FR3074759B1 - Procede de controle d’un systeme de direction avec deux motorisations redondantes - Google Patents

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Abstract

Procédé de contrôle d'un système de direction d'un véhicule automobile, comportant deux canaux (12) disposés en parallèle comprenant chacun une motorisation électrique délivrant une force d'assistance sur la direction du véhicule (2), afin d'obtenir une somme des deux forces d'assistance délivrées correspondant à un besoin total de force d'assistance demandée, ce procédé étant remarquable en ce qu'un premier canal délivre une première part du besoin total de force d'assistance, et en ce que le second canal délivre une part complémentaire variable de force d'assistance, correspondant à la différence entre la première part estimée ou mesurée de force réellement délivrée, et le besoin total de force.

Description

Procédé de contrôle d’un système de direction avec deux motorisations redondantes
La présente invention concerne un procédé de contrôle d’un système de direction de véhicule automobile, ainsi qu’un système de direction comportant des moyens mettant en œuvre un tel procédé de contrôle.
Les véhicules automobiles comportent généralement un système de direction comprenant une motorisation délivrant un couple sur la direction du véhicule, qui dépend du couple appliqué par le conducteur sur le volant de direction, mesuré par un capteur d’intention du conducteur, afin de fournir une partie de l’effort nécessaire pour le pivotement des roues.
Par ailleurs les constructeurs automobiles développent aujourd’hui des fonctions de conduite autonome, permettant de réaliser de manière plus ou moins automatique certains modes de roulage, comme des fonctions de parking automatique du véhicule, de roulage dans les bouchons, de suivi d’un véhicule précédent, ou même de conduite complètement autonome suivant les conditions. Ces différentes fonctions font appel au système de direction pour réaliser avec leurs motorisations le pivotement des roues.
La sûreté de fonctionnement du système de direction est donc importante, pour l’assistance d’une conduite manuelle comme pour les fonctions de conduite autonome.
Pour cela il est connu d’installer sur des systèmes de direction deux motorisations disposées en parallèle, comprenant chacune un moteur électrique avec son alimentation propre pouvant appliquer de manière indépendante un couple d’assistance sur la direction.
On réalise en particulier une redondance complète comprenant l’installation de deux canaux autonomes équivalents disposés en parallèle, comportant chacun une motorisation avec son alimentation, des capteurs de mesure d’intention du conducteur, et différentes fonctions comme la réception de signaux venant du véhicule, le contrôle du système et le contrôle de la motorisation.
Un procédé connu de contrôle de ces deux canaux d’assistance dans un mode normal de fonctionnement, assure une délivrance de puissance d’actionnement de la direction identique pour ces deux canaux, ce qui permet de réaliser une égalité complète de fonctionnement des deux motorisations.
Dans le cas d’une défaillance partielle ou totale d’un des canaux, qui peut venir de tous les éléments du canal comme la motorisation, son alimentation, ses capteurs ou ses autres fonctions, l’autre canal délivre dans un mode de fonctionnement dégradé au moins en partie la puissance d’actionnement nécessaire.
Toutefois ce type de fonctionnement pose un premier problème pour délivrer une puissance d’actionnement identique sur les deux canaux, à cause de la nécessité de contrôler parfaitement la synchronisation des deux motorisations, comprenant le contrôle du temps et de l’amplitude du signal de contrôle.
Dans le cas d’un déséquilibre ou d’une désynchronisation des puissances délivrées par les deux motorisations, on obtient des pertes de rendement de ces motorisations, et une instabilité. Il en résulte une diminution des performances du système d’assistance, qui nécessite une augmentation de la puissance installée pour compenser ces pertes, entraînant des coûts supplémentaires.
On peut aussi obtenir une génération de vibrations des motorisations qui affectent le confort de conduite, et une diminution des temps de réponse aux demandes du conducteur, préjudiciable en cas d’actionnement rapide de la direction par le conducteur.
Un deuxième problème posé est d’obtenir une puissance égale délivrée par les deux sources de puissance électrique alimentant les deux canaux. En effet le véhicule peut être équipé de deux réseaux d’alimentation indépendants, leurs conditions respectives de fonctionnement peuvent être variable et affecter l’alimentation des deux canaux qui délivrent alors une puissance différente. Cette différence peut entraîner des perturbations de fonctionnement d’un canal par rapport à l’autre, affectant leur synchronisation et l’égalité de fonctionnement.
Un tel problème nécessite des adaptations des deux réseaux d’alimentation entraînant des coûts, pour assurer dans toutes les conditions la délivrance d’une puissance identique. De plus il faut réduire la puissance d’un deuxième canal dans le cas où le premier canal présente une capacité limitée pour conserver l’égalité, ce qui représente une perte globale de puissance fournie par le système d’assistance.
Ce premier et ce deuxième problème génère d’une part des contraintes de liens physiques entre les deux canaux pour assurer leur synchronisation, et d’autre part une contrainte de contrôle de leurs réseaux propres d’alimentation.
Ces deux contraintes limitent fortement la capacité des deux canaux à être réellement indépendants l’un de l’autre. Une liaison plus forte entre les deux canaux pour assurer une performance suffisante, augmente la facilité de propagation d’erreurs allant d’un canal vers l’autre, et complique l’établissement de leurs diagnostics.
Si un canal détecte une défaillance, il doit être mis hors service et l’autre canal doit être gardé comme canal de secours. Si les deux canaux sont fortement liés ensemble, un diagnostic rapide de la défaillance devient difficile à réaliser avant toute propagation de défauts au système complet. Des diagnostics additionnels doivent alors être exécutés pour vérifier que le lien entre les deux canaux n’est pas l’élément fautif. Si cela apparaît, la décision de basculer d’un canal vers l’autre devient délicate.
La présente invention a notamment pour but d’éviter ces inconvénients de la technique antérieure.
Elle propose à cet effet un procédé de contrôle d’un système de direction d’un véhicule automobile, comportant deux canaux disposés en parallèle comprenant chacun une motorisation électrique délivrant une force d’assistance sur la direction du véhicule, afin d’obtenir une somme des deux forces d’assistance délivrées correspondant à un besoin total de force d’assistance demandée, ce procédé étant remarquable en ce qu’un premier canal délivre une première part du besoin total de force d’assistance, et en ce que le second canal délivre une part complémentaire variable de force d’assistance, correspondant à la différence entre la première part estimée ou mesurée de force réellement délivrée, et le besoin total de force.
Le premier canal délivre une première part du besoin total de force d’assistance et le deuxième canal délivre, sur la base d’une estimation ou d’une mesure de la force réellement délivrée, une part complémentaire variable de force d’assistance pour atteindre le besoin total de force.
Un avantage de ce procédé de contrôle est que de manière simple et efficace, sans synchroniser les motorisations, on évalue la première part de force réellement délivrée par le premier canal, qui peut être une part importante du besoin total, pour en déduire par comparaison en temps réel avec le besoin total de force, la part complémentaire que le deuxième canal doit délivrer. Le contrôle des deux canaux n’est plus simultané, mais successif.
De cette manière en cas de défaillance du premier canal ne délivrant plus ou de manière incomplète sa part, la part complémentaire à délivrer par le deuxième canal augmente alors automatiquement en fonction de cette défaillance du premier canal, pour fournir obligatoirement la part complémentaire permettant d’obtenir le besoin total.
Le procédé de contrôle selon l’invention peut comporter de plus une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles.
Avantageusement, la première part du besoin total de force correspond à un pourcentage de ce besoin total de force.
En particulier, la première part du besoin total de force peut correspondre à la totalité de ce besoin total de force. De cette manière le calcul de la première part est simplifié.
Avantageusement, le procédé alterne régulièrement entre les deux canaux la fonction de premier canal délivrant la première part du besoin total de force d’assistance. On répartit ainsi le fonctionnement de manière plus équilibrée sur les deux canaux.
Avantageusement, le procédé utilise un premier paramètre venant d’une fonction d’estimation ou de mesure de la situation du réseau électrique du véhicule, comportant en particulier la tension, l’intensité ou la puissance électrique délivrable par ce réseau, pour calculer les parts de force.
Avantageusement, le procédé utilise un deuxième paramètre délivré par une fonction d’établissement d’instructions de direction venant du véhicule ou d’une source extérieure afin d’aider à la manœuvre de cette direction, pour calculer les parts de force.
Avantageusement, le procédé utilise un troisième paramètre délivré par une fonction de mesure de la situation dynamique du véhicule, mesurant notamment la vitesse du véhicule, son accélération latérale, longitudinale ou verticale, ou son angle de dérive, pour calculer les parts de force.
Avantageusement, le procédé utilise un quatrième paramètre délivré par une fonction de détection du véhicule dans son environnement, établissant notamment sa géolocalisation avec un système global de positionnement, ou sa position sur une carte, pour calculer les parts de force.
L’invention a aussi pour objet un système de direction comportant des moyens mettant en œuvre un procédé de contrôle de ce système de direction comprenant l’une quelconque des caractéristiques précédentes.
En particulier, le système de direction peut comporter deux moteurs électriques délivrant chacun un couple sur la direction du véhicule.
L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d’exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est un schéma d’une direction de véhicule automobile mettant en œuvre un procédé de contrôle selon l’invention ; et
- la figure 2 est un organigramme présentant le fonctionnement de ce procédé de contrôle.
La figure 1 présente un boîtier de direction 2 comportant une crémaillère disposée transversalement dans le véhicule, dont chaque extrémité est reliée par une biellette 4 à un moyeu de roue avant 6 afin de le faire pivoter pour assurer la direction du véhicule.
Une colonne de direction équipée d’un volant 8 manœuvré par le conducteur, reliée au boîtier 2, comporte un capteur d’effort appliqué par le conducteur sur cette colonne, constituant un dispositif de mesure de l’intention du conducteur 10.
Deux motorisations électriques 12 formant chacune un canal comportant son alimentation électrique de puissance et ses moyens de contrôle, appliquent de manière indépendante un couple sur le boîtier de direction 2, afin d’ajouter une force totale à celle délivrée par le conducteur sur le volant 8 pour donner une assistance dans le cas d’une conduite manuelle, ou de réaliser une direction automatique dans le cas d’une conduite autonome du véhicule.
Les motorisations électriques 12 peuvent comporter chacune un moteur électrique délivrant un couple, comme présenté par la suite, ou en variante tout autre moyen électromagnétique appliquant un couple ou une force sur le boîtier de direction 2, sous forme d’une rotation ou d’une translation. Par la suite l’action des motorisations 12 sera indifféremment appelée couple ou force.
Un calculateur de contrôle 16 est relié au capteur d’intention du conducteur 10, ainsi qu’aux motorisations 12 et à leurs alimentations électriques, afin d’établir des consignes de couple pour chacun des moteurs, notamment en fonction de différents paramètres reçus de l’extérieur 14.
La figure 2 présente le dispositif de mesure de l’intention du conducteur 10, comportant le capteur d’effort appliqué par le conducteur sur la colonne de direction, envoyant des informations à une fonction de mesure de la force d’assistance réellement appliquée 20 par chaque moteur électrique 12. La force d’assistance appliquée peut être en particulier le couple réellement délivré par chacune des motorisations 12, formant une information reçue du groupe des motorisations 22 comportant ces deux motorisations.
La fonction de mesure de force d’assistance appliquée 20 envoie une information à une fonction de calcul du besoin total de force d’assistance 24, qui réalise ce calcul à partir de tout ou partie des informations qui lui sont délivrées.
La fonction de calcul du besoin total de force d’assistance 24 envoie le besoin de force totale d’assistance formant un premier signal 30 à une fonction de contrôle des éléments redondants 26 constitués par les deux motorisations 12, qui calcule la cible de force d’assistance destinée à chacune des motorisations contenue dans le groupe des motorisations 22, en leur délivrant à chacune un signal de consigne individuelle de couple D1, D2.
En variante le groupe des motorisations 22 peut contenir plus de deux motorisations 12 redondantes, afin d’augmenter le niveau de sécurité.
Le système de contrôle de chaque motorisation 12 reçoit le signal de consigne individuelle de couple D1, D2 qui lui est destiné, pour commander l’alimentation électronique de puissance de son moteur électrique afin qu’il délivre un couple moteur correspondant à cette consigne.
Chaque motorisation 12 envoie ensuite une information à une fonction d’estimation ou de mesure de la capacité des moteurs électriques 28 à délivrer le couple correspondant à sa consigne individuelle D1, D2. La fonction d’estimation ou de mesure 28 délivre en retour cette estimation ou mesure formant un deuxième signal 32 à la fonction de contrôle des éléments redondants 26.
De cette manière la fonction de contrôle des éléments redondants 26 dispose à la fois du besoin total de force d’assistance 30 établi par la fonction de calcul de cible de force d’assistance 24, et prend en compte l’estimation ou mesure du deuxième signal 32 représentant la capacité de chaque motorisation 12 à délivrer le couple qui lui est demandé, pour ajuster le signal de consigne individuel qu’il va demander à chacune de ces motorisations.
En particulier la fonction de contrôle des éléments redondants 26 prend en compte en temps réel les particularités de fonctionnement de chaque motorisation 12, suivant l’évolution de son état, pour répartir la consigne individuelle de couple D1, D2 entre les deux motorisations afin d’obtenir une somme de couple délivré correspondant au besoin total de force d’assistance 30.
La fonction de contrôle des éléments redondants 26 reçoit plusieurs paramètres extérieurs 14 pour calculer les consignes D1, D2, comprenant un premier paramètre venant d’une fonction d’estimation ou de mesure de la situation du réseau électrique du véhicule 40, comportant en particulier la tension, l’intensité et la puissance électrique délivrable par ce réseau.
De cette manière la fonction de contrôle des éléments redondants 26 connaît en temps réel la possibilité d’alimentation en puissance électrique de chaque motorisation 12, qui peut être différente pour chacune de ces motorisations en cas de déséquilibre des réseaux d’alimentation, pour établir sa consigne individuelle de couple D1, D2 correspondant à un couple qu’il pourra délivrer.
Une fonction d’établissement d’instructions de direction 42 venant du véhicule ou d’une source extérieure, pour aider à la manœuvre de cette direction, délivre un deuxième paramètre à la fonction de contrôle des éléments redondants 26.
Une fonction de mesure de la situation dynamique du véhicule 44, mesurant par exemple la vitesse du véhicule, son accélération latérale, longitudinale ou verticale, ou son angle de dérive, délivre un troisième paramètre à la fonction de contrôle des éléments redondants 26.
Une fonction de détection du véhicule dans son environnement 46, établissant par exemple sa géolocalisation avec un système global de positionnement (« GPS » pour Global Positioning System en langue anglaise), ou sa position sur une carte, délivre un quatrième paramètre à la fonction de contrôle des éléments redondants 26.
Le fonctionnement du procédé de contrôle selon l’invention est le suivant. Un premier canal formé par une première motorisation 12 délivre une première part du besoin total de force d’assistance 30 suivant sa consigne individuelle de couple reçue D1, qui peut être par exemple un pourcentage prédéfini du besoin total. En particulier, cette première part peut constituer une part majoritaire du besoin total de force d’assistance.
On établit ensuite en prenant en compte le deuxième signal 32 comprenant la capacité du premier canal à délivrer le couple qui lui est demandé, la consigne individuelle de couple D2 du deuxième canal, qui doit délivrer une part complémentaire de force d’assistance correspondant à la différence entre la première part de force réellement délivrée et le besoin total de force.
Les deux motorisations fonctionnent de manière complémentaire l’une de l’autre, et doivent donc exécuter des requêtes de forces inégales ne nécessitant aucune synchronisation entre elles.
De cette manière toute variation de couple délivré par le premier canal par rapport à sa consigne individuelle de couple D1, venant par exemple d’une défaillance de la motorisation comprenant son moteur électrique, ses capteurs, ses circuits électroniques, ou d’une défaillance de son alimentation électrique, donnant un couple insuffisant ou nul, est automatiquement compensée par le deuxième canal qui délivre la différence nécessaire pour atteindre le besoin total de force demandé par le système de direction.
De même toute défaillance délivrée par le deuxième canal par rapport à sa consigne individuel de couple D2 est indiquée par le deuxième signal 32 à la fonction de contrôle des éléments redondants 26, pour corriger la consigne individuelle D1 du premier canal afin de compenser et d’obtenir le besoin total de force demandé.
L’absence de synchronisation entre les deux canaux à qui on ne demande pas de force identique, réduit fortement les modes communs de défaillance entre ces deux canaux, et toute propagation de défauts entre eux ce qui améliore la sécurité du procédé. De la même manière les signaux venant des paramètres extérieurs 14, agissant individuellement sur chacun des canaux, évite des défaillances communes des deux canaux.
D’une manière générale le procédé peut fonctionner avec uniquement une motorisation, ou avec les deux motorisations ensemble fonctionnant l’une de manière complémentaire de l’autre. Pour un fonctionnement avec une seule motorisation, sa consigne individuelle de couple D1, D2 est alors égale au besoin total de force, la deuxième motorisation restant en permanence commandée à une consigne faible ou nulle pour être prête à délivrer instantanément la part complémentaire variable de force d’assistance qui sera détectée automatiquement en cas de délivrance insuffisante de couple par cette première motorisation.
On peut dans ce cas avantageusement inverser régulièrement le rôle des de motorisation, comprenant l’une exécutant la partie de force d’assistance requise, dans la limite de ses possibilités, et l’autre, restant en attente pour compenser ou compléter la première partie, par exemple après chaque démarrage du véhicule, de manière à utiliser de manière similaire ces deux motorisations pour égaliser leurs usures de fonctionnement.
Le fonctionnement complémentaire des deux motorisations peut servir à délivrer une puissance importante attendue par le conducteur, dans le cas de 5 manœuvres rapides par exemple. Des imperfections dans le contrôle des motorisations donnant par exemple des petites vibrations perceptibles, dans ce cas de conduite qui est peu fréquent n’affecteront pas le confort du véhicule.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1 - Procédé de contrôle d’un système de direction d’un véhicule automobile, comportant deux canaux (12) disposés en parallèle comprenant chacun une motorisation électrique délivrant une force d’assistance sur la direction du véhicule (2), afin d’obtenir une somme des deux forces d’assistance délivrées correspondant à un besoin total de force d’assistance demandée (30), caractérisé en ce qu’un premier canal délivre une première part du besoin total de force d’assistance (30), et en ce que le second canal délivre, une part complémentaire variable de force d’assistance, correspondant à la différence entre la première part estimée ou mesurée de force réellement délivrée (32), et le besoin total de force (30).
  2. 2 - Procédé de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première part du besoin total de force (30) correspond à un pourcentage de ce besoin total de force (30).
  3. 3 - Procédé de contrôle selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première part du besoin total de force (30) correspond à la totalité de ce besoin total de force (30).
  4. 4 - Procédé de contrôle selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il alterne régulièrement entre les deux canaux (12) la fonction de premier canal délivrant la première part du besoin total de force d’assistance.
  5. 5 - Procédé de contrôle selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il utilise un premier paramètre venant d’une fonction d’estimation ou de mesure de la situation du réseau électrique du véhicule (40), comportant en particulier la tension, l’intensité ou la puissance électrique délivrable par ce réseau, pour calculer les parts de force.
  6. 6 - Procédé de contrôle selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il utilise un deuxième paramètre délivré par une fonction d’établissement d’instructions de direction (42) venant du véhicule ou d’une source extérieure afin d’aider à la manœuvre de cette direction, pour calculer les parts de force.
  7. 7 - Procédé de contrôle selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il utilise un troisième paramètre délivré par une fonction de mesure de la situation dynamique du véhicule (44), mesurant notamment la vitesse du véhicule, son accélération latérale, longitudinale ou
    5 verticale, ou son angle de dérive, pour calculer les parts de force.
  8. 8 - Procédé de contrôle selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il utilise un quatrième paramètre délivré par une fonction de détection du véhicule dans son environnement (46), établissant notamment sa géolocalisation avec un système global de positionnement, ou
    10 sa position sur une carte, pour calculer les parts de force.
  9. 9 - Système de direction, caractérisé en ce qu’il comporte des moyens mettant en œuvre un procédé de contrôle de ce système de direction selon l’une quelconque des revendications précédentes.
  10. 10 - Système de direction selon la revendication 9, caractérisé en ce qu’il 15 comporte deux moteurs électriques délivrant chacun un couple sur la direction du véhicule (2).
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