FR2734778A1 - HYDRAULIC SERVO CONTROL, ESPECIALLY HYDRAULIC SERVODIRECTION FOR MOTOR VEHICLES - Google Patents

Abstract

Une servocommande hydraulique, en particulier une servodirection, comprend un élément de commande manuelle tel qu'un volant, un dispositif commandé tel que les roues directrices d'un véhicule, un servomoteur hydraulique et une pompe hydraulique commandée en fonction de l'effort manuel appliqué et détecté par un capteur. Un capteur dynamométrique (19) est placé dans la transmission (4, 5) entre le servomoteur (6) et le dispositif commandé, et le débit d'arrivée de fluide hydraulique au servomoteur (6) est commandé de manière qu'une valeur réelle de force, déterminée par ce capteur (19), corresponde à une valeur de consigne dépendante de l'effort manuel, lequel est détecté par un autre capteur dynamométrique (18) sur l'arbre de direction (2). Applicable notamment à la direction de véhicules automobiles.A hydraulic servo-control, in particular a servo-steering, comprises a manual control element such as a steering wheel, a controlled device such as the steered wheels of a vehicle, a hydraulic servomotor and a hydraulic pump controlled according to the manual force applied. and detected by a sensor. A dynamometric sensor (19) is placed in the transmission (4, 5) between the servomotor (6) and the controlled device, and the flow rate of hydraulic fluid to the servomotor (6) is controlled so that an actual value force, determined by this sensor (19), corresponds to a setpoint dependent on the manual force, which is detected by another dynamometric sensor (18) on the steering shaft (2). Applicable in particular to the steering of motor vehicles.

Description

L'invention concerne une servocommande hydrau-The invention relates to a hydraulic servocontrol

lique, en particulier une servodirection hydraulique pour véhicules automobiles, comprenant un élément de commande  particularly a hydraulic power steering system for motor vehicles, comprising a control element

manuelle, par exemple un volant de direction, un disposi-  manual, for example a steering wheel, a

tif commandé, couplé par force à cet élément, par exemple  tif controlled, forcibly coupled to this element, for example

les roues directrices d'un véhicule, un servomoteur hy-  the steering wheels of a vehicle, a hydraulic servomotor

draulique relié au dispositif commandé en vue de son en-  hydraulics connected to the device controlled for its

traînement et une pompe hydraulique pouvant être raccor-  and a hydraulic pump that can be connected to

dée au servomoteur et susceptible d'être commandée en  to the servomotor and which can be ordered

fonction de l'effort manuel appliqué, palpable sur l'élé-  function of the applied manual effort, palpable on the

ment de commande manuelle et pouvant être déterminé au moyen d'un capteur, ou en fonction d'un couple appliqué manuellement.  manual control and can be determined by means of a sensor, or a manually applied torque.

Une telle direction assistée pour véhicules au-  Such assisted steering for vehicles beyond

tomobiles fait l'objet du document DE 34 35 544 A1. Ce-  tomobiles is the subject of document DE 34 35 544 A1. This-

lui-ci décrit une direction à crémaillère assistée hy-  it describes a rack-and-pinion steering assisted hy-

drauliquement, dans laquelle la crémaillère est reliée en vue de son entraînement à un cylindre (vérin) à double effet servant de servomoteur et dont les deux côtés sont  hydraulically, in which the rack is connected for driving to a double-acting cylinder (cylinder) acting as a servomotor and whose two sides are

reliés à une pompe à engrenages à sens de refoulement ré-  connected to a gear pump with a direction of discharge

versible et dont le débit peut être commandé. Cette pompe  versible and whose flow can be controlled. This pump

est commandée, quant au sens de refoulement et à son dé-  is ordered, as to the meaning of refoulement and its

bit, en fonction du signal d'un capteur placé sur la co-  bit, depending on the signal of a sensor placed on the

lonne de direction entre le volant et le pignon de la di-  the steering wheel between the steering wheel and the sprocket of

rection à crémaillère, capteur qui réagit au couple transmis entre le volant et le pignon et/ou au mouvement  rack-and-pinion sensor, which reacts to the torque transmitted between the steering wheel and the pinion and / or to the movement

de rotation transmis.of rotation transmitted.

Par le document DE-OS 29 15 890, on connaît un système de direction, prévu pour véhicules automobiles, dans lequel un volant peut être tourné à l'encontre d'une  DE-OS 29 15 890 discloses a steering system, provided for motor vehicles, in which a steering wheel can be rotated against a

résistance. Le débit d'une pompe et une soupape de com-  resistance. The flow of a pump and a control valve

mande, installée côté refoulement de la pompe, sont com-  the pressure side of the pump, are

mandés en fonction de la résistance rencontrée et du sens de rotation du volant, la soupape pouvant relier chaque fois un côté d'un cylindre à double effet, faisant office de servomoteur, au côté refoulement de la pompe précitée, et l'autre côté de ce cylindre à un réservoir hydraulique pratiquement sans pression. Dans une position centrée de la soupape de commande, le côté refoulement de la pompe  according to the resistance encountered and the direction of rotation of the flywheel, the valve being able to connect each time one side of a double acting cylinder acting as a servomotor to the discharge side of the aforementioned pump, and the other side of this cylinder has a hydraulic tank with virtually no pressure. In a centered position of the control valve, the discharge side of the pump

est relié directement au réservoir, tandis que le cy-  is connected directly to the reservoir, while the cy-

lindre est bloqué hydrauliquement. En dehors de cette po- sition, le cylindre manoeuvre les roues directrices du véhicule de façon analogue au mouvement de braquage du volant. Par ailleurs, les véhicules automobiles actuels utilisent couramment des servodirections hydrauliques dans lesquelles un distributeur à tiroir est changé de position en fonction de l'effort d'actionnement palpable sur le volant, le distributeur présentant deux circuits  lindre is hydraulically blocked. Apart from this position, the cylinder operates the steering wheels of the vehicle in a manner similar to the steering movement of the steering wheel. Moreover, current motor vehicles commonly use hydraulic servo drives in which a slide valve is changed position according to the palpable actuation force on the steering wheel, the distributor having two circuits

d'étranglement menant du côté refoulement d'une pompe hy-  throttling on the discharge side of a heat pump

draulique à un réservoir pratiquement sans pression. Cha-  hydraulics to a tank virtually without pressure. Cha-

cun de ces circuits d'étranglement possède un étrangleur d'entrée et un étrangleur de sortie entre lesquels se  one of these choke circuits has an inlet choke and an outlet choke between which

trouve un point de dérivation pour un raccord moteur me-  find a breakpoint for a motor coupling me-

nant vers l'un des deux côtés d'un servomoteur hydrau-  to either side of a hydraulic servomotor

lique pouvant être entraîné suivant deux sens. Lorsque le tiroir du distributeur est déplacé dans une direction, l'étrangleur d'entrée d'un circuit d'étranglement est  It can be driven in two directions. When the distributor spool is moved in one direction, the inlet choke of a throttling circuit is

progressivement ouvert et l'étrangleur de sortie coor-  gradually open and the output choke

donné est progressivement fermé en même temps, tandis que les étrangleurs de l'autre circuit d'étranglement sont  given is progressively closed at the same time, while the chokes of the other choke circuit are

réglés chacun en sens inverse. De cette manière, une dif-  each set in the opposite direction. In this way, a difference

férence de pression finement réglable peut être générée dans l'un ou l'autre sens entre les raccords moteur afin de produire, par le servomoteur, une force d'assistance,  The finely adjustable pressure differential can be generated in either direction between the motor couplings in order to produce an assist force by the servomotor.

réglable en conséquence, dans l'un ou l'autre sens.  adjustable accordingly, in one or the other direction.

Les directions assistées mentionnées en dernier  Power steering mentioned last

sont certes remarquables par un bon comportement de com-  are certainly remarkable for their good behavior

mande. Cependant, la dépense de construction est compara-  mande. However, the construction expenditure is compared

tivement élevée, surtout lorsqu'on a prévu en plus une commande à effet rétroactif, par laquelle l'effort manuel est contrôlé de façon analogue à la force d'assistance  high, especially when a retroactive control is provided, whereby the manual effort is controlled in a similar way to the force of assistance

produite par le servomoteur.produced by the servomotor.

Les directions assistées mentionnées au début, sont remarquables par une dépense comparativement faible pour la construction. En revanche, elles ne permettent  The power steering mentioned at the beginning, are remarkable by a comparatively low expense for construction. On the other hand, they do not allow

pas une commande réellement sensible.  not a really sensible command.

Le but de l'invention est de créer une servo-  The object of the invention is to create a servo

commande particulièrement économique et pouvant être ac-  particularly economical control and which can be

tionnée de manière sensible.sensibly.

Conformément à l'invention, on obtient ce ré-  According to the invention, this result is achieved.

sultat, avec une servocommande du type indiqué au début, par le fait qu'un capteur dynamométrique est disposé dans la liaison d'entraînement entre le servomoteur, et le  sultat, with a servocontrol of the type indicated at the beginning, in that a load cell is arranged in the drive connection between the servomotor, and the

dispositif commandé et le débit d'arrivée de fluide hy-  controlled device and the inflow of hy-

draulique au servomoteur peut être commandé de manière qu'une valeur réelle de force, déterminée par le capteur  the actuator can be controlled in such a way that a real value of force determined by the sensor

dynamométrique, corresponde à une valeur de consigne dé-  load cell, corresponds to a de-

pendante de l'effort manuel appliqué.  pendent of the manual effort applied.

L'invention est basée sur le concept général  The invention is based on the general concept

consistant à préfixer, en fonction de l'effort manuel ap-  prefixing, depending on the manual effort

pliqué et qui est palpable sur l'élément de commande ma-  plicated and palpable on the control element

nuelle, une valeur de consigne pour la force fournie par  a set value for the force supplied by

le servomoteur et à réguler ce servomoteur par la com-  the servomotor and to regulate this servomotor by the com-

mande du débit d'arrivée de fluide hydraulique conformé-  of the flow rate of the hydraulic fluid according to

ment au résultat de la comparaison entre la valeur de  the result of the comparison between the value of

consigne et la valeur réelle.setpoint and the actual value.

Une telle régulation est réalisable moyennant une dépense relativement réduite. La solution proposée  Such regulation is achievable at a relatively small expense. The proposed solution

garantit en même temps que l'effort manuel change de fa-  guarantees at the same time that the manual effort changes

çon analogue à la force d'assistance, avec la possibilité de préfixer, en principe, toutes relations fonctionnelles  analogous to the assistance force, with the possibility of prefixing, in principle, all

désirées entre l'effort manuel et la force d'assistance.  desired between the manual effort and the assistance force.

D'autres caractéristiques et avantages de l'in-  Other features and advantages of the

vention ressortiront plus clairement de la description  will become clearer from the description

qui va suivre d'un mode de réalisation particulièrement  which will follow of a particular embodiment

avantageux, mais nullement limitatif, ainsi que des des-  advantageous, but in no way limiting, as well as

sins annexés, sur lesquels:annexed, in which:

- la figure 1 montre le principe d'une servodi-  - Figure 1 shows the principle of servodi-

rection selon l'invention, destinée à des véhicules auto-  rection according to the invention for self-driving vehicles.

mobiles, dans sa position neutre; - la figure 2 est une représentation semblable lors du braquage de la direction dans un sens; et - la figure 3 représente un diagramme faisant ressortir des relations fonctionnelles possibles entre  mobile, in its neutral position; - Figure 2 is a similar representation when turning the direction in one direction; and FIG. 3 represents a diagram showing possible functional relationships between

l'effort manuel et la force d'assistance.  the manual effort and the assistance force.

La direction de l'exemple représenté est une direction à crémaillère. Le mouvement de braquage d'un volant 1 est transmis par un arbre de direction 2 à un pignon 3 qui engrène avec une crémaillère 4. Celle-ci est couplée par force, par des barres d'accouplement 5, aux roues directrices - non représentées - du véhicule en vue  The direction of the example shown is a rack-and-pinion direction. The steering movement of a steering wheel 1 is transmitted by a steering shaft 2 to a pinion 3 which meshes with a rack 4. This is coupled by force, by coupling rods 5, to the steering wheels - not shown - the vehicle in sight

de leur braquage.their robbery.

Une partie non dentée de la crémaillère consti-  A toothless part of the rack

tue par ailleurs la tige de piston d'un cylindre de di-  also kills the piston rod of a cylinder of

rection 6 à double effet dont les chambres de travail 7  double-acting rection 6 including working chambers 7

et 8, situées de part et d'autre du piston 10, sont re-  and 8, located on either side of the piston 10, are

liées l'une à l'autre à travers un distributeur 9 à quatre voies et trois positions lorsque ce distributeur occupe la position neutre représentée sur la figure 1, de  linked to one another through a distributor 9 four-way and three positions when the distributor occupies the neutral position shown in Figure 1, of

sorte que le piston 10 du cylindre 6 et par suite égale-  so that the piston 10 of the cylinder 6 and consequently also

ment la crémaillère 4, restent alors mobiles passivement.  the rack 4, then remain passively mobile.

Dans les deux autres positions du distributeur 9, l'une ou l'autre des chambres de travail 7 et 8 est reliée au  In the two other positions of the distributor 9, one or the other of the working chambers 7 and 8 is connected to the

côté refoulement P d'une pompe 12 mue par un moteur élec-  the discharge side P of a pump 12 driven by an electric motor

trique 11, tandis que l'autre chambre est reliée au côté aspiration S de la pompe 12 ou à un réservoir hydraulique  11, while the other chamber is connected to the suction side S of the pump 12 or to a hydraulic tank

13 proche de la pompe 12.13 close to the pump 12.

Le distributeur 9 est centré ou rappelé à la position neutre montrée par la figure 1 par des ressorts  The distributor 9 is centered or recalled to the neutral position shown in Figure 1 by springs

14 et peut être amené sélectivement par des électroai-  14 and can be brought selectively by electromagnets

mants 15 et 16 à l'une ou l'autre position d'activation  15 and 16 at one or the other activation position

et y être maintenu tant que l'électroaimant 15 ou 16 co-  and be maintained there as long as the electromagnet 15 or 16 co-

ordonné à cette position d'activation reste excité.  ordered at this activation position remains excited.

Pour piloter les électroaimants 15 et 16, on a  To control the electromagnets 15 and 16, we have

prévu un appareil de commande électronique 17 qui com-  provided an electronic control device 17 which

mande également la puissance du moteur électrique 11 et  also commands the power of the electric motor 11 and

par suite le débit de la pompe 12.as a result the flow rate of the pump 12.

Du côté de son entrée, l'appareil de commande 17 est connecté à un premier capteur dynamométrique 18 dont les signaux reproduisent le couple transmis entre le volant 1 et le pignon 3. Dans ce but, il est possible, par exemple, de réaliser l'arbre de direction 2 en deux  On the side of its input, the control device 17 is connected to a first load cell 18 whose signals reproduce the torque transmitted between the flywheel 1 and the pinion 3. For this purpose, it is possible, for example, to carry out the steering shaft 2 in two

parties reliées entre elles par l'intermédiaire d'un élé-  interconnected parts through a

ment piézoélectrique capable de générer une tension élec-  piezoelectric device capable of generating electrical voltage

trique correspondant au couple transmis et qui est en-  corresponding to the transmitted torque and which is

voyée comme signal d'entrée à l'appareil de commande 17.  sent as an input signal to the control unit 17.

L'entrée de l'appareil de commande est connec-  The input of the control unit is connected

tée en outre à un capteur dynamométrique 19 qui peut éga-  in addition to a load cell 19 which can also

lement être constitué essentiellement par un élément pié-  essentially consist of a pedestrian element

zoélectrique. De cette manière, l'appareil de commande 17  zoélectrique. In this way, the control apparatus 17

"connaît" les forces de direction ou de braquage trans-  "knows" the steering or transient steering forces

mises entre la crémaillère 4 ou le cylindre de direction  put between the rack 4 or the steering cylinder

6 et les roues directrices du véhicule.  6 and the steering wheels of the vehicle.

Il est préférable que des capteurs dynamomé-  It is preferable that dynamometers

triques 19 soient coordonnés aux deux barres d'accouple-  19 are coordinated with the two coupling rods

ment 5.5.

Le fonctionnement du système représenté est le suivant. Lorsque le volant 1 est manoeuvré, le capteur dynamométrique 18 génère un signal reproduisant l'effort  The operation of the system shown is as follows. When the steering wheel 1 is maneuvered, the dynamometric sensor 18 generates a signal reproducing the effort

manuel appliqué et qui diffère suivant le sens de rota-  applied manual and which differs according to the meaning of rota-

tion du volant. En réponse à ce signal, l'appareil de  steering wheel. In response to this signal, the apparatus of

commande électronique 17 excite l'un ou l'autre des élec-  electronic control 17 excites one or the other of

troaimants 15 et 16, de sorte que le distributeur 9 est amené de la position neutre montrée par la figure 1 à une position d'activation, par exemple à celle visible sur la  15 and 16, so that the distributor 9 is moved from the neutral position shown in FIG. 1 to an activation position, for example to that visible on FIG.

figure 2.figure 2.

Le moteur électrique 11 est en même temps mis en marche ou porté à une puissance accrue, de sorte que  The electric motor 11 is at the same time switched on or brought to an increased power, so that

la pompe 12 débite du fluide hydraulique en conséquence.  the pump 12 delivers hydraulic fluid accordingly.

A l'aide de ce fluide, le cylindre de direction 6 génère une force d'assistance qui soutient le mouvement de bra-  With this fluid, the steering cylinder 6 generates an assistance force which supports the braking movement.

quage du volant 1.steering wheel 1.

La valeur réelle de cette force d'assistance est détectée au moyen du ou des capteurs dynamométriques 19 et l'appareil de commande 17 règle ensuite le moteur électrique 11 de manière qu'une relation préfixée soit établie entre l'effort manuel détecté par le capteur 18  The actual value of this assistance force is detected by means of the dynamometer sensor (s) 19 and the control device 17 then adjusts the electric motor 11 so that a prefixed relation is established between the manual force detected by the sensor. 18

et la force d'assistance détectée par le capteur 19.  and the assist force detected by the sensor 19.

Ainsi que le montre la figure 3, il est pos-  As shown in Figure 3, it is pos-

sible, par exemple, de faire en sorte que cette relation  for example, to ensure that this relationship

corresponde à la courbe K1, selon laquelle un couple ma-  corresponds to curve K1, according to which a

nuel M relativement faible, appliqué au volant, engendre déjà une grande force d'assistance F dans l'un ou l'autre sens. Le cas échéant, l'appareil de commande 17 peut tenir compte de paramètres supplémentaires, comme par  M relatively low, applied to the steering wheel, already generates a large force of assistance F in one or the other direction. If necessary, the control device 17 can take into account additional parameters, such as

exemple des positions d'un interrupteur pouvant être ac-  example of the positions of a switch that can be ac-

tionné à volonté, ou de la vitesse du véhicule, et chan-  at will, or the speed of the vehicle, and

ger en conséquence la relation fonctionnelle entre le couple M appliqué manuellement et la force d'assistance F. par exemple pour que cette relation corresponde à la  consequently, the functional relation between the manually applied torque M and the assistance force F. for example so that this relation corresponds to the

courbe K2. Dans ce cas, une force d'assistance F relati-  K2 curve. In this case, an assistance force F

vement élevée est obtenue seulement lors de l'application  high level is obtained only during the application

d'un couple manuel M plus important.  a larger manual torque M.

Les relations définies par la courbe K1 sont avantageuses quand le véhicule roule très lentement, par exemple pour se garer. Les relations selon la courbe K2 conviennent pour une vitesse de marche plus élevée, étant entendu que le comportement de réglage de l'appareil de commande 17 est généralement changé de façon continue à  The relations defined by the curve K1 are advantageous when the vehicle is traveling very slowly, for example to park. The K2 curve relationships are suitable for a higher running speed, it being understood that the control behavior of the controller 17 is generally changed continuously to

mesure que la vitesse augmente. Les courbes K1 et K2 re-  as speed increases. Curves K1 and K2 are

produisent simplement les relations à des vitesses constantes, la vitesse étant très faible pour la première  simply produce the relations at constant speeds, the speed being very low for the first

et plus élevée pour la seconde courbe.  and higher for the second curve.

La régulation de la force d'assistance F par  The regulation of the assistance force F by

l'appareil de commande 17 s'effectue moyennant une dé-  the control apparatus 17 is effected by means of a

pense comparativement faible puisqu'elle demande seule- ment des commutations du distributeur 9 et une commande  think comparatively weak since it only requires commutations of the distributor 9 and a command

de la puissance du moteur électrique 11.  the power of the electric motor 11.

Les capteurs dynamométriques 18 et 19 peuvent  Dynamometer sensors 18 and 19 can

aussi être de type simple.also be simple type.

Dans l'ensemble, on obtient donc, par une faible dépense de construction, une servocommande ayant  Overall, therefore, with a low construction cost, a servo control with

un effet rétroactif qui peut être préfixé.  a retroactive effect that can be prefixed.

A la différence de la représentation selon la figure 1, le distributeur 9 peut être constitué aussi par un distributeur à action proportionnelle, comme l'indique  In contrast to the representation according to FIG. 1, the distributor 9 may also be constituted by a proportional action distributor, as indicated

symboliquement la figure 2.symbolically Figure 2.

Le distributeur 9 peut, par ailleurs, être com-  The distributor 9 can, moreover, be

mandé également par voie pneumatique.  also pneumatically.

Claims (4)

REVENDICATIONS 1. Servocommande hydraulique, en particulier servodirection hydraulique pour véhicules automobiles, comprenant un élément de commande manuelle, par exemple un volant de direction, un dispositif commandé, couplé  1. Hydraulic servocontrol, in particular hydraulic power steering for motor vehicles, comprising a manual control element, for example a steering wheel, a controlled device, coupled par force à cet élément, par exemple les roues direc-  force to this element, for example the wheels trices d'un véhicule, un servomoteur hydraulique relié au dispositif commandé en vue de son entraînement et une pompe hydraulique pouvant être raccordée au servomoteur et susceptible d'être commandée en fonction de l'effort  of a vehicle, a hydraulic servomotor connected to the device controlled for its drive and a hydraulic pump that can be connected to the servomotor and can be controlled according to the effort manuel appliqué, palpable sur l'élément de commande ma-  applied manual, palpable on the control element ma- nuelle et pouvant être déterminé au moyen d'un capteur,  which can be determined by means of a sensor, ou en fonction d'un couple appliqué manuellement, carac-  or depending on a manually applied torque, térisée en ce qu'un capteur dynamométrique (19) est dis-  characterized in that a load cell (19) is dis- posé dans la liaison d'entraînement (4, 5) entre le ser-  placed in the drive link (4, 5) between the vomoteur (6) et le dispositif commandé, et le débit d'ar-  (6) and the controlled device, and the flow rate of rivée de fluide hydraulique au servomoteur (6) peut être  riveted hydraulic fluid to the servomotor (6) can be commandé de manière qu'une valeur réelle de force, déter-  controlled in such a way that a real value of force, minée par le capteur dynamométrique (19), corresponde à  the torque sensor (19) corresponds to une valeur de consigne dépendante de l'effort manuel ap-  a set value depending on the manual effort pliqué.plicated. 2. Servodirection selon la revendication 1, ca-  2. Power steering system according to claim 1, ractérisée en ce qu'une soupape de commande (distributeur 9) est interposée entre la pompe (12) et le servomoteur (6), lequel peut être entraîné en deux sens, soupape qui,  characterized in that a control valve (distributor 9) is interposed between the pump (12) and the servomotor (6), which can be driven in two directions, which valve, dans une position neutre, relie les deux côtés du servo-  in a neutral position, connects both sides of the servo moteur (6) entre eux et/ou à un réservoir (13), laissant ainsi le servomoteur (6) mobile passivement, et que, en deux positions d'activation de la soupape (9), un côté du servomoteur (6) est relié au côté refoulement de la pompe (12) et l'autre côté du servomoteur (6) est relié en même temps au côté aspiration de la pompe (12) ou au réservoir (13).  motor (6) between them and / or a tank (13), thus leaving the servomotor (6) passively movable, and that in two actuating positions of the valve (9), one side of the servomotor (6) is connected to the discharge side of the pump (12) and the other side of the booster (6) is connected at the same time to the suction side of the pump (12) or the tank (13). 3. Servocommande selon la revendication 2, caractérisée en ce que la soupape (9) est maintenue élastiquement (14) à sa position neutre ou sollicitée3. Servo control according to claim 2, characterized in that the valve (9) is held elastically (14) in its neutral position or requested élastiquement vers cette position.elastically towards this position. 4. Servocommande selon une des revendications 2 et 3,caractérisée en ce que la soupape (9) est réalisée  4. Servo control according to one of claims 2 and 3, characterized in that the valve (9) is made sous la forme d'une soupape à action proportionnelle.  in the form of a proportional action valve.