FR2801270A1

FR2801270A1 - Automatic steering correction system, for power assisted steering, uses steering rack casing displacement to correct transient deflections, while countering driver reaction

Info

Publication number: FR2801270A1
Application number: FR9914733A
Authority: FR
Inventors: Florent Coffin; Patrice Lanvevin; Jannick Auvinet; Patrick Coutant
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 1999-11-23
Filing date: 1999-11-23
Publication date: 2001-05-25
Anticipated expiration: 2019-11-23
Also published as: FR2801270B1

Abstract

In a vehicle with rack (3) and pinion (5) steering gear, the driver applies torque to the steering column (6) via the wheel (2). The power assistance system (S1) applies a supplementary torque, e.g. to the column, from an actuator (10) controlled by a calculating unit (11), with sensor inputs representing the driver's applied torque (13), steering wheel angle (14) and vehicle speed (15). To counteract disturbances from external causes like cross-wind gusts, surface irregularities, etc., a transient correction system (S2) is installed, whose calculating unit (21) also has steering wheel angle and vehicle speed inputs, with additional data from another sensor (22), measuring the vehicle's rate of yaw. Teh unit's actuator (20) makes corrections by displacing the steering rack casing (4). Transient correction involves thee calculation of an appropriate reference value for the yaw rate from the other two input parameters, using e.g. type-test results. The differential error value, through a tabulated relation, determines the actuator movement. To maintain the driver's comfort and confidence in his control, the reactive effect of transient corrections is annulled at the steering wheel using a third calculating unit (S3). This derives (30) from the second unit output a compensating torquee value, and injects it into the main controller (S1).

Description

SYSTEME DE CORRECTION AUTOMATIQUE DE LA TRAJECTOIRE D'UN VEHICULE La presente invention concerne un système correction automatique de la trajectoire d'un véhicule soumis à des perturbations provenant d'une chaussee déformée, d'un vent latéral ou d'un tirage anormal aboutissant à un deport du véhicule involontaire de part du conducteur, qui est totalement transparent pour le conducteur. Le problème qui se pose concerne les phenomènes de perturbations que subit le véhicule et qui aboutissent à un déport de trajectoire, obligeant le conducteur à agir sur le braquage du volant pour corriger la trajectoire. Ces perturbations sont par exemple un dévers de la chaussée, des coups de vent latéral, ou bien encore un tirage anormal intrinsèque au véhicule. Dans tous ces cas, le véhicule a tendance à ne pas garder le cap souhaité par le conducteur, qui doit tourner le volant pour maintenir ce cap. I1 existe actuellement des systèmes de correction automatique de la trajectoire par rejet des perturbations, qui délivrent un braquage supplémentaire des roues avant indépendamment du mouvement de la colonne de direction pour suivre la trajectoire souhaitée par le conducteur. La demande de brevet français, déposé au nom de RENAULT, sous le numéro 97 16780, propose un système de correction automatique de la trajectoire soit par un vérin solidaire de la caisse du véhicule, qui déplace le boîtier de crémaillère, soit par un vérin remplaçant une biellette de direction. Les lois de commande proposées pour ce système consistent déplacer la tige mobile en fonction d'un écart entre la vitesse de lacet du véhicule mesurée par un gyromètre et une consigne de vitesse de lacet dépendant de l'angle du volant et de la vitesse du véhicule. La demande de brevet européen 91 111518.6, au nom de AISIN, propose un boîtier de direction spécifique constitué de deux barreaux de crémaillère concentriques. De même, le brevet américain US 5,481,457, au nom de HONDA, propose de modifier le boîtier de direction en allongeant le barreau de crémaillère par un dispositif de roue avec vis sans fin, motorisé électriquement. Tous ces systèmes actuels ne tiennent pas compte de la remontée du couple dans le volant qui est issue du braquage supplémentaire qu'ils proposent pour annuler l'effet des perturbations et corriger la trajectoire. Or, une correction de braquage des roues entraîne une remontée de couple significative qui peut dégrader notablement le ressenti de la direction par les conducteurs. Cela aboutit à une forte dégradation de la tenue de cap puisque le conducteur la modifie en permanence en intervenant sur le volant. Le but de l'invention est de pallier cet inconvénient majeur en proposant un système de correction automatique de la trajectoire du véhicule qui tient compte, de manière instantanée, de la variation de couple issue du braquage supplémentaire pour la contrer au niveau du volant par une stratégie spécifique. Ainsi, le véhicule offre au conducteur une prestation de correction automatique de la trajectoire et qui améliore significativement la tenue de cap du véhicule est totalement transparente pour le conducteur, donc très confortable. Pour cela, l'objet de l'invention est un système de correction automatique de la trajectoire d'un véhicule équipé d'un premier système d'assistance électronique de la direction et d'un deuxième système de rejet des perturbations dues à la route ou à l'environnement effectuant un braquage correctif des roues, caractérisé en ce qu'il comporte un troisième système 'annulation des remontées d'efforts parasites dans le volant dus au braquage correctif des roues par le deuxieme système, comprenant un calculateur qui détermine, à partir de - l'angle de braquage des roues ar dépendant de l'angle volant #v demandé par le conducteur, l'angle de correction des roues (ar)c délivré par le deuxième système S2 de rejet des perturbations, la vitesse de déplacement V du véhicule, et selon une cartographie préétablie et mémorisée définissant le couple au volant TV en fonction de l'angle de braquage des roues et de la vitesse, la variation de couple au volant (8T,) induite par la correction de braquage des roues, et en ce que cette variation de couple est prise en compte par le premier système d'assistance de la direction. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'un exemple de réalisation, illustrée par les figures suivantes qui sont - la figure 1 : un schéma fonctionnel d'un système de correction de trajectoire selon l'invention ; - la figure 2 : une cartographie du couple volant induit par l'angle de braquage aux roues pour une vitesse donnée; - la figure 3 : un organigramme de fonctionnement du calculateur d'assistance de direction. Sur schéma fonctionnel de la figure 1, représentant un train avant d'un véhicule automobile, celui-ci est équipé d'un premier système S1 d'assistance de la direction et d'un deuxième système S2 de rejet des perturbations. Dans le cas de réalisation d'une direction avec colonne représentée sur la figure 1, le braquage des roues avant 1 du véhicule, à l'aide d'un volant 2 commandé par conducteur, est obtenu par le déplacement d'un barreau de crémaillère 3, à l'intérieur d'un boîtier 4 de crémaillère, par l'intermédiaire d'un pignon 5 reliant le barreau 3 à la colonne de direction 6. Le système S1 d'assistance de la direction est constitué par un moteur électrique 10, commandé par un calculateur électronique 11, destiné à générer une commande d'assistance Ca, en couple pour les directions assistées sur colonne de direction (cas de la figure 1) ou pignon ou un effort pour les directions assistées sur crémaillère. Cette commande assiste le conducteur dans l'obtention de son braquage de roue par l'intermédiaire de l'élément 12 qui relie le moteur d'assistance 10 à un élément de la direction, la colonne dans l'exemple de la figure 1. Le calculateur établit cette commande Ca à partir d'informations d'entrée qui sont - le couple Tc exercé par le conducteur sur le volant et mesuré par un couplemètre 13. C'est l'information principale pour définir les lois d'assistance de la direction. AUTOMATIC CORRECTION SYSTEM OF THE TRACK OF A VEHICLE The present invention relates to a system for automatically correcting the trajectory of a vehicle subjected to disturbances originating from a deformed roadway. , a side wind or an abnormal draft resulting in an unintentional vehicle deportment from the driver, which is completely transparent to the driver. The problem that arises relates to the phenomenon of disturbances that the vehicle undergoes and which result in an offset of trajectory, forcing the driver to act on steering the steering wheel to correct the trajectory. These disturbances are for example a slope of the roadway, side gusts, or else an abnormal draw intrinsic to the vehicle. In all these cases, the vehicle tends not to keep the desired course by the driver, who must turn the steering wheel to maintain this course. There are currently systems for automatic correction of the path by disturbance rejection, which deliver an additional steering of the front wheels independently of the movement of the steering column to follow the path desired by the driver. The French patent application, filed in the name of RENAULT, under the number 97 16780, proposes a system for automatic correction of the trajectory either by a cylinder secured to the vehicle body, which moves the rack housing, or by a cylinder replacing a steering rod. The control laws proposed for this system consist in moving the movable rod according to a difference between the yaw rate of the vehicle measured by a gyrometer and a yaw rate setpoint dependent on the angle of the steering wheel and the speed of the vehicle. . European patent application 91 111518.6, in the name of AISIN, proposes a specific steering box consisting of two concentric rack bars. Likewise, US Pat. No. 5,481,457, in the name of HONDA, proposes to modify the steering box by lengthening the rack with an electrically powered worm wheel device. All these current systems do not take into account the rise in torque in the steering wheel that is derived from the additional steering they propose to cancel the effect of disturbances and correct the trajectory. However, a steering correction of the wheels causes a significant increase in torque that can significantly degrade the feeling of direction by drivers. This results in a sharp deterioration of the course hold since the driver modifies it permanently by intervening on the steering wheel. The object of the invention is to overcome this major drawback by proposing a system for automatically correcting the trajectory of the vehicle which takes into account, instantaneously, the torque variation resulting from the additional steering to counter it at the steering wheel by a steering wheel. specific strategy. Thus, the vehicle offers the driver a service of automatic correction of the trajectory and significantly improves the course of the vehicle is completely transparent to the driver, so very comfortable. For this, the object of the invention is a system for automatically correcting the trajectory of a vehicle equipped with a first electronic steering assistance system and a second system for rejecting disturbances due to the road. or to the environment performing a correction deflection of the wheels, characterized in that it comprises a third system 'cancellation upsets interfering forces in the steering wheel due to corrective wheel deflection by the second system, comprising a calculator which determines, from - the steering angle of the wheels ar depending on the steering angle #v requested by the driver, the angle of correction of the wheels (ar) c delivered by the second system S2 disturbance rejection, the speed of V movement of the vehicle, and according to a preset and memorized mapping defining the torque steering wheel TV according to the steering angle of the wheels and the speed, the torque variation at the steering wheel (8T,) induced by the steering correction of the wheels, and in that this torque variation is taken into account by the first steering assistance system. Other characteristics and advantages of the invention will become apparent on reading the description of an exemplary embodiment, illustrated by the following figures which are: FIG. 1: a block diagram of a trajectory correction system according to FIG. invention; - Figure 2: a map of the steering wheel torque induced by the steering angle to the wheels for a given speed; - Figure 3: a flowchart of operation of the steering assistance calculator. In a block diagram of Figure 1, showing a front train of a motor vehicle, it is equipped with a first system S1 steering assistance and a second system S2 disturbance rejection. In the case of producing a steering column shown in Figure 1, the steering of the front wheels 1 of the vehicle, using a steering wheel 2 controlled by driver, is obtained by the movement of a rack bar 3, inside a rack housing 4, via a pinion 5 connecting the bar 3 to the steering column 6. The system S1 of assistance of the direction is constituted by an electric motor 10 , controlled by an electronic computer 11, for generating an assistance command Ca, in torque for steering directions on a steering column (case of Figure 1) or pinion or a force for the rack assisted steering. This control assists the driver in obtaining his steering wheel through the element 12 which connects the assistance engine 10 to an element of the direction, the column in the example of Figure 1. The calculator establishes this command Ca from input information which is - the torque Tc exerted by the driver on the steering wheel and measured by a torque meter 13. This is the main information to define the laws of assistance of the management .

- l'angle a, du volant, issu d'un capteur d'angle 14. Cette information est utilisée pour les stratégies complémentaires et notamment le rappel actif. - Angle angle of the steering wheel, from an angle sensor 14. This information is used for complementary strategies including active recall.

- la vitesse linéaire V, du véhicule, mesurée par un capteur de vitesse 15 embarqué dans le vehicule et destinée à faire varier le niveau d'assistance.- The linear speed V of the vehicle, measured by a speed sensor 15 embedded in the vehicle and intended to vary the level of assistance.

A ce premier système S1 d'assistance de direction, 'il soit réalisé comme précédemment dans cas d'une direction avec colonne ou différemment dans le cas 'une direction sans colonne SBW, est ajouté un deuxième système S2 de rejet des perturbations, dues à route ou au vent par exemple, braquage supplémentaire des roues. To this first steering assistance system S1, it is realized as previously in the case of a column direction or differently in the case of a columnless direction SBW, is added a second system S2 of disturbance rejection, due to road or wind for example, additional turning of the wheels.

Selon un exemple de réalisation décrit dans la demande brevet français 97 16780, le déplacement du boîtier de crémaillère est provoqué par un actionneur 20 tel un vérin hydraulique ou un moteur électrique avec un système roue-vis sans fin sur le boîtier de crémaillère, ce qui entraîne le déplacement des biellettes de direction 7 qui font tourner les porte- moyeux 8 et donc les roues 1. Cet actionneur est commandé par un calculateur 21 qui lui envoie une consigne de position Cp à atteindre, calculée à partir paramètres du véhicule. paramètres d'entrée sont la vitesse de lacet y, mesurée par un gyromètre 22 embarqué dans le véhicule ; l'angle de braquage #v du volant, mesuré par un capteur d'angle 14 ; - la vitesse linéaire V de déplacement du véhicule, mesurée par le capteur 15. According to an exemplary embodiment described in the French patent application 97 16780, the movement of the rack housing is caused by an actuator 20 such as a hydraulic cylinder or an electric motor with a worm-wheel system on the rack housing, which causes the displacement of the steering rods 7 which rotate the hub carrier 8 and thus the wheels 1. This actuator is controlled by a computer 21 which sends a position setpoint Cp to reach, calculated from the vehicle parameters. input parameters are the yaw rate y, measured by a gyrometer 22 embedded in the vehicle; the steering angle #v of the steering wheel, measured by an angle sensor 14; the linear velocity V of the displacement of the vehicle, measured by the sensor 15.

Le calculateur 21 calcule, à tout moment, la vitesse de lacet de consigne yc à partir des deux derniers paramètres, soit l'angle volant #v et la vitesse du véhicule V, par un modèle mathématique du véhicule qui s'exprime l'équation suivante Vc = av / (n*L/V + Da* V) dans laquelle n est le rapport de démultiplication entre l'angle au volant uv l'angle moyen des roues avant ; L est l'empattement du véhicule ; Da est coefficient de dynamique angulaire du véhicule. The computer 21 calculates, at any time, the yc speed yc reference from the last two parameters, the flying angle #v and the speed of the vehicle V, a mathematical model of the vehicle that expresses the equation next Vc = av / (n * L / V + Da * V) where n is the gear ratio between the steering angle uv the average angle of the front wheels; L is the wheelbase of the vehicle; Da is the angular dynamic coefficient of the vehicle.

Le calculateur détermine l'écart entre la consigne de vitesse lacet et la vitesse de lacet mesurée bW = Yc - Vm qui est ensuite filtré puis amplifié par un gain pour constituer l'angle de correction aux roues . Cet angle correctif va être ajouté à l'angle #r de braquage des roues obtenu à partir de l'angle du volant a voulu par le conducteur divisé par le rapport de démultiplication, tel que #r <B≥ #V/n. Cet angle de correction (#r) c est converti, une table 23 représentative de la cinématique du train avant, en consigne de position Cp à atteindre par l'actionneur 20. The computer determines the difference between the yaw rate setpoint and the measured yaw rate bW = Yc-Vm, which is then filtered and then amplified by a gain to constitute the correction angle to the wheels. This corrective angle will be added to the steering wheel angle #r obtained from the angle of the steering wheel wanted by the driver divided by the gear ratio, such that #r <B≥ #V /not. This correction angle (#r) c is converted, a table 23 representative of the kinematics of the front axle, in position setpoint Cp to be reached by the actuator 20.

Le but de l'invention étant de fournir au conducteur une prestation de tenue de cap irréprochable sans apporter la moindre gêne au conducteur, elle comporte un troisième système S3 d'annulation des remontées d'efforts parasites dans le volant dues aux braquages correctifs provoquées par le deuxième systeme de rejet des perturbations. Ce système comporte un calculateur 30 qui reçoit en entrée - l'angle de braquage des roues #r = #v/n, issu de l'angle volant #v demandé par le conducteur - la vitesse de déplacement V du véhicule, - 1 angle de correction des roues (#r)c, qui est l'angle de braquage des roues délivré par le calculateur 21 du système S2 de rejet des perturbations. The purpose of the invention being to provide the driver with an impeccable cap-keeping service without causing the slightest discomfort to the driver, it comprises a third system S3 for canceling the parasitic force feedbacks in the steering wheel due to corrective steering caused by the second system of rejection of disturbances. This system comprises a computer 30 which receives as input - the steering angle of the wheels #r = # v / n, resulting from the steering wheel angle #v requested by the driver - the movement speed V of the vehicle, - 1 angle wheel correcting device (#r) c, which is the steering angle of the wheels delivered by the computer 21 of the system S2 disturbance rejection.

Lors de la mise au point du véhicule, une cartographie est établie et mémorisée dans le calculateur, définissant le couple au volant TV en fonction de l'angle de braquage des roues, pour des valeurs déterminées de la vitesse du véhicule. During the development of the vehicle, a map is established and stored in the computer, defining the torque steering wheel TV according to the steering angle of the wheels, for determined values of the speed of the vehicle.

La figure 2 est une courbe de ce couple au volant TV en fonction de l'angle #r, pour une vitesse égale à 120 km/h Connaissant la valeur (#r)1 de l'angle à la roue issu du volant #r = #v/n, la courbe indique la valeur (TV)1 du couple au volant correspondant. Si le système de rejet des perturbations délivre un angle (#r)c de braquage des roues supplémentaire, l'angle à la roue prend une autre valeur (#r)2, qui correspond à une valeur de couple au volant (Tv)2. La variation de couple au volant 8Tv = (Tv) 2 - (Tv) 1 induite par la correction du braquage des roues pour rejeter les perturbations se déduit donc de la cartographie. Figure 2 is a curve of this torque at the steering wheel TV depending on the angle #r, for a speed equal to 120 km / h Knowing the value (#r) 1 of the angle to the wheel from the steering wheel #r = # v / n, the curve shows the value (TV) 1 of the corresponding steering wheel torque. If the disturbance rejection system delivers an additional steering angle (#r) c, the angle at the wheel takes another value (#r) 2, which corresponds to a torque value at the steering wheel (Tv) 2 . The variation of steering wheel torque 8Tv = (Tv) 2 - (Tv) 1 induced by the correction of the steering of the wheels to reject the disturbances is therefore deduced from the mapping.

Cette variation obtenue 8T, qui correspond au retour d'effort généré par la modification de braquage des roues, est injectée ensuite dans le calculateur 11 du système de l'assistance de direction, pour être additionnée de manière mathématique aux autres valeurs de couple à appliquer sur la colonne de direction et établies partir des informations précédentes soit le couple TC appliqué par le conducteur sur le volant, l'angle av du volant et la vitesse du véhicule V. Comme le montre l'organigramme de la figure 3, le calculateur il génère une commande d'assistance en couple selon, d'une part une loi d'assistance principale L1, définie à partir du couple Tc du conducteur, des stratégies complémentaires L2, définies à partir de l'angle du volant #v - amortissement, compensation d'inertie - et d'autre part une loi de remontée d'efforts L3 établie à partir de la variation de couple 3T, induite par le braquage correctif des roues (ar)c. Ainsi, grâce à l'invention, le véhicule présente une excellente tenue de cap grâce à son système de rejet des perturbations provenant d'une mauvaise chaussée ou de vent violent par exemple, qui induit un braquage correctif des roues, mais dont les effets gênants pour le conducteur sont supprimés par le système d'annulation des remontées d'efforts parasites dans le volant. This variation obtained 8T, which corresponds to the force feedback generated by the steering wheel change, is then injected into the computer 11 of the steering assistance system, to be added mathematically to the other torque values to be applied. on the steering column and established from the preceding information is the torque TC applied by the driver on the steering wheel, the angle av of the steering wheel and the speed of the vehicle V. As shown in the flowchart of Figure 3, the computer there generates a torque assist command according to, on the one hand, a main assistance law L1, defined from the driver torque Tc, complementary strategies L2, defined from the angle of the steering wheel #v - damping, inertia compensation - and on the other hand a force-up law L3 established from the variation of torque 3T, induced by the corrective steering of the wheels (ar) c. Thus, thanks to the invention, the vehicle has excellent course stability thanks to its system for rejecting disturbances from a bad road or violent wind, for example, which induces a corrective wheel deflection, but whose annoying effects for the driver are removed by the system of cancellation of upsets parasitic forces in the steering wheel.

Claims

V E N D I C A T IO N S

1. System for automatically correcting the trajectory of a vehicle equipped with a first electrical steering assistance system and a second system for rejecting disturbances due to the road or the environment carrying out a corrective wheel deflection, characterized in that it comprises a third system for canceling the upsets of parasitic forces in the steering wheel due to the corrective steering of the wheels by the second system, comprising a computer (30) which determines, from - the angle of wheel steering (#r) depending on the steering wheel angle (ace) requested by the driver, - the wheel correction angle (ar) c delivered by the second disturbance rejection system (S2), - the speed of displacement (V) of the vehicle, and according to a predetermined and memorized map defining the steering wheel torque (Tv) as a function of the steering angle of the wheels and the speed, the steering torque variation (8T,) induced by ar the wheel steering correction, and that this torque variation is taken into account by the first steering assistance system.

2. Correction system according to claim 1, characterized in that the electronic computer (11) of the assistance system generates a torque assist control (C.), depending on the speed of the vehicle, according to a part of a principal assistance law (L1) defined from the torque (Tc) applied to the steering wheel by the driver, complementary strategies (L2) defined from the steering wheel angle (aV), such as damping or the inertia compensation, and on the other hand upward force law (L3) established from the torque variation (8Tv) induced by corrective wheel deflection.

3 correction system according to claim 1, characterized in that the second system rejects disturbances comprises an electronic computer (21) receives input - the yaw rate (y.) Of the vehicle - the linear velocity (V) displacement of the vehicle, - the steering angle (ace) of the steering wheel, and which determines a correction angle (ar) c to the wheels, which is converted by a table (23) representative of the kinematics of the front axle of the vehicle, as a set of position (Cp) to be reached by an actuator (20) causing a corrective wheel deflection.