"Dispositif de direction assistée d'un véhicule""Power steering device for a vehicle"
La présente invention concerne un dispositif de direction assistée d'un véhicule, notamment un véhicule 5 automobile. Elle s'applique à une direction découplée permettant d'actionner les roues directrices du véhicule sans lien mécanique direct entre le volant constituant l'organe de direction et la crémaillère constituant 10 l'organe de braquage des roues directrices. Un tel dispositif est connu sous la dénomination "Steer by Wire" dont l'architecture est représentée en figure 1. Le dispositif "Steer by Wire" comprend ainsi un 15 volant de direction 1 solidaire d'un arbre 2 d'un actionneur électrique 3 constitué par un moteur électrique auquel sont appliquées des consignes de courant ou de tension calculées par une unité de commande électronique 4 et un autre actionneur électrique 20 5 constitué par un moteur électrique dont l'arbre de sortie porte un pignon 6 en engrènement avec une crémaillère de direction 7 permettant de commander le pivotement des roues directrices du véhicule en fonction des manoeuvres de direction effectuées sur le volant de 25 direction 1. Le moteur électrique 5 est piloté par des consignes de courant ou de tension calculées par une autre unité de commande électronique 8. Le moteur électrique 3 est également appelé moteur de retour d'effort et le moteur électrique 5 est 30 également appelé moteur de direction. Les deux unités de commande électronique 4, 8 sont reliées par des lignes L1, L2 respectivement de pôle négatif et de pôle positif au réseau d'alimentation électrique de bord du véhicule. 35 Le volant de direction 1 est couplé à un capteur d'angle du volant, non représenté, fournissant un angle e de braquage du volant 1 à une entrée de l'unité de commande électronique 8. Lorsque le conducteur tourne le volant 1, l'angle de braquage e est appliqué à l'unité de commande électronique 8 qui commande le moteur de direction 5 accouplé à la crémaillère 7, un asservissement de position étant ainsi réalisé sur celle-ci. Lors du déplacement en translation de la crémaillère 7, le couple P résistant au déplacement de celle-ci est mesuré par un capteur, non représenté, et transmis à l'unité de commande électronique 4 pilotant le moteur électrique de retour d'efforts 3. De la sorte, un asservissement de couple est réalisé sur ce moteur qui permet ainsi de disposer d'une interface homme-machine "IHM" haptique, nécessaire au conducteur pour évaluer l'effort exercé sur la direction. Les flèches présentes en figure 1 symbolisent le sens de circulation de diverses puissances électriques. Ainsi, les deux moteurs électriques 3, 5 fournissent une puissance mécanique directement tirée de la puissance électrique Prés du réseau électrique de bord du véhicule. Cette puissance est répartie en deux puissances, une puissance électrique Pmot ou Pcrém d'alimentation du moteur électrique 5 nécessaire au déplacement de la crémaillère 7 et une puissance électrique Pret nécessaire au retour d'efforts sur le volant de direction 1. On obtient ainsi l'équation suivante : Pcrém = Pmot où Pmot est sensiblement égale à Prés. Il est à noter que la plus grande partie de la puissance électrique du réseau Prés est distribuée vers le moteur de direction 5 ayant une puissance électrique, par exemple d'environ 900W, plus élevée que la puissance électrique, par exemple d'environ 200W, du moteur de retour d'efforts 3. Par conséquent, le réseau d'alimentation électrique de bord du véhicule doit fournir une grande puissance électrique d'alimentation des deux moteurs électriques de retour d'efforts 3 et de direction 5 qui consomment beaucoup d'énergie. The present invention relates to a power steering device of a vehicle, in particular a motor vehicle. It applies to a decoupled direction for actuating the steering wheels of the vehicle without direct mechanical connection between the steering wheel constituting the steering member and the rack constituting the turning member steering wheels. Such a device is known by the name "Steer by Wire" whose architecture is shown in FIG. 1. The device "Steer by Wire" thus comprises a steering wheel 1 secured to a shaft 2 of an electric actuator 3 constituted by an electric motor to which are applied current or voltage instructions calculated by an electronic control unit 4 and another electric actuator 20 5 constituted by an electric motor whose output shaft carries a pinion 6 in mesh with a rack the steering wheel 7 for controlling the pivoting of the steering wheels of the vehicle according to the steering maneuvers performed on the steering wheel 1. The electric motor 5 is controlled by current or voltage setpoints calculated by another electronic control unit 8. The electric motor 3 is also called force feedback motor and the electric motor 5 is also called motor of management. The two electronic control units 4, 8 are connected by lines L1, L2 respectively of negative pole and positive pole to the vehicle electrical power supply network. The steering wheel 1 is coupled to a steering wheel angle sensor, not shown, providing a steering angle e of the steering wheel 1 to an input of the electronic control unit 8. When the driver turns the steering wheel 1, the steering wheel 1 The steering angle e is applied to the electronic control unit 8 which controls the steering motor 5 coupled to the rack 7, whereby a position control is provided thereon. During the translational movement of the rack 7, the torque P resistant to displacement thereof is measured by a sensor, not shown, and transmitted to the electronic control unit 4 driving the electric motor force return 3. In this way, a torque control is achieved on this engine which thus provides a haptic "HMI" human-machine interface necessary for the driver to evaluate the force exerted on the steering. The arrows in Figure 1 symbolize the direction of movement of various electrical powers. Thus, the two electric motors 3, 5 provide mechanical power directly from the electrical power Near the vehicle electrical network. This power is divided into two powers, an electrical power Pmot or Pcrem power of the electric motor 5 necessary for the movement of the rack 7 and a power pret necessary for the return of forces on the steering wheel 1. This provides following equation: Pcrém = Pmot where Pmot is substantially equal to Prés. It should be noted that most of the electrical power of the network Pres is distributed to the steering motor 5 having an electric power, for example about 900W, higher than the electrical power, for example about 200W, 3. As a result, the on-board power supply network of the vehicle must provide a large electrical power supply of the two force 3 and direction 5 return electric motors which consume a great deal of power. energy.
La présente invention a pour but d'éliminer l'inconvénient ci-dessus de l'architecture classique du dispositif de direction assistée du type "Steer by Wire" en proposant un dispositif de direction assistée consommant moins de puissance sur le réseau électrique de bord du véhicule. A cet effet, selon l'invention, le dispositif de direction assistée d'un véhicule comprenant un organe de direction, tel qu'un volant de direction, découplé de l'organe de braquage des roues directrices du véhicule, un actionneur électrique, tel qu'un moteur électrique, appliquant un effort de braquage sur l'organe de braquage, un actionneur électrique de restitution d'efforts de braquage sur l'organe de direction, et au moins une unité de commande électronique reliée au réseau d'alimentation électrique de véhicule et permettant de piloter au moins l'actionneur électrique de braquage des roues directrices suivant des consignes de courant ou de tension calculées par l'unité de commande et appliquées à l'actionneur électrique de braquage, est caractérisé en ce que l'actionneur de restitution d'efforts est constitué par un générateur de courant électrique, tel qu'un alternateur, fournissant du courant électrique à l'unité de commande lorsque l'organe de direction est manoeuvré et qui est appliqué par cette unité à l'actionneur de braquage des roues directrices en tant que partie du courant ou de la tension de consigne de pilotage de cet actionneur. De préférence, une diode est disposée entre l'unité de commande et le réseau d'alimentation électrique pour empêcher la circulation du courant débité par le générateur dans le réseau d'alimentation électrique. Lorsque l'organe de direction est un volant, un multiplicateur de vitesse de rotation du volant est interposé entre le volant et l'arbre du générateur de courant électrique. The present invention aims to eliminate the above disadvantage of the conventional architecture of the power steering device of the type "Steer by Wire" by providing a power steering device consuming less power on the electrical network of the vehicle. For this purpose, according to the invention, the power steering device of a vehicle comprising a steering member, such as a steering wheel, decoupled from the steering member of the steering wheels of the vehicle, an electric actuator, such as an electric motor, applying a steering effort on the steering member, an electric actuator for restoring steering forces on the steering member, and at least one electronic control unit connected to the power supply network of a vehicle and for controlling at least the electric steering actuator of the steering wheels according to current or voltage setpoints calculated by the control unit and applied to the electric steering actuator, is characterized in that the actuator of restitution of forces is constituted by an electric current generator, such as an alternator, supplying electric power to the control unit when the direct device It is operated by this unit to the steering wheel steering actuator as part of the steering current or control voltage of that actuator. Preferably, a diode is disposed between the control unit and the power supply network to prevent the flow of current delivered by the generator into the power supply network. When the steering member is a steering wheel, a multiplier of rotation speed of the steering wheel is interposed between the steering wheel and the shaft of the electric power generator.
Lorsque le générateur est un alternateur, ce dernier fait partie d'une machine électrique tournante réversible pouvant être pilotée par l'unité de commande en mode de fonctionnement de moteur électrique lors d'une faible vitesse de rotation du volant de direction pour appliquer un couple résistant au volant. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels : - la figure 1 représente un dispositif connu de 15 direction assistée d'un véhicule, du type "Steer by Wire" déjà décrite ; et - la figure 2 représente le dispositif de direction assistée d'un véhicule conforme à l'invention. Le dispositif de direction assistée d'un véhicule 20 représenté en figure 2 est du type "Steer by Wire" et comprend, comme pour celui de la figure 1, un volant de direction 1 accouplé à un arbre 2 d'entraînement d'un actionneur électrique 3 de restitution d'efforts sur le volant 1, un actionneur électrique 5, tel qu'un moteur 25 électrique de braquage des roues directrices du véhicule et dont l'arbre moteur porte un pignon 6 en engrènement avec une crémaillère de direction 7, une unité de commande électronique 8 à l'entrée de laquelle est appliqué un signal électrique représentatif de l'angle e 30 de braquage du volant 1 provenant d'un capteur d'angle de braquage, non représenté, couplé à l'arbre 2 de ce volant, l'unité 8 permettant d'appliquer au moteur électrique 5 des consignes de courant ou de tension calculées par l'unité 8 suivant notamment l'angle de 35 braquage du volant de direction 1. Lorsque la crémaillère 7 est déplacée par le moteur électrique 5 piloté par l'unité de commande électronique 8, le couple résistant au déplacement r de la crémaillère 7 est mesuré et transmis à une autre unité de commande électronique 4. Les deux unités électroniques de commande 4 et 8 sont reliées au réseau d'alimentation de bord du véhicule par l'intermédiaire de ligne d'alimentation L1, L2 reliées aux pôles positif et négatif de ce réseau d'alimentation. Selon l'invention, l'actionneur électrique 3 est constitué par un générateur de courant électrique, tel qu'un alternateur, apte à fournir un courant triphasé à l'unité de commande électronique 4 qui le convertit en courant continu appliqué à l'unité de commande électronique 8. Ainsi, le générateur 3 fournit une puissance électrique à partir d'une puissance mécanique issue du conducteur. Le volant de direction 1 est accouplé à l'arbre du générateur 3 par l'intermédiaire d'un multiplicateur de vitesse 9, connu en soi, augmentant ainsi la vitesse de rotation appliquée au volant 1 par le conducteur. Le multiplicateur 9 permet au générateur 3 de fournir un courant électrique lorsque le volant de direction est tourné à une vitesse déterminée relativement faible. Ainsi, lorsque le volant de direction 1 est tourné par le conducteur, le générateur 3 fournit une puissance électrique triphasée Pcond produite en quelque sorte par le conducteur et appliquée à l'unité de commande électronique 4 qui la convertit en puissance continue pour fournir un courant électrique continu à l'unité de commande électronique 8 utilisant ce courant en tant que partie du courant ou de tension de consigne de pilotage du moteur électrique de braquage des roues directrices par l'intermédiaire de la crémaillère 7. Lorsque le générateur 3 débite du courant, un couple résistant est présent sur son arbre et comme celui-ci est relié au volant de direction 1, le conducteur perçoit un effort ou couple résistant au volant de direction 1, permettant d'obtenir une interface homme-machine "IHM" haptique, nécessaire au conducteur pour évaluer l'effort exercé sur la direction comme dans l'architecture du dispositif de la figure 1. Pour empêcher que le courant généré par le générateur 3 puisse circuler dans le réseau d'alimentation de bord du véhicule de manière que ce courant puisse être utilisé pour alimenter le moteur de direction 5, une diode 10 est placée en tête de réseau, c'est-à-dire que sa cathode est reliée à la ligne de potentiel positif L2. Selon ce mode de fonctionnement, la puissance électrique Prés fournie par le réseau électrique de bord du véhicule se trouve réduite puisqu'une partie de la puissance électrique nécessaire au fonctionnement de la direction est générée par le générateur 3 et donc par le conducteur (P,, )d On obtient ainsi l'équation suivante : When the generator is an alternator, the latter is part of a reversible rotary electric machine that can be controlled by the control unit in the electric motor operating mode at a low speed of rotation of the steering wheel to apply a torque resistant to the steering wheel. The invention will be better understood, and other objects, features, details and advantages thereof will appear more clearly in the explanatory description which follows, with reference to the appended schematic drawings given solely by way of example, illustrating a mode of Embodiment of the invention and in which: - Figure 1 shows a known device of assisted steering of a vehicle, type "Steer by Wire" already described; and - Figure 2 shows the power steering device of a vehicle according to the invention. The power steering device of a vehicle 20 shown in FIG. 2 is of the "Steer by Wire" type and comprises, as for that of FIG. 1, a steering wheel 1 coupled to a drive shaft 2 of an actuator 3, an electric actuator 5, such as an electric steering motor 25 of the steering wheels of the vehicle and whose drive shaft carries a pinion 6 meshing with a steering rack 7, an electronic control unit 8 to the input of which is applied an electrical signal representative of the steering angle θ of the steering wheel 1 from a steering angle sensor, not shown, coupled to the shaft 2 of this flywheel, the unit 8 for applying to the electric motor 5 current or voltage setpoints calculated by the unit 8 in particular the steering angle of the steering wheel 1. When the rack 7 is moved by the electromotor 5 controlled by the electronic control unit 8, the displacement resistant torque r of the rack 7 is measured and transmitted to another electronic control unit 4. The two electronic control units 4 and 8 are connected to the control network. vehicle power supply via power line L1, L2 connected to the positive and negative poles of this power supply network. According to the invention, the electric actuator 3 consists of an electric power generator, such as an alternator, capable of supplying a three-phase current to the electronic control unit 4 which converts it into direct current applied to the unit. 8. Thus, the generator 3 provides electrical power from a mechanical power from the driver. The steering wheel 1 is coupled to the generator shaft 3 via a speed multiplier 9, known per se, thereby increasing the speed of rotation applied to the steering wheel 1 by the driver. The multiplier 9 allows the generator 3 to provide an electric current when the steering wheel is rotated at a relatively low speed. Thus, when the steering wheel 1 is turned by the driver, the generator 3 provides a three-phase electrical power Pcond produced in some way by the driver and applied to the electronic control unit 4 which converts it into continuous power to provide a current continuous electric power to the electronic control unit 8 using this current as part of the driving control voltage current or voltage of the steering wheel steering electric motor via the rack 7. When the generator 3 delivers current , a resistant torque is present on its shaft and as it is connected to the steering wheel 1, the driver perceives a force or torque resistant to the steering wheel 1, to obtain a human-machine interface "HMI" haptic, driver to evaluate the force exerted on the steering as in the architecture of the device of Figure 1. To prevent the court generated by the generator 3 can flow in the vehicle power supply network so that this current can be used to power the steering motor 5, a diode 10 is placed at the head of the network, that is to say say that its cathode is connected to the positive potential line L2. According to this mode of operation, the electrical power Pres supplied by the on-board electrical network is reduced since a part of the electrical power necessary for the operation of the steering is generated by the generator 3 and therefore by the driver (P, ,) d This gives the following equation:
Pcrém t où Pmot est sensiblement égale à Prés + d Pcrém t where Pmot is substantially equal to Prés + d
L'avantage du dispositif de l'invention est donc d'économiser de l'énergie qui au lieu d'être prélevée du réseau électrique de bord du véhicule, provient du conducteur du véhicule par l'intermédiaire du générateur de courant 3. Dans certaines phases de vie du véhicule, par exemple lors d'une très faible vitesse de rotation du volant de direction 1 lorsque le véhicule circule sur un virage prolongé ou roule sur une autoroute, il est nécessaire d'appliquer un effort au volant de direction 1 notamment pour des questions de prestation et de sécurité. Dans ces conditions, l'alternateur constituant le générateur électrique 3 fait partie d'une machine électrique tournante réversible de manière que cette machine puisse passer du mode de fonctionnement alternateur en mode de fonctionnement moteur électrique en agissant sur la commande des composants électroniques de puissance présents dans l'unité de commande électronique 8 de manière à alimenter en courant continu l'alternateur 3 à partir du réseau de puissance Prés. De la sorte, le dispositif applique un couple résistant au volant de direction 1 de la même manière que dans le dispositif classique de la figure 1. The advantage of the device of the invention is therefore to save energy which, instead of being taken from the on-board electrical network, comes from the driver of the vehicle via the current generator 3. phases of vehicle life, for example during a very low speed of rotation of the steering wheel 1 when the vehicle is traveling on a long bend or is driving on a motorway, it is necessary to apply a force to the steering wheel 1 in particular for service and safety issues. Under these conditions, the alternator constituting the electric generator 3 is part of a reversible rotating electrical machine so that this machine can switch from the alternator operating mode to the electric motor operating mode by acting on the control of the electronic power components present in the electronic control unit 8 so as to supply the alternator 3 with DC power from the power network Pres. In this way, the device applies a torque resistant steering wheel 1 in the same manner as in the conventional device of Figure 1.