Fonctionnement de la direction par fil "By Wire"
La technologie de direction par fil, ou "steer-by-wire", représente une innovation de plus vers la numérisation et la dématérialisation de certains organes, à savoir ici la colonne de direction. Contrairement aux directions traditionnelles qui utilisent un lien physique entre le volant et la crémaillère (à laquelle les roues sont connectées), la direction by wire repose sur des signaux numériques pour contrôler la trajectoire du véhicule (exactement comme cela se fait sur les jeux pour console et ordinateur, mais avec cette fois une sécurité plus consistante comme vous vous en douterez ...). Cette technologie s'inscrit donc dans une tendance plus large d'intégration de systèmes électroniques avancés, où le freinage by wire a déjà été adopté depuis plusieurs années.
Avec le savoir qui progresse, les mécanismes rudimentaires font place à des dispositifs plus avancés et intelligents (plus compacts et permettant à la fois plus de fonctionnalités), un peu comme la disparition des encombrants et complexes moteurs thermiques par des électriques (bien que la transition soit psychologiquement difficile pour certains d'entre nous ... Mais c'est un autre sujet).
Le Principe de fonctionnement
Dans un système de direction traditionnel, un arbre de direction (colonne) relie mécaniquement le volant à la crémaillère, qui convertit le mouvement rotatif du volant en mouvement latéral des roues par le biais d'une vis sans fin reliée à la crémaillère grâce à une colonne de direction (gros cardan qui lie volant et crémaillère.
Voici une direction classique avec lien physique, j'ai volontairement pris une version électrique et non pas hydraulique car les voitures modernes n'ont presque plus de direction assistée hydraulique
A lire : le fonctionnement de la direction assistée
En revanche, le système de direction by wire élimine cette connexion physique (pour faire simple, ça ressemble à une direction assistée électrique sans colonne de direction). Le volant est équipé de capteurs, généralement des potentiomètres ou des encodeurs, qui détectent l'angle de braquage. Ces informations sont ensuite transmises à un calculateur électronique (ECU - Electronic Control Unit). L'ECU traite ces données et envoie des signaux électriques à des actuateurs (moteurs électriques) montés sur la crémaillère, qui ajustent les roues en conséquence.
Un potentiomètre électrique est comme un bouton de volume sur une radio. Il a trois parties : deux extrémités fixes et un curseur qui peut bouger entre ces extrémités. Quand on tourne le bouton, le curseur se déplace le long d'une piste résistive à l'intérieur du potentiomètre. Cela change la quantité de courant qui passe à travers, ce qui permet de contrôler la tension qui sort du potentiomètre. En gros, en tournant le bouton, on peut augmenter ou diminuer la tension de sortie, un peu comme on augmente ou diminue le volume de la radio. Dans une voiture avec direction by wire, ce mouvement du curseur permet de dire à l'ordinateur de bord à quel angle le volant est tourné.
Sécurité et fiabilité ?
L'un des principaux problèmes de la direction by wire est d'assurer la sécurité et la fiabilité du système en l'absence de liaison mécanique directe. Plusieurs dispositifs et techniques sont utilisés pour garantir que le calculateur reçoit des informations précises et que le système fonctionne correctement :
- Redondance des Capteurs : Pour éviter les fausses informations dues à un bug ou à une défaillance d'un potentiomètre, plusieurs capteurs sont souvent utilisés en redondance. Si l'un des capteurs échoue ou envoie des données incohérentes, les autres capteurs peuvent compenser et fournir des informations fiables.
- Contrôles de Cohérence : Le système de direction by wire est doté de capacités de diagnostic continu. L'ECU surveille en permanence les signaux provenant des capteurs et des actuateurs. En cas de détection d'anomalies, des alertes sont générées, et des actions correctives peuvent être prises automatiquement, comme le passage en mode de secours.
- Mécanismes de repli (Fail-Safe) : En cas de détection d'une défaillance majeure, le système by wire peut se mettre en mode sécurité. Par exemple, il peut réduire automatiquement la vitesse du véhicule et alerter le conducteur pour prendre des mesures immédiates, comme se garer en sécurité.
Avantages de la direction By Wire
La principale différence technique entre un système de direction traditionnel et un système by wire réside dans l'élimination des composants mécaniques lourds et encombrants. Cela offre plusieurs avantages. L'absence de colonne de direction et d'autres composants mécaniques permet de réduire le poids du véhicule, contribuant à une meilleure efficience (à lire : les technologies moteur [thermiques] pour réduire la consommation). Les constructeurs ont aussi plus de liberté dans la conception de l'intérieur du véhicule, puisqu'ils ne sont plus contraints par la nécessité de loger une colonne de direction à la fois encombrante et peu souple en termes de souplesse de positionnement. Le dispositif coûte moins cher de par sa plus grande simplicité, comme la voiture électrique même si ce n'est pas encore répercuté en raison de l'immaturité du marché au moment où ces lignes sont rédigées. Il est aussi plus aisé d'intégrer un dispositif de roues arrière directrices qui s'ajoute à la direction avant (le tout est donc piloté et centralisé au même endroit).
Ce type de direction permet aussi d'avoir facilement (et donc pour moins cher) une direction asservie à la vitesse en termes de démultiplication mais aussi de force d'assistance. Le comportement de la direction peut être facilement ajusté électroniquement pour s'adapter aux préférences du conducteur ou aux conditions de conduite spécifiques.
Notez qu'en cas de choc violent on peut éventuellement implanter une fonction qui empêche le retour de force sur le volant, évitant ainsi de casser ou tordre des doigts.
Inconvénients ?
Ce dispositif est totalement électrique, et en cas de panne totale de l'auto il peut être potentiellement difficile de la manoeuvrer (ex : voiture en panne qu'on pousse vers le bas côté, sans direction c'est moins aisé ...). De plus, il peut y avoir un délai entre l'action (voir vidéo ci-dessous) faite au volant et celle répercutée à la crémaillère ... Enfin, le sentiment de sécurité du conducteur peut en être affecté, avec la peur d'une panne générale qui mène à avoir une voiture lancée qui n'a plus de direction.
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