FR2808489A1 - Systeme de direction pour un vehicule automobile - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un système de direction pour un véhicule automobile, permettant un fonctionnement steer-by-wire, un un régleur de couple manuel (4) étant prévu qui, en mode de fonctionnement steer-by-wire, est relié à une manette directionnelle (2), par exemple un volant, pour simuler une résistance directionnelle ou bien un couple de rappel.Pour pouvoir assurer une sécurité de fonctionnement suffisante au véhicule en cas de panne du régleur de couple manuel, également pendant qu'on est en mode de fonctionnement steer-by-wire, sont prévus des moyens d'amortissement (9, 14, 17) qui, lorsqu'on est en mode de fonctionnement steer-by-wire, amortissent les mouvements de réglage de la manette directionnelle (2), côté conducteur, dans le cas où le régleur de couple manuel (4) est en panne.
Description
Système de direction pour un véhicule automobile L'invention concerne un
système de direction pour un
véhicule automobile, permettant un fonctionnement steer-by-
wire, un régleur de couple manuel étant prévu qui, en mode de fonctionnement steer-by-wire, est relié à une manette directionnelle, par exemple un volant, pour simuler une
résistance directionnelle ou bien un couple de rappel.
Un tel système est connu par le DE 196 07 028 Cl et est réalisé de manière à permettre un fonctionnement en mode steer-by-wire, par le fait qu'une manette directionnelle du véhicule est reliée fonctionnellement, par l'intermédiaire d'un circuit de régulation, à des roues de véhicule directionnelles, sans effectuer de couplage forcé mécanique entre le volant et les roues directionnelles du véhicule. Dans un tel système de direction, est prévu un régleur de couple manuel qui, lorsqu'on est en mode de fonctionnement steer-by-wire, est relié au volant pour simuler une résistance. directionnelle et/ou un couple de rappel. A l'aide du régleur de couple manuel, également lorsqu'on est en mode de fonctionnement steer-by-wire, sur le volant - de façon analogue à ce qui se produit pour une direction de véhicule classique, faisant appel à un train de transmission mécanique entre le volant et les roues directionnelles du véhicule - il est possible de détecter un recouplage de nature haptique qui constitue une force de rappel ainsi qu'une résistance directionnelle. Un tel régleur de couple manuel peut de même servir à la simulation d'efforts directionnels et parasites qui agissent effectivement sur les roues
directionnelles du véhicule.
La simulation d'une résistance directionnelle est d'une importance notable pour produire une sensation de
conduite, lorsqu'on est en mode de fonctionnement steer-by-
wire. Si, pendant un trajet fait en mode de fonctionnement steer-by-wire, dans un virage, le régleur de couple manuel tombe en panne, il y a soudainement absence de la résistance directionnelle qui est simulée par le régleur de couple manuel. Du fait que cette résistance directionnelle, qui est générée artificiellement par le régleur de couple manuel, est en équilibre, au moins en roulage constant en virage, vis-à-vis de la force manuelle induite par le conducteur dans le volant, la panne du régleur de couple manuel mène à une soudaine absence de résistance directionnelle, de sorte que seule la force manuelle, exercée par le conducteur, reste en action. Ceci peut mener
à un mouvement directionnel incontrôlé.
Pour éviter ceci en cas de panne du régleur de couple manuel, on peut faire qu'il soit redondant, c'est-à-dire que les composants essentiels du régleur dé couple manuel soient prévus en double exemplaire. Outre le coût lié à cela, ainsi que les frais leur étant liés, pour certains types de véhicule, en outre se pose le problème de ne pas disposer de volume de construction permettant de monter un
régulateur de couple manuel redondant.
La présente invention traite le problème d'indiquer, pour un système de direction indiqué au début, une forme de réalisation qui peut assurer d'avoir une sécurité suffisante du véhicule, également en cas d'une panne du
régleur de couple manuel en mode de fonctionnement steer-
by-wire, sachant que le système de direction doit être en particulier relativement bon marché et ne demander qu'un
volume de montage relativement faible.
Ce problème est résolu selon l'invention par un système de direction caractérisé par le fait que sont prévus des moyens d'amortissement qui, lorsqu'on est en mode de fonctionnement steer-by-wire, amortissent les mouvements de réglage de la manette directionnelle, côté conducteur, dans le cas o le régleur de couple manuel est
en panne.
L'invention repose sur l'idée générale d'amortir les mouvements de réglage initiés par le conducteur sur la manette directionnelle, au moins lorsque le régleur de couple manuel est en panne. L'agencement de moyens amortisseurs rend superflu tout montage d'un régleur de couple manuel redondant, faisant qu'on peut économiser certains coûts, les frais de montage et de volume de montage. L'invention utilise la connaissance selon laquelle, en cas de panne du régleur de couple manuel, il suffit, pour assurer la sécurité du véhicule, que l'on amortisse les mouvements de réglage côté conducteur sur le
volant, lorsqu'on est en mode de fonctionnement steer-by-
wire.
Il est clair que l'on entend par "panne" du régleur de couple manuel uniquement un défaut de fonctionnement pour lequel ne se produit aucun blocage du volant imputable au
régleur de couple manuel.
La présente invention s'oriente sur la convention suivante concernant le concept "d'amortissement": tandis qu'un amortissement élastique génère des efforts antagonistes, ou des couples antagonistes dont l'intensité dépend de la course ou de l'angle de déformation élastique, un amortissement provoquera des forces antagonistes ou des couples antagonistes dépendant de la vitesse. Ceci signifie dans le cas présent que des mouvements de réglage relativement rapides côté conducteur sur la manette directionnelle se verront opposer des couples d'amortissement relativement élevés, tandis que des mouvements de réglage relativement lents côté conducteur ne se verront opposer que des couples d'amortissement correspondants, de valeur relativement faible. Du fait que la vitesse des mouvements de réglage côté conducteur est corrélée à l'ampleur du couple induit dans la manette directionnelle par le conducteur, le couple d'amortissement opposé au mouvement de réglage côté conducteur dépend de
l'ampleur du couple manuel induit par ce conducteur.
Selon une forme de réalisation préférée de la présente invention, le régleur de couple manuel peut présenter un moteur électrique ou bien être constitué par un moteur électrique qui est relié à la manette directionnelle, de manière que des mouvements de réglage de la manette directionnelle s'accompagnent de mouvements de rotation
relatifs entre un rotor et un stator du moteur électrique.
Les moyens d'amortissement peuvent présenter un dispositif de commutation qui branche les enroulements du moteur électrique, de manière que les tensions, induites par les mouvements de rotation relatifs entre le rotor et le stator, génèrent des couples d'amortissement agissant à l'encontre des mouvements de rotation relatifs. C'est alors que le moteur électrique, en cas de panne du régleur de couple manuel, travaille en générateur. Grâce à cette disposition, on intègre la fonction d'amortissement quasiment dans le régleur de couple manuel ou dans le moteur électrique. Un tel dispositif de commutation n'a alors besoin que d'un petit espace de construction et est en règle générale bon marché. En outre, le dispositif de commutation peut être monté directement sur le régleur de couple manuel ou sur le moteur électrique et, de ce fait,
être déjà monté dans le moteur électrique par le fabricant.
Ainsi, un régleur de couple manuel peut être fourni, muni d'une fonction d'amortissement intégré, qui est activable en cas de défauts de fonctionnement correspondants, pour obtenir un fonctionnement en cas d'urgence du régleur de couple manuel. Grâce à la nature monobloc du mode de construction, on obtient en plus un montage simple, sans demander des frais élevés supplémentaires, pour obtenir ce fonctionnement en cas d'urgence du régleur de couple manuel. Le dispositif de commutation peut selon un perfectionnement de l'invention également être réalisé de manière que l'amortissement dépende de paramètres supplémentaires, telle que par exemple la vitesse de roulage du véhicule. Par exemple, l'amortissement peut être plus fort pour les hautes vitesses de roulage du véhicule que pour les faibles vitesses du véhicule. L'amortissement peut en particulier également présenter la valeur zéro,
lorsque le véhicule est stationnaire.
De manière correspondante à une autre forme de réalisation, les moyens d'amortissement peuvent présenter au moins un organe amortisseur travaillant de façon mécanique qui est couplé à la manette directionnelle. Un tel organe amortisseur peut par exemple être couplé de façon permanente à la manette directionnelle, son effet d'amortissement, lorsque le régleur de couple manuel est en fonctionnement normal, étant compensé par une commande
correspondante agissant sur le régleur de couple manuel.
Egalement, il est possible d'avoir un organe amortisseur qui puisse être raccordé en cas de besoin, qui ne soit couplé à la manette directionnelle qu'en cas de défaillance du régleur de couple manuel. Un tel organe amortisseur peut par exemple générer l'amortissement nécessaire par voie de frottement mécanique. En variante, un tel organe amortisseur peut également être réalisé de manière que, du fait des mouvements de réglage côté conducteur de la manette directionnelle, un liquide soit entraîné ou mis en circulation dans l'organe amortisseur, l'organe amortisseur générant l'amortissement souhaité par le biais de
l'étranglement imposé à ce liquide.
Selon un perfectionnement préféré du système de direction selon l'invention, peuvent être prévus des moyens élastiques, précontraignant la manette directionnelle pour la placer en une position médiane. Grâce à ces moyens élastiques, on peut appliquer un couple de rappel sur la
manette directionnelle.
D'autres caractéristiques importantes et avantages du dispositif selon l'invention résultent des
sous-revendications, des dessins et de la description
afférente des figures, faite à l'aide des dessins.
Il est évident que les caractéristiques citées ci-dessus et celles allant encore être explicitées ci-après sont utilisables non seulement dans la combinaison chaque fois indiquée, mais également en d'autres combinaisons ou individuellement, sans quitter le champ de la présente invention. Un exemple de réalisation préféré de l'invention est représenté dans le dessin et va être explicité en détail
dans la descriptions ci-après.
La figure unique du dessin représente une illustration de principe schématisé d'un système de direction selon l'invention. Les systèmes de direction prévus pour des véhicules automobiles, qui permettent un mode de fonctionnement steer-by-wire sont connus de façon générale par l'état de la technique et de ce fait n'ont pas à faire l'objet d'une
description plus détaillée. La description suivante des
figures se réfère de ce fait a priori aux composants, présentant une importance pour l'invention, d'un système de direction selon l'invention, dans une forme de réalisation
spéciale.
De manière correspondante à la figure 1, un système de direction 1 comporte une manette directionnelle 2 qui est réalisée ici sous forme de volant. La manette directionnelle 2 sert au conducteur du véhicule pour induire son souhait de trajectoire sous la forme d'un actionnement rotatif de la manette directionnelle 2. La manette directionnelle 2 est reliée en entraînement à un régleur de couple manuel 4 par l'intermédiaire d'un arbre de direction 3, le régleur de couple manuel étant représenté ici uniquement symboliquement par un cadre tracé
en pointillés.
Dans la forme de réalisation préférée présentée ici, le régleur de couple manuel 4 présente un moteur électrique 5 comportant un rotor et un stator. Par exemple, le rotor est relié à l'arbre directionnel 3, tandis que le
stator est relié rigidement à la carrosserie du véhicule.
Il est également possible d'envisager un mode de réalisation dans lequel le stator est couplé à l'arbre de direction 3, tandis que le rotor est fixé au véhicule. Le régleur de couple manuel 4 présente en outre un appareil de commande du couple manuel qui actionne le moteur électrique 5 en fonction de certains paramètres. Cet appareil de commande n'est cependant pas représenté par
souci de clarté.
Le moteur électrique 5 peut par exemple être réalisé sous la forme de moteur sans balai, ou bien avec balai, ou bien de moteur à excitation permanente, ou à excitation extérieure. Dans le cas de la forme de réalisation représentée ici, il s'agit par exemple d'un moteur à courant continu sans balai, à trois circuits, qui contient de manière correspondante trois enroulements moteur. Le moteur électrique 5 comporte de ce fait trois raccordements électriques 6a, 6b, 6c reliés chacun, à l'intérieur du moteur électrique 5 à l'un des enroulements de ce moteur électrique 5. Les raccordements 6a, 6b, 6c sont reliés par des lignes de liaison 7a, 7b, 7c correspondantes à des entrées 8a, 8b, 8c d'un commutateur 9 à trois pôles. Ce commutateur 9 présente des premières sorties 10a, 10b, 10c qui sont reliées par des lignes de raccordement lia, 11b, 11c à une alimentation électrique 12, par exemple une électronique de puissance du moteur électrique 5. Des deuxièmes sorties 13a, 13b, 13c de l'élément de commutation 9 sont reliées chacune, par des résistances électriques 14a, 14b, 14c, à un point de branchement étoile 15 et forment de ce fait un circuit de branchement
en étoile.
L'élément de commutation 9 contient des moyens de commutation 16 actionnables de façon synchrone qui, dans une première position de commutation représentée sur la figure 1, relient les entrées 8a, 8b, 8c aux premières sorties 10a, 10b, 10c. Dans une deuxième position de commutation, les moyens de commutation 16 relient les
entrées 8a, 8b, 8c aux deuxièmes sorties 13a, 13b, 13c.
Pendant le fonctionnement en mode steer-by-wire du système de direction 1, les moyens de commutation 16 du commutateur 9 se trouvent à leur première position de commutation si le régleur de couple manuel 4 travaille de façon conforme. Si le régleur de couple manuel 4 tombe en panne, les moyens de commutation 16 du commutateur 9 sont
commutés à leur deuxième position de commutation.
Le système de direction 1 selon l'invention travaille de la façon suivante: lorsque le système de direction 1 est en mode de fonctionnement steer-by-wire, le fonctionnement conforme du régleur de couple manuel 4 est surveillé de façon permanente. Tant qu'une commande, non représentée ici, du système de direction ou du régleur de couple manuel 4 constate que le régleur de couple manuel travaille de façon conforme, les moyens de commutation du commutateur 9 sont branchés à leur première position de commutation. De manière correspondante, les raccordements 6a, 6b, 6c du moteur électrique 5 sont reliés à l'alimentation électrique 12, par l'intermédiaire de laquelle s'effectue l'actionnement du moteur électrique 5, afin de simuler des résistances directionnelles et/ou des couples de rappel et/ou des efforts parasites sur la manette
directionnelle 2.
Dès que, dans le cadre de la vérification du fonctionnement, il est constaté que le régleur de couple manuel 4 souffre d'un défaut de fonctionnement suffisamment grave, ceci peut être interprété comme une panne de ce régleur de couple manuel 4, de sorte que l'on provoque une commutation des moyens de commutation 16 du commutateur 9 pour les faire passer à leur deuxième position de commutation. Un appareil de commande correspondant, qui actionne de manière correspondante le commutateur 9, n'est pas représenté ici. Le commutateur 9 peut par exemple présenter un solénoïde qui fait passer les moyens de commutation 16 à leur première position de commutation lorsqu'il est alimenté électriquement. Des moyens élastiques, qui provoquent une commutation des moyens de commutation 16 pour les faire passer à leur deuxième position de commutation lorsque le solénoïde n'est pas
alimenté électriquement, peuvent alors être prévus.
En cas de panne du régleur de couple manuel 4, par conséquent les raccordements 6a, 6b, 6c du moteur électrique 5 sont reliés ensemble électriquement en étoile par l'intermédiaire des résistances électriques 14a, 14b, 14c. Du fait que le moteur électrique 5 est alors séparé de l'alimentation électrique 12, il peut travailler en générateur. Si à présent le conducteur induit dans la manette directionnelle 2 un couple manuel, ceci provoque un mouvement de réglage de la manette directionnelle 2 et ainsi une rotation de l'arbre de direction 3. Un mouvement de réglage côté véhicule de la manette directionnelle est alors provoqué obligatoirement par l'intermédiaire du couplage du moteur électrique 5 à l'arbre de direction 3, en s'accompagnant d'un mouvement relatif entre le rotor et le stator du moteur électrique 5. Un tel mouvement de réglage relatif entre le rotor et le stator induit une tension électrique 6 dans les enroulements du moteur électrique 5. Du fait que les raccordements 6a, 6b, 6c sont reliés ensemble par les résistances 14a, 14b, 14c, des courants électriques peuvent s'établir avec, comme conséquence, que sont générés dans le moteur électrique 5 des couples d'amortissement agissant à l'encontre d'un mouvement relatif entre le rotor et le stator. Par conséquent, ces couples d'amortissement agissent par l'intermédiaire de l'arbre de direction 3 également sur la manette directionnelle 2. Par un choix approprié des résistances 14a, 14b, 14c, la valeur de ces couples
d'amortissement peut être réglée à une valeur souhaitée.
Au lieu de résistances constantes 14a, 14b, 14c, on peut également utiliser des résistances variables ou réglables. Il est en outre possible de combiner les résistances 14a, 14b, 14c à d'autres composants électriques, dans le but de constituer un réseau électrique. Un tel réseau peut présenter des composants de nature active et/ou passive, ainsi que linéaire et/ou non linéaire, faisant que l'amortissement de la manette directionnelle 2 par conséquent peut être linéaire ou non linéaire, par exemple progressif. Il est en outre de ce fait possible de prendre en compte des paramètres supplémentaires pour configurer une caractéristique d'amortissement souhaitée. L'effet d'amortissement peut, par exemple, être modulé en fonction de la vitesse du roulage du véhicule et/ou en fonction de l'angle de braquage. Les moyens d'amortissement décrits ci-dessus, précisément le commutateur 9 et le branchement en étoile 14, 15, peuvent être intégrés de façon particulièrement simple dans le régleur de couple manuel 4, faisant qu'on obtient une forme de construction compacte pour le régleur de couple manuel 4 qui dispose d'une fonction intégrée d'urgence. En plus ou en variante, les moyens d'amortissement peuvent également présenter un organe amortisseur 17 travaillant de façon mécanique, couplé à la manette directionnelle 2. Sur la figure 1, l'organe amortisseur 17 est disposé de manière à agir sur l'arbre de direction 3, sachant que l'organe amortisseur 17
n'est représenté que symboliquement et par des pointillés.
L'organe amortisseur 17 peut, par exemple, provoquer un frottement mécanique sur l'arbre de direction 3, faisant qu'on peut obtenir un certain effet d'amortissement. Un tel organe d'amortissement 17 peut également être réalisé de manière qu'un actionnement de pilotage directionnel, effectué sur la manette directionnelle 2, provoque dans l'organe amortisseur 17 l'entraînement d'un liquide et, par exemple, un refoulement de ce liquide de la première chambre en une deuxième chambre. Dans le trajet suivi par l'écoulement du liquide, est alors disposé un organe d'étranglement, faisant que l'effet d'amortissement souhaité du mouvement de la manette directionnelle 2 est génere.
Claims (13)
1. Système de direction pour un véhicule automobile, permettant un fonctionnement steer-by-wire, un régleur de couple manuel (4) étant prévu qui, en mode de fonctionnement steer-by-wire, est relié à une manette directionnelle (2), par exemple un volant, pour simuler une résistance directionnelle ou bien un couple de rappel, caractérisé en ce que sont prévus des moyens d'amortissement (9, 14, 17) qui, lorsqu'on est en mode de fonctionnement steer-by-wire, amortissent les mouvements de réglage de la manette directionnelle (2), côté conducteur, dans le cas o le régleur de couple manuel (4) est en panne.
2. Système de direction selon la revendication 1, caractérisé en ce que le régleur de couple manuel (4) présente un moteur électrique (5) ou est constitué par un moteur électrique (5), qui est relié à la manette directionnelle (2) de manière que des déplacements de réglage de la manette directionnelle (2) s'accompagnent de mouvements de rotation relatifs entre un rotor et un stator du moteur électrique (5), en ce que les moyens d'amortissement présentent un dispositif de commutation (9, 14, 15) commutant des enroulements du moteur électrique (5), de manière que des tensions, ayant été induites par les mouvements de rotation relatifs s'étant produit entre le rotor et le stator, génèrent des couples d'amortissement agissant à l'encontre
des mouvements de rotation relatifs.
3. Système de direction selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de commutation présente
au moins une résistance électrique (14a, 14b, 14c).
4. Système de direction selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le dispositif de commutation présente au moins un élément de commutation (9), reliant au moins un enroulement du moteur électrique (5) à une alimentation électrique (12) lorsque le régleur de couple manuel (4) fonctionne de façon conforme, et assurant une coupure vis-à-vis de l'alimentation électrique (12), dans le cas o le régleur de couple manuel (4) est en panne, et reliant à un circuit électrique (14, 15) du dispositif de commutation qui, avec les tensions ayant été induites par les mouvements relatifs de rotation entre le rotor et le stator, génère les composants d'amortissement agissant à
l'encontre des mouvements de rotation relatifs.
5. Système de direction selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit électrique (14, 15) relie ensemble en branchement en étoile les enroulements du moteur électrique (5) par l'intermédiaire de résistances
électriques (14a, 14b, 14c).
6. Système de direction selon l'une quelconque des
revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les
résistances (14a, 14b, 14c) sont réglables.
7. Système de direction selon l'une quelconque des
revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le dispositif
de commutation est réalisé de manière que l'amortissement dépende de paramètres supplémentaires, par exemple de la
vitesse de roulage du véhicule.
8. Système de direction selon l'une quelconque des
revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le dispositif
de commutation présente un réseau électrique, constitué
d'une pluralité de composants électriques reliés ensemble.
9. Système de direction selon la revendication 8, caractérisé en ce que les composants sont de nature active
et/ou passive, et/ou linéaire, et/ou non linéaire.
10. Système de direction selon l'une quelconque des
revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les moyens
d'amortissement présentent au moins un organe amortisseur (17) travaillant de façon mécanique, couplé à
la manette directionnelle (2).
11. Système de direction selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'organe amortisseur (17) génère par un frottement mécanique l'amortissement agissant à l'encontre des mouvements de réglage, côté conducteur, de
la manette directionnelle (2).
12. Système de direction selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'organe amortisseur (17) est réalisé de manière qu'un liquide soit entraîné dans l'organe amortisseur (17), suite au mouvement de réglage, côté conducteur, de la manette directionnelle (2), l'organe amortisseur (17) générant par un processus d'étranglement l'amortissement agissant à l'encontre des mouvements de
réglage, côté conducteur, de la manette directionnelle (2).
13. Système de direction selon l'une quelconque des
revendications 1 à 12, caractérisé en ce que sont prévus
des moyens élastiques précontraignant la manette
directionnelle (2) pour la placer en une position médiane.
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