FR2919255A1

FR2919255A1 - Steering mechanism for e.g. motor vehicle, has generation module for generating braking set point for braking system based on torque exerted on operating unit, where set point is sent to braking system

Info

Publication number: FR2919255A1
Application number: FR0756678A
Authority: FR
Inventors: Jannick Auvinet; Daniel Rouyer; Christophe Bouet; Guillaume Torres
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2007-07-23
Filing date: 2007-07-23
Publication date: 2009-01-30
Anticipated expiration: 2027-07-23
Also published as: FR2919255B1

Abstract

The mechanism has a braking system (7) for front steering wheels (3, 4), and a control unit (18) for controlling the braking system. A torque sensor (15) is exerted on a stationary operating unit (13) e.g. flywheel. The control unit has an input connected to an output of the sensor. A generation module (20) generates a braking set point for the braking system based on the torque exerted on the operating unit, where the set point is sent to the braking system. An independent claim is also included for a steering control method for a vehicle.

Description

B07/0563FR ù GK/EVH Société par actions simplifiée dite : RENAULT s.a.sB07 / 0563EN - GK / EVH Limited Joint Stock Company: RENAULT s.a.s

Dispositif de direction pour véhicule, procédé et véhicule correspondant Invention de : Jannick AUVINET Daniel ROUYER Christophe BOUET Guillaume TORRES Dispositif de direction pour véhicule, procédé et véhicule correspondant La présente invention concerne le domaine des organes de direction d'un véhicule automobile, plus particulièrement des directions possédant un découplage entre le volant et les roues directrices. Il est possible de supprimer la colonne de direction, ce qui s'avère intéressant en termes d'encombrement, de masse et de possibilité d'ajout de nouvelles fonctionnalités. On connaît à cet égard le document FR 2 873 343 (RENAULT) qui décrit un système de direction assistée de véhicule avec restitution d'efforts pour donner au conducteur une sensation de conduite qui lui permette de surveiller l'évolution du braquage et du reste du comportement dynamique du véhicule. La présente invention vise à améliorer les systèmes découplés de direction de véhicule. La présente invention vise un système de direction de véhicule dont l'utilisation soit plus sûre et plus agréable pour le conducteur. Le dispositif de direction pour véhicule a au moins une roue orientable, comprend un organe de manoeuvre à disposition d'un conducteur, un système de braquage de ladite roue et une unité de commande du système de braquage. Le dispositif comprend un capteur du couple exercé sur l'organe de manoeuvre. L'unité de commande comprend une entrée reliée à la sortie du capteur de couple et un moyen de génération d'une consigne de braquage du système de braquage en fonction du couple exercé sur l'organe de manoeuvre, ladite consigne étant envoyée au système de braquage. The present invention relates to the field of the steering bodies of a motor vehicle, more particularly to the motor vehicle steering system, and more particularly to the steering gear of a vehicle, a method and a corresponding vehicle. directions having a decoupling between the steering wheel and the steering wheels. It is possible to delete the steering column, which is interesting in terms of size, mass and the possibility of adding new features. Document FR 2 873 343 (RENAULT) is known in this regard, which describes a vehicle power steering system with restitution of efforts to give the driver a driving sensation which enables him to monitor the evolution of the steering and the rest of the vehicle. dynamic behavior of the vehicle. The present invention aims to improve decoupled vehicle steering systems. The present invention relates to a vehicle steering system whose use is safer and more enjoyable for the driver. The steering device for vehicle has at least one steerable wheel, comprises an actuator available to a driver, a steering system of said wheel and a control unit of the steering system. The device comprises a torque sensor exerted on the operating member. The control unit comprises an input connected to the output of the torque sensor and a means for generating a steering setpoint of the steering system as a function of the torque exerted on the operating member, said instruction being sent to the control system. robbery.

Le dispositif permet une diminution très importante de la plage de rotation de l'organe de manoeuvre. Les mains du conducteur peuvent ainsi rester dans une zone où leur dextérité est maximale. On réduit le besoin qu'éprouve le conducteur de déplacer ses mains par rapport à l'organe de manoeuvre, par exemple en cas de braquage fort. On réduit le risque qu'un conducteur n'effectue des gestes généralement déconseillés tels que le croisement des bras lors d'un braquage fort. On offre ainsi au conducteur une meilleure maîtrise du véhicule, d'où une réduction du risque d'accident. Par ailleurs, le confort et l'agrément de conduite du conducteur sont accrus dans les situations nécessitant un braquage fort, par exemple sur des routes en lacet, en ville ou encore lors de manoeuvres de parcage. L'organe de manoeuvre peut être un volant, une manette simple ou double ou encore un guidon. The device allows a very significant decrease in the range of rotation of the operating member. The driver's hands can thus remain in an area where their dexterity is maximum. It reduces the need for the driver to move his hands relative to the actuator, for example in case of strong steering. It reduces the risk of a driver making gestures generally not recommended such as the crossing of the arms during a strong deflection. This offers the driver better control of the vehicle, which reduces the risk of accidents. In addition, the comfort and driving pleasure of the driver are increased in situations requiring a strong steering, for example on roads in lace, in town or during parking maneuvers. The actuator may be a steering wheel, a single or double lever or a handlebar.

Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend un actionneur de restitution couplé à l'organe de manoeuvre. L'unité de commande peut comprendre un moyen de génération d'une commande de l'actionneur de restitution en fonction du couple exercé sur l'organe de manoeuvre, ladite commande étant envoyée à l'actionneur de restitution. Le conducteur bénéficie de la sorte d'une sensation de réaction analogue à celle dont il peut avoir l'habitude avec une direction mécanique. Bien entendu, la sensation de réaction peut être améliorée par rapport à celle que le conducteur connaît avec une direction mécanique. In one embodiment, the device comprises a feedback actuator coupled to the operating member. The control unit may comprise a means for generating a control of the feedback actuator as a function of the torque exerted on the operating member, said command being sent to the feedback actuator. In this way, the driver enjoys a sensation of reaction analogous to that which he may have with a mechanical steering. Of course, the reaction sensation can be improved over that which the driver knows with a mechanical direction.

Dans un mode de réalisation, le moyen de génération d'une commande de l'actionneur de restitution comprend une consigne de maintien en position initiale de l'organe de manoeuvre. L'organe de manoeuvre est ainsi maintenu en position initiale. Le système de braquage est commandé par le couple exercé par le conducteur. In one embodiment, the means for generating a control of the rendering actuator comprises an instruction for maintaining the operating member in the initial position. The operating member is thus maintained in the initial position. The steering system is controlled by the torque exerted by the driver.

Dans un autre mode de réalisation, l'organe de manoeuvre est fixe tout en étant pourvu d'un capteur de couple. L'actionneur de restitution peut comprendre un vibreur. Dans un mode de réalisation, le moyen de génération d'une commande de l'actionneur de restitution comprend un correcteur appliqué sur la différence entre une position de l'organe de manoeuvre mesuré par un capteur et la consigne de l'actionneur de restitution. Dans un mode de réalisation, l'unité de commande comprend une entrée de vitesse de véhicule. Le moyen de génération d'une commande de système de braquage prend en compte la vitesse du véhicule pour générer la consigne du système de braquage. On peut prévoir une direction plus dure à vitesse élevée afin de favoriser la stabilité de la trajectoire du véhicule, et plus réactive à faible vitesse afin d'éviter au conducteur d'avoir à exercer un couple très élevé lors du braquage des roues à l'arrêt qui nécessite une force importante devant être exercée par le système de braquage. Dans un mode de réalisation, le moyen de génération d'une commande du système de braquage comprend un correcteur appliqué sur la différence entre un braquage mesuré par un capteur et la consigne du système de braquage. Le procédé de commande de direction pour véhicule à au moins une roue directrice comprend la mesure par un capteur d'un couple exercé sur un organe de manoeuvre par un conducteur, la génération par une unité de commande d'une consigne de braquage du système de braquage de ladite roue en fonction du couple mesuré et l'envoi de ladite commande au système de braquage. Dans un mode de réalisation, l'unité de commande génère une consigne de couple de restitution. Dans un mode de réalisation, la consigne de couple de restitution est appliquée par un actionneur de restitution. Un véhicule peut comprendre un dispositif tel que décrit ci-dessus monté pour la commande du braquage des roues directrices, par exemple des roues avant ou des roues arrière. Grâce à l'invention, on bénéficie d'un organe de manoeuvre à disposition du conducteur qui reste sensiblement stationnaire, d'où une meilleure visibilité des voyants du tableau de bord, une meilleure position des mains du conducteur lors de braquages importants, la possibilité de concevoir un organe de manoeuvre de forme novatrice, par exemple s'éloignant du volant habituel, et ce tout en bénéficiant des avantages des directions découplées, notamment en terme d'encombrement, de masse et de sécurité en cas d'accident. La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique du dispositif de direction ; - la figure 2 est une vue schématique partielle de l'unité de commande ; et - les figures 3 à 5 sont des courbes montrant le couple de l'actionneur de direction en fonction du couple volant et de la vitesse du véhicule. Comme on peut le voir sur la figure 1, un véhicule 1 comprend une caisse 2 et des roues, ici au nombre de quatre, fixées par l'intermédiaire d'un mécanisme de suspension, non représenté, à la caisse 2. Dans le mode de réalisation représenté, les roues avant 3, 4 sont directrices et les roues arrière 5, 6 sont directrices ou non. Les roues directrices 3 et 4 sont orientées en braquage par un système de braquage 7. Le système de braquage 7 peut comprendre une crémaillère 8 agissant sur l'orientation des roues 3 et 4 par l'intermédiaire de barres de direction 9 et 10. La crémaillère 8 est actionnée par un moteur 11, directement ou par l'intermédiaire d'engrenages 12. Le véhicule 1 comprend un organe de manoeuvre 13, par exemple un volant à disposition du conducteur dans l'habitacle du véhicule 1. L'organe de manoeuvre 13 est associé à un capteur d'angle 14 et à un capteur de couple 15. Le capteur de couple est configuré pour mesurer le couple exercé sur l'organe de manoeuvre 13 par le conducteur. Un actionneur 16 de restitution de couple est relié à l'organe de manoeuvre 13, directement ou par l'intermédiaire d'engrenages 17. Le véhicule 1 comprend une unité de commande 18 de direction comprenant une entrée reliée à la sortie du capteur d'angle 14, une entrée reliée à la sortie du capteur de couple 15 et une entrée reliée à une sortie d'un capteur de vitesse 19. Le capteur de vitesse 19 peut servir à plusieurs fonctionnalités, notamment à l'antiblocage de freins. L'information de vitesse peut être présente à bord d'un réseau, par exemple de type CAN, d'information du véhicule. L'unité de commande 18 comprend un module 20 de génération d'une consigne de braquage du système de braquage 7. L'unité de commande 18 peut comprendre un module 21 de génération d'une consigne de restitution de couple envoyée à l'actionneur de restitution 16. De préférence, le module 21 de génération d'un couple de restitution comprend une consigne permanente de maintien à zéro de l'angle de l'organe de manoeuvre 13. On peut ainsi maintenir en position l'organe de manoeuvre 13 à la résolution du capteur 14 près et à la réaction de l'actionneur 16 près. En pratique, l'organe de manoeuvre 13 peut être maintenu dans une plage par rapport à la position neutre. In another embodiment, the operating member is fixed while being provided with a torque sensor. The playback actuator may include a vibrator. In one embodiment, the means for generating a control of the rendering actuator comprises a corrector applied to the difference between a position of the operating member measured by a sensor and the reference of the rendering actuator. In one embodiment, the control unit includes a vehicle speed input. The means for generating a steering system control takes into account the speed of the vehicle to generate the steering system setpoint. It can provide a harder direction at high speed to promote the stability of the vehicle trajectory, and more responsive at low speed to avoid the driver to have to exercise a very high torque when turning the wheels to the wheel. stopping which requires a large force to be exerted by the steering system. In one embodiment, the means for generating a control of the steering system comprises a corrector applied to the difference between a steering measured by a sensor and the setpoint of the steering system. The steering control method for a vehicle with at least one steering wheel comprises the measurement by a sensor of a torque exerted on an operating member by a driver, the generation by a control unit of a steering setpoint of the steering system. turning said wheel as a function of the measured torque and sending said command to the steering system. In one embodiment, the control unit generates a restitution torque setpoint. In one embodiment, the restitution torque setpoint is applied by a feedback actuator. A vehicle may comprise a device as described above mounted for steering steering steering wheels, for example front wheels or rear wheels. Thanks to the invention, it has a maneuvering device available to the driver which remains substantially stationary, hence a better visibility of the lights of the dashboard, a better position of the hands of the driver during major robberies, the possibility to design a maneuvering device of innovative shape, for example away from the usual steering wheel, and while enjoying the benefits of decoupled directions, especially in terms of size, weight and safety in case of accident. The present invention will be better understood on studying the detailed description of an embodiment taken by way of nonlimiting example and illustrated by the accompanying drawings, in which: - Figure 1 is a schematic view of the steering device ; FIG. 2 is a partial schematic view of the control unit; and FIGS. 3 to 5 are curves showing the torque of the steering actuator as a function of the steering torque and the speed of the vehicle. As can be seen in FIG. 1, a vehicle 1 comprises a box 2 and wheels, here four in number, fixed by means of a suspension mechanism, not shown, to the box 2. In the embodiment shown, the front wheels 3, 4 are steered and the rear wheels 5, 6 are steered or not. The steering wheels 3 and 4 are steered by a steering system 7. The steering system 7 may comprise a rack 8 acting on the orientation of the wheels 3 and 4 by means of steering rods 9 and 10. rack 8 is actuated by a motor 11, directly or via gears 12. The vehicle 1 comprises an actuating member 13, for example a steering wheel available to the driver in the passenger compartment of the vehicle. Maneuver 13 is associated with an angle sensor 14 and a torque sensor 15. The torque sensor is configured to measure the torque exerted on the operating member 13 by the driver. A torque return actuator 16 is connected to the operating member 13, directly or via gearing 17. The vehicle 1 comprises a steering control unit 18 comprising an input connected to the output of the sensor. angle 14, an input connected to the output of the torque sensor 15 and an input connected to an output of a speed sensor 19. The speed sensor 19 can be used for several functions, including anti-lock braking. The speed information may be present on board a network, for example of the CAN type, of vehicle information. The control unit 18 comprises a module 20 for generating a steering setpoint of the steering system 7. The control unit 18 may comprise a module 21 for generating a torque restoration setpoint sent to the actuator 16. Preferably, the module 21 for generating a restitution torque comprises a permanent setpoint for maintaining the angle of the operating member 13 at zero. It is thus possible to hold the operating member 13 in position. at the resolution of the sensor 14 and the reaction of the actuator 16 near. In practice, the operating member 13 can be maintained in a range relative to the neutral position.

Le module 21 de génération d'une consigne de restitution de couple est illustré plus en détail sur la figure 2. Le module 21 peut être construit de telle sorte que l'organe de manoeuvre 13 reste fixe. Le module 21 peut comprendre un régulateur PID 22 émettant en sortie une consigne de courant envoyée à l'actionneur 16. Le module 21 comprend également un comparateur 23 recevant sur une entrée positive la consigne d'angle de l'organe de manoeuvre et sur une entrée négative l'angle mesuré fourni par le capteur d'angle 14. Dans le cas où la consigne d'angle de l'organe de manoeuvre 13 est en permanence nulle, le comparateur 23 peut être remplacé par un inverseur. The module 21 for generating a torque restoration setpoint is illustrated in greater detail in FIG. 2. The module 21 can be constructed in such a way that the operating member 13 remains fixed. The module 21 may comprise a PID regulator 22 outputting a current setpoint sent to the actuator 16. The module 21 also comprises a comparator 23 receiving on a positive input the angle setpoint of the operating member and on a negative input the measured angle provided by the angle sensor 14. In the case where the angle setpoint of the operating member 13 is permanently zero, the comparator 23 can be replaced by an inverter.

L'angle du volant peut être modélisé de la façon suivante : c + I mot _vol v r.kmot _vol Av = Jv s2 ( 1) avec A,, la position angulaire de l'organe de manoeuvre 13 mesurée par le capteur 14, C,, le couple mesuré par le capteur de couple 15, Imot_vol la consigne en courant de l'actionneur 16, r la réduction des engrenages 17, kmot_vo1 la constante de couple de l'actionneur 16, J, l'inertie de l'organe de manoeuvre 13, des engrenages 17 et de l'actionneur 16 et s la variable de temps. Le couple de consigne du moteur de direction 11 peut être établi par le module 20 à partir du couple mesuré par le capteur de couple 15 et à partir de la vitesse du véhicule mesurée par le capteur de vitesse 19. Pour une vitesse du véhicule donnée, l'effort nécessaire que doit fournir le système de braquage 7 est une loi cubique de l'effort au volant. Plus particulièrement, on peut prévoir que la consigne envoyée par le module 20 au moteur de direction 11 est la somme du produit du couple mesuré par le capteur de couple 15 et d'une constante et du produit du cube du couple mesuré par le capteur de couple 15 et d'une autre constante. Par ailleurs, la consigne fournie au moteur de direction 11 est décroissante avec la vitesse. Un exemple de loi d'effort à fournir par le moteur de direction en fonction de l'effort mesuré au volant et de la vitesse du véhicule est illustré par les figures 3 à 5. Comme on peut le voir sur la figure 3, pour un couple volant positif élevé, la consigne de braquage est monotone décroissante en fonction de la vitesse. I1 en va de même, en valeur absolue, pour un couple volant maximal négatif. A faible vitesse de véhicule, la courbe de couple de consigne de braquage en fonction du couple volant présente une pente très faible, voire nulle, à proximité du zéro du couple volant et une pente maximale à proximité des minimum et maximum du couple volant. A titre d'exemple, on peut prévoir un couple de consigne de braquage Cab produit d'une fonction f de la vitesse du véhicule V1 et d'une fonction g du couple mesuré Cv. On peut choisir : f (Vlongi) _ A2 (2) The angle of the steering wheel can be modeled as follows: c + I mot_vol v r.kmot _vol Av = Jv s2 (1) with A ,, the angular position of the actuator 13 measured by the sensor 14, C ,, the torque measured by the torque sensor 15, Imot_vol the current setpoint of the actuator 16, r the reduction of the gears 17, kmot_vo1 the torque constant of the actuator 16, J, the inertia of the operating member 13, gears 17 and actuator 16 and s the time variable. The reference torque of the steering motor 11 can be set by the module 20 from the torque measured by the torque sensor 15 and from the vehicle speed measured by the speed sensor 19. For a given vehicle speed, the necessary effort to be provided by the steering system 7 is a cubic law of the driving force. More particularly, it can be provided that the setpoint sent by the module 20 to the steering motor 11 is the sum of the product of the torque measured by the torque sensor 15 and a constant and the product of the cube of the torque measured by the sensor. couple 15 and another constant. Moreover, the setpoint supplied to the steering motor 11 decreases with the speed. An example of the law of effort to be provided by the steering motor as a function of the force measured at the steering wheel and the speed of the vehicle is illustrated by FIGS. 3 to 5. As can be seen in FIG. high positive steering torque, the steering setpoint is monotonous decreasing according to the speed. It is the same, in absolute value, for a maximum negative flywheel torque. At a low vehicle speed, the steering set torque curve as a function of the steering wheel torque has a very low or zero slope near the zero of the steering wheel torque and a maximum slope near the minimum and maximum of the steering wheel torque. By way of example, it is possible to provide a steering set torque Cab produced by a function f of the vehicle speed V1 and a function g of the measured torque Cv. We can choose: f (Vlongi) _ A2 (2)

O O (volant) = A3 .Cvolant + A4 .Colant Avec AI, A2, A3 et A4 des constantes, AI étant comprise entre 100 et 500, A2 étant comprise entre 1000 et 20000, A3 étant comprise entre 0,01 et 0,1, et A4 étant comprise entre 0,1 et 5, Grâce à l'invention, on dispose d'un volant plus généralement d'un organe de manoeuvre stationnaire avec pilotage en couple de l'angle de braquage des roues directrices. L'invention peut s'appliquer aux véhicules à deux ou quatre roues directrices. L'invention offre une sécurité de conduite accrue, une ergonomie améliorée et un agrément OO (flywheel) = A3 .Cvolant + A4 .Color With AI, A2, A3 and A4 constants, AI being between 100 and 500, A2 being between 1000 and 20000, A3 being between 0.01 and 0.1 , and A4 being between 0.1 and 5, Thanks to the invention, there is a flywheel more generally a stationary operating member with torque control of the steering angle of the steering wheels. The invention can be applied to vehicles with two or four steering wheels. The invention provides increased driving safety, improved ergonomics and amenity

de conduite de haut niveau. Al ù Viongi Y- .7 high level of driving. Al ù Viongi Y- .7

Claims

1-Steering device for vehicle (1) with at least one steerable wheel, comprising an actuator (13) available to a driver, a steering system (7) of said wheel, and a control unit (18). ) of the steering system, characterized in that it comprises a torque sensor (15) exerted on the operating member (13), the control unit (18) comprising an input connected to the output of the sensor of torque (15) and a means (20) for generating a steering setpoint of the steering system as a function of the torque exerted on the operating member, said setpoint being sent to the steering system (7).

2-Device according to claim 1, comprising a restitution actuator (16) coupled to the operating member (13), the control unit (7) comprising means for generating (21) a command of the feedback actuator (16) as a function of the torque exerted on the operating member (13), said command being sent to the feedback actuator (16).

3-Device according to claim 2, wherein the means for generating a control of the actuator restitution (16) comprises an instruction to maintain the initial position of the actuating member (13).

4-Device according to claim 2 or 3, wherein the means (21) for generating a control of the feedback actuator (16) comprises a corrector (22) applied to the difference between a position of the organ of maneuver (13) measured by a sensor (14) and the reference of the feedback actuator.

5-Device according to any one of the preceding claims, wherein the control unit (7) comprises a vehicle speed input, the generating means (20) of a control 9 of the steering system (7) taking the vehicle speed is counted to generate the setpoint of the steering system (7).

6-Device according to any one of the preceding claims, wherein the generating means (20) of a control of the steering system (7) comprises a corrector applied to the difference between a steering measured by a sensor and the instruction of the steering system.

7-Direction control method for vehicle with at least one steerable wheel, in which a sensor (15) measures a torque exerted on an actuator (13) by a driver, a control unit generates a control of a system steering (7) of said wheel as a function of the measured torque, and sends said command to the steering system (7).

8-Method according to the preceding claim, wherein the control unit (18) generates a restitution torque setpoint.

9-process according to the preceding claim, wherein the restitution torque setpoint is applied by a restitution actuator (16).

10-vehicle (1) comprising a device according to any one of claims 1 to 6, mounted for controlling the steering wheel steering.