Brevet FR2511524A1 — publié le 19830218

i L'invention concerne un régulateur de débit pour installation hydraulique de direction assistée d'un véhicule automobile. On sait que les installations de direction assistée commandées par des valves de servo-direction "à centre ouvert" doivent être alimentées à débit constant pour obtenir une force d'assistance constante pour un couple d'entrée donné. Pour maintenir un débit hydraulique constant malgré les fluctua- tions de régime de la pompe, généralement entratnée par le moteur du véhi- cule, et malgré les fluctuations dues au fonctionnement de la valve de servo-direction, on prévoit habituellement entre la pompe et la valve un régulateur de débit. En particulier, le brevet GB 589 095 décrit un régulateur com- prenant un bottier percé d'un alésage dans lequel débouchent un orifice d'entrée relié à la pompe, un orifice de sortie relié à la valve de servo- direction et un orifice d'échappement relié à un réservoir de fluide, un piston monté dans l'alésage et définissant avec celui-ci une chambre d'en- trée et une chambre de sortie, un ressort en appui sur le boîtier et re- poussant le piston vers la chambre d'entrée, le piston définissant avec l'orifice d'échappement un passage à section variable débouchant dans la chambre d'entrée, et le piston comportant un passage, entre la chambre d'entrée et la chambre de sortie, dans lequel est prévu un orifice calibré. L'objet de la présente invention est de réaliser un régulateur de ce type de telle sorte que le débit régulé varie en fonction de la vi- tesse du véhicule afin de faire varier corrélativement la force d'assistance. Pour ce faire l'invention propose un régulateur du type spéci- fié ci-avant, caractérisé en ce que le piston et l'alésage sont étagés et définissent entre eux une chambre pilote annulaire communiquant avec la chambre de sortie par un étranglement et communiquant par un passage avec unecavité reliée au réservoir et qu'il comprend une valve montée dans ce passage et commandée en fonction de la vitesse du véhicule. L'invention sera maintenant décrite en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique d'une installation hydrau- lique de direction assistée incorporant un régulateur de débit selon l'in- vention; la figure 2 est une vue en coupe d'un premier mode de réalisa- tion d'un régulateur de débit incorporé dans l'installation de la figure 1 la figure 3 est une vue en coupe d'un second mode de réalisation d'un régulateur de débit similaire à celui de la figure 2. 11524 L'installation de la figure 1 se compose comme suit: une pompe aspire du liquide dans un réservoir 12 pour le refouler sous pression dans un conduit 14 relié à un régulateur de débit 16 qui fait l'objet de la présente invention et dont deux modes de réalisation seront décrits en se référant aux figures 2 et 3. Le régulateur 16 est relié à son tour d'une part au réservoir 12 par un conduit 18 et d'autre part à une valve de servo-direction 20 par un conduit 22. Cette valve 20 est d'un type classique à "centre ouvert" comme représenté par exemple dans la demande de brevet européen No O 012 043. Elle est reliée hydrauliquement aux deux chambres d'un servomoteur d'assis- tance, par exemple un vérin à double effet 24, par des conduits 26 et 28 et au réservoir 12 par un conduit 30 La valve 20 est commandée mécanique- ment par un arbre de direction 32 solidaire d'un volant 33 et par un arbre d'entraînement 34 solidaire d'un système classique, par exemple, à pignon et crémaillère (non représenté) Enfin, le régulateur 16 est relié élec- triquement à un circuit de commande électronique 36, piloté par un capteur de vitesse 38, représenté ici associé à une roue du véhicule mais qui pourra être remplacé par tout autre dispositif générant un signal représentatif de la vitesse du véhicule. Si l'on considère maintenant la figure 2 qui est une vue en coupe d'un mode de réalisation -du régulateur 16, on observe que celui-ci est com- posé principalement de deux parties: un stabilisateur de débit 100 et un variateur 200, séparés par la ligne symbolique A-A, logés dans un bottier commun 40. Le stabilisateur 100 est composé de la manière suivante: le bottier 40 comprend un alésage 102 ayant une partie de grand diamètre 102 a et une partie de petit diamètre 102 b Un orifice d'entrée 104, relié par le conduit 14 à la pompe 10, débouche à l'extrémité de la partie d'alésage 102 a; un orifice de sortie 106, relié par le conduit 22 à la valve 20, débouche à l'extrémité de la partie d'alésage 102 b; et un orifice d'échap- pement 108, relié par le conduit 18 au réservoir 12, débouche dans la paroi de la partie d'alésage 102 a. Un piston étagé 110, constitué d'une partie de grand diamètre 110 a et d'une partie de petit diamètre 110 b, est monté coulissant dans l'alésage 102, et définit avec ce dernier une chambre d'entrée 112 du côté de l'orifice d'entrée 104, une chambre de sortie 114 du côté de l'orifice de sortie 106, et une chambre pilote annulaire 116 entre la partie d'alésage 102 a et la partie de piston 110 b Un ressort 118 logé dans cette chambre 11524 pilote, rappelle le piston 110 en direction de l'orifice d'entrée 104. Le piston 110 est iraversé par un passage axial 120 dans lequel est défini un orifice calibré 122, et un étranglement 124, de plus faible section que l'orifice 122, relie le passage 120 et la chambre pilote 116, donc par conséquent la chambre de sortie 114 et la chambre pilote 116. On remarque que la partie de piston 110 a coopère avec l'orifice d'échappement 108 pour définir un passage à section variable comme il sera vu lors de la description du fonctionnement de l'appareil Enfin, la par- tie de piston 110 a comporte une gorge périphérique 126, en communication avec l'orifice d'échappement 108 et dont le rôle apparaîtra lors de la description du variateur 200. Le stabilisateur ainsi décrit fonctionne de la manière suivante: le fluide provenant de la pompe 10 pénètre dans la chambre d'entrée 112; une partie de ce fluide s'écoule au travers du piston 110 jusqu'à la chambre de sortie 114 via l'orifice calibré 122 Ce dernier créant une perte de charge dans l'écoulement, il s'établit une pression inférieure Ps dans la chambre de sortie 114, ainsi que dans la chambre annulaire 116 via l'étranglement 124 Le piston 110 se déplace à l'encontre du ressort 118 en démasquant l'orifice d'échappement 108 pour divertir une partie du fluide directement de la pompe vers le réservoir De la sorte, le débit de fluide q s'écoulant au travers de l'orifice 122 vers la valve de servo- direction 20 reste constant. En effet, si l'on appelle S la section de l'orifice 122, la re- lation entre le débit q qui le traverse, la section S et les pressions Pe et Ps régnant de part et d'autre de l'orifice s'exprime q = Ks V Pe Ps (K constante) ( 1) d'autre part, si l'on appelle R la force du ressort 118, S 1 la section du piston 110 dans la chambre de sortie 114 et 52 la section du piston dans la chambre pilote 116, l'équilibre du piston s'écrit R = (Pe Ps)( 51 + 52) ( 2) d'o q = Ks R ( 3) + 52 et l'on remarque que le débit q reste sensiblement eonstant quelles que soient les variations de régime de la pompe 10 ou de la valve de servo- direction 20, le piston 110 démasquant plus ou moins l'orifice d'échappe- ment 108 pour maintenir une différence constante entre Pe et Ps. 11524 Le variateur 200 est essentiellement constitué par une valve 202 et un dispositif de commande électromagnétique 204, logés dans une extension tubulaire 206 du boîtier 40. L'extension tubulaire 206 comprend un alésage 208 sensible- ment perpendiculaire à l'alésage 102 du stabilisateur et formé d'une partie de petit diamètre 208 a au voisinage du stabilisateur et d'une partie de grand diamètre 208 b ouvrant à l'extrémité de l'extension tubulaire 206, ces deux parties d'alésages étant séparées par un épaulement 210. Un insert 212 formant paroi est monté de manière étanche dans la partie d'alésage 208 a et définit avec cette dernière une cavité 214 re- liée par deux passages à l'alésage 102 a: un premier passage 216, situé dans l'axe de l'alésage 208 et ouvrant dans la chambre pilote 116, et un second passage 218, ouvrant au niveau de la gorge périphérique 126 du pis- ton 110 De la sorte, la cavité 214 est constamment mise en communication avec le réservoir 12 - La valve 202 comprend un élément de fermeture en forme d'une bille 220 logée dans la cavité 214 et un siège 222 défini à l'extrémité du premier passage 216. Le dispositif de commande électromagnétique 204 comprend un bobinage cylindrique 224 fixé de manière étanche dans une carcasse en matériau magnet'que ferru/22 b, constituéed'une cuvette 226 a et d'une plaque d'extrémité 226 b sertie à l'extrémité de la cuvette 226 a. La cuvette 226 a est montée de manière étanche dans la partie d'alésage 208 b et la plaque d'extrémité 226 b comporte un joint frontal 228 appliqué sur l'épaulement 210 De la sorte se trouvent définies deux chambres 230 et 232; la première, à l'intérieur du joint 228,étant reliée par un passage 234 à la chambre pilote 116 et la seconde, à l'extérieur du joint 228, étant reliée par un passage 236 à la chambre de sortie 114. A L'intérieur du bobinage 224 coulisse un noyau cylindrique 238 dont une extrémité 240 se projette dans la chambre 230 et dont l'autre extrémité 242 se projette dans un perçage 244 de la cuvette 226 a,relié à la chambre 232 par un passage 246 ménagé dans l'épaisseur de la cuvette 226. Un poussoir 248 est interposé entre le noyau 238 et la bille 220, en traversant une ouverture de l'insert 212, et un ressort 250 est interposé entre l'insert 212 et le noyau 238. Enfin, le bobinage 224 est alimenté électriquement grâce à des fils conducteurs 252 traversant la cuvette 226 a t reliés au circuit de 11524 commande électronique 36 De la sorte, le bobinage 224 exerce sur le noyau 238, et par conséquent sur le poussoir 248, une force magnétique opposée à celle du ressort 250 et d'amplitude variable en fonction de l'intensité électrique délivrée par le circuit 360 Pour des raisons qui deviendront évidentes, le circuit 36 délivre une intensité qui est une fonction inverse de la vitesse du véhicule, telle que détectée par le capteur 38. Le variateur 200 influe sur le fonctionnement du stabilisa- teur 100 de la manière suivante: Lorsque la vitesse du véhicule V est inférieure à une valeur donnée VO, le circuit 36 délivre une intensité élevée telle que la force magnétique F exercée sur le noyau 238 est supérieure à la force f du res- sort 250 et la valve 202 est maintenue fermée par le poussoir 248 Le fonctionnement du stabilisateur 100 est identique à celui qui a déjà été décrit et le débit traversant l'orifice de sortie reste égal à une valeur donnée q 0. Lorsque la vitesse du véhicule dépasse la vitesse V 0, le cir- cuit 36 délivre une intensité plus faible, telle que la force magnétique F exercée sur le noyau 238 est inférieure à la force f du ressort 250 Dans ces conditions, la valve 202 est susceptible de s'ouvrir et se refermer de manière répétée pour moduler la pression Pp régnant dans la chambre pilote 116, les équations de fonctionnement de l'ensemble s'écrivant équation de débit à travers l'étranglement 124 q' = ks'\JP ( 4) dans laquelle s' représente la section de l'étranglement 124, cette section étant très inférieure à la section de l'orifice calibré 122, le débit dévié q' est également très inférieur au débit q traversant l'orifice de sortie 114. équation de débit à travers l'orifice calibré 122 dans le même temps, on remarque que la pression Pp est inférieure à la pression Ps et que le piston 110 se déplace vers la chambre de sortie 114 en démasquant un peu plus l'orifice d'échappement 108, ce qui provoque une baisse de la pression Pe régnant dans la chambre d'entrée 122 Le débit traversant l'orifice calibré 122 s'écrit q = Ks\ Ps ( 5) équation d'équilibre du piston 110: Pe( 51 + 52) = R + Ps 51 + P 52 qui s'écrit encore: R (Ps Pp)52 Pe Ps = ( 6) 51 + 52 2 équation d'équilibre de la valve 202 et du noyau 238: la bille de valve 220, de section a, est soumise à la pression Pp, tandis que le poussoir 248, également de section a, est soumis à la même pression Pp en sens inverse La valve 202 est donc équilibrée. Par contre, le noyau 238, de section A, a pour équation d'équilibre: F + Ps A = f + Pp A d'o Ps Pp = f -( 7) A Cette relation ( 7) combinée avec la précédente ( 6) permet d'écrire: f F R T 52 Pe Ps = 51 + 52 i 20 R A (f F)52 ou Pe Ps = ( 8) ( 51 + 52)A et cette relation ( 8) combinée avec la relation ( 5) entraîne: \ R A (f F) 52 q = Ks ( 9) (S + 52)A On constate donc que le débit q est fonction de la force F exercée par le bobinage 224 sur le noyau 238 Dans le même temps, si l'on considère que la force d'assistance FA fournie par le vérin 24 est égale au produit de la section B du vérin par la différence d P entre les pressions dans les deux chambres du vérin, soit: FA = B d P et que la valve de servodirection 20 établit une relation proportionnelle entre cette différence de pression d P et le carré du débit q qui provient 2 du régulateur 16, soit d P = cq 2 du régulateur 16, soit d P = c q 11524 On a donc FA = B c q 2 ( 10) ou encore si l'on tient compte de la relation ( 9) 2 2 /R A (f F)52 FA = B c K 252 ( ( 11) A(S 1 + 52) / qui peut se mettre sous la forme ( 12) FA = + F) qui met en évidence une relation linéaire entre la force d'assistance du vérin et la force magnétique du noyau 238 Le circuit de commande électronique 36 délivre au bobinage 224 une intensité telle que la force magnétique F soit une fonction dé- croissante de la vitesse V du véhicule, symbolisée par la relation F = g(V); d'o: FA = d( +g(V)) ( 13) qui exprime que la force d'assistance est également une fonction décrois- sante de la vitesse du véhicule. Si g(V) est une relation de type linéaire, il en est de même de la relation ( 13) mais on pourra prévoir un circuit électronique 36 qui établisse une relation décroissante non linéaire entre la vitesse du véhicule et l'intensité délivrée au bobinage, selon le résultat souhaité pour la relation globale ( 13). On notera que si le circuit de commande électronique 36 tombe en panne, l'intensité délivrée et donc la force magnétique F restent nulles et la force d'assistance prend sa valeur minimale (équation ( 12)), repré- sentant ainsi un élément de sécurité complémentaire. Si l'on considère maintenant la figure 3, on constate que le mode de réalisation du régulateur 16 diffère assez peu de celui représenté à la figure 2, notamment le stabilisateur 100 s'y retrouve de manière identique Quant au variateur, il comporte un certain nombre d'éléments communs qui seront désignés par les mêmes numéros de référence, augmentés de la valeur 100. Dans cet appareil, le joint frontal 228 de la plaque d'extré- mité 326 b est supprimé et les deux chambres 330 et 332 ne forment plus qu'une chambre unique 331, mise en communication par le passage 336 avec la chambre de sortie 114, le passage 234 vers la chambre pilote 116 étant supprimé Le ressort 350 porte sur le poussoir 348 au lieu du plongeur 338. Les équations de fonctionnement de cet appareil diffèrent peu de celles qui ont déjà été énoncées. En particulier, les équations de fonctionnement du stabili sateur sont identiques aux équations ( 1), ( 2) et ( 3) L'équation ( 4) de débit à travers l'étranglement 124, l'équation ( 5) de débit à travers l'orifice 122 et l'équation ( 6) d'équilibre du piston 110 restent égale- ment inchangées. Par contre, les équations d'équilibre de la valve 302 et du noyau 338 sont modifiées comme suit: Le noyau 338, de section A, est soumis à ses deux extrémités à la pression Ps et donc équilibré vis-à-vis de la pression Par contre ce noyau transmet au poussoir 348 la force magnétique F' engendrée par le bobinage 324 L'équation d'équilibre de l'ensemble poussoir 348 et bille 320 s'écrit alors, f' étant la force du ressort 350 Pp a + f' =-Ps a + F' soit Ps Pp f F' ( 7 ') a Si l'on compare cette équation à l'équation précédente ( 7), on constate que,la section a du poussoir 348 étant inférieure à la sec- tion A du noyau 338, on pourra obtenir grâce à ce second mode de réalisa- tion une même pression de sortie Ps avec des forces f' et F' plus faibles donc avec un ressort 350 et un ensemble de -commande électromagnétique 304 de plus petites dimensions, d'o un gain de poids et de place, ainsi qu'une économie au niveau du circuit électronique 36 puisque celui-ci doit alors alimenter un bobinage de plus petite taille. Dans une variante, non représentée, de ce second mode de réa- lisation, la chambre 331 est mise en communication avec la face opposée 342 du noyau 338 par un passage ménagé dans le noyau lui-même, ou encore en prévoyant un certain jeu autour du noyau. Dans la description des deux modes de réalisation, il a été supposé que l'alimentation du bobinage se fait avec une intensité continue variable en fonction inverse de la vitesse du véhicule Selon une variante, il est possible de prévoir une alimentation par impulsions d'amplitude et de fréquence constantes mais dont la durée varie en fonction inverse de la vitesse du véhicule Une telle disposition permettra avantageusement d'évi- ter les risques de "collage" magnétique entre le noyau et la carcasse. Dans le cas du régulateur de la figure 2, on remarquera éga- lement qu'il n'est pas besoin de prévoir de ressort pour assurer la réou- verture de la valve 202 En effet, lorsque la bille 220 vient au contact du siège 222, elle provoque un léger écrasement de ce dernier La section du siège est donc en toutes circonstances légèrement supérieure à celle du poussoir 248 de sorte que même s'il règne de part et d'autre une même pression Pp, la bille 220 peut se décoller du siège 222. Dans la cas du régulateur de la figure 3, ce problème ne se pose pas puisque le ressort 350 prend appui directement sur le poussoir 348 et permet de provoquer la réouverture de la valve même lorsque Pp est inférieure à Ps On conçoit que ce montage du ressort entre l'insert et le poussoir peut également être adopté dans le régulateur de la figure 2. REVENDICATIONS 1 Régulateur de débit pour installation de direction assis- tée d'un véhicule automobile, comprenant un boîtier ( 40) percé d'un alé- sage ( 102) dans lequel débouchent un orifice d'entrée ( 104) à relier à une source de fluide sous pression ( 10), un orifice de sortie ( 106) à relier à une valve de servodirection ( 20) et un orifice d'échappement ( 108) à relier à un réservoir de fluide ( 12), un piston ( 110) monté dans ledit alésage ( 102) et définissant avec ce dernier une chambre d'entrée ( 112) du côté dudit orifice d'entrée ( 104) et une chambre de sortie ( 114) du côté dudit orifice de sortie ( 106), un ressort ( 118) interposé entre le- dit boîtier ( 40) et ledit piston ( 110) et repoussant ce dernier vers ladite chambre d'entrée ( 112), ledit piston ( 110) définissant avec ledit orifice d'échappement ( 108) un passage à section variable débouchant dans ladite chambre d'entrée ( 112) et ledit piston comportant un passage ( 120), entre ladite chambre d'entrée ( 112) et ladite chambre de sortie ( 114), dans lequel est prévu un orifice calibré ( 122), caractérisé en ce que ledit piston ( 110) et ledit alésage ( 102) sont étagés et définissent entre eux une chambre pilote annulaire ( 116) communiquant avec ladite chambre de sortie ( 114) par un étranglement ( 124) et communiquant par un passage ( 216) avec une cavité ( 214) à relier audit réservoir ( 12), et qu'il comprend une valve ( 202, 302) montée dans ledit passage ( 216, 316) et commandée en fonction de la vitesse du véhicule. 2 Régulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite valve ( 202, 302) est commandée par un dispositif de commande élec- tromagnétique ( 204, 304). 3 Régulateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit dispositif de commande électromagnétique ( 204, 304) comprend un bobi- nage ( 224, 324) reçu dans une carcasse métallique ( 226, 326) et dans lequel coulisse un noyau ( 238, 338), ladite valve ( 202, 302) comprenant un élément de fermeture ( 220, 320) reçu dans ladite cavité ( 214, 314) et un siège ( 222, 322) défini dans ledit passage ( 216, 316); un poussoir ( 248, 348) étant in- terposé entre ledit noyau ( 238, 338) et ledit élément de fermeture ( 220, 320). 4 Régulateur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu' il comprend des moyens élastiques ( 250, 350) entre ledit boîtier ( 40) et ledit noyau ( 238, 338) sollicitant ce dernier en éloignement dudit élément de fermeture ( 220, 320). il Régulateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens élastiques ( 250, 350) prennent appui sur ledit poussoir ( 248, 348). 6 Régulateur selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que ledit poussoir ( 248, 348) est monté au travers d'une paroi ( 212, 312) de ladite cavité ( 214, 314) et a une section (a) égale à celle dudit siège ( 222, 322). 7 Régulateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que celle des extrémités ( 242, 342) du noyau ( 238, 338) opposée audit poussoir ( 248, 348) se projette dans un perçage ( 244, 344) de ladite carcasse ( 226, 326) relié à ladite chambre de sortie ( 114). 8 Régulateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les extrémités adjacentes du noyau ( 238) et du poussoir ( 248) se projettent dans une chambre ( 230) reliée à ladite chambre pilote ( 116). 9 Régulateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les extrémités adjacentes du noyau ( 338) et du poussoir ( 348) se projettent dans une chambre ( 331) reliée à ladite chambre de sortie ( 114) - Régulateur selon l'une ou l'autre des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que ledit perçage ( 244, 344) et ladite chambre de sortie ( 114) sont reliés via un passage ( 246, 346) ménagé dans l'épaisseur de ladite carcasse ( 226, 326). 11 Régulateur selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit perçage ( 344) et ladite chambre de sortie ( 114) sont reliés via un passage ménagé dans le noyau ( 338).