WO2003076251A1 - Procédé d'amortissement des vibrations parasites issues du train avant d'un véhicule automobile - Google Patents

Procédé d'amortissement des vibrations parasites issues du train avant d'un véhicule automobile Download PDF

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Sébastien Bourdrez
Richard Chauvel-Sanz
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    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/046—Controlling the motor
    • B62D5/0472—Controlling the motor for damping vibrations

Definitions

  • the present invention relates to a method of damping parasitic vibrations from the front undercarriage of a motor vehicle, this method applying to motor vehicles equipped with an electric type power steering, with a controlled electric assistance motor from an electronic computer.
  • Motor vehicles are often subject to parasitic vibrations, coming from their front axle, and which can in particular result from excitation due to the unbalance of a wheel. Indeed, even after balancing a wheel, it sometimes happens that a vibration mode persists. These vibrations are transmitted from the front axle to the entire steering system and from there to the steering wheel, the steering system being all the more sensitive to vibrations the lower the friction and inertia involved in this system. obtain a sufficiently smooth operation.
  • the vibrations thus originating from the front axle can cause the steering system to resonate, for example at the level of the usual torsion bar of an electric power steering.
  • these vibrations generate a parasitic torque on the steering wheel, this torque being sensitive for the driver and degrading the driving comfort of the vehicle.
  • the present invention aims to eliminate these drawbacks, by providing a method making it possible to eliminate, or at least attenuate, parasitic vibrations originating from the front axle, this by taking advantage of the specific features of an electric power steering which, currently, more and more vehicles.
  • the invention relates to a method of damping parasitic vibrations from the front axle of a motor vehicle equipped with an electric power steering, with an electric assistance motor controlled by an electronic computer which delivers a setpoint electric current, taking into account various parameters, from which the power current of the electric assistance motor is established, the damping process essentially consisting in:
  • the electrical signal in the form of voltage or current, here used in the computer because it "contains" the parasitic component, is for example the speed of the electric assistance motor, or the time derivative of a captured torque .
  • the processing of this signal is advantageously a filtering which allows the high frequency component (s) to pass, and which on the other hand eliminates from this signal the low frequency component (s), in particular those imposed by the driver of the vehicle concerned.
  • the calculation of the value of the correction current, from the isolated parasitic component can also take account of at least one other parameter, such as for example the speed of the vehicle.
  • This parameterized calculation can be a simple multiplication by a variable "gain", depending for example on the speed of the vehicle. It can also be a more complex calculation, of the "transfer function" type.
  • this may be a simple subtraction of the correction current from the reference current determined from other parameters, so as to provide, as a result of this subtraction, the final setpoint current which, transformed into a control current, will control the electric power steering by correcting the vibrations coming from the front axle of the vehicle, so that the torque at the wheel is "smoothed", that is to say practically free from unwanted vibrations.
  • Figure 1 is a diagram illustrating an example of parasitic torque, before correction
  • Figure 2 is a diagram illustrating an example of parasitic torque corrected by the method of the invention
  • Figure 3 is a diagram illustrating the first steps of the method of the invention.
  • FIG. 4 is another diagram illustrating the following steps of this process.
  • FIG. 1 illustrates an example of a parasitic steering wheel torque C, evolving as a function of time t.
  • the torque C has a component C1 at low frequency, imposed by the driver of the vehicle, this component C1 being represented as sinusoidal but can be arbitrary.
  • the steering wheel torque C also has a high frequency component C2, originating from the vibrations of the front axle of the vehicle, this parasitic component C2 being to be eliminated or at least to be strongly attenuated.
  • FIG. 2 similar to FIG. 1, illustrates the torque at the steering wheel C “smoothed", that is to say reduced practically to its low frequency component C1, the parasitic high frequency component C2 having been “erased”.
  • the method of the invention consists, in a first step, in processing information available in the electric power steering calculator in the form of an electric voltage or current, this information being for example the instantaneous speed of rotation ⁇ of the electric assistance motor, chosen here because it carries in itself a component which is the image of the parasitic component C2 previously considered, therefore of the parasitic vibrations originating from the front axle of the vehicle.
  • the "parasitic" component of the speed of the assistance motor ⁇ is isolated.
  • a simple “high-pass” filter F applied at speed ⁇ , provides a filtered signal ⁇ f which constitutes the parasitic contribution.
  • the filtered signal or parasitic contribution ⁇ f is used in a parameterized calculation, to determine a value of correction current le.
  • the parameterized calculation operation symbolized here by the formula K (V), takes into account the speed V of the vehicle, and / or other parameters.
  • the correction current Ie is subtracted from the setpoint current I, taking into account various parameters, which in the usual way is determined by the computer to control the electric assistance motor of the direction. Subtracting the correction current Ic from the setpoint current I finally provides a corrected total setpoint current It, which will drive the electric assistance motor.
  • FIG. 5 schematically represents, by way of example, a device for implementing the method for damping parasitic vibrations previously described.
  • This device comprises the usual means for controlling the electric motor 1 of the power steering of the vehicle concerned, with:
  • Sensors 2 and 3 placed on the steering system; • organs 4 and 5 providing internal signals to the power steering or to the vehicle; "circuits 6 and 7 for shaping signals from sensors 2, 3 and organs 4, 5; • a set 8 of control laws; • circuits 9 which supply the setpoint current I, from the various shaped signals and from the set 8 of control laws;
  • a converter 10 which, starting at the set current, establishes a control current Ip directed to the electric assist motor 1.
  • a member 11 also supplies the speed V of the vehicle, which is processed in a calculation member 12 which also receives the signal ⁇ f, and supplies the current the correction current le, subtracted from the current I to supply the current total setpoint corrected It. It is therefore this corrected setpoint current It which, in the converter 10, is transformed into a power current supplying the electric assistance motor 1, which thus provides a corrected assistance torque This making it possible to "erase" the vibrations parasites.

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Abstract

Le procédé concerne les véhicules automobile s équipés d'une direction assistée électrique, pilotée par un calculateur électronique. Il consiste à exploiter, dans le calculateur, un signal électrique qui possède au moins une composante (ωf) image des vibrations parasites issues du train avant. Ce signal est filtré de manière à isoler sa composante image des vibrations parasites, composante à partir de laquelle est calculée une valeur de correction (Ic) du courant de consigne pilotant le moteur électrique d'assistance de la direction. La valeur de correction calculée est soustraite du courant de consigne, déterminé en tenant compte d'autres paramètres, pour obtenir un courant de consigne corrigé (It) qui permet, par action sur la direction assistée, d'atténuer les vibrations transmises au système de direction et au volant.

Description

Procédé d'amortissement des vibrations parasites issues du train avant d'un véhicule automobile
La présente invention concerne un procédé d'amortissement des vibrations parasites issues du train de roulement avant d'un véhicule automobile, ce procédé s'appliquant aux véhicules automobiles équipés d'une direction assistée de type électrique, avec un moteur électrique d'assistance piloté à partir d'un calculateur électronique.
Les véhicules automobiles sont souvent sujets à des vibrations parasites, issues de leur train avant, et pouvant notamment résulter de l'excitation due au balourd d'une roue. En effet, même après l'équilibrage d'une roue, il arrive qu'un mode de vibrations persiste. Ces vibrations sont transmises, depuis le train avant, à l'ensemble du système de direction et de là au volant, le système de direction étant d'autant plus sensible aux vibrations que les frottements et inerties mis en jeu dans ce système sont faibles pour obtenir un fonctionnement suffisamment doux.
Les vibrations provenant ainsi du train avant peuvent faire résonner le système de direction, par exemple au niveau de la barre de torsion habituelle d'une direction assistée électrique. De plus, ces vibrations génèrent un couple parasite sur le volant, ce couple étant sensible pour le conducteur et dégradant le confort de conduite du véhicule.
La présente invention vise à éliminer ces inconvénients, en fournissant un procédé permettant d'éliminer, ou du moins d'atténuer, les vibrations parasites issues du train avant, ceci en mettant à profit les spécificités d'une direction assistée électrique qui, actuellement, équipe de plus en plus de véhicules.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'amortissement de vibrations parasites issues du train avant d'un véhicule automobile équipé d'une direction assistée électrique, avec un moteur électrique d'assistance piloté par un calculateur électronique qui délivre un courant électrique de consigne, tenant compte de divers paramètres, à partir duquel est établi le courant de puissance du moteur électrique d'assistance, le procédé d'amortissement consistant essentiellement à :
• disposer dans le calculateur d'un signal électrique qui possède une composante image des vibrations parasites issues du train avant du véhicule ; • traiter ledit signal de manière à isoler sa composante image des vibrations parasites ; - calculer, à partir de la composante parasitaire ainsi isolée, une valeur de courant de correction du courant de consigne précité ; « et appliquer la valeur de correction calculée au courant de consigne, déterminé en tenant compte d'autres paramètres, pour piloter le moteur électrique d'assistance de la direction. Ainsi, le procédé objet de l'invention permet de "gommer" les vibrations parasites, transmises au système de direction, et de restituer le confort de conduite, l'invention se fondant sur le constat qu'une simple action correctrice adaptée, exercée par la direction assistée électrique, permet d'amortir les vibrations parasites issues du train avant. On notera la simplicité et le coût réduit de la solution proposée par l'invention, qui ne nécessite aucun capteur supplémentaire, qui met en œuvre les possibilités offertes par un calculateur déjà existant sur tout véhicule équipé d'une direction assistée électrique, et qui enfin corrige les vibrations parasites uniquement par modulation du couple d'assistance exercé sur la direction.
Le signal électrique, sous forme de tension ou de courant, ici exploité dans le calculateur du fait qu'il "contient" la composante parasitaire, est par exemple la vitesse du moteur électrique d'assistance, ou la dérivée temporelle d'un couple capté.
Le traitement de ce signal, visant à isoler sa composante image des vibrations parasites à amortir, est avantageusement un filtrage qui laisse passer la ou les composantes de haute fréquence, et qui par contre élimine de ce signal la ou les composantes de basse fréquence, notamment celles qui sont imposées par le conducteur du véhicule concerné.
Le calcul de la valeur du courant de correction, à partir de la composante parasitaire isolée, peut tenir compte aussi d'au moins un autre paramètre, tel que par exemple la vitesse du véhicule. Ce calcul paramétré peut être une simple multiplication par un "gain" variable, fonction par exemple de la vitesse du véhicule. Il peut aussi s'agir d'un calcul plus complexe, du genre "fonction de transfert".
Quant à l'application finale de la valeur de correction, ainsi calculée, au courant de consigne, celle-ci peut-être une simple soustraction du courant de correction au courant de consigne déterminé à partir d'autres paramètres, de manière à fournir, comme résultat de cette soustraction, le courant de consigne final qui, transformé en un courant de commande, pilotera la direction assistée électrique en corrigeant les vibrations provenant du train avant du véhicule, de telle manière que le couple au volant soit "lissé", c'est-à- dire pratiquement exempt de vibrations parasites. On notera que le procédé objet de l'invention, qui constitue une
"contre-mesure" aux vibrations parasites issues du train avant, s'applique aussi avec un résultat satisfaisant lorsqu'il existe simultanément plusieurs causes de vibrations parasites, c'est-à-dire plusieurs fréquences de vibrations parasites qui se superposent, le procédé permettant alors d'isoler et de corriger toutes les composantes parasitaires.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit d'un exemple de mise en œuvre de ce procédé d'amortissement des vibrations parasites issues du train avant d'un véhicule automobile, en référence au dessin schématique annexé dans lequel : Figure 1 est un diagramme illustrant un exemple de couple parasite, avant correction ;
Figure 2 est un diagramme illustrant un exemple de couple parasite corrigé par le procédé de l'invention ;
Figure 3 est un schéma illustrant les premières étapes du procédé de l'invention ;
Figure 4 est un autre schéma, illustrant les étapes suivantes de ce procédé ;
Figure 5 est un schéma-bloc d'un dispositif mettant en œuvre le procédé de l'invention. La figure 1 illustre un exemple de couple au volant C parasité, évoluant en fonction du temps t. Le couple C possède une composante C1 à basse fréquence, imposée par le conducteur du véhicule, cette composante C1 étant représentée comme sinusoïdale mais pouvant être quelconque. Le couple au volant C possède aussi une composante C2 de haute fréquence, provenant des vibrations du train avant du véhicule, cette composante parasitaire C2 étant à éliminer ou du moins à atténuer fortement.
La figure 2, analogue à la figure 1 , illustre le couple au volant C "lissé", c'est-à-dire réduit pratiquement à sa composante de basse fréquence C1 , la composante parasitaire de haute fréquence C2 ayant été "gommée". Pour parvenir à un tel couple "lissé", le procédé de l'invention consiste, dans une première étape, à traiter une information disponible dans le calculateur de la direction assistée électrique sous la forme d'une tension ou d'un courant électrique, cette information étant par exemple la vitesse instantanée de rotation ω du moteur électrique d'assistance, choisie ici car elle porte en elle-même une composante qui est l'image de la composante parasitaire C2 précédemment considérée, donc des vibrations parasites issues du train avant du véhicule.
Grâce à un filtrage numérique, la composante "parasitaire" de la vitesse du moteur d'assistance ω est isolée. Comme l'illustre la figure 3, un simple filtre "passe-haut" F, appliqué à la vitesse ω, fournit un signal filtré ωf qui constitue la contribution parasitaire.
Dans une étape suivante, illustrée par la figure 4, le signal filtré ou contribution parasitaire ωf est utilisé dans un calcul paramétré, pour déterminer une valeur de courant de correction le. L'opération de calcul paramétré, symbolisée ici par la formule K (V), prend en considération la vitesse V du véhicule, et/ou d'autres paramètres.
Dans une dernière étape, illustrée aussi par la figure 4, le courant de correction le est soustrait du courant de consigne I, tenant compte de divers paramètres, qui de manière habituelle est déterminé par le calculateur pour piloter le moteur électrique d'assistance de la direction. La soustraction du courant de correction le au courant de consigne I fournit enfin un courant de consigne total corrigé It, qui pilotera le moteur électrique d'assistance.
Grâce à cette correction adaptée, les vibrations parasites sont "gommées" et l'on obtient le couple volant "lissé", illustré sur la figure 2.
La figure 5 représente schématiquement, et à titre d'exemple un dispositif de mise en œuvre du procédé d'amortissement de vibrations parasites précédemment décrit. Ce dispositif comprend les moyens habituels de pilotage du moteur électrique 1 de la direction assistée du véhicule concerné, avec :
» des capteurs 2 et 3 placés sur le système de direction ; • des organes 4 et 5 fournissant des signaux internes à la direction assistée ou au véhicule ; " des circuits 6 et 7 de mise en forme des signaux issus des capteurs 2, 3 et des organes 4, 5 ; • un ensemble 8 de lois de contrôle ; • des circuits 9 qui fournissent le courant de consigne I, à partir des divers signaux mis en forme et de l'ensemble 8 de lois de contrôle ;
» un convertisseur 10 qui, à partir du courant de consigne, établit un courant de commande Ip dirigé vers le moteur électrique d'assistance 1.
Selon l'invention, un organe 11 fournit encore la vitesse V du véhicule, laquelle est traitée dans un organe de calcul 12 qui reçoit aussi le signal ωf, et fournit le courant le courant de correction le, soustrait du courant I pour fournir le courant de consigne total corrigé It. C'est donc ce courant de consigne corrigé It qui, dans le convertisseur 10, est transformé en un courant de puissance alimentant le moteur électrique d'assistance 1 , lequel fournit ainsi un couple d'assistance corrigé Ce permettant de "gommer" les vibrations parasites. L'on ne séloignerait pas du cadre de l'invention, telle que définie dans les revendications annexées, quel que soit notamment le signal exploité dans le calculateur, du moment que celui-ci possède une composante image des vibrations parasites à éliminer, et quelle que soit aussi la fonction particulière utilisée dans le calcul du courant de correction, cette fonction pouvant impliquer des paramètres divers tels que la vitesse du véhicule, la vitesse de braquage, l'angle du volant, etc ...

Claims

REVENDICATIONS
Procédé d'amortissement des vibrations parasites issues du train avant d'un véhicule automobile équipé d'une direction assistée électrique, avec un moteur électrique d'assistance (1) piloté par un calculateur électronique qui délivre un courant électrique de consigne, tenant compte de divers paramètres, à partir duquel est établi le courant de puissance du moteur électrique d'assistance, le procédé d'amortissement consistant essentiellement à : • disposer dans le calculateur d'un signal électrique (ω) qui possède une composante (ωf) image des vibrations parasites issues du train avant du véhicule ;
• traiter ledit signal (ω) de manière à isoler sa composante (ωf) image des vibrations parasites ; • calculer, à partir de la composante parasitaire (ωf) ainsi isolée, une valeur de courant de correction (le) du courant de consigne précité ;
• et appliquer la valeur de correction (le) calculée au courant de consigne (I), déterminé en tenant compte d'autres paramètres, pour piloter le moteur électrique d'assistance de la direction.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le signal électrique, exploité dans le calculateur en tant que signal "contenant" la composante parasitaire, est la vitesse (ω) du moteur électrique d'assistance.
3. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le signal électrique, exploité dans le calculateur en tant que signal "contenant" la composante parasitaire, est la dérivée temporelle d'un couple capté.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le traitement du signal (ω) précité, visant à isoler sa composante image des vibrations parasites à amortir, est un filtrage (F) qui laisse passer la ou les composantes de haute fréquence, et qui par contre élimine de ce signal la ou les composantes de basse fréquence, notamment celles qui sont imposées par le conducteur du véhicule concerné.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le calcul de la valeur du courant de correction (le), à partir de la composante parasitaire (ωf) isolée, tient compte aussi d'au moins un autre paramètre (V).
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit autre paramètre est la vitesse (V) du véhicule.
7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le calcul paramétré de la valeur du courant de correction (le) est une multiplication par un "gain" (K) variable, fonction par exemple de la vitesse (V) du véhicule.
8. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le calcul paramétré de la valeur du courant de correction (le) est un calcul de genre "fonction de transfert".
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'application finale de la valeur de correction calculée au courant de consigne est une soustraction du courant de correction (le) au courant de consigne (I) déterminé à partir d'autres paramètres, de manière à fournir, comme résultat de cette soustraction, le courant de consigne final (It) qui, transformé en un courant de commande (Ip), pilotera la direction assistée électrique en corrigeant les vibrations provenant du train avant du véhicule.
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