Procédé et système de commande d'assistance de direction électrique de véhicule automobile La présente invention a pour objet un procédé et un système de commande pour l'assistance d'une direction électrique de véhicule automobile par action sur le couple appliqué au volant de direction du véhicule.
D'une manière générale, il est souhaité que la commande de direction d'un véhicule automobile présente un certain nombre de propriétés. En particulier à basse vitesse, il est souhaité que la direction facilite les man u̇vres, tandis qu'à vitesse élevée elle doit maintenir le cap du véhicule et la progressivité du couple appliqué au volant. Quelle que soit la vitesse du véhicule, le volant doit revenir dans sa position centrale avec une certaine vitesse de rotation lorsqu'il est lâché par le conducteur. Ce comportement est souhaité tant pour le cas où le lâcher du volant se fait dans une position angulaire importante (on parle alors de rappel volant ) que pour des situations dans lesquelles le lâcher de volant se fait avec une position angulaire faible du volant (on parle alors de stratégie anticollage ).
De plus, le comportement de la direction doit dans la mesure du possible être identique d'un véhicule à l'autre. Il doit également être aussi peu sensible que possible aux perturbations extérieures générées par exemple par les irrégularités de la route, le vent latéral, etc.
La demande de brevet français 2 795 378 (Renault) décrit un procédé de commande de direction de véhicule automobile en boucle fermée prévoyant un asservissement du couple appliqué au volant de direction. Le procédé et le système de mise en u̇vre décrits dans cette demande de brevet fournissent une assistance de direction qui dépend du couple appliqué au volant tel qu'il est mesuré ainsi que de la vitesse du véhicule. Bien qu'un tel procédé et son système de mise en u̇vre permettent d'obtenir les résultats précédemment mentionnés en ce qui concerne le comportement de la direction, on note cependant qu'il n'est pas tenu compte des problèmes liés à l'adhérence du véhicule sur la route.La pratique a montré qu'il peut être opportun d'améliorer encore un procédé de commande de direction de véhicule automobile notamment pour les situations dans lesquelles le véhicule s'approche de sa limite d'adhérence. Dans ce cas en effet, il convient de préférence de transmettre cette information d'approche de la limite d'adhérence au conducteur par une modification du couple appliqué au volant.
La demande de brevet français 2 813 576 (Renault) concerne la détection des pertes d'adhérence d'un véhicule automobile et prévoit d'apporter un couple supplémentaire au volant lorsque l'adhérence tend vers sa limite, incitant ainsi le conducteur à ne pas dépasser la limite d'adhérence. Le procédé d'aide à la conduite du véhicule également décrit dans ce document est fondé sur une commande en boucle ouverte et n'a donc pas les avantages de la commande en couple appliqué au volant telle que décrit dans la demande de brevet français précédente (FR2 795 378). Le durcissement de la direction par adjonction d'un couple supplémentaire au voisinage de la perte d'adhérence présente en outre un danger potentiel.En effet, l'apport d'un couple supplémentaire est totalement opposé au phénomène physique réel qui engendre en réalité une chute de couple due à la perte d'adhérence. L'ajout d'un couple supplémentaire est généralement mal perçu par le conducteur et peut conduire à des situations dangereuses entraînant par exemple une action supplémentaire du conducteur sur le volant entraînant une augmentation de la perte d'adhérence.
Le brevet US 5 894 205 (Honda) est analogue à la demande de brevet français 2 795 378 précédemment mentionnée dans la mesure où elle masque au conducteur les effets d'une perte d'adhérence du véhicule, rien ne permettant selon ce brevet de modifier en temps réel le couple transmis au conducteur en cas de perte d'adhérence des pneumatiques du véhicule.
La demande de brevet européen EP-A-1 213 204 (Toyoda-Koki) prévoit d'asservir le couple ressenti par le conducteur sur un couple de consigne calculé en temps réel issu d'une estimation des efforts présents dans la crémaillère de direction. Dans une telle méthode, des phénomènes inutiles pour la conduite et risquant de dégrader le confort, se trouvent remontés jusqu'au conducteur par l'intermédiaire du volant, puisque la détermination du couple de consigne dépend directement des efforts mesurés sur la crémaillère de direction. C'est ainsi par exemple que le dévers de la route génère un couple qui sera pris en compte dans le calcul du couple de consigne et donc remonté au conducteur. De plus, une telle méthode ne permet pas de s'affranchir des dispersions industrielles de fabrication, par exemple en ce qui concerne le frottement de la crémaillère de direction.Si par exemple le frottement dans la crémaillère est plus important que dans le modèle mathématique utilisé pour l'estimation du couple, le surplus de frottement sera considéré comme généré par le contact entre les pneus et le sol et donc remonté au conducteur par l'intermédiaire d'une augmentation du couple de consigne. Il en résultera un phénomène de collage de la direction.
La présente invention a pour objet de supprimer les différents inconvénients de l'état de la technique ainsi exposés tout en conservant les propriétés souhaitées de la direction telles qu'exprimées plus haut.
L'invention a pour objet une commande d'assistance de direction électrique basée sur une commande en couple en boucle fermée tenant compte par ailleurs des caractéristiques d'adhérence du véhicule sur le sol.
L'invention a en particulier pour objet une commande d'assistance de direction électrique de véhicule automobile capable d'indiquer au conducteur l'approche imminente de la limite d'adhérence s'il poursuit le braquage du volant, et ce, que le changement d'adhérence résulte de la nature du sol, par exemple par temps de pluie, ou que le changement d'adhérence résulte d'une consigne trop importante du conducteur compte tenu d'un virage en cours.
L'invention a également pour objet une commande d'assistance de direction dans laquelle le couple ressenti sur le volant par le conducteur est indépendant des irrégularités de la route.
L'invention a également pour objet une telle commande d'assistance de direction qui permette de transmettre au conducteur une information fiable sur la limite d'adhérence du véhicule lorsque l'adhérence de la route est modifiée de manière brusque (plaque de verglas, par exemple) ou de manière progressive (braquage progressif du volant au-delà de la limite d'adhérence, par exemple).
Enfin, l'invention a encore pour objet une commande d'assistance de direction qui permette de normaliser le comportement de la direction et d'éviter les modifications de ce comportement en cas de dispersion des caractéristiques mécaniques de la direction telles que les frottements, les jeux etc. et permettant de définir pour le conducteur, un couple ressenti sur le volant qui corresponde chaque fois à une même position angulaire du volant.
Selon le procédé de l'invention, pour la commande d'assistance de direction électrique d'un véhicule automobile comprenant un volant de direction et un moteur électrique de commande, on mesure le couple appliqué au volant, l'angle de rotation du volant, la vitesse longitudinale du véhicule et le courant électrique traversant le moteur de commande ainsi que la vitesse de rotation du volant.On met en oeuvre les étapes suivantes : a) on calcule une valeur estimée théorique pour le couple appliqué au volant à partir des valeurs mesurées de l'angle de rotation du volant, de la vitesse longitudinale du véhicule et de la vitesse de rotation du volant ; b) on détermine un signal de perte d'adhérence en comparant la valeur estimée théorique pour le couple appliqué au volant avec la valeur réelle mesurée du couple appliqué au volant ; c) on calcule une valeur de consigne de couple en fonction du signal de perte d'adhérence, de l'angle de rotation du volant, de la vitesse de rotation du volant et de la vitesse longitudinale du véhicule ; d) et on asservit le couple appliqué au volant à la valeur de consigne de couple ainsi calculée.
Le procédé peut être utilisé sur des véhicules équipés d'une direction assistée électrique ou sur des véhicules équipés d'une direction découplée, parfois appelée Steer by wire . Le procédé combine des étapes de calcul et de commande du couple appliqué au volant avec des étapes de détection et de prise en compte de la perte d'adhérence afin d'élaborer un modèle fidèle aux évolutions d'adhérence du véhicule.
Le procédé nécessite la connaissance en temps réel des paramètres suivants : -le couple appliqué au volant, qui sera appelé dans la suite de la description couple volant ; -la position angulaire ou angle de rotation du volant, qui sera appelée dans la suite de la description angle volant ; -la vitesse angulaire de rotation du volant ou vitesse de rotation du volant, qui sera appelée dans la suite de la description vitesse volant ; -la vitesse de déplacement ou vitesse longitudinale du véhicule ; -et le courant électrique traversant le moteur électrique de commande.
La valeur de consigne pour le couple volant est calculée en temps réel, par l'intermédiaire d'un modèle de référence dynamique représentant un modèle de direction idéale . En faisant varier les paramètres et/ou la structure de ce modèle de référence, on peut aisément jouer de façon directe sur le comportement réel de la direction tel qu'il est ressenti par le conducteur du véhicule.
Dans les premières étapes du procédé, un modèle mathématique élabore un couple volant théorique, également appelé dans la présente description couple modèle , à partir des valeurs mesurées de l'angle volant, de la vitesse volant, du courant électrique traversant le moteur de commande et de la vitesse du véhicule. Le couple modèle ainsi obtenu constitue une estimation du couple volant réel lorsque les pneumatiques du véhicule restent dans leur domaine de comportement linéaire, c'est à dire tant que les limites d'adhérence du train avant ne sont pas atteintes.
Dans les étapes suivantes, le couple modèle est comparé au couple volant réel tel que mesuré par un capteur de couple. Il en résulte une variable d'erreur qui représente une image des éventuelles pertes d'adhérence du véhicule.
Puis une valeur de consigne de couple est élaborée en fonction de cette erreur, de l'angle volant, de la vitesse volant et de la vitesse du véhicule.
Enfin, cette valeur de consigne est utilisée dans un asservissement.
Grâce à ces caractéristiques, le procédé peut être facilement adapté en fonction du comportement souhaité de la direction assistée. En particulier, une simple adaptation du modèle de référence permet de modifier le niveau d'assistance pour une vitesse déterminée du véhicule, ou d'obtenir des caractéristiques précises de rappel du volant (par exemple une vitesse déterminée de retour du volant et un angle résiduel de retour du volant déterminé).
Le procédé permet d'éviter la transmission des perturbations dues aux irrégularités de la route qui ne sont plus répercutées sur le couple ressenti par le conducteur sur le volant comme c'était le cas auparavant. En effet, le couple appliqué au volant est, selon le procédé de l'invention, asservi à un couple de consigne qui est indépendant des irrégularités de la route.
Lorsque l'adhérence de la route est modifiée de manière brusque (plaque de verglas, par exemple) ou de manière progressive (action de braquage du volant au delà des limites d'adhérence, par exemple), la valeur du couple de consigne est rapidement diminuée et cette chute du couple volant fournit au conducteur une information immédiate sur la limite d'adhérence. Le procédé de l'invention permet ainsi non seulement de réaliser une commande du couple volant mais également d'informer le conducteur sur la limite d'adhérence.
Dans un mode de mise en u̇vre préféré, pour calculer la valeur estimée théorique pour le couple appliqué au volant, on calcule l'accélération angulaire d'une roue directionnelle à partir de la valeur mesurée de l'intensité du courant électrique délivré au moteur électrique de commande.
Pour calculer l'accélération angulaire, on tient compte avantageusement d'efforts visqueux dépendant de la vitesse angulaire de la roue directionnelle et d'efforts de torsion dépendant de la position angulaire de la roue directionnelle.
On peut calculer la vitesse et la position angulaire de la roue, au cours d'un calcul par échantillonnage, par exemple par intégration de la valeur précédemment calculée de l'accélération angulaire.
La prise en compte de la perte d'adhérence du véhicule se fait lors du calcul de la valeur de consigne de couple, en retranchant d'une première valeur de couple calculée, une valeur dépendant du signal de perte d'adhérence, la valeur de consigne de couple étant cependant de préférence maintenue de même signe que la première valeur de couple calculée pour éviter un effet d'auto enroulement du volant.
La détermination du signal de perte d'adhérence peut avantageusement être faite en réalisant une moyenne temporelle glissante de la différence entre la valeur estimée théorique pour le couple appliqué au volant et la valeur réelle mesurée du couple appliqué au volant. On s'affranchit ainsi de manière simple d'éventuelles différences instantanées importantes entre le couple mesuré et le couple modèle, qui seraient dues non pas à une perte d'adhérence mais à des bruits dans les capteurs de mesure ou à des irrégularités ponctuelles de la route. La longueur de la moyenne temporelle glissante peut aisément être adaptée au moyen d'un paramètre de réglage.
Après le calcul du couple modèle, on détermine avantageusement une valeur de consigne pour le courant électrique alimentant le moteur électrique de commande en fonction de la différence entre la valeur estimée théorique pour le couple appliqué au volant et la valeur réelle mesurée du couple appliqué au volant. Puis, le moteur électrique de commande est asservi à ladite valeur de consigne de courant.
Le système de commande d'assistance de direction électrique de l'invention est adapté à un véhicule automobile comprenant un volant de direction et un moteur électrique de commande. Le système comprend des capteurs de mesure du couple appliqué au volant, de l'angle de rotation du volant, de la vitesse longitudinale du véhicule, de la vitesse de rotation du volant et du courant électrique traversant le moteur de commande.
Le système comprend également des moyens de calcul capables de : a) calculer une valeur estimée théorique pour le couple appliqué au volant à partir des valeurs mesurées de l' angle de rotation du volant, de la vitesse longitudinale du véhicule et de la vitesse de rotation du volant ; b) déterminer un signal de perte d'adhérence en comparant la valeur estimée théorique pour le couple appliqué au volant avec la valeur réelle mesurée du couple appliqué au volant ; c) calculer une valeur de consigne de couple en fonction du signal de perte d'adhérence, de l' angle de rotation du volant, de la vitesse de rotation du volant et de la vitesse longitudinale du véhicule.
Enfin le système comprend de préférence des moyens pour asservir le couple appliqué au volant à la valeur de consigne de couple ainsi calculée.
Le système peut encore avantageusement comprendre des moyens capables de déterminer une valeur de consigne pour le courant électrique alimentant le moteur électrique de commande en fonction de la différence entre la valeur estimée théorique pour le couple appliqué au volant et la valeur réelle mesurée du couple appliqué au volant, ainsi que des moyens pour asservir le moteur électrique de commande à ladite valeur de consigne de courant.
La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un exemple de mise en u̇vre et de réalisation illustré par les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre les principaux éléments d'un système de commande d'assistance de direction selon l'invention ; - la figure 2 illustre schématiquement les principaux éléments mécaniques d'une colonne de direction de véhicule automobile permettant la détermination d'un modèle mathématique ; - la figure 3 illustre schématiquement les différents efforts appliqués sur les roues d'un véhicule automobile pour la détermination d'un modèle mathématique ; - la figure 4 illustre schématiquement les principaux éléments permettant la détermination de la valeur estimée théorique pour le couple appliqué au volant ;- la figure 5 illustre schématiquement les principaux éléments permettant la détermination effective du couple appliqué au volant après asservissement à la valeur de consigne de couple ; - la figure 6 illustre une partie des éléments représentés sur la figure 5, et plus particulièrement ceux qui concernent la chute du couple appliqué au volant en cas d'approche de la limite d'adhérence des pneus sur la route.
En se référant tout d'abord à la figure 1, le système de commande d'assistance d'une direction électrique tel qu'il est décrit permet d'agir sur une colonne de direction par l'intermédiaire d'une roue dentée et d'une vis sans fin (figure 2). Bien entendu, des moyens identiques peuvent être appliqués à d'autres types de direction assistée ainsi qu'à des directions découplées. Tel qu'il est illustré sur la figure 1, le système comprend un premier bloc 1 qui permet l'établissement d'un modèle théorique du couple appliqué au volant (couple modèle), un deuxième bloc 2 qui a pour objet de détecter les pertes d'adhérence des pneus du véhicule sur la chaussée et un bloc 3 qui réalise une commande en couple de la direction assistée.
Le bloc 1 reçoit plusieurs signaux en entrée en provenance de divers capteurs. Un capteur 4 mesure la vitesse du véhicule et transmet cette information par la connexion 5 sur une des entrées du bloc 1. Un capteur 6 mesure la position angulaire du volant ou angle volant , le signal correspondant étant amené à une entrée du bloc 1 par la connexion 7. Un capteur 8 mesure la vitesse de rotation du volant et fournit une information à cet égard sur une entrée du bloc 1 par la connexion 9. Un capteur 10 mesure l'intensité du courant électrique traversant le moteur électrique de la direction assistée. Le signal correspondant à cette intensité du moteur est amené à l'une des entrées du bloc 1 par la connexion 11.
A partir de tous ces signaux reçus en entrée, le bloc 1 est à même de calculer une valeur estimée théorique pour le couple appliqué au volant, valeur qui sera appelée dans la présente description couple modèle .
Le bloc 2 reçoit sur une première entrée par la connexion 12 le signal de la vitesse du véhicule telle que mesurée par le capteur 4. Sur une deuxième entrée, le bloc 2 reçoit la valeur estimée théorique pour le couple appliqué au volant, c'est-à-dire la valeur du couple modèle calculée par le bloc 1 qui est relié au bloc 2 par la connexion 13. Le bloc 2 reçoit également sur l'une de ses entrées par la connexion 14 un signal correspondant au couple effectivement appliqué au volant par le conducteur tel qu'il est mesuré par un capteur de couple 15.
A partir des différents signaux reçus en entrée, le bloc 2 est capable de détecter une perte d'adhérence du véhicule en élaborant un signal d'erreur sur sa connexion de sortie 16.
Le bloc 3, qui représente la commande en couple reçoit sur l'une de ses entrées le signal issu du capteur 4 correspondant à la vitesse du véhicule par la connexion 17. Sur une autre entrée, le bloc 3 reçoit également par la connexion 18 le signal issu du capteur 15 correspondant à la valeur du couple volant mesurée. De plus, le bloc 3 reçoit sur l'une de ses entrées par la connexion 19 le signal de position angulaire du volant résultant de la mesure par le capteur 6, ainsi que par la connexion 20 le signal correspondant à la vitesse de rotation du volant telle que mesurée par le capteur 8.
A partir de tous les signaux reçus en entrée, le bloc 3 est capable de réaliser une commande en couple et de fournir sur sa sortie 22 une valeur effective du couple d'assistance de la direction.
On va maintenant expliciter, en référence aux figures 2 et 3, la manière dont le bloc 1 illustré sur la figure 1 peut calculer le couple modèle.
La figure 2 est un schéma d'un modèle mécanique d'une direction assistée électrique. A partir du volant 23, que tourne le conducteur du véhicule d'un angle v, 1a direction assistée comprend : - une barre de torsion 24, de raideur K, tournant d'un angle 2 autour de l'axe horizontal Oy d'un repère orthonormé ; - deux roues dentées 25 et 26, la première 25 de diamètre primitif d, et de même axe de rotation que la barre de torsion et la seconde 26, de diamètre primitif d2, s'engrenant dans la première roue et d'axe de rotation parallèle à l'axe Oy ; - un moteur électrique d'assistance 27 fournissant un couple moteur Cm à la seconde roue dentée 26 pour que l'axe 28 de la direction tourne d'un angle 3 ; - un pignon de crémaillère 29, de diamètre primitif d3 ; - une crémaillère 30, ayant un mouvement de translation x4 suivant l'axe Ox du repère ;- un porte-fusée 31 relié à une roue directrice 32 du véhicule, laquelle est soumise à un mouvement de rotation suivant un axe incliné d'un angle par rapport à l'axe vertical Oz du repère orthonomé. Sa rotation est assurée par le mouvement longitudinal de la crémaillère 30 et d'un bras de levier 33 de longueur b ; - un capteur de couple 15, mesurant le couple volant C, en sortie de la barre de torsion 24 selon l'équation :
- un calculateur électronique 34 qui reçoit les valeurs mesurées par le capteur 15 et contrôle le moteur électrique d'assistance 27 ; - une électronique de puissance 35 associée au calculateur 34, appliquant aux bornes du moteur d'assistance 27 une tension électrique fonction de la consigne de courant reçue par le moteur.
La détection des pertes d'adhérence nécessite le calcul d'un couple volant modèle, à partir d'un modèle mathématique de la colonne de direction d'une part et d'un modèle des efforts de guidage d'autre part.
D'après le modèle mécanique de la colonne de direction cidessus décrit, la cinématique de cette colonne se traduit par les expressions suivantes, aboutissant à l'angle de roue alpha roue en fonction de l'angle de rotation 2 de la barre de torsion :
d' o ù :
Concernant la dynamique de la colonne de direction, deux types d'efforts interviennent : - des efforts internes à la colonne, de type raideurs ou frottements entre autres ; - des efforts entre les pneus et le sol de guidage sur le train de roues motrices, référencés Fy1 et qui sont la somme d'un premier effort de guidage sur la roue avant gauche et d'un deuxième effort sur la roue avant droite. Cet effort Fy, est fonction de la dérive 8 du pneumatique, qui dépend elle-même de l'angle roue alpha Roue et de la vitesse longitudinale du véhicule.
Quand le conducteur tourne le volant, les roues tournent d'un angle alpha Roue qui produit un certain effort Fy1 dépendant de la vitesse du véhicule. Cela induit un couple Cy1 autour de l'axe A du porte-fusée 31 et donc un couple résistant ressenti par le conducteur. Ce couple Cy, est l'opposé du produit de l'effort Fy1 par le bras de levier 31 de longueur b:
Avec le modèle mécanique de la colonne de direction choisi auparavant, l'équation de la dynamique de l'angle de roue alpha Roue autour de l'axe A est la suivante :
dans laquelle J est une inertie, C est un coefficient de frottement visqueux et k une raideur de torsion, Cm, est le couple fourni par le moteur 27 de la direction assistée électrique et C, est le couple de torsion de la barre 24 mesuré.
on obtient l'équation différentielle suivante :
Le terme visqueux CdaRoue peut être remplacé par un frottement de type sec exprimé par la relation :
Après cette étape de modélisation de la colonne de direction, le procédé réalise une étape de modélisation des efforts dans le domaine linéaire du pneu, en partant d'un modèle classique à deux roues appartenant respectivement au train avant et au train arrière du véhicule, auxquelles est ajouté un ballant pneumatique, qui est une longueur de relaxation caractérisant une déformation du pneu. Ce modèle est représenté schématiquement sur la figure 3, avec G pour centre de gravité de l'ensemble des deux roues 36 et 37, à l'intersection de l'axe longitudinal 1 et de l'axe transversal A2 et V, et V2 leurs vecteurs vitesses respectifs.
Les deux équations de la dynamique de ce modèle à deux roues s'écrivent :
dans lesquelles :
Fy1 : effort transversal au train avant Fy2 : effort transversal au train arrière yt : accélération transversale du centre de gravité du véhicule : lacet du véhicule (angle par rapport à l'axe vertical) M : masse du véhicule 11 : distance du centre de gravité au train avant 12 : distance du centre de gravité au train arrière Iz : moment d'inertie autour de l'axe vertical En admettant que la vitesse longitudinale U du véhicule est constante, on peut considérer approximativement que l'accélération transversale yt peut s'écrire :
avec : U projection du vecteur vitesse VG du centre de gravité sur l'axe longitudinal du véhicule, et V projection du vecteur vitesse VG du centre de gravité sur l'axe transversal du véhicule.
Le procédé de détection des pertes d'adhérence considère que les pneumatiques ont un comportement linéaire et prend en compte le ballant pneumatique qui est une longueur de relaxation, de telle sorte que les efforts transversaux Fy1 et Fy2 au niveau du train avant et du train arrière respectivement sont de la forme :
avec s variable de Laplace , où :
1 : dérive du centre de gravité du train avant, à savoir l'angle que fait le vecteur vitesse du centre de gravité du train avant avec l'axe longitudinal du véhicule.
82 : dérive du centre de gravité du train arrière, à savoir l'angle que fait le vecteur vitesse du centre de gravité du train arrière avec l'axe longitudinal du véhicule.
D1 : rigidité de dérive du train avant D2 : rigidité de dérive du train arrière Bal : Ballant pneumatique (longueur de relaxation) Les dérives 1 et 82 des centres des deux trains avant et arrière respectifs sont reliées à la dérive 8 du centre de gravité G par les deux relations cinématiques suivantes :
A partir des équations (8) à (14) précédentes, il est possible d'exprimer le système ayant l'angle de roue alpha Roue comme entrée et l'effort du train Fy1 sous la forme de la représentation d'état suivante :
Il y a donc quatre paramètres D1, D2, 1,, Bal à déterminer pour pouvoir disposer d'un modèle qui puisse être intégré dans un calculateur. Ces paramètres sont déterminés hors ligne à partir de mesures sur un véhicule type et des méthodes d'identification classiques à partir des mesures de l'angle roue et de l'effort Fy,.
La mesure de Fy, peut être réalisée grâce aux capteurs roues actuels. L'angle roue peut être mesuré ou directement calculé à partir de la relation :
L'angle volant et le couple Cl peuvent être mesurés par les capteurs de couple et d'angle.
Une fois ces quatre paramètres déterminés, la discrétisation de l'équation différentielle (14') par une méthode numérique (Euler, Runge Kutta...) permet alors de calculer en temps réel avec un calculateur embarqué, l'effort Fyl standard à partir de la connaissance de l'angle roue et de la vitesse du véhicule.
A l'aide du modèle de la colonne de direction aboutissant à l'équation différentielle (7) précédente, et en tenant compte du modèle des efforts sous la forme de la représentation d'état (14'), ces deux modèles traduisant la relation entre l'effort de guidage et l'angle de roue, le procédé calcule l' accélération de l'angle roue à l'instant t :The present invention relates to a method and a control system for assisting an electric steering of a motor vehicle by action on the torque applied to the steering wheel of the vehicle.
In general, it is desired that the steering control of a motor vehicle has a certain number of properties. In particular at low speed, it is desired that the direction facilitates maneuvers, while at high speed it must maintain the heading of the vehicle and the progressiveness of the torque applied to the steering wheel. Whatever the speed of the vehicle, the steering wheel must return to its central position with a certain speed of rotation when it is released by the driver. This behavior is desired both for the case where the release of the steering wheel is done in a large angular position (this is called the steering wheel recall) and for situations in which the release of the steering wheel is done with a low angular position of the steering wheel (we speak then anti-sticking strategy).
In addition, the behavior of the management should as far as possible be identical from one vehicle to another. It must also be as insensitive as possible to external disturbances generated for example by road irregularities, side wind, etc.
French patent application 2 795 378 (Renault) describes a closed-loop motor vehicle steering control method providing for control of the torque applied to the steering wheel. The method and the implementation system described in this patent application provide steering assistance which depends on the torque applied to the steering wheel as measured and on the speed of the vehicle. Although such a method and its implementation system make it possible to obtain the results mentioned above with regard to the behavior of the management, it is noted however that the problems related to grip are not taken into account. practice on the road. Practice has shown that it may be advisable to further improve a motor vehicle steering control method, especially for situations in which the vehicle approaches its grip limit. In this case, in fact, it is preferable to transmit this information on approaching the grip limit to the driver by modifying the torque applied to the steering wheel.
French patent application 2 813 576 (Renault) relates to the detection of loss of grip of a motor vehicle and plans to provide additional torque to the steering wheel when the grip tends to its limit, thus encouraging the driver not to exceed the adhesion limit. The vehicle driving assistance method also described in this document is based on an open loop control and therefore does not have the advantages of the torque control applied to the steering wheel as described in the previous French patent application ( FR2 795 378). The hardening of the steering by adding additional torque in the vicinity of the loss of grip also poses a potential danger, since the addition of additional torque is completely opposite to the real physical phenomenon which actually generates a torque drop due to loss of grip. The addition of additional torque is generally frowned upon by the driver and can lead to dangerous situations, resulting for example in additional action by the driver on the steering wheel, resulting in an increase in the loss of grip.
The patent US 5,894,205 (Honda) is analogous to the French patent application 2,795,378 previously mentioned in that it masks the driver from the effects of a loss of adhesion of the vehicle, nothing allowing according to this patent to modify in real time the torque transmitted to the driver in the event of loss of grip on the vehicle's tires.
European patent application EP-A-1,213,204 (Toyoda-Koki) provides for controlling the torque felt by the driver on a set torque calculated in real time from an estimate of the forces present in the steering rack. In such a method, phenomena which are unnecessary for driving and which risk degrading comfort, are brought up to the driver via the steering wheel, since the determination of the target torque depends directly on the forces measured on the steering rack. Thus, for example, the superelevation of the road generates a torque which will be taken into account in the calculation of the setpoint torque and therefore returned to the driver. In addition, such a method does not overcome industrial manufacturing dispersions, for example with regard to the friction of the steering rack. If for example the friction in the rack is greater than in the mathematical model used for the estimation of the torque, the excess friction will be considered as generated by the contact between the tires and the ground and therefore raised to the driver by means of an increase in the set torque. This will result in a sticking phenomenon of the direction.
The object of the present invention is to eliminate the various drawbacks of the state of the art thus exposed while retaining the desired properties of the steering as expressed above.
The subject of the invention is an electric steering assistance control based on a closed-loop torque control taking account, moreover, of the adhesion characteristics of the vehicle on the ground.
The subject of the invention is in particular an electric vehicle power steering assistance control capable of indicating to the driver the imminent approach of the grip limit if he continues to turn the steering wheel, and this, that the change grip results from the nature of the ground, for example in rainy weather, or the change in grip results from an excessive instruction from the driver taking into account a turn in progress.
The invention also relates to a steering assistance control in which the torque felt on the steering wheel by the driver is independent of road irregularities.
The invention also relates to such a steering assistance command which makes it possible to transmit to the driver reliable information on the grip limit of the vehicle when the grip of the road is suddenly changed (plate of ice, for example example) or gradually (progressive steering of the steering wheel beyond the grip limit, for example).
Finally, the subject of the invention is also a steering assistance command which makes it possible to standardize the behavior of the steering and to avoid modifications of this behavior in the event of dispersion of the mechanical characteristics of the steering such as friction, games etc. and making it possible to define for the driver, a torque felt on the steering wheel which corresponds each time to the same angular position of the steering wheel.
According to the method of the invention, for the electric steering assistance control of a motor vehicle comprising a steering wheel and an electric control motor, the torque applied to the steering wheel, the angle of rotation of the steering wheel, is measured, the longitudinal speed of the vehicle and the electric current passing through the control motor as well as the speed of rotation of the steering wheel. The following steps are implemented: a) a theoretical estimated value for the torque applied to the steering wheel is calculated from the measured values the angle of rotation of the steering wheel, the longitudinal speed of the vehicle and the speed of rotation of the steering wheel; b) determining a loss of grip signal by comparing the theoretical estimated value for the torque applied to the steering wheel with the actual measured value of the torque applied to the steering wheel; c) a torque setpoint value is calculated as a function of the loss of grip signal, the angle of rotation of the steering wheel, the speed of rotation of the steering wheel and the longitudinal speed of the vehicle; d) and the torque applied to the steering wheel is controlled by the torque setpoint thus calculated.
The method can be used on vehicles fitted with electric power steering or on vehicles fitted with decoupled steering, sometimes called Steer by wire. The method combines steps of calculating and controlling the torque applied to the steering wheel with steps of detecting and taking into account the loss of grip in order to develop a model faithful to the changes in grip of the vehicle.
The process requires real-time knowledge of the following parameters: the torque applied to the steering wheel, which will be called in the following description of the steering wheel torque; the angular position or angle of rotation of the steering wheel, which will be called in the following description of the steering wheel angle; the angular speed of rotation of the steering wheel or the speed of rotation of the steering wheel, which will be called in the following description of the steering wheel speed; the traveling speed or longitudinal speed of the vehicle; -and the electric current passing through the electric control motor.
The set value for the flywheel torque is calculated in real time, using a dynamic reference model representing an ideal steering model. By varying the parameters and / or the structure of this reference model, one can easily play directly on the actual behavior of the steering as it is felt by the driver of the vehicle.
In the first steps of the method, a mathematical model develops a theoretical flywheel torque, also called in this description torque model, from the measured values of the flywheel angle, of the flywheel speed, of the electric current passing through the control motor and vehicle speed. The model torque thus obtained constitutes an estimate of the actual steering torque when the tires of the vehicle remain in their range of linear behavior, that is to say as long as the front axle grip limits are not reached.
In the following steps, the model torque is compared to the actual flywheel torque as measured by a torque sensor. This results in an error variable which represents an image of the possible loss of grip of the vehicle.
Then a torque setpoint value is developed as a function of this error, the steering wheel angle, the steering wheel speed and the vehicle speed.
Finally, this setpoint is used in a servo.
Thanks to these characteristics, the process can be easily adapted according to the desired behavior of the power steering. In particular, a simple adaptation of the reference model makes it possible to modify the level of assistance for a determined speed of the vehicle, or to obtain precise characteristics of return of the steering wheel (for example a determined speed of return of the steering wheel and a residual angle return of the determined steering wheel).
The method makes it possible to avoid the transmission of disturbances due to road irregularities which are no longer passed on to the torque felt by the driver on the steering wheel as was the case previously. Indeed, the torque applied to the steering wheel is, according to the method of the invention, subject to a setpoint torque which is independent of road irregularities.
When the grip of the road is changed suddenly (ice sheet, for example) or gradually (steering action of the steering wheel beyond the grip limits, for example), the setpoint torque value is quickly reduced and this drop in steering torque provides the driver with immediate information on the grip limit. The method of the invention thus makes it possible not only to control the flywheel torque but also to inform the driver of the grip limit.
In a preferred embodiment, to calculate the theoretical estimated value for the torque applied to the steering wheel, the angular acceleration of a directional wheel is calculated from the measured value of the intensity of the electric current delivered to the electric motor. control.
To calculate the angular acceleration, viscous forces depending on the angular speed of the directional wheel and torsional forces depending on the angular position of the directional wheel are taken into account.
The speed and the angular position of the wheel can be calculated, during a calculation by sampling, for example by integration of the previously calculated value of the angular acceleration.
The loss of grip of the vehicle is taken into account when calculating the torque setpoint, by subtracting from a first calculated torque value, a value depending on the loss of grip signal, the value of torque setpoint is however preferably maintained with the same sign as the first torque value calculated to avoid a self-winding effect of the steering wheel.
The determination of the loss of adhesion signal can advantageously be made by carrying out a sliding time average of the difference between the theoretical estimated value for the torque applied to the steering wheel and the actual measured value of the torque applied to the steering wheel. This thus overcomes any significant instantaneous differences between the measured torque and the model torque in a simple manner, which would be due not to a loss of adhesion but to noises in the measurement sensors or to punctual irregularities in the road. The length of the sliding time average can easily be adjusted by means of an adjustment parameter.
After calculating the model torque, a setpoint value for the electric current supplied to the electric control motor is advantageously determined as a function of the difference between the theoretical estimated value for the torque applied to the steering wheel and the actual measured value of the torque applied to the steering wheel. . Then, the electric control motor is slaved to said current setpoint value.
The electric steering assistance control system of the invention is suitable for a motor vehicle comprising a steering wheel and an electric control motor. The system includes sensors for measuring the torque applied to the steering wheel, the angle of rotation of the steering wheel, the longitudinal speed of the vehicle, the speed of rotation of the steering wheel and the electric current passing through the control motor.
The system also comprises calculation means capable of: a) calculating a theoretical estimated value for the torque applied to the steering wheel from the measured values of the angle of rotation of the steering wheel, the longitudinal speed of the vehicle and the speed of rotation steering wheel; b) determining a loss of grip signal by comparing the theoretical estimated value for the torque applied to the steering wheel with the actual measured value of the torque applied to the steering wheel; c) calculating a torque setpoint as a function of the loss of grip signal, the angle of rotation of the steering wheel, the speed of rotation of the steering wheel and the longitudinal speed of the vehicle.
Finally, the system preferably includes means for controlling the torque applied to the steering wheel to the torque setpoint value thus calculated.
The system can also advantageously include means capable of determining a set value for the electric current supplying the electric control motor as a function of the difference between the theoretical estimated value for the torque applied to the steering wheel and the actual measured value of the torque applied to the flywheel, as well as means for controlling the electric control motor to said current setpoint value.
The present invention will be better understood on studying the detailed description of an exemplary implementation and embodiment illustrated by the appended drawings in which: - Figure 1 illustrates the main elements of an assistance control system steering according to the invention; - Figure 2 schematically illustrates the main mechanical elements of a motor vehicle steering column allowing the determination of a mathematical model; - Figure 3 schematically illustrates the different forces applied to the wheels of a motor vehicle for the determination of a mathematical model; - Figure 4 schematically illustrates the main elements allowing the determination of the theoretical estimated value for the torque applied to the steering wheel; - Figure 5 schematically illustrates the main elements allowing the effective determination of the torque applied to the steering wheel after slaving to the set value of couple; - Figure 6 illustrates a part of the elements shown in Figure 5, and more particularly those concerning the fall of the torque applied to the steering wheel when approaching the grip limit of the tires on the road.
Referring firstly to FIG. 1, the control system for assisting an electric steering as described makes it possible to act on a steering column by means of a toothed wheel and d 'a worm screw (figure 2). Of course, identical means can be applied to other types of power steering as well as to decoupled directions. As illustrated in Figure 1, the system includes a first block 1 which allows the establishment of a theoretical model of the torque applied to the steering wheel (model torque), a second block 2 which aims to detect losses grip of the vehicle tires on the road and a block 3 which performs torque control of the power steering.
Block 1 receives several input signals from various sensors. A sensor 4 measures the speed of the vehicle and transmits this information by connection 5 to one of the inputs of block 1. A sensor 6 measures the angular position of the steering wheel or steering wheel angle, the corresponding signal being brought to an input of block 1 by the connection 7. A sensor 8 measures the speed of rotation of the steering wheel and provides information in this regard on an input of block 1 by connection 9. A sensor 10 measures the intensity of the electric current flowing through the electric motor of the power steering. The signal corresponding to this motor intensity is brought to one of the inputs of block 1 by connection 11.
On the basis of all these signals received at the input, block 1 is able to calculate a theoretical estimated value for the torque applied to the steering wheel, a value which will be called in the present model torque description.
Block 2 receives on a first input by connection 12 the signal of the vehicle speed as measured by the sensor 4. On a second input, block 2 receives the theoretical estimated value for the torque applied to the steering wheel, this is ie the value of the model torque calculated by block 1 which is connected to block 2 by connection 13. Block 2 also receives on one of its inputs by connection 14 a signal corresponding to the torque actually applied to the steering wheel by the driver as measured by a torque sensor 15.
On the basis of the various signals received at the input, the block 2 is capable of detecting a loss of adhesion of the vehicle by generating an error signal on its output connection 16.
Block 3, which represents the torque control, receives on one of its inputs the signal from sensor 4 corresponding to the speed of the vehicle via connection 17. On another input, block 3 also receives via connection 18 the signal from sensor 15 corresponding to the value of the flywheel torque measured. In addition, the block 3 receives on one of its inputs by the connection 19 the signal of angular position of the steering wheel resulting from the measurement by the sensor 6, as well as by the connection 20 the signal corresponding to the speed of rotation of the steering wheel as measured by sensor 8.
From all the signals received at the input, the block 3 is capable of carrying out a torque control and of supplying at its output 22 an effective value of the steering assistance torque.
We will now explain, with reference to FIGS. 2 and 3, how block 1 illustrated in FIG. 1 can calculate the model torque.
Figure 2 is a diagram of a mechanical model of an electric power steering. From the steering wheel 23, which the driver of the vehicle turns by an angle v, the power steering comprises: - a torsion bar 24, of stiffness K, turning at an angle 2 around the horizontal axis Oy of a orthonormal ; - two toothed wheels 25 and 26, the first 25 of pitch diameter d, and of the same axis of rotation as the torsion bar and the second 26, of pitch diameter d2, meshing in the first wheel and axis of rotation parallel to the axis Oy; - an electric assistance motor 27 supplying a motor torque Cm to the second toothed wheel 26 so that the axis 28 of the steering turns by an angle 3; - a rack pinion 29, of pitch diameter d3; - a rack 30, having a translational movement x4 along the axis Ox of the reference; - a stub axle 31 connected to a steering wheel 32 of the vehicle, which is subjected to a rotational movement along an axis inclined at an angle with respect to the vertical axis Oz of the orthonomous coordinate system. Its rotation is ensured by the longitudinal movement of the rack 30 and a lever arm 33 of length b; - a torque sensor 15, measuring the flywheel torque C, at the output of the torsion bar 24 according to the equation:
- an electronic computer 34 which receives the values measured by the sensor 15 and controls the electric assistance motor 27; - Power electronics 35 associated with the computer 34, applying to the terminals of the assistance motor 27 an electric voltage as a function of the current setpoint received by the motor.
The detection of adhesion losses requires the calculation of a model steering torque, from a mathematical model of the steering column on the one hand and a model of the guide forces on the other.
According to the mechanical model of the steering column described above, the kinematics of this column results in the following expressions, resulting in the wheel angle alpha wheel as a function of the angle of rotation 2 of the torsion bar:
from where :
Regarding the dynamics of the steering column, two types of force are involved: - internal forces in the column, of the stiffness or friction type among others; - forces between the tires and the guide track on the drive wheel train, referenced Fy1 and which are the sum of a first guide force on the left front wheel and a second force on the right front wheel. This effort Fy, is a function of the drift 8 of the tire, which itself depends on the angle wheel alpha Wheel and the longitudinal speed of the vehicle.
When the driver turns the steering wheel, the wheels turn at an angle alpha Wheel which produces a certain effort Fy1 depending on the speed of the vehicle. This induces a torque Cy1 around the axis A of the stub axle 31 and therefore a resisting torque felt by the driver. This torque Cy, is the opposite of the product of the force Fy1 by the lever arm 31 of length b:
With the mechanical model of the steering column chosen previously, the equation of the dynamics of the wheel angle alpha Wheel around the axis A is as follows:
in which J is an inertia, C is a viscous coefficient of friction and k is a torsional stiffness, Cm, is the torque supplied by the electric power steering motor 27 and C, is the torsional torque of the bar 24 measured.
we obtain the following differential equation:
The viscous term CdaRoue can be replaced by a dry type friction expressed by the relation:
After this step of modeling the steering column, the method performs a step of modeling the forces in the linear domain of the tire, starting from a conventional model with two wheels belonging respectively to the front axle and the rear axle of the vehicle, to which a pneumatic sway is added, which is a relaxation length characterizing a deformation of the tire. This model is shown diagrammatically in FIG. 3, with G as the center of gravity of the assembly of the two wheels 36 and 37, at the intersection of the longitudinal axis 1 and the transverse axis A2 and V, and V2 their respective speed vectors.
The two equations of the dynamics of this two-wheeled model are written:
in which :
Fy1: force transverse to the front axle Fy2: force transverse to the rear axle yt: transverse acceleration of the center of gravity of the vehicle: yaw of the vehicle (angle relative to the vertical axis) M: mass of the vehicle 11: distance from the center of gravity to the front axle 12: distance from the center of gravity to the rear axle Iz: moment of inertia around the vertical axis Assuming that the longitudinal speed U of the vehicle is constant, we can consider approximately that the transverse acceleration yt can s' to write :
with: U projection of the speed vector VG of the center of gravity on the longitudinal axis of the vehicle, and V projection of the speed vector VG of the center of gravity on the transverse axis of the vehicle.
The adhesion loss detection method considers that the tires have a linear behavior and takes into account the pneumatic sway which is a relaxation length, so that the transverse forces Fy1 and Fy2 at the level of the front axle and the rear axle respectively are of the form:
with s Laplace variable, where:
1: drift from the center of gravity of the front axle, namely the angle made by the speed vector of the center of gravity of the front axle with the longitudinal axis of the vehicle.
82: drift from the center of gravity of the rear axle, namely the angle made by the speed vector of the center of gravity of the rear axle with the longitudinal axis of the vehicle.
D1: rigidity of the front axle drift D2: rigidity of the rear axle drift Bal: Pneumatic sway (relaxation length) The daggerboards 1 and 82 of the centers of the two respective front and rear axles are connected to the drift 8 of the center of gravity G by the following two kinematic relationships:
From equations (8) to (14) above, it is possible to express the system having the wheel angle alpha Wheel as input and the force of the train Fy1 in the form of the following state representation:
There are therefore four parameters D1, D2, 1 ,, Bal to be determined in order to have a model which can be integrated into a computer. These parameters are determined offline from measurements on a typical vehicle and conventional identification methods from measurements of the wheel angle and of the force Fy ,.
The measurement of Fy, can be carried out using current wheel sensors. The wheel angle can be measured or directly calculated from the relationship:
The steering wheel angle and the torque C1 can be measured by the torque and angle sensors.
Once these four parameters have been determined, the discretization of the differential equation (14 ') by a numerical method (Euler, Runge Kutta ...) then makes it possible to calculate in real time with an on-board computer, the standard Fyl effort from knowledge of the wheel angle and vehicle speed.
Using the steering column model leading to the previous differential equation (7), and taking into account the stress model in the form of the state representation (14 '), these two models translating the relationship between the guiding force and the wheel angle, the method calculates the acceleration of the wheel angle at time t:
A partir de cette valeur d'accélération, le système calcule par intégration discrète numérique, successivement, la vitesse angulaire et la position angulaire de la roue alpha Roue Les principaux éléments du système inclus dans le bloc 1 représenté sur la figure 1 sont illustrés à titre d'exemple sur la figure 4 sur laquelle on retrouve le capteur 4 qui mesure la vitesse du véhicule, le capteur 6 qui mesure la position angulaire du volant, le capteur 8 qui mesure la vitesse angulaire du volant et le capteur 10 qui mesure l'intensité traversant le moteur électrique 27 du dispositif d'assistance (figure 2).
Sur cette figure, on a représenté un bloc de calcul 38 ayant une fonction de correction de gain statique et capable de calculer le couple appliqué au volant Cy, dont la valeur apparaît sur la sortie 39 du bloc 38.Cette valeur est calculée à partir de la vitesse mesurée du véhicule provenant du capteur 4 et amenée sur l'entrée 40 du bloc 38. Le bloc 38 reçoit également sur une de ses entrées 41 la valeur de la position angulaire de la roue alpha roue obtenue par une double intégration numérique à partir de l'accélération de l'angle roue.
Un bloc de calcul 42 permet d'adjoindre une fonction de frottement sec. Le bloc 42 reçoit sur l'une de ses entrées la valeur du couple appliqué au volant Cy, provenant de la sortie du bloc 38. Sur une deuxième entrée 43, le bloc 42 reçoit la valeur de la position angulaire de la roue alpha roue Enfin, le bloc 42 reçoit sur son entrée 44 le signal correspondant à la vitesse de rotation de la roue, obtenu par une intégration numérique à partir de la valeur de l'accélération de l'angle roue. Une valeur de frottement sec ainsi calculée apparaît sur la sortie 45 du bloc 42 et est amenée directement sur une entrée négative du calculateur 46.
Le calculateur 46 reçoit également sur une entrée positive le signal de position angulaire du volant telle que mesurée par le capteur 6 affecté d'un coefficient de proportionnalité K, représenté sous la forme du bloc 47 connecté à la sortie 48 du capteur 6. Le calculateur 46 reçoit également sur une entrée positive le signal de vitesse angulaire du volant telle que mesurée par le capteur 8 affecté d'un coefficient de proportionnalité K2 représenté par le bloc 49 qui est relié à la sortie 50 du capteur 8. Ce terme correspond à un terme visqueux artificiel assurant la stabilité du modèle. Le calculateur 46 reçoit encore sur l'une de ses entrées positives le couple appliqué au volant Cy1 calculé dans le bloc 38 et affecté d'un coefficient de proportionnalité K3 par le bloc 51 dont l'entrée est reliée à la sortie 39 du bloc 38.Le calculateur 46 reçoit également sur une entrée négative les efforts de torsion calculés à partir de la position angulaire de la roue alpha roue selon la formule :
où K4 est un coefficient de proportionnalité qui est chargé dans le bloc 52 dont l'entrée 53 reçoit le signal correspondant à l'angle roue alpha roue.
Le calculateur 46 reçoit encore sur une entrée négative des efforts visqueux calculés à partir de la vitesse de l'angle roue affectée d'un coefficient de proportionnalité K5 selon la formule
Cela est réalisé par le bloc 54 qui reçoit sur son entrée 55 le signal de vitesse de rotation de la roue obtenu par intégration numérique au pas d'itération précédent.
Le signal 56 à la sortie du calculateur 46 est amené à l'entrée positive d'un sommateur 57 qui reçoit sur une entrée négative le signal d'intensité de courant électrique traversant le moteur telle que mesurée par le capteur 10 (Imot) affecté d'un coefficient de proportionnalité K6 dans le bloc 58. Le signal de sortie du sommateur 57 qui présente l'accélération angulaire de la roue à l'instant t, est affecté d'un coefficient de proportionnalité K, par le bloc 59.
A partir de l'ensemble des efforts précédemment indiqués, l' accélération de l'angle roue est donc calculée à chaque pas d'itération suivant selon l'équation :
Le signal de sortie du bloc 59, relié à un bloc 61 subit ensuite une première intégration numérique 1/s effectuée dans le bloc 61 dont la sortie 62 représente ainsi la valeur de la vitesse de rotation de la roue. Une deuxième intégration numérique 1/s effectuée dans le bloc 63 sur ce signal de vitesse permet le calcul de la vitesse angulaire de la roue alpha roue Ce sont ces valeurs de vitesse angulaire et de position angulaire calculée à chaque pas d'itération qui sont utilisées pour calculer l'accélération angulaire au pas d'itération suivant. En effet, la sortie 62 du bloc 61 représentant le signal de vitesse de la roue est ainsi amenée comme indiqué précédemment à l'entrée 44 du bloc 42 ainsi qu'à l'entrée 55 du bloc 54 de façon à permettre le calcul de l'accélération de l'angle roue au pas d'itération suivant.La connexion est référencée 64 sur la figure 4. Dans les mêmes conditions, la sortie 65 du bloc 63 qui représente le signal de la position angulaire de roue alpha roue est amenée par la connexion 66 à l'entrée 41 du bloc 38, à l'entrée 43 du bloc 42 et à l'entrée 53 du bloc 52.
A partir de la mesure de l'angle volant par le capteur 6, de la vitesse volant par le capteur 8, de la vitesse du véhicule par le capteur 4 et de l'intensité électrique délivrée dans le moteur du dispositif d'assistance par le capteur 10, il est ainsi possible de construire à chaque instant d'échantillonnage, un couple modèle qui pourra ensuite être comparé avec le couple effectivement mesuré. A cet effet, l'angle roue alpha roue apparaissant à la sortie 65 du bloc 63 est amené à l'entrée d'un bloc 67 définissant un coefficient de proportionnalité K7. Le signal résultant est amené sur une entrée négative d'un bloc de calcul 68 qui reçoit par ailleurs sur une entrée positive par la connexion 69 la valeur de l'angle volant.La sortie 70 du bloc de calcul 68 est amenée à l'entrée d'un bloc 71 qui définit un coefficient de proportionnalité K9 relié à sa sortie sur l'entrée négative d'un additionneur 72. Un bloc de calcul 73 reçoit sur l'une de ses entrées négatives par la connexion 74 le signal de vitesse angulaire du volant mesuré par la capteur 8. Sur son autre entrée positive, le bloc de calcul 73 reçoit la sortie d'un bloc 74 définissant un coefficient de proportionnalité K8, le bloc 75 recevant sur son entrée par la connexion 76 le signal de vitesse de la roue, présent sur la sortie 62 du bloc 61.
La sortie du bloc de calcul 73 est amenée par la connexion 77 à un bloc 78 définissant un coefficient de proportionnalité K10 dont la sortie est reliée à l'entrée positive de l'additionneur 72.
A la sortie de l'additionneur 72 apparaît sur la connexion 13 le couple modèle recherché. En effet, le calculateur comprenant les blocs qui viennent d'être décrits détermine à chaque instant le couple modèle à partir de l'angle roue alpha roue, de l'angle du volant v tel que mesuré par le capteur 6, de la vitesse du volant telle que mesurée par le capteur 8 et de la vitesse de rotation de la roue selon la formule :
En se reportant à nouveau à la figure 1, on voit que la valeur du couple modèle ainsi calculée à chaque instant t est amenée par l'entrée 13 sur le bloc 2 capable de détecter une perte d'adhérence et d'élaborer un signal d'erreur.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le signal d'erreur élaboré dans le bloc 2 peut être une moyenne temporelle glissante de l'erreur temporelle entre le couple volant mesuré dans le capteur 15 amené à l'entrée 14 du bloc 2 et le couple modèle amené sur l'entrée 13 et calculé comme indiqué précédemment.
Il est ainsi facile de s'affranchir de différences instantanées importantes entre le couple mesuré et le couple modèle, différences qui seraient dues non pas à une perte d'adhérence mais à des problèmes de bruit sur les différents capteurs ou bien à des irrégularités ponctuelles sur la route tel que nid de poule ou analogue, ou encore pourrait provenir d'une erreur de modélisation, le modèle ne prenant pas en compte tous les phénomènes transitoires du véhicule.
On peut réaliser une moyenne temporelle glissante dont la longueur est fonction d'un paramètre de réglage R compris entre 0 et 1. A l'instant t, on calcule alors l'erreur selon la formule :
Dans le calculateur numérique à pas d'échantillonnage fixe Te, au temps t=nTe, on a :
où Cn est la différence de couple à l'instant t = nTe.
Selon la valeur du paramètre de réglage R (plus ou moins proche de 1) les termes en puissance de R tendent plus ou moins rapidement vers 0. On prend ainsi plus ou moins en compte dans l'erreur calculée au temps t, les valeurs de Cn précédentes. Si le paramètre de réglage R est trop proche de 0, on réalise une moyenne sur un temps long, on prend en compte de nombreux échantillons et l'on perçoit moins les différences de couple. Si le paramètre de réglage R est trop proche de 1, la moyenne n'est réalisée que sur un temps restreint. Il en résulte une détection de toute les erreurs même mineures avec l'inconvénient de repérer également les problèmes dus au bruit des capteurs et aux irrégularités ponctuelles de la route. Il est donc nécessaire de déterminer en fonction des applications, un compromis approprié pour la valeur du paramètre de réglage R.Une valeur avantageuse à cet égard est par exemple environ 0.025. On va maintenant expliciter en référence à la figure 5 le fonctionnement de la commande en couple faite dans le bloc 3 visible sur la figure 1. L'algorithme général de la commande en couple telle qu'illustrée sur la figure 5 peut être décomposé en trois blocs. Le premier bloc référencé 79 détermine un couple de consigne pour le volant, Cconsigne, Le deuxième bloc 80 calcule une valeur de consigne du courant électrique icons à fournir au moteur électrique de la direction assistée. Enfin, un troisième bloc 81 comprend le moteur électrique de la direction et son dispositif d'asservissement en courant. Le moteur électrique fournit à la sortie 22 du bloc 81 un couple d'assistance directement fonction du courant électrique qui traverse le moteur électrique.L'asservissement en courant permet d'assurer le suivi de la consigne de courant icons par le moteur électrique.
Le bloc 79 détermine le couple de consigne Cconsigne à partir d'un modèle simple du type ressort plus amortissement dans lequel est introduite une chute de couple en cas de perte d'adhérence. Le bloc 79 reçoit sur ses différentes entrées le signal correspondant à la position angulaire du volant v telle que mesurée par le capteur 6, la vitesse angulaire du volant telle que mesurée par le capteur 8, la vitesse du véhicule U telle que mesurée par le capteur 4 et le signal d'erreur calculé par le bloc 2 illustré sur la figure 1 comme expliqué précédemment. Le couple de consigne calculé par le bloc 79 est de la forme :
où U est la vitesse longitudinale du véhicule.
sgn est la fonction signe qui vaut 1 si la variable est positive et -1 dans le cas contraire.
R est une fonction linéaire par morceaux de l'angle volant v à vitesse du véhicule U fixe et dont la pente représente la raideur ressentie par le conducteur.
A est un coefficient d'amortissement dépendant de l'angle volant v et de la vitesse véhicule U.
F (erreur) est le couple de chute généré par la perte d'adhérence.
Lors de l'asservissement réalisé dans le bloc 80, le volant du véhicule se comporte comme si une raideur en torsion était interposée entre le volant et le tableau de bord du véhicule, l'amortissement étant réglé par le terme A.
Selon l'invention, il convient d'introduire un couple de chute diminuant le couple de consigne en cas de détection d'une perte d'adhérence ou pour éviter un phénomène d'enroulement du volant, c'est-à-dire un dépassement de l'angle de rotation du volant non souhaité par le conducteur.
La figure 6 illustre un exemple de réalisation du bloc 79 de la figure 5 permettant l'introduction d'un tel couple de chute.
Une valeur de couple est élaborée dans un premier bloc 82 à partir des paramètres que sont la vitesse du véhicule mesurée par le capteur 4, l'angle de rotation du volant mesuré par le capteur 6 et la vitesse angulaire du volant mesurée par le capteur 8. La valeur de couple ainsi définie traverse ensuite un bloc 83 de saturation afin d'éliminer les valeurs trop importantes de couple. Le signal d'erreur calculé par le bloc 2 illustré sur la figure 1 et représentant la perte d'adhérence du véhicule est amené à l'entrée d'un bloc 84 qui contient une cartographie mémorisée pour la détermination d'une valeur de couple de chute en fonction de la valeur de l'erreur. Le couple de chute ainsi déterminé est amené par la connexion 85 à l'une des entrées d'un bloc 86 qui reçoit par ailleurs la valeur de couple issue du bloc de saturation 83.Le bloc 86 peut alors déterminer une valeur de couple de consigne Cconsigne qui correspond à la valeur du couple élaboré par le bloc 82 de laquelle on a retranché la valeur du couple de chute dépendant de la perte d'adhérence constatée.
Le bloc 86 a également un effet anti-enroulement en évitant que la valeur du couple de chute retranché soit supérieure en valeur absolue à celle du couple élaboré par le bloc 82. Dans ces conditions, le couple de consigne Cconsigne intégrant la chute de couple reste de même signe que le couple élaboré par le bloc 82.
From this acceleration value, the system calculates, by digital discrete integration, successively, the angular speed and the angular position of the alpha wheel Wheel The main elements of the system included in block 1 represented in figure 1 are illustrated as example in FIG. 4 in which we find the sensor 4 which measures the speed of the vehicle, the sensor 6 which measures the angular position of the steering wheel, the sensor 8 which measures the angular speed of the steering wheel and the sensor 10 which measures the current through the electric motor 27 of the assistance device (Figure 2).
This figure shows a calculation block 38 having a static gain correction function and capable of calculating the torque applied to the flywheel Cy, the value of which appears on the output 39 of block 38. This value is calculated from the measured speed of the vehicle coming from the sensor 4 and brought to the input 40 of the block 38. The block 38 also receives on one of its inputs 41 the value of the angular position of the wheel alpha wheel obtained by a double digital integration from wheel angle acceleration.
A calculation block 42 makes it possible to add a dry friction function. Block 42 receives on one of its inputs the value of the torque applied to the flywheel Cy, coming from the output of block 38. On a second input 43, block 42 receives the value of the angular position of the wheel alpha wheel Finally , the block 42 receives on its input 44 the signal corresponding to the speed of rotation of the wheel, obtained by digital integration from the value of the acceleration of the wheel angle. A dry friction value thus calculated appears on the output 45 of the block 42 and is brought directly to a negative input of the computer 46.
The computer 46 also receives on a positive input the angular position signal of the steering wheel as measured by the sensor 6 assigned a proportionality coefficient K, represented in the form of the block 47 connected to the output 48 of the sensor 6. The computer 46 also receives on a positive input the angular speed signal of the steering wheel as measured by the sensor 8 assigned a proportionality coefficient K2 represented by the block 49 which is connected to the output 50 of the sensor 8. This term corresponds to a artificial viscous term ensuring the stability of the model. The computer 46 also receives on one of its positive inputs the torque applied to the flywheel Cy1 calculated in block 38 and assigned a proportionality coefficient K3 by block 51, the input of which is connected to the output 39 of block 38 The computer 46 also receives on a negative input the torsional forces calculated from the angular position of the wheel alpha wheel according to the formula:
where K4 is a proportionality coefficient which is loaded into the block 52 whose input 53 receives the signal corresponding to the angle wheel alpha wheel.
The computer 46 also receives on a negative input viscous forces calculated from the speed of the wheel angle assigned a proportionality coefficient K5 according to the formula
This is achieved by the block 54 which receives on its input 55 the wheel speed signal obtained by digital integration at the previous iteration step.
The signal 56 at the output of the computer 46 is brought to the positive input of an adder 57 which receives on a negative input the signal of intensity of electric current passing through the motor as measured by the sensor 10 (Imot) affected by a coefficient of proportionality K6 in block 58. The output signal from adder 57 which presents the angular acceleration of the wheel at time t, is assigned a coefficient of proportionality K, by block 59.
From the set of forces previously indicated, the acceleration of the wheel angle is therefore calculated at each following iteration step according to the equation:
The output signal from block 59, connected to a block 61 then undergoes a first digital integration 1 / s performed in block 61, the output 62 of which thus represents the value of the speed of rotation of the wheel. A second digital integration 1 / s carried out in block 63 on this speed signal allows the angular speed of the alpha wheel to be calculated. These angular speed and angular position values calculated at each iteration step are used to calculate the angular acceleration at the next iteration step. Indeed, the output 62 of the block 61 representing the wheel speed signal is thus brought as indicated above to the input 44 of the block 42 as well as to the input 55 of the block 54 so as to allow the calculation of the acceleration of the wheel angle to the next iteration step. The connection is referenced 64 in FIG. 4. Under the same conditions, the output 65 of the block 63 which represents the signal of the angular position of the wheel alpha wheel is brought by connection 66 to input 41 of block 38, to input 43 of block 42 and to input 53 of block 52.
From the measurement of the steering wheel angle by the sensor 6, the steering wheel speed by the sensor 8, the vehicle speed by the sensor 4 and the electric current delivered in the motor of the assistance device by the sensor 10, it is thus possible to construct, at each sampling instant, a model torque which can then be compared with the torque actually measured. For this purpose, the angle wheel alpha wheel appearing at the output 65 of the block 63 is brought to the input of a block 67 defining a coefficient of proportionality K7. The resulting signal is brought to a negative input of a calculation block 68 which also receives on a positive input by connection 69 the value of the flying angle. The output 70 of the calculation block 68 is brought to the input a block 71 which defines a proportionality coefficient K9 linked to its output on the negative input of an adder 72. A calculation block 73 receives on one of its negative inputs by connection 74 the angular speed signal of the steering wheel measured by the sensor 8. On its other positive input, the calculation block 73 receives the output of a block 74 defining a coefficient of proportionality K8, the block 75 receiving on its input by the connection 76 the speed signal of the wheel, present on output 62 of block 61.
The output of the calculation block 73 is brought by the connection 77 to a block 78 defining a proportionality coefficient K10, the output of which is connected to the positive input of the adder 72.
At the output of the adder 72 appears on the connection 13 the desired model torque. Indeed, the computer comprising the blocks which have just been described determines at all times the model torque from the angle wheel alpha wheel, the angle of the steering wheel v as measured by the sensor 6, the speed of the flywheel as measured by sensor 8 and the speed of rotation of the wheel according to the formula:
Referring again to FIG. 1, it can be seen that the value of the model torque thus calculated at each instant t is brought by input 13 on block 2 capable of detecting a loss of adhesion and of producing a signal d 'fault.
In a preferred embodiment of the invention, the error signal produced in block 2 can be a sliding time average of the time error between the flying torque measured in the sensor 15 brought to the input 14 of block 2 and the model torque brought to input 13 and calculated as indicated above.
It is thus easy to get rid of significant instantaneous differences between the measured torque and the model torque, differences which would be due not to a loss of adhesion but to noise problems on the various sensors or to point irregularities on the road such as a pothole or the like, or could come from a modeling error, the model not taking into account all the transient phenomena of the vehicle.
We can achieve a sliding time average whose length is a function of an adjustment parameter R between 0 and 1. At time t, we then calculate the error according to the formula:
In the digital computer with fixed sampling pitch Te, at time t = nTe, we have:
where Cn is the difference in torque at time t = nTe.
Depending on the value of the adjustment parameter R (more or less close to 1), the power terms of R tend more or less quickly to 0. In this way, the values of Cn previous. If the adjustment parameter R is too close to 0, an average is produced over a long time, many samples are taken into account and the torque differences are less perceived. If the adjustment parameter R is too close to 1, the average is only carried out over a limited time. This results in detection of all errors, even minor ones, with the drawback of also identifying problems due to noise from the sensors and occasional irregularities in the road. It is therefore necessary to determine, depending on the applications, an appropriate compromise for the value of the adjustment parameter R. An advantageous value in this regard is for example approximately 0.025. We will now explain with reference to Figure 5 the operation of the torque control made in block 3 visible in Figure 1. The general algorithm of the torque control as illustrated in Figure 5 can be broken down into three blocks. The first block referenced 79 determines a setpoint torque for the steering wheel, Cconsigne, The second block 80 calculates a setpoint value of the electric current icons to be supplied to the electric motor of the power steering. Finally, a third block 81 comprises the electric motor of the steering and its current servo-control device. The electric motor provides at output 22 of block 81 a torque directly dependent on the electric current flowing through the electric motor. The current control makes it possible to follow the icons current setpoint by the electric motor.
Block 79 determines the setpoint torque C setpoint from a simple model of the spring plus damping type into which a torque drop is introduced in the event of loss of grip. The block 79 receives on its various inputs the signal corresponding to the angular position of the steering wheel v as measured by the sensor 6, the angular speed of the steering wheel as measured by the sensor 8, the speed of the vehicle U as measured by the sensor 4 and the error signal calculated by block 2 illustrated in FIG. 1 as explained above. The setpoint torque calculated by block 79 is of the form:
where U is the longitudinal speed of the vehicle.
sgn is the sign function which is worth 1 if the variable is positive and -1 otherwise.
R is a piecewise linear function of the steering wheel angle v at the speed of the vehicle U fixed and the slope of which represents the stiffness felt by the driver.
A is a damping coefficient depending on the steering wheel angle v and the vehicle speed U.
F (error) is the drop torque generated by the loss of grip.
During the servo-control carried out in block 80, the steering wheel of the vehicle behaves as if a torsional stiffness was interposed between the steering wheel and the dashboard of the vehicle, the damping being regulated by the term A.
According to the invention, it is advisable to introduce a drop torque reducing the target torque in the event of detection of a loss of grip or to avoid a phenomenon of winding of the steering wheel, that is to say an overshoot. the angle of rotation of the steering wheel not desired by the driver.
FIG. 6 illustrates an exemplary embodiment of the block 79 of FIG. 5 allowing the introduction of such a falling torque.
A torque value is produced in a first block 82 from parameters such as the vehicle speed measured by the sensor 4, the angle of rotation of the steering wheel measured by the sensor 6 and the angular speed of the steering wheel measured by the sensor 8 The torque value thus defined then passes through a saturation block 83 in order to eliminate excessively high torque values. The error signal calculated by block 2 illustrated in FIG. 1 and representing the loss of adhesion of the vehicle is brought to the input of a block 84 which contains a stored map for the determination of a torque value of fall depending on the value of the error. The drop torque thus determined is brought by connection 85 to one of the inputs of a block 86 which also receives the torque value from the saturation block 83. Block 86 can then determine a setpoint torque value C setpoint which corresponds to the value of the torque produced by block 82 from which the value of the fall torque depending on the observed loss of grip has been subtracted.
Block 86 also has an anti-winding effect by preventing the value of the entrenched drop torque from being greater in absolute value than that of the torque produced by block 82. Under these conditions, the setpoint torque C setpoint integrating the torque drop remains of the same sign as the couple developed by block 82.
REVENDICATIONS
1. Procédé de commande d'assistance de direction électrique d'un véhicule automobile comprenant un volant de direction (23) et un moteur électrique de commande (27), dans lequel on mesure le couple appliqué au volant, l'angle de rotation du volant, la vitesse longitudinale du véhicule et le courant électrique traversant le moteur de commande caractérisé par le fait qu'on mesure en outre la vitesse de rotation du volant et qu'on met en u̇vre les étapes suivantes : a) on calcule une valeur estimée théorique pour le couple appliqué au volant à partir des valeurs mesurées de l'angle de rotation du volant, de la vitesse longitudinale du véhicule et de la vitesse de rotation du volant ;b) on détermine un signal de perte d'adhérence en comparant la valeur estimée théorique pour le couple appliqué au volant avec la valeur réelle mesurée du couple appliqué au volant ; c) on calcule une valeur de consigne de couple en fonction du signal de perte d'adhérence, de l'angle de rotation du volant, de la vitesse de rotation du volant et de la vitesse longitudinale du véhicule ; d) et on asservit le couple appliqué au volant à la valeur de consigne de couple ainsi calculée. 1. A method of controlling the electric steering assistance of a motor vehicle comprising a steering wheel (23) and an electric control motor (27), in which the torque applied to the steering wheel, the angle of rotation of the steering wheel, the longitudinal speed of the vehicle and the electric current passing through the control motor, characterized in that the speed of rotation of the steering wheel is further measured and that the following steps are carried out: a) an estimated value is calculated theoretical for the torque applied to the steering wheel from the measured values of the angle of rotation of the steering wheel, the longitudinal speed of the vehicle and the speed of rotation of the steering wheel; b) a loss of grip signal is determined by comparing the theoretical estimated value for the torque applied to the steering wheel with the actual measured value of the torque applied to the steering wheel; c) a torque setpoint value is calculated as a function of the loss of grip signal, the angle of rotation of the steering wheel, the speed of rotation of the steering wheel and the longitudinal speed of the vehicle; d) and the torque applied to the steering wheel is controlled by the torque setpoint thus calculated.