La présente invention concerne le domaine général des systèmes de direction assistée pour véhicules.

Elle concerne plus particulièrement les systèmes de direction assistée dits « steer-by-wire » qui sont dépourvus de transmission mécanique entre d'une part un mécanisme de niveau supérieur comprenant un volant de conduite et d'autre part un mécanisme de niveau inférieur qui comprend un moteur d'assistance et qui agit mécaniquement sur les roues directrices du véhicule pour modifier l'orientation en lacet (c'est-à-dire l'angle de braquage) desdites roues.

Dans de tels systèmes steer-by-wire, il est connu d'assurer un asservissement en position du mécanisme de niveau inférieur, en mesurant la position angulaire du volant de conduite, puis en définissant et transmettant par une liaison électrique une consigne correspondante au moteur d'assistance qui entraîne ledit mécanisme de niveau inférieur, et donc les roues directrices, jusqu'à la position souhaitée.

Pour assurer un retour d'information au volant, de manière à permettre au conducteur de percevoir les réactions induites dans le mécanisme de niveau inférieur par les manœuvres de braquage et par le contact des roues avec la route, il est prévu, dans le mécanisme de niveau supérieur, un second moteur conçu pour entraîner le volant de conduite en rotation.

Les systèmes de direction assistée connus, et en particulier les systèmes de direction steer-by-wire connus, ont toutefois tendance à présenter certains inconvénients.

En premier lieu, certains phénomènes mécaniques liés notamment à la masse inertielle du mécanisme de niveau inférieur ou du mécanisme de niveau supérieur, ou bien encore aux frottements internes audit mécanisme de niveau inférieur ou audit mécanisme de niveau supérieur, peuvent faire ressentir au conducteur une certaine lourdeur lors des manœuvres.

Ensuite, la présence de l'assistance de direction peut rendre le ressenti tactile de la conduite relativement artificiel, et notamment ne pas transmettre fidèlement au conducteur certaines informations tactiles, dites « road feeling », qui renseignent intuitivement le conducteur sur l'état du contact entre les roues et le sol, et en particulier sur la nature du revêtement de la route (bitume, gravier...) et sur le degré d'adhérence des roues au sol. Le ressenti peut être particulièrement artificiel dans le cas d'un système « steer-by-wire », lorsqu'il n'existe pas de liaison mécanique entre le volant de conduite et les roues.

Les objets assignés à l'invention visent par conséquent à remédier aux inconvénients susmentionnés et à proposer un nouveau système de direction assistée, notamment un nouveau système de direction steer-by-wire, qui combine une grande légèreté de manœuvre avec un ressenti fidèle des conditions de conduite.

Les objets assignés à l'invention sont atteints au moyen d'un système de direction assistée comprenant un premier mécanisme dit « mécanisme de niveau inférieur » qui comprend un moteur d'assistance ainsi qu'une roue directrice sur laquelle le moteur d'assistance agit pour orienter ladite roue directrice en lacet, ledit mécanisme de niveau inférieur définissant ainsi une chaîne cinématique de niveau inférieur qui s'étend depuis le moteur d'assistance jusqu'à une portion de la roue directrice, dite « portion de contact », destinée à entrer en contact avec le sol, de manière à ce que les efforts et les mouvements issus du moteur d'assistance soient transmis à la roue directrice par l'intermédiaire et le long de ladite chaîne cinématique d'actionnement, ledit système de direction assistée comprenant également un second mécanisme dit « mécanisme de niveau supérieur » qui comprend un volant de conduite et qui est soit dépourvu d'accouplement mécanique avec le mécanisme de niveau inférieur, de sorte à former une chaîne cinématique de niveau supérieur qui est séparée de la chaîne cinématique d'actionnement, soit couplé mécaniquement au mécanisme de niveau inférieur par l'intermédiaire d'un organe d'accouplement, de sorte à former, depuis le volant de conduite jusqu'audit organe d'accouplement, une chaîne cinématique de niveau supérieur auxiliaire qui forme une bifurcation par rapport à la chaîne cinématique d'actionnement, le système de direction assistée étant caractérisé en ce que le mécanisme de niveau inférieur est asservi en effort par une boucle fermée, dite « boucle locale basse », qui comprend une branche d'entrée dite « branche d'entrée de boucle basse » permettant de définir une consigne d'effort d'entrée, dite « consigne d'effort d'entrée de boucle basse », une branche de rétroaction, dite « branche de rétroaction de boucle basse », qui mesure ou qui estime, en un point de référence dit « point de référence de boucle basse » situé sur la chaîne cinématique d'actionnement, et hors de la chaîne cinématique de commande, en aval du moteur d'assistance et en amont de la portion de contact de la roue directrice, un effort dit « effort aval effectif » qui est représentatif, audit point de référence, de l'effort qui est transmis entre le moteur d'assistance et la roue directrice par la chaîne cinématique d'actionnement, et en ce que ladite branche de rétroaction de boucle basse applique ensuite ledit effort aval effectif en rétroaction sur la consigne d'effort d'entrée de boucle basse, pour former une consigne d'actionnement de boucle basse, qui est appliquée au moteur d'assistance, de manière à ce que l'effort de réaction aval effectif suive automatiquement la consigne d'effort d'entrée de boucle basse.

Avantageusement, le fait d'utiliser une boucle locale d'asservissement, et plus particulièrement une boucle locale basse, qui est apte à asservir en boucle fermée et de manière autonome le mécanisme de niveau inférieur, et qui inclut une branche de rétroaction capable de réaliser une prise d'information, en l'espèce une estimation d'effort ou de préférence une mesure d'effort, en un point de référence éloigné de l'actionneur, ici en un point de référence éloigné du moteur d'assistance, et donc au plus près du contact entre la roue et le sol, lorsque l'on considère la chaîne cinématique de niveau inférieur d'amont en aval, permet de rendre transparent l'actionneur du mécanisme concerné, ici le moteur d'assistance qui entraîne le mécanisme de niveau inférieur, et plus globalement permet de rendre transparent ledit mécanisme.

La transparence désigne ici la capacité d'un système, ici plus particulièrement la capacité du mécanisme de niveau inférieur actionné par le moteur d'assistance, à se mettre en mouvement, lorsque ledit système est asservi à effort nul (ou, respectivement, à couple nul), dès lors qu'un effort externe (ou respectivement un couple externe), même de très faible intensité, est appliqué audit système, ledit système « s'effaçant » ainsi, sans opposer de résistance sensible, sous l'action dudit effort externe (respectivement sous l'action dudit couple externe).

Avantageusement, un tel système transparent peut donc être manœuvré de manière réactive et sans créer de sensation de lourdeur.

En particulier, les phénomènes tels que les phénomènes inertiels ou les phénomènes de frottement (sec et/ou visqueux) qui sont susceptibles d'affecter la manœuvre du mécanisme mais qui sont « pris dans la boucle », c'est-à-dire qui interviennent dans une portion de la chaîne d'actionnement qui fait partie de la boucle fermée d'asservissement, et qui est ici comprise entre le moteur d'assistance (inclus) et le point de référence auquel la branche de rétroaction prélève l'information d'effort, voient en pratique leur influence divisée par le gain global de la boucle, qui inclut notamment le gain de la branche de rétroaction, et pour lequel on peut choisir une valeur très élevée. Ainsi, lesdits phénomènes inertiels et de frottement qui sont internes au mécanisme sont automatiquement compensés, et ne gênent donc pas la manœuvre dudit mécanisme.

De même, les sollicitations externes, exercées notamment par la route sur la roue, sont finement perçues par le mécanisme de niveau inférieur, ce qui améliore la restitution des sensations de conduite (« road feeling ») au conducteur.

De surcroît, la mise en œuvre d'un asservissement en effort (ou le cas échéant d'un asservissement en couple) confère avantageusement une sensibilité, une précision et une réactivité élevées au mécanisme de niveau inférieur, et plus globalement au système de direction assistée, dans la mesure où un asservissement en effort surveille, et agit sur, des efforts, c'est-à-dire sur les causes des mouvements, plutôt que des positions, qui sont la conséquence desdits mouvements.

L'asservissement en effort proposé permet en outre de capter et de retransmettre fidèlement au système de direction assistée, et en particulier de faire parvenir au volant de conduite, toutes les variations d'effort, y compris les variations rapides pouvant atteindre une fréquence de 20 Hz, 25 Hz, 30 Hz, voire au-delà de 30Hz, comme par exemple les variations des efforts externes exercés par le sol sur la roue, telles que ces variations résultent d'une circulation du véhicule sur un revêtement rugueux de type gravier.

Cette richesse fréquentielle du signal d'effort aval effectif obtenu et utilisé par le système de direction permet donc de restituer au conducteur un ressenti de conduite (road feeling) particulièrement fin et précis, qui permet notamment au conducteur d'obtenir une bonne perception de la nature du revêtement de la route.

Enfin, l'agencement proposé par l'invention est avantageusement propice à la gestion d'un système de direction de type steer-by-wire, au sein duquel l'invention permet, tel que cela sera détaillé dans ce qui suit, de réaliser séparément d'une part un asservissement autonome en effort du mécanisme de niveau inférieur, au moyen d'une boucle locale basse, et d'autre part un asservissement autonome en couple du mécanisme de niveau supérieur (et donc du volant de conduite), au moyen d'une boucle locale haute distincte de la boucle locale basse, et de compléter cette architecture par un contrôleur global capable de créer un couplage entre lesdites boucles locales, en générant deux composantes de consigne d'entrée, respectivement une composante de consigne en effort et une composante de consigne en couple, destinées respectivement à la boucle locale basse et à la boucle locale haute.

Ainsi, l'invention permet de créer un système de direction steer-by-wire dont aussi bien le mécanisme de niveau supérieur (et donc le volant de conduite) que le mécanisme de niveau inférieur actionnant les roues directrices réagissent de façon transparente, ce qui confère de la légèreté et de la précision aux manœuvres, tout en procurant un excellent ressenti de conduite ainsi qu'un très bon ressenti de l'interaction de contact qui existe entre la roue et le sol (road feeling).

D'autres objets, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus en détail à la lecture de la description qui suit, ainsi qu'à l'aide des dessins annexés, fournis à titre purement illustratif et non limitatif, parmi lesquels :

La figure 1 illustre, selon une vue schématique, le principe de transparence d'un mécanisme piloté par une boucle locale asservie à effort nul (ou, de manière équivalente, à couple nul).

La figure 2 illustre, selon une vue schématique, la réponse en effort (ou en couple) et donc en accélération, ainsi que les réponses en vitesse de déplacement et en position, du mécanisme transparent de la figure 1.

La figure 3 illustre, selon une vue schématique, un exemple de système de direction assistée selon l'invention.

La présente invention concerne un système de direction assistée 1.

Ledit système de direction assistée 1 est destiné à un véhicule, notamment un véhicule automobile, de préférence un véhicule automobile à roues comprenant au moins une roue directrice 12, qui peut être aussi de préférence une roue motrice.

Ladite roue directrice 12 est de façon particulièrement préférentielle une roue avant du véhicule.

Tel que cela est visible sur la figure 3, ledit système de direction assistée 1 comprend un premier mécanisme dit « mécanisme de niveau inférieur » 10 qui comprend un moteur d'assistance 11 ainsi qu'une roue directrice 12 (et plus préférentiellement deux roues directrices 12, en l'espèce une roue directrice gauche 12L et une roue directrice droite 12R) sur laquelle le moteur d'assistance 11 agit pour orienter ladite roue directrice 12 en lacet.

Ledit mécanisme de niveau inférieur 10 permet ainsi de conférer à la roue directrice 12 un angle de braquage A12 souhaité.

En l'espèce, le mécanisme de niveau inférieur forme ainsi de préférence un mécanisme de puissance, destiné à développer des efforts supérieurs aux efforts manuels exercés par le conducteur.

Le moteur d'assistance 11 est de préférence un moteur électrique, par exemple un moteur brushless.

De préférence, il s'agit d'un moteur rotatif. Le mécanisme de niveau inférieur 10 définit une chaîne cinématique de niveau inférieur L10 qui s'étend depuis le moteur d'assistance 11 jusqu'à une portion 12C de la roue directrice, dite « portion de contact » 12C, destinée à entrer en contact avec le sol 2, de manière à ce que les efforts et les mouvements issus du moteur d'assistance 11 soient transmis à la roue directrice 12 par l'intermédiaire et le long de ladite chaîne cinématique de niveau inférieur L10.

A titre d'exemple préférentiel, le mécanisme de niveau inférieur 10, et plus particulièrement la chaîne cinématique de niveau inférieur L10, peut comporter une crémaillère 13 qui est entraînée par le moteur d'assistance 11, et dont au moins une extrémité 13L, 13R est couplée à une biellette de direction 14 qui transmet à son tour les efforts et déplacements à la roue directrice 12.

La crémaillère 13 est de préférence montée et guidée en translation selon son axe longitudinal dans un carter de direction 3 fixé sur le véhicule.

Le moteur d'assistance 11 peut venir en prise sur ladite crémaillère 13 par un réducteur 15 (ou tout autre organe d'accouplement mécanique approprié), par exemple un réducteur 15 à engrenage ou un réducteur 15 à vis-à-billes.

La biellette de direction 14 relie de préférence la crémaillère 13 à un porte-fusée 16, orientable en lacet, et qui porte lui-même la roue directrice 12.

Selon une possibilité de réalisation, la chaîne cinématique de niveau inférieur L10 peut ainsi comprendre, d'amont en aval, et tel que cela est illustré sur la figure 3 : le moteur d'assistance 11, un réducteur 15 (ou tout autre organe d'accouplement mécanique approprié), la crémaillère 13 (ou à tout le moins la portion de la crémaillère 13 comprise entre le réducteur 15 et la biellette 14), une biellette de direction 14, le porte-fusée 16 correspondant puis la roue 12 (à tout le moins la jante de la roue 12) portée par ledit porte-fusée 16.

Par convention, on considère que l'on parcourt la chaîne cinématique de niveau inférieur L10 dans un sens descendant, orienté de l'amont vers l'aval, lorsque l'on s'éloigne de l'actionneur, ici du moteur d'assistance 11, le long de ladite chaîne cinématique de niveau inférieur L10, pour se rapprocher de l'effecteur qui interagit avec l'environnement extérieur du mécanisme 10 considéré, c'est-à-dire ici pour se rapprocher de la portion de contact 12C de la roue directrice 12.

Le moteur d'assistance 11 forme ainsi de préférence l'extrémité amont de la chaîne cinématique de niveau inférieur L10, et la portion de contact 12C de la roue 12 l'extrémité aval de ladite chaîne cinématique de niveau inférieur L10.

Sans sortir du cadre de l'invention, on pourrait bien entendu, en variante, envisager une chaîne cinématique de niveau inférieur L10 plus courte, par exemple dans laquelle un moteur d'assistance 11 agirait directement sur le porte-fusée 16, éventuellement par l'intermédiaire d'un réducteur 15, mais sans passer par une crémaillère 13, et de préférence sans passer ni par une crémaillère 13 ni par une biellette de direction 14.

Selon une telle variante, un moteur d'assistance 11 donné pourrait commander individuellement et directement l'orientation en lacet d'une seule roue directrice 12, via le porte-fusée 16.

Toujours selon une telle variante, mais qui comprendrait (au moins) deux roues directrices 12, typiquement deux roues directrices avant, on pourrait associer un moteur d'assistance 11 distinct à chacune desdites roues directrices 12, c'est-à-dire prévoir deux moteurs d'assistance 11 distincts qui commanderaient chacun individuellement l'orientation en lacet de la roue directrice 12 concernée.

Toutefois, par commodité de description, on fera de préférence référence à un système de direction assistée 1 dans lequel le mécanisme de niveau inférieur 10 comprend une crémaillère 13, qui permet d'actionner deux biellettes de direction 14 raccordées respectivement à chacune des extrémités 13L, 13R de ladite crémaillère et associées chacune à un porte-fusée 16 et à une roue 12.

Tel que cela est visible sur la figure 3, le système de direction assistée 1 comprend également un second mécanisme dit « mécanisme de niveau supérieur » 20.

Ce mécanisme de niveau supérieur 20 comprend un volant de conduite

22.

Le volant de conduite 22 permet à un conducteur de piloter le système de direction assistée 1 et de déterminer l'angle de braquage A12 souhaité.

Le volant de conduite 22 permet aussi au conducteur de ressentir tactilement les réactions du système de direction assistée 1, et ainsi d'en déduire intuitivement des informations (« road feeling ») sur l'environnement du véhicule, et plus particulièrement des informations quant à la nature du sol 2 sur lequel circule le véhicule et quant à l'état d'adhérence des roues 12 sur le sol 2.

Bien entendu, on fait référence par commodité à un « volant de conduite » 22, étant bien entendu que l'on peut utiliser aux mêmes fins tout dispositif de manœuvre approprié, autre qu'un volant de conduite, tel que par exemple un joystick.

Ici, le mécanisme de niveau supérieur 20 correspond donc de préférence à un mécanisme de commande (par opposition au mécanisme de niveau inférieur qui forme le mécanisme de puissance). Selon une possibilité de mise en œuvre, le mécanisme de niveau supérieur 20 peut-être dépourvu d'accouplement mécanique avec le mécanisme de niveau inférieur 10, de sorte à former une chaîne cinématique de niveau supérieur L20 qui est séparée de la chaîne cinématique de niveau inférieur L10.

A ce titre, de façon particulièrement préférentielle, le système de direction assistée 1 forme un système de direction assistée configuré en « steer-by wire », qui est dépourvu d'accouplement mécanique entre le mécanisme de niveau supérieur 20 et le mécanisme de niveau inférieur 10.

Dans un tel système steer-by-wire, le volant de conduite 22 ne vient pas en prise sur le mécanisme de niveau inférieur 20.

Le lien entre volant de conduite 22 et les roues 12, et plus globalement le lien fonctionnel entre le mécanisme de niveau supérieur 20 et le mécanisme de niveau inférieur 10, c'est-à-dire le lien qui permet de corréler la position du volant de conduite 22 ainsi que les sensations tactiles restituées à travers ledit volant de conduite 22 à la position effective des roues 12 (position du mécanisme de niveau inférieur 10) et aux efforts qui s'exercent sur lesdites roues 12 et dans le mécanisme de niveau inférieur 10, se fait donc (exclusivement) de façon virtuelle, par des signaux électriques.

En variante, le mécanisme de niveau supérieur 20 peut être au contraire couplé mécaniquement au mécanisme de niveau inférieur 10 par l'intermédiaire d'un organe d'accouplement 4 de sorte à former, depuis le volant de conduite 22 jusqu'audit organe d'accouplement 4, une chaîne cinématique de niveau supérieur L20 auxiliaire qui forme une bifurcation L20B par rapport à la chaîne cinématique de niveau inférieur L10.

L'organe d'accouplement 4 peut prendre par exemple la forme d'un pignon 4 qui engrène sur la crémaillère 13 et qui est fixé à une colonne de direction 5 entraînée par le volant de conduite 22.

Selon une possibilité de réalisation, il est envisageable d'utiliser un dispositif d'embrayage 6 qui permet sélectivement de coupler mécaniquement ou de séparer mécaniquement le mécanisme de niveau inférieur 10 au mécanisme de niveau supérieur 20, de manière à pouvoir choisir de configurer le système de direction assistée 1 soit en steer-by-wire (le dispositif 6 étant dans un état débrayé), soit en couplage mécanique (le dispositif 6 étant dans un état embrayé).

En particulier, on pourra prévoir un système de direction assistée 1 agencé pour fonctionner normalement en steer-by-wire, mais possédant néanmoins, en dispositif de secours, un organe d'accouplement 4 agencé pour reconnecter mécaniquement le mécanisme de niveau supérieur 20 au mécanisme de niveau inférieur 10, et plus particulièrement pour reconnecter le volant de conduite 22 à la colonne de direction 5 et (surtout) à la crémaillère 13, en cas de défaillance du fonctionnement steer-by-wire.

A l'inverse, on pourra prévoir, comme indiqué plus haut, un système de direction assistée 1 steer-by-wire « pur », totalement dépourvu d'organe d'accouplement 4 (et de colonne de direction 5 en prise sur la crémaillère 13).

Selon l'invention, le mécanisme de niveau inférieur 10 est asservi en effort par une boucle fermée, dite « boucle locale basse » 30.

Par commodité de description, on pourra désigner par « sous-système de niveau inférieur » (« lower level subsystem ») l'ensemble formé par le mécanisme de niveau inférieur 10 et la boucle locale basse 30 qui le pilote.

Avantageusement, le choix d'un asservissement en effort, ou, de manière équivalente, en couple, permet de réguler l'actionnement du mécanisme de niveau inférieur 10 en ciblant un état de contrainte voulu en un point de référence P10 dudit mécanisme de niveau inférieur 10, c'est-à-dire en ciblant une intensité d'effort transmis à travers la chaîne cinématique de niveau inférieur L10 audit point de référence P 10.

Un tel asservissement en effort permet de détecter et de gérer les efforts qui s'exercent sur le mécanisme de niveau inférieur 10, et plus particulièrement les efforts externes qui résultent des réactions du sol 2 à l'encontre des roues 12 et qui remontent à travers ledit mécanisme de niveau inférieur 10, le long de la chaîne cinématique de niveau inférieur L10.

Comme il a été indiqué plus haut, en basant l'asservissement sur les efforts, c'est-à-dire sur les causes, immédiatement perceptibles en temps réel, des mouvements du mécanisme de niveau inférieur 10, plutôt que sur les déplacements (variations de positions), qui sont les conséquences de l'application des efforts et qui ne sont perceptibles que plus tardivement, après un délai qui est nécessaire à l'exécution d'un mouvement d'amplitude suffisante, on obtient avantageusement un asservissement aux réactions particulièrement rapides et précises.

En outre, un tel type d'asservissement permet de rendre transparent l'actionneur du mécanisme de niveau inférieur 10, à savoir le moteur d'assistance 11, et plus globalement le mécanisme de niveau inférieur 10, tel que cela sera détaillé dans ce qui suit. La boucle locale basse 30 comprend une branche d'entrée dite « branche d'entrée de boucle basse » 31 qui permet de définir une consigne d'effort d'entrée, dite « consigne d'effort d'entrée de boucle basse » F10_set.

Ladite boucle locale basse 30 comprend également une branche de rétroaction, dite « branche de rétroaction de boucle basse » 32, qui mesure ou qui estime, en un point de référence dit « point de référence de boucle basse » P10, un effort dit « effort aval effectif » F10_actual.

L'effort aval effectif F10_actual est représentatif, audit point de référence P10, de l'effort qui est transmis entre le moteur d'assistance 11 et la roue directrice 12 (ou inversement, de l'effort qui remonte de la roue 12 vers le moteur d'assistance 11) par la chaîne cinématique de niveau inférieur L10.

Cet effort aval effectif F10_actual correspond en pratique à l'effort qui est fourni, à l'instant considéré, par le mécanisme de niveau inférieur 10 pour contrer (et en particulier pour équilibrer, en situation de maintien d'un angle de braquage A12 donné, voire pour surpasser, en situation de modification de l'angle de braquage A12) l'effort résistant, noté « effort externe » F_ext, qui est exercé par l'environnement du véhicule, et notamment par le sol 2, sur ledit mécanisme de niveau inférieur 10.

En pratique, ledit effort externe F_ext est essentiellement causé par le contact entre la portion de contact 12C de la roue 12 et le sol 2, ou par le contact de ladite roue 12 avec un obstacle présent dans l'environnement de la roue 12.

Typiquement, l'effort aval effectif F10_actual pourra correspondre à l'effort de traction, ou respectivement à l'effort de compression, qui est exercé par la biellette de direction 14 concernée sur l'extrémité 13L, 13R de la crémaillère à laquelle ladite biellette 14 est connectée.

De préférence, l'effort aval effectif F10_actual est mesuré, au moyen d'un capteur d'effort 17 approprié placé au point de référence de boucle basse P10.

Ledit capteur d'effort 17 pourra par exemple comprendre une jauge extensométrique, ou bien un capteur optique de photo-élasticimétrie.

De préférence, tel que cela est illustré sur la figure 3, on pourra utiliser deux capteurs d'effort 17L, 17R, à savoir un premier capteur d'effort gauche 17L, permettant de mesurer l'effort qui est exercé par la biellette de direction gauche 14L (reliée à la roue directrice gauche 12L) sur l'extrémité gauche 13L de la crémaillère 13, et un second capteur d'effort droit 17R, permettant de mesurer l'effort qui est exercé par la biellette de direction droite 14R (reliée à la roue directrice droite 12R) sur l'extrémité droite 13R opposée de la crémaillère 13. En pareille configuration, l'effort aval effectif F10_actual pourra avantageusement être déterminé, avec une meilleure précision, au moyen d'une unité 70 de calcul d'effort aval effectif, à partir des deux mesures réalisées simultanément sur chacun des deux capteurs d'effort 17L, 17R.

A titre d'exemple, l'effort aval effectif F10_actual pourra être considéré comme la somme ou la différence (dépendant du signe des informations captées) de la valeur de l'effort F10_actual_L mesuré par le capteur d'effort gauche 17L et de la valeur de l'effort F10_actual_R mesuré par le capteur d'effort droit 17R.

On notera que lesdits efforts gauche F10_actual_L et droit F10_actual_R sont en principe de signes opposés, du fait que l'une des biellettes (la biellette gauche 14L lorsque le système de direction assistée 1 braque vers la gauche) travaille en compression, tandis que l'autre biellette (la biellette droite, lors d'un braquage à gauche) travaille en traction.

Selon une variante de mise en œuvre de l'invention, on pourra utiliser, en lieu et place d'une mesure de l'effort aval effectif F10_actual réalisée par un capteur d'effort 17, une estimation dudit effort aval effectif F10_actual, fournie par un algorithme approprié, conçu pour fournir une estimation réaliste dudit effort aval effectif au point de référence P10 considéré.

Un tel algorithme permet d'estimer, virtuellement, l'effort au point de référence de boucle basse P10, à partir de données autres qu'une mesure d'effort qui serait prise audit point de référence 10. Le cas échéant, le système de direction assistée 1 peut ainsi être dépourvu de capteur d'effort 17 au point de référence de boucle basse P10.

A titre d'exemple, si le point de référence de boucle basse P10 utilisé est situé à l'extrémité 13L de la crémaillère 13 et/ou au niveau de la biellette de direction 14, on pourra utiliser à cet effet un « algorithme d'estimation d'effort aux biellettes » tel que celui décrit dans la demande WO-2016/005671 déposée par la demanderesse.

Ceci étant, on pourra préférer à une estimation virtuelle par un algorithme une mesure matérielle par l'utilisation d'un capteur d'effort 17, ou de plusieurs capteurs d'effort 17 (de préférence deux capteurs d'effort 17L, 17R, à raison d'un capteur de chaque côté de la crémaillère 13), et ce afin d'obtenir de meilleures performances du système selon l'invention.

Par ailleurs, que l'effort aval effectif P10_actual soit mesuré au moyen d'un capteur 17 ou évalué au moyen d'un algorithme idoine, le point de référence de boucle basse P10 est situé sur la chaîne cinématique de niveau inférieur L10, et hors de la chaîne cinématique de niveau supérieur L20, en aval du moteur d'assistance 11 et en amont de la portion de contact 12C de la roue directrice 12.

Il convient en effet que le point de référence P10 soit choisi de telle sorte que l'effort aval effectif P10_set qui y est évalué soit effectivement représentatif de l'effort qui est appliqué à la roue 12 à travers la chaîne cinématique de niveau inférieur L10.

En pratique, tant pour obtenir une estimation réaliste dudit effort que pour améliorer la transparence du mécanisme de niveau inférieur 10, il est préférable de placer le point de référence de boucle basse P10 le plus en aval possible le long de la chaîne cinématique de niveau inférieur L10, au plus loin de l'actionneur (le moteur d'assistance 11), et au plus près de la roue 12, et plus particulièrement au plus près de la zone de contact 12C, c'est-à-dire au plus près de la zone, ici la zone terminale (aval) de la chaîne cinématique de niveau inférieur L10, où l'environnement externe du véhicule exerce un effort externe F_ext à l'encontre du mécanisme de niveau inférieur 10.

Ainsi, on peut inclure dans la boucle locale basse 30, en tant que branche effectrice qui exécute une consigne d'effort, une portion de la chaîne cinématique de niveau inférieur L10 qui est la plus longue possible.

En l'espèce, la portion de la chaîne cinématique de niveau inférieur L10 qui se trouve ainsi intégrée à la boucle locale basse 30, c'est-à-dire « prise dans la boucle », s'étend depuis le moteur d'assistance 11, qui forme un point d'entrée amont au niveau duquel on peut ajuster et appliquer à l'actionneur (le moteur d'assistance 11) une consigne d'effort F10_set, F10_mot, jusqu'au point de référence P10 aval qui forme un point de sortie de la boucle, situé en aval du moteur d'assistance et d'une partie des organes effecteurs (notamment de la crémaillère 13) qui sont entraînés par ledit moteur d'assistance 11.

Au niveau du point de référence P10, on surveille l'effet réel qui est produit sur la biellette 14 et sur la roue 12 par l'exécution de la consigne d'effort F10_set, F10_mot par le moteur d'assistance 11.

Plus globalement, au niveau du point de référence P10, on surveille l'effet produit par les actions combinées de l'actionneur (le moteur d'assistance 11) et de l'environnement du système 1 sur les éléments de la chaîne cinématique de niveau inférieur L10 qui sont externes à la boucle locale basse 30, car situés en aval du point de référence P10, au-delà de la portion de la chaîne cinématique de niveau inférieur L10 qui est incluse dans la boucle locale basse 30. De préférence, et en particulier si la chaîne cinématique de niveau inférieur L10 passe par un organe intermédiaire entre le moteur d'assistance 11 et le porte-fusée 16, par exemple par une crémaillère 13, le point de référence de boucle basse P10, et plus particulièrement le capteur d'effort 17 utilisé par la branche de rétroaction 32, est distinct, et matériellement distant, d'un éventuel capteur de couple qui serait intégré à l'arbre du moteur d'assistance 11.

De même, le point de référence de boucle basse P10, et plus particulièrement le capteur d'effort 17 utilisé par la branche de rétroaction 32, est distinct, et matériellement distant, d'un éventuel capteur de couple volant 27 qui serait associé au volant de conduite 22, sur une colonne de direction portant ledit volant de conduite, et qui serait spécifiquement destiné à mesurer le couple T_driver exercé par le conducteur sur le volant de conduite 22.

Selon l'invention, la branche de rétroaction de boucle basse 32 applique ensuite l'effort aval effectif F10_actual en rétroaction sur la consigne d'effort d'entrée de boucle basse F10_set, pour former une consigne d'actionnement de boucle basse F10_mot, qui est appliquée au moteur d'assistance 11, de manière à ce que l'effort de réaction aval effectif F10_actual suive automatiquement la consigne d'effort d'entrée de boucle basse F10_set.

En référence à la figure 3, on a ainsi de préférence :

F10_mot = F10_set - F10_actual

les signes + (positif) et - (négatif) sont choisis ici par simple convention pour indiquer l'effet correctif de la branche de rétroaction 32.

Tel que cela est illustré sur la figure 3, un contrôleur local de boucle basse 33 traduit la consigne d'actionnement de boucle basse F10_mot en une consigne de courant appliquée au moteur d'assistance 11.

De préférence, le contrôleur local de boucle basse 33 utilise à cet effet une loi ou une cartographie (map) qui peut également dépendre de paramètres relatifs au véhicule, tels que la vitesse longitudinale, l'accélération latérale, la vitesse de lacet dudit véhicule, etc.

Ladite loi ou cartographie peut également de paramètres propres au système de direction assistée 1, et notamment de paramètres propres au sous- système de niveau inférieur 10, 30, tels que par exemple la vitesse de rotation du moteur d'assistance 11, le couple délivré par le moteur d'assistance 11, les masses inertielles de tout ou partie des composants du mécanisme de niveau inférieur 10, etc. Ces paramètres (relatifs au véhicule et/ou au système de direction assistée) sont notés « data » sur les entrées concernées du système de direction assistée 1 représentées sur la figure 3.

Lesdits paramètres « data » peuvent être par exemple mis à disposition du système de direction assistée 1, à travers le réseau informatique de bord, par d'autres systèmes embarqués sur le véhicule, tels que par exemple un programme électronique de stabilité (ESP) ou un système de freinage anti-blocage (ABS).

De préférence, et selon une caractéristique qui peut constituer une invention à part entière, dès lors que l'on considère un système de direction assistée 1 comprenant une boucle locale basse 30 fermée, la boucle locale basse 30 comprend une sous-branche 31A de la branche d'entrée de boucle basse 31, sous-branche 31A qui introduit une référence d'entrée de boucle basse F10_ref qui représente une consigne d'effort d'entrée de valeur nulle, de manière à pouvoir asservir la boucle locale basse 30 à effort nul :

F10_ref = 0

Cette référence d'entrée F10_ref de valeur nulle, de préférence constante, permet de conférer une grande transparence au mécanisme de niveau inférieur 10, et plus particulièrement à la portion de chaîne cinématique de niveau inférieur L10 qui est prise dans la boucle locale basse 30.

En effet, lorsque le mécanisme de niveau inférieur 10 se trouve initialement dans un état d'équilibre, et que l'effort externe F_ext qui agit sur la roue 12, et plus globalement qui agit sur la portion de la chaîne cinématique de niveau inférieur L10 qui n'est pas incluse dans la boucle locale basse 30, est modifié, par exemple parce que la roue 12 percute un obstacle présent sur le sol 2, alors la modification dudit effort externe F_ext provoque une modification, au point de référence P10, de la valeur de l'effort aval effectif F10_actual, qui s'écarte par conséquent de la consigne d'effort d'entrée F10_set en vigueur à l'instant considéré.

Le moteur d'assistance 11, automatiquement régulé, de façon autonome, par la boucle locale basse 30, corrige alors instantanément son action, grâce à la branche de rétroaction 32 qui modifie la consigne d'actionnement F10_mot en y répercutant la modification de l'effort aval effectif F10_actual, de telle sorte que ledit moteur d'assistance 11, et plus globalement la portion du mécanisme de niveau inférieur 10 comprise dans la boucle locale basse 30, s'efface, sans opposer de résistance, sous l'action de l'effort externe F_ext, afin d'absorber la variation d'intensité dudit effort externe F_ext, et de provoquer ainsi un retour de l'effort aval effectif F10_actual à la valeur de la consigne d'effort d'entrée F10_set souhaitée. Avantageusement, en l'absence d'une autre composante de consigne d'effort (non nulle) en entrée 31 de la boucle basse 30, c'est la référence d'entrée de boucle basse F_ref, ici de valeur nulle, qui s'applique par défaut.

En pareil cas, le moteur d'assistance 31 est donc asservi de manière à maintenir l'effort aval effectif F10_actual à une valeur nulle, ou sensiblement nulle.

Ainsi, lorsqu'un effort externe F_ext tend à provoquer l'apparition d'un effort aval effectif non nul, la branche de rétroaction 32 (feedback) détecte et transmet immédiatement cette variation de l'effort aval effectif F10_actual afin de générer une consigne d'actionnement F_mot qui, appliquée au moteur d'assistance 11, permet à celui-ci d'agir sur le mécanisme de niveau inférieur 10 pour absorber l'effet de l'effort externe F_ext, afin de ramener l'effort aval effectif F10_actual à zéro.

En pratique, le moteur d'assistance 11 réagit donc de sorte à ne pas opposer de résistance aux variations de l'effort externe F_ext, mais au contraire de sorte à accompagner les variations de l'effort externe F_ext pour éviter l'apparition de contraintes, et en l'occurrence pour éviter l'apparition ou le maintien d'un effort aval effectif F10_actual non nul.

Le mécanisme de niveau inférieur 10 se met donc en mouvement spontanément, dans le sens voulu par l'effort externe F_ext, dès lors que lui est appliqué un effort externe F_ext, aussi minime soit-il.

Un principe analogue s'applique lorsque, en sus de la référence d'entrée F10_ref, de valeur nulle, la consigne d'entrée de boucle basse F10_set prend également en considération, au moyen d'une seconde sous-branche 31B de la branche d'entrée 31, une composante de consigne d'effort dite « composante dynamique de consigne d'effort de boucle basse » F10_dyn, qui permet typiquement de refléter l'intention de manœuvre du conducteur, et plus particulièrement l'action du conducteur sur le volant de conduite 22.

Ici encore, lorsque survient une variation de l'effort externe F_ext, qui éloigne provisoirement l'effort aval effectif F10_actual de la valeur de consigne d'effort d'entrée F10_set, qui est égale, à l'équilibre, à la composante dynamique F10_dyn (qui pourra être constante à l'instant considéré), alors la branche de rétroaction 32 permet de modifier la consigne d'actionnement F10_mot afin que le moteur d'assistance 11 fasse s'effacer le mécanisme de niveau inférieur 10, et fasse revenir l'effort aval effectif F10_actual à la valeur de composante dynamique F10_dyn.

Ainsi, ledit moteur d'assistance 11 n'oppose pas de résistance au déplacement du mécanisme de niveau inférieur 10 qui est nécessaire et suffisant pour absorber la variation de l'effort externe F_ext, ce qui permet donc de maintenir l'écart entre l'effort aval effectif F10_actual et la consigne d'effort d'entrée F10_set, c'est-à- dire ici l'écart entre l'effort aval effectif F10_actual et la composante dynamique de consigne d'effort F10_dyn, à une valeur sensiblement nulle.

Dans tous les cas, la boucle locale basse 30 asservie à effort nul permet donc de corriger en temps réel, avec une grande réactivité, l'action du moteur d'assistance 11, de manière à ce que ledit moteur d'assistance 11 n'oppose quasiment aucune résistance aux déplacements du mécanisme de niveau inférieur 10 induits par les variations de l'effort externe F_ext, et favorise donc l'effacement dudit mécanisme de niveau inférieur 10 sous l'effet des variations de l'effort externe F_ext.

Cette auto-régulation confère au mécanisme de niveau inférieur 10 une grande transparence, qui permet notamment audit-mécanisme de niveau inférieur 10 de réagir à toutes les variations d'effort externe F_ext, et donc d'être sensible à, et de restituer de manière bien perceptible et identifiable, l'interaction entre les roues 12 et le sol 2 qui caractérise le « road feeling ».

Cette même auto-régulation à effort nul permet également au conducteur de manœuvrer le système de direction assistée 1 sans effort, et notamment sans être perturbé par l'inertie du mécanisme de niveau inférieur ni les frottements internes qui prennent naissance dans la portion du mécanisme de niveau inférieur 10 qui se trouve incluse dans la boucle locale basse 30.

Par simple commodité de représentation, les frottements, et notamment les frottements secs (frottement de Coulomb) F_dry, T_dry et les frottements visqueux F_visc, T_visc (proportionnels à la vitesse de déplacement du mécanisme 10 considéré, et plus particulièrement proportionnels à la vitesse de déplacement de la crémaillère 13), sont symbolisés par un patin de frottement sur les figures 1 et 3.

On notera que, selon une variante de réalisation, on pourrait fixer la référence d'entrée de boucle basse F10_ref à une valeur d'offset non nulle pour introduire un effet correctif dans la consigne d'entrée de boucle basse F10_set.

Pour une meilleure compréhension de l'invention, le concept de « transparence » va être exposé plus en détails, en référence aux figures 1 et 2.

Selon l'invention, ledit concept de transparence illustré sur les figures génériques 1 et 2 est avantageusement appliqué (ou applicable) au mécanisme de niveau inférieur 10 actionné par le moteur d'assistance 11, ou au mécanisme de niveau supérieur 20, ou, de façon préférentielle, à chacun de ces deux mécanismes 10, 20. Par commodité, on fera donc référence aux éléments constitutifs desdits mécanismes 10, 20.

La figure 1 schématise un mécanisme 10, 20, entraîné par un actionneur, symbolisé par un moteur 11, 21.

Ledit mécanisme 10, 20 est asservi par une boucle fermée, dite « boucle locale » 30, 40.

L'asservissement est réalisé en effort (identifié par la lettre « F »), ou, de manière équivalente, en couple (identifié par la lettre « T »).

A cet effet, la boucle locale 30, 40 comprend une branche d'entrée 31, 41, pour définir une consigne d'entrée (consigne d'effort ou, respectivement, consigne de couple), ainsi qu'une branche de rétroaction 32, 42.

La branche d'entrée 31, 41 permet ici de définir une référence d'entrée F10_ref, T20_ref, représentative d'un effort nul (respectivement d'un couple nul), pour un asservissement à effort nul (respectivement à couple nul).

La branche de rétroaction 32, 42 évalue (par exemple au moyen d'un algorithme approprié), ou de préférence mesure, par exemple au moyen d'un capteur d'effort 17 (respectivement d'un capteur de couple 27) adéquat, l'effort effectif F10_actual (respectivement le couple effectif T20_actual), en un point de référence P10, P20 du mécanisme 10, 20.

On note « K » le gain qui est appliqué par le capteur d'effort 17 (respectivement le capteur de couple 27), ou par l'algorithme d'évaluation.

Le point de référence P10, P20 est situé en aval de l'actionneur (moteur) 11, 21 le long de la chaîne cinématique L10, L20 qui relie ledit actionneur 11, 21 à un effecteur 12, 22, ici typiquement une roue directrice 12 ou un volant de conduite 22.

L'effecteur 12, 22 forme une interface (terminale) du mécanisme 10, 20 avec l'environnement extérieur dudit mécanisme 10, 20, interface par laquelle l'environnement extérieur, ici typiquement le sol 2 ou respectivement le conducteur du véhicule, peut exercer un effort externe F_ext, respectivement un couple externe T_ext, sur ledit mécanisme 10, 20, à l'encontre de l'actionneur (moteur) 11, 21.

On note J1 la masse, ou, de manière équivalente, le moment d'inertie, de la portion du mécanisme 10, 20 qui est comprise dans la boucle locale 30, 40, c'est-à- dire de la portion amont de la chaîne cinématique L10, L20 qui s'étend de l'actionneur (moteur) 11, 21 jusqu'au point de référence P10, P20.

On note J2 la masse, ou, de manière équivalente, le moment d'inertie, de la portion (restante) du mécanisme 10, 20 qui est située en dehors de la boucle locale 30, 40, c'est-à-dire la portion aval de la chaîne cinématique L10, L20 qui s'étend du point de référence P10, P20 jusqu'à la l'interface (terminale) du mécanisme 10, 20 avec l'environnement extérieur, et plus particulièrement jusqu'à la zone de contact entre l'effecteur 12, 22 et l'environnement extérieur (sol 2, respectivement conducteur).

On note G _A le gain global de la boucle locale 30, 40.

Par simplification, on représente ici ledit gain global GA SOUS forme d'une fonction de transfert unique placée sur la branche de rétroaction 32, 42.

On note respectivement la position angulaire, la

vitesse angulaire, et l'accélération angulaire de l'effecteur 12, 22, ici plus particulièrement du volant de conduite 22, lorsque le mouvement de l'effecteur 12,

22 fait référence à un mouvement de rotation.

On notera de même, en référence à un mouvement de translation, X ^ . respectivement la position linéaire, la vitesse linéaire, et l'accélération

linéaire de l'effecteur 12, 22.

On remarquera que, si le mécanisme de niveau inférieur 10 comporte une crémaillère 13, la position, la vitesse et l'accélération de la crémaillère 13 peuvent avantageusement être considérées, eu égard notamment à la (relative) rigidité de la crémaillère 13 et de la portion de chaîne cinématique L10 qui relie ladite crémaillère 13 au porte-fusée 16, comme représentatives de la position, de la vitesse et de l'accélération de la portion aval du mécanisme de niveau inférieur 10, qui inclut la biellette 14, le porte-fusée 16, et la roue 12.

On note F_visc, respectivement T_visc, l'effort, respectivement le couple, du frottement visqueux (proportionnel à la vitesse de déplacement de l'organe mécanique considéré) qui s'exerce sur la portion (amont) du mécanisme 10, 20 qui est comprise dans la boucle locale 30, 40.

On note F_dry, respectivement T_dry, l'effort, respectivement le couple, du frottement sec qui s'exerce sur la portion (amont) du mécanisme 10, 20 qui est comprise dans la boucle locale 30, 40.

On pose Ri = T_visc + T_sec

« s » représente la variable de Laplace.

En référence au schéma de la figure 1, on obtient alors l'expression suivante :

Si l'on choisit un gain global GA suffisamment élevé, voire un gain global tendant vers l'infini, on peut alors simplifier l'expression ci-dessus et ainsi obtenir, en première approximation :

Ainsi, la réaction du mécanisme 10, 20 à l'application d'un effort externe F_ext, T_ext, et plus particulièrement le déplacement de la portion (aval) du mécanisme 10, 20 qui est située en-dehors de la boucle locale 30, 40, dépend uniquement de l'inertie J2 de ladite portion aval externe à la boucle locale 30, 40.

La portion amont du mécanisme 10, 20, qui s'étend de l'actionneur (moteur) 11, 21 jusqu'au point de référence P10, P20, est donc rendue transparente, en ceci qu'elle n'oppose pas de résistance au mouvement à l'encontre des variations de l'effort externe F_ext, T_ext.

Avantageusement, tel que cela est illustré sur la figure 2, la transparence permet au mécanisme 10, 20 de réagir immédiatement, par un déplacement spontané, à l'application d'un effort externe F_ext, T_ext.

En particulier, un échelon d'effort externe F_ext, T_ext se traduira sans aucun retard par un échelon d'accélération, directement proportionnel (selon l'inverse de la masse inertielle J2) à l'échelon d'effort externe F_ext, T_ext.

Par conséquent, on obtiendra, également sans retard, une rampe de vitesse, et une courbe quadratique de modification de position.

En outre, la simplification de formule présentée ci-dessus permet d'éliminer l'expression Ri de l'équation, c'est-à-dire de compenser automatiquement les effets des frottements F_dry, T_dry, F_visc, T_visc qui sont internes à la portion du mécanisme 10, 20 qui est incluse dans la boucle locale 30, 40, et donc de rendre lesdits frottements imperceptibles. Si l'on considère l'application de ce principe de transparence à la boucle locale basse 30 et au mécanisme de niveau inférieur 10 actionné par le moteur d'assistance 11, on obtient :

Où :

X_rack désigne la position de la crémaillère 13 (ici la position linéaire en translation le long du carter de direction 3) ;

J_rod représente la masse inertielle de la portion du mécanisme de niveau inférieur 10 située en aval du point de référence P10, et plus particulièrement la masse inertielle de la portion du mécanisme de niveau inférieur 10 qui est située en aval du capteur d'effort 17. Typiquement, J_rod pourra ainsi représenter la masse inertielle du sous-ensemble formé par la biellette 14, le porte-fusée 16 et la roue 12.

De manière analogue, si l'on considère l'application de la transparence à une boucle locale haute 40 qui asservit en couple, par une boucle fermée, un mécanisme de niveau supérieur 20 qui comprend, en sus du volant de conduite 22, un moteur auxiliaire 21 agencé pour actionner le mécanisme de niveau supérieur 20 afin de restituer au volant de conduite 22 les efforts qui sont représentatifs des réactions du mécanisme de niveau inférieur, on obtient :

Où :

esw désigne la position angulaire du volant de conduite (« Steering

Wheel ») 22 ;

T_driver désigne le couple externe T_ext qui est exercé par le conducteur sur le volant de conduite 22 ;

J sw désigne le moment d'inertie de la portion du mécanisme de niveau supérieur 20 qui est située en aval du point de référence P20, et qui comprend en l'espèce le volant de conduite 22, et le cas échéant une portion de colonne de direction sur laquelle est montée ledit volant de conduite 22.

On notera également que plus la masse inertielle J2 de la portion aval du mécanisme 10, 20 qui n'est pas comprise dans la boucle locale 30, 40 est faible, plus la résistance du mécanisme 10, 20 au mouvement est faible, et donc meilleure est la réaction du mécanisme 10, 20 à l'application d'un effort externe F_ext, T_ext, c'est-à- dire plus grande est la sensibilité du mécanisme 10, 20, et donc meilleure est la capacité du système 1 à restituer un bon ressenti de conduite (road-feeling).

Pour minimiser ladite masse inertielle J2, on cherchera, tel que cela a déjà été mentionné plus haut, à inclure la plus grande portion possible du mécanisme 10, 20 dans la boucle locale 30, 40, et donc à placer le point de référence P10, P20 de la branche de rétroaction 32, 42 le plus en aval possible de la chaîne cinématique L10, L20 correspondante, afin d'inclure la plus longue partie possible de ladite chaîne cinématique L10, L20 dans la boucle locale 30, 40.

On recherchera donc un positionnement judicieux du point de référence P10, P20, et plus particulièrement du capteur d'effort/de couple 17, 27, en aval du moteur 11, 21.

Dans le cas du mécanisme de niveau inférieur 10, on cherchera ainsi à placer le point de référence de boucle basse P10 en aval du moteur d'assistance, 11, et de préférence, si ledit mécanisme 10 comporte un organe 4 d'accouplement à la chaîne cinématique de niveau supérieur L20, L20B, en aval dudit organe d'accouplement 4 (en aval de la bifurcation entre la chaîne cinématique de niveau inférieur et la chaîne cinématique de niveau supérieur), au plus près de la zone de contact 12C entre la roue 12 et le sol 2, le long de la chaîne cinématique de niveau inférieur L10.

Ainsi, si, de préférence, la chaîne cinématique de niveau inférieur L10 comprend une crémaillère 13 entraînée par le moteur d'assistance 11, et dont au moins une extrémité 13L, 13R est couplée à une biellette de direction 14 qui transmet à son tour les efforts et déplacements à la roue directrice 12, alors le point de référence de boucle basse P10 auquel on mesure ou on estime l'effort aval effectif F10_actual est de préférence situé en aval de la crémaillère 13 en direction de ladite roue directrice 12, par exemple à la jonction entre l'extrémité 13L de la crémaillère et la biellette de direction 14, sur la biellette de direction 14, ou en aval de la biellette de direction 14.

Comme indiqué plus haut, ledit point de référence de boucle basse P10 correspond, si l'on utilise un algorithme permettant une estimation virtuelle, au point au niveau duquel ledit algorithme estime l'effort aval effectif F10_actual.

Si l'on mesure matériellement ledit effort au moyen d'un capteur d'effort 17, ledit point de référence P10 correspond à l'emplacement physique dudit capteur d'effort 17.

Au demeurant, que le mécanisme de niveau inférieur 10 comporte ou non une crémaillère 13 et/ou une (ou plusieurs) biellette(s) 14, si la chaîne cinématique de niveau inférieur L10 comprend un porte-fusée 16 qui porte la roue directrice 12, alors le point de référence de boucle basse P10 auquel on mesure ou on estime l'effort aval effectif F10_actual peut être avantageusement situé sur ledit porte-fusée 16.

Le porte-fusée 16 matérialise l'axe d'orientation, ici l'axe de lacet, de ladite roue directrice 12, selon lequel on peut modifier l'angle de braquage de ladite roue 12.

Selon encore une autre possibilité, on pourrait envisager de placer le point de référence de boucle basse P10 sur la roue 12 elle-même, par exemple sur la jante, voire même au niveau du pneumatique de ladite roue 12, au plus près de la bande de roulement dudit pneumatique, et donc au plus près de la zone de contact 12C avec le sol 2.

Selon une caractéristique préférentielle qui peut constituer une invention à part entière, et notamment que le mécanisme de niveau inférieur 10 soit ou non asservi par une boucle basse locale 30 fermée telle que décrite plus haut, le mécanisme de niveau supérieur 20 comprend, en sus du volant de conduite 22, un moteur auxiliaire 21.

Ledit moteur auxiliaire 21 est distinct du moteur d'assistance 11 du mécanisme de niveau inférieur 10.

Une telle séparation permet notamment de créer une boucle d'asservissement 40 spécifique au mécanisme de niveau supérieur 20, distincte de la boucle locale basse 30, et, le cas échéant, de réaliser un système de direction « steer by wire ».

De préférence, tel que cela est illustré sur la figure 3, le mécanisme de niveau supérieur 20 peut être asservi en couple par une boucle fermée, dite « boucle locale haute » 40.

Par commodité de description, on pourra désigner par « sous-système de niveau supérieur » (« upper level subsystem ») l'ensemble formé par le mécanisme de niveau supérieur 20 et la boucle locale basse 40 qui le pilote.

Comme indiqué plus haut en référence notamment à la boucle locale basse 30, un asservissement en couple (tout comme un asservissement en effort) permet de conférer réactivité et transparence au mécanisme de niveau supérieur 20.

Ainsi, d'une part le volant de conduite 22 sera léger à manœuvrer, du fait qu'il n'opposera quasiment aucune résistance intrinsèque « parasite » au couple externe Text = T_driver exercé par le conducteur (en particulier aucune résistance liée au frottement T_visc, T_dry interne au mécanisme de niveau supérieur 20 ou à la masse inertielle propre dudit mécanisme de niveau supérieur 20), tout en étant capable de transmettre finement et précisément au conducteur des sensations de conduite (road feeling).

La boucle locale haute 40 comprend une branche d'entrée dite « branche d'entrée de boucle haute » 41 qui permet de définir une consigne de couple d'entrée dite « consigne de couple d'entrée de boucle haute » T20_set.

Ladite boucle locale 40 haute comprend également une branche de rétroaction, dite « branche de rétroaction de boucle haute » 42, qui mesure ou qui estime, en un point de référence dit « point de référence de boucle haute » P20 situé entre le moteur auxiliaire 21 et le volant de conduite 22 (et plus particulièrement en aval du moteur auxiliaire 21 et en amont du volant de conduite 22), un couple dit « couple conducteur effectif » T20_actual qui est représentatif, audit point de référence P20, du couple T_driver exercé par le conducteur, via le volant de conduite 22, sur le mécanisme de niveau supérieur 20.

En pratique, on peut considérer que T20_actual = T_driver, et ce que T_driver soit non nul, par exemple lorsque le conducteur agit activement sur le volant de conduite pour atteindre ou maintenir un angle de braquage voulu, ou bien que T_drive soit nul, typiquement lorsque le véhicule circule en ligne droite.

Le point de référence de boucle haute P20 est de préférence situé à proximité immédiate du volant de conduite 22, par exemple sur une portion de colonne de direction qui porte ledit volant de conduite 22.

Il est envisageable, ici encore, utiliser un algorithme d'estimation de couple volant pour estimer virtuellement le couple conducteur effectif T20_actual, à partir d'autre paramètres.

Toutefois, de préférence, le couple conducteur effectif T20_actual sera mesuré par un capteur de couple 27 idoine, par exemple un capteur électromagnétique de couple qui mesure les déformations d'une barre de torsion placée sur la colonne de direction.

L'emplacement dudit capteur de couple 27 correspondra matériellement au point de référence de boucle haute P20.

On remarquera que le point de référence de boucle haute P20 est distinct du point de référence de boucle basse P10, et que, le cas échéant, le capteur d'effort 17 utilisé dans la boucle locale basse 30 est donc distinct et distant du capteur de couple 27 utilisé dans la boucle locale haute 40.

Plus globalement, la boucle locale haute 40 et la boucle locale basse 30 sont ainsi bien séparées, de sorte à pouvoir fonctionner indépendamment l'une de l'autre, et notamment de sorte à pouvoir asservir chacune leur actionneur (moteur) 11, 21 respectif de manière autonome.

Avantageusement, après avoir estimé ou mesuré le couple conducteur effectif T20_actual, la branche de rétroaction de boucle haute 42 applique ensuite ledit couple conducteur effectif T20_actual en rétroaction sur la consigne d'effort d'entrée de boucle haute T20_set, pour former une consigne d'actionnement de boucle haute T20_mot qui est appliquée au moteur auxiliaire 21 de manière à ce que le couple conducteur effectif T20_actual (et donc le couple conducteur T_driver) suive automatiquement la consigne de couple d'entrée de boucle haute T20_set.

On remarquera que les caractéristiques, le fonctionnement, et les avantages de la boucle locale haute 40 peuvent avantageusement se déduire mutatis mutandis de ceux décrits en référence à la boucle locale basse 30.

On retrouve en effet dans la boucle locale haute 40 des fonctionnalités et des avantages analogues à ceux de la boucle locale basse 30.

En référence à la figure 3, on a ainsi de préférence :

T20_mot = T20_set - T20_actual

les signes + (positif) et - (négatif) sont choisis ici par simple convention pour indiquer l'effet correctif de la branche de rétroaction 42.

Tel que cela est illustré sur la figure 3, un contrôleur local de boucle haute 43, de préférence distinct du contrôleur local de boucle basse 33, traduit la consigne d'actionnement de boucle haute T20_mot en une consigne de courant appliquée au moteur auxiliaire 21.

De préférence, le contrôleur local de boucle haute 43 utilise à cet effet une loi ou une cartographie (map) qui peut également dépendre de paramètres « data » relatifs au véhicule, tels que la vitesse longitudinale, l'accélération latérale, la vitesse de lacet, etc., et/ou de paramètres « data » propres au système de direction assistée 1, et plus particulièrement de paramètres propres au sous-système de niveau supérieur 20, 40, tels que la vitesse de rotation du moteur auxiliaire 21, le couple délivré par ledit moteur auxiliaire 21, la masse inertielle de tout ou partie des composants du mécanisme de niveau supérieur 20, etc.

De préférence, la boucle locale haute 40 comprend une sous-branche 41A de la branche d'entrée de boucle haute 41 qui introduit une référence d'entrée de boucle haute T20_ref qui représente une consigne de couple d'entrée de valeur nulle, de manière à pouvoir asservir la boucle locale haute à couple nul.

Ici on a donc : T20 ref = 0. Comme indiqué précédemment en référence au mécanisme de niveau inférieur 10 qui prévoyait un asservissement à effort nul, l'asservissement à couple nul du mécanisme de niveau supérieur 20 permet de rendre ledit mécanisme de niveau supérieur 20 transparent, et d'en améliorer la réactivité et la sensibilité.

Ici encore, l'asservissement à couple nul permet au mécanisme de niveau supérieur 20 de ne pas opposer de résistance parasite à la manœuvre du volant de conduite 22 par le conducteur, tout en restituant fidèlement dans ledit volant de conduite 22 les réactions de la route et du mécanisme de niveau inférieur 10.

On remarquera qu'une architecture de système de direction assistée 1 comprenant d'une part une boucle locale basse 30 destinée à asservir le mécanisme de niveau inférieur 10 agissant mécaniquement sur l'orientation des roues et d'autre part une boucle locale haute 40 séparée, destinée à asservir le mécanisme de niveau supérieur 20 qui permet au conducteur de piloter et de ressentir les manœuvres du véhicule, est particulièrement adaptée à un système 1 steer-by-wire.

De préférence, tel que cela est visible sur la figure 3, le système de direction assistée 1 comprend un contrôleur dit « contrôleur global » 50 qui génère distinctement, en fonction de paramètres représentatifs de la situation du mécanisme de niveau supérieur 20 et de la situation du mécanisme de niveau inférieur 10, d'une part une composante dynamique de consigne d'effort de boucle basse F10_dyn, appliquée à la boucle locale basse 30, et d'autre part une composante dynamique de consigne de couple de boucle haute T20_dyn, appliquée à la boucle locale haute 40.

Les composantes dynamiques de consigne d'effort F10_dyn, respectivement de couple T20_dyn, sont ajustées en temps réel pour adapter les réactions du système de direction assistée 1 à la situation de vie du véhicule à l'instant considéré et aux actions (commandes) du conducteur audit instant considéré, et ainsi gérer l'assistance de direction selon des lois d'assistance prédéterminées, qui peuvent être par exemple stockées dans des abaques au sein du contrôleur global 50.

Dans le cas d'un système de direction assistée 1 de type stee-by-wire, le contrôleur global assure avantageusement le couplage virtuel, par signaux électriques, entre la boucle locale haute 40 associée au mécanisme de niveau supérieur 20 et la boucle locale basse 30 associée au mécanisme de niveau inférieur 10.

Parmi les paramètres (propres au système de direction assistée 1) représentatifs de la situation du mécanisme de niveau supérieur 20 et utilisés par le contrôleur global 50, on peut notamment considérer la position angulaire é^ du volant de conduite 22, et/ou la vitesse angulaire dudit volant de conduite.

Parmi les paramètres (propres au système de direction assistée 1) représentatifs de la situation du mécanisme de niveau inférieur 10 et utilisés par le contrôleur global 50, on peut notamment considérer la position angulaire de l'arbre du moteur d'assistance 11, et/ou la vitesse angulaire dudit moteur

d'assistance.

En outre, le contrôleur global 50 pourra également considérer des paramètres « data » relatifs au véhicule (et externes au système de direction assistée 1), tels que la vitesse longitudinale, l'accélération latérale, la vitesse de lacet, etc.

Le contrôleur global 50 pourra par exemple déterminer une consigne de base T_basic à partir de tout ou partie de ces différents paramètres.

A titre d'exemple (non limitatif), le contrôleur global 50 pourra déterminer une consigne de base T_basic en utilisant une loi de calcul qui correspond en pratique à une barre de torsion virtuelle :

T _ basic = kl * AQ + k2 * AQ

kl est un gain homogène à une raideur élastique (en torsion),

^{Aq = q} 22 ^{~ b} h

k2 est un gain homogène à une viscosité,

de telle sorte que le premier terme kl * AQ correspond à une composante de couple de déformation élastique de torsion,

tandis que le second terme k2 * AQ correspond à une composante de couple de dissipation.

Quelle que soit du reste la loi utilisée pour calculer la consigne de base T_basic, ladite consigne de base T_basic est de préférence convertie, respectivement par un premier sous-contrôleur 51 et par un second sous-contrôleur 52, en respectivement la composante dynamique de consigne d'effort de boucle basse F10_dyn et la composante dynamique de consigne de couple de boucle haute T20_dyn.

Le contrôleur global 50 forme ainsi un tronc commun qui se ramifie au niveau des sous-contrôleurs 51, 52 pour distribuer les consignes dynamiques F10_dyn, T20_dyn à chacune des boucles locales, haute 40 et basse 30.

En définitive, le système de direction assistée 1, et plus particulièrement le système 1 steer-by-wire, présente donc de préférence une architecture qui comprend deux boucles locales (fermées) 30, 40 (à savoir une boucle locale basse 30 d'asservissement en effort dédiée au mécanisme de niveau inférieur 10 actionnant les roues 12 et une boucle locale haute 40 d'asservissement en couple dédiée au mécanisme de niveau supérieur 20 agissant sur le volant de conduite 22), lesdites boucles locales 30, 40 étant couplées entre elles, et commandées, par un (même) contrôleur global 50 (qui définit les consignes dynamiques de couple T20_dyn et d'effort F10_dyn applicables respectivement par chacune de ces boucles locales 30, 40).

Avantageusement, le système de direction assistée 1 selon l'invention permet notamment de réaliser un steer-by-wire en associant, par l'intermédiaire (de préférence par le seul intermédiaire) du contrôleur global 50, un sous-système inférieur 10, 30 et un sous-système supérieur 20, 40 distincts l'un de l'autre et capables de se réguler chacun indépendamment l'un de l'autre en effort (respectivement en couple).

Plus particulièrement, l'invention concerne un système de direction assistée 1 de type steer-by-wire comprenant un mécanisme de niveau inférieur 10 qui comprend un moteur d'assistance 11 ainsi qu'une roue directrice 12, et un mécanisme de niveau supérieur 20 qui comprend un volant de conduite 22 ainsi qu'un moteur auxiliaire 21, le mécanisme de niveau inférieur 10 étant asservi en boucle fermée, à effort nul, par une boucle locale basse 30 comprenant une branche de rétroaction 32 qui mesure ou estime un effort aval effectif F10_actual en aval du moteur d'assistance 11 et en amont du contact 12C de la roue 12 avec le sol 2, de sorte à rendre le moteur d'assistance 11 transparent, tandis que le mécanisme de niveau supérieur 20 est asservi en boucle fermée, à couple nul, par une boucle locale haute 40 comprenant une branche de rétroaction 42 qui mesure ou estime un couple conducteur effectif T20_actual entre le moteur auxiliaire 21 et le volant de conduite 22 de sorte à rendre le moteur auxiliaire 21 transparent, les boucles locales basse 30 et haute 40 étant de préférence commandées par un même contrôleur global 50.

De préférence, comme cela a été mentionné plus haut, chaque composante dynamique T20_dyn et d'effort F10_dyn vient compléter, au moyen d'une seconde sous-branche d'entrée 31B, 41B de la boucle locale 30, 40 concernée, la référence d'entrée F10_ref, T20_ref fournie par la première sous-branche d'entrée 31A, 41A (distincte de la seconde sous-branche d'entrée 31B, 41B).

On peut ainsi prendre à la fois en considération la référence nulle F10_ref, T20_ref, qui permet un asservissement à effort/couple nul, et la composante dynamique F10_dyn, T20_dyn qui reflète le pilotage actif du système de direction 1 (soit par le conducteur, soit par un système de pilotage automatique fournissant une aide à la conduite).

Ainsi, de préférence, la consigne d'effort d'entrée de boucle basse F10_set résulte de la combinaison de la référence d'entrée de boucle basse F10_ref, qui est représentative d'un effort nul, et de la composante dynamique de consigne d'effort de boucle basse F10_dyn qui est issue du contrôleur global 50, 51.

De façon plus préférentielle, tel que cela est illustré sur la figure 3, la consigne d'effort d'entrée de boucle basse F10_set résulte de la somme algébrique de la référence d'entrée de boucle basse F10_ref, qui est représentative d'un effort nul, et de la composante dynamique de consigne d'effort de boucle basse F10_dyn qui est issue du contrôleur global 50, 51.

A cet effet, on pourra réunir la première sous-branche d'entrée 31A et la seconde sous-branche d'entrée 31B au moyen d'un bloc sommateur.

Ledit bloc sommateur pourra de préférence également recevoir la valeur d'effort aval effectif F10_actual issue de la branche de rétroaction 32, et qui sera soustraite (conformément à la convention de signe utilisée) à la consigne d'effort d'entrée F10_set pour former la consigne d'actionnement de boucle basse F10_mot.

On notera que, en l'absence de composante dynamique de consigne d'effort de boucle basse F10_dyn, ou si ladite composante dynamique F10_dyn est nulle, alors la boucle locale basse 30 asservit le mécanisme de niveau inférieur 10 à la valeur de référence d'entrée F10_réf, ici de préférence F10_ref = 0.

De manière alternative ou complémentaire au mode susmentionné de calcul de la consigne d'effort d'entrée de boucle basse F10_set, la consigne de couple d'entrée de boucle haute T20_set résulte de préférence de la combinaison de la référence d'entrée de boucle haute T20_ref, qui est représentative d'un couple nul, et de la composante dynamique de consigne de couple de boucle haute T20_dyn qui est issue du contrôleur global 50, 52.

De façon plus préférentielle, la consigne de couple d'entrée de boucle haute T20_set résulte de la somme algébrique de la référence d'entrée de boucle haute T20_ref, qui est représentative d'un couple nul, et de la composante dynamique de consigne de couple de boucle haute T20_dyn qui est issue du contrôleur global 50, 52.

De manière analogue à ce qui a été décrit pour la boucle locale basse 30, on pourra ici encore, au niveau de la boucle locale haute 40, utiliser un sommateur pour joindre les deux sous-branches d'entrée 41A, 41B, et la branche de rétroaction 42. Selon une possibilité préférentielle de l'invention, l'effort aval effectif F10_actual mesuré ou estimé au point de référence de boucle basse P10 est également utilisé, en-dehors de la boucle locale basse 30, au moyen d'une fonction dite « feed forward » 60, comme composante de détermination de la consigne d'effort d'entrée de boucle haute T20_set et/ou, de manière équivalente, comme composante de détermination ou d'ajustement de la consigne d'actionnement de boucle haute T20_mot destinée à être appliquée au moteur auxiliaire 21.

Cette fonction « feed forward » 60, est distincte de la boucle de rétroaction de boucle basse 32, et de la boucle de rétroaction de boucle haute 42, et est représentée en trait pointillé sur la figure 3.

Cette fonction de feed forward 60 permet avantageusement de faire remonter directement depuis le mécanisme de niveau inférieur 10 jusqu'à la boucle locale haute 40, et plus particulièrement jusqu'au moteur auxiliaire 21, des sensations de conduite provoquées par des variations de l'effort externe F_ext qui s'exerce sur les roues 12 et sur le mécanisme de niveau inférieur 10, et qui se font ressentir au niveau du point de référence de boucle basse P10, et plus particulièrement qui sont perçues par le capteur d'effort 17.

Le « road feeling », restitué par les réactions du moteur auxiliaire 21 sous l'effet de l'ajustement de consigne provoqué par la fonction de « feed forward » 60, peut ainsi s'en trouver amélioré.

Selon une possibilité d'application, la fonction de feed forward 60 peut être configurée de sorte à ne laisser passer qu'une bande de fréquence prédéterminée, afin d'accentuer le ressenti des réactions qui se situent dans cette bande de fréquence.

A cet effet, on pourra utiliser par exemple un filtre passe-bande avec un gain d'amplification sur ladite bande de fréquence.

Ainsi, dans l'hypothèse où l'on considérerait que l'ensemble formé par le mécanisme de niveau supérieur 20, la boucle locale haute 40, le mécanisme de niveau inférieur 10 et la boucle locale basse 30 ne présente pas intrinsèquement des performances dynamiques suffisantes pour restituer de manière pleinement satisfaisante, dans une bande de fréquence donnée, les interactions entre la roue 12 et le sol 2, alors on pourrait utiliser la fonction feed-forward 60 pour amplifier, dans cette bande de fréquence, les signaux générés par les interactions entre la roue 12 et le sol, afin d'améliorer le ressenti au volant de conduite.

Ainsi, la fonction de feed-forward 60 permet de régler encore plus finement le road feeling. Selon une autre possibilité d'application, alternative ou complémentaire à la précédente, on peut utiliser une fonction de feed-forward 60 configurée pour atténuer, voire annuler sélectivement le ressenti fréquentiel dans une bande de fréquence donnée.

Cet effet, on peut injecter, grâce à la fonction feed-forward 60, un signal dont la fréquence est identique à la fréquence du signal perçu que l'on veut neutraliser mais qui est en opposition de phase (déphasé de 180 degré) par rapport audit signal perçu.

A titre d'exemple, on pourra ainsi limiter les effets ressentis d'un phénomène de balourd lié à un défaut d'équilibrage d'une roue 12.

Dans tous les cas, la fonction de feed-forward 60 offrira donc une possibilité de réglage fin supplémentaire.

Ceci étant, si l'ensemble formé par le mécanisme de niveau supérieur 20, la boucle locale haute 40, le mécanisme de niveau inférieur 10 et la boucle locale basse 30 présente une dynamique suffisamment élevée, le recours à la fonction de feed-forward 60 n'est pas forcément nécessaire.

Par ailleurs, l'effort aval effectif F10_actual est de préférence mesuré, au point de référence de boucle basse P10, avec une bande passante qui s'étend (depuis 0Hz) au moins jusqu'à 20Hz, au moins jusqu'à 25 Hz, au moins jusqu'à 30Hz, voire au- delà de 30Hz.

Ainsi, le capteur d'effort 17 produira un signal utile d'une grande richesse fréquentielle, qui contiendra donc de nombreuses informations, particulièrement précises, sur les variations de l'effort externe F_ext et donc sur l'état de l'interaction entre le sol 2 et la roue 12.

Bien entendu, la branche de rétroaction de boucle basse 32 sera capable d'acheminer ledit signal avec une bande passante au moins égale, afin de ne pas perdre d'information fréquentielle.

Une large bande passante confère avantageusement une grande sensibilité tactile au système de direction assistée 1, dans la mesure où quelle que soit la fréquence, même élevée, des perturbations et variations de l'effort externe F_ext causées par l'action du revêtement de la route (le sol 2) sur le pneumatique (et donc sur la roue 12 et le mécanisme de niveau inférieur 10), lesdites perturbations et variations sont immédiatement perceptibles en tant que telles, et retransmises au volant (par le contrôle global 50 et/ou par la fonction de feed forward 60, puis par la boucle locale haute 40 et le mécanisme de niveau supérieur 20), ce qui procure au conducteur un ressenti très fin de la route ; et ce au contraire, notamment, de ce qui se produit dans le cas d'un asservissement en position qui filtre les perturbations pour conserver une position de braquage stable.

Bien entendu, tous les contrôleurs 50, 51, 52, 33, 43, et plus globalement les structures d'asservissement des boucles locales 30, 40, pourront être réalisés par tous calculateurs électroniques et/ou informatiques appropriés.

L'invention porte par ailleurs en tant que telle sur un véhicule, notamment un véhicule automobile, équipé d'un système de direction assistée 1 tel que décrit dans ce qui précède.

Du reste, l'invention n'est nullement limitée aux seules variantes de réalisation susmentionnées, l'homme du métier étant notamment à même d'isoler ou de combiner librement entre elles l'une ou l'autre des caractéristiques décrites dans ce qui précède, ou de leur substituer des équivalents.