FR3083770A1 - 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 un premier canal (12) et un second canal (12') disposés en parallèle et 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 correspondante à un besoin total de force d'assistance demandée (30), caractérisé en ce que le procédé comprend : - une étape d'évaluation du canal dont une valeur de la tension d'alimentation électrique de la motorisation est la plus faible; - une étape de définition d'une fonction de canal maître délivrant une part initiale du besoin total de force d'assistance, et d'une fonction de canal esclave délivrant une part complémentaire variable de force d'assistance, correspondant à la différence entre la part initiale de force réellement délivrée (32), et le besoin total de force (30) ; - une étape d'appariement de la fonction de canal maître au canal dont la valeur de la tension d'alimentation électrique de la motorisation est la plus faible, et la fonction de canal esclave au canal dont la valeur de l'alimentation électrique de la motorisation est la plus forte.
Description
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 une force d’assistance sur la direction du véhicule, correspondant à un besoin total de force d’assistance demandée, qui dépend d’un couple appliqué par le conducteur mesuré par un capteur d’intention du conducteur, afin de fournir une partie de l’effort nécessaire pour le pivotement des roues. On nommera par la suite couple volant, le couple appliqué par le conducteur sur un volant de direction.
La motorisation utilisée dans les systèmes de direction est généralement une motorisation électrique de type « brushless ». Ces motorisations présentent notamment une réponse dynamique rapide, un rendement important, une usure lente, et un niveau sonore faible. En outre, il est connu que ces motorisations sont caractérisées, à une tension d’alimentation et une température données, par une vitesse à vide et un couple de fonctionnement rotor bloqué, définissant entre eux les points de fonctionnement possible de la motorisation. Une baisse de la tension d’alimentation entraîne une réduction de la vitesse à vide, donc une modification des points de fonctionnement de la motorisation.
La motorisation électrique de type « brushless » présente un premier mode de fonctionnement : le mode « moteur », c'est-à-dire que la motorisation fournit une force moteur sur un organe de direction de type crémaillère, lorsque la vitesse de rotation de la motorisation est inférieure à la vitesse à vide, pour une tension d’alimentation et une température données.
La motorisation électrique de type « brushless » présente un second mode de fonctionnement : le mode « générateur », c'est-à-dire que la motorisation exerce un couple frein donc d’une force de freinage sur l’organe de direction de type crémaillère, lorsque la vitesse de rotation de la motorisation est supérieure à la vitesse à vide, pour une tension d’alimentation et une température données.
Par ailleurs, les constructeurs automobiles développent aujourd’hui des fonctions de conduite autonome, permettant d’automatiser plus ou moins 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. Ces différentes fonctions font appel au système de direction pour réaliser le pivotement des roues, le conducteur n’exerçant plus d’effort en ce sens.
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.
Afin de de répondre aux exigences de sécurité et de disponibilité du système de direction, il est d’usage d’implémenter deux motorisations disposées en parallèle, comprenant chacune une motorisation électrique avec son alimentation propre pouvant chacune appliquer une partie du besoin total de force d’assistance sur la direction. On réalise en particulier une redondance complète du système de motorisation comprenant deux canaux autonomes équivalents disposés en parallèle, comportant chacun une motorisation avec son alimentation, et différentes fonctions comme la réception de signaux venant du véhicule, le contrôle du système et le contrôle de la motorisation. Ainsi, les motorisations peuvent fonctionner indépendamment, et/ou simultanément.
Lorsque les motorisations fonctionnent simultanément, les deux canaux d’assistance, dans un mode normal de fonctionnement, assurent chacun la délivrance d’une force d’assistance identique, les deux canaux étant reliés à un même axe d’actuation, c'est-à-dire un axe de rotation des motorisations. C'està-dire que chaque canal délivre une portion du besoin total de force d’assistance demandée. Dans le mode normal de fonctionnement, la redondance du système de motorisation est assurée.
Cependant, dans un véhicule équipé de deux réseaux d’alimentation indépendants, leurs conditions respectives de fonctionnement peuvent être variables et affecter l’alimentation des deux canaux qui disposent alors de capacités différentes, en ce qui concerne la délivrance de la puissance d’assistance. Cette différence peut entraîner des perturbations de fonctionnement d’un canal par rapport à l’autre. Plus précisément, la vitesse à vide, du canal dont la tension d’alimentation est la plus faible, diminue.
Ainsi, la vitesse de rotation imposée à la motorisation du canal dont la tension d’alimentation est la plus faible, par la motorisation du canal dont la tension d’alimentation est la plus forte, peut être supérieure à la vitesse à vide de ladite motorisation entraînant alors la création d’un couple frein par ladite motorisation. Ladite motorisation opère alors en mode générateur.
Le couple frein, augmentant avec la vitesse de rotation du volant, suscite un ressenti indésirable, voire gênant, au niveau du volant de direction et diminue le rendement global des motorisations. Les deux canaux sont alors dans un mode de fonctionnement dégradé.
Dans ce type de mode de fonctionnement dégradé, il est connu de délester la motorisation du canal dont l’alimentation est la plus faible. La motorisation du canal dont l’alimentation est la plus forte fournit alors seule, au maximum l’assistance en réponse au besoin total de force d’assistance demandée. Le ressenti du conducteur dépend alors de la puissance totale disponible sur ce canal seul. En considérant l’hypothèse d’une puissance maximale disponible de 50% du besoin maximum global, sur chacun des canaux, les situations dans lesquelles le conducteur pourrait avoir un ressenti indésirable deviennent très rare en roulage (le manque de puissance sera ressenti en manœuvres de parking, voire dans certaines manœuvres a très forte dynamique). Cette solution entraîne cependant une perte de la redondance du système de motorisation.
Il est également connu, dans le mode de fonctionnement dégradé, de diminuer la tension d’alimentation du canal non perturbé, c'est-à-dire du canal dont la tension d’alimentation est la plus forte, de manière à égaliser l’alimentation des deux canaux. Cette solution permet de conserver la redondance du système de motorisation mais diminue la vitesse à vide des motorisations et donc la puissance d’assistance maximale pouvant être exercée par les motorisations sur la direction du véhicule. Le besoin total de puissance d’assistance demandée peut ne pas être fourni.
La présente invention a notamment pour but d’éviter les inconvénients de ces techniques antérieures.
Elle propose à cet effet un procédé de contrôle d’un système de direction d’un véhicule automobile, comportant un premier canal et un second canal disposés en parallèle et 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 correspondante à un besoin total de force d’assistance demandée, caractérisé en ce que le procédé comprend :
- une étape d’évaluation du canal dont une valeur de la tension d’alimentation électrique de la motorisation est la plus faible;
- une étape de définition d’une fonction de canal maître délivrant une part initiale du besoin total de force d’assistance, et d’une fonction de canal esclave délivrant une part complémentaire variable deforce d’assistance, correspondant à la différence entre la part initiale de force réellement délivrée, et le besoin total de force ;
- une étape d’appariement de la fonction de canal maître au canal dont la valeur de la tension d’alimentation électrique de la motorisation est la plus faible, et la fonction de canal esclave au canal dont la valeur de l’alimentation électrique de la motorisation est la plus forte.
L’étape d’évaluation permet de déterminer lequel du premier canal ou du second canal à la valeur de la tension d’alimentation électrique de la motorisation la plus faible. Ainsi, on connaît lequel du premier canal ou du second canal à la vitesse à vide la plus faible, c'est-à-dire lequel du premier canal ou du second canal est susceptible de passer en mode générateur.
En outre, la fonction de canal maître peut être réalisé par le premier canal, respectivement par le second canal, et la fonction de canal esclave peut être réalisé par le second canal, respectivement par le premier canal.
L’étape d’appariement permet de déterminer le canal réalisant la fonction de canal maître et le canal réalisant la fonction de canal esclave.
Le premier canal et le second canal en fonctionnant simultanément permettent une redondance du système de motorisation. Plus particulièrement le premier canal, ou respectivement le second canal, réalise la fonction de canal maître délivrant une part initiale du besoin total de force d’assistance et le second canal, ou respectivement le premier canal, délivre sur la base d’une estimation ou d’une mesure de la force réellement délivrée par le premier canal, respectivement du second canal, une part complémentaire variable de force d’assistance pour atteindre le besoin total de force. Les motorisations du premier canal et du second canal fonctionnent à une vitesse de rotation identique bien que chacun fournisse une part différente ou identique du besoin total de force.
De cette manière, en cas de défaillance de l’alimentation de la motorisation du premier ou du second canal, le canal dont l’alimentation est défaillante devient le canal maître. Ainsi, le canal dont l’alimentation est défaillante fournit la part initiale du besoin total de force. Cette part initiale peut être délivrée complètement lorsque la vitesse imposée est inférieure à la vitesse à vide du canal maître, ou correspondre à la part initiale retranchée d’une force de freinage lorsque la vitesse imposée est supérieure à la vitesse à vide du canal maître. La part complémentaire délivrée par le deuxième canal complète la part initiale de manière à fournir la totalité du besoin total de force d’assistance demandée lorsque la vitesse imposée est inférieure à la vitesse à vide du canal maître ou le deuxième canal complète la part initiale de manière à fournir la totalité du besoin total de force d’assistance demandée, en compensant la force de freinage, lorsque la vitesse imposée est supérieure à la vitesse à vide du canal maître.
Ainsi en cas de défaillance de l’alimentation d’un canal, la redondance est assurée et une grande part du besoin total de force d’assistance demandée est fournie.
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 part initiale du besoin total de force correspond à une partie de ce besoin total de force.
En particulier, la part initiale du besoin total de force peut correspondre à la totalité de ce besoin total de force. De cette manière le calcul de la part initiale est simplifié.
Selon une caractéristique de l’invention, l’étape d’évaluation est réalisée par une détection d’un couple de freinage correspondant au passage de l’une des motorisations électriques en mode générateur.
Selon une caractéristique de l’invention, l’étape d’évaluation est réalisée par une comparaison de la valeur de la tension d’alimentation électrique de chaque canal.
La comparaison permet de déterminer l’écart de tension entre les deux canaux.
Selon une caractéristique de l’invention, l’étape d’évaluation comprend une phase de détermination d’un seuil d’écart.
Le seuil d’écart permet de déterminer un écart acceptable entre les deux canaux afin de limiter les permutations de la fonction de canal maître et de canal esclave. Le seuil d’écart est une valeur fixe prédéfinie ou une valeur variable en fonction des paramètres de roulage du véhicule.
Selon une caractéristique de l’invention, la valeur de la tension d’alimentation électrique de la motorisation de chaque canal est déterminée en utilisant des signaux de la force réellement délivrée par chacun des canaux.
Selon une caractéristique de l’invention, chaque canal fournit une force d’assistance égale au maximum 50% du besoin total 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 selon l’invention.
En particulier, le système de direction peut comporter deux motorisations électriques délivrant chacun une force d’assistance 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 un organe de direction de type crémaillère disposée transversalement dans un 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, 12’ formant un premier canal 12 et un second canal 12’ comportant chacun une alimentation électrique de puissance et des moyens de contrôle, appliquent de manière indépendante une force d’assistance 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, 12’ comportent chacune un moteur électrique délivrant une force, 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, 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, 12’ et à leurs alimentations électriques, afin d’évaluer le canal dont une valeur de la tension d’alimentation électrique est la plus faible, de définir une fonction de canal maître et de canal esclave, et d’établir des consignes individuelles de couple D1, D2 pour chacun des moteurs 12, 12’, 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, 12’. La force d’assistance appliquée peut être en particulier le couple réellement délivré par chacune des motorisations 12, 12’ formant une information reçue d’un groupe des motorisations 22 comportant ces deux motorisations.
La fonction de mesure de force d’assistance appliquée 20 reçoit un signal de la force réellement délivrée 31 par chacun des canaux du groupe de motorisation 22, 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, 12’, détermine le canal réalisant la fonction de canal maître et le canal réalisant la fonction de canal esclave, et 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.
Le système de contrôle de chaque motorisation 12, 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 12,12’ 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 de couple D1, D2 qu’il va demander à chacune de ces motorisations 12, 12’.
En particulier la fonction de contrôle des éléments redondants 26 prend en compte en temps réel les particularités de fonctionnement de chaque motorisation 12, 12’ suivant l’évolution de son état pour répartir la consigne individuelle de couple D1, D2 entre les deux motorisations 12, 12’ 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 individuelles de couple D1, D2, comprenant une information 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, 12’ qui peut être différente pour chacune de ces motorisations en cas de déséquilibre des réseaux d’alimentation, pour établir le canal réalisant la fonction de canal maître et le canal réalisant la fonction de canal esclave, et pour établir la consigne individuelle de couple D1, D2 correspondant à un couple que la motorisation 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 premier 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 deuxième paramètre à la fonction de contrôle des éléments redondants 26.
Le fonctionnement du procédé de contrôle selon l’invention est le suivant.
La fonction des éléments redondants 26 détermine lors d’une étape d’évaluation le canal dont la valeur de la tension d’alimentation électrique de la motorisation est la plus faible en détectant un couple de freinage correspondant au passage de l’une des motorisations électriques en mode générateur, et/ou en réalisant une comparaison de la valeur de la tension d’alimentation électrique de chaque canal à un seuil d’écart prédéterminé.
Lorsque l’écart de la valeur de la tension d’alimentation électrique de chacune des motorisations est inférieur au seuil d’écart prédéterminé, on peut dans ce cas avantageusement inverser régulièrement la fonction exercée par les motorisations, par exemple, après chaque démarrage du véhicule, de manière à utiliser de manière similaire ces deux motorisations pour égaliser leurs usures de fonctionnement.
Lorsque l’écart de la valeur de la tension d’alimentation électrique de chacune des motorisations est supérieur au seuil d’écart prédéterminé, la fonction des éléments redondants 26 apparie la fonction de canal maître au canal dont la valeur de la tension d’alimentation électrique de la motorisation est la plus faible, et la fonction de canal esclave au canal dont la valeur de l’alimentation électrique de la motorisation est la plus forte.
Nous prendrons par la suite, et en guise d’exemple, que le canal dont la valeur de la tension d’alimentation électrique de la motorisation est la plus faible est le premier canal 12.
Ainsi, dans notre exemple, la fonction de canal maître est réalisée par le premier canal et la fonction de canal esclave est réalisée par le second canal.
Dans la suite de la description, les références numériques sont notées en regard de l’exemple.
La fonction des éléments redondants 26 détermine alors la consigne individuelle de couple D1 du canal maître 12, correspondant à une part initiale du besoin total de force d’assistance 30, et la consigne individuelle de couple D2 du canal esclave 12’, correspondant à une part complémentaire de force d’assistance correspondant à la différence entre la part initiale de force réellement délivrée et le besoin total de force.
Lorsqu’une vitesse de rotation imposée au canal maître 12 est inférieure à sa vitesse à vide, le canal maître 12 fournit une part initiale D1 correspondant à un pourcentage prédéfini du besoin total. En particulier, cette part initiale D1 peut constituer une part majoritaire du besoin total de force d’assistance. La part complémentaire D2 du canal esclave 12’ est établie en prenant en compte le deuxième signal 32 comprenant la capacité du canal maître 12 à délivrer le couple qui lui est demandé. Dans ce cas, la redondance du système de motorisation est assurée et le besoin total de force est fourni.
Lorsqu’une vitesse de rotation imposée au canal maître 12 est supérieure à sa vitesse à vide, le canal maître 12 est en mode générateur. Il fournit une part initiale D1 et un couple frein. La part complémentaire D2 du canal esclave 12’ est établie en prenant en compte la capacité du canal maître 12 à délivrer le couple qui lui est demandé et le couple frein créé. Dans ce cas, la redondance du système de motorisation est assurée et la force fournie est égales au besoin total de force retranchée du couple frein.
Les deux motorisations 12, 12’ fonctionnent de manière complémentaire l’une de l’autre, et doivent donc exécuter des requêtes de forces inégales ne nécessitant aucune synchronisation entre elles.
D’une manière générale le procédé peut fonctionner avec uniquement une motorisation lorsque la tension d’alimentation des deux canaux est sensiblement égale, ou avec les deux motorisations 12, 12’ ensemble fonctionnant l’une de manière complémentaire de l’autre.
Pour un fonctionnement avec une seule motorisation, la consigne individuelle de couple D1 du canal maître 12 est alors égale au besoin total de force, le canal esclave 12’ restant en permanence commandée à une consigne D2 faible ou nulle pour être prêt à délivrer instantanément la part complémentaire variable de force d’assistance qui sera détectée automatiquement en cas de délivrance insuffisante de couple par le canal maître 12.
Le fonctionnement complémentaire des deux motorisations peut servir à délivrer une puissance importante attendue par le conducteur, dans le cas de 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.
REVENDICATIONS
Claims (6)
1 - Procédé de contrôle d’un système de direction d’un véhicule automobile, comportant un premier canal (12) et un second canal (12’) disposés en parallèle et 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 correspondante à un besoin total de force d’assistance demandée (30), caractérisé en ce que le procédé comprend :
- une étape d’évaluation du canal dont une valeur de la tension d’alimentation électrique de la motorisation est la plus faible;
- une étape de définition d’une fonction de canal maître délivrant une part initiale du besoin total de force d’assistance, et d’une fonction de canal esclave délivrant une part complémentaire variable deforce d’assistance, correspondant à la différence entre la part initiale de force réellement délivrée (32), et le besoin total de force (30) ;
- une étape d’appariement de la fonction de canal maître au canal dont la valeur de la tension d’alimentation électrique de la motorisation est la plus faible, et la fonction de canal esclave au canal dont la valeur de l’alimentation électrique de la motorisation est la plus forte.
2 - Procédé de contrôle selon la revendication 1, dans lequel l’étape d’évaluation est réalisée par une détection d’un couple de freinage correspondant au passage de l’une des motorisations électriques en mode générateur.
3 - Procédé de contrôle selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la valeur de la tension d’alimentation électrique de la motorisation de chaque canal (12, 12’) est déterminée en utilisant des signaux de la force réellement délivrée (31) par chacun des canaux (12, 12’).
4 - Procédé de contrôle selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque canal (12, 12’) fournit une force d’assistance égale au maximum 50% du besoin total de force (30).
5 - 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.
6 - Système de direction selon la revendication 5, dans lequel les moyens comprennent deux motorisations électriques (12, 12') délivrant chacun une force d’assistance sur la direction du véhicule (2).
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