WO2019092341A1 - Procédé de compensation de frottement dans une direction assistée et procédé d'estimation associé - Google Patents

Procédé de compensation de frottement dans une direction assistée et procédé d'estimation associé Download PDF

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speed
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power steering
steering
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Alain GUILEMOND
Sébastien Bourdrez
Tahar SLAMA
Pascal Moulaire
Nicolas BAUDOUIN
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JTEKT Europe SAS
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    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/22—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers
    • G01L5/221—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to steering wheels, e.g. for power assisted steering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/0481—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/008—Control of feed-back to the steering input member, e.g. simulating road feel in steer-by-wire applications

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of electric power steering and in particular to the driving sensation to the steering wheel.
  • the first objective of electric power steering is the assistance that is to say the reduction of the steering wheel / driver torque on an installed movement.
  • a flywheel / driver torque sensor is configured to measure the torque exerted by the driver on the steering column of the vehicle and a computer determines the associated assistance and controls the electric motor of the electric power steering according to the measured torque and driving conditions to provide additional torque on the rack pinion connected firstly to the steering wheel by the steering column and secondly to the wheels by means of steering rods.
  • the second goal of electric power steering is to provide the driver with a good feeling at the wheel, what is called a "steer feel" in English.
  • a friction compensation function in the bonding zone implies the need to know how to estimate finely and thus in real time an intermediate rate of friction less than 1 in absolute value. This demand is therefore much more restrictive than the need corresponding to other friction compensation functions solely based on an electric power steering motor speed signal and therefore inactive for absolute values of engine speed below a threshold to avoid phenomena of oscillations that necessarily induce the sensor noise.
  • the invention aims to overcome all or some of the aforementioned drawbacks by proposing a continuous estimation method of the intermediate friction rate, allowing its integration into a global friction compensation method by means of an assistance engine to to improve the driving feeling in a continuous manner and in particular for travel speeds below a determined threshold, the threshold being between substantially 0.5% and 3% in absolute value, preferably between substantially 1.5% and 2.5% in absolute value and even more preferably of 2%.
  • the subject of the invention is therefore a method for continuously estimating the intermediate friction rate, in particular for speeds of travel below a predetermined threshold, in an electric vehicle power steering system, characterized in that the said estimation method comprises the steps following:
  • the determination of a second speed, corresponding to the steering wheel / driver pair, by the estimation method according to the invention makes it possible to take into account the very low demands of the driver on the steering wheel. Indeed, on the very low demands of the driver, friction present between the steering wheel and the electric motor, related to the various parts and mechanical meshes of the power steering, prevents a solicitation of the electric motor. Thus the first speed is zero.
  • the determination of a second speed thus makes it possible to take into account and therefore effectively compensate the friction of the power steering for low driver demands on the steering wheel.
  • the sum of the first speed and the second speed makes it possible to take into account both the low stresses of the driver on the steering wheel, via the second gear, and the low stresses coming up from the running surface and directly urging the rack, via the first gear. speed.
  • the estimation method according to the invention uses a LuGre model that does not have a discontinuity problem.
  • the LuGre model uses a principle of integration and has properties of representation of the cycles of friction while allowing to have some continuity on intermediate rates of friction.
  • v is the velocity between two surfaces in contact
  • z is the state of internal friction
  • F is a determined friction force.
  • the LuGre model presents a velocity-dependent function g (v) instead of a constant, an additional damping ⁇ associated with a microdisplacement and a general form f (v) for the velocity-dependent term and without memory.
  • the z state which is analogous to the effort described in the Dahl model, can be interpreted as a mean deviation.
  • the stable state of the friction force F ss is given by:
  • applying the LuGre according to the invention amounts to modeling the system by a single mass whose speed is represented by the input of the LuGre model.
  • the LuGre model does not directly give the intermediate friction rate, it estimates the coefficient of friction ⁇ of the system.
  • the continuous estimation of the coefficient of friction ⁇ of the system can be represented by the following equation ⁇ -sat a ⁇ v vehicule , i dynamic ) .z + ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ vehic! e , i dynamic ) -z) or
  • V is the speed of the vehicle
  • T the steering temperature
  • a * corresponds to the dynamic coefficient of friction of the system measured on a test bench
  • ⁇ is the micro-damping
  • the coefficient of friction ⁇ varies between +/- the theoretical value a * identified on a bench.
  • the coefficient of friction ⁇ obtained is configured to vary between + a * and -a *.
  • the intermediate friction rate obtained is configured to vary between -1 and +1.
  • the determination of the second speed of step (b) is carried out according to the following substeps:
  • the invention also relates to a friction compensation method of an electric power steering, characterized in that the compensation method takes into account a continuous estimate of the intermediate friction rate obtained by the continuous estimation method according to the invention. invention.
  • the compensation method comprises at least the following steps:
  • E5 Difference between the value X obtained in step E4, with the determined estimate of the set of forces opposing the movement (RFE) (to compensate RFE)
  • E6 Compensation of the assisted steering by the control of the driver torque by a controller (CPU) according to the target driver torque and the measured driver torque.
  • the compensation method makes it possible to change the hysteresis of the rack force estimator so that said hysteresis becomes adapted to the desired friction.
  • This compensation method thus allows a greater precision in the flying sensation that is to say that the hysteresis felt is exactly the desired level.
  • the method allows a robustness function that is to say that the process is auto-adaptive depending on the actual friction of the direction.
  • the step E2 can be obtained by means of an abacus or a predetermined database or a given data entry.
  • the conductive torque is controlled in a closed loop.
  • FIG. 1 is a representative diagram of the estimation method according to the invention
  • FIG. 2 is a representative diagram of a controller architecture of an electric power steering unit implementing the compensation method of the invention
  • FIG. 3 is a representative diagram of the compensation method according to the invention.
  • FIG. 4 is a schematic view of a steering device to which the invention applies.
  • Figure 5 is a graph illustrating two hysteresis curves with and without friction compensation.
  • the continuous estimation method of an intermediate friction rate comprises a step (a) of measuring a first speed by means of a speed sensor of the electric motor of the vehicle. This first speed is represented by the reference 6 pinion .
  • the estimation method comprises a step (b) for determining a second speed, comprising a substep if measuring the steering wheel / driver torque represented by the reference T twist> and a substep s2 time derivative of the measurement of the flywheel torque and in which a gain is applied to the derivative.
  • the estimation method comprises a step (c) of sum of the first and second speeds, represented by the referenced box. Then, a so-called flying speed called .
  • Step (d) of the estimation method is represented by the LuGre box consisting of simulating a simplified one-dimensional (mass) and LuGre friction model, whose only input speed is the sum obtained. in the previous step (c). Finally, we obtain a continuous estimate of the intermediate friction rate of the electric power steering represented by the reference w.
  • FIG. 2 is illustrated a diagram of the CPU controller of the electric power steering of a vehicle.
  • the compensation method comprises a step E 1 of implementing the continuous estimation method, this estimation method is illustrated in detail in FIG. 1 and also taken into account in the method of friction compensation.
  • the box referenced FRI represents the estimation of the friction and comprises at least one component which is the continuous estimation of the intermediate friction rate w, obtained by the method illustrated in FIG. 1, and another component which is the estimated dynamic frictional amplitude.
  • the desired dynamic frictional amplitude for the electric power steering is obtained: this is the step E2 of the method of compensation which is illustrated in Figure 3 in the box referenced FRC.
  • step E3 of the compensation method the difference in the estimated dynamic friction amplitude and in the amplitude of the desired dynamic friction is compared, and in step E4, the difference result product is made with the continuous estimation of the rate.
  • step E5 the difference X between the value obtained in step E3 and the determined estimate of the set of forces opposing the movement represented by the box referenced RFE and referred to as the rack or rack effort estimator is differentiated. "Rack strength estimator”. Thanks to this compensation, the hysteresis of the rack force estimator will present a controlled and desired hysteresis which will also impact the hysteresis at the target torque generation.
  • step E6 the driving torque is taken into account target and the measured driver torque for the closed-loop torque control by the CPU controller illustrated in FIG. 2.
  • step E6 the "take into account” action means "compare and control in a closed loop".
  • the electric power steering is at 400N of friction and it is desired to feel at 300N
  • the friction estimator FRI will identify that the direction is at 400N
  • the value of the desired friction value will be 300N .
  • the difference is therefore 100N
  • the determined estimate of all the forces opposing the movement is 400N and we subtract 100N so that the friction corresponds to the desired value of 300N.
  • FIG. 5 is a graph showing two curves illustrating the steering wheel torque in Nm (ordinates) as a function of the angle of the steering wheel in degrees (abscissa).
  • the first curve in solid line illustrates the hysteresis between the steering wheel torque and the steering wheel angle without friction compensation.
  • the second dashed line curve illustrates the hysteresis with friction compensation by the methods of the invention.
  • the reversal zone towards the + or - 15 ° when the movement of the steering wheel is reversed, has been continuously and progressively adjusted, as can be seen in the second discontinuous curve.
  • FIG. 4 illustrates a steering device comprising a power steering system for implementing the estimation method of the invention as well as the compensation method of the invention.
  • said power steering device 1 comprises a steering wheel 3 which allows a driver to maneuver said power steering device 1 by exerting a force, said "torque T3, on said steering wheel 3.
  • Said driving wheel 3 is preferably mounted on a steering column 4, guided in rotation on the vehicle 2, and which meshes, by means of a pinion 5, on a steering rack 6, which is itself guided in translation in a steering casing 7 fixed to said vehicle 2.
  • the ends of said steering rack 6 are each connected to a steering rod 8, 9 connected to the stub axle of a steering wheel 10, 11 (respectively a left wheel 10 and a right wheel 11), of such so that the longitudinal displacement in translation of the rack 6 makes it possible to modify the steering angle (yaw angle) of the steering wheels.
  • the steering wheels 10, 11 may moreover preferably also be driving wheels.
  • the power steering device 1 also comprises a motor 12 configured to assist the maneuvering of said power steering device 1.
  • the engine 12 will preferably be an electric motor, with two directions of operation, and preferably a rotary electric motor, of brushless type or "brushless".
  • the power steering device 1 further comprises a steering wheel torque sensor 14 specially placed within the power steering device 1, for example on the steering column 4, in order to measure the steering wheel torque T3, and whose main purpose is , even exclusive, to provide a measurement of the flywheel torque T3, regardless of the other measurement technology used by said flywheel torque sensor 14.
  • the power steering device 1 comprises a motor speed sensor 24 intended to measure the rotation speed of the engine 12.
  • the power steering device 1 also comprises a calculation and control unit 20 configured to implement the estimation method and the compensation method from the sensor data 14, 24.

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Abstract

L'invention a pour objectif de palier à tout ou partie des inconvénients précités en proposant un procédé d'estimation continue du taux intermédiaire de frottement, permettant son intégration dans un procédé de compensation de frottement global afin d'améliorer le ressenti au volant de manière continue et notamment pour des vitesses de déplacement inférieures à un seuil déterminé. L'invention porte donc notamment sur un procédé de compensation de frottement d'une direction assistée électrique, caractérisé en ce que le procédé de compensation prend en compte une estimation continue du taux intermédiaire de frottement obtenue par le procédé d'estimation continue selon l'invention.

Description

Procédé de compensation de frottement dans une direction assistée et procédé d'estimation associé
La présente invention porte sur le domaine technique des directions assistées électriques et notamment sur le ressenti conducteur au volant.
Il existe plusieurs types de directions assistées et l'invention porte sur les systèmes de direction assistée électrique dite « D.A.E. », qui utilise un moteur électrique pour assister le conducteur dans la direction de son véhicule.
Le premier objectif de la direction assistée électrique est l'assistance c'est-à-dire la réduction du couple volant/conducteur sur un mouvement installé. Ainsi, un capteur de couple volant/conducteur est configuré pour mesurer le couple exercé par le conducteur sur la colonne de direction du véhicule et un calculateur détermine l'assistance associée et pilote le moteur électrique de la direction assistée électrique en fonction du couple mesuré et des conditions de conduite pour fournir un couple additionnel sur le pignon de la crémaillère reliée d'une part au volant par la colonne de direction et d'autre part aux roues par le biais de biellettes de direction. Le deuxième objectif de la direction assistée électrique est de fournir au conducteur un bon ressenti au volant, ce que l'on appelle un « steer feel » en anglais.
Le défaut de ces premières « lois d'assistance » qui sont basées uniquement sur le couple volant/conducteur, est que le conducteur ressent beaucoup le frottement mécanique de la direction, ce qui est jugé comme étant imprécis. En effet, sur des petits mouvements notamment proche du zéro, quand il y a très peu de couple, s'il y a un mouvement dans un sens, le couple est relâché, l'assistance s'arrête et le conducteur a un ressenti de collage au niveau du frottement de la direction, c'est-à-dire que le frottement mécanique de la direction assistée électrique vient réduire voir annuler les mouvements de crémaillère sous faible sollicitation d'effort conducteur, ce qui dégrade la précision de conduite en imposant des variations de couple conducteur fortes et non linéaires pour atteindre des corrections de mouvement fines. On va alors observer une hystérésis : c'est-à-dire que le couple volant/conducteur dans un sens est différent du couple volant/conducteur dans l'autre sens. Pour améliorer le ressenti, il faut réduire cette hystérésis, en compensant le frottement mécanique de la direction de manière continue y compris sur de faibles sollicitations conducteur et donc très faibles vitesses de déplacement.
Lorsque la vitesse est nettement installée par exemple lorsqu'elle est supérieure à 20%, il est assez aisé de compenser le frottement grâce aux mesures du capteur de vitesse moteur de la direction assistée électrique. En effet, on peut détecter le sens du mouvement et compenser le frottement, comme physiquement le frottement dynamique est d'une certaine valeur opposée au mouvement.
Cependant, une fonction de compensation de frottement dans la zone de collage c'est-à-dire pour des vitesses de déplacement inférieures à environ 2% en valeur absolue, implique le besoin de savoir estimer finement et donc en temps réel un taux intermédiaire de frottement inférieur à 1 en valeur absolue. Cette demande est donc nettement plus contraignante que le besoin correspondant à d'autres fonctions de compensations de frottement uniquement basées sur un signal de vitesse du moteur de la direction assistée électrique et donc inactives pour des valeurs absolues de vitesse moteur inférieures à un seuil pour éviter des phénomènes d'oscillations qu'induisent nécessairement le bruit capteur.
Il n'existe pas de capteur physique qui puisse permettre la mesure du taux intermédiaire de frottement. On peut cependant estimer ce taux intermédiaire de frottement par un modèle mathématique. Il existe de nombreux modèles estimant le frottement mais qui posent des problèmes de discontinuité sur des cycles de faible amplitude et induisent donc des défauts de ressenti au volant quand ils sont associés à des fonctions de compensation de frottement.
L'invention a pour objectif de palier à tout ou partie des inconvénients précités en proposant un procédé d'estimation continue du taux intermédiaire de frottement, permettant son intégration dans un procédé de compensation de frottement global au moyen d'un moteur d'assistance afin d'améliorer le ressenti au volant de manière continue et notamment pour des vitesses de déplacement inférieures à un seuil déterminé, le seuil étant compris entre sensiblement 0.5% et 3% en valeur absolue, préférentiellement entre sensiblement 1,5% et 2,5% en valeur absolue et encore plus préférentiellement de 2%.
L'invention a donc pour objet un procédé d'estimation continue du taux intermédiaire de frottement notamment pour des vitesses de déplacement inférieures à un seuil déterminé, dans une direction assistée électrique de véhicule, caractérisé en ce que ledit procédé d'estimation comprend les étapes suivantes :
(a) Mesure d'une première vitesse, ladite mesure étant réalisée par un capteur de vitesse configuré pour mesurer la vitesse du moteur électrique de la direction assistée électrique,
(b) Détermination d'une deuxième vitesse à partir d'une mesure du couple volant/conducteur, ladite mesure de couple étant réalisée par un capteur de couple configuré pour mesurer le couple entre le volant et la crémaillère de la direction assistée électrique,
(c) Somme de la première vitesse et de la deuxième vitesse, la somme étant dénommée vitesse volant,
(d) Application du modèle de LuGre à la somme déterminée en étape (c) utilisée en tant qu'entrée dudit modèle
(e) Obtention d'une estimation continue du taux intermédiaire de frottement (w).
La détermination d'une deuxième vitesse, correspondant au couple volant/conducteur, par le procédé d'estimation selon l'invention permet de prendre en compte les très faibles sollicitations du conducteur sur le volant. En effet, sur les très faibles sollicitations du conducteur, des frottements présents entre le volant et le moteur électrique, liés aux diverses pièces et engrènements mécaniques de la direction assistée, empêche une sollicitation du moteur électrique. Ainsi la première vitesse est nulle.
La détermination d'une deuxième vitesse permet ainsi de prendre en compte et donc de compenser de manière effective les frottements de la direction assistée pour de faibles sollicitations du conducteur sur le volant.
La somme de la première vitesse et de la deuxième vitesse permet de prendre en compte tant les faibles sollicitations du conducteur sur le volant, via la deuxième vitesse, que les faibles sollicitations remontant de la surface de roulage et sollicitant directement la crémaillère, via la première vitesse.
Avantageusement, le procédé d'estimation selon l'invention utilise un modèle de LuGre qui ne présente pas de problème de discontinuité. Le modèle de LuGre utilise un principe d'intégration et a des propriétés de représentation des cycles de frottement tout en permettant d'avoir une certaine continuité sur des taux intermédiaires de frottement.
Le modèle de LuGre utilisé est décrit classiquement par : dz \v\
— = v— σ0 , , z = v— h y)z
dt g (y)
Figure imgf000005_0001
Où v est la vitesse entre deux surfaces en contact, z est l'état de frottement interne et F est une force de frottement déterminée. Comparé au modèle de Dahl, le modèle de LuGre présente une fonction g(v) dépendante de la vitesse au lieu d'une constante, un amortissement additionnel σΐ associé à un microdéplacement et une forme générale f(v) pour le terme dépendant de la vitesse et sans mémoire. L'état z, qui est analogue à l'effort décrit dans le modèle de Dahl, peut être interprété comme une déviation moyenne. Le modèle de LuGre reproduit un comportement de rappel pour les petits mouvements, dans lequel le paramètre σθ est la raideur, σΐ est le micro-amortissement et f(v) représente le frottement visqueux, typiquement f(v) = σ2ν. Pour une vitesse constante, l'état stable de la force de frottement Fss est donné par :
FSs O) = g{v)sgn{v) + f{v)
où g(v) dépend de la loi de frottement de Coulomb et l'effet de Stribeck.
Selon une caractéristique de l'invention, appliquer le LuGre selon l'invention revient à modéliser le système par une seule masse dont la vitesse est représentée par l'entrée du modèle de LuGre.
Avantageusement, Le modèle de LuGre ne donne pas directement le taux intermédiaire de frottement, il estime le coefficient de frottement μ du système.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'estimation continue du coefficient de frottement μ du système peut être représentée par l'équation suivante μ— sat a^ v vehic!e , i dynamic ).z + σγ \ ν vehic!e , i dynamic )-z) ou
V correspond à la vitesse du véhicule,
T correspond à la température de direction,
a* correspond au coefficient de frottement dynamique du système mesuré sur banc d'essai,
σΐ correspond au micro-amortissement,
z correspond à l'état de frottement interne. Le coefficient de frottement μ varie entre +/- la valeur théorique a* identifiée sur banc. Ainsi, le coefficient de frottement μ obtenu est configuré pour varier entre +a* et -a*.
C'est la division de ce coefficient μ par la valeur théorique a* qui permet d'obtenir le taux intermédiaire de frottement w, qui varie entre -1 et +1.
Ainsi, et selon une forme de réalisation de l'invention la détermination du taux intermédiaire de frottement w est réalisée selon l'équation suivante : w = μ/α*
Par conséquent, le taux intermédiaire de frottement obtenu est configuré pour varier entre -1 et +1.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la détermination de la deuxième vitesse de l'étape (b) est réalisée selon les sous-étapes suivantes :
(si) mesure du couple volant/conducteur un capteur de couple configuré pour mesurer le couple entre le volant et la crémaillère de la direction assistée électrique,
(s2) dérivation temporelle de la mesure de couple
(s3) application de la dérivée obtenue en sous-étape s2 à une raideur déterminée k
(s4) obtention d'une deuxième vitesse dite vitesse de couple. L'invention a également pour objet un procédé de compensation de frottement d'une direction assistée électrique, caractérisé en ce que le procédé de compensation prend en compte une estimation continue du taux intermédiaire de frottement obtenue par le procédé d'estimation continue selon l'invention.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé de compensation comprend au moins les étapes suivantes :
El - Mise en œuvre du procédé d'estimation continue du taux intermédiaire de frottement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, obtention d'au moins une estimation continue du taux intermédiaire de frottement (w), et d'au moins une amplitude de frottement dynamique estimé, et modulation de l'estimation du frottement (FRI) par l'estimation continue du taux intermédiaire de frottement (w),
E2 - Obtention de l'amplitude d'un frottement déterminée correspondant au frottement voulu ¾^etde la direction assistée électrique,
E3 - Différence entre l'amplitude de frottement dynamique estimé et de l'amplitude du frottement dynamique voulu
E4 - Produit du résultat de la différence obtenue en étape E3 avec l'estimation continue du taux intermédiaire de frottement (w) afin d'obtenir une valeur X,
E5 - Différence entre la valeur X obtenue en étape E4, avec l'estimation déterminée de l'ensemble des forces s'opposant au mouvement (RFE) (pour compenser RFE) E6 - Compensation de la direction assistée par le contrôle du couple conducteur par un contrôleur (CPU) en fonction du couple conducteur cible et du couple conducteur mesuré.
La prise en compte de l'estimation continue du taux intermédiaire de frottement dans le procédé de compensation permet de changer l'hystérésis de l'estimateur d'effort crémaillère afin que ladite hystérésis devienne adaptée au frottement voulu. Ce procédé de compensation permet ainsi une plus grande précision dans le ressenti volant c'est-à-dire que l'hystérésis ressentie est exactement au niveau voulu. En outre, le procédé permet une fonction de robustesse c'est-à-dire que le procédé est auto- adaptatif en fonction du frottement réel de la direction.
Selon une forme de réalisation de l'invention, l'étape E2 peut être obtenue au moyen d'un abaque ou d'une base de données préétablie ou d'une entrée de donnée déterminée.
Selon une forme de réalisation de l'invention, le contrôle du couple conducteur est réalisé en boucle fermée.
L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après qui se rapporte à un mode de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels :
- la figure 1 est un schéma représentatif du procédé d'estimation selon l'invention,
la figure 2 est un schéma représentatif d'une architecture du contrôleur d'une la direction assistée électrique mettant en œuvre le procédé de compensation de l'invention,
- la figure 3 est un schéma représentatif du procédé de compensation selon l'invention,
la figure 4 est une vue schématique d'un dispositif de direction auquel s'applique l'invention,
la figure 5 est un graphique illustrant deux courbes d'hystérésis avec et sans compensation de frottement.
Comme illustré à la figure 1, le procédé d'estimation continue d'un taux intermédiaire de frottement, comprend une étape (a) de mesure d'une première vitesse au moyen d'un capteur de vitesse du moteur électrique du véhicule. Cette première vitesse est représentée par la référence 6pinion . Le procédé d'estimation comprend une étape (b) de détermination d'une deuxième vitesse, comprenant une sous-étape si de mesure du couple volant/conducteur représentée par la référence Ttorsion> et une sous-étape s2 de dérivation temporelle de la mesure du couple volant et dans laquelle on applique un gain à la dérivée. Le procédé d'estimation comprend une étape (c) de somme des premières et deuxièmes vitesses, représentée par l'encadré référencé∑on obtient alors une vitesse dite vitesse volant appelée
Figure imgf000009_0001
. L'étape (d) du procédé d'estimation est représentée par l'encadré LuGre consistant à simuler un modèle de direction simplifié à une dimension (une masse) et un frottement de LuGre, dont la seule vitesse d'entrée est la somme obtenue dans l'étape (c) précédente. Enfin, on obtient une estimation continue du taux intermédiaire de frottement de la direction assistée électrique représentée par la référence w.
En figure 2 est illustré un schéma du contrôleur CPU de la direction assistée électrique d'un véhicule.
Comme illustré en figure 3, le procédé de compensation comprend une étape El de mise en œuvre du procédé d'estimation continue, ce procédé d'estimation est illustré en détail en figure 1 et également pris en compte dans le procédé de compensation de frottement.
En figure 3, l'encadré référencé FRI représente l'estimation du frottement et comprend au moins une composante qui est l'estimation continue du taux intermédiaire de frottement w, obtenue par le procédé illustré en figure 1, et une autre composante qui est l'amplitude de frottement dynamique estimé. En outre, au moyen d'un abaque ou d'une base de données préétablie par exemple une cartographie tunable, on obtient l'amplitude du frottement dynamique voulu pour la direction assistée électrique : il s'agit de l'étape E2 du procédé de compensation qui est illustrée en figure 3 dans l'encadré référencé FRC. En étape E3 du procédé de compensation, on fait la différence de l'amplitude de frottement dynamique estimé et de l'amplitude du frottement dynamique voulu et en étape E4, on fait le produit du résultat de la différence avec l'estimation continue du taux intermédiaire de frottement w ce qui nous permet d'obtenir une valeur X correspondant à la quantité de frottement à compenser tcomp. Dans une étape E5, on fait la différence entre la valeur X obtenue en étape E3, avec l'estimation déterminée de l'ensemble des forces s'opposant au mouvement représenté par l'encadré référencé RFE et dénommé estimateur de l'effort crémaillère ou « estimateur rack force ». Grâce à cette compensation, l'hystérésis de l'estimateur de force crémaillère va présenter une hystérésis contrôlée et souhaitée ce qui impactera également l'hystérésis au niveau de la génération du couple cible. En étape E6, on prend en compte le couple conducteur cible et le couple conducteur mesuré pour le contrôle du couple en boucle fermée par le contrôleur CPU illustré en figure 2. En étape E6, l'action « prendre en compte » signifie « comparer et contrôler en boucle fermée ».
À titre d'exemple, la direction assistée électrique est à 400N de frottement et on souhaite un ressenti à 300N, l'estimateur de frottement FRI va identifier que la direction est à 400N, et l'entrée de valeur du frottement voulu sera de 300N. La différence est donc de 100N, l'estimation déterminée de l'ensemble des forces s'opposant au mouvement est de 400N et on en retranche 100N afin que le frottement corresponde à la valeur désirée de 300N.
En figure 5 est illustré un graphique représentant deux courbes illustrant le couple volant conducteur en Nm (ordonnées) en fonction de l'angle du volant en degrés (abscisse). La première courbe en trait continu illustre l'hystérésis entre le couple volant conducteur et l'angle du volant sans compensation de frottement. La deuxième courbe en trait discontinu, illustre l'hystérésis avec une compensation de frottement grâce aux procédés de l'invention. Afin de réduire cette hystérésis comme souhaité, la zone d'inversion vers les + ou - 15°, lorsque le mouvement du volant est inversé, a été réglée de manière continue et progressive, comme on peut le voir sur la deuxième courbe discontinue.
En figure 4 est illustré un dispositif de direction comprenant une direction assistée permettant de mettre en œuvre le procédé d'estimation de l'invention ainsi que le procédé de compensation de l'invention. De façon connue en soi, et tel que cela est visible sur la figure 4, ledit dispositif de direction assistée 1 comprend un volant de conduite 3 qui permet à un conducteur de manœuvrer ledit dispositif de direction assistée 1 en exerçant un effort, dit « couple volant » T3, sur ledit volant de conduite 3. Ledit volant de conduite 3 est de préférence monté sur une colonne de direction 4, guidée en rotation sur le véhicule 2, et qui engrène, au moyen d'un pignon de direction 5, sur une crémaillère de direction 6, qui est elle-même guidée en translation dans un carter de direction 7 fixé audit véhicule 2.
De préférence, les extrémités de ladite crémaillère de direction 6 sont reliées chacune à une biellette de direction 8, 9 raccordée au porte-fusée d'une roue directrice 10, 11 (respectivement une roue gauche 10 et une roue droite 11), de telle sorte que le déplacement longitudinal en translation de la crémaillère 6 permet de modifier l'angle de braquage (angle de lacet) des roues directrices. Les roues directrices 10, 11 peuvent par ailleurs de préférence être également des roues motrices. Le dispositif de direction assistée 1 comprend également un moteur 12 configuré pour assister la manœuvre dudit dispositif de direction assistée 1. Le moteur 12 sera de préférence un moteur électrique, à double sens de fonctionnement, et préférentiellement un moteur électrique rotatif, de type sans balais ou "brushless".
Le dispositif de direction assistée 1 comprend en outre un capteur de couple volant 14 mis en place spécialement au sein du dispositif de direction assistée 1, par exemple sur la colonne de direction 4, afin de mesurer le couple volant T3, et ayant pour finalité principale, voire exclusive, de fournir une mesure du couple volant T3, quelle que soit par ailleurs la technologie de mesure employée par ledit capteur de couple volant 14. De plus le dispositif de direction assistée 1 comprend un capteur de vitesse moteur 24 destiné à mesurer la vitesse de rotation du moteur 12.
Enfin, le dispositif de direction assistée 1 comprend également une unité de calcul et commande 20 configurée pour mettre en œuvre le procédé d'estimation et le procédé de compensation à partir des données de capteurs 14, 24.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux figures annexées. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'estimation continue du taux intermédiaire de frottement notamment pour des vitesses de déplacement inférieures à un seuil déterminé, dans une direction assistée électrique de véhicule, caractérisé en ce que ledit procédé d'estimation comprend les étapes suivantes :
a) Mesure d'une première vitesse, ladite mesure étant réalisée par un capteur de vitesse configuré pour mesurer la vitesse du moteur électrique de la direction assistée électrique,
b) Détermination d'une deuxième vitesse à partir d'une mesure du couple volant/conducteur, ladite mesure de couple étant réalisée par un capteur de couple configuré pour mesurer le couple entre le volant et la crémaillère de la direction assistée électrique, la détermination de la deuxième vitesse est réalisée selon les sous-étapes suivantes :
(si) mesure du coupe volant/conducteur un capteur de couple configuré pour mesurer le couple entre le volant et la crémaillère de la direction assistée électrique,
(s2) dérivation temporelle de la mesure de couple (s3) application de la dérivée obtenue en sous-étape s2 à une raideur déterminée k
(s4) obtention d'une deuxième vitesse dite vitesse de couple c) Somme de la première vitesse et de la deuxième vitesse, la somme étant dénommée vitesse volant,
d) Application du modèle de LuGre à la somme déterminée en étape (c) utilisée en tant qu'entrée dudit modèle
e) Obtention d'une estimation continue du taux intermédiaire de frottement (w), l'estimation continue d'un coefficient de frottement μ du système peut être représentée pa 'équation suivante :
Figure imgf000012_0001
et dans lequel la détermination du taux intermédiaire de frottement w est réalisée selon l'équation suivante :
w = μ/α*
où
V correspond à la vitesse du véhicule,
T correspond à la température de direction, a* correspond au coefficient de frottement dynamique du système mesuré sur banc d'essai,
σι correspond au micro-amortissement,
z correspond à l'état de frottement interne.
2. Procédé de compensation de frottement d'une direction assistée électrique, caractérisé en ce que le procédé de compensation prend en compte une estimation continue du taux intermédiaire de frottement obtenue par le procédé d'estimation continue selon la revendications 1.
3. Procédé de compensation selon la revendication 2 comprenant au moins les étapes suivantes :
El - Mise en œuvre du procédé d'estimation continue du taux intermédiaire de frottement selon la revendication 1, obtention d'au moins une estimation continue du taux intermédiaire de frottement (w), et d'au moins une amplitude de frottement dynamique estimé, et modulation de l'estimation du frottement (FRI) par l'estimation continue du taux intermédiaire de frottement (w),
E2 - Obtention de l'amplitude d'un frottement déterminée correspondant à un frottement voulu ¾^etde la direction assistée électrique,
E3 - Différence entre l'amplitude de frottement dynamique estimé et de l'amplitude du frottement dynamique voulu
E4 - Produit du résultat de la différence obtenue en étape E3 avec l'estimation continue du taux intermédiaire de frottement (w) afin d'obtenir une quantité de frottement à compenser (X),
E5 - Différence entre la valeur X obtenue en étape E4, avec l'estimation déterminée de l'ensemble des forces s'opposant au mouvement (RFE) (pour compenser RFE)
E6 - Compensation de la direction assistée par le contrôle du couple conducteur par un contrôleur (CPU) en fonction du couple conducteur cible et du couple conducteur mesuré.
4. Procédé de compensation selon la revendication 3, dans lequel l'étape E2 peut être obtenue par au moyen d'un abaque ou d'une base de données préétablie ou d'une entrée de donnée déterminée.
5. Procédé de compensation selon l'une quelconque des revendications ou 4, dans lequel le contrôle du couple conducteur est réalisé en boucle fermée.
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