FR2794709A1 - Appareil de direction decouplee pour vehicule - Google Patents
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Abstract
L'invention propose un appareil de direction sans liaison pour véhicule dans lequel un mécanisme de direction (1) et un volant de direction (2) ne sont pas mécaniquement connectés. L'appareil de direction commande un moteur de direction (5) du mécanisme de direction (1) en fonction d'un couple de direction de façon à augmenter ou diminuer un angle de direction. Le couple de direction à cette fin est calculé à partir des résultats obtenus en détectant un angle de rotation d'un moteur électrique (3) (un moteur à force de réaction) connecté à un axe rotatif (30) du volant de direction (2) et le courant électrique (i) circulant dans le moteur électrique (3), le moment d'inertie du volant de direction (2), et le moment d'inertie du moteur électrique (3). Par conséquent, il est possible d'éviter l'utilisation d'un capteur de couple qui nécessite un espace important pour son installation et soit d'un coût élevé.
Description
La présente invention concerne un appareil de direction pour un véhicule
dans lequel un mécanisme de direction pour changer la direction des roues n'est pas mécaniquement connecté à un volant, un couple de direction appliqué au volant est obtenu et un moteur électrique compris dans le mécanisme de direction est entraîné et contrôlé en fonction du couple de
direction calculé, augmentant ou diminuant ainsi un angle de direction.
Une opération de direction d'un véhicule est effectuée en actionnant un dispositif de direction disposé dans l'habitacle des passagers, par exemple, en transmettant une rotation du volant de direction au mécanisme de direction qui est disposé à l'extérieur de l'habitacle des passagers pour
diriger les roues (généralement les roues avant).
Au cours des dernières années, il a été largement répandu un appareil de direction (un appareil de direction assistée) pour véhicule structuré de façon à agencer un actionneur pour assister la direction tel qu'un cylindre hydraulique, un moteur électrique ou similaire au milieu du mécanisme de direction, qui commande l'actionneur en fonction d'un résultat détecté de force de commande appliquée au volant de direction pour assister le fonctionnement du mécanisme de direction en fonction de la rotation du volant de direction, réduisant ainsi le travail et la charge d'un conducteur
pour la direction.
Cependant, dans l'appareil de direction conventionnel mentionné ci-
dessus, une connexion mécanique (liaison) entre le volant de direction correspondant au dispositif de direction et au mécanisme de direction est nécessaire, de sorte qu'un problème se pose en ce qu'une position de réglage pour le volant de commande dans l'habitacle des passagers est limitée à une position à laquelle la connexion avec le mécanisme de direction à l'extérieur de l'habitacle des passagers peut être obtenue, et de plus, même dans le cas o le volant de direction est disposé dans une position connectable, une structure de connexion complexe est requise pour réaliser la connexion, de sorte que ceci devient une raison suffisante pour arrêter de réduire le poids
du véhicule et de simplifier son procédé d'assemblage.
Par exemple, dans la publication de modèle d'utilité japonais n0 2-
29017, il est décrit un appareil de direction tel qu'un appareil de direction assistée sans liaison (commandée par câble) qui est destinée à résoudre le problème mentionné ci-dessus. Dans cet appareil de direction, le volant de direction est mécaniquement séparé du mécanisme de direction et un moteur électrique tel qu'un actionneur pour direction est disposé au milieu du mécanisme de direction de la même manière que celle de l'actionneur pour assister la direction dans l'appareil de direction conventionnel. La structure est faite de telle façon que l'opération de direction est effectuée conformément au fonctionnement du volant de direction commandant le moteur électrique en fonction du résultat détecté de la direction de
commande et de la valeur de commande du volant de direction.
L'appareil de direction sans liaison structuré de la manière mentionnée ci-dessus présente des avantages pour le développement futur de technologie automobile tel que la réalisation d'un nouveau dispositif de direction tel qu'un levier (une manette), une pédale à la place du volant de direction, réalisant un système de pilote automatique selon des informations de trajet et en recevant des informations par satellite, en plus des portées mentionnées ci-dessus telles que l'augmentation de la liberté d'agencement
du volant de direction et de la réduction du poids du véhicule.
Dans l'appareil de direction mentionné ci-dessus, un capteur de couple utilisant une barre de torsion est considéré comme son système de détection conventionnel du couple de direction, cependant, le système présente des problèmes en ce que le capteur de couple utilisant la barre de torsion est de coût élevé et que la liberté de conception est limitée parce que
la taille et la position de placement de celui-ci sont limitées.
La présente invention est réalisée en résolvant les problèmes mentionnés ci-dessus, et un objet de la présente invention est de proposer un appareil de direction sans liaison pour un véhicule qui ne nécessite pas un capteur de couple pour détecter un couple de direction qui occupe un espace
important et soit d'un coût élevé.
Selon un premier aspect de la présente invention, il est proposé un appareil de direction, dans lequel un mécanisme de direction pour changer une direction (un angle de direction) d'une roue n'est pas mécaniquement connecté à un volant de direction, un couple de direction appliqué au volant de direction est obtenu et un actionneur inclus dans le mécanisme de direction est commandé et contrôlé en fonction du couple de direction obtenu, augmentant ou diminuant ainsi l'angle de direction, caractérisé en ce qu'il comprend: un moteur électrique connecté à un axe rotatif du volant de direction; un détecteur d'angle de direction pour détecter un angle de direction du volant de direction; et un calculateur pour calculer le couple de direction à partir de l'angle de direction détecté par le détecteur d'angle de direction, le moment d'inertie du volant de direction et le moment d'inertie
du moteur électrique.
Dans cette invention, le mécanisme de direction pour modifier la direction de la roue n'est pas mécaniquement connecté au volant de direction, le couple de direction appliqué au volant de direction est obtenu, et l'actionneur compris dans le mécanisme de direction est commandé et contrôlé en fonction du couple de direction obtenu, permettant à l'angle de direction d'être contrôlé de façon à être augmenté ou diminué. Le moteur électrique est connecté à l'axe rotatif du volant de direction et le détecteur d'angle de direction détecte l'angle de direction du volant de direction. Le calculateur calcule le couple de direction à partir de l'angle de direction détecté par le détecteur d'angle de direction, le moment d'inertie du volant
de direction, et le moment d'inertie du moteur électrique.
Par conséquent, il est possible de réaliser un appareil de direction sans liaison qui ne nécessite pas un capteur de couple qui occupe un espace
important et soit de coût élevé.
Selon une modification du premier aspect, il est proposé un appareil de direction, comprenant également un détecteur de courant pour détecter un courant électrique circulant dans le moteur électrique, dans lequel le calculateur calcule le couple de direction à partir du courant électrique détecté par le détecteur de courant, l'angle de direction du volant de direction, le moment d'inertie du volant de direction, et le moment d'inertie
du moteur électrique.
Dans cette invention, le détecteur de courant détecte le courant qui circule dans le moteur électrique. Le calculateur calcule le couple de direction à partir du courant électrique détecté par le détecteur de courant, l'angle de direction détecté par le détecteur d'angle de direction, le moment
d'inertie du volant de direction, et le moment d'inertie du moteur électrique.
C'est-à-dire, par exemple, même si le moteur électrique est commandé comme un moteur à force de réaction dans l'invention mentionnée ci- dessus, le calculateur détermine une force de réaction que le moteur électrique génère effectivement à partir du courant électrique détecté par le détecteur de courant et calcule l'angle de direction en tenant compte de la force de réaction. Par conséquent, il est possible de réaliser un appareil de direction sans liaison qui ne nécessite pas un capteur de couple qui occupe un espace important et soit d'un coût élevé, même dans le cas o le moteur électrique
génère la force de réaction.
Plus particulièrement, dans le calcul du couple de direction dans l'invention précédente, le calculateur calcule une accélération angulaire de direction à partir de l'angle de direction, additionne le moment d'inertie du volant de direction et le moment d'inertie du moteur électrique, multiplie l'accélération angulaire de direction par le résultat de l'addition, et calcule le
couple de direction à partir du résultat multiplié.
De plus, dans le calcul du couple de direction dans la dernière invention, le courant électrique circulant dans le moteur électrique est détecté par le détecteur de courant, et le calculateur calcule l'accélération angulaire de direction à partir de l'angle de direction, additionne le moment d'inertie du volant de direction et le moment d'inertie du moteur électrique, multiplie l'accélération angulaire de direction par le résultat de l'addition, additionne le résultat multiplié et la valeur basée sur le courant électrique et
calcule le couple de direction à partir du résultat de l'addition.
Selon un deuxième aspect de la présente invention, il est proposé un appareil de direction, dans lequel un mécanisme de direction pour modifier une direction (un angle de direction) d'une roue n'est pas mécaniquement connecté à un volant de direction, un couple de direction appliqué au volant de direction est obtenu et un actionneur compris dans le mécanisme de direction est commandé et contrôlé en fonction du couple de direction obtenu, augmentant ou diminuant ainsi l'angle de direction, caractérisé en ce qu'il comprend: un moteur électrique connecté à l'axe rotatif du volant de direction; un détecteur d'angle de rotation pour détecter un angle de rotation du moteur électrique; et un calculateur pour calculer le couple de direction à partir de l'angle de rotation détecté par le détecteur d'angle de rotation, le moment d'inertie du volant de direction, et le moment d'inertie du moteur
électrique.
Dans cette invention, le mécanisme de direction pour modifier la direction de la roue n'est pas mécaniquement connecté au volant de direction, le couple de direction appliqué au volant de direction est obtenu, et l'actionneur compris dans le mécanisme de direction est commandé et contrôlé, de telle sorte que l'angle de direction est contrôlé de façon à être augmenté et diminué. Le moteur électrique est connecté à l'axe rotatif du volant de direction et le détecteur d'angle de rotation détecte l'angle de rotation du moteur électrique. Le calculateur calcule le couple de direction à partir de l'angle de rotation détecté par le détecteur d'angle de rotation, le moment d'inertie du volant de direction et le moment d'inertie du moteur électrique. C'est-à-dire, en ce qui concerne l'appareil de direction selon le premier aspect mentionné ci-dessus, que le système de détection de l'angle de direction n'est pas nécessaire, et l'angle de rotation du moteur électrique qui est lié avec l'angle de direction est détecté et utilisé au lieu de l'angle de
1 5 direction.
Par conséquent, il est possible de réaliser un appareil de direction sans liaison qui ne nécessite pas un capteur de couple qui occupe un espace
important et soit de coût élevé.
Selon une modification du deuxième aspect, il est proposé un appareil de direction, comprenant en outre un détecteur de courant pour détecter un courant électrique circulant dans le moteur électrique, dans lequel le calculateur calcule le couple de direction à partir du courant électrique détecté par le détecteur de courant, l'angle de rotation du moteur électrique, le moment d'inertie du volant de direction, et le moment d'inertie
du moteur électrique.
Dans cette invention, le détecteur de courant détecte le courant qui circule dans le moteur électrique. Le calculateur calcule le couple de direction à partir du courant électrique détecté par le détecteur de courant, l'angle de rotation détecté par le détecteur d'angle de rotation, le moment
d'inertie du volant de direction, et le moment d'inertie du moteur électrique.
C'est-à-dire, par exemple, que même si le moteur électrique est commandé comme un moteur à force de réaction dans l'invention mentionnée cidessus, le calculateur détermine une force de réaction que le moteur électrique génère effectivement en fonction du courant électrique détecté par le détecteur de courant et calcule l'angle de direction en tenant compte de la
force de réaction.
Par conséquent, il est possible de réaliser un appareil de direction sans liaison qui ne nécessite pas un capteur de couple qui occupe un espace important et soit d'un coût élevé, même dans le cas o le moteur électrique génère la force de réaction. Plus particulièrement, dans le calcul du couple de direction dans l'invention précédente, le calculateur calcule une accélération angulaire de rotation à partir de l'angle de rotation du moteur électrique, additionne le moment d'inertie du volant de direction et le moment d'inertie du moteur électrique, multiplie l'accélération angulaire de rotation par le résultat de
l'addition, et calcule le couple de direction à partir du résultat multiplié.
De plus, dans le calcul du couple de direction dans la dernière invention, le courant électrique circulant dans le moteur électrique est détecté par le détecteur de courant, et le calculateur calcule l'accélération angulaire de rotation à partir de l'angle de rotation du moteur électrique, additionne le moment d'inertie du volant de direction et le moment d'inertie du moteur électrique multiplie l'accélération angulaire par le résultat ajouté, additionne en outre le résultat multiplié et la valeur basée sur le courant
électrique, et calcule le couple de direction à partir du résultat de l'addition.
Selon un troisième aspect de la présente invention, il est proposé un appareil de direction, dans lequel un mécanisme de direction pour changer une direction (un angle de direction) d'une roue n'est pas mécaniquement connecté à un volant de direction, un couple de direction appliqué au volant de direction est obtenu et un actionneur inclus dans le mécanisme de direction est commandé et contrôlé en fonction du couple de direction obtenu, augmentant ou diminuant ainsi l'angle de direction, caractérisé en ce qu'il comprend: un moteur électrique connecté à un axe rotatif du volant de direction; un détecteur de contre- tension pour détecter une contre-tension du moteur électrique; et un calculateur pour calculer le couple de direction à partir de la contre-tension détectée par le détecteur de contre-tension, le moment d'inertie du volant de direction, et le moment d'inertie du moteur électrique. Dans cette invention, le mécanisme de direction pour modifier la direction de la roue n'est pas mécaniquement connecté au volant de direction, le couple de direction appliqué au volant de direction est obtenu, et l'actionneur inclus dans le mécanisme de direction est commandé et contrôlé, suivant quoi l'angle de direction est contrôlé de façon à être augmenté et diminué. Le moteur électrique est connecté à l'axe rotatif du volant de direction et le détecteur de contre-tension détecte la contre-tension du moteur électrique. Le calculateur calcule le couple de direction à partir de la contre-tension détectée par le détecteur de contre-tension, le moment
d'inertie du volant de direction, et le moment d'inertie du moteur électrique.
C'est-à-dire, concernant l'appareil de direction selon les premier et deuxième aspects mentionnés ci-dessus, que les systèmes de détection pour l'angle de direction et l'angle de rotation du moteur électrique ne sont pas nécessaires, et la contre-tension du moteur électrique qui est liée à l'angle de direction et
l'angle de rotation est détectée et utilisée au lieu de l'angle de direction.
Par conséquent, il est possible de réaliser un appareil de direction sans liaison qui ne nécessite pas un capteur de couple qui occupe un espace
important et soit d'un coût élevé.
Plus particulièrement, dans le calcul du couple de direction dans la présente invention, le calculateur additionne le moment d'inertie du volant
de direction et le moment d'inertie du moteur électrique, multiplie la contre-
tension par le résultat de l'addition, et calcule le couple de direction à partir
du résultat multiplié.
De plus, comme il est décrit plus loin, dans le cas d'une utilisation active du moteur électrique comme un moteur à force de réaction qui applique une force (une force de réaction) dans la direction opposée à la direction de commande du volant de direction, il est effectivement impossible de détecter la contre-tension. Cependant, dans le cas de l'utilisation passive du moteur électrique comme un système de détection de
la contre-tension et non comme moteur à force de réaction, la définition ci-
dessus n'est pas employée.
De plus, selon l'autre modification de la présente invention, il est proposé un appareil de direction comme décrit dans les premier et deuxième aspects mentionnés ci-dessus, dans lequel le moteur électrique est un moteur à force de réaction qui applique une force au volant de direction dans la
direction opposée à une direction opposée du volant de direction.
Dans cette invention, le moteur électrique connecté à l'axe rotatif du 3 5 volant de direction est le moteur à force de réaction qui applique la force (la force de réaction) au volant de direction dans la direction opposée à la
direction de commande du volant de direction.
Par conséquent, il est possible d'employer le moteur à force de réaction existant dans le but de procurer la même sensation de conduite que celle de l'appareil de direction lié au conducteur dans l'appareil de direction sans liaison, comme le moteur électrique. Dans ce cas, comme mentionné ci-dessus, dans l'appareil de direction selon le troisième aspect, le moteur électrique ne peut pas être remplacé par le moteur à force de réaction, cependant, un autre moteur électrique peut être disposé en outre, en plus du
moteur à force de réaction.
Les objets et caractéristiques ci-dessus et autres de l'invention
apparaîtront plus clairement à la lecture de la description faite ciaprès avec
les dessins annexés.
La figure 1A est une vue schématique représentant une configuration théorique d'un appareil de direction pour véhicule selon la présente invention; La figure lB est une vue schématique représentant une configuration théorique selon laquelle un engrenage d'augmentation de vitesse pour augmenter la vitesse de rotation d'un moteur électrique est disposé entre un volant de direction et un moteur à force de réaction dans l'appareil de
direction possédant la configuration théorique représentée sur la figure 1A.
La figure 2 est un bloc-diagramme représentant une partie essentielle d'une configuration d'un appareil de direction selon un mode de réalisation de la présente invention; et La figure 3 est un organigramme représentant le fonctionnement d'un
appareil de direction selon le mode de réalisation de la présente invention.
Une description détaillée est faite ci-après d'un mode de réalisation
selon la présente invention en référence aux dessins annexes.
La figure LA est une vue schématique représentant une configuration théorique d'un appareil de direction selon la présente invention. L'appareil de direction est généralement pourvu d'un moteur électrique (un moteur à force de réaction) 3 connecté à un axe rotatif 30 d'un volant de direction 2 pour exercer une force (une force de réaction) sur le volant de direction 2 dans une direction opposée à celle de commande du volant de direction 2, un codeur rotatif 33a pour détecter l'angle de direction du volant de direction 2, un codeur rotatif 33b pour détecter l'angle de rotation du moteur électrique 3, et un détecteur de contre-tension/courant 34 pour détecter la contre-tension du moteur électrique 3 et un courant circulant dans le moteur
électrique 3.
De plus, l'appareil de direction est pourvu d'une unité de contrôle de direction 4 pour calculer/détecter un couple de direction appliqué au volant de direction 2 à partir de l'un quelconque parmi un angle de direction détecté par le codeur rotatif 33a, un angle de rotation détecté par le codeur
rotatif 33b, ou une contre-tension détectée par le détecteur de contre-
tension/courant 34, et le moment d'inertie du volant de direction 2 et le
moment d'inertie du moteur électrique 3.
L'unité de contrôle de direction 4 est également faite pour être capable de calculer/détecter le couple de direction appliqué au volant de direction 2 à partir de l'un parmi l'angle de direction détecté par le codeur rotatif 33a ou l'angle de rotation détecté par le codeur rotatif 33b, et le courant détecté par le détecteur de contre- tension/courant 34, le moment d'inertie du volant de direction 2 et le moment d'inertie du moteur électrique 3. L'unité de contrôle de direction 4 contrôle une force de réaction qui est appliquée au volant de direction 2 en utilisant le moteur électrique 3 dans une direction opposée à celle de commande du volant de direction 2, à
partir du couple de direction calculé/détecté.
La figure lB est une vue schématique représentant une configuration théorique selon laquelle un engrenage d'augmentation de vitesse pour augmenter la vitesse de rotation du moteur électrique 3 est disposé entre le codeur rotatif 33a d'un côté du volant de direction 2 et le moteur électrique 3 dans l'appareil de direction possédant la configuration théorique
représentée sur la figure lA.
Une description est faite ci-dessous du principe d'un système de
contrôle de l'appareil de direction possédant ces deux configurations.
Premièrement, étant donné que la configuration comprenant le système de contrôle représenté sur la figure lA ne comporte pas l'engrenage d'augmentation de vitesse 7, il peut être considéré que l'angle de direction 0h du volant de direction 2 détecté par le codeur rotatif 33a est égal à l'angle de rotation 0m du moteur électrique 3 détecté par le codeur rotatif 33b, suivant quoi la relation entre ceux-ci peut être représentée par l'équation suivante (1): 0m = Oh... (1) De plus, si on définit le couple appliqué depuis le volant de direction 2 au moteur électrique 3 comme étant Tx et le couple appliqué depuis le moteur électrique 3 au volant de direction 2 comme étant Ty, la relation
entre ceux-ci peut être représentée par l'équation (2) suivante.
Tx = Ty... (2) Ici, T est un couple (couple de direction) effectivement appliqué au volant de direction 2, Tm est un couple effectivement généré par le moteur électrique 3, Ih (une valeur fixe) est un moment d'inertie prédéfini du volant de direction 2, Im (une valeur fixe) est un moment d'inertie prédéfini du moteur électrique 3, Ch (une valeur fixe) est un coefficient de viscosité de résistance prédéfini entre le volant de direction 2 et l'engrenage d'augmentation de vitesse 7, et Cm (une valeur fixe) est un coefficient de viscosité de résistance prédéfini entre l'engrenage d'augmentation de vitesse 7 et le moteur électrique 3, la relation entre les valeurs Tx et Ty mentionnées
ci-dessus peut être représentée par les équations (3) et (4) suivantes.
Tx = T - Ih.0h - Ch.Oh'... (3) Ty = Tm + Im.Om" + Cm.Om'... (4)
Ici, 0'= dO/dt; 0" = d20/dt2.
En substituant les équations (3) et (4) dans l'équation (2), l'équation suivante peut être obtenue: T - Ih0h" - Ch.0h' = Tm + Im.0m" + Cm.Om' C'est-à-dire T = Tm + Im.0m" + Cm.Om'+ lh.0h + Ch.0h '... (5) A partir de l'équation (1), l'équation (5) peut être représentée par les équations suivantes (6a) et (6b): T = Tm + Im.0h" + Cm.0h' + Ih.0h + Ch. 0h' = Tm + (Im + Ih)Oh" + (Cm + Ch)0h'... (6a) T = Tm + Im.0m" + Cm.0m' + [h.0m" + Ch.Om' = Tm + (Im + Ih)0m" + (Cm + Ch)0m'... (6b) Par conséquent, à partir des équations (6a) et (6b), il est possible d'obtenir le couple de direction T uniquement en détectant l'angle de direction Oh du volant de direction 2 ou l'angle de rotation 0m du moteur électrique 3, tant que le moteur électrique 3 n'est pas utilisé comme moteur
à force de réaction, c'est-à-dire, Tm = 0.
Par conséquent, T = (Im + Ih)0h" + (Cm + Ch)Oh'... (7a) T = (Im + Ih)Om" + (Cm + Ch)Om'... (7b) Ici, Ke est un coefficient de contre- tension du moteur électrique 3, une contre-tension V du moteur électrique 3 peut être représentée par l'équation suivante: V = Ke.Om' 1 0 C'est-à-dire, Om=' V/Ke = Oh'... (8a) Om" V'/Ke Oh... (8b)
Ici, V'= dV/dt.
Par conséquent, à partir des équations (8a) et (8b), les équations (7a) et (7b) sont représentées de la façon suivante: T = (Im + Ih)V'/Ke + (Cm + Ch)V/Ke... (9) Par conséquent, à partir de l'équation (9), il est possible d'obtenir le couple de direction T uniquement en détectant la contre-tension V du moteur électrique 3 tant que le moteur électrique 3 n'est pas utilisé comme
2 0 moteur à force de réaction.
Au contraire, dans le cas o le moteur électrique 3 est utilisé comme moteur à force de réaction, c'est-à-dire que Tm # 0, étant donné qu'il est manifestement impossible de détecter la contre-tension V, le couple de direction T est plutôt obtenu à partir du courant électrique i circulant dans le
2 5 moteur électrique 3.
Ici, Kt est un coefficient de couple du moteur électrique 3, un couple Tm effectivement généré par le moteur électrique 3 peut être obtenu par l'équation suivante (10): Tm= i.Kt... (10) 3 o Par conséquent, les équations suivantes (1 la) et (1 lb) peuvent être obtenues en substituant l'équation (10) dans les équations (6a) et (6b): T = i.Kt + (Im + Ih)0h" + (Cm + Ch)0h'... (1 la) T = i.Kt + (Im + Ih)Om" + (Cm + Ch)Om'... (1 lb) Par conséquent, même dans le cas o le moteur électrique 3 est utilisé comme moteur à force de réaction, il est possible d'obtenir le couple de direction T à partir de l'angle de direction Oh du volant de direction 2 ou de l'angle de rotation 0m du moteur électrique 3 et du courant électrique i
circulant vers le moteur électrique 3.
Ici, (Oh Oh; (Oh'= doh/dt =Oh (m = Om,'; Cm' dcom/dt = Oe" Les équations (11a) et (I1 lb) peuvent être représentées par les équations suivantes (12a) et (12b): T = i.Kt + (Im + Ih)c0h' + (Cm + Ch)Coh... (12a) T = i.Kt + (Im + Ih)<om' + (Cm + Ch)com... (12b) Ensuite, en cas de présence du système de contrôle de la figure lB, étant donné que le système comprend l'engrenage d'augmentation de vitesse 7, si un rapport d'engrenage de l'engrenage d'augmentation de vitesse 7 est n:l, l'angle de direction Oh du volant de direction 2 détecté par le codeur rotatif 33a et l'angle de rotation 0m du moteur électrique 3 détecté par le codeur rotatif 33b peuvent être obtenus par l'équation (13) suivante Omn = nOh... (13) De plus, ici, Tx est un couple appliqué depuis le volant de direction 2 sur le moteur électrique 3, c'est-à-dire, le couple appliqué à un engrenage du côté du volant de direction 2 de l'engrenage d'augmentation de vitesse 7 et Ty est un couple appliqué depuis le moteur électrique 3 sur le volant de direction 2, c'est-à-dire, un couple appliqué à l'engrenage du côté du moteur électrique 3 de l'engrenage d'augmentation de vitesse 7, la relation entre Tx et Ty est donnée par l'équation suivante (14) Tx = n.Ty... (14) Ici, T est un couple (le couple de direction) effectivement appliqué au volant de direction 2, Tm est un couple effectivement généré par le moteur électrique 3, Ih (une valeur fixe) est un moment d'inertie prédéfini du volant de direction 2, Im (une valeur fixe) est un momentd'inertie prédéfini du moteur électrique 3, Ch (une valeur fixe) est un coefficient de viscosité de résistance prédéfini entre le volant de direction 2 et l'engrenage d'augmentation de vitesse 7, et Cm (une valeur fixe) est un coefficient de viscosité de résistance prédéfini entre l'engrenage d'augmentation de vitesse 7 et le moteur électrique 3, la relation entre Tx et Ty peut être représentée par les équations suivantes (3) et (4): Tx = T - Ih.0h - Ch.Oh'... (3) Ty= Tm + Im.Om" + Cm.0m'... (4)
Ici, 0' = dO/dt; 0" = d20/dt2.
En substituant les équations (3) et (4) dans l'équation (14), T - Ih. 0Oh" Ch.0h'= n(Tm + Im.0m" + Cm.0,m') = nTm + nlm.Om" + nC,.Om' C'est-à-dire, T = nTm + nlm.Om" + nCm.Om' + Ih.0h + Ch.0h'... (15) A partir de l'équation (13), l'équation (15) peut être représentée par l'équation suivante (1 6a) ou (I 6b): T = nTm + nlm.(nOh") + nCm.(nOh') + Ih.0h" + Ch.0h' = nTm + n 2Im.0h + n2C,.0h' + Ih.0h + Ch.0h' = nTm + (n2Im + Ih)0h" + (n2Cn + Ch)0h'... (16a) T = nTm + nlm.Om" + nCm. Om' + Ih.(Om"/n) + Ch.(Om'/n) = nTm+ + nlm. 0m" + nCm.0m' + n-1Ih.0m" + n'Ch.Om' = nTm + (n2Im + Ih)Om"/n + (n2Cm + Ch)Om'/n... (16b) Par conséquent, à partir des équations (16a) et (16b), il est possible d'obtenir le couple de direction T uniquement en détectant l'angle de direction Oh du volant de direction 2 ou l'angle de rotation Om, du moteur électrique 3, tant que le moteur électrique 3 n'est pas utilisé comme moteur
à force de réaction, c'est-à-dire, T,,, = 0.
Par conséquent, T = (n2I, +Ih)0h" + (n2Cm + Ch)0h'... (1 7a) T = (n2Im + Ih)Om"/n + (n2Cm + Ch)Om'/n... (1 7b) Ici, comme indiqué ci-dessus, la contre-tension V du moteur électrique 3 est représentée par l'équation suivante V = Ke.Om' C'est-à-dire, Omn' V/Ke; 0m" = V'/Ke... (18a) De plus, à partir de l'équation (14), Oh'= V/(n.Ke); Oh"= V'/(n. Ke)... (18b)
Ici, V' = dV/dt.
Par conséquent, les équations (17a) et (17b) peuvent être représentées
par l'équation suivante (19) à partir des équations (18a) et (18b).
T = (n2Im + Ih)V'/(n.Ke) + (n2Cm, + Ch)V/(n.Kó)... (19) Par conséquent, à partir de l'équation (19), il est possible d'obtenir le couple de direction T uniquement en détectant la contre-tension V du moteur électrique 3 tant que le moteur électrique 3 n'est pas utilisé comme
moteur à force de réaction.
Au contraire, dans le cas o le moteur électrique 3 est utilisé comme moteur à force de réaction, c'est-à-dire Tm: 0, étant donné qu'il est manifestement impossible de détecter la contre-tension V, le couple de direction T est obtenu plutôt à partir du courant électrique i circulant vers le
moteur électrique 3.
Comme indiqué ci-dessus, étant donné que le couple Tm effectivement généré par le moteur électrique 3 est obtenu comme suit Tm = i. Kt... (10) En substituant l'équation (10) dans les équations (16a) et (16b), T= n(i.Kt) + (n2Im + Ih)Oh" + (n2Cm + Ch)0h'... (20a) T = n(i.Kt) + (n2Im + Ih)Om"/n + (n2Cm + Ch)Om'/n... (20b) Par conséquent, même dans le cas o le moteur électrique 3 est utilisé comme moteur à force de réaction, il est possible d'obtenir le couple de direction T à partir de l'angle de direction Oh du volant de direction 2 ou de l'angle de rotation 0m du moteur électrique 3, et du courant électrique i
circulant vers le moteur électrique 3.
Ici, 2 5 (Oh Oh; oh, dCoh/dt = Oh" com = Om'0; m'= d(Om/dt = Om" Dans ce cas, les équations (20a) et (20b) peuvent être représentées par les équations suivantes (21 a) et (2 lb): T = n(i.Kt) + (n2Im + Ih)Coh' + (n2Cm + Ch)o)h... (21 a) 3 0 T = n(i.Kt) + (n2Im + Ih)com'/n + (n2Cm + Ch)Om/n... (21 b) La figure 2 est un bloc-diagramme représentant une partie essentielle d'une configuration d'un appareil de direction selon un mode de réalisation de la présente invention. Dans cet appareil de direction, le mode de
réalisation employant l'équation (21lb) mentionnée ci-dessus est représenté.
Cet appareil de direction est pourvu d'un mécanisme de direction 1 pour diriger une paire de roues 10 qui sont agencées des côtés droit et gauche de la carrosserie d'un véhicule (non représenté), un volant de direction 2 sert de dispositif de direction qui est agencé de façon à être mécaniquement séparé du mécanisme de direction 1, un moteur électrique 3 qui exerce une force de réaction sur le volant de direction 2, et une unité de contrôle de direction 4 composée d'un microprocesseur. L'appareil de direction est configuré de telle sorte que l'unité de contrôle de direction 4 commande un moteur de direction 5 disposé au milieu du mécanisme de direction 1 suivant le fonctionnement du volant de direction 2 de façon à entraîner le mécanisme
de direction 1.
Dans le mécanisme de direction 1, comme il est connu, les deux parties terminales d'un axe de direction 1 1 qui est étendu dans la direction de gauche à droite de la carrosserie du véhicule et coulisse dans la direction de l'axe et des bras articulés 12 qui supportent les roues 10 par des barres d'accouplement 13 indépendantes sont connectés ensemble, pour pousser ou tirer les bras articulés 12 par l'intermédiaire des barres d'accouplement 13 grâce à un mouvement coulissant de l'axe de direction 1l 1 dans les deux sens, et dirigent les roues 10 vers la droite ou la gauche. Cette opération de direction est effectuée en convertissant la rotation du moteur de direction 5 qui est disposé de façon coaxiale dans la partie centrale de l'axe de direction Il dans l'opération de coulissement de l'axe de direction 11 par un
mécanisme de conversion de mouvement approprié.
La rotation de l'axe de direction 1 1 est restreinte sur l'axe par un élément de restriction de rotation (non représenté) intercalé entre l'axe de direction 1l 1 et un logement 14. La rotation du moteur de direction 5 est convertie en mouvement coulissant de l'axe de direction l 1 dans la direction axiale, et ainsi l'opération de direction (l'opération de direction des roues
) est réalisée en fonction de la rotation du moteur de direction 5.
L'angle des roues 10 est détecté par un capteur 16 par rapport à une position de coulissement relatif entre le logement de l'axe de direction 14 d'un côté du moteur de direction 5 et l'axe de direction 1l 1. La sortie du capteur 16 est transmise à l'unité de contrôle de direction 4 ainsi qu'une sortie d'un codeur rotatif 15 qui détecte une position de rotation du moteur
de direction 5.
Le moteur électrique 3 qui exerce la force de réaction sur le volant de direction 2 est, par exemple, un moteur sans balais triphasé, et le logement de ce dernier est monté sur une partie appropriée de la carrosserie du véhicule (non représentée) par rapport à l'axe rotatif 30. Le volant de direction 2 est connecté de façon coaxiale à une extrémité saillante d'un côté de l'axe rotatif 30. Le moteur électrique 3 est entraîné dans les deux sens par un courant électrique provenant d'un circuit de commande 3a en correspondance avec un signal de commande transmis par l'unité de contrôle de direction 4, et exerce une force (une force de réaction) au volant de direction 2 dans le sens opposé de fonctionnement de celui-ci, le volant de direction 2 étant
monté sur une extrémité de l'axe rotatif 30.
Par conséquent, en ce qui concerne le fonctionnement du volant de direction 2, il est nécessaire d'appliquer le couple de direction en opposition à la force de réaction exercée par le moteur électrique 3. Le couple de
direction appliqué au volant de direction 2 de la manière mentionnée ci-
dessus est calculé/détecté par l'unité de contrôle de direction 4 à partir du courant électrique qui circule vers le moteur électrique 3, et est utilisé pour
ajuster la force de réaction exercée par le moteur électrique 3.
Le capteur de courant 3b détecte le courant électrique appliqué au moteur électrique 3 depuis le circuit de commande 3a, et le transmet à
l'unité de contrôle de direction 4.
Un degré d'utilisation (angle de direction) du volant de direction 2 est détecté par le codeur rotatif 33 fixé au moteur électrique 3, avec le sens de direction, et le résultat détecté est transmis à l'unité de contrôle de direction 4. De plus, un résultat détecté d'un capteur de vitesse de véhicule 6 qui détecte la vitesse de déplacement du véhicule est transmis à l'unité de
contrôle de direction 4.
La sortie de l'unité de contrôle de direction 4 est transmise au moteur électrique 3 et au moteur de direction 5 par l'intenrmédiaire de circuits de commande respectifs 3a et 5a, et le moteur électrique 3 et le moteur de direction 5 sont configurés de façon à effectuer des opérations respectives en fonction du signal de commande provenant de l'unité de contrôle de
direction 4.
L'unité de contrôle de direction 4 détermine une force de réaction devant être appliquée au volant de direction 2, effectue un contrôle de force de réaction dans lequel le signal de commande est transmis au moteur électrique 3 de façon à générer la force de réaction, et calcule/détecte le couple de direction appliqué au volant de direction 2 en fonction de l'angle de rotation du moteur électrique 3 détecté par le codeur rotatif 33b, le courant électrique du moteur électrique 3 détecté par le capteur de courant 3b, le moment d'inertie du volant de direction 2, et le moment d'inertie du
moteur électrique 3, de la manière décrite ci-dessus.
De plus, l'unité de contrôle de direction 4 reconnaît l'angle de rotation comprenant le sens de rotation du moteur électrique 3 en fonction de l'entrée provenant du codeur rotatif 33b, calcule un écart d'angle entre l'angle de direction en fonction de celui-ci et un angle réel reconnu par l'entrée provenant du capteur 16 relié au mécanisme de direction 1, corrige l'écart de façon à être augmenté ou diminué en correspondance avec la vitesse du véhicule transmise en entrée depuis le capteur de vitesse du véhicule 6 de façon à calculer un angle cible, et effectue un contrôle de direction pour commander le moteur de direction 5 jusqu'à ce que l'angle cible soit obtenu. A ce moment, l'entrée provenant du codeur rotatif 15 est utilisée comme signal de retour pour vérifier si oui ou non le moteur de
direction 5 a atteint une position de rotation souhaitée.
Une description est faite ci-dessous du fonctionnement de l'appareil
de direction possédant la configuration mentionnée ci-dessus en référence à
l'organigramme de la figure 3 représentant le fonctionnement.
La figure 3 est un organigramme représentant le fonctionnement d'un
mode de réalisation d'un appareil de direction selon la présente invention.
Premièrement, l'unité de contrôle de direction 4 commande au capteur de courant 3b de détecter un courant électrique i circulant vers le moteur électrique 3 de façon à lire (Si), et calcule nTm en fonction de n(i.Kt) de
façon à enregistrer (S2).
Ensuite, l'unité de contrôle de direction 4 commande au codeur rotatif 33b de détecter un angle de rotation 0m du moteur électrique 3 de façon à lire (S3), et détermine un angle de rotation Om(N) de la période d'échantillonnage courante de façon à enregistrer (S4). Ensuite, l'unité de contrôle de direction 4 calcule la différence entre l'angle de rotation Om(N) de la période d'échantillonnage courante et l'angle de rotation 0,m,(N-l) détecté et enregistré au cours de la période d'échantillonnage précédente, et l'enregistre en tant que A0m (S5). De plus, l'unité de contrôle de direction 4 divise AOm par une période d'échantillonnage At et détermine une vitesse de
rotation tom du moteur électrique 3 (S6).
De plus, la vitesse de rotation prédéfinie con, est enregistrée en tant que vitesse de rotation om(N) pour la période d'échantillonnage courante (S7). Ensuite, l'unité de contrôle de direction 4 calcule la différence entre la vitesse de rotation om(N) de la période d'échantillonnage courante et la vitesse de rotation Com(N-l) détectée et enregistrée au cours de la période d'échantillonnage précédente, et l'enregistre en tant que ACOm (S8). Ensuite, l'unité de contrôle de direction 4 divise Acom par la période d'échantillonnage At et détermine une accélération de rotation c m' du moteur électrique 3 de
façon à enregistrer (S9).
Puis, l'unité de contrôle de direction 4 substitue le nTm enregistré, la vitesse de rotation tom du moteur électrique 3 et l'accélération de rotation orn' du moteur électrique 3 dans l'équation (21lb), calculant ainsi le couple de
direction T appliqué au volant de direction 2 (S 10).
Ensuite, l'unité de contrôle de direction 4 enregistre l'angle de rotation 0m(N) de la période d'échantillonnage courante comme l'angle de rotation Om(N- l1) de la période d'échantillonnage précédente (S 1), et enregistre la vitesse de rotation com(N) de la période d'échantillonnage courante comme la vitesse de rotation orm(N-l) de la période
d'échantillonnage précédente, étant ainsi retournée.
Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation sans pour autant
sortir de la portée de l'invention.
Claims (12)
1. Appareil de direction pour véhicule, comprenant: un mécanisme de direction (1) pour changer la direction d'une roue
(10);
un actionneur (5) pour commander ledit mécanisme de direction (1); un volant de direction (2) non connecté mécaniquement audit mécanisme de direction (1); et un contrôleur (4, 5a) pour commander et contrôler ledit actionneur (5) en fonction d'un couple de direction appliqué audit volant de direction (2), caractérisé en ce qu'il comprend un moteur électrique (3) connecté à un axe rotatif (30) dudit volant de direction (2); un détecteur d'angle de direction (33a) pour détecter l'angle de direction (Oh) dudit volant de direction (2); un calculateur (14) pour calculer le couple de direction (T) à partir de l'angle de direction (Oh) détecté par ledit détecteur d'angle de direction (33a), le moment d'inertie (Ih) dudit volant de direction (2), et le moment
2 0 d'inertie (Im) dudit moteur électrique (3).
2. Appareil de direction pour véhicule selon la revendication 1, comprenant également: un détecteur de courant (3b) pour détecter un courant électrique (i) circulant dans ledit moteur électrique (3), caractérisé en ce que ledit calculateur (4) calcule le couple de direction (T) à partir du courant électrique (i) détecté par ledit détecteur de courant (3b), l'angle de direction (Oh) détecté par ledit détecteur d'angle de direction (33a), le moment d'inertie (Ih) dudit volant de direction (2), et le
moment d'inertie (Im) dudit moteur électrique (3).
3. Appareil de direction pour véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit calculateur (4) comprend: un calculateur d'accélération angulaire de direction (4) pour calculer une accélération angulaire de direction (Oh", ch') à partir de l'angle de direction (Oh); un additionneur (4) pour additionner le moment d'inertie (Ih) dudit volant de direction (2) et le moment d'inertie (Im) dudit moteur électrique (3); et un multiplicateur (4) pour multiplier un résultat calculé dudit calculateur d'accélération angulaire de direction (4) et le résultat additionné dudit additionneur (4); caractérisé en ce que ledit calculateur (4) calcule le couple de
direction (T) à partir d'un résultat multiplié dudit multiplicateur (4).
4. Appareil de direction pour véhicule selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit calculateur (4) comprend: 1 0 un calculateur d'accélération angulaire de direction (4) pour calculer une accélération angulaire de direction (Oh", Oh') à partir de l'angle de direction (Oh); un premier additionneur (4) pour additionner le moment d'inertie (Ih) dudit volant de direction (2) et le moment d'inertie (Im) dudit moteur électrique (3); un multiplicateur (4) pour multiplier un résultat calculé dudit calculateur d'accélération angulaire de direction (4) et un résultat additionné dudit premier additionneur (4); et un deuxième additionneur (4) pour additionner une valeur basée sur 2 0 le courant (i) et un résultat multiplié dudit multiplicateur (4), caractérisé en ce que ledit calculateur (4) calcule le couple de direction (T) à partir d'un résultat additionné dudit deuxième additionneur (4).
5. Appareil de direction pour véhicule selon les revendications 1 à 4,
caractérisé en ce que ledit moteur électrique (3) est un moteur à force de réaction (3) pour exercer une force sur ledit volant de direction (2) dans un
sens opposé au sens de direction dudit volant de direction (2).
6. Appareil de direction pour véhicule, comprenant: un mécanisme de direction (1) pour changer la direction d'une roue
(10);
un actionneur (5) pour commander ledit mécanisme de direction (1) un volant de direction (2) non connecté mécaniquement audit mécanisme de direction (1); et un contrôleur (4, 5a) pour commander et contrôler ledit actionneur (5) en fonction d'un couple de direction appliqué audit volant de direction (2), caractérisé en ce qu'il comprend: un moteur électrique (3) connecté à un axe rotatif (30) dudit volant de direction (2); un détecteur d'angle de rotation (33b) pour détecter l'angle de rotation (Onm) dudit moteur électrique (3); et un calculateur (4) pour calculer le couple de direction (T) à partir de l'angle de rotation (0m) détecté par ledit détecteur d'angle de rotation (33b), le moment d'inertie (Ih) dudit volant de direction (2), et le moment d'inertie
(Im) dudit moteur électrique (3).
7. Appareil de direction pour véhicule selon la revendication 6, comprenant également: un détecteur de courant (3b) pour détecter un courant électrique (i) circulant dans ledit moteur électrique (3), caractérisé en ce que ledit calculateur (4) calcule le couple de direction (T) à partir du courant électrique (i) détecté par ledit détecteur de courant (3b), l'angle de rotation (Om) détecté par ledit détecteur d'angle de rotation (33b), le moment d'inertie (Ih) dudit volant de direction (2), et le
moment d'inertie (Im) dudit moteur électrique (3).
8. Appareil de direction pour véhicule selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit calculateur (4) comprend: un calculateur d'accélération angulaire de direction (4) pour calculer une accélération angulaire de rotation (Oh", (Oh') à partir de l'angle de rotation (Om); un additionneur (4) pour additionner le moment d'inertie (Ih) dudit volant de direction (2) et le moment d'inertie (Im) dudit moteur électrique (3); et un multiplicateur (4) pour multiplier un résultat calculé dudit calculateur d'accélération angulaire de rotation (4) et le résultat additionné dudit additionneur (4); caractérisé en ce que ledit calculateur (4) calcule le couple de
direction (T) à partir d'un résultat multiplié dudit multiplicateur (4).
9. Appareil de direction pour véhicule selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit calculateur (4) comprend: un calculateur d'accélération angulaire de rotation (4) pour calculer une accélération angulaire de rotation (Oh", COh') à partir de l'angle de rotation (Om); un premier additionneur (4) pour additionner le moment d'inertie (Ih) dudit volant de direction (2) et le moment d'inertie (Im) dudit moteur électrique (3); un multiplicateur (4) pour multiplier un résultat calculé dudit calculateur d'accélération angulaire de rotation (4) et un résultat additionné dudit premier additionneur (4); et un deuxième additionneur (4) pour additionner une valeur basée sur le courant (i) et un résultat multiplié dudit multiplicateur (4), caractérisé en ce que ledit calculateur (4) calcule le couple de direction (T) à partir d'un résultat additionné dudit deuxième additionneur (4).
10. Appareil de direction pour véhicule selon les revendications 6 à
9, caractérisé en ce que ledit moteur électrique (3) est un moteur à force de réaction (3) pour exercer une force sur ledit volant de direction (2) dans un
sens opposé au sens de direction dudit volant de direction (2).
1. Appareil de direction pour véhicule, comprenant: un mécanisme de direction (1) pour changer la direction d'une roue
(10);
un actionneur (5) pour commander ledit mécanisme de direction (1); un volant de direction (2) non connecté mécaniquement audit mécanisme de direction (1); et un contrôleur (4, 5a) pour commander et contrôler ledit actionneur (5) en fonction d'un couple de direction appliqué audit volant de direction (2), caractérisé en ce qu'il comprend un moteur électrique (3) connecté à un axe rotatif (30) dudit volant de direction (2); un détecteur de contre-tension (34) pour détecter une contre-tension (V) dudit moteur électrique (3); et un calculateur (4) pour calculer le couple de direction (T) à partir de la contre-tension (V) détectée par ledit détecteur de contre-tension (34), le moment d'inertie (Ih) dudit volant de direction (2), et le moment d'inertie
(Im) dudit moteur électrique (3).
12. Appareil de direction pour véhicule selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit calculateur (4) comprend: un additionneur (4) pour additionner le moment d'inertie (Ih) dudit volant de direction (2) et le moment d'inertie (Im) dudit moteur électrique (3);et un multiplicateur (4) pour multiplier ladite contre-tension (V) et un résultat additionné dudit additionneur (4); caractérisé en ce que ledit calculateur (4) calcule le couple de
direction (T) à partir d'un résultat multiplié dudit multiplicateur (4).
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