Brevet FR2394437A1 — publié le 19790112

L'invention due à la collaboration de Messieurs Jean Jacques CARDUNER et André de CORTANZE concerne une servodirection dans laquelle une valve rotative comporte un rotor solidaire en rotation de l'arbre de direction, un boitier fixe, un manchon tubulaire placé dans le boitier autour du rotor, un moyen de liaison dudit manchon à l'organe de commande du mécanisme de direction, des passages d'écoulement de fluide formés dans le manchon et dans le rotor, constituant deux alimentations sélectives de l'une ou l'autre des chambres opposées du vérin de direction de manière à assurer une assistance proportionnelle à l'effort de braquage manuel des roues directrices du xrehicu- le. De telles servodirections doivent à la fois offrir à la direction, une douceur suffisante pour la manoeuvre à basse allure ou à l'arrêt,lors des manoeuvres de parcage, et une fermeté progressive avec la vitesse croissante du véhicule. On connait une valve entrainée dans l'une ou l'autre direction par la rotation de l'arbre de direction de manière la qu'un canal d'alimentation en huile, connecte' à/irce d'huile de commande sous pression, telle qu'une pompe à huile ou simi- laire,soit connecté sélectivement à la chambre droite ou gauche du vérin de direction. Cette valve est munie d'une chambre de réaction à pression d'huile disposée de manière que son volume soit réduit par l'entrainemont dans l'une ou l'autre direction de la valve, et cette chambre de réaction est connectée par l'intermédiaire d'une vanne de commande différentielle au canal d'alimentation en huile ci-dessus.Le canal d'alimenta- tion en huile précité est muni d'un canal d'échappement d'huile qui y est raccordé par l'intermediaire d'un étranglement et dont la partie aval comporte un élément de commande servant à commander le débit selon la vitesse du véhicule. La vanne de commande ci-dessus fonctionnant par pression différentielle est entrainée à l'ouverture par la pression différentielle entre le passage d'alimentation en huile et le passage d'échappement d'huile, et de ce fait une pression dthuile engendrée dans le passage d'alimentation en huile proportionnellement à la résistance de la surface de la route peut être appliquée à la chambre de réaction, tandis qu'elle est ajustée en fonction de la vitesse du véhicule par l'action de ladite vanne de commande. Lors de la conduite du véhicule à vitesse faible, l'ef- fort de direction demandé au conducteur peut donc être mainte mi sensiblement constant, quelle que soit la variation de la résistance de la surface de la route, de sorte qu'un braquage des roues directrices peut être effectué avec un effort faible. Lors de la conduite du vhicule à vitesse élevée, l'effort de braquage peut être accru proportionnellement à la résistance de la surface de la route, ce qui permet d'éviter efficacement un surbraquage. Le problème posé par les valves connues réside dans le fait que le dispositif de limitation de l'assistance précité ne peut pas être intégré de manière simple dans les valves rotatives. Selon l'invention, un dispositif limiteur des déplace- ments angulaires relatifs du manchon par rapport au rotor est disposé coaxialement au rotor de la valve et est monté à coulissement sous l'action des efforts antagonistes engendrés par un ressort de rappel et par une pression différentielle délivrée par une source de pression principale et auxiliaire. Dans la direction ainsi réalisée, la force exercée par le ressort de rappel sur le dispositif limiteur des déplacements du manchon par rapport au rotor de la valve rotative, est prédominante aux faibles vitesses du véhicule. Les déplacements angulaires du manchon par rapport au rotor de la valve ne sont donc pas diminuésssi bien que lton conserve aux faibles vitesses l'effort d'assistance à la manoeuvre de l'essieu directeur. Par contre, à partir d'une vitesse prédéterminée, la pompe auxiliaire modifiera suffisamment la pression d'un coté des faces actives du dispositif limiteur des déplacements an vulvaires du manchon par rapport au rotor. Le dispositif se déplacera alors axialement en modifiant les débattements angulaires possibles entre lesdits manchon et rotor, ce qui limite l'effort d'assistance à la manoeuvre de l'essieu directeur. Dtautres caractéristiques et avantages ressortiront de la description d'un exemple de réalisation de la direction en référence au dessin annexé dans lequel - La figure 1 est une vue en coupe de la valve rotative et du schéma de branchement de celle-ci. - Les figures 2 à 4 représentent les principaux états de fonctionnement du dispositif limiteur des déplacements angu laires du manchon par rapport au rotor de la valve. - La figure 5 est une vue en perspective de l'organe limiteur de déplacements angulaires du manchon par rapport au rotor. - Les figures 6 à 8 représentent les positions de l'organe li miteur représenté à la figure 5 aux différents états d'équi libre de celui-ci. - Les figures 9 à 11 sont des vues en coupe de l'organe limi teur selon les lignes IX - IX, X - X et XI - XI des figures 6 à 8. En se référant à la figure 1, 1 désigne l'axe de direction creux d'un véhicule, manoeuvrable par un volant de dire ction 2, monté solidairement à l'extrèmité de l'axe. L'axe creux 1 se prolonge vers l'avant par un arbre 4 qui peut tourner avec l'axe creux 1 et qui porte un pignon 5 de commande du mécanisme de manoeuvre 6 de l'essieu directeur. L'arbre 4 est séparé de l'axe creux 1 par un dispositif limiteur des déplacements angulaires entre lesdits axe et arbre que nous décrirons ci-après et qui comprend essentiellement une valve d'assistance rotative 7. La valve d'assistance 7 tourne à l'intérieur d'un carter 8 et est du type à centre ouvert. La valve d'assistance 7 fonctionne de manière usuelle, c'est-à-dire que l'huile sous pression est amenée à un orifice d'alimentation 9 à partir d'une source de pression principale telle qu'une pompe à huile P entrainée par une source d'énergie extérieure.Après avoir traversé la valve 7 huile est renvoyée à partir de l'orifice de retour 10 vers un réservoir d'huile Il. Par un mouvement de rotation de la valve 7, huile sous pression est amenée sélectivement à l'une ou l'autre des chambres opposées 1 d'un vérin d'assistance de direction 13, par l'un ou l'autre des deux orifices de sortie 12 de la valve. Les éléments principaux de la valve 7 sont : le carter 8, le rotor 15, une barre de torsion 16 dont une extrémité est solidaire du roter 15 tandis que l'autre extrèmité est solidaire de l'arbre 4. Dans le carter 8 sont percés l'orifice d'alimentation 9, l'orifice de retour 10 et les deux orifices de sortie 12 et un orifice d'alimentation auxiliaire 9'. Le rotor 15, qui est supporté dans le carter 8 par une portée de palier lisse, possède un certain nombre de rainures axiales 17 dont les arrêtes constituent les restrictions de passage de fluide entre les rainures 17 et les rainures correspondantes 18 situées dans l'alésage d'un manchon tubulaire 19. Ce dernier est solidarisé en rotation avec l'arbre 4 par exemple au moyen d'un ergot d'entraînement 20. Sur la surface extérieure du manchon 19, sont prévues des portées 21 que limitent des gorges annulaires 22 dans lesquelles débouchent les orifices d'alimentation et de sortie 9,12. Le rotor 15 possède un perçage central 23 traversé par la barre de torsion 16. Le perçage 23 se prolonge axialement par un alésage 24 qui reçoit la portée cylindrique 25 d'un piston coulissant 26 destiné à limiter les déplacements angulaires de l'arbre 4 par rapport au rotor 15. Ce dernier est mobile dans un cylindre 27 constitué par une douille 28. La douille 28 est solidaire du manchon 19 au moyen de l'ergot 20 et porte extérieurement la piste de roulement des billes du palier support de l'arbre pignon 4 dans le carter 8. Le piston 26 représenté à la figure 5 possède une mortaise 27 et au moins un tenon 28 coopérant respectivement en rotation sans jeu angulaire avec le rotor 15 et avec jeu angulaire variable avec l'arbre 4 à la suite d'un déplacement axial de ce piston. A cet effet, le tenon 28 possède une configuration trapé zoIdale dont les côtés inclinés 30 peuvent entre plus ou moins rapprochés des côtés homologues 31 d'une mortaise 32 usinée selon l'exemple représenté à la périphérie de l'arbre 4. Un ressort de rappel 33 prend appui sur le piston 26 et sur l'arbre 4 dans le but de repousser axialement le piston sur le rotor 15. Le piston 26 possède deux faces annulaires apposées 34,34 de surface S 34 et S 34 respectivement soumises à la pression principale règnant dans les rainures 17 et à la pression du fluide dans le perçage axial 23 du rotor 15. Une pompe auxiliaire 40, associée à des clapets anticavitation et de surpression, débite dans le réservoir il au travers d'un étranglement 41 et transmet, par l'intermédiaire d'une conduite 44, une pression de fluide de commande sur le tiroir d'un distributeur de fluide 42, variable en fou- ction de la vitesse du véhicule. La pompe auxiliaire 40 est par ailleurs branchée par son orifice d'asniration au conduit 45 qui débouche dans le distributeur 42, tandis qu'un autre conduit 43 relie le distributeur 42 à l'orifice d'alimentation auxiliaire 91 de la valve 7. Lorsque le distributeur 42 est ouvert, les conduits 45 et 43 sont en communication ainsi que cela a été représenté à la figure 3. La pression d'aspiration de la pompe auxiliaire 40 modifie la pression établie dans le conduit 43, dans l'orifice 9', dans le perçage axial 23 du rotor 15 et sur la surface annulaire 34' du piston 26. Le fonctionnement du dispositif limiteur du débattemont angulaire entre le manchon 19 et le rotor 15 sera maintenant décrit en référence des figures 2 - 3 - 4 et des figures 6 à 71. a) Véhicule à l'arrêt ou avançant à faible vitesse (figures 2, 6, 9). Le débit de la pompe auxiliaire 40 est très faible ou nul. La pompe 40 ne délivre pas de pression dans la con duite 44. Le distributeur 42 occupe alors la position repre- sentée à la figure t et 2 dans laquelle la valve 7 est isolée de la conduite 44. Les orifices 9 et 9 > sont à la pression délivrée par la pompe P, le piston 26 est soumis sur ses deux faces 34, 34' à la pression hydraulique lb délivrée par la pompe principale P. Cette pression PO s'exerce sur les deux faces 34, 34' du piston 26. La position de ce piston est donc déterminée par le Ressort de rappel 33 qui le re pousse sur le rotor 15.Les cotés inclinés 30 du tenon 28 sont sénarés au maximum des côtés homologues 31 de la mor taise 32 ainsi que cela a été représenté aux figures 6 et 9. La valve 7 fonctionnement normalement, ctest-à-dire que le débattement angulaire entre le rotor 15 et le manchon 19 n'est pas diminué. b) Véhicule avalant à vitesse modérée (figures 7 et 10). En se référant à la figure 3, on voit que le débit de la pompe auxiliaire 40 au travers de l'étranglement 41 crée une pression dans la conduite 44. Le tiroir du distributeur '42 est alors poussé en position d'ouverture et établit la com munication entre les conduits 43,45. La surface annulaire 34' du piston 26 est soumise à la pression P 34' qui diffé- re de la pression P34 exercée sur la surface 34 du fait que le débit de la pompe 40 n1 est pas nul. On peut écrire P34' = P34 - D P où # P représente le perte de char- ge au travers de l'étranglement 50 qui relie les orifices d'alimentation 9 et 9' sur le conduit 43. AP = Q2 où Q est le débit de la pompe 40 Sr et Sr est la section de l'étranglement 50 Si F33 est la force résultante de l'action du ressort 33 pour une position donnée du piston 26, l'équation d'équili bre s'écrit P34 xS34 - F33 - P34, x S34, = 0 où Po = P34 d'où F33 =#P x S34, Po (S34, - S34) et P34, = #P et F33 = D Q - K en remplaçant F33 par R33 x dx, R33 étant la raideur du res sort 33 et dx la variation de longueur du ressort on peut écrire dx = D Q2 - K D = rendement du dispo- R33 sitif. Il en résulte qu'à chaque valeur de débit de la pompe 4o correspond une valeur de dx et par voie de eonséquence u ne seule position du piston 26. A cette position du piston 26 correspond une liberté angulaire définie entre rotor 15 et manchon 19 renrésentée par le jeu entre les cStés 30 et 31 (fig. 7 et 10). c) Le véhicule se déplace à grande vitesse (fig. 3,8,11). Le distributeur 42 est en position ouverte, le débit Q40 est important ainsi que # P. Le ressort 33 est comprimé et le piston 26 est en butée sur l'arbre 4 supprimant toute possibilité de jeu entre les cotés 30 et 31. Il n'y a donc pas de déplacement angulaire possible en tre le rotor 15 et le manchon 19. On réalise ainsi un entrai nement sans jeu de l'arbre 4 par l'axe 1. d) Véhicule circulant en marche arrière. La pompe 40 aspire dans le réservoir 11 mais ne délivre pas de pression dans le conduit 43 puisque le distributeur 42 est en position fermée (fig. 4). La pompe 40 fonctionne en circuit fermé. Le fonctionnement de la valve 7 correspond au mode de fonctionnement décrit lorsque le véhicule est arrêté. On bénéficie donc dans ce cas de l'assistance normale de m3 - noeuvre de la direction. On a vii au paragraphes précédents b et C que le piston 26 peut occuper axialement sir le rotor 15 une position d'équilibre, le couple résistant appliqué à l'arbre 4 étant transmissible sans réaction axiale du piston 26 par les catés inclinés 30 et .1. L'angle d'inclinaison des côtés 30 et 31 est défini afin que leur réaction axiale R26 autorise un déplacement axial du piston 26 et détermine une nouvelle position d'équilibre du piston 26 lors d'une modification du couple de l'arbre . La nouvelle position axiale du piston détermine un jeu angulaire différent entre rotor 15 et manchon 19, ce que entrai ne dans le sens souhaité, une variation de l'effort d'assistance de la direction. De la description du mode de fonctionnement précité, il ressort que le piston 26 et ses composants de manoeuvre ne perturbent aucunement le mode de fonctionnement connu de la valve rotative 7 notamment lors des manoeuvres de parcage, ctest-à- dire lorsque le véhicule est à l'arrêt ou à vitesse très faible en marche avant ou arrière. Par contre, lorsque la vitesse du véhicule augmente, l'effort d' assistance diminue progressivement. PEVENDI CATI ONS 1) Servodirection notamment pour véhicules dans laquelle une valve rotative comporte un rotor solidaire en rotation de l'arbre de direction, un boitier fixe, un manchon tubulaire placé dans le boitier autour du rotor, un moyen de liaison dudit manchon à ltorgane de commande du mécanisme de dire ction, des passages d'écoulement de fluide formés dans le manchon et dans le rotor, qui constituent deux circuits d'a limentation sélective de l'une ou l'autre des chambres op posées d'un vérin d'assistance de direction, et une source de fluide de commande sous pression connectée sélectivement par l'intermédiaire de ladite valve rotative au vérin d'as sistance de direction, caractérisée par le fait que la val ve rotative (7) possède un dispositif (26) limiteur des dé placements angulaires du manchon (19), par rapport au rotor 5) ledit dispositif limiter de déplacements étant monté à coulissement sous l'action des forces antagonistes engrendrQs d'une part par la force de pression délivrée par la source de fluide P et d'autre part par un ressort de rappel (33) et par la force de pression variable délivrée par une pompe auxiliaire (40). 2) Servodirection selon la revendication 1 caractérisée par le fait que le dispositif limiteur des déplacements angulaires des composants de la valve rotative comprend essentiellement un piston (26) mobile sur la portée cylindrique (25) liée au rotor(t5) de la valve, les faces actives (34, 32te) dudit piston étant soumises à la pression variable de la pompe auxiliaire (40) à la pression fournie par la source de flui de (P) et à l'action du ressort de rappel (33). 3) Servodirection selon la revendication 2 caractérisée par le fait qu'elle comprend un distributeur de fluide (42) comman dé par la pression de la pompe auxiliaire (lao) et qui est a limenté à partir du cylindre (27) du piston (26) limiteur des déplacements angulaires des composants de la valve ro tative (7). t Servodirection selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3 caractérise par le fait que le dispositif limiteur des déplacements angulaires des composants de la valve comprend au moins un tenon (28) à configuration trapézoidale, dont les cotés inclinés (30) sont tournés vers les côtés homolo gues (31) d'une mortaise (32). 5) Servodirection selon la revendication 4 caractérisée par le fait qu'une face du piston limiteur des déplacenents angu laires des composants de la valve porte au moins un tenon (28) à configuration trapézoidale dont les côtés sont tour nés vers les côtés homologues d'une nortaise (32) usinée à la périphérie de l'arbre de commande du mécanisme de dire ction. 6) Servodirection selon la revendication 4 enractériséepar le fait que le piston (26) limiteur des déplacements angulaires de la valve rotative (7) est solidaire en rotation du rotor (15) de a valve. 7) Servodirection selon l'une quelconque des revendications 4, 5, caractériséepar le fait que l'inclinaison des côtés (30) du tenon (28) du piston limiteur des déplacements angulaires de la valve rotative et l'inclinaison des côtés (31) de la mortaise (32) portée par l'arbre de direction (4) sont com patibles avec le coulissement axial dudit piston (26) sous l'action d'une modification du couple transmis entre le te non et la mortaise.