FR2845341A1 - METHOD FOR ACTIVE STABILIZATION OF A MOTOR VEHICLE STEERING SYSTEM - Google Patents
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Abstract
Le procédé, s'appliquant à une direction assistée électrique, assure la compensation des vibrations et à-coups provenant de la direction mécanique (4) et remontant au volant de conduite (3). Il consiste essentiellement à :- détecter la position angulaire du volant (3) et la position du moteur électrique d'assistance (7),- mesurer un effort ou couple dans le volant (3),- déterminer l'existence d'une relation particulière entre la position du volant (3), la position du moteur (7) et l'effort ou couple dans le volant (3), et- si cette relation est vérifiée, agir sur la commande du moteur électrique d'assistance (7), de manière à empêcher la rotation du volant (3), et à minimiser ainsi l'effort ou couple dans le volant (3).Le procédé utilise les capteurs (10, 11, 12) et le calculateur (9) disponibles de la direction assistée électrique.The method, applied to an electric power steering, provides compensation for vibrations and jerks from the mechanical steering (4) and going back to the steering wheel (3). It essentially consists in: - detecting the angular position of the steering wheel (3) and the position of the electric assistance motor (7), - measuring a force or torque in the steering wheel (3), - determining the existence of a relationship particular between the position of the flywheel (3), the position of the motor (7) and the force or torque in the flywheel (3), and - if this relationship is verified, act on the control of the electric assistance motor (7 ), so as to prevent rotation of the steering wheel (3), and thus minimize the force or torque in the steering wheel (3). The method uses the sensors (10, 11, 12) and the computer (9) available from electric power steering.
Description
La présente invention se rapporte, de façon générale, auxThe present invention relates, in general, to
systèmes de direction des véhicules automobiles. Cette invention s'intéresse, plus particulièrement, à un procédé de stabilisation active d'un système de 5 direction, et encore plus spécialement un procédé de stabilisation appliqué à une direction assistée électrique. motor vehicle steering systems. This invention relates, more particularly, to a method of active stabilization of a steering system, and even more especially to a method of stabilization applied to an electric power steering.
Lorsqu'un véhicule automobile circule, la direction mécanique de ce dernier peut être perturbée par des éléments extérieurs à la direction, tels que route en mauvais état, pavés, etc., ou par des défauts ou incidents, par 10 exemple: dégradation rapide ou éclatement d'un pneumatique, perte d'une roue, etc. De tels événements exercent des forces importantes dans le système de direction du véhicule. Ces forces sont transmises jusqu'au volant de conduite, et peuvent causer des désagréments, voire des difficultés 15 importantes au conducteur. Les perturbations peuvent être d'autant plus importantes que la vitesse du véhicule est élevée, et que la force ressentie est When a motor vehicle is traveling, the mechanical direction of the latter may be disturbed by elements external to the direction, such as road in poor condition, cobblestones, etc., or by faults or incidents, for example: rapid deterioration or blow out of a tire, loss of a wheel, etc. Such events exert significant forces in the vehicle's steering system. These forces are transmitted to the steering wheel, and can cause inconvenience or even significant difficulty to the driver. The disturbances can be all the more important as the speed of the vehicle is high, and as the force felt is
importante et soudaine pour le conducteur. important and sudden for the driver.
Le but de l'invention est d'éviter ou du moins de limiter fortement de telles perturbations, en réalisant une compensation active des vibrations et à20 coups provenant du système de direction mécanique et remontant au volant de The object of the invention is to avoid or at least strongly limit such disturbances, by carrying out active compensation for vibrations and at 20 strokes coming from the mechanical steering system and going back to the steering wheel of
conduite, ceci en mettant à profit des composants de l'assistance électrique. driving, this by taking advantage of the electrical assistance components.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de stabilisation active d'un système de direction, qui consiste essentiellement à: - détecter la position angulaire du volant de direction et la position 25 du moteur électrique d'assistance, - mesurer un effort ou couple dans le volant de conduite, - déterminer l'existence d'une relation particulière entre la position du volant, la position dudit moteur et l'effort ou couple dans le volant, et - si cette relation est vérifiée, agir sur la commande du moteur 30 électrique d'assistance, de manière à empêcher la rotation du volant, et à To this end, the subject of the invention is a method of active stabilization of a steering system, which essentially consists in: - detecting the angular position of the steering wheel and the position of the electric assistance motor, - measuring a effort or torque in the steering wheel, - determine the existence of a particular relationship between the position of the steering wheel, the position of said engine and the effort or torque in the steering wheel, and - if this relationship is verified, act on the control of the electric assistance motor 30, so as to prevent rotation of the steering wheel, and
minimiser ainsi l'effort ou couple dans le volant. thus minimize the effort or torque in the steering wheel.
Pour la mise en oeuvre de ce procédé de stabilisation active, on dispose en particulier d'un capteur de position angulaire du volant de conduite, d'un capteur de position du moteur électrique d'assistance, d'un capteur de 35 couple au volant, et d'un calculateur qui reçoit et traite les signaux issus de ces capteurs, et qui commande la rotation et position du moteur électrique For the implementation of this active stabilization method, there is in particular a sensor for the angular position of the steering wheel, a position sensor for the electric assistance motor, a torque sensor for the steering wheel. , and a computer which receives and processes the signals from these sensors, and which controls the rotation and position of the electric motor
d'assistance, en la régulant par rapport à la position du volant. assistance, regulating it in relation to the position of the steering wheel.
Cette régulation, jusqu'ici considérée comme une fonction isolée, est en fait ajoutée ou combinée "aux lois d'assistance" qui président 5 habituellement au pilotage de la direction assistée électrique, en fonction de divers paramètres. Dans cet ordre d'idées, le calculateur précité peut être This regulation, hitherto considered as an isolated function, is in fact added or combined "to the assistance laws" which usually govern the piloting of the electric power steering, according to various parameters. In this connection, the aforementioned calculator can be
inclus dans l'unité électronique de pilotage de la direction assistée électrique. included in the electronic control unit for electric power steering.
Outre la détection et prise en compte de la position du volant, de la position du moteur électrique d'assistance et de l'effort ou couple dans le 10 volant, le procédé objet de l'invention peut encore prendre en considération au moins une autre grandeur choisie parmi la vitesse de rotation du volant et du moteur électrique d'assistance, l'accélération de la variation de position du volant et du moteur électrique d'assistance, ainsi que la vitesse de variation de l'effort ou couple dans le volant. D'autres informations utiles telles que 15 l'accélération transversale du véhicule, peuvent aussi être exploitées, dans la mesure o elles sont disponibles dans l'unité de pilotage de la direction In addition to detecting and taking into account the position of the steering wheel, the position of the electric assistance motor and the force or torque in the steering wheel, the method which is the subject of the invention can also take into account at least one other variable chosen from the speed of rotation of the steering wheel and the electric assist motor, the acceleration of the position variation of the steering wheel and the electric assistance motor, as well as the speed of variation of the force or torque in the steering wheel . Other useful information such as the transverse acceleration of the vehicle can also be used, as long as it is available in the steering control unit.
assistée électrique.electric assisted.
La régulation, effectuée sur la position du moteur électrique d'assistance par rapport à la position du volant, est de préférence une 20 régulation du type "PID" (régulation à action proportionnelle, intégrale et The regulation, carried out on the position of the electric assistance motor with respect to the position of the steering wheel, is preferably a regulation of the "PID" type (regulation with proportional, integral action and
dérivée), par exemple à 1 ms.derivative), for example at 1 ms.
Globalement, l'intervention du procédé, objet de l'invention, s'opère comme suit: Le capteur de position du volant donne, à tout moment, la position 25 angulaire du volant, tandis que le capteur de position du moteur électrique d'assistance fournit, à tout instant, la position de ce moteur. Simultanément, le capteur de couple mesure l'effort dans le volant, effort que ressent le Overall, the intervention of the process which is the subject of the invention takes place as follows: The steering wheel position sensor gives, at all times, the angular position of the steering wheel, while the position sensor of the electric motor of assistance provides the position of this motor at all times. At the same time, the torque sensor measures the effort in the steering wheel, the effort felt by the
conducteur du véhicule.driver of the vehicle.
Lorsqu'une perturbation (telle qu'indiquée en introduction) apparaît, 30 le capteur de position du moteur électrique d'assistance, position qui est liée When a disturbance (as indicated in the introduction) appears, the position sensor of the electric assistance motor, position which is linked
aux organes de la direction tels que la crémaillère, va indiquer un mouvement de rotation au calculateur. Le capteur de couple va, de son côté et en parallèle, commencer à mesurer un effort, que ressentira par la suite le conducteur, et qui impose un début de rotation du volant, détecté par le capteur de position 35 angulaire du volant. to steering organs such as the rack, will indicate a rotational movement to the computer. The torque sensor, for its part and in parallel, will begin to measure a force, which the driver will subsequently feel, and which imposes a start of rotation of the steering wheel, detected by the angular position sensor of the steering wheel.
Si le procédé de l'invention n'était pas mis en oeuvre, le conducteur devrait alors exercer manuellement sur le volant un effort antagoniste important et immédiat, pour éviter la rotation du volant. C'est cet effort que le procédé de l'invention vise à minimiser, en empêchant la rotation du volant lorsque celle-ci n'est pas imposée par le conducteur. A ce stade de l'explication, il convient aussi de noter que, dans le cas d'une perturbation du genre ici considéré, la rotation du moteur électrique d'assistance intervient avant la rotation du volant, conséquence de la perturbation. Cet ordre de succession des mises en rotation est le contraire de 10 celui observé lorsque le conducteur impose volontairement une rotation au volant: dans ce dernier cas, la position du moteur électrique d'assistance est une conséquence de l'effort manuel exercé par le conducteur, et de la commande de rotation du moteur électrique d'assistance qui accompagne, en If the method of the invention was not implemented, the driver would then have to exert manually on the steering wheel a significant and immediate antagonistic effort, to avoid rotation of the steering wheel. It is this effort that the method of the invention aims to minimize, by preventing the rotation of the steering wheel when it is not imposed by the driver. At this stage of the explanation, it should also be noted that, in the case of a disturbance of the kind considered here, the rotation of the electric assistance motor occurs before the rotation of the steering wheel, consequence of the disturbance. This order of succession of rotations is the opposite of that observed when the driver voluntarily imposes a rotation on the steering wheel: in the latter case, the position of the electric assistance motor is a consequence of the manual effort exerted by the driver , and the rotation control of the electric assistance motor which accompanies, in
la "suivant", la rotation du volant. the "next", the rotation of the steering wheel.
Ainsi, l'analyse des signaux fournis par les divers capteurs, incluant la constatation de l'ordre de succession ou d'apparition des signaux issus du capteur de position du moteur électrique d'assistance d'une part, et du capteur de position angulaire du volant d'autre part, permet de discriminer les perturbations à corriger, autrement dit de déterminer si on a véritablement 20 affaire à une instabilité remontant de la direction mécanique, auquel cas Thus, the analysis of the signals provided by the various sensors, including the observation of the order of succession or appearance of the signals coming from the position sensor of the electric assistance motor on the one hand, and from the angular position sensor on the other hand, makes it possible to discriminate the disturbances to be corrected, in other words to determine whether we are really dealing with instability originating from the mechanical steering, in which case
seulement la régulation précédemment décrite est enclenchée. only the previously described regulation is activated.
Cette régulation, agissant sur la position du moteur électrique This regulation, acting on the position of the electric motor
d'assistance, amène alors le positionnement de ce moteur, par rapport à la position du volant, de manière à minimiser le couple et à empêcher la rotation 25 non désirée du volant. assistance, then brings the positioning of this motor, relative to the position of the flywheel, so as to minimize the torque and prevent unwanted rotation of the flywheel.
La mise en oeuvre du procédé de stabilisation active, objet de l'invention, est décrite ci-après plus en détail, dans le cadre d'exemples et en se référant au dessin schématique annexé, dans lequel: Figure 1 représente, en perspective, un système de direction à 30 assistance électrique, auquel est applicable le procédé de l'invention; Figure 2 est un diagramme représentant une possibilité d'évolution de l'angle du volant et de l'angle du moteur électrique d'assistance, en fonction du temps; Figures 3 et 4 illustrent des exemples de lois, selon lesquelles peut 35 s'effectuer la régulation dans le procédé objet de l'invention; Figure 5 est un organigramme général du procédé objet de l'invention. Sur la figure 1 est représenté un système de direction assistée The implementation of the active stabilization process, object of the invention, is described below in more detail, in the context of examples and with reference to the appended schematic drawing, in which: FIG. 1 represents, in perspective, an electrically assisted steering system, to which the method of the invention is applicable; Figure 2 is a diagram showing a possibility of evolution of the angle of the steering wheel and the angle of the electric assist motor, as a function of time; Figures 3 and 4 illustrate examples of laws, according to which regulation can be carried out in the process which is the subject of the invention; Figure 5 is a general flowchart of the method of the invention. In Figure 1 is shown a power steering system
électrique 1 de véhicule automobile. electric motor vehicle 1.
Ce système de direction 1 comporte notamment une colonne de This steering system 1 includes in particular a column of
direction 2, dont une extrémité porte un volant de direction 3, et dont l'autre extrémité est accouplée à une direction mécanique 4, en particulier une direction à crémaillère, déplaçant des biellettes de direction 5 et 6 qui transmettent l'effort de braquage vers les roues directrices (non représentées) 10 du véhicule concerné. steering 2, one end of which carries a steering wheel 3, and the other end of which is coupled to a mechanical steering 4, in particular a rack-and-pinion steering, moving steering rods 5 and 6 which transmit the steering force to the steered wheels (not shown) 10 of the vehicle concerned.
S'agissant d'une direction assistée électrique, il est encore prévu un moteur électrique d'assistance 7, ici placé sur la colonne de direction 2, qui applique un couple sur cette colonne de direction 2 par l'intermédiaire d'un réducteur mécanique 8 (multiplicateur de couple), par exemple un réducteur à 15 vis sans fin et roue tangente. Le moteur électrique d'assistance 7 est piloté à partir d'un calculateur électronique 9, en fonction de divers paramètres. Le calculateur électronique 9 contient la "logique" de contrôle de la direction assistée, et il stocke aussi, dans sa mémoire, les lois de pilotage de cette In the case of an electric power steering, an electric assistance motor 7 is also provided, here placed on the steering column 2, which applies a torque to this steering column 2 by means of a mechanical reducer 8 (torque multiplier), for example a 15 worm gearbox and tangent wheel. The electric assistance motor 7 is controlled from an electronic computer 9, according to various parameters. The electronic computer 9 contains the "logic" for controlling the power steering, and it also stores, in its memory, the laws of piloting of this
direction assistée.power steering.
Pour le pilotage classique de la direction assistée électrique, et pour la mise en oeuvre du procédé de stabilisation active selon l'invention, le système de direction 1 comprend encore divers capteurs, en particulier des capteurs de paramètres intrinsèques à ce système de direction 1, à savoir: un capteur 10 de la position angulaire du volant 3, un capteur 11 de la position 25 angulaire du moteur électrique d'assistance 7, et un capteur 12 de couple dans le volant 3. Les signaux issus des trois capteurs 10, 11 et 12 sont dirigés vers For the conventional piloting of the electric power steering, and for the implementation of the active stabilization method according to the invention, the steering system 1 also comprises various sensors, in particular sensors of parameters intrinsic to this steering system 1, namely: a sensor 10 of the angular position of the steering wheel 3, a sensor 11 of the angular position of the electric assist motor 7, and a torque sensor 12 in the steering wheel 3. The signals from the three sensors 10, 11 and 12 are directed to
le calculateur 9.the computer 9.
A titre d'exemple, la figure 2 représente, en traits continus, une courbe Ai de variation de la position angulaire du volant 3, en fonction du 30 temps t exprimé en secondes, et en traits pointillés, une courbe correspondante A2 de variation de la position angulaire du moteur électrique d'assistance 7. Les deux courbes Ai et A2 se superposent sensiblement mais, comme indiqué dans la zone E, il peut se produire à un certain moment une excursion de la courbe A2, indiquant une rotation parasite du moteur électrique 35 d'assistance 7, non provoquée par une rotation du volant 3 imprimée volontairement par le conducteur du véhicule. Une telle déviation résulte d'éléments extérieurs au système de direction 1, qui perturbent la direction By way of example, FIG. 2 represents, in solid lines, a curve Ai of variation of the angular position of the handwheel 3, as a function of the time t expressed in seconds, and in dotted lines, a corresponding curve A2 of variation of the angular position of the electric assistance motor 7. The two curves Ai and A2 are substantially superimposed but, as indicated in zone E, there may occur at some time an excursion of the curve A2, indicating a parasitic rotation of the motor 35 electric assistance 7, not caused by a rotation of the steering wheel 3 printed voluntarily by the driver of the vehicle. Such a deviation results from elements external to the steering system 1, which disturb the steering
mécanique 4 et qui remontent vers le volant 3. mechanical 4 and which go up towards the steering wheel 3.
Une telle perturbation est détectée et corrigée par le procédé objet de l'invention, grâce à un traitement particulier, effectué dans le calculateur 9, 5 des signaux issus des trois capteurs 10, 1 1 et 12. Cette action de compensation ou régulation peut être représentée, entre autres, par des lois supplémentaires d'assistance, telles qu'illustrées aux figures 3 et 4, qui se superposent aux lois d'assistance habituelles de la direction, gérées par le même calculateur 9: - La première loi, donnée par le diagramme de la figure 3, exprime Such a disturbance is detected and corrected by the process which is the subject of the invention, by means of a special processing, carried out in the computer 9, 5 of the signals coming from the three sensors 10, 11 and 12. This compensation or regulation action can be represented, among others, by additional assistance laws, as illustrated in FIGS. 3 and 4, which are superimposed on the usual management assistance laws, managed by the same computer 9: - The first law, given by the diagram of figure 3, expresses
la variation du couple de compensation C exercé par le moteur électrique d'assistance 7, en fonction de l'écart de vitesse de rotation Aỏ entre le volant 3 et le moteur électrique d'assistance 7. the variation of the compensation torque C exerted by the electric assistance motor 7, as a function of the speed difference A rotation between the flywheel 3 and the electric assistance motor 7.
- La seconde loi, donnée par le diagramme de la figure 4, exprime la variation du couple de compensation C exercée par le moteur électrique d'assistance 7, en fonction de l'écart d'accélération Ay entre la rotation du moteur 7 et la rotation du volant 3. Ce processus de régulation n'est mis en oeuvre que sous certaines 20 conditions, dont la présence est vérifiée par un "test" effectué par le calculateur 9, à partir des divers signaux. En particulier, les conditions d'intervention de la régulation ici décrite sont, d'une part, que la position du moteur électrique d'assistance 7, donnée par le capteur 11, soit en avance de phase sur la position du volant 3, fournie par le capteur 10, et d'autre part, 25 qu'un effort résistant soit exercé sur le volant 3 par le conducteur, ce que peut - The second law, given by the diagram in FIG. 4, expresses the variation in the compensation torque C exerted by the electric assistance motor 7, as a function of the acceleration difference Ay between the rotation of the motor 7 and the rotation of the steering wheel 3. This regulation process is only implemented under certain conditions, the presence of which is verified by a "test" carried out by the computer 9, using the various signals. In particular, the conditions of intervention of the regulation described here are, on the one hand, that the position of the electric assistance motor 7, given by the sensor 11, is in phase advance on the position of the flywheel 3, provided by the sensor 10, and on the other hand, that a resistant force is exerted on the steering wheel 3 by the driver, which can
indiquer le capteur de couple 12.indicate the torque sensor 12.
Le détail du processus, incluant ce test de nécessité d'une compensation, et la vérification de la réalisation d'autres conditions, préalables à toute action compensatrice, est illustré par l'organigramme de la figure 5. Par 30 exemple, une condition à vérifier peut être la constatation d'une vitesse du The detail of the process, including this test for the need for compensation, and the verification of the fulfillment of other conditions, prior to any compensatory action, is illustrated by the flowchart in FIG. 5. For example, a condition to perhaps checking the speed of the
véhicule supérieure à un seuil prédéterminé. vehicle above a predetermined threshold.
Il va de soi que l'invention ne se limite pas au seul mode de mise en oeuvre de ce procédé de stabilisation active qui a été décrit ci-dessus, à titre d'exemple; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes, respectant le 35 même principe, quels que soient notamment: - les caractéristiques de la direction mécanique 4, - la position du moteur électrique d'assistance 7, - les positions et types des capteurs 10, 1 1 et 12, - les détails de l'algorithme mis en oeuvre, qu'il s'agisse de la vérification ou constatation des conditions autorisant la compensation, ou de la régulation elle-même. It goes without saying that the invention is not limited to the single mode of implementation of this active stabilization process which has been described above, by way of example; on the contrary, it embraces all variants thereof, respecting the same principle, whatever, in particular: - the characteristics of the mechanical steering 4, - the position of the electric assistance motor 7, - the positions and types of the sensors 10 , 1 1 and 12, - the details of the algorithm implemented, whether it is the verification or observation of the conditions authorizing the compensation, or the regulation itself.
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