WO2009007571A2 - Dispositif de restitution d'effort pour un systeme de direction d'un vehicule - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to force return devices.
- the invention relates in particular to force feedback devices implemented on vehicles comprising a so-called "by wire" direction system.
- the patent application WO 2005/102815 proposes an active restitution device mounted on the steering system of a vehicle, for applying a torque to the steering wheel of the system to simulate the driving sensations.
- the device has a significant size at the steering wheel, and in case of failure of the power supply system, the driver of the vehicle loses any driving sensation and can hardly control its trajectory. Indeed, it has been shown by service experts that in the event of total loss of effort, a driver could not control the trajectory of his vehicle.
- French patent FR 2 827 250 proposes a steering system for a vehicle, comprising a passive force feedback device. and a passive force-damping device, making it possible to reproduce the conventional characteristics of the torque to be applied to the steering wheel by using mechanical elements only.
- This device is therefore more reliable and more stable than known active devices, but does not have the advantage of being integrable with the steering wheel, which nevertheless has advantages, particularly in terms of nomenclature of the vehicle components (to facilitate assembly in factory and logistics) and vehicle architecture.
- the object of the invention is therefore to propose an integrable effort restitution device at the steering wheel of a steering system, which makes it possible to simulate driving sensations in an active manner while being stable, reliable and safer.
- Another object of the invention is to provide a force feedback device comprising an active restitution system, which guarantees a minimum level of safety even in the event of failure of the power supply.
- Another object of the invention is to provide a force feedback device for optimizing the nominal operation of the effort restitution, both in terms of design and electrical consumption.
- an object of the invention is to provide a force feedback device that is compact in comparison with conventional devices.
- the invention proposes a force restitution device for a steering system of a vehicle comprising a steering wheel and a support shaft connecting the steering wheel to the vehicle, the device comprising an active force feedback system integrated into the vehicle.
- steering wheel which applies a torque to the steering wheel, characterized in that it further comprises complementary means for applying a complementary torque determined steering wheel.
- the complementary means apply a torque to the steering wheel by means of a secondary shaft, said secondary shaft being in rigid connection with the steering wheel,
- the complementary means apply a determined torque to the steering wheel in addition to the torque applied in normal operation by the active effort restitution system
- the complementary means are one of the following group: passive restitution system, semi-passive restitution system, controlled brakes, electric motor, mechanical connection to a steering system of the wheels of the vehicle,
- the active force restitution system comprises an electric motor comprising a stator and a rotor, the rotor being supported by the motor housing,
- the stator is internal and the rotor is external, the housing is in rigid connection with the secondary shaft and the flywheel, and in that the assembly constituted by the housing, the flywheel and the secondary shaft is in pivot connection with the support shaft, - it further comprises a position sensor and / or a speed sensor.
- a force feedback device according to the invention to integrate an airbag in the steering wheel.
- a steering system for a vehicle characterized in that it comprises a force feedback device according to the invention.
- a method of restitution of effort for a steering system of a vehicle comprising a steering wheel and a support shaft connecting the steering wheel to the vehicle, in which an active effort restitution system. applies torque to the steering wheel, characterized in that it further comprises a step during which means - AT -
- Complements apply a minimum torque determined at the steering wheel in the event of failure of the active force release system.
- FIG. 1 is an overall view of a device integrated in the steering wheel of the steering system according to the invention
- FIG. 2 is an overall view of a device according to the invention
- the force restitution device 1 is mounted on a steering system of a vehicle, comprising a steering wheel 2, a support shaft 3 connecting the steering wheel 2 to the vehicle, a steering rack and transmission means of the vehicle. rotation of the steering wheel to the steering wheels of the vehicle.
- the device 1 comprises an active restitution system 4 integrated in the steering wheel 2, and a secondary restitution system 5.
- the active restitution system 4 comprises an electric motor 6 separated in two parts: an internal stator 7 and an external rotor 8, the rotor 8 being supported by the housing 9 of the engine 6.
- the stator 7 preferably comprises a magnetic circuit and a winding connected to electrical control means by electrical conductors arranged on or in the support shaft 3. It is fixed on the support shaft 3, so as to be connected in such a way rigid to the structure 10 of the vehicle.
- the rotor 8 in turn depends on the type of electric motor 6 implemented in the device:
- the rotor 8 comprises a magnetic circuit and at least two permanent magnets, if the motor 6 is asynchronous, the rotor 8 comprises a magnetic circuit and electrical conductors,
- the rotor 8 comprises only one magnetic circuit.
- the electric motor 6 is integrated in the steering wheel 2, as illustrated in FIG.
- the casing 9 is mounted in pivot connection on the support shaft 3, which is fixed on the structure 10 of the vehicle, and supports the flywheel 2, so that the axis of rotation of the flywheel 2, of the pivot link and rotor 8 are merged.
- the rotor 8 of the engine 6 can therefore apply to the steering wheel 2 a torque, and it is further ensured that the steering wheel 2 is in pivot connection with the structure 10 of the vehicle.
- an airbag is integrated in the steering wheel, in a fitting provided at the cover of the housing 9, flying side.
- a bore is provided through the stator 7 of the motor 6 and through the support shaft 3, as illustrated in FIG. 2, in order to house a secondary shaft 11.
- the secondary shaft 11 is rotatable inside the support shaft 3 and the stator 7 (ie the secondary shaft 11 is pivotally connected to the support shaft 3), for example by means of bearings 12a and 12b.
- it is in rigid connection with the housing 9 of the engine 6, and therefore with the steering wheel 2, while at its other end, it is in rigid connection with the system secondary restitution 5.
- the secondary restitution system 5 can put the secondary shaft 11 in rotation, so as to rotate the housing 9 and to exert a torque on the steering wheel 2.
- the secondary system 5 is in fact a complementary means of the active restitution system 4, which can advantageously have two functions in the force restitution device 1.
- the first is a backup function. Indeed, if the active restitution system 4 is faulty (failure of the electric motor 6, loss of power, etc.), the secondary system 5 then applies a torque determined minimum steering wheel 2 so as to ensure the minimum driving sensitivity required for the user does not lose control of his vehicle, despite said failure.
- the value of the minimum torque to be applied depends on the angle of the steering wheel, but may also depend on the driving conditions of the vehicle.
- the other function of the complementary means 5 is implemented during the normal operation of the device 1. It is a matter of applying a torque (function of the position of the steering wheel 2 and, if appropriate, driving conditions) to the 2 by means of the secondary shaft 11 in addition to the nominal torque applied by the active restitution system 4.
- the torque applied by the feedback system 4 is less compared to the torque that it should apply without this support couple.
- this makes it possible to optimize the performance of the active system 4 as well as its dimensioning, by making it possible to design such a system in a very small volume that still satisfies the constraints imposed by the conventional specifications. car manufacturers.
- such an operation and such an arrangement lead to a reduction in the overall consumption of the electric motor 6 of the active restitution system 4.
- the secondary restitution system 5 is passive
- the secondary system 5 includes pilot-type magneto-rheological brakes, an electric motor or a mechanical backup connection to the wheel steering system.
- the device 1 further comprises at least one steering wheel position sensor for controlling the vehicle and determining the minimum torque to be applied by the active system, placed on the support shaft 3 or on any element integral with the movement of the vehicle. flywheel 2, such as the secondary shaft 11. The sensor data is then transmitted to a control means, which then determines the actuation law of the rack and wheels.
- the device furthermore comprises a position and / or speed sensor preferably placed on the secondary shaft 11.
- a position and / or speed sensor preferably placed on the secondary shaft 11.
- the steering wheel position sensor is common with the position sensor necessary for controlling the engine 2, and is then placed on the secondary shaft 11 of the device 1. Nevertheless, this sensor must then satisfy safety constraints of important operation.
- the housing 9 is made of a non-magnetic material, for example aluminum.
- the casing 9 can thus confine the magnetic field generated by the motor elements 6 such as the magnetic circuits, the winding and, where appropriate, the permanent magnets.
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Abstract
L'invention concerne un dispositif de restitution d'effort (1 ) pour un système de direction d'un véhicule comprenant un volant (2) et un arbre support (3) reliant le volant (2) au véhicule, le dispositif (1 ) comportant un système de restitution d'effort actif (4) intégré dans le volant (1 ) qui applique un couple au volant (2), caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens complémentaires (5) pour appliquer un couple complémentaire déterminé au volant (2).
Description
DISPOSITIF DE RESTITUTION D'EFFORT
La présente invention concerne les dispositifs de restitution d'effort. L'invention se rapporte en particuliers aux dispositifs de restitution d'effort mis en œuvre sur des véhicules comportant un système de direction dite par fils (en anglais, "by wire").
Les systèmes de type "by wire" se généralisent de plus en plus dans le monde automobile, notamment au niveau des systèmes de freinage, d'accélération, de suspension ou de direction. Ils ont l'avantage de remplacer les liaisons mécaniques par des liaisons électriques, ce qui facilite la conception des véhicules, améliore la sécurité passive ou encore les lois de commande des organes. Sur les systèmes de direction, cela permet en outre d'améliorer significativement l'assistance à la conduite ou la démultiplication variable en fonction de la vitesse. Néanmoins, les sensations ne sont plus transmises au niveau de la direction. On cherche donc à simuler ces sensations de conduite au moyen d'un couplage forcé entre les roues directrices du véhicule et le système de direction (et plus particulièrement le volant).
Pour cela, la demande de brevet WO 2005/102815 propose un dispositif de restitution d'effort actif monté sur le système de direction d'un véhicule, permettant d'appliquer un couple au volant du système afin de simuler les sensations de conduite. Néanmoins, le dispositif présente un encombrement non négligeable au niveau du volant, et en cas de panne du système d'alimentation électrique, le conducteur du véhicule perd toute sensation de conduite et peut difficilement contrôler sa trajectoire. En effet, il a été démontré par des experts en prestation qu'en cas de perte totale de la restitution d'efforts, un conducteur ne pouvait pas contrôler la trajectoire de son véhicule.
Le brevet français FR 2 827 250 quant à lui propose un système de direction pour un véhicule, comportant un dispositif passif de retour d'effort
et un dispositif passif amortisseur d'effort, permettant de reproduire les caractéristiques classiques du couple à appliquer au volant du système de direction en ayant recours à des éléments mécaniques uniquement. Ce dispositif est donc plus fiable et plus stable que les dispositifs actifs connus, mais ne présente pas l'avantage d'être intégrable au volant, ce qui pourtant présente des avantages, notamment en terme de nomenclature des organes du véhicule (pour faciliter le montage en usine et la logistique) et d'architecture du véhicule.
L'invention a donc pour objet de proposer un dispositif de restitution d'effort intégrable au volant d'un système de direction, qui permette de simuler des sensations de conduite de manière active tout en étant stable, fiable et plus sûr.
Un autre objet de l'invention est de proposer un dispositif de restitution d'effort comprenant un système de restitution actif, qui garantisse un niveau de sécurité minimum même en cas de défaillance de l'alimentation électrique.
Un autre objet de l'invention est de proposer un dispositif de restitution d'effort permettant d'optimiser le fonctionnement nominal de la restitution d'effort, tant en dimensionnement qu'en consommation électrique.
Enfin, un objet de l'invention est de proposer un dispositif de restitution d'effort qui soit compact en comparaison avec les dispositifs classiques.
Pour cela, l'invention propose un dispositif de restitution d'effort pour un système de direction d'un véhicule comprenant un volant et un arbre support reliant le volant au véhicule, le dispositif comportant un système de restitution d'effort actif intégré dans le volant qui applique un couple au volant, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens complémentaires pour appliquer un couple complémentaire déterminé au volant.
Certains aspects préférés mais non limitatifs du dispositif selon l'invention sont les suivants : les moyens complémentaires appliquent un couple au volant au moyen d'un arbre secondaire, ledit arbre secondaire étant en liaison rigide avec le volant,
- les moyens complémentaires appliquent un couple déterminé au volant en plus du couple appliqué en fonctionnement normal par le système de restitution d'effort actif, les moyens complémentaires sont un élément parmi le groupe suivant : système de restitution passif, système de restitution semi passif, freins pilotés, moteur électrique, connexion mécanique vers un système de braquage des roues du véhicule,
- le système de restitution d'effort actif comprend un moteur électrique comportant un stator et un rotor, le rotor étant supporté par le carter du moteur,
- le stator est interne et le rotor est externe, le carter est en liaison rigide avec l'arbre secondaire et le volant, et en ce que l'ensemble constitué par le carter, le volant et l'arbre secondaire est en liaison pivot avec l'arbre support, - il comprend en outre un capteur de position et/ou un capteur de vitesse.
Selon un deuxième aspect de l'invention, on propose l'utilisation d'un dispositif de restitution d'effort selon l'invention pour intégrer un airbag dans le volant. Selon un troisième aspect de l'invention, on propose un système de direction pour un véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de restitution d'effort selon l'invention.
Selon un dernier aspect de l'invention, on propose un procédé de restitution d'effort pour un système de direction d'un véhicule comprenant un volant et un arbre support reliant le volant au véhicule, dans lequel un système de restitution d'effort actif applique un couple au volant, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape au cours de laquelle des moyens
- A -
complémentaires appliquent un couple minimum déterminé au volant en cas de défaillance du système de restitution d'effort actif.
D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, au regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels :
- La figure 1 est une vue d'ensemble d'un dispositif, intégré dans le volant du système de direction, selon l'invention, - La figure 2 est une vue d'ensemble d'un dispositif selon l'invention.
Le dispositif de restitution d'effort 1 selon l'invention est monté sur un système de direction d'un véhicule, comprenant un volant 2, un arbre support 3 reliant le volant 2 au véhicule, une crémaillère de direction et des moyens de transmission du mouvement de rotation du volant aux roues directrices du véhicule.
Le dispositif 1 comprend un système de restitution actif 4, intégré dans le volant 2, et un système de restitution secondaire 5.
Avantageusement, le système de restitution actif 4 comprend un moteur électrique 6 séparé en deux parties : un stator 7 interne et un rotor 8 externe, le rotor 8 étant supporté par le carter 9 du moteur 6.
Le stator 7 comporte de préférence un circuit magnétique et un bobinage connecté à des moyens électriques de pilotage par des conducteurs électriques disposés sur ou dans l'arbre support 3. Il est fixé sur l'arbre support 3, de sorte à être relié de manière rigide à la structure 10 du véhicule.
Le rotor 8 quant à lui dépend du type de moteur électrique 6 mis en œuvre dans le dispositif :
- si le moteur 6 est synchrone, à flux radial ou à flux transverse, le rotor 8 comprend un circuit magnétique et au moins deux aimants permanents,
- si le moteur 6 est asynchrone, le rotor 8 comprend un circuit magnétique et des conducteurs électriques,
- si le moteur 6 est à reluctance variable, le rotor 8 ne comprend qu'un circuit magnétique. Dans chacun des cas précités, le moteur électrique 6 est intégré dans le volant 2, comme illustré sur la figure 1.
De préférence, le carter 9 est monté en liaison pivot sur l'arbre support 3, qui est fixé sur la structure 10 du véhicule, et supporte le volant 2, de sorte que l'axe de rotation du volant 2, de la liaison pivot et du rotor 8 soient confondus. Le rotor 8 du moteur 6 peut donc appliquer au volant 2 un couple, et on assure en outre que le volant 2 est en liaison pivot avec la structure 10 du véhicule.
Le cas échéant, un airbag est intégré dans le volant, dans un aménagement prévu au niveau du couvercle du carter 9, côté volant. Par ailleurs, un alésage est prévu à travers le stator 7 du moteur 6 et à travers l'arbre support 3, comme illustré sur la figure 2, afin d'y loger un arbre secondaire 11. L'arbre secondaire 11 est mobile en rotation à l'intérieur de l'arbre support 3 et du stator 7 (i.e. l'arbre secondaire 11 est en liaison pivot avec l'arbre support 3), par exemple grâce à des roulements 12a et 12b. De plus, au niveau d'une de ses extrémités, il est en liaison rigide avec le carter 9 du moteur 6, et donc avec le volant 2, tandis qu'au niveau de son autre extrémité, il est en liaison rigide avec le système de restitution secondaire 5.
Ainsi, le système de restitution secondaire 5 peut mettre l'arbre secondaire 11 en rotation, de manière à entraîner en rotation le carter 9 et à exercer un couple sur le volant 2.
Le système secondaire 5 est en fait un moyen complémentaire du système de restitution actif 4, qui peut avantageusement avoir deux fonctions dans le dispositif de restitution d'effort 1. La première est une fonction de secours. En effet, si le système de restitution actif 4 est défaillant (panne du moteur électrique 6, perte de puissance, etc.), le système secondaire 5 applique alors un couple
minimum déterminé au volant 2 de manière à assurer la sensibilité de conduite minimum requise pour que l'usager ne perde pas le contrôle de son véhicule, et ce malgré ladite défaillance. La valeur du couple minimum à appliquer dépend de l'angle du volant, mais peut également dépendre des conditions de roulage du véhicule.
L'autre fonction du moyen complémentaire 5 est mise en œuvre au cours du fonctionnement normal du dispositif 1. Il s'agit d'appliquer un couple (fonction de la position du volant 2 et, le cas échéant, des conditions de roulage) au volant 2 par l'intermédiaire de l'arbre secondaire 11 en plus du couple nominal appliqué par le système de restitution actif 4. Ainsi, le couple appliqué par le système de restitution 4 est moindre par rapport au couple qu'il devrait appliquer sans ce couple de soutien. D'une part, cela permet d'optimiser les performances du système actif 4 ainsi que son dimensionnement, en rendant possible la conception d'un tel système dans un volume très faible qui satisfasse tout de même les contraintes imposées par les cahiers des charges classiques des constructeurs automobiles. D'autre part, un tel fonctionnement et un tel agencement entraînent une diminution de la consommation globale du moteur électrique 6 du système de restitution actif 4. Avantageusement, le système de restitution secondaire 5 est passif
(sans apport d'énergie) ou semi passif (c'est-à-dire un système passif dont les caractéristiques sont modifiables au moyen d'un dispositif de commande), pour plus de stabilité et pour accroître la sûreté de fonctionnement du dispositif 1 selon l'invention. On envisage également que le système secondaire 5 comprenne des freins pilotés du type freins magnéto-rhéologiques, un moteur électrique ou une connexion mécanique de secours vers le système de braquage des roues.
Dans le cas d'un système secondaire 5 de type passif, on prévoit que sa raideur soit non linéaire en fonction de l'angle du volant 2. Et lorsque la restitution nominale d'effort à appliquer au volant 2 est proche de la valeur du couple appliqué par le système passif 5, le système de restitution d'effort actif 4 sert alors à moduler le couple par rapport à une valeur moyenne.
Par ailleurs, le dispositif 1 comprend en outre au moins un capteur de position du volant pour le pilotage du véhicule et la détermination du couple minimum à appliquer par le système actif, placé sur l'arbre support 3 ou sur tout élément solidaire du mouvement du volant 2, tel que l'arbre secondaire 11. Les données du capteur sont ensuite transmises à un moyen de commande, qui détermine alors la loi d'actionnement de la crémaillère et des roues.
Par ailleurs, le moteur 2 étant « sans balai » (puisqu'il est de préférence synchrone, asynchrone ou à reluctance variable), le dispositif comprend en outre un capteur de position et/ou de vitesse placé de préférence sur l'arbre secondaire 11. Grâce aux informations de position et/ou de vitesse délivrées par ce capteur, il est alors possible de contrôler le couple produit par le moteur, en régulant la position relative du champ magnétique du rotor et du stator respectivement. On garantit ainsi l'efficacité en couple du moteur pour un courant donné, sa stabilité ainsi que sa dynamique, de manière à pouvoir générer un couple dynamique.
Le cas échéant, le capteur de position du volant est commun avec le capteur de position nécessaire au pilotage du moteur 2, et est alors placé sur l'arbre secondaire 11 du dispositif 1. Néanmoins, ce capteur doit alors satisfaire des contraintes de sûreté de fonctionnement importantes.
Enfin, afin de pallier toute fuite magnétique, qui réduirait sensiblement le couple maximal exercé par le système de restitution actif 4 sur le volant 2, le carter 9 est constitué d'un matériau amagnétique, par exemple de l'aluminium. Le carter 9 peut ainsi confiner le champ magnétique généré par les éléments du moteur 6 tels que les circuits magnétiques, le bobinage et, le cas échéant, les aimants permanents.
Claims
1. Dispositif de restitution d'effort (1) pour un système de direction d'un véhicule comprenant un volant (2) et un arbre support (3) reliant le volant (2) au véhicule, le dispositif (1) comportant un système de restitution d'effort actif (4) intégré dans le volant (1 ) qui applique un couple au volant (2), caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens complémentaires (5) pour appliquer un couple complémentaire déterminé au volant (2).
2. Dispositif de restitution d'effort (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens complémentaires (5) appliquent un couple au volant (2) au moyen d'un arbre secondaire (11 ), ledit arbre secondaire (11 ) étant en liaison rigide avec le volant (2).
3. Dispositif de restitution d'effort (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens complémentaires (5) appliquent un couple déterminé au volant (2) en plus du couple appliqué en fonctionnement normal par le système de restitution d'effort actif (4).
4. Dispositif de restitution d'effort (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens complémentaires (5) sont un élément parmi le groupe suivant : système de restitution passif, système de restitution semi passif, freins pilotés, moteur électrique, connexion mécanique vers un système de braquage des roues du véhicule.
5. Dispositif de restitution d'effort (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de restitution d'effort actif (4) comprend un moteur électrique (6) comportant un stator (7) et un rotor (8), le rotor (8) étant supporté par le carter (9) du moteur (6).
6. Dispositif de restitution d'effort (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le stator (7) est interne et le rotor (8) externe.
7. Dispositif de restitution d'effort (1) selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que le carter (9) est en liaison rigide avec l'arbre secondaire (11) et le volant (2), et en ce que l'ensemble constitué par le carter (9), le volant (2) et l'arbre secondaire (11 ) est en liaison pivot avec l'arbre support (3).
8. Dispositif de restitution d'effort (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un capteur de position et/ou un capteur de vitesse.
9. Utilisation d'un dispositif de restitution d'effort (1 ) selon l'une des revendications précédentes pour intégrer un airbag dans le volant (2).
10. Système de direction pour un véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de restitution d'effort (1) selon l'une des revendications 1 à 8.
11 Procédé de restitution d'effort pour un système de direction d'un véhicule comprenant un volant (2) et un arbre support (3) reliant le volant (2) au véhicule, dans lequel un système de restitution d'effort actif (4), intégré dans le volant (2), applique un couple au volant (2), caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape au cours de laquelle des moyens complémentaires (5) appliquent un couple minimum déterminé au volant (2) en cas de défaillance du système de restitution d'effort actif (4).
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0756118A FR2918028B1 (fr) | 2007-06-28 | 2007-06-28 | Dispositif de restitution d'effort |
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| WO2009007571A2 true WO2009007571A2 (fr) | 2009-01-15 |
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| PCT/FR2008/051105 WO2009007571A2 (fr) | 2007-06-28 | 2008-06-19 | Dispositif de restitution d'effort pour un systeme de direction d'un vehicule |
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