Brevet FR2077717A1 — publié le 19711105

La présente invention a trait aux mécanismes ce direction pour véhicules automobiles et plus particulièrement aux mécanismes de direction du type à crémaillère. L'invention s'applique aussi bien aux mécanisme de direction à commande manuelle qu'à ceux du type servo-assisté. L'un des outs visés par la présente invention consiste à prévoir un mécanisme de direction qui permet de réduire sensiblement les problèmes d'encomorement qui se présentent dans la conception d' un mécanisme de direction à loger dans un vénicule de type déterminé. Le mécanimse de direction suivant l'invention permet également d'utiliser un mécanisme à crémaillère là où des efforts relativement importants sont nécessaires pour oraquer les roues, comme par exemple, dans le cas de véhicules industriels ou soids-lourds. Suivant la présente invention, il est prévu dans un véhicule à moteur un mécanisme de direction qui comprend une première cré naillre dont au moins une es et mités est reliée ou sucep tible d'être reliée à deux roues directrices titi véhicule, ainsi qu'un premier pignon en prise avec ladite première crémaillère et pouvant tourner sous la commande d'un organe approprié tel qu'un volant de direction, ce mécanisme étant caractérisé par le fait qu'il est prévu une seconde crémaillère, un second pignon en prise avec les cents de cette seconde crémaillère, une trans- mission reliant entre eux ledits premier et second pignons, ainsi qu'un troisième pignon en prise avec les dents de la seconde crémaillère et relié audit organe de commande, afin que les crémaillères et les roues cirectrices puissent être actionnées à partir de cet organe de commande. Ainsi, lors du fonctionnement l'organe de commande qui peut être un volant de direction ou analogue, du véhicule auquel le mécanisme est incorporé, traiismet le mouvement au troisième pignon précité, lequel actionne la seconde crémaillère. Le mouvement de cette seconde crémaillère est transmis par l'intermédiaire des premier ez seconu pignon à la première crémaillère et ae là aux roues dîractrices du vénicule. Le principe de base ce l'iivention est que les deux crémaillères associées, ainsi que les pignons et les organes de trans mission correspondants peuvent prendre une grande variété de dispositions à l'intérieur du véhicule. Ainsi, l'aménagement ou "logement" du mécanisme de direction à l'intérieur d'un type particulier e véhicule est particulièrement facilité par le choix que l'on peut faire quant aux dispositions les plus favorables pour les différentes parties du mécanisme de direction. Du fait cie l'absence d'un arbre direct entre les roues direc trices et le conducteur, la position du mécanisme de direction peut être prévue de façon à assurer la sécurité du conducteur en cas de collision. ainsi, l'usage d'une colonne ae direction en métal expansé ou analogue, ou l'usage de boulons à cisaillement, etc. peut être envisagé au-delá du volant de direction pour assurer l'absorption des forces vives et protéger ainsi le conducteur exposé au contact avec le volant. En outre, les pignons et les crémaillères utilisés peuvent avoir des formes et/ou $dimensions différentes et appropriées, en vue d'ootenir 'aménagement désiré et approprié de ces différents organes dans un véhicule donné Ainsi, la première crémaillère peut avantageusement être pontée directement sur l'essieu du vénicule et parallèlement à à cet essieu, bien qu'il n'y ait aucune limite imposée dans cet ordre d'idées.Cependant, les crémaillères peuvent avoir toute disijosition relative désiré et appropriée, les dents des pignons étant soit droites, soit hélicoïdales ou en spirale, ou de toute autre forme adéquate, et/ou la transmission s'effectuant de telle scrte qa'ele puisse s'accommoder de la disposition relative Lies deux crémaillères et, en oure l'on eut prévoir une certaine gamme de positions pour le volant dans le véhicule et en ce qui concerne égalément la position du conducteur lui-même. Quant t à la transmission, elle peut être constituée par un arbre d'accouplement aux extrémités opposées duquel sont montés les premier et second pi non. L'arbre d'accouplement peut être divise en deux tronçons cu sections, et comporter un joint de cardan et/ou un joint coulissant, ou une comoinaison de joint coulissant et ae joint a carcian. Dans tous les cas, l'organe ae commande comportera généralement un volant de direction. ne fait Lie prévoir, conformément à l'invention, cieux crémaillè- res, et trois pignons permet d'envisager une gamme étendue de rapports d démultiplication pour la direction. Ainsi, on peut déterminer des rapports différents par le choix approprié des diamètres et nombre de dents relatifs des différents pignons. Le- pignons peuvent avoir en effet des diamètres différents, c'est-à-dire, des nombres de dents différents, pour fournir tout rapport de démultiplication désiré. Ainsi, le troisième pignon peut avoir un nombre de dents inferieur a celui du second pignon afin d'augmenter le rapport de démultiplication du mécanisme de direction, par exemple de l'ordre de 3 : 1. Le troisième pignon solidaire du volant est aussi petit que possible, en tenant compte bien entendu de la résistance requise pour supporter les efforts que lui applique le conducfeur. Le premier pignon sera aussi idéalement aussi petit cue l'au- torise le facteur résistance. Le pas et l'écartement des dents d'une crémaillère ne seront pas nécessairement les mêmes que ceux de l'autre crémaillère. Toutefois, les dents de la seconde crémaillère peourraient être partagées en deux tronçons ou séries de dents en prise respectivement avec le second et le troisième pinon, les dents et le oas ou écartement des dents des deux tronçons ou sérIes de dents étant différents s'il y a lieu, Le mécanisme de direction peut éventuellement être prévu pour a'agir que sur une seule roue directrice, l'accouplement étant réalise en utilisant une barre d'accouplement ae type classique. Le mécanisme de direction peut être ont sur un véhicule automobile comportant un essieu avant rigide portant des roues directrices à des extrémités, la première crémaillère étant montée directement sur cet essieu avant. Cn peut également prâvoir un mécanisme ae servo-dlrection, par exemeple en faisant agir ce mécanisme sur la première crémaillère; un tel mécanisme de servo-direction peut être par exemple du type à vérin hydraulique. lia servo-direction peut =aire partie intégrante du dispositif à crémaillère, soit en étant coaxial à celle-ci, soit prévue en série avec celle-ci, montee sur un prolongement de la crémaillère ou alternativement tout-a-fait séparée de celle-ci. Dans tous les cas, une valve rotative ae commande peut être prévue sur @'impor- te quel arbre rotatif prévu dans le mécanisme. Ce mécanisme de direction peut être monté sur un véhicule automobile muni d'une suspension avant a roues indépendantes. La première crémaillère peut être montée sur un ou plusieurs essieux rigides, le premier pignon étant placé sur l'axe longitudinal du véhicule, la position de la crémaillère par rapport à l'essieu étant optimale pour le véhicule considéré en particulier. lies crémaillères peuvent être montées sur des appuis à garniture en caoutchouc ou des silentblocs. On décrira maintenant un exemple particulier de mise en oeuvre de l'invention en se rapportant au dessin annexé sur lequel La figure 1 montre schématiquement en perspective un nécanisme de direction suivant l'invention, monté sur un véhicule automobile lia figure 2 est une vue en coupe partielle plus détaillée relative à un mode de réalisation de la seconde crémaillère prévue dans le mécanisme de direction de la figure 1;; à figure 3 est une vue faite non regardant dans le sens de la flèche A de la figure 2,et La figure 4 montre une vue faite en regardant dans le sens de la flèche B de la figure 2 La figure 5 montre schématiquement en élévation une disposition modifiée dans laquelle les deux crémaillères sont disposées à proximité l'une de l'autre et parallèlement entre elles, la transmission comportant un arbre court, tandis que la première crémaillère n'a qu'une extrémité active en ce qu'elle est destinée à être accouplée à une seule paire de roues directrices, et a igure 6 montre une vue de détail d'une partie de la disposition représentée 'figure 5. ci l'on se réfère tous d'abord aux figures 1 et 2, on voit qu'un véhicule automobile, dans ce cas un véhicule industriel ou poids-lourd, comporte un essieu avant rigide 1 aux extrémités auquel sont montées les roues airecsrices 2 et 3. L'essieu est relié au châssis du véhicule (non représenté) par des ressorts-lames longitudinaux dont un seul est représenté. Une première crémaillère 5 est montée à l'intérieur d'un boîtier directement sur l'essieu 1 et parallèlement à celui-ci. lies extrémités de la crémaillère 5 sont reliées chacune, par l'intermédiaire d'un joint à rotule (non représenté) aux roues directrices, grâce à une articulation o et un bras ae direction 7. Le boî- tier qui renferme la crémaillère 5 constitue également le cylindre d'un système de servo-direction du type à vérin hydraulique dont le piston est monté directement sur la crémaillère 5. Les dents Lie la crémaillère 5 sont en prise avec un premier pignon 8 monté en rotation a l'intérieur d'un boîtier à une extrémité d'un arbre d'accouplement 9. Cet arore d'accouplement 9, dans ce mode particulier de réalisation, est divisé en deux sectIons ou tronçons e . comprend un joint à cardan 10 et un joint coulossant 11. A titre de variante cet arbre peut être divisé en un plus grand nombre d'éléments reliés entre eux par plusieurs joints de cardan. L'autre extrémité de l'arbre d'accouplement 9 porte le second pignon 12. Ce second pignon 12 engrène avec les dents d'une seconne crémaillère 13 laquelle dans cet exemple, est parallèle à la première crémaillère 5. Un troisième pignon 14 est également en prise avec les dents de la seconde crémaillère 13. lie troisième pignon 14 est monté de façon à pouvoir être ac- tionné en rotation par un organe de commande, dans ce cas un volant de direction 15, relié à ce pignon 14 par une colonne ae direction 16. Il n'est pas indispensable que la seconde crémaillère 13 soit parallèle à la première 5, c'est-a-dire, horizontale car elle peut également être verticale ou placée dans toute autre position angulaire intermédiaire désirée. La figure 2 montre simplement l'engrènement entre le pignon 8 et les dents 5a de la première cremalllère 5, et inuique derrière cette première crémaillère la seconde crémaillère munie de ses deux séries de dents 13a, 13b et le pignon 14 en prise avec ces dernières. Les figures 3 et 4 montrent uniquement plus en détail les boîtiers, paliers et tourillons respectifs du pignon 14 en prise avec la crémaillère 13, et du pignon 12 en prise avec la crémaillère 15. La figure 5 montre schématiquement une disposition analogue à celle de la figure 1, dans laquelle les deux crémaillères sont disposées parallèlement, et a proximité l'une de l'autre. Ainsi, la première crémaillère 51 est montée a l'interieur d'un boîtier ou carter et directement sur un essieu (non représenté) parallèlement à ce dernier. Une seule extrémité de crémaillère 51 est reliée par un joint a rotule 18 et une biellette 17 a une aes deux roues directrices (non représentées). les roues sont reliées entre elles par une barre d'accouplement (non représentée).Le boîtier renfermant la crémaillère 51 peut également servir ae cylinare d'un vérin hydraulique de servo-direction aont le piston est monté sur la crémaillère 51. lies dents de cette crémaillère 51 sont en prise avec un premier pignon 81 monté rotatif dans un boîtier ou carter à une extrémité d'un arbre d'accouplement 91. l'autre extrémité de l'arbre a'accouplement 91 est pourvue d'un second pignon 121 en prise avec les dents d'une seconde crémaillère 131 laquelle, dans ce mode particulier de réalisation, est montre parallèlement à la première crémaillère et placée à proximité immédiate de celle-ci. Ainsi, dans cette disposition, l'arbre d'accouplement est extrêmement court et d'une seule pièce, ce qui exclut l'usage de tout joint a cardan ou coulissant. En outre, dans ce cas le troisième pignon 141 également en prise avec la seconde crémaillère 131, possède des dents hélicoïdales, ce qui permet à l'arbre ou colonne de direction 161 portant le volant de direction 151 d'avoir une certaine inclinaison par rapport aux crémaillères 51 et 131. par ailleurs, l'arbre d'accouplement pourrait avoir une structure plus complexe, par exemple en étant composé de plusieurs arbres reliés entre eux car plusieurs joints de cardan et suivant tout parcours désire et approprie. le mécanisme de direct Ion décrit et représente présente les avantages suivants a) a crémaillère de direction proprement dite 5 peut être montée directement sur l'essieu du vénicule 1 et dans ce cas, elle est reliée presque directement aux roues directrices du véhicule 2, 3, ce qui supprime ou réduit au minimum le manque de sensibilité et les réactions de roues qui se produisent lorsque l'emplacement cie la cremaillère necessite le recours à une tringlerie relativement longue et compliquée pour aboutir aux roues directrices ; b) Le rapport de réduction que l'on pouvant obtenir avec une crémaillère unique constituait un facteur de limitation dans le cas de véhicules auxquels une direction à crémaillère pourrait être appliquée; cette limitation est supprimée grâce à la présente invention attendu que le pignon 12 en prise avec la seconde crémaillère 13 et la possibilité de choisir les rapports de réduction des second et troisième pignons 12, 14 autorisent l'adoption de tout rapport de démultiplication désiré pour la direction c) le pirnon 12 de la seconde crémaillère 13 auzorise en cutre une grande liberté quant au choix de la position du volant 15 dans l'habitacle du conducteur; en d'autres termes, le problème du logement du mécanisme de direction dans un véhicule donné peut être résolu avec beaucoup plus de facilité et de latitude. Bien entendu, des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation du mécanisme de direction suivant l'invention qui ont été décrits et représentés ici, sans toutefois sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Un mécanisme de direction pour véhicules automobiles, lequel comprend une crémaillère dort au soins une extrémité est reliée, ou susceptible d'être reliée, à deux roues directrices du véhicule, ainsi qu'un pignon en prise avec les dents de la crémaillère et que l'on jeut faire tourner a l'aide d'un organe de commande tel qu'un volant de direction, caractérisé par le fait qu'il est prévu une seconde crémaillère, un second pignon qui engrène avec cette seconde crémaillère, une transmission reliant le premier pignon au second pignon et un troisième pignon en prise avec les dents de la seconde crémaillère et relié audit organe de commande, afin que la première crémaillère et les roues directrices soient orientées à l'aine dudit organe de commande. 2.- Un mécanisme ce direction selon la revendication 1, caractérisé en outre Jar le fait que la première crémaillère est montée directement sur un essieu du vésicule automobile et parallèlement à cet essieu. 3.- un mécanismé ue direction selon la revendication 1, caractérisé en oucre par le fait que la seconde crémaillère est disposée sensiblement parallèlement a la première. 4. - Un mécanisme e direction selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite transmission est constituée par un arbre d'accouplement aux extrémités duquel sont montés respectivement le premier pignon et le second pignon. 5.- un mécanisme de direction selon la revendication 4, caractérisé en outre par le fait que l'arbre d'accouplement est divise en deux tronçons et comporte un joint de carcan. 6.- un mécanisme de direction selon la revendication 4, carac térisé en outre par le fait que l'arore d'accouplement est divisé en deux tronçons et comporte un joint coulissant. 7.- Un mécanisme de direction selon la revendication 1, carac -érisé par le fait oue l'organe de commande comprend un volant solidaire et rotation du troisième pignon. 6.- un mécanisme de direction selon la revendication 1, caractérisé en outre par le fait que le nombre ae dents du troisième pignon est inférieure à celui du second pignon, afin d'augmenter le rapport de démultiplication du mécanisme de direction. 9.- Un mécanisme de direction selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est monté sur un véhicule muni d'un essieu avant rigide portant à ses extrémités des roues directrices la première crémaillère étant montée directement sur cet essieu. 10.- Un mécanisme de direction selon la revendication 1, caractérisé en outre par le fait que la première crémaillère est munie d'un dispositif de servo-assistance.