Brevet FR3087409A1 — publié le 20200424

Description Titre de l'invention : SYSTEME DE DIRECTION POUR VEHICULE AUTOMOBILE MUNI D'UNE LIAISON MECANIQUE FLEXIBLE [pool La présente invention porte sur un système de direction pour véhicule automobile muni d'une liaison mécanique flexible. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse avec les systèmes de direction à assistance électrique comportant une crémaillère de direction pilotée par un moteur électrique sans liaison mécanique entre le volant de direction et la crémaillère de direction (système dit "steer by wire" en anglais). [0002] Un tel système comporte, de façon connue en soi, un volant de direction ainsi qu'un moteur électrique accouplé à une crémaillère de direction destinée à être reliée mécaniquement à des roues du véhicule automobile pour permettre un changement d'orientation desdites roues. Le moteur électrique est apte à piloter un déplacement de la crémaillère en fonction de l'angle de rotation du volant mesuré par un capteur de mesure installé à cet effet. [0003] Dans le cas d'une architecture sans liaison mécanique entre le volant de direction et la crémaillère, un retour d'effort au volant traduisant les efforts au niveau des roues est cependant nécessaire pour le ressenti du conducteur. Ce retour d'effort est réalisé par un actionneur comportant un moteur électrique éventuellement associé à un système de réduction lié au volant. [0004] L'intégration de cet actionneur est difficile dans un environnement particulièrement contraint (environnement géométrique, exigences de tenue mécanique en cas de choc), notamment vis-à-vis du système de réglage de profondeur et de hauteur du volant., en particulier s'il est électrifié et tout particulièrement dans le cas d'une rétractation du volant associée à un mode de conduite autonome. [0005] L'invention vise à combler ce besoin tout en proposant une architecture compacte de direction assistée. A cet effet, l'invention a pour objet un système de direction pour un véhicule automobile comportant: - un volant de direction, - une crémaillère de direction reliée mécaniquement à des roues du véhicule automobile pour permettre un changement d'orientation desdites roues, - un capteur de mesure d'un angle de rotation du volant de direction, - un moteur électrique accouplé avec la crémaillère de direction, le moteur électrique étant apte à piloter un déplacement de la crémaillère en fonction de l'angle de rotation du volant de direction mesuré par le capteur de mesure, caractérisé en ce que le système de direction comporte en outre un actionneur électrique apte à générer un couple résistant de retour d'effort sur le volant de direction, et en ce que l'actionneur électrique est relié au volant de direction par l'intermédiaire d'un arbre flexible. [0006] L'invention permet ainsi de faciliter l'intégration du système de direction en déportant l'actionneur électrique de retour d'effort par rapport au volant de direction. L'invention est peu encombrante, facilement implantable, simple, économique, fiable et particulièrement adaptée au scénario de choc frontal. L'invention pourra également faciliter la rétractation du volant pour les applications de véhicules autonomes. L'invention est également compatible pour une direction à droite ou à gauche. [0007] Selon une réalisation, l'arbre flexible est relié respectivement au volant de direction et à l'actionneur électrique par l'intermédiaire de liaisons à cannelures. [0008] Selon une réalisation, l'actionneur électrique est apte à générer un couple résistant de retour d'effort sur le volant de direction en fonction d'une image d'un effort appliqué aux roues du véhicule automobile. [0009] Selon une réalisation, le moteur électrique est accouplé avec la crémaillère de direction par l'intermédiaire d'un système à pignon ou à courroie. [0010] Selon une réalisation, des axes de rotation du volant de direction et de l'actionneur électrique forment un angle non nul l'un par rapport à l'autre. [0011] Selon une réalisation, il existe une redondance de fonctionnement du moteur électrique et de l'actionneur électrique. [0012] Selon une réalisation, il existe une redondance de fonctionnement d'un calculateur du moteur électrique et d'un calculateur de l'actionneur électrique. 100131 Selon une réalisation, le système de direction comporte un calculateur de supervision pouvant être redondé et destiné à superviser un fonctionnement du calculateur du moteur électrique et du calculateur de l'actionneur électrique. 100141 Selon une réalisation, le moteur électrique et l'actionneur électrique sont alimentés par une tension continue d'un réseau de bord du véhicule automobile. 100151 L'invention a également pour objet un véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend un système de direction tel que précédemment défini. 100161 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. 100171 Ifig.11 est une représentation schématique d'un système de direction de véhicule automobile selon la présente invention muni d'une liaison mécanique flexible. 100181 Ifig.2a1 est une représentation schématique illustrant un premier avantage de l'utilisation de la liaison mécanique flexible. [0019] [fig.2b] est unc représentation schématique illustrant un deuxième avantage de l'utilisation de la liaison mécanique flexihle. [0020] [fig.2c] est unc représentation schématique illustrant un troisième avantage de l'utilisation de la liaison mécanique flexihle. [0021] [fig.2d] est unc représentation schématique illustrant un quatrième avantage de l'utilisation de la liaison mécanique flexihle. [0022] Les éléments identiques similaires ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. [0023] La figure 1 montre un système de direction 10 pour un véhicule automobile comportant un volant de direction 11 ainsi qu'une crémaillère de direction 12 reliée mécaniquement à des roues 13 du véhicule automobile pour permettre un changement d'orientation desdites roues 13. Le système de direction 10 est sans lien mécanique entre le volant de direction 11 et la crémaillère 12. [0024] Un moteur électrique 15 est accouplé avec la crémaillère de direction 12. Lc moteur électrique 15 est accouplé avec la crémaillère de direction 12 par l'intermédiaire d'un système 16 à pignon ou à courroie. [0025] Le moteur électrique 15 est apte à piloter un déplacement de la crémaillère 12 en fonction de l'angle de rotation du volant de direction 11 mesuré par un capteur de mesure 17. A cet effet, le capteur de mesure 17 est relié électriquement à un calculateur 18 du moteur électrique 15. Le capteur de mesure 17 est par exemple un capteur à effet Hall ou tout autre type de capteur adapté à la mesure d'angle du volant 11. 100261 Le système de direction 10 comporte en outre un actionneur électrique 20 apte à générer un couple résistant de retour d'effort sur le volant de direction 11. L'actionneur électrique 20 comporte un moteur électrique éventuellement associé à un système de réduction lié au volant 11. Le couple résistant de retour d'effort sur le volant de direction 11 est généré en fonction d'une image d'un effort appliqué aux roues 13 du véhicule. Des informations relatives à l'effort appliqué aux roues 13 sont transmises par le calculateur 18 du moteur électrique 15 à un calculateur 21 de l'actionneur électrique 20 via une liaison 22. La liaison 22 pourra être une liaison filaire ou radiofréquence. 100271 L'image de l'effort appliqué aux roues 13 pourra être obtenue à partir de la puissance consommée par le moteur électrique 15. En effet, à partir de la puissance électrique consommée et du rendement du moteur 15, on obtient la puissance mécanique générée 4 par le moteur 15 qui est l'image de l'effort appliqué aux roues 13 du véhicule. Alternativement, l'image de l'effort appliqué aux roues 13 est estimée à partir d'une accélération transversale et d'une vitesse du véhicule. [0028] L'actionneur électrique 20 est relié au volant de direction 11 par l'intermédiaire d'un arbre flexible 23. Avantageusement, l'arbre flexible 23 est réalisé à partir d'un matériau métallique. L'arbre 23 pourra être formé par exemple à partir de deux hélices métalliques imbriquées pour obtenir une rigidité dans les deux sens de rotation de l'arbre 23. [0029] L'arbre flexible 23 est relié respectivement au volant de direction 11 et à l'actionneur électrique 20 par l'intermédiaire de liaisons à cannelures 25. Plus précisément, dans l'exemple représenté, l'arbre flexible 23 comporte, à chacune de ses extrémités, un emhout cannelé de type femelle 26. Un des embouts femelles 26 coopère avec un emhout cannelé de type mâle 27 du volant 11 de forme correspondante, tandis que l'autre embout femelle 26 coopère avec un embout cannelé de type mâle 27 de l'actionneur électrique 20 de forme correspondante. Bien entendu, la structure peut être inversée, c'est-à-dire que l'arbre flexible 23 pourra comporter des embouts mâles destinés à coopérer avec des embouts femelles ménagés respectivement dans le volant 11 et l'actionneur électrique 20. En variante, l'accouplement entre l'actionneur électrique 20, l'arbre flexible 23, et le volant 11 pourra être réalisé à partir de liaison à clavette ou goupille ou toute autre forme de liaison mécanique adaptée à l'application. [0030] Une telle architecture permet de déporter l'actionneur 20 pat- rapport au volant 11, de sorte que les axes de rotation Xl, X2 respectivement du volant 11 et de l'actionneur électrique 20 ne sont pas alignés l'un par rapport à l'autre. Comme cela est représenté sur la figure 1, les axes XI, X2 pourront former un angle non nul l'un par rapport à l'autre pouvant atteindre au plus 90 degrés. Une telle configuration est particulièrement avantageuse en cas de choc, dans la mesure où le décalage de l'actionneur électrique 20 permet de réduire la masse et donc l'inertie de l'ensemble formé par le volant 11 et le haut de la colonne de direction. L'arbre flexible 23 permet en plus d'absorber le déplacement du haut de colonne de direction. 100311 En outre, l'espace libéré derrière le volant 11 dans la planche de bord et le caractère flexible de l'arbre 23 permettent de faciliter la rétractation du volant 11 dans la planche de bord lorsque le véhicule passe, le cas échéant, d'un mode de conduite manuelle à un mode de conduite autonome. 100321 Le moteur électrique 15 et l'actionneur électrique 20 sont de préférence alimentés par une tension continue d'un réseau de bord du véhicule automobile. La tension du réseau de bord est par exemple une tension de 12V, mais cette tension pourrait en variante être une tension de 24V ou de 48V suivant la norme du réseau de bord. Le moteur électrique 15 et le moteur de l'actionneur 20 sont avantageusement des moteurs sans halais ("brushless" en anglais) pour des raisons de performances, d'agréments, et de sécurité d'utilisation. [0033] Afin d'éviter la défaillance de la direction à assistance électrique, on prévoit de préférence, à la manière d'un système aéronautique, une redondance de fonctionnement des différents composants du système 10. Ainsi, il existe une redondance de fonctionnement du capteur de mesure 17, ainsi que du moteur électrique 15 et de l'actionneur électrique 20. A cet effet, le moteur électrique 15 et le moteur de l'actionneur 20 pourront notamment comporter chacun un double bobinage, de sorte qu'en cas de dysfonctionnement d'un des bobinages, l'entrainement en rotation du moteur sera toujours garanti par le bobinage de redondance. [0034] Il existe en outre une redondance de fonctionnement du calculateur 18 du moteur électrique 15 et du calculateur 21 de l'actionneur électrique 20. Chaque calculateur 18, 21 pourra ainsi embarquer des fonctionnalités de l'autre calculateur. [0035] Suivant un mode de réalisation optionnel, le système 10 comporte en outre un cal- culateur de supervision 30 destiné à superviser un fonctionnement du calculateur 18 du moteur électrique 15 et du calculateur 21 de l'actionneur électrique 20. Le calculateur 30 pourra lui-même être redondé. Il pourra être un calculateur indépendant ou intégré dans un des calculateurs 18. 21 du moteur 15 ou du moteur de l'actionneur 20. [0036] L'arbre flexible 23 présente également l'avantage de pouvoir traverser une cloison (cf. figure 2a), d'absorber efficacement les chocs (cf figure 2h), de pouvoir contourner des obstacles (cf figure 2c), et d'être résistant aux vibrations (cf figure 2d). [0037] L'invention a également pour objet un véhicule automobile comportant le système de direction 10.