Brevet FR3156744A1 — publié le 20250620

PROCEDE DE GESTION D’UNE DIRECTION D’UN VEHICULE AUTOMOBILE PAR AMORTISSEMENT DE LA CREMAILLERE La présente invention concerne un procédé de contrôle d’une direction (4) d’un véhicule automobile (2) comprenant un actionneur directionnel électrique (FWA) d’une crémaillère (10) de commande de position angulaire de roues directrices (8, 9) dudit véhicule automobile, remarquable en ce que ledit procédé comprenant, dès la détection d’une défaillance de l’actionneur directionnel électrique et lorsque les roues directrices sont dans une position angulaire de braquage, une application d’un effort résistif sur la crémaillère de direction, de manière à limiter un débraquage desdites roues directrices. (Figure à publier avec l'abrégé : Figure 1) PROCEDE DE GESTION D’UNE DIRECTION D’UN VEHICULE AUTOMOBILE PAR AMORTISSEMENT DE LA CREMAILLERE La présente invention concerne le domaine des véhicules automobiles, plus particulièrement le domaine des systèmes de direction des véhicules automobiles. Les constructeurs automobiles proposent davantage de véhicules automobiles comprenant des fonctions de conduite par voie électrique, également désignées par : fonctions de conduite « Drive-by-Wire », pouvant notamment comprendre des fonctions de commande directionnelle à commande exclusivement électrique : « Steer-by-Wire » assurées par des organes de direction assistée électrique dépourvue de colonne de direction, i.e. n’ayant pas de lien mécanique entre le volant et les roues. Ce type de systèmes de direction à commande électrique utilise un actionneur directionnel électrique de roues, communément désigné par FWA, un acronyme tiré du nom anglais : « Front Wheel Actuator ». Ce dernier correspondant à un moteur de direction engagé avec la crémaillère de direction pour piloter l’angle de rotation des roues directrices. De façon conventionnelle, les véhicules automobiles modernes comprenant des fonctions de conduite autonome, sont également équipés d’un actionneur directionnel électrique de roues qui est combiné à un système de direction classique pourvu d’un lien mécanique entre le volant et les roues. Cependant, les actionneurs directionnels électriques de roues peuvent connaître des défaillances, causant la perte totale de leur fonctionnement. Dans le cas où cette perte intervient dans un virage, et avec une vitesse du véhicule suffisamment importante, le moment d'auto-alignement (mécanique) engendre alors un redressement très rapide des roues directrices (environ 100 ms), ne laissant pas le temps au conducteur de rattraper le coup lorsqu’il s’agit d’une conduite autonome (notamment de niveau 3), voire impossible à rattraper lorsqu’il s’agit d’un système de direction à commande électrique « Steer-by-Wire ». Une solution serait de redonder le moteur de direction. Toutefois, la redondance est coûteuse et pas suffisamment sécurisée, car la reprise du deuxième moteur peut être sujette à un temps de latence ou à un des problèmes de synchronisation pouvant brusquement modifier la trajectoire du véhicule automobile. Une solution additionnelle est d’assurer la direction du véhicule à l’aide d’un système de direction de type « Steer-by-Brake » (SbB) aussi appelé en anglais : « Brake to Steer », correspondant à un freinage asymétrique, par exemple, par un freinage des roues gauches pour créer un moment de lacet vers la gauche du véhicule afin de rester sur la trajectoire voulue par le conducteur ou par le système de conduite autonome. Néanmoins, la performance et l’efficacité de cette solution dépendent du déport au sol des roues, désigné en anglais par : « scrub radius ». En effet, un déport négatif ou pas suffisamment positif engendre un manque d’efficacité du système (SbB) qui aura physiquement du mal à garder la trajectoire en courbe du véhicule automobile. Ainsi, une défaillance du moteur de direction ne laissera pas suffisamment de temps au système (SbB) d’agir sur les roues, et le véhicule risque de se redresser brusquement en ligne droite en plein virage. Le document de brevet publié US 2021/0086737 A1 divulgue un véhicule comportant un moyen agissant sur les freins lorsqu’une défaillance du dispositif de commande de direction par voie électrique « steer-by-wire » est détectée, afin d’amener le véhicule à se déplacer lentement sur le côté de la route et permettre un arrêt sûr. Cependant, la solution présentée par le document ne permet pas de pallier efficacement les inconvénients présentés ci-dessus qui sont liés à une défaillance de l’actionneur directionnel électrique de roues lorsque le véhicule automobile est en plein virage, la solution présente donc une marge d’amélioration afin de sécuriser davantage l’événement de défaillance d’un moteur de direction. La présente invention a pour objectif de pallier au moins un des inconvénients de l’état de la technique susmentionné. Plus particulièrement, l’invention a pour objectif de proposer une solution simple, performante et économique permettant de sécuriser le fonctionnement d’un système de direction d’un véhicule automobile pourvu d’un actionneur directionnel électrique de roues. À cet effet, l’invention a pour objet un procédé de contrôle d’une direction d’un véhicule automobile comprenant un actionneur directionnel électrique d’une crémaillère de commande de position angulaire de roues directrices dudit véhicule automobile, remarquable en ce que ledit procédé comprenant, dès la détection d’une défaillance de l’actionneur directionnel électrique et lorsque les roues directrices sont dans une position angulaire de braquage, une application d’un effort résistif sur la crémaillère de direction, de manière à limiter un débraquage desdites roues directrices. Avantageusement, l’actionneur directionnel électrique est mécaniquement engagé de façon directe avec la crémaillère du véhicule automobile. La défaillance comprend un dysfonctionnement mécanique et/ou électrique de l’actionneur directionnel électrique, et/ou une perte d’alimentation dudit actionneur directionnel électrique. Préférentiellement, la défaillance est détectée par des moyens de détection pouvant, par exemple, comprendre un relais électrique configuré pour être commandé en cas de perte d'alimentation de l'actionneur directionnel électrique. Préférentiellement, lorsque les roues directrices sont en position angulaire de braquage, le véhicule automobile suit une trajectoire courbée (par exemple, dans un virage), ledit véhicule automobile comprenant une vitesse non nulle, de préférence, supérieure à 20 km/h. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend, en outre, l’actionnement d’un pilotage de la direction par frein dès la détection de la défaillance de l’actionneur directionnel électrique. Avantageusement, le pilotage de la direction par frein comprend l’application d’un freinage asymétrique au véhicule automobile, de manière à maintenir ce dernier dans sa trajectoire courbée. Selon un mode de réalisation, l’application de l’effort résistif comprend un amortissement actif ou passif d’un déplacement linéaire de la crémaillère vers une position centrale de référence de ladite crémaillère. Préférentiellement, la position centrale de référence de ladite crémaillère correspond à la position à laquelle les roues directrices sont dans une position centrale définissant un angle nul avec une direction longitudinale du véhicule automobile (définissant une trajectoire en ligne droite dudit véhicule). Selon un mode de réalisation, l’amortissement actif du déplacement de la crémaillère comprend un dispositif hydraulique piloté par une vanne commandée électriquement dès la détection de la défaillance de l’actionneur directionnel électrique. Préférentiellement, la vanne du dispositif hydraulique correspond à une vanne normalement fermée ou normalement ouverte, configurée pour s’ouvrir ou se fermer par commande électrique en cas de défaillance de l’actionneur directionnel électrique, de manière à amortir hydrauliquement la crémaillère. Selon un mode de réalisation, l’amortissement passif du déplacement de la crémaillère comprend un moyen de résistance mécanique disposé en contact direct avec la crémaillère, indépendamment de la position angulaire des roues directrices. Préférentiellement, l’amortissement passif agit de façon permanente sur la crémaillère pendant toutes les phases de roulage du véhicule automobile. Selon un mode de réalisation, l’actionneur directionnel électrique comprend un moteur électrique, et l’amortissement actif du déplacement de la crémaillère comprend une mise en court-circuit d’au moins deux phases dudit moteur électrique, de manière à freiner une rotation dudit actionneur directionnel électrique. Selon un mode de réalisation, l’application de l’effort résistif dure au moins 2 secondes avant un retour de la crémaillère vers une position centrale de référence de ladite crémaillère. Avantageusement, l’amortissement de la crémaillère par application de l'effort résistif permet d'assurer une réduction progressive d’une vitesse de lacet du véhicule automobile d'au plus 3° par seconde, et préférentiellement d'au plus 2°/s. Selon un mode de réalisation, la direction du véhicule automobile est à commande exclusivement électrique. L’invention concerne également un véhicule automobile comprenant : - des roues directrices ; - un actionneur directionnel électrique d’une crémaillère de commande de position angulaire des roues directrices ; - une unité de contrôle de direction du véhicule, reliée électriquement à l’actionneur directionnel électrique ; remarquable en ce que l’unité de contrôle est configurée pour exécuter le procédé selon l’invention. Selon un mode de réalisation, ledit véhicule automobile comprenant, en outre : - un volant directionnel couplé à un actionneur électrique du volant ; l’unité de contrôle de direction du véhicule automobile étant reliée électriquement à l’actionneur directionnel électrique et à l’actionneur électrique du volant. Les mesures de l’invention sont avantageuses en ce que de l’amortissement de la crémaillère permet de ralentir le retour de la crémaillère à sa position centrale de référence, limitant ainsi le débraquage des roues du véhicule automobile lorsque ce dernier est dans un virage. L’action conjointe de l’amortissement de la crémaillère et le pilotage de la direction par frein permet de maintenir la vitesse de lacet du véhicule automobile et de le garder dans le virage. Le procédé de l’invention permet ainsi de sécuriser la conduite du véhicule automobile, favorisant ainsi des fonctionnalités de conduite autonome et/ou permettant de limiter, voire se passer d’une redondance des actionneurs directionnels électriques. FIG. 1 représente de manière schématique un système de direction d’un véhicule automobile selon l’invention, ledit système comprenant un actionneur directionnel électrique d’une crémaillère dudit véhicule automobile ; FIG. 2 illustre un graphique représentant l’évolution d’un angle de roues directrices ainsi que d’une vitesse de lacet du véhicule automobile en cas de défaillance de l’actionneur directionnel électrique, en comparaison avec ou sans un effort résistif appliqué sur la crémaillère par un procédé de contrôle de la direction du véhicule automobile selon l’invention. Description détaillée La FIG. 1 représente de manière schématique un système de direction 4 d’un véhicule automobile 2 selon l’invention. Il s’agit d’une direction électrique assistée sans liaison mécanique entre le volant 6 et les roues avant directrices droite 8 et gauche 9 du véhicule automobile 2. Il est à noter que la présente invention n’est pas limitée à un véhicule automobile ayant une direction à commande exclusivement électrique « Steer-by-Wire », ladite direction peut être à commande mécanique (classique) avec une liaison du volant par une colonne de direction (non représentée) à une crémaillère de direction. Dans cette configuration, le véhicule automobile comprend préférentiellement un moteur électrique de direction pilotant la crémaillère afin d’assurer des fonctionnalités de conduite autonome, avec la possibilité au conducteur de reprendre manuellement le volant à tout moment. La direction 4 comprend, de préférence, un actionneur directionnel électrique des roues FWA directrices du véhicule automobile 2, ledit actionneur correspondant à un moteur de direction FWA, ladite direction 4 comprenant également un actionneur électrique du volant directionnel HWA, apte à être entraîné en rotation dans une plage angulaire nominale présentant deux positions angulaires limites du volant 6. L’actionneur directionnel électrique de roues est communément désigné par FWA, un acronyme tiré du nom anglais : « Front Wheel Actuator », et l’actionneur de volant est communément désigné par HWA pour : « Hand Wheel Actuator ». Dans cette configuration, chacun des actionneurs de roues et de volant peut comprendre un récepteur (capteur de position angulaire) et un transmetteur (actionneur), de façon à actionner les roues avant 8, 9 au moyen d’une crémaillère 10 suite à la réception d’une position angulaire du volant, et vice-versa. Préférentiellement, le système de direction électrique 4 est contrôlé par une unité de contrôle 12 du véhicule automobile 2, directement reliée à chacun des actionneurs FWA et HWA, respectivement au moyen d’une entrée 12.1 pour un signal représentatif de la position angulaire du volant 6, et d’une sortie 12.2 de signal de commande des roues directrices 8, 9. L’unité de contrôle 12 comprend, en outre, une sortie de signal de commande vers le volant 6 et une entrée de signal représentatif de la position angulaire des roues directrices 8, 9. Le volant 6 peut comprendre des butées physiques ou virtuelles. De préférence, l’actionneur HWA du volant 6 est configuré pour générer un retour d’effort maximal aux deux positions angulaires limites du volant 6, de manière à former deux butées virtuelles de fin de course du volant directionnel. Avantageusement, le volant 6 est également apte, grâce à l’actionneur HWA, de fournir un retour de force entre les deux positions angulaires limites. La présente invention propose un procédé de contrôle du système de direction 4 au moyen de l’unité de contrôle 12, de manière à sécuriser la conduite du véhicule automobile 2, notamment lorsque celui-ci évolue suivant une trajectoire courbée (par exemple, dans un virage), et lorsqu’une défaillance de l’actionneur directionnel électrique FWA a lieu. Dans une telle situation, le procédé selon l’invention propose avantageusement d’appliquer un effort résistif sur la crémaillère de direction 10 afin de limiter un débraquage des roues directrices 8, 9 et ainsi de pouvoir maintenir le plus longtemps possible le véhicule automobile 2 dans sa trajectoire initiale courbée dans le virage. A cet égard, l’application de l’effort résistif comprend un amortissement d’un déplacement linéaire de la crémaillère vers une position centrale de référence de ladite crémaillère, à laquelle les roues directrices 8, 9 sont alignées avec une direction longitudinale du véhicule automobile 2. Etant donné que la défaillance de l’actionneur directionnel électrique FWA peut être due à une perte d’alimentation électrique, alors le ou les moyens de fournir l’amortissement à la crémaillère 10 est avantageusement indépendant de ladite alimentation électrique. De préférence, l’amortissement du déplacement de la crémaillère 10 est actif ou passif, et permet de ralentir ledit déplacement (translation linéaire) pour maintenir le plus longtemps possible le véhicule automobile 2 en virage en cas de défaillance. L’amortissement passif du déplacement de la crémaillère peut comprendre un moyen de résistance mécanique disposé en contact direct avec la crémaillère (par exemple, un ressort, ou un vérin, etc.), ledit amortissement étant indépendamment de la position angulaire des roues directrices, i.e., peu importe l’orientation des roues et la phase de roulage du véhicule automobile. Ce type d’amortissement permet de garantir une application permanente de l’effort résistif sur la crémaillère, mais nécessite à l’actionneur directionnel électrique FWA (avant sa défaillance) de contrer ledit effort résistif passif pendant le braquage des roues. Alternativement, l’amortissement actif du déplacement de la crémaillère 10 peut comprendre un dispositif hydraulique piloté par une vanne normalement fermée ou normalement ouverte, ladite vanne étant commandée électriquement pour s’ouvrir ou se fermer dès la détection de la défaillance de l’actionneur directionnel électrique FWA. Ainsi, en cas de perte d’alimentation électrique, la vanne s’ouvre ou se ferme et l’amortissement actif s’applique sur la crémaillère 10. Ce type d’amortissement, contrairement à l’amortissement passif, ne nécessite pas un contre-effort appliqué par l’actionneur directionnel FWA. Dans une autre alternative, l’amortissement actif du déplacement de la crémaillère 10 comprend une mise en court-circuit d’au moins deux phases du moteur électrique de l’actionneur directionnel FWA, de manière à freiner la rotation d’un arbre 14 dudit actionneur directionnel électrique FWA. Ce freinage correspond avantageusement à un effort résistant en bout d'arbre 16 qui est directement engagé avec la crémaillère 10. Préférentiellement, la mise en court-circuit des phases est assurée par un relais électrique normalement fermé qui est configuré pour permettre une liaison électrique desdites phases, notamment en cas de perte d'alimentation de l'actionneur directionnel électrique FWA. La présente invention ne se limite pas à un exemple particulier d’amortissement. En effet, ce dernier peut comprendre toute autre solution technique pouvant être mécanique ou électrique et qui permet de générer un effort résistif (permanent ou conditionné par la perte d’alimentation) sur la crémaillère 10, limitant sa vitesse de rappel à sa position centrale de référence. Le procédé selon l’invention peut également prévoir une combinaison de plusieurs solutions d’amortissement. L’amortissement seul permet de ralentir la déviation du véhicule après une perte totale du moteur de direction en virage, toutefois, et afin de conserver complètement la trajectoire initiale du véhicule automobile 2 précédant la défaillance du moteur de direction FWA, le procédé selon l’invention comprend préférentiellement, en outre, l’actionnement d’un pilotage de la direction par frein dès la détection de la défaillance de l’actionneur directionnel électrique FWA. Avantageusement, le pilotage de la direction par frein est assuré par un système de direction de type « Steer-by-Brake » (SbB) aussi appelé en anglais : « Brake to Steer » correspondant à un freinage asymétrique apte à contrôler individuellement l’angle de rotation de chaque roue du véhicule automobile 2. Alternativement, le procédé de l’invention peut se limiter à l’amortissement de la crémaillère et permettre au conducteur du véhicule automobile 2 de reprendre le contrôle du volant 6, notamment lorsque la direction 4 est à commande mécanique et pouvant assurer une conduite autonome. A cet effet, l’amortissement de la crémaillère 10 permet de maintenir cette dernière en dehors de sa position centrale de référence (position nominale) pendant au moins 2 secondes, une durée qui est avantageusement suffisante pour le conducteur de reprendre le contrôle de son véhicule. La FIG. 2 illustre un graphique 100 représentant, en tracés en pointillés, l’évolution d’un angle de roues directrices Ar ainsi que d’une vitesse de lacet Vl d’un véhicule automobile de l’état de l’art (non contrôlé par le procédé de l’invention), après une défaillance D de l’actionneur directionnel électrique de son système de direction. Le graphique 100 illustre également à titre comparatif, et en tracés de trait continu, l’évolution d’un angle de roues directrices Ar’ ainsi que d’une vitesse de lacet Vl’, à la suite d’une application d’un effort résistif à la crémaillère suivant le procédé de l’invention. Préférentiellement, les évolutions Ar’ et Vl’ résultent également d’un pilotage de la direction par frein du véhicule automobile dès l’occurrence de la défaillance D. A t A t = 0 s : occurrence de la défaillance D complète de l’actionneur directionnel électrique. Le procédé de l’invention applique alors directement l’effort résistif sur la crémaillère, et déclenche préférentiellement de manière progressive le pilotage de la direction par frein. De préférence, l’effort résistif est proportionnel à une vitesse de déplacement de la crémaillère. A t > 0 s : on peut voir que les roues du véhicule automobile de l’état de l’art débraquent brusquement après la défaillance D (en référence au tracé Ar), suivi d’un redressement également brusque en ligne droite du véhicule (en référence au tracé Vl montrant une réduction rapide de la vitesse de lacet malgré une solution de direction par frein « Steer-by-brake »). On peut également constater de façon comparative, que l’amortissement de la crémaillère suivant le procédé de l’invention combiné au pilotage de la direction par frein, permet d’assurer une réduction progressive de l’angle de rotation des roues et de la vitesse de lacet du véhicule automobile, ladite réduction de la vitesse de lacet étant avantageusement d'au plus 3°/s et préférentiellement d'au plus 2°/s. De manière avantageuse, l’action conjointe de l’amortissement de la crémaillère et le pilotage de la direction par frein permet de maintenir la vitesse de lacet du véhicule automobile et de le garder dans le virage. Le procédé de contrôle de la direction du véhicule automobile correspond préférentiellement à un algorithme informatique pouvant être exécuté sous forme de lignes de code lisibles par un ordinateur (pouvant correspondre à l’unité de contrôle 12 de la FIG. 1 ). Avantageusement, le pilotage de la direction par frein permet d’imprimer un moment de lacet dans la direction voulue par le conducteur ou par le système de conduite autonome du véhicule automobile. L’amortissement de la crémaillère prévu par le procédé de l’invention permet d’améliorer considérablement l’efficacité dudit pilotage de la direction par frein, particulièrement lorsque le déport au sol des roues est négatif ou n’est pas suffisamment positif, ou avec une adhérence au sol dégradée. Procédé de contrôle d’une direction d’un véhicule automobile (2) comprenant un actionneur directionnel électrique (FWA) d’une crémaillère (10) de commande de position angulaire de roues directrices (8, 9) dudit véhicule automobile (2), caractérisé en ce que ledit procédé comprenant, dès la détection d’une défaillance de l’actionneur directionnel électrique (FWA) et lorsque les roues directrices (8, 9) sont dans une position angulaire de braquage, une application d’un effort résistif sur la crémaillère de direction, de manière à limiter un débraquage desdites roues directrices (8, 9). Procédé selon la revendication 1, dans lequel le procédé comprend, en outre, l’actionnement d’un pilotage de la direction par frein dès la détection de la défaillance de l’actionneur directionnel électrique (FWA). Procédé selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel l’application de l’effort résistif comprend un amortissement actif ou passif d’un déplacement linéaire de la crémaillère (10) vers une position centrale de référence de ladite crémaillère. Procédé selon la revendication 3, dans lequel l’amortissement actif du déplacement de la crémaillère (10) comprend un dispositif hydraulique piloté par une vanne commandée électriquement dès la détection de la défaillance de l’actionneur directionnel électrique (FWA). Procédé selon la revendication 3, dans lequel l’amortissement passif du déplacement de la crémaillère (10) comprend un moyen de résistance mécanique disposé en contact direct avec la crémaillère (10), indépendamment de la position angulaire des roues directrices (8, 9). Procédé selon l’une des revendications 3 et 4, dans lequel l’actionneur directionnel électrique (FWA) comprend un moteur électrique, et l’amortissement actif du déplacement de la crémaillère (10) comprend une mise en court-circuit d’au moins deux phases dudit moteur électrique, de manière à freiner une rotation dudit actionneur directionnel électrique (FWA). Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel l’application de l’effort résistif dure au moins 2 secondes avant un retour de la crémaillère (10) vers une position centrale de référence de ladite crémaillère (10). Procédé selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel la direction du véhicule automobile (2) est à commande exclusivement électrique. Véhicule automobile (2) comprenant : - des roues directrices (8, 9) ; - un actionneur directionnel électrique (FWA) d’une crémaillère (10) de commande de position angulaire des roues directrices (8, 9) ; - une unité de contrôle (12) de direction du véhicule (2), reliée électriquement à l’actionneur directionnel électrique (FWA) ; caractérisé en ce que l’unité de contrôle (12) est configurée pour exécuter le procédé selon l’une des revendications 1 à 8. Véhicule automobile (2) selon la revendication 9, comprenant, en outre : - un volant directionnel (6) couplé à un actionneur électrique du volant (HWA) ; l’unité de contrôle (12) de direction du véhicule automobile (2) étant reliée électriquement à l’actionneur directionnel électrique (FWA) et à l’actionneur électrique du volant (HWA).