FR2873343A1 - Systeme de direction assistee de vehicule avec restitution d'efforts - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un système de direction assistée de véhicule de direction du genre dans lequel un organe de direction (30) comme un volant est découplé de l'organe de braquage (3, 5) par au moins un actionneur contrôlé sur la base de l'organe de direction. Selon l'invention, un moyen d'assistance de braquage (53) et un moyen (55) de restitution d'effort sur l'organe de direction sont commandés par :- un moyen (49) pour produire une loi de restitution indépendante du comportement du véhicule ;- un moyen (50) pour produire une loi de restitution dépendant du comportement du véhicule et- un moyen (51) pour produire une composition prédéterminée d'une loi de restitution indépendante du comportement du véhicule et d'une loi de restitution dépendant du comportement du véhicule.

Description

"Système de direction assistée de véhicule avec restitution

d'efforts" La présente invention concerne un système de direction assistée de véhicule du type comportant: -- un mécanisme de direction, apte à modifier l'angle de braquage du véhicule, sur une commande de modification de l'angle de braquage; -- un volant de direction, apte à coopérer avec un conducteur en fonction de l'angle de braquage du véhicule io -- un dispositif de commande pour produire une commande de modification de l'angle de braquage sur la base d'une modélisation du comportement du véhicule au braquage.

Dans l'état de la technique, on a déjà proposé des dispositifs d'assistance au braquage en apportant un couple d'assistance supplémentaire au couple de braquage appliqué par le conducteur au volant de direction.

Dans le domaine technique de l'automobile, de nouvelles technologies d'actionneurs électriques permettent de découpler l'utilisateur humain des efforts produits par une couche de puissance mécanique ou autre, en plaçant l'utilisateur humain dans une couche de commande pour réaliser les fonctions de direction, freinage, accélérateur, etc. De telles techniques visent aussi à réduire les coûts des actionneurs, à introduire de nouvelles prestations de confort et sécurité et à libérer les contraintes architecturales auxquelles est soumise la conception du véhicule dans l'état de la technique.

Dans une évolution future du véhicule, le changement de direction ou braquage peut être effectué sans intervention du conducteur dans le cas de l'absence de direction mécanique ou encore avec une simple surveillance du conducteur dans le cas d'un découplage réalisé par exemple au moyen d'actionneurs électriques. Dans une telle architecture, le conducteur subit alors l'inconvénient de la suppression d'une restitution directe au volant des efforts extérieurs appliqués aux roues. En coupant le lien mécanique qui dans l'état de la technique produit ces sensations de conduite, un besoin apparaît dans le cas d'une direction à découplage de produire au conducteur au moins une sensation de conduite qui lui permette de surveiller l'évolution du braquage et du reste du comportement dynamique du véhicule.

C'est un objet de la présente invention de proposer un moyen pour synthétiser une sensation de conduite au niveau du volant de direction. Les efforts qui seront restitués au conducteur dépendent intégralement des choix de conception effectués. En introduisant un contrôle adapté, l'invention rend possible que les sensations de conduite soient modifiées, en fonction de paramètres de modélisation prédéterminés.

C'est un autre objet de la présente invention d'apporter un maximum de sécurité et de sensations de conduite agréables, en synthétisant une loi de restitution en effort sur le volant qui est à la fois réaliste, sûre et fidèle à la réalité. En particulier, l'architecture découplée d'un système de direction de véhicule offre une grande liberté de manoeuvre au concepteur pour personnaliser un véhicule donné vis à vis d'autres véhicules. Au final, s'il n'est pas toujours souhaitable de retranscrire intégralement au volant toutes les actions effectuées sur les roues par le milieu extérieur ou par un système actif, il peut être indispensable pour des raisons de sécurité d'informer le conducteur du comportement de son véhicule.

C'est un autre objet de la présente invention d'apporter un moyen pour réaliser un compromis entre les nécessités d'une restitution exacte des phénomènes et celle d'une sélection intelligente des informations.

C'est un autre objet de la présente invention de proposer un moyen de mise en oeuvre de lois de commande dans un système de direction de véhicule pour retranscrire certains effets particuliers qui se produisent durant un fonctionnement limite du véhicule, en particulier en l'absence de la mesure de certains paramètres. C'est le cas de l'estimation des pertes par frottement des pneus lors de l'arrêt, de l'estimation des pertes d'adhérence, du rappel exercé par la géométrie du train directeur sur le volant en situation de roulage et à l'arrêt, le blocage des roues sur une bordure de trottoir. De tels défauts d'information peuvent être des phénomènes mal retranscrits par la commande.

Enfin, l'invention apporte une solution globale à l'ensemble des questions précitées afin d'améliorer les lois de restitution en terme de confort et sécurité et permettre de préparer les ruptures technologiques associées à des actionneurs, électriques ou io autres, de découplage.

Selon l'invention, la détermination du système de direction permet: de piloter de manière sûre le véhicule; l'application d'efforts sur le volant ou tout autre restituteur qu'un volant traditionnel, notamment dans un environnement de réalité virtuelle, dans le cas d'une application à un simulateur de pilotage ou de jeu, et dans un environnement de réalité augmentée sur un véhicule réel; et l'application d'efforts sur un organe de direction comme des 20 roues directrices.

En effet, la présente invention concerne un système de direction assistée de véhicule du genre dans lequel un organe de direction comme un volant est découplé de l'organe de braquage par au moins un actionneur contrôlé sur la base de l'organe de direction. L'invention est caractérisée par le fait que le système comporte un moyen d'assistance de braquage et un moyen de restitution d'effort sur l'organe de direction qui sont commandés par: un moyen pour produire une loi de restitution indépendante du 30 comportement du véhicule; un moyen pour produire une loi de restitution dépendant du comportement du véhicule et un moyen pour produire une composition prédéterminée d'une loi de restitution indépendante du comportement du véhicule et d'une loi de restitution dépendant du comportement du véhicule.

D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention seront mieux compris à l'aide de la description et des 5 dessins annexé parmi lesquels: - la figure 1 représente un schéma d'une direction assistée de véhicule d'un premier type de l'état de la technique; - la figure 2 représente un schéma d'une direction assistée de véhicule d'un second type de l'état de la technique; io - la figure 3 représente un schéma d'une direction assistée de véhicule d'un troisième type mis en oeuvre dans l'invention; - la figure 4 représente un schéma d'un moyen de l'invention; - la figure 5 représente un schéma d'un autre moyen de 15 l'invention.

À la figure 1, on a représenté un système de direction assistée caractéristique de l'état de la technique.

Un organe de direction généralement constitué par un volant de direction 1 est connecté par l'intermédiaire d'une colonne de direction 2 à un organe de braquage généralement constitué par une crémaillère 3 et un dispositif 5 pour transformer le mouvement de va-et-vient de la crémaillère 3 en fonction de la manoeuvre de direction effectuée sur le volant 1 en une angulation des roues directrices comme la roue 6.

L'assistance de direction est produite à l'aide d'un calculateur 7 qui active un actionneur 11 généralement de type électrique, et qui est mécaniquement couplé à l'aide d'un train d'engrenage 12 à un point de la colonne de direction 2, ou parfois directement sur la crémaillère 3.

Pour exécuter l'assistance de direction, le calculateur 7 comporte un programme enregistré qui exécute séquentiellement la détection de divers paramètres à l'aide de capteurs et particulièrement: -- un capteur 8 d'angle volant qui permet notamment de détecter une intention de braquage du conducteur; -- un capteur 9 de mesure du couple d'assistance ou de braquage; -- un capteur 10 de vitesse de déplacement du véhicule.

Particulièrement, le capteur 8 peut être constitué sur la base d'un capteur de couple exercé sur la colonne de direction 2 et dont le signal de sortie est alors traité à l'aide d'un modèle permettant d'exploiter le couple exercé sur le volant pour en io déduire une information d'angle de volant de référence. Un dispositif de sortie du calculateur 7 est alors activé pour fournir en fonction du programme pré enregistré une commande de l'actionneur d'assistance 11. L'actionneur 11 produit alors un couple d'assistance de braquage déterminé par exemple sur la base de l'intensité électrique admise pour l'alimentation de son moteur électrique selon un signal de consigne délivré par le calculateur 7.

À la figure 2, on a représenté un autre état de la technique dans lequel l'organe de direction 20 est entièrement découplé de l'organe de braquage 3. À cet effet, le volant de direction 20 est directement associé par le moyen d'un capteur d'angle de volant 21 à un dispositif d'entrée du calculateur 22, analogue au calculateur 7 de la figure 1, et dont un dispositif de sortie produit un signal de commande d'un actionneur électrique 23, mécaniquement couplé par un mécanisme à engrenage 24 à la colonne de direction 2.

Dans un tel état de la technique, ainsi qu'il été décrit ci-dessus, l'organe de direction 20 peut prendre diverses formes parmi lesquelles notamment le classique volant de direction ou une manette de direction ou encore être réalisé par un programme exécuté par un automate de direction.

Particulièrement, un tel système permet de déporter le pilotage sans être contraint de conserver une proximité entre l'organe de direction 20 et l'organe de braquage 2. De plus, il est alors possible de combiner un pilotage humain avec un pilotage automatique ou encore un pilotage à distance.

Cependant, dans le cas d'un pilotage humain, les sensations de conduite ne sont pas conservées.

À la figure 3, on a représenté un dispositif selon un autre état de technique dans lequel la colonne de direction est partagée en deux parties de sorte qu'à la fois les avantages des dispositions des figures 1 et 2 soient accessibles tout en permettant de retourner au volant de direction ou à tout autre lo organe de direction une sensation de conduite produite par un dispositif de restitution d'effort qui permet d'indiquer au conducteur les efforts qu'il est habitué à recevoir lors de manoeuvres de direction et de permettre de lui fournir des impressions de conduite lui permettant de prendre des décisions de sécurité correctes.

Dans l'état de la technique, on a donc proposé d'utiliser un organe de direction 30 qui est couplé à l'aide d'un capteur d'angle volant 31 à un dispositif d'entrée convenable d'un calculateur de direction 32. Le calculateur de direction 32 comporte un dispositif de sortie qui permet de piloter un actionneur de braquage 33 qui est mécaniquement couplé par un dispositif à engrenage 34 à un arbre de direction 2 comme dans l'état de la technique décrit à l'aide de la figure 1 ou 2. Cette partie du calculateur de direction 32 est typiquement semblable aux calculateurs 7 ou 22 des figures 1 ou 2. Il comporte aussi des dispositifs de détection connectés aux capteurs précités 9 et 10, qui ne sont pas plus décrits.

Cependant, dans cet état de la technique, le calculateur de direction 32 comporte aussi un autre dispositif de sortie connecté pour commander un actionneur de restitution d'effort 35, préférentiellement de type électrique, et qui est mécaniquement couplé par un dispositif à engrenage 35 à un arbre 36 couplé au volant de direction 30. Le programme exécuté sur le calculateur 32 permet notamment interpréter l'intention de braquage du conducteur ou les commandes issues d'un automate ainsi qu'il a déjà été décrit à l'aide de la figure 1 ou 2, et aussi de calculer une consigne de restitution d'effort en fonction de contraintes prédéterminées.

Cette consigne de restitution d'effort est alors appliquée par un dispositif de sortie (non représenté) du calculateur 32 à l'organe de direction à l'aide de l'actionneur de restitution d'effort 35.

Un système de direction découplée permet d'actionner les io roues du véhicule sans lien mécanique direct entre le volant (organe de direction) et la crémaillère ou les roues directrices (organe de braquage). Dans d'autres cas, on peut considérer qu'il y a toujours un lien mécanique entre le volant (organe de direction) et les roues (organe de braquage). Mais, un actionneur particulier permet de découpler totalement les efforts et les mouvements du volant de ceux des roues. Une telle situation survient avec un actionneur équipé d'un coupleur mécanique à train épicycloïdal. La solution proposée dans cette invention est illustrée sur des actionneurs découplés mécaniquement, mais peut être adaptée à ce dernier type de système.

A la figure 3, on a représenté une application de l'invention à un système de direction de véhicule par une télécommande de type Steer by Wire où le lien mécanique a complètement disparu entre le volant et les roues du véhicule. Le système de l'invention est composé d'une interface homme machine IHM coté conducteur qui, dans le mode de réalisation de la figure 3 comporte un volant de direction 30. Le système comporte ensuite: -- un actionneur 35 de restitution d'efforts sur le volant et --un actionneur 33 de braquage des roues directrice pour appliquer un effort de braquage, et -- un système de pilotage pour calculer les consignes de courant ou tension à appliquer aux moteurs des deux actionneurs 33, 35.

Dans la suite de la description, on utilisera les notations suivantes: É V est la vitesse du véhicule; É Fh est l'effort exercé par le conducteur sur le volant É Fe est l'effort exercé sur la roue par le sol; É em représente la vitesse angulaire du volant mesuré sur la base d'un capteur d'angle volant; É es représente la vitesse de rotation dans le plan sagittal; É Un, représente la loi de commande appliquée au moteur io restituteur, appelé moteur maître ; É Us représente la loi de commande appliquée au moteur lié au train avant, appelé moteur esclave .

Par ailleurs, l'indice m , signifie que la variable fait partie du bloc maître ou volant, tandis que l'indice s signifie que la variable fait partie du bloc esclave ou train avant.

D'autres architectures électriques avec plusieurs actionneurs sont possibles, l'essentiel étant d'avoir une direction découplée en effort et position.

La définition du système de direction pour un véhicule à direction découplée est identique à celle d'un véhicule classique. Cependant, l'invention permet d'enrichir la prestation car certaines contraintes mécaniques ont été supprimées. Les méthodes utilisées pour réaliser cette prestation sur un véhicule à commandes découplées peuvent varier sensiblement ainsi qu'il sera décrit.

A la figure 4, on a représenté un schéma d'un moyen de l'invention qui est intégré dans un calculateur, embarqué au moins partiellement, et qui remplit les fonctions du calculateur de direction 32 du système de direction assistée de la figure 3.

Un tel calculateur 40 comporte des moyens permettant l'intervention A, B ou C de moyens de configuration, de réglage, de conception ou d'initialisation. Il comporte un bus mémoire BM qui permet d'apporter le résultat des opérations de configuration, de réglage, de conception ou d'initialisation au reste du calculateur et qui sont maintenus dans des mémoires 44; 42, 43; 46, 47; 48. Le calculateur 40 comporte ensuite un Module d'exécution d'au moins une loi de couple 49 prise parmi un jeu prédéterminé de lois de couples établies ainsi qu'il a été décrit cidessus. Le calculateur 40 comporte ensuite un Module d'exécution d'au moins une loi de télé opération 50 prise parmi un jeu prédéterminé de lois de télé opération établies ainsi qu'il a été décrit ci-dessus. Les données de commande de direction, tant en terme d'assistance que de restitution d'effort, sont alors soumises à l'entrée d'un module de composition de lois d'assistance 51 qui établit une loi de composition des données de commande de direction, dépendant des opérations de configuration, de réglage, de conception ou d'initialisation précitées. Une fois effectuée la composition C51 des données de commande issues des deux lois LC49 et LT50, ou d'au moins l'une des lois, par exemple sous la forme d'une combinaison linéaire exprimée par une relation de la forme: C51 = a*LC49 + 8*LT50 dans laquelle a et R sont des coefficients déterminés sur la base des données mémorisées dans les mémoires 44; 42, 43; 46, 47; 48, le calculateur 40 fournit alors: une consigne pour un premier dispositif de sortie de calculateur qui est un dispositif de commande 52 de l'actionneur d'assistance de braquage 53; - une consigne pour un second dispositif de sortie de calculateur qui est un dispositif de commande 54 de l'actionneur de restitution d'effort 55.

Les critères de détermination de l'architecture mécanique et électrique du système de direction de l'invention sont basés sur les contraintes suivantes: 1. A basse vitesse: facilité de manoeuvre; 2. A vitesse élevée: maintien du cap et progressivité du couple volant. io

3. Retour du volant en position centrale lorsqu'il est lâché.

4. Insensibilité par rapport aux efforts de remontée des roues 8seuil (Fe) lorsque 5. Sensibilité progressive pouvant aller d'une application immédiate à une réponse intermédiaire aux efforts de remontée si: I8 > seuil É Décrochage, c'est à dire; la situation de décrochage intervient en cas de perte d'adhérence par seuil exemple. 6 est l'angle de dérive, correspond à l'angle io de dérive limite en dessous duquel on souhaite que le conducteur ne soit pas informé du comportement de ses roues et cette valeur de seuil est déterminée en dessous des limites d'adhérence; É Butée, IeI'Fseuil: Fseui, correspond à la limite en dessous de laquelle on souhaite que le conducteur ne soit pas informé du comportement de ses roues; en dessus, les effort sont trop importants; 6. Ressenti conducteur facile à régler (paramétrable).

En plus, le système de direction assistée de l'invention 20 comporte: 1. des moyens pour assurer la sécurité du véhicule et un contrôle sûr pour l'utilisateur. Notamment, le système actionnant des moteurs électriques, le circuit de pilotage comporte des moyens de génération du signal de commande qui produisent une transition lors d'une variation de commande configurée de manière à ne pas surprendre le conducteur.

2. des moyens pour informer ou non le conducteur sur l'état de ses roues à tout moment et de manière sûre et stable. La stratégie de pilotage doit donc être suffisamment raffinée pour paramétrer différemment le ressenti conducteur dans des situations de conduite.

Dans l'état de la technique, on a déjà proposé une méthode de commande d'une direction assistée électrique permettant de réaliser une commande en couple. Une telle commande en couple permet l'application d'un couple issu d'un modèle prédéterminé sur le volant. Cette approche bénéficie de nombreuses variantes et raffinements. Elle consiste à comparer le couple réel mesuré au volant à un couple modèle. Ce couple modèle est calculé à partir d'un modèle de référence du véhicule, considéré comme modèle de direction idéal et donc io paramétrable selon différents critères. Ensuite, on asservi le système à partir de la différence de couple réel et désiré. Une telle méthode est décrite dans le brevet FR 2.795.378 au nom du demandeur.

Cette méthode permet d'obtenir un effort au volant approprié et désiré pendant un fonctionnement normal du véhicule (dans la partie linéaire des pneumatiques). Cependant elle n'est plus valable lorsque l'on sort de cette partie linéaire. Ce type de situation peut se produire lorsque l'on entre en limite d'adhérence.

Pour remédier à ce problème, et à titre d'exemple dans le brevet FR 2.813. 576 au nom du demandeur, on a déjà proposé d'améliorer le précédent principe de commande en couple lorsqu'une chute de couple liée à une perte d'adhérence par exemple est observée. Une telle amélioration est basée sur l'apport d'un couple supplémentaire pour compenser la chute de couple en trois étapes: É Elaboration du couple modèle É Détection de perte d'adhérence É Calcul du couple d'assistance Le couple modèle utilisé en dehors des moments où il y a perte d'adhérence est identique à celui décrit plus haut (la commande en couple classique). Il n'est valable que dans la partie linéaire des pneumatiques.

Pour détecter une perte d'adhérence, on compare le couple modèle avec le couple réel donné par le capteur de couple au volant et regarde ainsi la différence s qui représente pour certaines valeurs une perte d'adhérence. Cette différence est utilisée dans la consigne de couple qui dépend également de l'angle volant, de la vitesse volant et de la vitesse véhicule, afin d'intégrer ce nouveau phénomène.

Pour le calcul du couple théorique, une estimation de l'angle des roues aroue est faite sans aucune mesure directe de cet angle. Cette estimation n'est valable que dans le domaine linéaire des pneumatiques. Ainsi, si les pneus viennent à être en butée, cette estimation n'est plus valable et le couple d'auto-alignement théorique ne correspond plus à la valeur réelle qui serait appliquée.

La détection de la perte d'adhérence est faite par seuillage. Elle est difficile à régler et dépend des conditions d'utilisations, de l'usure des pneus.

L'approche par télé manipulation vise à retranscrire exactement ou à un filtrage linéaire près, les efforts exercés sur l'organe piloté (esclave) au niveau du pilote (maître). La télé manipulation permet en outre d'obtenir un contrôleur qui tient compte à la fois des efforts transmis par le conducteur et de ceux provenant de l'extérieur (interactions au niveau des roues avec le sol). L'intérêt des méthodes usuelles réside dans le fait que le contrôleur obtenu est linéaire. En donnant à la commande des propriétés de transparence et respectivement de passivité, on assure que le conducteur à une bonne sensation des forces transmises par les roues au moteur qui les dirige, et respectivement de sécurité. Concernant les critères de la commande, on se reportera notamment à Human Friedly Control Design for Drive by Wire Steering Vehicles de Canudas et ait. IFAC Advances in Automotive Control Workshop, Karlsruhe 28 30 mars 2001.

On obtient ainsi un modèle qui, en tenant compte des forces extérieures au niveau des roues, permet de mieux adapter le rappel volant.

En procédant de la sorte, on ne permet pas l'obtention d'un contrôleur paramétrable à souhait. Celui-ci est issu d'un algorithme faisant appel à des méthodes d'optimisation (LMI). Toute volonté de modification engendre une nouvelle synthèse de commande très contraignante pour pouvoir être utilisée dans l'automobile, tout au moins dans la phase de mise au point.

Par ailleurs cette méthode ne permet pas de paramétrer totalement les efforts ressentis sur le train avant au niveau du conducteur (filtrage linéaire). On perd ainsi l'agrément de conduite obtenu avec la loi de commande en couple.

Deux types d'approches appliquées au problème de la restitution d'effort dans l'automobile ont été exposés ci-dessus. Chacune d'entre elles présente des avantages et des inconvénients qui ont été évoqués.

L'invention concerne un nouveau concept de restitution basé à la fois sur ces deux idées et qui constitue une approche hybride.

Un système de direction assistée mettant en oeuvre l'invention comporte un moyen d'exécution 51 d'une stratégie de pilotage, combinaison de - la commande en couple 49, ou plus généralement d'une commande qui donne une loi de restitution indépendamment ou presque du comportement du véhicule et - la télé manipulation 50, ou plus généralement d'une commande qui restitue fidèlement le comportement du véhicule au volant.

Cette combinaison est paramétrable afin de permettre de privilégier l'une ou l'autre des approches suivant le domaine de fonctionnement du véhicule.

Le système de direction assistée de l'invention comporte aussi un moyen 41, 45 pour établir des paramètres de réglage du système pour: paramétrer totalement le ressenti du conducteur 42 et - typer parfaitement les directions automobiles selon le modèle ou la gamme du constructeur 43.

Le système de direction assistée de l'invention permet de bénéficier des avantages de chacune des solutions de l'état de la technique.

Dans un mode découplé, analogue à la commande en couple, le typage de la direction est une mesure facile à prendre en ce que, dans le moyen de paramétrage précité du système de l'invention, il est disposé une mémoire 44 d'au moins un modèle de référence, sélectionné pour ses bonnes propriétés en termes de confort de conduite, de bonne gestion de l'effort d'assistance, de rappel gravitaire bien choisi, etc de sorte que le typage de la direction soit entièrement défini.

Le système de direction assistée de l'invention comporte de plus un moyen de réglage 45 dans tous les modes de fonctionnement et qui porte notamment sur la paramétrisation: - de la démultiplication 46, - des caractéristiques du véhicule 47, - des lois de transition 48 entre un mode complètement découplé de fonctionnement et un mode de retranscription fidèle du ressenti de la route, etc.) Par ailleurs, le système de direction assistée de l'invention peut comporter un moyen 49 de rejet des perturbations.

Préférentiellement, le moyen de rejet des perturbations est automatique et configurable. A cette fin, le moyen de réglage coopère avec un moyen 50 de gestion des lois des transitions entre les deux modes de fonctionnement qui comporte un moyen 51 pour contrôler la sensibilité du rejet de perturbation en fonction de choix du concepteur du système.

Le système de direction assistée de l'invention peut s'adapter à une architecture de direction découplée mécanique-ment (steer by wire) ou électriquement (direction intelligente de type Active Front Steering).

Le système de direction assistée de l'invention est sûr, car le pilotage est réalisé en garantissant la passivité du système. En effet, il comporte un moyen de contrôle pour assurer que l'énergie induite par le système de direction assistée est inférieure ou s égale à l'énergie fournie en entrée de ce système.

Le schéma global d'un mode particulier de réalisation du système de direction assistée de l'invention est représenté à la figure 5. Un module 61 d'exécution de stratégies de pilotage impose un effort désiré au volant et un effort désiré aux roues.

Les efforts sont déterminés préférentiellement par une combinaison linéaire de deux types d'efforts: effort idéal restitué au volant et effort réel exercé sur les roues du véhicule restitué au volant.

Les différents blocs qui seront décrit dans la suite sont: 15 -- Un moyen de commande du restituteur; -- Un moyen de commande de l'actionneur roue; et -- Un moyen de gestion des transitions entre les modes de fonctionnement et les contraintes de sécurité.

Les capteurs utilisés par le système permettent d'établir 20 les paramètres représentés à la figure 5: É V est la vitesse du véhicule; É Fe est l'effort exercé sur la roue par le sol; É em'em représente la vitesse de rotation I position angulaire du volant; É es'es représente la vitesse de rotation I position angulaire dans le plan sagittal.

L'approche hybride nécessite la mise sous une forme particulière des deux modes de commande: -- mode unilatéral, qui n'utilise que des informations 30 capteurs du coté de l'opérateur ou volant et -- mode bilatéral ou mode de commande de type télé manipulation qui utilise les informations descapteurs à la fois du coté de l'opérateur et du coté des roues). L'implémentation des deux modes est décrite avant de décrire le fonctionnement du module de commande global.

La commande en couple utilisée par le demandeur est caractérisée par le fait qu'aucune information ne remonte dans la colonne de direction virtuelle. Seuls, les capteurs de force et de position / vitesse au niveau du volant ainsi que la vitesse du véhicule, sont utilisés pour synthétiser la loi de commande.

Selon l'invention, l'effort idéal restitué au volant est déterminé par la relation: Cv = (Kv + Kv (V)).é,,, + (Kr + KY (V)).Br + C.sgn(Bm) Les coefficients de frottement et d'amortissement sont donnés comme la somme de termes constants KV K et de terme variants Kv(V),KP(V) C représente le coefficient de frottements secs.

Une loi de commande possible pour restituer l'effort Cv au volant est donnée par: um = Tm -1-yyJ.fh J 'n Kv.Bm Tm Kp.O Tm [K (V).em+KP(V).B,n + C.sgdâ7)] où Jm est l'inertie réelle, et J l'inertie que l'on désire ressentir. ym est un coefficient permettant de pondérer l'importance de la force du conducteur. Ces coefficients sont déduits de la nouvelle inertie apparente que l'on veut donner au bloc volant. La dynamique résultante au volant est constituée de l'inertie J à la place de l'inertie réelle Jm de l'arbre volant.

Cette loi permet en outre de changer le ressenti du conducteur vis à vis de l'inertie fictive de la direction qu'il a entre les mains. Elle possède également les mêmes propriétés que la commande en couple décrites dans le brevet FR 2795378.

On va maintenant décrire une méthode pour restituer un couple volant fidèle aux efforts qui s'exercent effectivement sur les roues du véhicule en exploitant un modèle de Commande par Fils Bilatérale (CFB).

Etant donné le système {volant, moteur maître}, on prend pour le modèle dynamique de la barre liant les deux éléments, une inertie sans torsion, ni amortissement. Ainsi l'angle de rotation au niveau du moteur est identique à celui du volant.

Pour ce qui est du train avant, la colonne n'est également constituée que d'une inertie. La direction est effective grâce à une crémaillère. Celle ci est prise sans jeu avec un coefficient de réduction égal à : n= Os L'effort réel restitué au volant est donné par l'expression suivante: Fs = Av É(8,,, n.8s)+ A y.(8,,, n.9s Les coefficients de raideur et d'amortissement sont donnés par Ap,Av. Fs représente le couple coordonné. II est basé sur l'erreur entre les angles et vitesses angulaires du moteur maître et esclave. Ceci s'apparente à un effort de torsion exercé par la barre de torsion dans un véhicule classique. Ce choix permet également de garantir des propriétés intéressantes de sécurité du système.

Une loi de commande possible pour restituer l'effort Fs au volant est donnée par la relation: Um =( m (1 yn,) 1J.fh J É ((AV +im)É m +Ap.8m)+ É (n.A,,.é +n.A,,Ées De même que précédemment, Jm représente l'inertie réelle tandis que J est celle que l'on désire ressentir. ym représente le coefficient de pondération de la force volant. Kim permet de modifier l'amortissement de la barre.

Dans le calculateur de l'invention, on a les deux lois de commande du moteur maître: J J J J \ J (1 ym) 1. f, , J Kv.0,,n J Ky.9m J [Kv(V) Bm+Kp(V)9m+Csgr(8,,, Um = J f Av+/3m)n+4.9m)+ '' (nA,,.e +rzA es) Alors, si on garde la même dynamique, la partie constante est identique pour les deux lois de commande. On peut alors écrire: On =KV(V).9m +(Kp +Kp(V)).Bm +C.sgn(Bm) f2 =Av.(9m n.es)+Ap.(8m n.0s) et LV Tm ll v Tm fm ce qui implique, J (1 ym) 1/.fh LV.em J a)fi +(1 a) Î2) avec a = un nouveau paramètre de réglage Le rôle du paramètre a est de pouvoir passer d'un modèle de restitution à l'autre de façon plus ou moins progressive. En effet il pondère l'importance des deux modèles de restitution dans l'effort appliqué au conducteur. a sera calculé en fonction des mesures accessibles dans le véhicule et de différents critères d'appréciation (par exemple de V, où 8 est l'angle de dérive estimé des pneus avant, fe mesure des efforts roues, etc.).

Une commande unique peut être mise en place pour piloter l'actionneur de braquage.

Selon l'invention, on a établi un modèle de télé 20 manipulation, décrit par la relation: us = (fs + n.AV).Bs nA p.Os + AV.0m + A p.0m y s É fe ys représente le coefficient de pondération de la force fe. RS permet de modifier l'amortissement de la barre. Les coefficients /J m J, pose intuitivement: - Jm Kv( ) Bm+(kP+Kp(' ))em+C g m) /- J 4. ( -n Bs.) +4. (Bm nés) de raideur et d'amortissement sont toujours donnés par Ap'AV. Les efforts fe sont mesurés au niveau des biellettes des roues avant. Mais, cette mesure n'est pas essentielle et peut être supprimée: si les capteur sont tenus pour trop cher ou trop bruité. On considère pour l'instant que ces efforts sont identiques pour les deux roues.

On va maintenant décrire le module de gestion des transitions (voir 49 51, Figure 4) entre les modes de pilotage. On note: 8 l'angle de dérive des roues avant du véhicule dans le cas d'un modèle deux roues.

(p étant l'angle de rotation de G par rapport à un axe tangentiel au sol, p est l'angle du vecteur vitesse du véhicule, U est la vitesse du véhicule et Il est la distance entre l'essieu avant et le centre de gravité.

Une estimation de l'angle de dérive est donnée simplement par l'expression suivante (ar est l'angle roue) : S= ar+,8±.çp On construit simplement un observateur de Ça' et p à l'aide de la mesure de vitesse de lacet et de la vitesse du véhicule.

Afin par exemple de favoriser un mode de pilotage pour les faibles glissements par rapport à un autre mode de pilotage pour les forts glissements, on peut choisir le paramètre de composition a selon une relation de la forme: a, = avec d constant d+ 6'1 Pour de grandes valeurs de l'angle de dérive et pour une vitesse élevée du véhicule la force issue du modèle télé manipulation est privilégiée. Cette sélection assure une meilleure prise en compte de la limite d'adhérence. Pour de petits angles, le modèle de commande en couple est favorisé.

Dans d'autres situations, comme par exemple dans le cas de butées des roues, on peut prendre en compte un effort important au niveau de l'actionneur roue en utilisant une nouvelle expression de a qui fait intervenir Fs. Ainsi, lorsqu'une différence d'angle se crée entre la position désirée des roues et l'angle réel des roues, selon une relation de la forme: Angle_volant * coefficient_de_réduction l'effort FS devient grand. On peut alors choisir a ainsi: az = d I + SF avec d constant s Pour faire intervenir tous ces effets, dans un mode particulier de réalisation, le module de réglage 45 détermine un a comme produit des ai précédents: a=a,Éa2...an La passivité est garante de sécurité. Elle permet de s'assurer que l'énergie induite par un système est inférieure ou égale à l'énergie fournie en entrée de ce système. Les commandes qui ont été mise en oeuvre dans l'approche hybride sont passives si les paramètres de réglage sont bien choisis.

Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, le module de réglage 45 comporte des moyens pour caractériser les différents paramètres de réglage qui assurent la passivité de la direction assistée découplée de l'invention: Vt a(t) e 0,11 Y,n<_1 ys ?--1 Av 0 Ap>_0 VV Kp(V)0; Kv(V)0; C0 l /-,,, ?0 Les paramètres homogènes à des grandeurs mécaniques doivent également être choisis de manière cohérente et réaliste (inerties, raideurs, etc.).

Claims (4)

REVENDICATIONS

1 - Système de direction assistée de véhicule du genre dans lequel un organe de direction (30) comme un volant est découplé de l'organe de braquage (3, 5) par au moins un actionneur contrôlé sur la base de l'organe de direction, caractérisé par le fait qu'il comporte un moyen d'assistance de braquage (53) et un moyen (55) de restitution d'effort sur l'organe de direction qui sont commandés par: - un moyen (49) pour produire une loi de restitution indépendante io du comportement du véhicule; - un moyen (50) pour produire une loi de restitution dépendant du comportement du véhicule et - un moyen (51) pour produire une composition prédéterminée d'une loi de restitution indépendante du comportement du véhicule et d'une loi de restitution dépendant du comportement du véhicule.

2 - Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen (51) pour produire une composition (C51) des données de commande issues des deux lois de commande en couple (LC49) et de commande en téléopération (LT50), ou d'au moins l'une des lois sous la forme d'une combinaison linéaire exprimée par une relation de la forme: C51 = a*LC49 + (3*LT50 dans laquelle a et (3 sont des coefficients déterminés sur la base de données mémorisées dans des mémoires (44; 42, 43; 46, 47; 48), dont les données sont éditées par des moyens (A, B ou C) de configuration, de réglage, de conception ou d'initialisation et qui coopèrent avec un bus mémoire (BM) pour apporter le résultat des opérations de configuration, de réglage, de conception ou d'initialisation aux modules (49 - 51) d'exécution de lois de commande.

3 Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un calculateur (40) pour fournir: - une consigne pour un premier dispositif de sortie de calculateur qui est un dispositif de commande (52) de l'actionneur d'assistance de braquage (53) ; - une consigne pour un second dispositif de sortie de calculateur s qui est un dispositif de commande (54) de l'actionneur de restitution d'effort 55.

4 Système selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour exécuter au moins une parmi sur les contraintes suivantes io É A basse vitesse: facilité de manoeuvre; É A vitesse élevée: maintien du cap et progressivité du couple volant; É Retour du volant en position centrale lorsqu'il est lâché ; É Insensibilité par rapport aux efforts de remontée des roues (Fe) lorsque l'angle de dérive est sous un seuil déterminé h seuil É Sensibilité progressive aux efforts de remontée si: É Décrochage, c'est à dire l'angle de dérive est au-dessus S > 5seuil d'un seuil déterminé ; ou É Butée, lorsque l'effort de remontée est au-dessus d'un seuil donné I Fel > Fseuil.

É Ressenti conducteur paramétrable.

Système selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il comporte: É des moyens pour assurer la sécurité du véhicule et un contrôle sûr pour l'utilisateur, notamment, pour produire une transition lors d'une variation de commande configurée de manière à ne pas surprendre le conducteur. ; É des moyens pour informer ou non le conducteur sur l'état de ses roues à tout moment et de manière sûre et stable, notamment pour paramétrer différemment le ressenti conducteur dans des situations de conduite.

6 Système selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte aussi un moyen (41, 45) pour établir des paramètres de réglage du système pour: - paramétrer totalement le ressenti du conducteur dans une 5 mémoire (42) ; et - typer parfaitement les directions automobiles selon le modèle ou la gamme du constructeur dans une mémoire (43).

7 Système selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte une mémoire (44) d'au moins un modèle de référence, sélectionné pour ses propriétés en termes de confort, de conduite, de gestion de l'effort d'assistance, de rappel gravitaire, de sorte que le typage de la direction soit défini.

8 - Système selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte de plus un moyen de réglage (45) dans tous les modes de fonctionnement et de paramétrisation: - de la démultiplication dans une mémoire (46), - des caractéristiques du véhicule dans une mémoire (47), - des lois de transition dans une mémoire (48) entre un mode complètement découplé de fonctionnement et un mode de

retranscription fidèle du ressenti de la route.

9 Système selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'il comporte un moyen (49) de rejet des perturbations.

Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que le moyen de rejet des perturbations est automatique et configurable et notamment en ce qu'il coopère avec un moyen (50) de gestion des lois des transitions entre les deux modes de fonctionnement qui comporte un moyen (51) pour contrôler la sensibilité du rejet de perturbation en fonction de choix du concepteur du système.

11 Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de contrôle pour assurer que l'énergie induite par le système de direction assistée est inférieure ou égale à l'énergie fournie en entrée de ce système.

12 - Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de composition (51) comporte un moyen de gestion des transitions entre les modes de fonctionnement et les contraintes de sécurité.

s 13 - Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que le module de composition (51) comporte un moyen pour générer un effort idéal restitué au volant déterminé par la relation: Cv = (Kv + K v (V)).9m + (KP + K,, (V)).9,n + C.sgn(9n, ) io 14 - Système selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen pour générer une loi de commande pour restituer l'effort Fs au volant donnée par la relation: um = J m (1 Ym) -1JÉfh J m ((Av + /" m).9m + Ap.9m) + J (n.AV.6s + n.AP.9s) - Système selon la revendication 14, caractérisé en ce 15 qu'il comporte aussi un moyen pour générer un effort réel restitué au volant donné par la relation: Fs = Av É(â. - n.9s)+ Ap.(o, - n.9s) 16 - Système selon la revendication 15, caractérisé en ce que le moyen pour générer un effort réel restitué coopère avec un moyen pour générer une loi de commande pour restituer l'effort Fs au volant donnée par la relation: um = J (1 Ym) -1..Îh Jm ((Av + /jm).9m + AP.m) + L(n.A, .Bs +n A) P.9s 17 - Système selon la revendication 16, caractérisé en ce que le module de composition (51) exécute une loi de commande 25 de la forme: j {u,n = / Jm (1 Ym) 1. fh Lv.9m Jm ((a)-ffl + (1 a)..Î2) avec a = un nouveau paramètre de réglage dans laquelle le paramètre a permet de passer d'un modèle de restitution à l'autre de façon plus ou moins progressive, et en ce que le paramètre a est calculé en fonction des mesures accessibles dans le véhicule et de différents critères d'appréciation comprenant notamment la mesure de la vitesse du

A

véhicule V, de l'estimation 8 de l'angle de dérive estimé des pneus avant, de la force fe mesurée des efforts roues.

18 Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que le moyen de commande selon une loi de télé opération (50) comporte un moyen pour générer un modèle de télé manipulation, décrit par la relation: us (/tes + n.Av).es nAl, .es + Av.em + Ap.em / s./ e io dans laquelle ys représente le coefficient de pondération de la force fe et Rs permet de modifier l'amortissement de la barre.

19 Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que le paramètre de composition est déterminé par le module de réglage (45) qui détermine un a comme produit des ai précédents: a = a, É a2...an dans lequel chacun des a; est déterminé pour réaliser une progressivité entre deux modes particuliers de pilotage comme: - une transition entre un mode de pilotage pour les faibles glissements par rapport à un autre mode de pilotage pour les forts glissements, le paramètre de composition a étant basé selon une relation de la forme:

S

avec d constant - une transition pour de grandes valeurs de l'angle de dérive et 25 pour une vitesse élevée du véhicule la force issue du modèle télé manipulation est privilégiée; - une transition pour de petits angles, le modèle de commande en couple est favorisé ; - une transition pour prendre en compte un effort important 30 au niveau de l'actionneur roue, lorsqu'une différence d'angle se crée entre la position désirée des roues et l'angle réel des roues, selon une relation de la forme: Angle_volant * coefficient_de_réduction l'effort FS devient grand et a est déterminé par:

F

0(2 d +IFS avec d constant Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que le module de réglage (45) comporte des moyens pour caractériser les différents paramètres de réglage qui assurent la passivité. i0