TITRE : Procédé conçu pour asservir une position d'une crémaillère d'un véhicule à une consigne de position en fonction de contraintes cinématiques imposées sur un mouvement du véhicule.

L'invention concerne le domaine des systèmes de direction assistée et plus particulièrement un procédé conçu pour asservir une position d'une crémaillère à une consigne de position.

Un système de direction d'un véhicule a pour objet de permettre à un conducteur de contrôler une trajectoire du véhicule en exerçant un effort sur un volant. Généralement, un système de direction comprend plusieurs éléments dont ledit volant relié à une colonne de direction, une crémaillère, et deux roues chacune reliée à une biellette. La crémaillère est la pièce permettant de relier le volant, via la colonne de direction, aux roues, via les biellettes ; c'est-à-dire que la crémaillère transforme les efforts exercés par le conducteur sur le volant en une rotation des roues du véhicule. Plus précisément, la crémaillère réalise un mouvement rectiligne entre une position neutre dans laquelle le véhicule en mouvement réalise une trajectoire rectiligne, et une position droite, respectivement une position gauche, dans laquelle le véhicule réalise une trajectoire courbe vers la droite, respectivement vers la gauche. On définit par la suite qu'une position de la crémaillère est la longueur, mesurée en millimètre, du centre de la crémaillère par rapport à la position neutre.

Un système de direction assistée électrique d'un véhicule fait appel à un moteur d'assistance, piloté par un calculateur de direction, pour notamment réduire les efforts à fournir par le conducteur sur le volant pour tourner les roues du véhicule. En fonction des efforts exercés sur le volant, c'est-à-dire le couple volant, le moteur d'assistance exerce un effort d'assistance, c'est-à-dire un couple moteur, sur la crémaillère de manière à faire tourner les roues.

Le système de direction assistée peut également comprendre une fonction d'aide à la conduite, telle qu'une fonction d'aide au stationnement (« city park ») ou une fonction d'aide au maintien du véhicule dans sa voie de circulation (« lane keeping »). Cette fonction commande automatiquement la trajectoire, dite par la suite réelle, du véhicule. Autrement dit, la fonction d'aide à la conduite détermine une trajectoire de référence et impose que la trajectoire réelle du véhicule reste au voisinage de la trajectoire de référence.

La trajectoire réelle du véhicule est imposée par la fonction d'aide à la conduite en asservissant la position de la crémaillère à une consigne de position qui est dépendante de la trajectoire de référence. De cette manière, la trajectoire réelle du véhicule est maintenue au voisinage de la trajectoire de référence.

Il existe un procédé connu, représenté en figure 1, permettant de réaliser un tel asservissement qui comprend :

Une étape d'asservissement en position 2' dans laquelle le calculateur de direction détermine une consigne de couple moteur TCM en fonction de la consigne de position T _x , et de la position crémaillère Xs;

Une étape de manœuvre 3 dans laquelle le moteur d'assistance exerce un couple moteur C _M sur la crémaillère S en fonction de la consigne de couple moteurTcM.

Un tel procédé présente une régulation en boucle fermée sur la position Xs de la crémaillère S. Autrement dit, le procédé modifie la position Xs de la crémaillère S au moyen du couple moteur CM du moteur d'assistance tant que la position Xs de la crémaillère S n'est pas égale à la consigne de position Tc. Ainsi, le procédé permet de maintenir la trajectoire réelle du véhicule au moyen du contrôle de la position Xs de la crémaillère S, au voisinage de la trajectoire de référence indiquée par la consigne de position Tc.

Une réaction dynamique du système de direction dépend directement des variations d'une structure de l'environnement dudit système de direction, notamment le poids et d'un état de la surface de circulation du véhicule. La réaction dynamique du véhicule dépend des contraintes cinématiques s'exerçant sur le véhicule.

Avec le procédé ci-dessus et selon la structure de l'environnement du système de direction, un mouvement brusque et rapide de la crémaillère S peut être observé. Cela dégrade un ressenti du conducteur et la sécurité du véhicule. Ce procédé ne peut pas gérer les variations de la structure de l'environnement sans modification d'au moins un paramètre.

L'invention a pour but de remédier à tout ou partie des inconvénients précités en proposant un procédé d'asservissement en position de la crémaillère dans lequel la vitesse et/ou l'accélération de la crémaillère restent inférieures à un seuil déterminé quelles que soient les changements de la structure de l'environnement du système de direction assistée.

L'invention a pour objet un procédé de contrôle d'un moteur d'assistance d'un système de direction assistée, ledit système de direction assistée comprenant le moteur d'assistance configuré pour appliquer un couple moteur sur une crémaillère, et au moins un calculateur de direction, ledit procédé étant conçu pour asservir une position de la crémaillère à une consigne de position, ledit procédé comprenant : une étape de manœuvre dans laquelle le moteur d'assistance exerce un couple moteur sur la crémaillère en fonction d'une consigne de couple moteur; caractérisé en ce que le procédé comprend également : une étape d'asservissement dans laquelle le calculateur de direction détermine une consigne de vitesse de la crémaillère en fonction de la consigne de position et de la position de la crémaillère; une étape de limitation dans laquelle le calculateur de direction émet une consigne de vitesse limitée qui est inférieure ou égale à un seuil de vitesse maximum; une étape de contrôle dans laquelle le calculateur de direction détermine la consigne de couple moteur en fonction de la consigne de vitesse limitée et d'une vitesse de la crémaillère.

Le procédé de contrôle selon l'invention comprend deux régulations en boucle fermée imbriquées l'une dans l'autre, c'est à dire en cascade.

La première régulation en boucle fermée est réalisée par l'étape d'asservissement. En effet, l'étape d'asservissement détermine une grandeur, ici la consigne de vitesse, de manière à ce que la position de la crémaillère soit égale à la consigne de position. En prenant en compte la position effective de la crémaillère, l'étape d'asservissement intègre une réaction, ou feedback en anglais, du système de direction assistée.

L'étape d'asservissement modifie la consigne de vitesse de manière à imposer que la position de la crémaillère soit sensiblement égale à la consigne de position. Ainsi, le procédé selon l'invention permet de maintenir une trajectoire réelle du véhicule au moyen du contrôle de la position de la crémaillère, au voisinage de la trajectoire de référence indiquée par la consigne de position.

La deuxième régulation en boucle fermée est réalisée par l'étape de contrôle. En effet, l'étape de contrôle détermine une grandeur, ici la consigne de couple moteur, de manière à ce que la vitesse de la crémaillère soit égale à la consigne de vitesse limitée. En prenant en compte la vitesse effective de la crémaillère, l'étape de contrôle intègre une réaction du système de direction assistée.

L'étape de contrôle modifie la consigne de couple moteur de manière à imposer que la vitesse de la crémaillère soit sensible égale à la consigne de vitesse limitée. Ainsi, le procédé selon l'invention permet de maintenir la vitesse de la crémaillère, au voisinage de la consigne de vitesse limitée.

L'étape de limitation impose que la consigne de vitesse limitée soit égale à la consigne de vitesse lorsque la consigne de vitesse est inférieure au seuil de vitesse maximum et soit égale au seuil de vitesse maximum lorsque la consigne de vitesse est supérieure ou égale au seuil de consigne maximum. Autrement dit, l'étape de limitation impose une borne maximum correspondant au seuil de vitesse maximum à la consigne de vitesse de la crémaillère.

Ainsi, la consigne de vitesse limitée de la crémaillère est connue, reproductible et réglable.

Le procédé selon l'invention s'assure, en imposant que la vitesse crémaillère soit égale à une consigne de vitesse limitée, que la crémaillère réalise un mouvement continu, prédictible et graduel de sorte à préserver le ressenti du conducteur et la sécurité du véhicule.

Selon une caractéristique de l'invention, l'étape d'asservissement comprend une phase de comparaison dans laquelle un écart de position est calculé en fonction de la position de la crémaillère et de la consigne de position, puis une phase de correction dans laquelle la consigne de vitesse est déterminée de manière à réduire l'écart de position. La phase de comparaison calcule un écart de position, par exemple en soustrayant la position de la crémaillère à la consigne de position.

La phase de correction détermine une consigne de vitesse en fonction de l'écart de position au moyen d'une relation mathématique prédéterminée.

Ainsi, l'étape d'asservissement est une régulation en boucle fermée.

Selon une caractéristique de l'invention, l'étape de contrôle comprend une phase d'écart dans laquelle un écart de vitesse est calculé en fonction de la vitesse de la crémaillère et de la consigne de vitesse limitée, puis une phase de compensation dans laquelle la consigne de couple moteur est déterminée de manière à réduire l'écart de vitesse.

La phase d'écart calcule un écart de position, par exemple en soustrayant la vitesse de la crémaillère à la consigne de vitesse limitée.

La phase de compensation détermine la consigne de couple moteur en fonction de l'écart de vitesse au moyen d'une relation mathématique prédéterminée.

Ainsi, l'étape de contrôle est une régulation en boucle fermée.

Selon une caractéristique de l'invention, l'étape de limitation détermine le seuil de vitesse maximum de la crémaillère en fonction d'au moins une contrainte cinématique s'exerçant sur le véhicule.

Ainsi, l'étape de limitation permet d'adapter le procédé à une réaction dynamique du système de direction en prenant en compte au moins une contrainte cinématique. Le procédé s'adapte à différents véhicules mais aussi aux évolutions de l'état de la surface de circulation du véhicule. La consigne de vitesse de la crémaillère est adaptée à l'au moins une contrainte cinématique.

Le procédé selon l'invention peut être installé sur différents véhicules sans modification de celui-ci car les évolutions de poids de véhicule, et plus généralement les évolutions des contraintes cinématiques sont prises automatiquement en compte lors de l'étape de limitation.

Selon une caractéristique de l'invention, l'étape de limitation détermine la consigne de vitesse limitée en fonction d'un seuil d'accélération maximum ;

Ainsi, la consigne de vitesse est limitée mais aussi l'accélération maximum de la crémaillère.

Il est possible de définir exactement une dynamique du mouvement de la crémaillère en limitant la vitesse est l'accélération.

Selon une caractéristique de l'invention, le seuil d'accélération maximum est déterminé en fonction d'au moins une contrainte cinématique s'exerçant sur le véhicule.

Ainsi, la dynamique du véhicule est adaptée en fonction d'au moins une contrainte cinématique. Le procédé s'adapte à différents véhicules mais aussi aux évolutions de l'état de la surface de circulation du véhicule.

Selon une caractéristique de l'invention, la position de la crémaillère est obtenue par au choix : un capteur de position, une mesure angulaire d'un volant, un calcul mathématique utilisant une mesure angulaire d'un arbre du moteur d'assistance.

Ainsi le procédé n'est pas contraint pas une méthode de détermination de la position de la crémaillère.

L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à plusieurs modes de réalisation selon la présente invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels :

[Fig. 1] est une représentation schématique d'un procédé de contrôle d'un moteur d'assistance selon l'état de l'art ;

[Fig. 2] est une représentation schématique d'un procédé de contrôle d'un moteur d'assistance selon l'invention ;

[Fig. 3] est une représentation schématique d'une position de la crémaillère, d'un seuil de vitesse maximum et d'un seuil d'accélération maximum, en fonction du temps ;

[Fig. 4] est une représentation d'une réponse de la crémaillère à une consigne de position selon un premier mode de réalisation ;

[Fig. 5] est une représentation d'une réponse de la crémaillère à une consigne de position selon un deuxième mode de réalisation ; [Fig. 6] est une représentation d'une réponse de la crémaillère à une consigne de position selon un troisième mode de réalisation ;

[Fig. 7] est une représentation schématique d'un système de direction d'un véhicule. L'invention concerne un procédé 1 de gestion d'un moteur d'assistance 12 d'un système de direction assistée 100 pour véhicule 21, et plus particulièrement pour un véhicule 21 automobile destiné au transport de personnes.

De façon connue en soi, et tel que cela est visible sur la figure 7, ledit système de direction assistée 100 comprend un volant de conduite 30 qui permet à un conducteur de manœuvrer ledit système de direction assistée 100 en exerçant un effort sur ledit volant de conduite 30.

Ledit volant de conduite 30 est de préférence monté sur une colonne de direction 40, guidée en rotation sur le véhicule 21, et qui engrène, au moyen d'un pignon de direction 50, sur une crémaillère S, qui est elle-même guidée en translation dans un carter de direction 7 fixé audit véhicule 21.

De préférence, les extrémités de ladite crémaillère de direction S sont reliées chacune à une biellette de direction 8, 9 raccordée au porte-fusée d'une roue directrice 10, 11 (respectivement une roue gauche 10 et une roue droite 11), de telle sorte que le déplacement longitudinal en translation de la crémaillère S permet de modifier l'angle de braquage (angle de lacet) des roues directrices.

Les roues directrices 10, 11 peuvent par ailleurs de préférence être également des roues motrices.

Le système de direction assistée 100 comprend également le moteur d'assistance 12 destiné à fournir un couple moteur CM, pour assister la manœuvre dudit système de direction assistée 100.

Le moteur d'assistance 12 sera de préférence un moteur électrique, à double sens de fonctionnement, et préférentiellement un moteur électrique rotatif, de type brushless. Le moteur d'assistance 12 peut venir en prise, le cas échéant par l'intermédiaire d'un réducteur de type réducteurà engrenage, soit sur la colonne de direction 40 elle-même, pour former un mécanisme dit « à simple pignon », soit directement sur la crémaillère S, au moyen par exemple d'un second pignon 13 distinct du pignon de direction 50 qui permet à la colonne de direction 40 d'engrener sur la crémaillère S, de sorte à former un mécanisme dit « à double pignon », tel que cela est illustré sur la figure 7, ou bien encore au moyen d'une vis à billes qui coopère avec un filetage correspondant de ladite crémaillère S, à distance dudit pignon de direction 50.

Le système de direction comprend en outre un calculateur de direction 20 qui met en œuvre le procédé 1 selon l'invention. Plus précisément, le calculateur de direction 20 reçoit l'information d'une position Xs de la crémaillère S soit au moyen d'un capteur de position, soit par une mesure angulaire Q3 du volant de conduite 30 qui est réalisée par un capteur d'angle 23, soit par un calcul mathématique utilisant une mesure angulaire Q12 d'un arbre 24 du moteur d'assistance 12.

Le système de direction 100 comprend le procédé de contrôle 1, tel que représenté en figure 2.

Le procédé 1 de contrôle du moteur d'assistance 12 du système de direction assistée 100 comprend une étape d'asservissement 2 dans laquelle le calculateur de direction 20 détermine une consigne de vitesse Tvs la crémaillère S en fonction d'une consigne de position Tx et de la position Xs de la crémaillère S.

Plus précisément, l'étape d'asservissement 2 comprend une phase de comparaison dans laquelle un écart de position est calculé en fonction de la position Xs de la crémaillère S et de la consigne de position Tc.

La phase de comparaison calcule l'écart de position en soustrayant la position Xs de la crémaillère S à la consigne de position Tc.

Puis l'étape d'asservissement 2 comprend une phase de correction dans laquelle la consigne de vitesse Tvs est déterminée de manière à réduire l'écart de position calculé. L'étape d'asservissement 2 est donc une première régulation en boucle fermée qui détermine la consigne de vitesse Tvs de manière à ce que la position Xs de la crémaillère S soit égale à la consigne de position Tc.

Le procédé 1 selon l'invention comprend ensuite une étape de limitation dans laquelle le calculateur de direction émet une consigne de vitesse limitée TVSL.

La consigne de vitesse Tvs est conditionnée par des contraintes cinématiques de vitesse et d'accélération s'exerçant sur le véhicule 21. Pour cela, la consigne de vitesse Tvs est bornée par un seuil de vitesse maximum SVs et sa dérivée par rapport au temps, autrement dit son accélération, est bornée par un seuil d'accélération maximum SAs. Le seuil de vitesse maximum SVs et le seuil d'accélération maximum SAs dépendent d'au moins une contrainte cinématique.

Le procédé 1 comprend également une étape de contrôle 5 dans laquelle le calculateur de direction 20 détermine une consigne de couple moteur TCM en fonction de la consigne de vitesse limitée TVSL et d'une vitesse Vs de la crémaillère S.

L'étape de contrôle comprend une phase d'écart dans laquelle un écart de vitesse est calculé en soustrayant la vitesse Vs de la crémaillère S à de la consigne de vitesse limitée TVSL·

L'étape de contrôle comprend également une phase de compensation dans laquelle la consigne de couple moteur est déterminée de manière à réduire l'écart de vitesse. L'étape de contrôle 5 correspond à une deuxième régulation en boucle fermée positionnée en parallèle de la première boucle de régulation. En effet, l'étape de contrôle 5 détermine la consigne de couple moteur TCM en utilisant en entrée la consigne de vitesse limitée Tvsi_qui est la sortie de la première boucle de contrôle, et en utilisant la vitesse Vsde la crémaillère S qui est mesurée en même temps que la position Xsde la crémaillère S.

L'étape de contrôle 5 modifie la consigne de couple moteur TCM de manière à imposer que la vitesse Vs de la crémaillère S soit sensiblement égale à la consigne de vitesse limitée TVSL.

Enfin, le procédé 1 comprend une étape de manœuvre 3 dans laquelle le moteur d'assistance 12 exerce le couple moteur CM sur la crémaillère S en fonction de la consigne de couple moteur TCM.

Le procédé 1 est conçu pour asservir une position Xs de la crémaillère S à une consigne de position Tx, ce qui est réalisé par l'étape d'asservissement 2, tout en maintenant une vitesse Vs de la crémaillère S à une valeur inférieure à un seuil ce qui est réalisé par l'étape de limitation 4 et de contrôle 5.

Ainsi, le procédé 1 selon l'invention permet, d'une part de maintenir une trajectoire réelle du véhicule 21 au moyen du contrôle de la position Xs de la crémaillère S, au voisinage de la trajectoire de référence indiquée par la consigne de position Tx, et d'autre part de maintenir la vitesse Vs de la crémaillère S au voisinage de la consigne de vitesse limitée TVSL.

La figure 3 illustre la position Xs de la crémaillère S, le seuil de vitesse maximum SVs et le seuil d'accélération maximum SAs en fonction du temps t.

Sur la figure 3, la consigne de vitesse Tvs a une valeur supérieure au seuil de vitesse maximum SVs et une dérivée par rapport au temps supérieure au seuil d'accélération maximum SAs. Ainsi, l'étape de limitation 4 détermine que la consigne de vitesse limitée TVSL est contrainte d'une part par le seuil de vitesse maximum SVs et d'autre part par le seuil d'accélération maximum SAs.

En figure 3, le seuil d'accélération maximum SAs est constant et égal à la valeur A _m ax sur une première durée I, égal à la valeur -A _m ax sur une troisième durée III et égal à zéro sur une deuxième durée II comprise entre la première durée I et la troisième durée III. Ainsi, le seuil de vitesse maximum Sv _s est une droite de coefficient directeur constant sur la première I et troisième III durée, et nul sur la troisième durée III.

Finalement, la position Xs de la crémaillère évolue doucement sur la première durée I et la troisième durée III puis plus rapidement sur la deuxième durée II. Les figures 4 à 6 illustrent une réponse d'une crémaillère S contrôlée avec le procédé 1 selon l'invention.

Plus précisément, dans la réponse illustrée en figure 4, le seuil de vitesse maximum SVs est choisi égal à 70mm/s, et il n'y a pas de valeur déterminée pour le seuil d'accélération maximum SAs. En outre, le procédé impose une consigne de position Tx, sous la forme d'une rampe.

La figure 4 montre que la position Xs de la crémaillère S suit la consigne de position Tx avec un léger décalage tandis que la vitesse Vs de la crémaillère suit la consigne de vitesse limitée TVSL aux dépassements de régulation près. La consigne de couple moteur TCM diminue automatiquement lorsque la vitesse Vs de la crémaillère dépasse la consigne de vitesse limitée TVSL. Ainsi, le procédé 1 selon l'invention garantit que la vitesse Vs de la crémaillère S ne dépasse pas la consigne de vitesse limitée TVSL aux erreurs de régulations près.

Dans la réponse illustrée en figure 5, le seuil de vitesse maximum SVs est choisi égal à 20mm/s, et il n'y a pas de valeur déterminée pour le seuil d'accélération maximum SAs. En outre, le procédé impose une consigne de position Tx, sous la forme d'un échelon. La figure 5 montre que la position Xs de la crémaillère S rejoint la consigne de position Tx suivant une pente, tandis que la vitesse Vs de la crémaillère S suit la consigne de vitesse limitée TVSL aux dépassements de régulation près. La réponse de la position Xs de la crémaillère S est indépendante de la trajectoire à parcourir. La crémaillère S atteint la position souhaitée Tx en respectant la contrainte du seuil de vitesse maximum SV _s . Ainsi, le procédé 1 selon l'invention garantit que la vitesse Vs de la crémaillère ne dépasse pas la consigne de vitesse limitée TVSL même lorsque la distance à parcourir est importante.

Dans la réponse illustrée en figure 6, le seuil de vitesse maximum SVs est choisi égal à 20mm/s, et le seuil d'accélération maximum SAs est choisi égal à 156mm/s ² . En outre, le procédé impose une consigne de position Tx, sous la forme d'un échelon.

La figure 6 montre que la position Xs de la crémaillère S rejoint la consigne de position Tx suivant une courbe, tandis que la vitesse Vs de la crémaillère S suit la consigne de vitesse limitée TVSL aux dépassements de régulation près. La crémaillère S atteint la position souhaitée Tx en respectant la contrainte du seuil de vitesse maximum SV _s et du seuil d'accélération maximum SAs, aux erreurs de régulations près. Ainsi, le procédé 1 selon l'invention garantit que la vitesse Vs de la crémaillère S ne dépasse pas la consigne de vitesse limitée TVSL même lorsque la distance à parcourir est importante, et que l'accélération de la crémaillère reste inférieure à l'accélération maximum jusqu'à l'achèvement du mouvement. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux figures annexées. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.