Brevet FR2552388A1 — publié le 19850329

"Système de direction assistée pour véhicule, utilisant un fluide sous pression commandé sélectivement par les signaux provenant d'un détecteur de mouvement" L'invention concerne un système de direction assistée pour véhicule, utilisant un fluide sous pression commandé sélectivement par les signaux provenant d'un détecteur de mouvement. Les systèmes de direction assistée pour véhicules à moteur sont bien connus et comprennent clas10 siquement une source de fluide sous pression dirigée sélectivement vers un mécanisme de bélier hydraulique par l'intermédiaire d'une soupape de commande de direction du fluide, cette soupape répondant au couple de direction pour commander la pression de fluide appliquée au méca15 nisme de bélier. La fabrication de telles soupapes de commande de direction du fluide est compliquée du fait que ces soupapes doivent être usinées avec précision et sont donc chères à fabriquer. Le principal but de l'invention est de créer un système de direction assistée pour véhicule qui soit bon marché. A cet effet, l'invention concerne un système d'assistance de puissance pour mécanisme de direction de véhicule, ce mécanisme comportant un premier et un second élément venant mutuellement en prise, sys- tème caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'assistance de déplacement répondant à un fluide sous pression pour assister la direction, et des moyens destinés à diriger sélectivement le fluide sous pression vers ce dispositif d'assistance en réponse à des signaux produits par un détecteur répondant au déplacement d'une partie au moins de l'un des éléments lorsqu'on effectue une manoeuvre de direction. Le premier élément peut être une crémaillère 10 et le second élément peut être un pignon, les signaux pouvant être produits par le mouvement axial d'une partie au moins du pignon. L'invention sera décrite en détail en se référant aux dessins ci-joints dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique d'une première formé de réalisation d'un système de direction assistée selon l'invention; la figure 2 est une vue schématique d'une seconde forme de réalisation d'un système de direction 20 assistée selon l'invention; la figure 3 est une vue schématique d'une variante du système de la figure 2; la figure 4 est une vue en coupe d'une première forme de réalisation d'un mécanisme de pignon et 25 crémaillère selon l'invention; la figure 5 est une vue en coupe d'une seconde forme de réalisation d'un mecanisme de direction à pignon et crémaillère selon l'invention; la figure 6 est une vue partielle en 30 coupe illustrant le mécanisme de détecteur; la figure 7 est une vue partielle en coupe illustrant une variante de réalisation du mécanisme de détecteur; et la figure 8 est une vue schématique d'une 35 autre forme encore de mécanisme de direction assistée selon l'invention. En se référant tout d'abord à la figure 1 illustrant un système de direction assistée de base, pour mécanisme de direction à pignon et crémaillère pour véhicule, cette figure représente un volant 1 muni d'une colonne de direction 2 transmettant le couple à un ensemble de direction à pignon et crémaillère logé dans le carter 3 Les tiges de transmission 4 transmettent le déplacement de manière classique aux roues directrices. 10 Un bélier hydraulique 5 ou tout autre dispositif d'assistance du déplacement, comporte un côté de son cylindre fixé en 6, un c 6 té de son piston associé à la tige 7 pour assister, là encore de manière classique, le déplacement axial des tiges 4 Ce dispositif d'assis15 tance de déplacement peut faire corps avec la tige 4. Le fluide hydraulique est stocké dans le réservoir 8 et passe dans les tuyaux 9, 10 et les soupapes à sens unique 11 et 12 suivant le sens de rotation d'une pompe 13 entraînée par un moteur électrique réversible ou tout autre type de moteur réversible 14 La pression de fluide produite par la pompe 13 est appliquée sélectivement, par l'intermédiaire des tuyaux 15 et 16, à l'un ou l'autre cotés du piston du dispositif de bélier hydraulique 5. Les soupapes à sens unique 11 et 12 peuvent être supprimées du système et la pompe 13 peut simplement entraîner sélectivement l'un ou l'autre côtés du bélier 5 par l'intermédiaire des tuyaux 15 et 16. Cependant, si le bélier 5 est du type dans lequel on utilise des surfaces de pression différentes sur les deux côtés opposés du piston, il faut prévoir un débit de fluide différentiel suivant le sens de déplacement du piston Ce résultat peut être obtenu au moyen des soupapes à sens unique 11 et 12 ou de leur équivalent, ou encore 35 en utilisant la forme de réalisation de la figure 8 qui sera décrite ci-après. Au carter 3 de l'ensemble de pignon et crémaillère se fixe undétecteur de couple 17 muni de fils de branchement électrique 18 conduisant à un micro5 processeur 19 alimenté par une batterie 20, la sortie de ce microprocesseur 19 étant appliquée, par les fils conducteurs 21, au moteur électrique 14. En variante, le détecteur de couple 17 a peut se présenter sous la forme d'un dispositif rotatif 10 émettant un signal par l'intermédiaire du branchement électrique 18 a. Les différents éléments ci-dessus seront décrits plus en détail ci-après, mais il suffit pour le moment de dire que toute amplitude significative de cou15 ple de direction appliquée au volant 1, se trouve transformée en signal électrique par le détecteur 17 ou 17 a, et appliquée au microprocesseur 19 qui fournit à son tour un signal électrique approprié au moteur électrique 14 Ce moteur fait tourner la pompe 13 dans le sens conve20 nable pour appliquer la pression de l'un ou l'autre côtés du piston du dispositif de bélier hydraulique 5 de manière à assister le déplacement des tiges de direction 4 On peut, bien entendu, obtenir un entraînement direct des tiges 4 par la colonne de direction 2, suivant la 25 pratique classique. Sur les figures 2 et suivantes, les mêmes éléments sont repérés par les mêmes références que sur la figure 1. En se référant maintenant à la forme de 30 réalisation de la figure 2, celle-ci comporte, en plus des deux soupapes a sens unique opposées 11 et 12, deux soupapes à bobine 22 et 23 dont les bobines 24 et 25 sont maintenues respectivement en place, dans la position de la figure, par des ressorts faibles 26 et 27 Ces soupapes à bobine 22 et 23 comportent des tuyaux supplé- mentaires 28 et 29 revenant respectivement au réservoir 8. Le but des soupapes à bobine 22 et 23 est de permettre un retour de fluide sans restriction par 5 les tuyaux 15 ou 16, lorsque par exemple une augmentation considérable de couple est appliquée par le volant 1 ou lorsqu'une charge brutale est appliquée aux soupapes à bobine 22, 23 et aux tuyaux 28, 29 en provoquant uin retour vers le réservoir 8 Ces soupapes à bobine 22 10 et 23 contribuent également à centrer rapidement le piston du dispositif de bélier hydraulique 5 Les soupapes à bobine 22 et 23 n'affectent pas la pression de fluide appliquée par la pompe 13 par l'intermédiaire des tuyaux et 16-, car les bobines 24 et 25 se déplacent facile15 ment en repoussant leurs ressorts respectifs 26 et 27. Une variante de cette forme de réalisation dans laquelle l'une des soupapes à sens unique et l'une des soupapes à bobine se combinent en une soupape unique, est représentée en 30, et cette solution évite 20 l'utilisation d'un tuyau 28 Le tuyau 9 part du réservoir 8 pour arriver directement entre les saillies de la bobine modifiée 31, et se relie au tuyau 32 conduisant à la pompe 13 par l'intermédiaire du passage interne 33 à l'intérieur duquel se trouve la soupape à sens unique 25 11 La soupape 30 fonctionne comme décrit ci-dessus en se référant aux soupapes séparées 11 et 22. On se référera maintenant à la figure 3 qui représente une variante de la forme de réalisation de la figure 2 et plus particulièrement une disposition 30 de soupape 34 combinant les deux soupapes 30 de la forme de réalisation de la figure 2 Dans la forme de réalisation de la figure 3, le fluide est envoyé par les tuyaux 9 et 10 pour arriver entre les saillies des bobines respectives 35 et 36 incorporant les soupapes à sens 35 unique 11 et 12 Les bobines 35 et 36 sont poussées par un faible ressort commun 37. La forme de réalisation de la figure 3 fonctionne de la même manière que celle de la figure 2, et permet un retour rapide de la pression de fluide provenant du dispositif de bélier hydraulique 5, vers le réservoir 8 par l'un ou l'autre des tuyaux 15 et 16. Une première forme de réalisation d'un pignon mobile axialement dans un dispositif de pignon et crémaillère, est illustrée sur la figure 4 Un pignon 10 38 est muni d'une extrémité rainurée 39 destinée à se fixer à la colonne de direction 2, et se montant de manière à pouvoir tourner dans des roulements 40 et 41 en se centrant, contre tout déplacement axial, par les ressorts 42. Le pignon est muni de dents hélicoidales 43 venant en prise avec des dents inclinées 44 de la crémaillère 45. A l'extrémité libre du pignon 38 se trouve un aimant permanent 46 placé dans sa position de 20 repos au voisinage du détecteur 17 Ce détecteur peut être du type connu sous le nom de détecteur à effet "Hall", ou de tout autre type sensible au déplacement d'un aimant passant au voisinage de celui-ci. En cours de fonctionnement, un couple 25 de très faible amplitude provenant du volant, est transmis directement du pignon à la crémaillère sans avoir à vaincre l'action de centrage des ressorts 42 sur le pignon. Cependant, si l'on applique un couple plus important, la pression de l'un des ressorts 42 doit être surmontée et 30 il se produit un déplacement axial du pignon par suite du contact angulaire entre les dents hélicoidales 43 du pignon et les dents d'inclinaison correspondantes 44 de la crémaillère Le champ magnétique produit par l'aimant permanent 46 donne naissance à un signal dans le détec35 teur 17, ce signal dépendant de l'amplitude du déplace- 7. ment entre l'aimant 46 et le détecteur 17. Ce mouvement est transmis au microprocesseur 19 qui produit un signal envoyé au moteur 14 pour faire -tourner la pompe 13 à une vitesse suffisante pour faire monter la pression de fluide d'un côté du piston du dispositif de bélier hydraulique 5, de manière à obtenir la vitesse de déplacement requise pour assister la direction du véhicule. Dès que le couple de direction du volant 10 1 cesse d'être appliqué, les ressorts 14 recentrent le pignon 38 pour le préparer au mouvement de direction suivant. La figure 5 représente une seconde forme de réalisation d'un mécanisme de direction à pignon et 15 crémaillère selon l'invention Le pignon 47 est muni de rainures 48 de fixation à la colonne de direction 2 Le pignon 47 est réalisé en trois parties principales, à savoir la partie de tête 49 comprenant l'arbre à rainures 48, la partie de pignon extérieure 50 munie de dents axiales destinées à venir en prise avec les dents latérales de la crémaillère 51 de manière classique, et une partie de tige centrale 52 constituant la partie axialement mobile du mécanisme de pignon. La partie de tige centrale 52 est libre 25 de tourner à l'intérieur de la partie de pignon extérieure 50 et peut se déplacer axialement par rapport à celle-ci La partie de pignon extérieure 50 est montée de manière à tourner dans des roulements 53, 54 et se relie à la partie de tête 49 par des ressorts 55 qui cen30 trent la partie de tête 49 par rapport à la partie de pignon extérieure 50 quand aucun couple important n'est transmis. Une partie agrandie 56 de la tige centrale 52 est munie d'une surface de came 57 recevant une 35 tige 58 montée sur la partie de tête 49 La partie agran- die 56 contient également une fente 59 dans laquelle passe une tige 60 fixée sur la partie de tête 49, de manière à permettre ainsi à la partie de tige centrale 52 de tourner et de se déplacer axialement dans la partie de pignon extérieure 50. Si un couple important est appliqué à la partie 49, cela fait tourner à la fois la partie 49 et la partie de tige centrale 52 Les ressorts 55 laissent faire, et l'engagement de la tige 58 sur la came 57 pro10 voque le déplacement axial de la partie de tige centrale 52 dans un sens ou dans l'autre, suivant le sens de rotation de la partie 49 et, comme dans la forme de réalisation précédente, un aimant 46 donne naissance, dans le détecteur 17, à un signal qu'on applique au microproces15 seur par les fils conducteurs 18 Dès que le couple de direction cesse d'être appliqué, les ressorts recentrent axialement la partie centrale 52 pour la préparer au déplacement de direction suivant. La figure 6 représente plus en détail la 20 disposition de l'aimant et du détecteur, et concerne plus particulièrement la forme de réalisation de la figure 4 L'aimant permanent 46 est monté à l'extrémité libre du pignon 38 Cet aimant permanent est monté dans un goujon en laiton 61 Le détecteur 17 est monté sur une plaque 25 de laiton 62 et un capot de laiton 63 est fixé par des boulons 64 Un petit intervalle d'air est laissé entre l'extrémité libre de l'aimant 46 et le détecteur 17 pour permettre le déplacement axial du pignon. Une variante de disposition du détecteur 30 est représentée sur la figure 7 dans laquelle le détecteur 17 est placé du côté de l'aimant 46 séparé par une garniture 65. Le détecteur peut n'être sensible seulement qu'au sens de direction si un système non sophistiqué donne satisfaction, mais peut, en variante, être sensible non seulement au sens de direction mais encore au couple de direction. Une autre forme encore de réalisation est représentée sur la figure 8 dans laquelle, comme précédemment, un moteur 14 entraîne sélectivement une pompe a fluide 13 dans un sens ou dans l'autre suivant la commande de direction provenant du volant 1 Cette pompe 13 comprime le fluide dans les tuyaux 66 ou 67 branchés aux côtés opposés d'une soupape à navette 68 dont les plaques opposées 69 et 70 sont poussées chacune par up ressort, vers une position d'appui Entre les plaques 69 et 70 se situe une navette 71 pouvant se déplacer axialement mais en restant centrée par les ressorts des plaques 69 et 70 Les surfaces d'appui des plaques 69 et 70 sont munies de rainures ou autres permettant la communication de fluide entre les tuyaux 66, 67 et la navette, cette dernière comportant des méplats et des rainures destinés à permettre au fluide de passer par le tuyau 72 pour atteindre le réservoir 8, ou 20 de passer du tuyau 66 au tuyau 73 ou du tuyau 67 au tuyau 74 Une soupape d'alimentation de fluide 75 est prévue entre le réservoir 8 et les deux côtés de la pompe 13. Le fonctionnement de cette dernière forme de réalisation est tel que lorsqu'on fait tourner le volant 1 dans un certain sens, le moteur 14 entraînant la pompe 13 dans le sens correspondant, le fluide passe dans le tuyau 66, traverse la plaque 69 et pousse la navette 71 vers la gauche de la figure 8 Cela permet au fluide de passer par le tuyau 73 pour atteindre l'ex30 trémité droite du dispositif de bélier hydraulique 5, le fluide de retour passant par le tuyau 74 et le tuyau 72 pour atteindre le réservoir, et par le tuyau 67 pour atteindre l'autre côté de la pompe 13 Lorsqu'on fait tourner le volant dans 35 l'autre sens, le moteur 14 fait tourner la pompe 13 en sens inverse et pousse la navette vers la droite de la figure 8 Cela comprime le côté gauche du dispositif de bélier hydraulique 5. Cette dernière forme de réalisation est extrêmement intéressante si le bélier hydraulique est du type à pression différentielle. RE V E N D I C A T I O NS 1 ) Système d'assistance de puissance pour mécanisme de direction de véhicule, ce mécanisme comportant un premier et un second élément venant mutuellement en prise ( 45, 38), système caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'asistance de déplacement ( 5) répondant à un fluide sous pression pour assister la direction, et des moyens ( 11, 12) destinés à diriger sélectivement le fluide sous pression vers ce dispositif d'assistance ( 5) en reponse à des signaux produits par un détecteur ( 17, 7 A) répondant au déplacement d'une partie au moins de l'un des éléments ( 45, 38) lorsqu'on effectue une manoeuvre de direction. 2 ) Système d'assitance de puissance, selon la 15 revendication 1, caractérisé en ce que les signaux produits par le détecteur ( 17) dépendent uniquement du sens de déplacement de la manoeuvre de direction. ) Système d'assistance de puissance selon la revendication 1, caractérisé en ce que les signaux produits 20 par le détecteur ( 17, 17 A) dépendent du sens de déplacement de la manoeuvre de direction et du couple de direction. 4 ) Système d'assitance de puissance selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le premier élément est une crémaillère ( 45) et en ce que le 2 ' second élément est un pignon ( 38), les signaux étant produits par le mouvement axial d'une partie au moins du pignon ( 38). ) Système d'assitance de puissance selon la revendication 4, caractérisé en ce que le pignon ( 38) est centré contre tout déplacement axial par la pression d'un 30 ressort ( 42). 6 ) Système d'assitance de puissance selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le déplacement axial est obtenu par des dents hélicoïdales ( 43) du pignon ( 38) venant en prise avec des dents ( 44) de 35 même inclinaison prévues sur la crémaillère ( 45). 7 ) Système d'assitance de puissance selon la revendication 4, caractérisé en ce que le déplacement axial est obtenu grâce au fait que le mécanisme de pignon comporte une partie de tige centrale ( 52) pouvant tourner avec la partie de pignon ( 50) mais pouvant se déplacer axialement par rapport à celle-ci, cette partie de tige centrale comportant une surface de came ( 57) venant en contact avec une tige ( 58) portée par l'élément de transmission de couple de l'ensemble de direction. 8 ) Système d'assitance de puissance selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le détecteur ( 17, 17 A) est actionné électriquement par un aimant permanent ( 16) porté par le mécanisme mobile axialement.