Brevet FR2507143A1 — publié le 19821210

DIRECTION HYDRAULIQUE, NOTAMMENT POUR VOITURES DE TOURISME ET POUR VEHICULES UTILITAIRES LEGERS La présente invention concerne une direction hydraulique, notamment pour voitures de tourisme et pour véhicules utilitaires légers, comportant un servomoteur dont le rapport des surfaces du piston est de l'ordre de 1 à 2, une soupape de commande pourvue de deux arêtes de commande principales, deux pistons de soupape commandés par une bascule et deux systèmes d'assistance. La demande de brevet allemande N O 10 84 589 décrit une direction hydrau- lique comportant un servomoteur, dont le rapport des surfaces du piston est égal à 1: 2 La soupape de commande comporte dans ce cas deux paires d'arêtes de commande qui n'agissent que sur la grande surface de piston du servomoteur, tandis que la petite surface de piston est constamment connectée à la servopompe Dans ce dispositif, on prévoit en outre un sys- tème à effet rétroactif ou système d'assistance, qui règle la pression du système d'assistance d'une manière dépendant de la pression effective dans le servomoteur La soupape de commande est réalisée de telle manière qu'elle soit activable axialement, par exemple en la ménageant dans une tige coulissante La commande s'effectue du côté secondaire, c'est-à-dire à l'arrière de l'entraînement de la direction, vu depuis la position du chauffeur. Cette réalisation a l'avantage d'être simple et de fonctionner de façon sûre parce que les pistons de soupape coulissent dans les deux directions de façon guidée Elle présente toutefois l'inconvénient que la soupape, d'une part pour des raisons constructives et d'autre part en raison du dispositif d'assistance soumis à des forces de friction importantes, ne peut pas être commandée indépendamment de l'axe de la direction Cette condition est actuellement requise, notamment sur les voitures de touris- me, pour assurer une sensibilité et une précision suffisantes de la commande de la direction. La demande de brevet allemand N O 21 65 724 décrit un dispositif dans le- quel cet inconvénient est supprimé grâce au fait que la commande se fait 34 du côté primaire, c'est-à-dire que l'enclenchement est commandé à l'avant -2- du mécanisme de direction, vu du côté du chauffeur, c'est-à-dire obliga- toirement par l'intermédiaire de l'axe de la direction En outre, cette soupape travaille en utilisant une commande à deux arêtes et une assis- tance hydraulique, et comporte en outre un dispositif de limitation de l'effet d'assistance tel qu'à partir d'un certain moment, une augmenta- tion de la pression dans le servomoteur n'entraîne plus qu'une augmenta- tion négligeable du couple actif sur la direction Dans ce dispositif, on remplace la source à débit constant par une source à pression constante. Un inconvénient toutefois: les surfaces à effet rétroactif doivent avoir des dimensions différentes Par ailleurs, le piston de commande n'est pas protégé contre les défauts de fonctionnement, notamment lorsqu'il reste accroché. La présente invention se propose de pallier les inconvénients susmention- nés en réalisant une soupape de commande pour direction assistée, dans laquelle les surfaces du piston du servomoteur ne sont pas égales, le rap- port de ces surfaces étant par exemple de l'ordre de 1: 2. Un autre but de la présente invention consiste à réaliser les chambres à effet rétroactif, de telle manière que leur efficacité puisse être modi- fiée grâce à un dispositif de commande extérieur. Ces buts sont atteints par la direction hydraulique selon l'invention, caractérisée en ce que chaque piston de soupape comporte respectivement une paire d'arêtes de commande principales sollicitées en direction de la fermeture par une force ressort, qui commandent la circulation du fluide vers et hors du servomoteur, et respectivement une paire d'arêtes de com- mande auxiliaires actionnées dans le sens de la fermeture par entraîne- ment direct de la bascule de commande, pour libérer l'accès vers les cham- bres à effet rétroactif. La présente invention sera mieux comprise en référence à la description d'un exemple de réalisation et du dessin annexé, dans lequel: La figure 1 représente une vue schématique en coupe au travers de la sou- pape de commande de la direction hydraulique selon l'invention, et 37 La figure 2 représente une vue en coupe longitudinale de la direction hy- -3 - draulique selon l'invention au travers du boîtier de direction. La direction hydraulique décrite comporte essentiellement un mécanisme d'entraînement 1 pourvu d'un servomoteur 2 alimenté en fluide sous pres- sion provenant d'un réservoir 5 par une servopompe 4 au travers d'une soupape de commande 3. Le mécanisme de direction 1 comporte un pignon 7 qui engrène une crémail- lère 8 et qui est commandé par un volant de direction 6 La crémaillère 8 constitue une partie d'une tige de piston 9 d'un servopiston 10 La tige de piston 9 est reliée aux roues (non représentées) par une tringle- rie 11. Le servopiston 10 présente une petite surface de piston 12 du côté de la tige de piston, cette surface limitant une petite chambre de travail 13 du cylindre 14 du servomoteur 2 De l'autre côté, le servopiston 10 a une surface de piston 15 de plus grande dimension, qui délimite la grande chambre de travail 16. Le conduit d'amenée, provenant de la servopompe 4 et aboutissant à la sou- pape de commande 3, s'effectue au travers d'un conduit de pression 17 dans la petite chambre de travail 13, et de cette chambre dans le boîtier de soupape rotatif 19 de la soupape de commande 3 au travers du canal 18. Le fluide sous pression est ensuite ramené au réservoir 5 à travers le conduit de retour 20. Deux pistons de soupape 21 et 22, coulissant axialement, sont logés dans deux alésages 23, respectivement 24, ménagés dans le boîtier de soupape 19 Les pistons de soupape 21 et 22 sont sollicités respectivement par les ressorts 25 et 26 en appui contre la bascule 27 qui est solidaire de l'axe 28 du volant 6 Le boîtier de soupape 19 est solidaire du pignon 7. Chaque piston de soupape 21 et 22 présente une rainure de commande prin- cipale 29, 30 et une rainure de commande auxiliaire 31, 32 Une arête de commande de la rainure de commande 29, 30 forme, avec une arête de com- mande correspondante d'une rainure 34, 36 du boîtier de soupape 19, une 37 ouverture de commande principale (paire d'arêtes de commande) 37, respec- 4- tivement 38 Une ouverture de commande auxiliaire (paire d'arêtes de com- mande) 38, respectivement 39, est ménagée entre une arête de rainure de commande auxiliaire 32, 33 et une arête de commande correspondante du boîtier de soupape 19 Ainsi, ces arêtes de commande auxiliaires du bol- tier de soupape peuvent être formées par un évidement cylindrique coaxial respectivement aux alésages 23, 24 ou par des évidements cylindriques-mé- nagés entre les alésages de soupape 23 et 24. Dans la position neutre de la soupape de commande, toutes les ouvertures de commande 36 à 39 sont ouvertes Les ouvertures de commande principales 36 et 37 s'ouvrent davantage lorsqu'on pivote la bascule 27 dans le sens de la fermeture, par exemple sous l'action des ressorts 25, 26 Inversé- ment, les ouvertures de commande auxiliaires 38, 39 s'ouvrent sous l'ef- fet des forces exercées par les ressorts 25, 26 lorsqu'on pivote la bas- cule 27 dans le sens de la fermeture. Des canaux de retour 40, respectivement 41, de préférence ménagés dans les pistons de soupape 21, respectivement 22, relient les rainures 3 Z et 33 aux chantres à effet rétroactif 42, 43 ménagées aux extrémités des pis- tons de soupape Dans la position neutre de la soupape de commande 3, le fluide sous pression circule dans la soupape de commande du canal 18 à travers la rainure annulaire 34, l'ouverture-de commande 36, la rainure de commande 30 du piston de soupape 21 et un canal de liaison 44 pour aboutir dans la rainure de commande 31 du piston de soupape 22 De là, l'écoulement s'effectue au travers de l'ouverture de commande 37, la rai- nure annulaire 35 et le conduit de retour 20 en direction du réservoir 5. Un conduit 45 relie le canal de liaison 44 à la grande chambre de travail 16 du servomoteur 2. Les chambres à effet rétroactif 42 et 43 sont alimentées en fluide sous pression par la servopompe 4 à travers un conduit 46 et deux conduits an- nexes 47 et 48 débouchant dans les rainures 32, respectivement 33 Chaque conduit annexe 47 et 48 constitue un étranglement 49, respectivement 50. Par ailleurs un étranglement 51 est monté dans le conduit 46 L'étrangle- ment 31 a une section variable qui peut être réglée manuellement, électri- 36 quement ou hydrauliquement. -5 - Une soupape réductrice de la pression 52 peut être montée entre les étran- glements 49 et 50 d'une part, et l'étranglement 51 d'autre part La sou- pape réductrice de pression 52 est destinée à limiter la pression maxi- male dans les chambres à effet rétroactif 42 et 43, ce qui permet d'obte- nir "l'effet de coupure" La circulation de fluide sous pression, prove- nant de la servopompe 4 et débouchant dans la soupape de commande 3, s'ef- fectue sans que l'on ne soit obligé de recourir à des joints mobiles Tou- tefois, un joint rotatif 53 est nécessaire au niveau du palier du pignon, ce joint étant monté sur le conduit d'amenée de fluide sous pression vers la grande chambre de travail 16 Deux autres joints d'étanchéité 54 et 55 sont requis pour l'alimentation des chambres à effet rétroactif 46 et 47, ces joints étant montés sur le conduit 46 Un autre joint d'étanchéité 56 est monté à la sortie de la tige de piston 9, hors du cylindre 14. La bascule de commande 27 comporte deux surfaces d'appui 57 et 58 agis- sant sur les pistons de soupape 21 et 22, ces surfaces formant entre el- les un angle obtus Cet angle a une dimension telle que chaque surface d'appui est perpendiculaire à l'axe du piston correspondant lorsque la bascule a été amenée dans sa position inclinée correspondante Dans cette position, l'autre piston de soupape est tel que les arêtes de commande obturent le conduit d'amenée du fluide de travail. La bascule de commande 27 comporte des appendices 59 et 60 agencés pour coopérer avec les surfaces d'appui correspondantes 61 et 62 du boîtier de soupape 19, afin d'assurer un entraînement direct de l'axe de direction 28 et du pignon 7. Dans la position neutre de la soupape de commande, le fluide sous pres- sion circule tout d'abord au travers de l'ouverture de commande 36, puis au travers de l'ouverture de commande 37, toutes deux en position ouverte. Lorsque la même perte de pression existe au niveau des deux ouvertures de commande, la pression existant dans la petite chambre de travail 13 a une va- leur double de celle existant dans la grande chambre de travail 16 La tige de piston 9 (voir fig 1) n'est soumise à aucune force. Lorsqu'on pivote la bascule 27 dans le sens des aiguilles d'une montre, 17 les ouvertures de commande 36 et 39 se ferment Une pression apparait dans -6- la petite chambre de travail 13, cette pression tendant à repousser le servopiston 10 vers la droite, le fluide sous pression est refoulé hors de la grande chambre de pression 16 au travers du conduit 45 et de l'ouverture de commande 37 en position ouverte vers le réservoir 5 La pression de la servopompe 4 s'élève d'autant plus que la résistance qui s'exerce sur la tige de piston 9 est plus grande La pression régnant dans la petite chambre de travail 13 est transférée, au travers de l'é- tranglement 51, vers les étranglements 49 et 50 Du fait de la fermeture de l'ouverture de commande 39 et de l'ouverture de l'ouverture de com- mande 38, le courant ne peut circuler vers le réservoir qu'au travers de l'étranglement 49 et non au travers de l'étranglement 50 Un courant d'as- sistance ou courant à effet d'assistance circule de la servopompe 4 au tra- vers des étranglements 51 et 49 en direction du réservoir 5 La chambre à effet rétroactif 42 disposée à gauche est par conséquent directement con- nectée au réservoir 5 et n'est soumise à aucune pression La chambre à effet rétrocactif 43 disposée à droite est soumise à la pression trans- mise par les deux étranglements 51 et 49, l'étranglement 50 étant sans effet du fait de l'absence de courant. Si l'étranglement 51 est choisi de telle manière que sa section soit i- dentique à celle de l'étranglement 49, alors les chutes de pression qui en résultent sont identiques puisqu'ils sont traversés par un même cou- rant Dans ce cas particulier, la pression régnant dans la chambre à ef- fet rétroactif 43 est égale à la moitié de celle régnant dans la petite chambre de travail 13 Cette pression agit sur la face inférieure du piston de soupape 22 et repousse ce dernier vers le haut contre la bas- cule 27, o il engendre un moment qui s'oppose à la rotation engagée. L'intensité du moment rétroactif ne dépend pas seulement de la pression de la servopompe, mais également de la section de l'étranglement 51 Par exemple, si cet étranglement était entièrement fermé, la pression dans la chambre à effet rétroactif 43 serait nulle, ainsi que le moment rétro- actif Par contre, si cet étranglement 51 était entièrement ouvert, la pression dans la chambre à effet rétroactif 43 serait égale à la pression régnant dans la petite chambre de travail 13, et le moment de la force rétroactive dépendant de la pression d'assistance aurait sa valeur maxi- 37 male. -7- Si l'on pivote la bascule 27 dans la direction opposée à celle des ai- guilles d'une montre, les ouvertures de commande 36 et 37 se ferment et la petite chambre de travail 13, ainsi que la grande chambre de travail 16, sont simultanément soumises à une pression, ce qui permet de façon connue au servopiston 10 de coulisser vers la gauche Lorsque le rapport des surfaces du piston est de 1: 2, la même pression de la servopompe 4 est nécessaire pour engendrer une force de déplacement déterminée du servopiston 10 dans les deux directions Etant donné que les chambres à effet rétroactif 42 et 43 sont obligatoirement alimentées par la servo- pompe au travers des étranglements définis ci-dessus et non, comme c'est le cas dans le dispositif décrit dans la demande de brevet allemand n O 21 65 724, par les chambres du servomoteur, les sections définissant l'effet rétroactif, c'est-à-dire les deux pistons de soupape 21 et 22, peuvent être de dimensions égales. Le dispositif décrit présente principalement les avantages suivants 1 Les fonctions d'assistance et de commande sont unifiées respecti- vement sur un piston (un piston à effet rétroactif particulier n'est pas nécessaire). 2 L'intensité de l'assistance est déterminée par les dimensions de l'étranglement 51, qui peuvent être modifiées sans que l'on ne modifie la géométrie de la soupape (pour adapter la direction à différents types de véhicules, il suffit de modifier l'étrangle- ment 51 et éventuellement le ressort de la soupape réductrice de la pression 52). 3 L'intensité de l'effet rétroactif ou'de l'assistance peut être mo- difiée en cours de conduite, par exemple par une commande électri- que hydraulique ou mécanique, qui agit sur la section variable de l'étranglement 51. 4 Les deux pistons de soupape sont identiques et très courts, ce qui permet de réduire considérablement l'encombrement du bottier de soupape 19 Les pistons de soupape sont tellement courts parce qu'ils ne comportent qu'une paire d'arêtes de commande principales et parce que les ouvertures de commande de l'assistance correspon- dante peuvent être ménagées sur une partie seulement des alésages 37 de soupape en raison du faible courant qui les traverse Les pis- 8- tons de soupape ont un diamètre égal du fait qu'ils sont tous deux soumis à la servopression, tandis que, par exemple dans la demande de brevet allemand no 21 65 724, un piston est soumis à une pres- sion moitié de l'autre et a par conséquent une section double. 5 Un autre avantage résultant de la faible longueur des pistons de soupape est que les surfaces d'appui des pistons de soupape contre la bascule 27 et l'axe de pivotement de cette dernière sont prati- quement disposés dans un même plan Il en résulte qu'au sommet du piston, du fait de la faible amplitude du pivotement de la bascu- le, les mouvements latéraux, qui apparaissent aux points de con- tact entre le piston et la bascule, sont particulièrement faibles. On peut par conséquent renoncer aux goupilles nécessaires dans la demande de brevet allemand précitée Pour accroître cet effet, les deux surfaces d'appui 57 et 58 ne sont pas disposées dans un plan, mais forment entre elles un angle obtus Cet angle est sélectionné de telle manière que les surfaces d'appui soient respectivement perpendiculaires à l'axe du piston momentanément soumis à la pres- sion d'assistance. 6 La servopompe 4 alimente la petite chambre de travail en amenant le fluide sous pression à son extrémité extérieure (voir fig 2). Le fluide sous pression s'écoule par conséquent à une extrémité de la crémaillère 8 et le long du pignon 7 dans le bottier de soupape 19 Il en résulte un réchauffement régulier et rapide de toute la direction et particulièrement du joint d'étanchéité 56 Dans les directions assistées conventionnelles, le fluide sous pression ne s'écoule que dans la soupape de commande lorsqu'elle se trouve en position neutre; lorsque les températures extérieures sont extrê- mement basses, et notamment lorsque la direction se trouve exposée à l'avant du véhicule, le fluide sous pression présente, dans les chambres de travail a une fluidité réduite, les joints manquant de souplesse et la sensibilité de la direction étant négativement influencée par ces conditions extérieures. 7 Un autre avantage de ce dispositif apparaît en cas de panne Après un virage, la soupape de commande reste coincée, par exemple par un copeau, et ne peut plus être ramenée dans sa position neutre, même lorsqu'on exerce une pression très élevée sur le volant de 37 direction Ceci peut par exemple apparaître dans le système décrit tso? 143 -9- dans la demande de brevet allemand N O 21 65 724, lorsqu'à la suit E d'un virage à droite, le piston de commande est repoussé vers le bas, ce qui entraîne un déplacement du servomoteur dans le sens d'un déplacement à gauche Si un copeau se fixe sur l'arête supé- fieure A 1 lorsqu& la fente est ouverte, et si l'on tourne le vo- lant vers la gauche, quelle que soit l'intensité de la force exer- cée, le servopiston ne peut plus être ramené vers le haut, c'est- à-dire le véhicule continue à tourner Ceci constitue un danger très important pour la sécurité de la conduite Le piston de soupape ne comporte pas de guidage forcé Par contre, dans le dis- positif selon l'invention, ce cas ne peut pas se présenter, étant donné que les ouvertures de commande 36 et 37, qui sont fermées par des ressorts, ne peuvent être maintenues ouvertes grâce à l'appui contre la bascule 27 commandée directement par le volant 6. - Revendications 1 Direction hydraulique, notamment pour voitures de tourisme et pour véhicules utilitaires légers, comportant un servomoteur dont le rapport des surfaces du piston est de l'ordre de 1 à 2, une soupape de commande pourvue de deux arêtes de commande principales, deux pistons de soupape commandés par une bascule et deux systèmes d'assistance, caractérisée en ce que chaque piston de soupape ( 21, 22) comporte respectivement une pai- re d'arêtes de commande principales ( 36, 37) sollicitées en direction de la fermeture par une force ressort, qui commandent la circulation du fluide vers et hors du servomoteur ( 2), et respectivement une paire d'arêtes de commande auxiliaires ( 38, 39) actionnées dans le sens de la fermeture par entraînement direct de la bascule de commande ( 27), pour libérer l'accès vers les chambres à effet rétroactif. 2 Direction selon la revendication 1, caractérisée en ce que, lorsque la soupape de commande ( 3) se trouve dans sa position neutre, l'ouverture mé- nagée entre les arêtes de commande principales ( 36, 37), qui commandent l'écoulement du fluide de travail, est supérieure à l'ouverture des arê- tes de commande auxiliaires ( 38, 39) qui commandent l'écoulement du cou- rant d'assistance hydraulique. 3 Direction selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractéri- sée en ce que les surfaces d'appui ( 57, 58) de la bascule de commande ( 27) forment entre elles un angle obtu dont la dimension est telle qu'au moment du pivotement de la bascule ( 27), le piston de soupape ( 21, res- pectivement 22), qui se déplace dans le sens opposé à la force ressort exercée sur lui, est perpendiculaire à ladite surface d'appui ( 57, res- pectivement 58) de la bascule ( 27) lorsque l'arête de commande principale, qui commande l'écoulement du fluide de travail de l'autre piston de sou- pape ( 22, respectivement 21), se trouve dans la zone de contact avec l'a- rête de commande correspondante du boîtier de soupape ( 19). 4 Direction selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractéri- sée en ce que les arêtes de commande du boîtier de soupape ( 19), apparte- nant aux paires d'arêtes de commande auxiliaires ( 38, 39), ne sont for- mées que sur une partie du pourtour des alésages de la soupape ( 23, 24). il - Direction selon la revendication 4, caractérisée en ce que les arêtes de commande du boîtier de soupape ( 19),faisant partie des paires d'arêtes de commande principales ( 38, 39), sont formées par un évidement cylindri- que ménagé entre les alésages de soupape ( 23, 24) et par les bords de coupe de ces alésages. 6 Direction selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractéri- sée en ce que la bascule ( 27) comporte des extensions ( 59, 60), et en ce que le boîtier de soupape ( 19) est pourvu de surfaces d'appui correspon- dantes ( 61, 62) agencées pour assurer la liaison d'entraînement entre l'axe ( 14) du volant et le boîtier de soupape ( 19). 7 Direction selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les deux chambres à effet rétroactif ( 42, 43) sont alimentées respectivement au travers d'un étranglement ( 49, 50), et en ce que ces deux chambres sont d'autre part reliées, par leurs côtés opposés aux étran- glements ( 49, 50),au conduit ( 17) de la servopompe ( 4) par l'intermédiai- re d'un autre étranglement ( 51). 8 Direction selon la revendication 7, caractérisée en ce que ledit au- tre étranglement ( 51) de section variable peut être enclenché manuelle- ment, électriquement ou hydrauliquement. 9 Direction selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractéri- sée en ce qu'elle comporte une soupape réductrice de la pression ( 52) montée entre les deux étranglements ( 49, 50) et l'autre étranglement ( 51), ladite soupape réductrice de la pression étant agencée pour limiter la valeur maximale de la pression dans les chambres à effet rétroactif ( 42, 43). Direction selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractéri- sée en ce que le mécanisme d'entraînement de la direction ( 1) comporte un engrenage à crémaillère, dans lequel la crémaillère ( 8) et le pignon ( 7) sont montés dans la petite chambre de travail ( 13) du servomoteur ( 2), et dans lequel la tige de piston ( 9) est cannelée sur une partie de sa lon- 36 gueur pour constituer ladite crémaillère ( 8). 12 - 11 Direction selon la revendication 10, caractérisée en ce que le pignon ( 7) est solidaire en rotation du boîtier de soupape ( 19), en ce que la surface frontale du boîtier de soupape ( 19), du côté du pignon, est di- rectement liée à la petite chambre de travail ( 13) du servomoteur ( 2), et en ce que la surface frontale du boîtier de soupape ( 19),du côté de l'axe de direction, est liée au réservoir ( 5). 12 Direction selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caracté- risée en ce que la servopompe ( 4) est directement montée de façon adja- cente à la petite chambre de travail ( 13) de préférence du côté du joint de la tige de piston ( 56), et en ce que l'alimentation en pression de la soupape de commande ( 3) s'effectue au travers d'un canal ( 18) ménagé dans la surface frontale du boîtier de soupape ( 19) du côté de l'axe de la di- 14 rection, par l'intermédiaire de la petite chambre de travail ( 13).