FR2949421A1 - Dispositif de controle de trajectoire pour vehicule etroit a motorisation electrique et inclinaison asservie - Google Patents

Dispositif de controle de trajectoire pour vehicule etroit a motorisation electrique et inclinaison asservie Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un dispositif permettant de déporter automatiquement la trajectoire des roues pendant la mise en inclinaison du véhicule soumis à une sollicitation transversale pour éviter de déplacer transversalement le centre de gravité du véhicule par rapport à la trajectoire nominale des roues. Le dispositif comprend un moteur électrique asservi (10) entre l'axe du volant (15) et l'axe d'orientation (19) de la roue. Ledit moteur électrique effectue un contrebraquage et un braquage de mise en trajectoire concentrique des roues par rapport à la trajectoire du centre de gravité automatiquement pendant la mise en inclinaison du véhicule. L'invention permet de conduire un véhicule étroit inclinable comme une voiture sans faire appel à un apprentissage de conduite du type 2 roues en maintenant le véhicule en équilibre sans transfert de charge en cas de sollicitation transversale.

Description

Les véhicules étroits à 3 ou 4 roues, qui comportent le plus souvent une seule place de front et une deuxième en tandem, sont conçus de manière à s'incliner en virage pour augmenter les faibles performances de leur tenue de route naturelle, en particulier pour les véhicules à 3 roues dont le polygone de sustentation est défavorable à une bonne tenue de route. Lorsque l'inclinaison est libre, principalement pour les véhicules non carrossés qui subissent peu d'influence aérodynamique, le comportement du véhicule étroit à 3 ou 4 roues est purement comparable à celui des 2 roues. Ces derniers, qui ne peuvent accepter par nature aucun transfert de charge, obtiennent leur 1Ù équilibre en déportant à l'extérieur du virage la trajectoire moyenne des roues par rapport à la trajectoire du centre de gravité du véhicule pour mettre ladite trajectoire moyenne dans la direction de la résultante oblique du poids du véhicule et de la force centrifuge dans les virages. Pour une vitesse moyenne, le déport résulte normalement de la configuration de la colonne de direction en 15 fonction du braquage de la roue directrice, donc du rayon du virage. Pour une accélération centrifuge importante résultant d'une vitesse élevée, le pilote doit exécuter un contrebraquage pour augmenter le déport afin d'obtenir l'inclinaison nécessaire à l'équilibre. Pour les véhicules étroits carrossés, l'instabilité aérodynamique conduit à 2.0 asservir l'inclinaison à la sollicitation transversale et à commander ladite inclinaison par l'intermédiaire d'un dispositif mécanique, hydraulique ou électrique ou une combinaison de ces technologies. Les dispositifs connus prennent en compte la seule force centrifuge, soit par une détection réalisée par un dispositif pendulaire ou un accéléromètre, soit en entrant les paramètres de 25 vitesse et de rayon de braquage dans un calculateur de bord. La boucle d'asservissement compare alors l'inclinaison théorique calculée à celle réalisée par le dispositif de commande d'inclinaison. Le brevet français n° 02 00876 du présent auteur est connu pour asservir l'inclinaison du véhicule à la résultante des 3 types d'efforts transversaux que 3ti sont la force centrifuge, la pression aérodynamique latérale et le dévers de la chaussée en détectant l'effort avec lequel le véhicule s'appuie transversalement sur la chaussée.
Dans tous les cas connus de véhicules étroits à inclinaison asservie, la seule inclinaison du véhicule conduit à déporter la masse du véhicule à l'intérieur du virage par rapport à la trajectoire moyenne des roues qui suivent la trajectoire nominale du virage. Cette dynamique est donc fondamentalement différente de l'inclinaison des 2 roues dont elle s'inspire. Elle engendre une sollicitation transversale de la suspension qui nuit à la tenue de route, principalement en cas de trajectoire d'évitement ou en slalom. La problématique consiste à proposer, à un public non formé à une conduite performante, un véhicule dont la conduite s'apparente à celle d'une voiture et ne nécessite pas un apprentissage comparable à celui des 2 roues, de type sportif. La présente invention a pour but de résoudre cette problématique en laissant au conducteur le suivi de trajectoire du virage et en attribuant au véhicule la gestion automatique du déport de trajectoire des roues pour que le plan médian du véhicule contienne la résultante transversale des forces par rotation autour du centre de gravité et non pas par déport latéral de ce dernier. Pour obtenir ce résultat, l'asservissement d'inclinaison du véhicule en fonction de la sollicitation transversale est accompagné d'un déport de la trajectoire moyenne des roues. Ledit déport de trajectoire est simultané et proportionnel à l'opération d'inclinaison pour ne pas induire de déplacement latéral du centre de gravité du véhicule par rapport à la trajectoire du virage. Il met en oeuvre un contrebraquage de la roue, ou des 2 roues directrices avant puis un retour au braquage nominal du virage pour suivre une trajectoire concentrique à celle du centre de gravité. En toute rigueur, ce changement de trajectoire est 2.5 accompagné d'une variation différentielle de vitesse de rotation des roues motrices : dans la première phase de contrebraquage, le différentiel de vitesse est en sens inverse de celui engendré par le virage, dans la deuxième phase de mise sur trajectoire concentrique, le différentiel de vitesse est dans le même sens. En conséquence, les différentiels de vitesse de rotation des roues motrices 30 se retranchent dans la première phase et s'additionnent dans la deuxième phase par rapport au différentiel concernant le virage. Les opérations simultanées de déport de trajectoire et d'inclinaison étant terminées, seul subsiste le différentiel de vitesse des roues motrices dû au virage. En sortie de virage, l'ensemble de ces opérations est inversé. Cette gestion indépendante de vitesse des roues motrices 35 nécessite une motorisation électrique indépendante de chaque roue.
Cette description est présentée de façon classique concernant une sollicitation simple de force centrifuge sur un sol horizontal pour une bonne compréhension du contrôle dynamique du véhicule. Dans l'hypothèse d'une détection transversale intégrant les trois types d'efforts transversaux ci-dessus mentionnés, le dispositif prend en compte la résultante et produit l'inclinaison et le déport de trajectoire correspondant. Un premier exemple concerne une chaussée idéalement relevée en virage pour être perpendiculaire à la direction de la résultante de la sollicitation transversale et du poids du véhicule. Cette configuration provoquerait à tort l'inclinaison du véhicule si l'accélération centrifuge seule était prise en compte, contrairement à la prise en compte de la résultante des 3 sollicitations. Un deuxième exemple concerne un fort vent latéral en ligne droite. Dans ce cas, la possibilité de prendre en compte la pression aérodynamique latérale permet d'incliner de véhicule contre le vent et de provoquer le déport de trajectoire des roues par rapport à la trajectoire du centre de gravité, pour mettre le véhicule en équilibre sans avoir à intervenir sur le volant ou le guidon. Le dispositif est conçu pour intégrer ces différentes composantes et maintenir la trajectoire du centre de gravité au plus près de la trajectoire théorique, compte tenu du temps de réponse du système et des frottements parasites. 2'0 Pour obtenir cet asservissement automatique, la commande de direction du véhicule est équipée d'un dispositif d'orientation différentielle entre le volant et la roue ou les roues directrices avant. Ce dispositif peut être un moteur électrique pas à pas commandé par le calculateur électronique de bord par l'intermédiaire d'une électronique de puissance, simultanément avec le dispositif 25 d'inclinaison et avec la gestion du différentiel de vitesse des roues motrices. Ces trois actions simultanées sont déterminées par le calculateur de bord proportionnellement au signal délivré par le capteur d'effort transversal. Le temps de mise en inclinaison et de mise en déport de la trajectoire des roues définit le temps nécessaire entre deux prises de signal par le calculateur 30 électronique de bord. La boucle d'asservissement recommence ainsi jusqu'à ce que l'inclinaison du véhicule annule l'effort transversal du véhicule sur les roues détecté par le capteur. 2949421 -4
La figure 1 montre de façon non limitative un exemple schématique de réalisation du dispositif selon l'invention sur un véhicule 3 roues avec une roue directrice avant et deux roues motrices arrière : Lorsque le véhicule reçoit une sollicitation transversale (F), les rondelles flexibles 5 (2) placées entre le bras de suspension (3) et les paliers (4) fixés sur le châssis (1) se déforment. Le capteur de position (5), placé en bout de l'axe d'articulation (18) solidaire du bras de suspension (3) détecte la déformation quasi proportionnelle à l'effort (F) et envoie un signal proportionnel au calculateur électronique (6) qui définit, d'une part, l'inclinaison nécessaire pour établir 1Q l'équilibre transversal et d'autre part la durée de la mise en inclinaison. Ledit calculateur définit également le déport de trajectoire des roues à exécuter pendant la mise en inclinaison du véhicule ainsi que la variation du différentiel de vitesse des roues motrices. Ledit calculateur commande, par l'intermédiaire de l'électronique de puissance (7), le moteur électrique (8) du vérin d'inclinaison (9), '15 le moteur électrique (10) du dispositif de contrôle de trajectoire (11) ainsi que la variation de vitesse différentielle des moteurs de propulsion (12). Le dispositif (11) de déport de trajectoire des roues par rapport à la trajectoire du centre de gravité du véhicule est constitué d'un boitier (12) commandé en rotation par le volant ou le guidon (15). Le moteur électrique (10) dont l'axe comporte une vis-sans-fin (4) est fixé sur ledit boitier (12). Ladite vis-sans-fin est en prise avec un engrenage (13) solidaire d'un couple d'engrenages (16) d'orientation de la roue directrice (17). La figure 2 représente les différentes phases de gestion de trajectoire, particulièrement les phases (A) et (B) pendant le changement d'inclinaison du 2r véhicule. Le principe de la présente description est conservé dans le cas de deux roues directrices comportant une liaison de type connu pour l'orientation simultanée des roues. Le principe de la présente invention est encore conservé dans le cas d'une direction intégralement électrique. Dans ce cas, le moteur électrique .30 d'orientation de la roue ou des roues avant reçoit les impulsions dues à la commande du volant auxquelles s'ajoutent les impulsions dues à la commande de mise en trajectoire concentrique liée à l'inclinaison du véhicule.

Claims (4)

  1. REVENDICATIONS1 ) Dispositif de contrôle de trajectoire pour véhicule étroit à motorisation électrique indépendante des roues et inclinaison asservie, constitué d'un moteur électrique positionné entre le volant ou le guidon et l'axe d'orientation de la roue directrice ou les axes d'orientation des roues directrices, constitué également d'un capteur d'effort transversal et d'un calculateur électronique, Caractérisé en ce que le capteur d'effort transversal et le calculateur électronique sont communs à un dispositif de technologie connue d'inclinaison du véhicule, ledit moteur électrique produisant automatiquement un différentiel de rotation entre le volant ou le guidon et la roue directrice ou les roues 40 directrices simultanément à la variation d'inclinaison du véhicule en fonction du signal produit par ledit capteur d'effort transversal.
  2. 2 ) Dispositif selon la revendication 1, Caractérisé en ce que ledit différentiel de rotation, produit par le moteur électrique positionné entre le volant ou le guidon et la roue directrice ou les roues directrices, provoque un déport de trajectoire des roues par rapport à la trajectoire nominale du centre de gravité du véhicule pendant la mise en inclinaison du véhicule, ledit déport et ladite inclinaison étant proportionnels à l'effort transversal détecté par le capteur, ces actions conjuguées maintenant la résultante du poids du véhicule et de l'effort transversal au plus près du plan médian du véhicule par pivotement de la masse dudit véhicule autour de son centre de gravité, contrairement aux dispositifs connus dont la seule inclinaison provoque un déplacement latéral du centre de gravité par rapport à la trajectoire nominale du véhicule.
  3. 3 ) Dispositif selon les revendications 1 et 2, 2.5. Caractérisé en ce que la commande de direction peut être soit de type mécanique, le moteur électrique étant dans ce cas entrainé mécaniquement en rotation par le volant ou le guidon, soit de type électrique, les impulsions électriques délivrées au moteur électrique du fait de la trajectoire nominale du véhicule se conjuguant dans ce cas aux impulsions électriques délivrées audit 3U moteur électrique du fait du déport de trajectoire des roues par rapport à la trajectoire du centre de gravité du véhicule. 1S 2.0-6
  4. 4 ) Dispositif selon les revendications 1, 2 et 3, Caractérisé en ce que la mise en déport de la trajectoire des roues par rapport à la trajectoire du centre gravité, simultanée à la mise en inclinaison du véhicule, est accompagnée d'une variation adéquate de la vitesse de rotation différentielle des roues motrices, ladite variation étant commandée par le calculateur électronique en fonction de l'inclinaison du véhicule et du déport de trajectoire des roues.
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