FR2933661A3 - Systeme de restitution d'effort sur un organe de commande d'un systeme de direction a commande electrique - Google Patents
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Abstract
Procédé de fonctionnement d'un système (22) de restitution d'une action mécanique sur un premier organe (25) de commande de direction d'une première direction (20) de type électrique d'un véhicule automobile, le système permettant de reproduire les actions que ressentirait un conducteur s'il manipulait un deuxième organe de commande de direction (2) d'une deuxième direction (1) du type dans lequel les actions mécaniques sont transmises du deuxième organe de commande de direction aux roues via une colonne de direction (3), caractérisé en ce qu'il comprend une phase de calculs des effets de la raideur et/ou de l'amortissement de la colonne de direction de la deuxième direction.
Description
La présente invention concerne un procédé de fonctionnernent d'un système de restitution d'un effort ou d'une action mécanique sur un organe de commande de direction d'un véhicule automobile. Elle concerne aussi un support de données comprenant des moyens logiciels de mise en oeuvre du procédé, un système de restitution fonctionnant conformément au procédé, un système de direction à commande électrique comprenant un tel système de restitution et un véhicule automobile comprenant un tel système de restitution.
Historiquement, comme représenté à la figure 1, les systèmes 1 de direction des véhicules automobiles fonctionnaient exclusivement grâce aux efforts qu'exerçait le conducteur sur un volant 2 de direction. Ces efforts sur le volant étaient transmis à un arbre 3 appelé colonne de direction et muni à son extrémité d'un pignon 4 engrenant avec une crémaillère 5. La rotation de cette colonne entraînait donc un mouvement de translation de la crémaillère. Un système de timonerie à chaque extrémité de la crémaillère permettait d'orienter des roues du véhicule automobile en réponse à ce déplacement de la crémaillère.
Il a ensuite été imaginé, en conservant la structure mécanique de base du système de direction décrit précédemment, d'ajouter des moyens hydrauliques ou électriques d'assistance à la manoeuvre du volant de direction pour améliorer l'agrément de conduite.
Pour aller encore plus loin dans l'optimisation de l'encombrement du système de direction, mais aussi autoriser de nouvelles prestations en termes d'interface homme-machine, de sécurité et d'agrément de conduite, il a été imaginé un système de direction à commande électrique dit Steer by wire , où la commande de direction est transmise par un signal électrique émis sur des fils électriques. Ainsi, la position angulaire du volant est traduite par un signal de commande transmis sur des fils MS\REN084FR.dpt électriques et commandant un moteur électrique agissant sur les roues pour les positionner dans la position de braquage correspondant à la position du volant.
Dans un tel système, le conducteur ne ressent a priori aucun effort sur le volant lorsqu'il le manoeuvre car plus aucune action mécanique exercée sur le volant n'est transmise aux roues. Ces actions mécaniques de braquage des roues directrices sont pourtant nécessaires à la conduite du véhicule. Ainsi, pour remédier à ce problème, les systèmes de direction Steer by wire sont également équipés d'un système de restitution d'effort permettant d'appliquer des efforts sur le volant pour simuler les efforts qui seraient ressentis avec un autre type de système de direction, comme par exemple un système de direction assistée électrique.
Un système de restitution d'effort est donc un système d'application d'une action mécanique sur un organe de commande de direction. Il comprend donc un actionneur qui fournit au conducteur un effort représentatif du comportement du véhicule et un calculateur dans lequel est implémenté un algorithme qui calcule la valeur de cet effort en fonction de plusieurs paramètres (par exemple des efforts mesurés dans les biellettes de direction) et notamment en fonction de l'effort appliqué par le conducteur sur le volant de direction et qui permet de piloter en conséquence l'actionneur.
Un tel système de restitution d'effort est par exemple décrit dans la demande US 2002/0108804. Ce système de restitution comprend un frein magnéto-rhéologique et un ressort de torsion. Le pilotage du frein magnéto-réhologique permettant de produire des actions qui en complément des actions du ressort reproduisent les efforts que ressentirait le conducteur si son véhicule était équippé d'un autre type de MS\REN084FR.dpt système de direction. Un tel système est complexe et peu pratique à mettre au point. En effet, on comprend qu'il faut changer le ressort si on veut traduire un effort de rappel sur le volant plus important que celui que peut produire le ressort.
Le but de la présente invention est de fournir un procédé de fonctionnement d'un système de restitution d'effort obviant aux inconvénients identifiés précédemment et permettant d'améliorer les procédés de fonctionnement des systèmes de restitution d'effort connus de l'art antérieur. En particulier, l'invention propose un procédé de fonctionnement d'un système de restitution d'effort simple et pratique à mettre au point.
Le procédé selon l'invention régit le fonctionnement d'un système de restitution d'une action mécanique sur un premier organe de commande de direction d'une première direction de type électrique d'un véhicule automobile, le système permettant de reproduire les actions que ressentirait un conducteur s'il manipulait un deuxième organe de commande de direction d'une deuxième direction du type dans lequel les actions mécaniques sont transmises du deuxième organe de commande de direction aux roues via une colonne de direction. Le procédé est caractérisé en ce qu'il comprend une phase de calculs des effets de la raideur et/ou de l'amortissement de la colonne de direction de la deuxième direction.
La phase de calculs peut utiliser une valeur de position du premier organe de commande de direction et/ou une valeur d'action mécanique résistante à l'orientation des roues et/ou une valeur d'action mécanique d'assistance à l'orientation des roues. MS\REN084FR.dpt30 La valeur de position du premier organe de commande de direction peut être mesurée ou estimée et/ou la valeur d'action mécanique résistante à l'orientation des roues peut être mesurée ou estimée et/ou la valeur d'action mécanique d'assistance à l'orientation des roues peut être mesurée ou estimée.
Le procédé peut comprendre une phase préliminaire de saisie d'une valeur de raideur et/ou d'une valeur d'amortissement de la colonne de direction de la deuxième direction.
La phase de calculs peut comprendre : une étape de calcul d'effort s'appliquant sur un élément de la direction et/ou une étape de calcul de vitesse de l'élément par intégration de son accélération et/ou une étape de calcul de la position de l'élément par intégration de sa vitesse et/ou une étape de calcul du couple ressenti par le conducteur.
20 Selon l'invention, un support de données comprend des moyens logiciels de mise en oeuvre du procédé de fonctionnement défini précédemment.
Selon l'invention, un système de restitution d'une action mécanique sur un organe de commande de direction d'une première direction de type 25 électrique d'un véhicule automobile, le système permettant de reproduire les actions que ressentirait un conducteur s'il manipulait un deuxième organe de commande de direction d'une deuxième direction du type dans lequel les actions mécaniques sont transmises du deuxième organe de commande de direction aux roues via une colonne de direction est 30 caractérisé en ce qu'il comprend des moyens matériels et/ou logiciels de mise en oeuvre du procédé de fonctionnement défini précédemment. MS\RFN084FR.dpt 15 Les moyens matériels et/ou logiciels peuvent comprendre des moyens de calculs des effets de la raideur et/ou de l'amortissement de la colonne de direction de la deuxième direction.
Les moyens matériels et/ou logiciels peuvent comprendre des moyens de détermination d'une valeur de position de l'organe de comrnande de direction et/ou d'une valeur d'action mécanique résistante à l'orientation des roues et/ou d'une valeur d'action mécanique d'assistance à l'orientation des roues.
Selon l'invention, un véhicule automobile comprend un système de restitution défini précédemment.
Les dessins annexés représentent, à titre d'exemple, un mode d'exécution du procédé de fonctionnement d'un système de direction électrique selon l'invention.
La figure 1 est un schéma d'un système de direction de véhicule connu 20 de l'art antérieur et du type dans lequel les actions exercées sur le volant de direction sont transmises aux roues.
La figure 2 est un schéma d'un système de direction électrique de véhicule selon l'invention. La figure 3 est un schéma d'un algorithme du procédé de fonctionnement selon l'invention. Le système 20 de direction électrique (dit aussi Steer by Wire) de 30 véhicule automobile représenté à la figure 2 fonctionne selon le procédé objet de l'invention. Ce système comprend principalement un système 22 MS\MN084FR.dpt 25 de restitution d'effort ou d'action mécanique au niveau d'un organe 25 de commande de direction, comme un volant, destiné à être manipulé par un conducteur et un système d'orientation 23 des roues directrices 28 du véhicule destiné à orienter les roues du véhicule en fonction de la position de l'organe de commande de direction.
Le système de restitution d'effort comprend un calculateur 21 pilotant un actionneur 24, tel que par exemple un motoréducteur, mécaniquement lié à l'organe de commande de direction. Le système d'orientation des roues comprend un calculateur 21 pilotant un actionneur 26, tel que par exemple un motoréducteur, mécaniquement lié à un pignon 27 engrenant avec une crémaillère et permettant d'exercer des efforts d'orientation ou de braquage des roues. 15 La représentation de la figure 2 ne constitue bien évidemment qu'un schéma fonctionnel. En effet, étant donnée les fonctions de sécurité assurées par le système de direction, celui-ci comprend des éléments redondants, notamment il comprend plusieurs calculateurs pilotant de 20 mêmes éléments ou plusieurs calculateurs pilotant différents éléments assurant les mêmes fonctions. De mêmes plusieurs capteurs peuvent être utilisés pour déterminer la valeur d'un paramètre influant le pilotage des actionneurs.
25 Le ou les calculateurs pilotant le ou les actionneurs du système de restitution d'effort reçoivent en entrée différents signaux issus de moyens de détermination de la valeur de différents paramètres permettant de caractériser l'état de la direction et/ou du véhicule automobile. Ces différents signaux sont fournis par des capteurs et/ou des estimateurs. Le 30 ou les calculateurs pilotant le ou les actionneurs du système de restitution d'effort comprennent des moyens matériels et/ou logiciels de MS\REN084FR.dpt10 mise en oeuvre du procédé de fonctionnement objet de l'invention, c'est-à-dire permettant de régir le fonctionnement du système de restitution conformément à l'invention, et en particulier conformément au mode d'exécution décrit plus bas. Notamment, ils comprennent des moyens matériels et/ou logiciels de mise en oeuvre des étapes ou phases définies dans les revendications. Les moyens logiciels peuvent notamment comprendre des programmes informatiques. En conséquence, les moyens logiciels évoqués dans ce paragraphe sont par exemple stockés sur un ou plusieurs supports de données 30 par exemple intégrés au calculateur. Les moyens matériels et/ou logiciels de mise en oeuvre du procédé de fonctionnement objet de l'invention comprennent des moyens de calculs.
Le procédé de fonctionnement du système de restitution permet, à des essayeurs sur piste, de mettre au point facilement le système. Pour ce faire, le procédé de fonctionnement reproduit, dans les étapes de son algorithme, les phénomènes physiques influents le comporternent d'un système de direction de série traditionnelle tel que celui représenté à la figure 1. Dans ce cadre, le pilotage de l'actionneur tient compte de la torsion de colonne de direction se produisant sur les systèmes de direction classiques.
Ainsi, on modélise la colonne de direction comme suit. Lorsqu'un conducteur fait tourner l'organe de commande de direction 2 d'un angle 6v, l'angle ep du pignon 4 suit l'angle ev après filtrage défini par la raideur Kcol et l'amortissement Acol de la colonne de direction.
Le couple de retour d'effort C au volant ressenti par le conducteur est égal à: C = Kcol x (Av - Ap)+ Acol x (6v - 6p) avec Âv et 6p les dérivées des angles ev et ep par rapport au temps. MS\REN084FR.dpt De même, on définit un effort roues Froues du sol sur les roues directrices du véhicule et un effort crémaillère Fcrem qui est la résultante d'un effort d'assistance Fassistance (produit par un dispositif d'assistance de direction hydraulique ou électrique) et de l'effort roues. Ainsi, on a : Fcrem = Froues û Fassistance
Plus la direction est assistée, plus l'effort d'assistance Fassistance est élevé et moins le conducteur aura à fournir d'effort pour braquer les roues.
Dans un mode d'exécution du procédé de fonctionnement du système de restitution selon l'invention, le système de restitution utilise, pour reproduire les actions que ressentirait un conducteur s'il manipulait un organe de commande de direction d'une direction d'un autre type dans lequel les actions mécaniques sont transmises de l'organe de commande de direction aux roues via une colonne de direction, c'est-à-dire pour simuler le comportement d'une direction classique de véhicule (comme par exemple une direction sans assistance ou une direction assistée électrique ou hydraulique), les valeurs de différents paramètres. En particulier, il utilise pour déterminer les effets de la raideur et/ou de l'amortissement de la colonne de direction de l'autre direction une valeur de position de l'organe de commande de direction, une valeur d'action mécanique résistante à l'orientation des roues et une valeur d'action mécanique d'assistance à l'orientation des roues. Les deux premières valeurs peuvent être mesurées ou estimées.
Ainsi, en entrée du calculateur du système de restitution, on fournil: dans l'exemple de la figure 3 : ASWA_Sens_deg, la valeur mesurée de position de l'organe de commande de direction (position angulaire du volant 8v),
MS\REN084FR.dpt T_Spin_SFF_Est, la valeur du couple mécanique (autour de l'axe de rotation du pignon) de résistance à l'orientation des roues, ce couple étant estimé et étant aussi noté Croues, T_SWh_SFF_Est_assistance, la valeur du couple mécanique (autour de 5 l'axe de rotation du pignon) d'assistance à l'orientation des roues, ce couple étant estimé et étant aussi noté Cassistance.
Le couple Ccrem = Croues û Cassistance est l'équivalent de l'effort crémaillère Fcrem défini plus haut. En sortie du calculateur, on obtient : A Spin_SFF_Est : la valeur de position du pignon simulée ou calculée (image de l'angle ep), A_SCol _SFF_Est : la valeur de déformation (angle de torsion) de la 15 colonne de direction simulée ou calculée (image de l'angle ev - Op), T_Scol_SFF_Est : la valeur de l'effort ou action mécanique ressentie par le conducteur sur l'organe de commande de direction (retour d'effort simulé au volant).
20 Pour mettre en oeuvre, les calculs des valeurs de sortie en fonction des valeurs d'entrée, le systéme de restitution d'effort, et en particulier le calculateur, utilise des paramètres définissant les caractéristiques du système de direction dont il faut reproduire le comportement. Il utilise notamment les paramètres suivants : 25 C SCol SFF Kr (aussi noté Kcol) qui est la valeur de raideur de la colonne de direction ou une image de cette raideur, C_SCol_SFF Amr (aussi noté Acol) qui est la valeur de l'amortissement de la colonne de direction ou une image de cet amortissement, C_Spin_SFF_J (aussi noté Jrack) qui est la valeur de l'inertie de 30 l'ensemble crémaillère-pignon ou une image de cette inertie. MS\REN084FR.dpt 10 Sur la figure 3, les paramètres comprenant un préfixe W au lieu de A ou T sont des vitesses. Pour obtenir ces valeurs de sorties avec ces valeurs d'entrée et les paramètres caractéristiques de la direction simulée et considérant l'équation d'évolution de l'angle du pignon suivante : Jrack x 8p = Cassistance - Croues + Kcol x (8v - 8p)+ Acol x (6v - 8p) le système de restitution, et en particulier le calculateur, met en oeuvre, dans une phase de calculs des effets de la raideur et/ou de l'amortissement de la colonne de direction, les étapes de calculs ci-après. Dans une première étape, représentée sur la figure 3 par un bloc 110, on calcule la somme des efforts s'appliquant au pignon 27 engrenant avec la crémaillère à l'aide de la formule : Cassistance - Croues + Kcol x (8v -00+ Acol x (Âv - 6p) Dans une deuxième étape, représentée sur la figure 3 par un bloc 120, on calcule la vitesse du pignon par intégration de son accélération définie par le calcul d'efforts de l'étape précédente à l'aide de la formule : 8p = f (Cassistance ù Croues + Kcol x (8v ù 8p) + Acol x (8v ù 8p)) Jrack Dans une troisième étape, représentée sur la figure 3 par un bloc 130, on calcule la position du pignon par intégration de sa vitesse définie par le 25 . calcul de l'étape précédente à l'aide de la formule : ep-18p Dans une quatrième étape, on calcule en sortie d'un bloc 140, le couple C ressenti par le conducteur à l'aide des valeurs de position et de vitesse MS\REN084FR.dpt du pignon et de la formule : C=Kcolx(0v-ep)+Acolx(8v-6p) Connaissant ce couple, le calculateur du système de restitution peut piloter l'actionneur de manière à reproduire ou à simuler les efforts que ressentirait un conducteur d'un véhicule équipé d'un autre système de direction.
Les étapes de calculs précédentes présentent un avantage important : elles utilisent les paramètres physiques de raideur et d'amortissement de la colonne de direction. Ainsi, les essayeurs et metteurs au point du système de restitution peuvent aisément modifier les caractéristiques de raideur et d'amortissement de la colonne de direction simplement en saisissant de nouvelles valeurs de raideur et d'amortissement qui sont stockées dans le calculateur.
La phase de calculs des effets de la raideur et/ou de l'amortissement de la colonne de direction peut être activée uniquement dans certaines conditions, notamment dans certaines conditions de roulage du véhicule.
Dans d'autres conditions, elle peut être désactivée car, par exemple, la prise en compte des effets de la raideur et/ou de l'amortissement de la colonne de direction modifierait très peu le pilotage de l'actionneur dans ces conditions. Les moyens de calculs utilisés pour calculer les effets de la raideur et/ou de l'amortissement de la colonne de direction peuvent alors être utilisés à d'autres fins.
Le système de restitution selon l'invention et le procédé de fonctionnement de ce système sont décrits appliqués à un véhicule automobile. Néanmoins, ils peuvent être appliqués dans le domaine du jeu et de la simulation à un véhicule automobile virtuel. MS\REN084FR.dpt
Claims (10)
- Revendications: 1 Procédé de fonctionnement d'un système (22) de restitution d'une action mécanique sur un premier organe (25) de commande de direction d'une première direction (20) de type électrique d'un véhicule automobile, le système permettant de reproduire les actions que ressentirait un conducteur s'il manipulait un deuxième organe de commande de direction (2) d'une deuxième direction (1) du type dans lequel les actions mécaniques sont transmises du deuxième organe de commande de direction aux roues via une colonne de direction (3), caractérisé en ce qu'il comprend une phase de calculs des effets de la raideur et/ou de l'amortissement de la colonne de direction de la deuxième direction.
- 2. Procédé de fonctionnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la phase de calculs utilise une valeur de position (ev) du premier organe (25) de commande de direction et/ou une valeur d'action mécanique (Croues) résistante à l'orientation des roues et/ou une valeur d'action mécanique (Cassistance) d'assistance à l'orientation des roues.
- 3. Procédé de fonctionnement selon la revendication 2, caractérisé en ce que la valeur de position du premier organe (25) de commande de direction est mesurée ou estimée et/ou la valeur d'action mécanique résistante à l'orientation des roues est mesurée ou estimée et/ou la valeur d'action mécanique d'assistance à l'orientation des roues est mesurée ou estimée.
- 4. Procédé de fonctionnement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une phase préliminaire de saisie d'une valeur de raideur (Kcol) et/ou d'une MS\R?N084FR.dptvaleur d'amortissement (Acol) de la colonne de direction (3) de la deuxième direction (1).
- 5. Procédé de fonctionnement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la phase de calculs comprend : une étape de calcul d'effort s'appliquant sur un élément (27) de la direction et/ou une étape de calcul de vitesse de l'élément (27) par intégration de son accélération et/ou une étape de calcul de la position de l'élément (27) par intégration de sa vitesse et/ou une étape de calcul du couple ressenti par le conducteur.
- 6. Support (30) de données comprenant des moyens logiciels de mise 15 en oeuvre du procédé de fonctionnement selon l'une des revendications précédentes.
- 7. Système de restitution (22) d'une action mécanique sur un organe (25) de commande de direction d'une première direction (20) de 20 type électrique d'un véhicule automobile, le système permettant de reproduire les actions que ressentirait un conducteur s'il manipulait un deuxième organe (2) de commande de direction d'une deuxième direction (1) du type dans lequel les actions mécaniques sont transmises du deuxième organe de commande de direction aux 25 roues via une colonne de direction (3), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens matériels (21, 30) et/ou logiciels de mise en oeuvre du procédé de fonctionnement selon l'une des revendications 1 à 5. 30
- 8. Système de restitution selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens matériels et/ou logiciels MS\REN084FR.dpt14 comprennent des moyens de calculs des effets de la raideur et/ou de l'amortissement de la colonne de direction de la deuxième direction.
- 9. Système de restitution selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que les moyens matériels et/ou logiciels comprennent des moyens de détermination. d'une valeur de position de l'organe de commande de direction et/ou d'une valeur d'action mécanique résistante à l'orientation des roues et/ou d'une valeur d'action mécanique d'assistance à l'orientation des roues.
- 10. Véhicule automobile comprenant un système de restitution (22) selon l'une des revendications 7 à 9. MS\REN084FR.dpt
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20100331 |