Volant à direction assistée variable : architecture EPS détaillée

Le rapport fixe : ses limites en pratique

Un vehicule classique a un rapport de direction fixe : de butee a butee, entre 2.5 et 3.2 tours de volant, ce qui correspond a un rapport mecanique d environ 15 a 18 (chaque degre de volant donne 1/15e a 1/18e de degre aux roues). Ce compromis arrange tout le monde sans satisfaire personne.

A basse vitesse (manoeuvre, parking), le conducteur trouve la direction trop demultipliee : il faut trop tourner. A haute vitesse (autoroute), le rapport semble inversement trop direct : un micro-mouvement du volant decale la trajectoire. Les ingenieurs cherchent depuis les annees 1990 a casser ce compromis.

Les premieres tentatives etaient mecaniques pures : crémaillere a denture variable. La denture est plus serree au centre (rapport long) et plus large aux extremites (rapport court). Mercedes utilise encore aujourd hui cette approche sur certains modeles sous le nom Direct-Steer. C est elegant mais limite : le rapport varie selon l angle de volant, pas selon la vitesse.

Architecture d une EPS standard

Une direction assistee electrique (EPS) typique comprend :

• Une colonne de direction reliee au volant par un cardan.
• Un capteur de couple (torque sensor) qui mesure l effort applique par le conducteur.
• Un moteur electrique (synchrone a aimants permanents, typiquement) qui applique un couple d assistance.
• Un capteur d angle (steering angle sensor, SAS) qui mesure la position absolue du volant.
• Un ECU qui traite tout cela en temps reel.

Le capteur de couple est generalement un magnetic torque sensor de type Bosch ou Nexteer : une barre de torsion separe l axe d entree (cote volant) de l axe de sortie (cote cremaillere). Une torsion micrometrique de cette barre, mesuree par capteurs Hall, donne le couple applique. La precision typique est inferieure a 0.1 Nm.

Tout cela fonctionne sous le standard de securite ISO 26262 au niveau ASIL D, le plus exigeant. C est la raison pour laquelle on ne bricole jamais une EPS.

Trois approches pour rendre le rapport variable

Pour que le rapport entre angle volant et angle roues varie dynamiquement avec la vitesse, trois ecoles existent.

Chaque approche a un coup, une signature de toucher, et un comportement specifique en cas de panne.

Audi Dynamic Steering : le train epicycloidal

Le systeme Audi Dynamic Steering, dispo sur les A4, A6, A7, A8, Q5, Q7 et plus recemment Q8 e-tron, repose sur un train d engrenages planetaires insere entre la partie haute et la partie basse de la colonne de direction. Un moteur electrique additionnel pilote la couronne du planetaire.

Le principe est simple : si le moteur tourne dans le sens du conducteur, il ajoute de l angle (rapport court, ideal pour parking). S il tourne en sens inverse, il retire de l angle (rapport long, ideal pour autoroute). En l absence d alimentation, un verrou mecanique fige le planetaire et le rapport redevient fixe : c est la securite fail-safe imposee par ISO 26262.

Cette approche autorise un rapport variable factor 2 : entre 9.5 (parking) et environ 18 (haute vitesse). Le conducteur ne percoit qu une demultiplication progressive ; c est la signature de l Audi Dynamic Steering.

BMW Active Steering et Mercedes Direct-Steer

BMW Active Steering, introduit en 2003 sur la Serie 5 E60, fonctionne sur un principe similaire mais place le moteur de superposition sur l axe de colonne lui-meme, non sur un train epicycloidal. Le moteur ajoute ou retire un angle en serie avec le geste du conducteur. La version Integral Active Steering combine en plus un braquage des roues arriere.

La signature en conduite est legerement differente : on sent plus la transition entre rapport long et rapport court, surtout en virage serre a moyenne vitesse. C est une question de gout. Cette architecture a ete progressivement supprimee sur les nouveaux modeles BMW au profit d une EPS classique a rapport variable software (sur Serie 5 G60 par exemple).

Mercedes Direct-Steer, lui, est l approche la plus simple : cremaillere a denture progressive. Le rapport varie de 14 au centre a 11 aux extremites. Pas de moteur additionnel, pas de calculateur dedie, pas de mode panne. C est mecanique pur, ce qui explique sa fiabilite et son cout reduit.

Le rapport variable par logiciel pur

Avec l arrivee massive des EPS de derniere generation (architecture rack-EPS ou cremaillere assistee par moteur lineaire), les constructeurs ont realise qu il etait possible de simuler un rapport variable simplement en modulant l effort d assistance.

Si a basse vitesse le calculateur amplifie violemment l assistance, le conducteur a l impression que le volant repond rapidement. Si a haute vitesse le calculateur reduit l assistance et durcit le retour, le volant semble plus precis. Le rapport mecanique brut n a pas change, mais la sensation oui.

Cette approche logicielle a deux avantages : zero piece mecanique additionnelle (donc zero panne possible), et reglage par mise a jour OTA chez les constructeurs qui le permettent (Tesla, Mercedes EQS, BMW G60). C est la voie d avenir.

Decision pratique pour une refonte

Quand un client nous confie un volant equipe d Audi Dynamic Steering ou BMW Active Steering, il faut comprendre une chose : le volant lui-meme n est pas le composant intelligent. Le rapport variable est gere par la colonne et le calculateur EPS, pas par le volant. Une refonte du revetement n a strictement aucun impact sur le rapport variable.

En revanche, deux precautions s imposent. D abord, ne jamais demonter la colonne ou la rotule de fixation entre colonne et cremaillere : ces composants sont en lien direct avec le train epicycloidal et leur reassemblage exige des couples specifiques et une calibration. Ensuite, apres remontage du volant, un reset SAS (steering angle sensor) est imperatif pour que le calculateur retrouve sa reference zero.

Sur les vehicules a EPS classique (rapport variable purement logiciel), aucune precaution particuliere au-dela du SAS reset. C est la raison pour laquelle les modeles recents sont plus simples a personnaliser.