FR3071474A1 - STEERING DEVICE FOR A MOTOR VEHICLE AND CORRESPONDING CONTROL METHOD - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif (1) de direction pour véhicule automobile, comprenant : - deux capteurs (21,22) adaptés à déterminer une valeur relative à un angle de braquage d'au moins une roue directrice (50) du véhicule automobile, - une unité de pilotage (40) adaptée à élaborer une consigne de pilotage, - deux actionneurs (11,12) adaptés à agir sur l'angle de braquage de chaque roue directrice, compte tenu de ladite consigne de pilotage. Selon l'invention, l'unité de pilotage est adaptée à systématiquement transmettre la même consigne de pilotage aux deux actionneurs.The invention relates to a device (1) for steering a motor vehicle, comprising: - two sensors (21,22) adapted to determine a value relative to a steering angle of at least one steering wheel (50) of the motor vehicle, - A control unit (40) adapted to develop a steering setpoint, - two actuators (11,12) adapted to act on the steering angle of each steering wheel, given said steering set. According to the invention, the control unit is adapted to systematically transmit the same control setpoint to the two actuators.
Description
Domaine technique auquel se rapporte l'inventionTechnical field to which the invention relates
La présente invention concerne de manière générale les systèmes de direction pour véhicules automobiles.The present invention relates generally to steering systems for motor vehicles.
Elle concerne plus particulièrement un dispositif de direction pour véhicule automobile, comprenant :It relates more particularly to a steering device for a motor vehicle, comprising:
- une unité de pilotage adaptée à élaborer une consigne de pilotage, et- a piloting unit adapted to draw up a piloting instruction, and
- deux actionneurs adaptés à agir sur l’angle de braquage de chaque roue directrice (c’est-à-dire adaptés à forcer les roues directrices à pivoter), compte tenu de ladite consigne de pilotage.- two actuators adapted to act on the steering angle of each steerable wheel (that is to say adapted to force the steerable wheels to pivot), taking into account said steering command.
L’invention concerne également un véhicule automobile équipé d’un tel dispositif. Avantageusement, ce véhicule automobile peut être du type « autonome ».The invention also relates to a motor vehicle equipped with such a device. Advantageously, this motor vehicle can be of the "autonomous" type.
L’invention concerne aussi un procédé de commande de direction de véhicule automobile, comprenant :The invention also relates to a motor vehicle steering control method, comprising:
- une étape d’élaboration d’une consigne de pilotage de deux actionneurs pouvant agir sur l’angle de braquage de chaque roue directrice, eta step of developing a control instruction for two actuators which can act on the steering angle of each steerable wheel, and
- une étape de commande de l’angle de braquage de chaque roue directrice par chaque actionneur, compte-tenu de ladite consigne de pilotage.- a step of controlling the steering angle of each steerable wheel by each actuator, taking into account said steering instruction.
Arriere-plan technologiqueTechnological background
Les véhicules automobiles sont généralement équipés d’un système de direction comprenant un volant, une colonne de direction et un bras de commande qui est couplé, d’un côté, à la colonne de direction par une liaison pignoncrémaillère, et, de l’autre, aux roues directrices.Motor vehicles are generally equipped with a steering system comprising a steering wheel, a steering column and a control arm which is coupled, on one side, to the steering column by a rack and pinion link, and, on the other , to the steering wheels.
Il est connu d’équiper ce système de direction d’un module de direction assistée permettant de réduire l’effort que le conducteur doit exercer sur le volant pour faire pivoter les roues directrices du véhicule.It is known to equip this steering system with a power steering module making it possible to reduce the effort that the driver has to exert on the steering wheel to rotate the steering wheels of the vehicle.
Il est par ailleurs connu du document FR2819474 de doubler ce module de direction assistée de façon à ce que, en cas de panne du premier module de direction assistée, le second module puisse prendre le relais. On parle alors de « redondance » des modules de direction assistée.It is also known from document FR2819474 to double this power steering module so that, in the event of failure of the first power steering module, the second module can take over. This is called “redundancy” of the power steering modules.
Dans ce document, le second module de direction assistée est piloté à l’état arrêté tant que le premier module fonctionne. En cas de défaillance, ce second module de direction assistée est piloté pour compenser, dans une phase transitoire, la défaillance du premier module.In this document, the second power steering module is controlled in the stopped state as long as the first module is operating. In the event of a failure, this second power steering module is controlled to compensate, in a transient phase, for the failure of the first module.
Un inconvénient de cette solution technique est sa complexité, notamment dans les mécanismes de coordination entre composants redondés. Il est en effet nécessaire de concevoir un système de surveillance mutuelle des modules, et un séquencement synchronisé d’actions en cas de défaillance.A drawback of this technical solution is its complexity, especially in the coordination mechanisms between redundant components. It is indeed necessary to design a system for mutual monitoring of the modules, and a synchronized sequencing of actions in the event of failure.
Objet de l’inventionObject of the invention
Pour remédier à ce problème technique, la présente invention propose un dispositif tel que défini en introduction, dans lequel un premier des actionneurs et un deuxième des actionneurs sont adaptés à agir sur l’angle de braquage de chaque roue directrice en exerçant un effort sur une chaîne de direction, et dans lequel l’unité de pilotage est adaptée à systématiquement transmettre la même consigne de pilotage aux premier et deuxième actionneurs.To remedy this technical problem, the present invention provides a device as defined in the introduction, in which a first of the actuators and a second of the actuators are adapted to act on the steering angle of each steerable wheel by exerting a force on a steering chain, and in which the control unit is adapted to systematically transmit the same control instruction to the first and second actuators.
Autrement formulé, la consigne de pilotage transmise à chaque actionneur est toujours la même, quel que soit l’état de l’un et de l’autre des actionneurs.Otherwise formulated, the control setpoint transmitted to each actuator is always the same, regardless of the state of either of the actuators.
Tant qu’il n’y a pas de défaillance, les actionneurs sont donc pilotés à l’état actif pour travailler en parallèle, afin de tenter chacun de satisfaire la consigne de pilotage. En revanche, en cas de défaillance de l’un des actionneurs, l’autre actionneur travaille seul, toujours en vue de satisfaire la consigne de pilotage.As long as there is no failure, the actuators are therefore piloted in the active state to work in parallel, in order to each attempt to satisfy the piloting instruction. On the other hand, in the event of failure of one of the actuators, the other actuator works alone, always with a view to satisfying the piloting instruction.
Ainsi, grâce à l’invention, il est possible de concevoir un véhicule automobile simple et peu onéreux, avec un haut niveau de sécurité, pouvant notamment être piloté de façon autonome.Thus, thanks to the invention, it is possible to design a simple and inexpensive motor vehicle, with a high level of safety, which can in particular be controlled independently.
D’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du dispositif de direction conforme à l’invention sont les suivantes :Other advantageous and non-limiting characteristics of the steering device according to the invention are as follows:
- il est prévu deux capteurs adaptés à déterminer une valeur relative à un angle de braquage d’au moins une roue directrice du véhicule automobile ;- There are two sensors adapted to determine a value relating to a steering angle of at least one steer wheel of the motor vehicle;
- les premier et deuxième actionneurs comprennent chacun un calculateur qui est adapté à communiquer avec l’unité de pilotage et qui est adapté à calculer une consigne corrigée en fonction de ladite consigne de pilotage et de la valeur relevée par l’un au moins desdits capteurs ;- The first and second actuators each include a computer which is adapted to communicate with the control unit and which is adapted to calculate a corrected setpoint according to said control setpoint and the value recorded by at least one of said sensors ;
- les premier et deuxième actionneurs sont associés respectivement aux deux capteurs, et chaque actionneur est adapté à calculer la consigne corrigée en fonction de la valeur relevée par le capteur qui lui est associé, à l’exclusion de la valeur relevée par l’autre capteur (c’est-à-dire sans tenir compte de la valeur relevée par l’autre capteur) ;the first and second actuators are respectively associated with the two sensors, and each actuator is suitable for calculating the corrected setpoint as a function of the value recorded by the sensor which is associated with it, excluding the value recorded by the other sensor (i.e. without taking into account the value read by the other sensor);
- l’effort maximum que le premier des deux actionneurs est adapté à exercer sur la chaîne de direction est plus important que l’effort maximum que le second des deux actionneurs est adapté à exercer sur la chaîne de direction ;- the maximum effort that the first of the two actuators is adapted to exert on the steering chain is greater than the maximum effort that the second of the two actuators is adapted to exert on the steering chain;
- le premier des deux actionneurs est adapté à agir plus rapidement sur l’angle de braquage que le second actionneur ;- The first of the two actuators is adapted to act more quickly on the steering angle than the second actuator;
- le premier des deux actionneurs se situe, le long de ladite chaîne de direction, plus près des roues que le second actionneur ;- The first of the two actuators is located, along said steering chain, closer to the wheels than the second actuator;
- la chaîne de direction comprend une colonne de direction sur laquelle est placé l’un des actionneurs et un bras de commande qui est connecté à la colonne de direction par une liaison pignon-crémaillère et sur lequel est placé l’autre actionneur ;- the steering chain comprises a steering column on which one of the actuators is placed and a control arm which is connected to the steering column by a pinion-rack link and on which the other actuator is placed;
- l’unité de pilotage comprend un contrôleur de conduite autonome, adapté à élaborer la consigne de pilotage en fonction de mesures effectuées par des capteurs d’environnement équipant le véhicule automobile et indépendamment de toute requête émise par un passager du véhicule automobile.- the steering unit includes an autonomous driving controller, suitable for developing the steering instruction as a function of measurements carried out by environmental sensors fitted to the motor vehicle and independently of any request made by a passenger of the motor vehicle.
L’invention concerne aussi un procédé de commande de direction de véhicule automobile tel que défini en introduction, dans lequel l’unité de pilotage transmet systématiquement la même consigne de pilotage aux deux actionneurs.The invention also relates to a motor vehicle steering control method as defined in the introduction, in which the control unit systematically transmits the same control instruction to the two actuators.
Avantageusement, les actionneurs agissent de manière asynchrone.Advantageously, the actuators act asynchronously.
Description detaillee d’un exemple de réalisationDetailed description of an exemplary embodiment
La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d’exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée.The description which follows with reference to the appended drawing, given by way of nonlimiting example, will make it clear what the invention consists of and how it can be carried out.
Sur le dessin annexé, la figure 1 est une représentation schématique du système de direction d’un véhicule automobile.In the accompanying drawing, Figure 1 is a schematic representation of the steering system of a motor vehicle.
Un véhicule automobile comporte généralement un châssis et des roues. Il peut comporter une roue directrice (notamment dans le cas d’un véhicule à trois roues) ou davantage de roues directrices.A motor vehicle generally comprises a chassis and wheels. It can have a steerable wheel (especially in the case of a three-wheeled vehicle) or more steerable wheels.
Comme le montre la figure 1, on considérera ici qu’il comporte deux roues directrices 50.As shown in FIG. 1, we will consider here that it comprises two steered wheels 50.
Ce véhicule automobile comporte une chaîne de direction 70 qui permet d’agir sur l’angle de braquage des roues directrices 50 afin de modifier la trajectoire du véhicule automobile.This motor vehicle comprises a steering chain 70 which makes it possible to act on the steering angle of the steered wheels 50 in order to modify the trajectory of the motor vehicle.
Dans l’exemple de réalisation représenté sur la figure 1, la chaîne de direction 70 comprend une colonne de direction 71 et un bras de commande 72 qui est couplé à la colonne de direction 71, par exemple par une liaison pignoncrémaillère 73. Alors que le pignon est fixé à l’extrémité de la colonne de direction 71, la crémaillère est fixée au bras de commande 72. On peut d’ailleurs envisager que le bras de commande 72 soit tout entier formé par la crémaillère.In the embodiment shown in FIG. 1, the steering chain 70 comprises a steering column 71 and a control arm 72 which is coupled to the steering column 71, for example by a rack and pinion link 73. While the pinion is fixed to the end of the steering column 71, the rack is fixed to the control arm 72. It can also be envisaged that the control arm 72 is entirely formed by the rack.
La chaîne de direction 70 comporte par ailleurs des biellettes (non représentées) qui sont connectées aux extrémités du bras de commande 72 et qui assurent la liaison avec les roues directrices 50.The steering chain 70 also comprises links (not shown) which are connected to the ends of the control arm 72 and which provide the connection with the steered wheels 50.
Le dispositif de direction 1 est équipé de deux actionneurs 11, 12 pouvant chacun exercer un effort sur la chaîne de direction 70 de façon à faire varier l’angle de braquage des roues directrices 50.The steering device 1 is equipped with two actuators 11, 12 which can each exert a force on the steering chain 70 so as to vary the steering angle of the steered wheels 50.
Un premier des actionneurs 11 est adapté à exercer un effort sur le bras de commande 72 de façon à le faire coulisser par rapport au châssis du véhicule, tandis que le second actionneur 12 est adapté à exercer un effort sur la colonne de direction 71 de façon à la faire pivoter par rapport au châssis du véhicule.A first of the actuators 11 is adapted to exert a force on the control arm 72 so as to make it slide relative to the chassis of the vehicle, while the second actuator 12 is adapted to exert a force on the steering column 71 so to rotate it relative to the vehicle chassis.
Chaque actionneur peut par exemple se présenter sous la forme d’un vérin ou d’un moteur électrique.Each actuator can for example be in the form of a jack or an electric motor.
Préférentiellement, les deux actionneurs 11, 12 présentent des caractéristiques différentes. Ainsi peut-on prévoir que le premier actionneur 11 soit conçu pour commander à lui seul le braquage des roues en toute circonstance (notamment dans les manœuvres à basses vitesses telles que les manœuvres de parking) alors que le second actionneur 12 présentera des propriétés moindres (et qu’il ne sera par exemple pas en mesure de commander à lui seul le braquage des roues à très basse vitesse sur une durée prolongée).Preferably, the two actuators 11, 12 have different characteristics. We can therefore foresee that the first actuator 11 is designed to control the turning of the wheels on its own in all circumstances (in particular in low-speed maneuvers such as parking maneuvers) while the second actuator 12 will have less properties ( and that for example it will not be able to control the turning of the wheels at very low speed alone for an extended period of time).
En l’espèce, le premier actionneur 11 est adapté à exercer sur la chaîne de direction un effort maximum qui est très supérieur à l’effort maximum pouvant être appliqué par le second actionneur 12 (par exemple au moins 50% plus grand que celui-ci).In this case, the first actuator 11 is adapted to exert on the steering chain a maximum force which is much greater than the maximum force that can be applied by the second actuator 12 (for example at least 50% greater than that- this).
En outre, le premier actionneur 11 est adapté à faire varier l’angle de braquage des roues directrices 50 à une vitesse strictement supérieure à celle à laquelle le second actionneur 12 est adapté à faire varier l’angle de braquage des roues directrices 50.In addition, the first actuator 11 is adapted to vary the steering angle of the steering wheels 50 at a speed strictly greater than that at which the second actuator 12 is adapted to vary the steering angle of the steering wheels 50.
Ici, le premier des actionneurs 11 (le plus performant) est plus près des roues que le deuxième actionneur 12. Ainsi l’effort que ce premier actionneur 11 devra fournir sera moindre car son application se fera au plus près des roues directrices 50.Here, the first of the actuators 11 (the most efficient) is closer to the wheels than the second actuator 12. Thus the effort that this first actuator 11 will have to provide will be less because its application will be made as close as possible to the steering wheels 50.
Avantageusement, les deux actionneurs 11, 12 sont situés sur des pièces différentes de la chaîne de direction 70. Ainsi, si les actionneurs 11 ,12 devaient légèrement se contredire du fait de certaines incertitudes et décalages temporaires ou spatiaux, cette contradiction serait absorbée par les jeux et élasticités qui existent entre le haut de la colonne de direction et la crémaillère. Au pire, ce serait le premier actionneur 11 qui imposerait son action par la force.Advantageously, the two actuators 11, 12 are located on different parts of the steering chain 70. Thus, if the actuators 11, 12 were to slightly contradict each other due to certain uncertainties and temporary or spatial shifts, this contradiction would be absorbed by the clearances and elasticities that exist between the top of the steering column and the rack. At worst, it would be the first actuator 11 which would impose its action by force.
Comme le montre la figure 1, le dispositif de direction 1 comporte également une unité de pilotage 40.As shown in FIG. 1, the steering device 1 also includes a control unit 40.
Cette unité de pilotage 40 comporte notamment un processeur (CPU), une mémoire vive (RAM), une mémoire morte (ROM), et différentes interfaces d'entrée et de sortie.This control unit 40 notably includes a processor (CPU), a random access memory (RAM), a read only memory (ROM), and various input and output interfaces.
La mémoire morte mémorise des données utilisées dans le cadre du procédé décrit ci-dessous. Elle mémorise notamment une application informatique, constituée de programmes d’ordinateur comprenant des instructions dont l’exécution par le processeur permet la mise en œuvre par l’unité de pilotage du procédé décrit ci-après.The ROM stores data used in the process described below. It stores in particular a computer application, consisting of computer programs comprising instructions whose execution by the processor allows the implementation by the control unit of the method described below.
Grâce à ses interfaces de sortie, l’unité de pilotage 40 est adaptée à communiquer avec les deux actionneurs 11, 12.Thanks to its output interfaces, the control unit 40 is adapted to communicate with the two actuators 11, 12.
Le véhicule automobile est préférentiellement du type « autonome », c’est-à-dire qu’il est conçu pour suivre un trajet prédéfini sans que le conducteur du véhicule n’ait à exercer une quelconque action (autre que celle de définir le point d’arrivée).The motor vehicle is preferably of the "autonomous" type, that is to say that it is designed to follow a predefined path without the driver of the vehicle having to exert any action (other than that of defining the point arrival).
L’unité de pilotage 40 comporte à cet effet un contrôleur de conduite autonome 41 qui permet d’élaborer une consigne de pilotage des actionneurs 11, 12, indépendamment de toute requête émise par le conducteur. Cette consigne de pilotage est alors élaborée en fonction de mesures effectuées par des capteurs d’environnement extérieur équipant le véhicule automobile, tels que des caméras et des télédétecteurs LIDAR ou RADAR.The piloting unit 40 includes for this purpose an autonomous driving controller 41 which makes it possible to draw up a piloting instruction for the actuators 11, 12, independently of any request sent by the driver. This piloting instruction is then developed as a function of measurements carried out by sensors of the external environment equipping the motor vehicle, such as cameras and LIDAR or RADAR remote detectors.
On notera à ce stade qu’ici, la colonne de direction 71 est représentée comme étant connectée à un volant 60 accessible au conducteur, mais en variante, on pourrait prévoir que le véhicule automobile soit dépourvu de volant.It will be noted at this stage that here, the steering column 71 is shown as being connected to a steering wheel 60 accessible to the driver, but as a variant, it could be provided that the motor vehicle does not have a steering wheel.
Ici, de façon préférentielle, chaque actionneur 11, 12 est équipé de son propre calculateur informatique 31, 32 et est associé à un capteur 21, 22 adapté à mesurer un paramètre relatif à l’angle de braquage réellement appliqué au roues directrices.Here, preferably, each actuator 11, 12 is equipped with its own computer calculator 31, 32 and is associated with a sensor 21, 22 adapted to measure a parameter relating to the steering angle actually applied to the steered wheels.
L’un des capteurs 21 est par exemple adapté à déterminer le déplacement transversal de la crémaillère tandis que l’autre capteur 22 est adapté à mesurer l’angle de pivotement de la colonne de direction 71.One of the sensors 21 is for example adapted to determine the transverse displacement of the rack while the other sensor 22 is adapted to measure the pivoting angle of the steering column 71.
Le calculateur informatique 31, 32 est adapté à recevoir exclusivement les données relevées par le capteur 21, 22 qui lui est associé ainsi que la consigne de pilotage émise par l’unité de pilotage 40, et à en déduire une consigne de pilotage corrigée. C’est selon cette consigne de pilotage corrigée que chaque actionneur 31, 32 va effectivement agir sur l’angle de braquage des roues directrices 50, ce qui permet de réduire au mieux les erreurs de pilotage des roues directrices 50.The computer 31, 32 is adapted to receive exclusively the data recorded by the sensor 21, 22 which is associated with it as well as the piloting instruction issued by the piloting unit 40, and to deduce therefrom a corrected piloting instruction. It is according to this corrected steering instruction that each actuator 31, 32 will effectively act on the steering angle of the steered wheels 50, which makes it possible to best reduce the steering errors of the steered wheels 50.
Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l’invention, l’unité de pilotage 40 est programmée pour ne calculer, à chaque instant, qu’une seule et unique consigne de pilotage de l’inclinaison des rues directrices 50 et pour systématiquement envoyer cette seule et même consigne de pilotage aux deux actionneurs 11,12. Cette consigne de pilotage est systématiquement la même, en ce sens qu’il n’est pas prévu d’envoyer une consigne différente à l’un ou l’autre des actionneurs, notamment lorsque l’un des actionneurs 11, 12 présente une défaillance. Ainsi, il n’y a pas de coordination entre les actionneurs 11,12 : on dit qu’ils sont « silencieux à la défaillance ».According to a particularly advantageous characteristic of the invention, the control unit 40 is programmed to calculate, at each instant, only one and only single command for controlling the inclination of the directing streets 50 and to systematically send this single and same control instruction to the two actuators 11,12. This control instruction is systematically the same, in the sense that it is not intended to send a different instruction to one or the other of the actuators, in particular when one of the actuators 11, 12 has a fault. . Thus, there is no coordination between the actuators 11,12: they are said to be "silent on failure".
Les deux actionneurs 11 et 12, lorsqu’ils reçoivent cette consigne de pilotage, la corrigent compte tenu des mesures effectuées par les capteurs 21, 22. Ils exercent alors un effort sur la chaîne de direction 70 de manière parallèle et asynchrone, de façon à imposer aux deux roues directrices 50 l’angle de braquage voulu par l’unité de pilotage 40.The two actuators 11 and 12, when they receive this control instruction, correct it taking into account the measurements made by the sensors 21, 22. They then exert a force on the steering chain 70 in a parallel and asynchronous manner, so as to impose on the two steered wheels 50 the turning angle desired by the control unit 40.
Dans le cas où l’ensemble du dispositif de direction 1 fonctionne correctement, c’est le premier actionneur 11 (plus rapide et plus fort) qui va piloter l’orientation des roues directrices 50.In the event that the entire steering device 1 operates correctly, it is the first actuator 11 (faster and stronger) which will drive the orientation of the steered wheels 50.
En cas de défaillance de l’un des actionneurs 11,12, celui-ci devient passif et l’autre assure à lui seul la commande de la direction.In the event of failure of one of the actuators 11,12, it becomes passive and the other alone assumes control of the steering.
Aucun mécanisme de synchronisation n’est donc nécessaire, évitant ainsi trop de complexité dans le dispositif de direction 1.No synchronization mechanism is therefore necessary, thus avoiding too much complexity in the steering device 1.
Ce peu de complexité et la redondance de l’ensemble des composants du dispositif de direction 1 forment deux critères qui indiquent qu’il est possible d’équiper des véhicules autonomes de ce dispositif de direction 1, en s’assurant d’une fiabilité conforme à la norme ASIL-D.This lack of complexity and the redundancy of all the components of the steering device 1 form two criteria which indicate that it is possible to equip autonomous vehicles with this steering device 1, while ensuring consistent reliability. to the ASIL-D standard.
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