Brevet FR2555538A1 — publié le 19850531

i "Système de direction assistée pour véhicule, utilisant un fluide sous pression commandé sélectivement par deux soupapes à sens unique" L'invention concerne un système de direc- tion assistée pour véhicule, utilisant un fluide sous pres- sion commandé sélectivement par deux soupapes à sens unique. Les système de direction assistée pour véhicules à moteur sont bien connus et comprennent classi- quement une source de fluide sous pression dirigée sélecti- vement vers un mécanisme de bélier hydraulique par l'inter- médiaire d'une soupape de commande de direction du fluide répondant au couple de direction pour commander la pression de fluide appliquée au mécanisme du 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 de direction assistée pour véhicule, système caractérisé en ce qu'il comprend une pompe à fluide destinée à diriger sélectivement un fluide sous pression vers un dispositif d'assistance de déplacement destiné à assister la direction, et un moteur principal destiné à entraîner la pompe suivant les signaux produits par un détecteur répondant à la direction. La pompe à fluide peut faire partie d'un système à fluide sous pression comprenant deux soupapes à sens unique opposées permettant d'obtenir un débit de fluide sélectif vers le dispositif d'assistance de déplacerment. L'invention sera décrite en détail en se référant aux dessins cijoints dans lequels: - la figure 1 est une vue schématique d'une première forme de réalisation d'un système de direc- tion assistée selon l'invention; - la figure 2 est une vue schématique d'une seconde forme de réalisation d'un système de direction 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 crémaillère selon l'invention; - la figure 5 est une vue en coupe d'une seconde forme de réalisation d'un mécanisme de direction à pignon et crémaill!re selon l'invention; - la figure 6 est une vue partielle en 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 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. Un bélier hydraulique 5 ou tout autre dispositif d'assistance du déplacement, comporte un côté de son cylindre fixé en 6, et un côté de son piston associé à la tige 7 pour assister, là encore de manière classique, le déplacement axial des tiges 4. Ce dispositif d'assistance 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 côté 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 côté 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 en utilisant la forme de réali- - sation de la figure 8 qui sera décrite ci-après. Au carter 3 de l'ensemble de pignon et crémaillère se fixe un détecteur de couple 17 muni de fils de branchement électrique 18 conduisant à un microprocesseur 19 alimenté par une batterie 20; la sortie de ce microproces- seur 19 étant appliquée, par les fils conducteurs 21, au moteur électrique 14. -- En variante, le détecteur de couple 17a 3 5 peut se présenter sous la forme d'un dispositif rotatif émettant un signal par l'intermédiaire du branchement électrique 18a. 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 couple de direction appliquée au volant 1, se trouve transformée en signal électrique par le détecteur 17 ou 17a, et appli- quée 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 convenable pour appli- quer la pression de l'un ou l'autre côté 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 pratique classique. Sur les figures 2 et suivantes, les mêmes éléments sont repérés par les mêmes références que sur la figure 1. 20. En se référant maintenant à la forme de réalisation de la figure 2, celle-ci comporte, en plus des deux soupapes à 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 supplémentaires 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 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 un retour vers le réservoir 8. Ces soupapes à bobines 22 et 23 contri- buent 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 15 et 16, car les bobines 24 et 25 se déplacent facilement 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 l'utilisa- tion 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 11. La soupape 30 fonc- tionne comme décrit ci-dessus en se référant aux soupapes séparées 11 et 22. On se référera maintenant à la figuree 3 qui représente une variante de la forme de réalisation de la figure 2 et plus particulièrement une disposition 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 pour arriver entre les saillies des bobines respectives et 36 incorporant les soupapes à sens 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 prove- nant du dispositif de bélier hydraulique 5, vers le réser- voir 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 syr la figure 4. Un pignon 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 hélicoïdales 43 venant en prise avec des dents inclinées 44 de la cré- maillère 45. A l'extrémité libre du pignon 38 se trouve un aimant permanent 46 placé dans sa position de 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 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. Cepen- dant, si l'on applique un couple plus important, la pression de l'un des ressorts 42 doit être surmontée et il se produit un déplacement axial du pignon par suite du contact angu- laire entre les dents hélicoïdales 43 du pignon et les dents d'inclinaison correspondante 44 de la crémaillère. Le champ magnétique produit par l'aimant permanent 46 donne naissance à un signal dans le détecteur 17, ce signal dépendant de l'amplitude du déplacement entre l'aimant 46 et le détecteur 17. Ce mouvement est transmis au microproces- seur 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 dispo- sitif 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 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 mécanime de direction à pignon et cré- maillère selon l'invention. Le pignon 47 est muni de rainu- res 48 et 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 des- tinées 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 de tourner à l'intérieur de la partie de pignon extérieure 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 centrent 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 tige 58 montée qur la partie de tête 49. La partie agrandie 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 centale 52. Les ressorts 55 laissent faire, et l'engagement de la tige 58 sur la came 57 provoque 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 microprocesseur par les fils con- ducteurs 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 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 aimaint permanent est monté dans un goujon en laiton 61. Le détecteur 17 est monté sur une plaque 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 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 seule- ment 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 précédem- ment, un moteur 14 entraîne sélectivement une pompe à fluide 13 dans un sens ou dans l'autre suivant la commande de diarection 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 un ressort, vers une position d'appui. Entre les plaques 69 et 70 se situe une navette 71 pouvant se déplacer axialement mais en restant7 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 tuyau 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 de passer du tuyau66 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'extrémité 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 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 hydrau- lique 5. Cette dernière forme de réalisation est extrêmement intéressante si le bélier hydraulique est du type à pression différentielle. R E V E N D I CA T I 0 N S 1 ) Système de direction assistée pour véhicule, système caractérisé en ce qu'il comprend une pompe à fluide (13) destinée à diriger sélectivement un fluide sous pression vers un dispositif d'assistance de déplacement destiné à assister la direction, et un moteur principal (14) destiné à entraîner la pompe (13) suivant les signaux produits par un détecteur (17, 17A) répondant à la direction. 2 ) Système de direction assistée selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pompe à fluide (13) fait partie d'un système à fluide sous pression comprenant deux soupapes à sens unique opposées (11, 12) permettant d'obtenir un débit de fluide sélectif vers le dispositif d'assistance de déplacement (5). 3 ) Système de direction assistée selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chacune des soupapes à sens unique (11, 12) comporte un dispositif à retour rapide de fluide sous pression. 4 ) Système de direction assistée selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pompe à fluide fait partie d'un système à fluide sous pression comprenant une soupape à navette (71) permettant d'obtenir un débit de fluide sélectif vers le dispositif d'assistance de déplacement (5), et une soupape d'alimentation de fluide (75) destinée à maintenir la pression de fluide dans le système. ) Système de direction assistée selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les signaux provenant du détecteur (17, 17A) sont appliqués à un microprocesseur (19) puis ensuite au moteur principal (14)