Brevet FR2562020A1 — publié le 19851004

Dispositif de direction assistée pour véhicules. La présente invention concerne un dispositif de direc- tion assistée pour véhicules. Dans un dispositif de direc- tion assistée classique pour véhicules, la capacité d'une pompe hydraulique est réglée de façon à ce que l'huile sous pression puisse être fournie à un cylindre d'action- nement à un débit suffisamment élevé lorsque la pompe est entraînée par le moteur fonctionnant au ralenti. Lorsque le véhicule se déplace à vitesse élevée ou selon une trajectoire rectiligne, c'est-à-dire lorsqu'aucune assistance n'est nécessaire, l'énergie motrice est consom- mée inutilement en raison de la perte de pompage de la pompe hydraulique qui possède une capacité relativement élevée. Dans le but de résoudre ce problème, on a déjà proposé ou utilisé dans la pratique,(a) un dispositif de direction assistée dans lequel un embrayage ou un engrenage de changement de vitesses est prévu entre une pompe et une poulie servant à commander le débit d'évacuation de la pompe, (b) un dispositif de direction assistée dans lequel une pompe est actionnée par un moteur électrique pour commander son débit d'évacuation, (c) un dispositif de direction assistée dans lequel deux pompes de capacités différentes sont utilisées chacune d'une manière différente et (d) un dispositif de direction assistée comportant une pompe à capacité variable. Cependant, les dispositifs de direction assistée ci-dessus (a),(c) nécessitent une impor- tante modification de la structure d'une pompe classique, dans le cas o une telle pompe y est utilisée. Cela accroît les coûts de fabrication et le poids du dispositif de direction assistée. Dans le dispositif de direction assis- tée ci-dessus (d), il est peu probable que l'on obtienne une diminution des pertes par frottement. La présente invention a été élaborée en tenant compte de ces circonstances. L'un des buts de la présente inven- tion est de fournir un dispositif de direction assistée 2 2562020 pour véhicules ayant une structure simple et qui soit capable de minimiser les pertes par frottement d'une pompe hydraulique. Pour atteindre le but mentionné ci-dessus, conformément à- la présente invention, il est fourni un dispositif de direction assistée pour véhicules comprenant une pompe hydraulique, ladite pompe hydraulique comportant un boîtier de pompes un arbre rotatif ayant un axe, une chambre de pompe définie dans Ledit boîtier de pompe, et un orifice d'aspiration et un orifice d'évacuation, dans lequel un élément de pression est prévu dans Ledit boÂtier de pompe sur au moins un côté axial dudit arbre rotatif, afin de former-une paroi latérale intérieure de Ladite chambre de pompe, ledit élément de pression étant -15 mobile le long de l'axe de l'arbre rotatif; dans lequel une chambre hydraulique est prévue d'un côté dudit lémtent -de pression opposé à Ladite chambre de pompe de telle manière que la chambre hydraulique soit située en face de la partie d'extrémité dudit élément de pression et communique avec ledit orifice d'évacuation de la pompe hydraulique; et dans lequel ladite chambre hydraulique et ledit orifice d'aspiration de la pompe hydraulique sont mis en communication l'un avec l'autre par des actionne- ments d'une soupape directrice électromagnétique qui est actionnée afin de s'ouvrir en réponse à un signal pro- venant d'un détecteur qui détecte l'instant o la puissance supplémentaire doit être réduite. Les buts ci-dessus et d'autres buts, ainsi que les avantages de l'invention, apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - les figures I et-2 illustrent un premier mode de réalisation de la présente invention, dans lequel: - la figure 1 est une vue latérale en coupe, et - la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1; et - la figure 3 est une vue Latérale en coupe d'un second mode de réalisation de la présente invention. On décrit ci-après en se référant aux dessins certains modes de réalisation de la présente invention. En premier lieu, se référant à la figure 1, une pompe hydrau- tique P1 est entraînée parun moteur E monté sur un véhicute et de l'huile, évacuée par cette pompe hydraulique Pl, est introduite dans un train d'engrenages B. Le train d'en- grenages B contient une soupape directrice (non repré- sentée), dont la position est commutée par actionnement d'un volant H et l'huile évacuée par La pompe P1 est fournie alternativement à des chambres hydrauliques gauche et droite d'un cylindre d'assistance (non repré- senté) par des opérations de commutation de la soupape. Cela permet d'assister les opérations de direction du véhicule. Lorsque le volant H est maintenu en position neutre, la soupape directrice se met en position neutre, de façon à ce que l'huile de pression provenant de la pompe hydraulique P1 soit renvoyée vers un réservoir d'huile T. La pompe hydraulique P1 est une pompe à engrenages, et une paire d'engrenages 3 qui sont en prise l'un avec l'autre sont montés de façon rotative dans une chambre de pompe 2 formée dans un boîtier de pompe 1. Un orifice d'aspiration 4 est ménagé dans le boîtier de pompe I de façon à ce que l'orifice d'aspiration 4 s'ouvre dans la chambre de pompe 2 du côté non engagé des engrenages 3. Une canalisation d'aspiration 6 en communication avec le réservoir d'huile T est reliée à une canalisation d'aspiration à joint 5 qui est prévue dans le boîtier de pompe 1 de façon à communiquer avec l'orifice d'as- piration 4. Le boîtier de pompe I est en outre muni d'un orifice d'évacuation 7 s'ouvrant dans la chambre de pompe 2 du c6té engagé des engrenages 3, d'un passage d'huile évacuée 8 qui communique avec l'orifice d'éva- cuation 7, et d'une canalisation d'évacuation à joint 9 qui communique avec le passage d'huite d'évacuation 8. Une canalisation d'évacuation 10 est montée entre la canalisation d'évacuation à joint 9 et la soupape directrice prévue dans le train d'engrenages B. Un passage d'huile de retour 11 est branché sur une partie intermédiaire du passage d'huile d'évacuation 8, et une soupppe de régulation du débit Vc est montée entre Le passage de retour d'huite 11 et un passage d'huite de retour 12 qui communique avec L'orifice d'aspiration 4. Cette soupape de régulation du débit Vc est une soupape à bobine et comporte un corps de soupape à bobine 14 coulissant dans un alésage 13 ménagé dans Le boîtier de pompe 1. L'extrémité gauche de L'alésage de coulissement 13 communique de façon excentrée avec Le passage d'huile de retour 11, et une chambre à ressort 15 est formée entre l'extrémité droite de L'alésage 13 et te corps de soupape à bobine 14. Un ressort 16 repoussant le corps de soupape à bobine 14 vers La gauche est monté dans la chambre à ressort 15. Le passage d'huiLe de retour 12 qui communique avec L'ori- fice d'aspiration 4 s'ouvre à la surface interne de La partie axialement intermédiaire de L'alésage 13, et la soupape à bobine 14 est munie d'une gorge annulaire 17. Dans la soupape de régulation du débit Vc, La pression hydraulique d'évacuation pénétrant dans celle-ci en provenance du passage d'huile de retour 11 agit sur l'extrémité gauche du corps de soupape à bobine 14. Lorsque La force de la pression hydraulique d'évacuation appliquée au corps de soupape à bobine 14 pour La déplacer vers la droite est inférieure à La force du ressort 16 servant à déplacer le corps de soupape à bobine 14 vers La gauche, La communication entre les passages d'huite de retour 11 et 12 est interrompue par le corps de soupage à bobine 14, comme le montre le dessin. Lorsque la force due à la pression hydraulique d'évacuation appliquée au corps de soupape à bobine 14 afin de la déplacer vers la droite, est supérieure à la force du ressort servant à déplacer le corps de soupape à bobine 14 vers la gauche, le corps de soupape à bobine 14 se déplace vers la droite, de sorte que les passages d'huile de retour 11 et 12 communiquent l'un avec L'autre. La vitesse d'évacuation de l'huile de pression est ainsi régulée de façon à ce que la pression d'évacuationdans le passage d'huile d'évacuation 8 ne dépasse pas un niveau prédéter- miné qui est fixé en réponse à une charge ajustée du ressort 16. Dans les figures 1 et 2, la partie de la paroi latérale interne de la chambre de pompe 2 qui se trouve d'un côté des deux engrenages 3, le long de leurs axes de rotation, est constituée par l'une des surfaces d'extrémité de plongeurs 18a, 18b qui sont montés dans le bottier de pompe 1 et jouent le rôle d'une paire d'éléments de- pression mobiles dans La direction des axes de rotation des engre- nages 3. Cesplongeurs 18a et 18b sont disposes de façon à correspondre aux engrenages 3. Des-arbres rotatifs 19a, 19b sont montés de façon unitaire sur les engrenages 3, respectivement, et sont supportés dans le bottier de pompe 1 par des paliers 20 et dans les plongeurs 18a, 18b, par des paliers 21a, 21b. En outre, les arbres rotatifs 19a, 19b traversent concentriquement les plongeurs 18a, 18b, respectivement, et sont fermés hermétiquement dans leur partie qui dépasse des plongeurs 18a, 18b, par un élément d'étanchéité 22. Un arbre rotatif 19a dépasse davantage de l'élément d'étanchéité 22, et une poulie 23 est montée de façon fixe sur l'ex- trémité faisant saillie de l'arbre 19a. Une courroie sans fin 25 est enroulée autour de cette poulie 23 et d'une poulie 24 montée de façon fixe sur un vilebrequin du moteur E, Les deux engrenages 3 étant alors mis en rotation lor.sque le moteur E fonctionne. Du côté opposé de la chambre de pompe 2, se trouve une chambre hydraulique 26 définie par le bottier de pompe 1 et les autres extrémités des plongeurs 18a, 18b. Dans cette chambre hydraulique 26, un capuchon de caoutchouc 27 servant à séparer de-façon étanche Les plongeurs 18a et 18b et- à maintenir ces plongeurs solidaires l'un de l'autre, est monté autour des autres extrémités, c'est-à-dire des extrémités droitesdes plongeurs. Ce capuchon 27 réçoit la pression hydraulique dans la chambre hydraulique 26. Un passage d'huile 28 qui communique avec la chambre hydraulique est relié à une partie intermédiaire du passage d'huile d'éva- cuation 8 par un orifice 62, et la pression d'huile d'é- vacuation provenant du passage d'huite d'évacuation 8, est appliquée à la chambre hydraulique 26. Grâce à cette structure, les pertes par frottement peuvent être réduites par ajustement du dégagement latéral de la pompe hydraulique P1 en réponse à la pression d'huile d'évacuation. Cependant, dans La pratique, les plongeurs 18a, 18b sont légèrement appuyés sur la surface des engrenages 3 malgré les tolérances de fabrication. Par conséquent, lorsque l'on souhaite réduire la puissance supplémentaire, la chambre hydraulique 26 est constituée de façon à communiquer avec l'orifice d'aspiration 4 pour. abaisser la pression qui y règne, et une partie intermédiaire du passage d'huile 28 et l'orifice d'aspiration 4 sont mis en communication par une soupape directrice électromagnétique Vs de façon à réduire les pertes par frottement de La pompe hydraulique. La soupape directrice électromagnétique Vs est montée dans la.partie du boîtier de pompe 1 qui se trouve sur le prolongement de L'axe du passage d'huile de retour 12 communiquant avec l'orifice d'aspiration 4. Cette soupape électromagnétique Vs comporte un élément de passage 31 qui est disposé perpendiculairement à la portion inter- médiaire du passage d'huile 28, de façon à ne pas couper ledit passage d'huile, et qui est muni d'un ori- fice de soupape 29 et d'un passage 30 communiquant avec l'orifice de soupape 29; un siège de soupape 32 monté autour de l'élément de passage 31; un corps de soupape cylindrique 33 adapté à être rapproché et éLoigné du siège de soupape 32 afin de fermer et d'ouvrir l'orifice de soupape 29; un ressort 34 ramenant Le corps de sou- pape 33 dans la direction de fermeture; et un solénoide adapté à ouvrir le corps de soupape 33 en s'opposant à La force élastique exercée par le ressort 34 lorsque te sotLénoide est excité. L'élément de passage 31 comporte une partie à grand diamètre 31a vissée dans le boîtier 1 et une partie à petit diamètre 31b reliée à la partie à grand diamètre 31a par un épaulement 31c. La partie à grand diamètre 31a contient le passage 30 qui est en communi- cation constante avec le passage d'huile 12 par l'inter- médiaire de la gorge annulaire 17 sur Le corps de sou- pape à bobine 14. La région de faible diamètre 31b contient l'orifice de soupape 29 s'ouvrant dans une partie latérale de la partie 31b. Le siège de soupape 32 est monté fixement sur l'épaulement 31c. Le corps de soupape 33 est monté de façon à être mobile autour de la partie de petit diamètre 31b. Lorsque le corps de soupape 33 est appliqué contre le siège de soupape 32, l'orifice de soupape 29 est fermé, et lorsque le corps de soupape 33 se sépare du siège de sou- pape 32, l'orifice de soupape 29 est ouvert. Un passage 36 qui communi- que avec le passage d'huile 28 est formé autour de l'élément de passage 31, et est adapté à communiquer avec l'orifice de soupape 29 lorsque le corps de soupape 33 se sépare du siège de soupape 32. Pour détecter l'instant o la puissance supplémentaire doit être réduite, un capteur de vitesse du véhicule 38 est monté en tant que détecteur sur une transmission 37 reliée au moteur E. Un capteur d'angle de braquage 39 est monté en tant que détecteur sur L'arbre de direction 40. Les signaux provenant de ces deux capteurs 38, 39 sont fournis en entrée à une unité de traitement 41 constituée par un ordinateur. L'unité de traitement 41 est adaptée à exciter le solénoîde 35 de la soupape di- rectrice électromagnétique Vs par l'intermédiaire d'un amplificateur 42 lorsque la vitesse du véhicule n'est pas inférieure à une valeur prédéterminée, l'angle de braquage ne dépassant pas une valeur prédéterminée, ou lorsque ces conditions sont satisfaites indépendamment l'une de l'autre. Le fonctionnement de ce mode de réalisation est décrit ci-après. Lorsqu'une puissance supplémentaire est néces- saire, c'est-à-dire Lorsque La vitesse du véhicule est inférieure à une valeur prédéterminée, l'angle de bra- quage dépassant une valeur prédéterminéeou Lorsque ces conditions sont satisfaites indépendamment, le solénoide 35 de La soupape directrice électromagnétique Vs est désactivé et le corps de soupape 33 vient au contact du siège de soupape 32 pour fermer L'orifice de soupape 29. La pression hydraulique provenant du passage d'huile d'évacuation 28 agit sur l'huile contenue dans la chambre hydraulique 26, et les plongeurs 18a, 18b sont appuyés contre les surfaces latérales droitesdes engrenages 3 en réponse à une différence entre la pres- sion régnant dans la chambre de pompe 2 et la pression régnant dans la chambre hydraulique 26. Lorsqu'on doit réduire la puissance supplémentaire, par exemple lorsque le véhicule se déplace selon une trajectoire rectiligne à vitesse élevée, le solénoide est excité afin d'éloigner le corps de soupape 33 du siège de soupape 32 et provoquer l'ouverture de l'orifice de soupape 29. Il en résulte que la chambre hydraulique 26 communique avec l'orifice d'aspiration 24 par l'intermédiaire des passages d'huile 28, 36, de l'orifice de soupape 29, du passage 30, de la gorge annulaire 17 et du passage d'huile de retour 12. Par conséquent, la pression hydraulique régnant dans la chambre hydraulique 26 diminue et les plongeurs 18a, 18b se déplacent vers La droite pour augmenter à un niveau relativement élevé l'espacement entre les plongeurs et les surfaces latérales droitesdes engrenages 3. Pendant ce temps, toute diminution brusque de la pression régnant dans le passage d'huile d'évacuation 8, est évitée par l'entrée en action de l'orifice 62. Ceci permet de réduire les pertes par frottement afin de mi- nimiser la consommation d'énergie du moteur E. Des ex- périences menées par La présente Demanderesse indiquent que la consommation d'énergie de la pompe hydraulique P1 peut être réduite d'environ 75% par ajustement du dégagement latéral mentionné précédemment à environ 1,2 mm lorsque la pompe P1 tourne à 4000 t/min. La figure 3 représente un second mode de réalisation de la présente invention. Les parties de ce mode de réalisation qui correspondent à celtes du premier mode de réalisation sont désignées par les mêmes numéros et caractères de référence. Dans ce mode de réalisation, la pompe hydraulique P2est une pompe à ailettes et comporte une chambre de pompe 46 définie par une douille 43, une plaque de pression 44, en tant qu'élément de pression, et une came annulaire 45; et un rotor 47 monté de façon rotative dans la chambre de pompe 46 et muni d'une pluralité d'ailettes 48 qui sont mobiles dans la direction radiale du rotor 47. Un arbre rotatif 49,relié par cannelures au rotor 47,traverse la douille latérale 43-et est monté de façon rotative sur un boîtier de pompe 56 par des paliers 50, 51. Une poulie 23 qui transmet la force d'entraînement provenant du moteur E, est montée de façon rigide sur une extrémité de La partie de l'arbre rotatif 49 qui dépasse du bo(tier de pompe 56. Un élément d'étanchéité 52 est prévu entre L'arbre rotatif 49 et le boÂtier de pompe 56 en un endroit situé entre les paliers 50, 51. La plaque de pression 44 coulisse dans le bottier de pompe 56 de façon à ce qu'elLe puisse être déplacée le Long de L'axe de l'arbre rotatif 49. Une chambre hydrau- lique 54 est définie par une plaque d'extrémité 53 qui est fixée au boîtier 56 du côté opposé à la chambre de pompe 46 et par la plaque de pression 44. Un ressort repoussant la plaque de pression 44 vers le rotor 47 est abrité dans cette chambre hydraulique 54. Un orifice d'évacuation57 et un orifice d'aspiration 58 sont ménagés dans La plaque de pression 44, et un passage d'huile d'évacuation ainsi qu'un passage d'huile d'as- piration 60 ménagés dans le boîtier de pompe 56 commu- niquent avec l'orifice d'évacuation 57 et l'orifice d'aspiration 58, respectivement. La plaque de pression 44 contient en outre un orifice 61 pour faire communiquer La chambre hydraulique 54 avec l'orifice d'évacuation 57. Le boltier de pompe 56 est muni d'un passage d'huiLe 62 qui communique avec La chambre hydraulique 54, et Le passage d'huiLe 62 et Le passage d'aspiration d'huile sont reliés par une soupape directrice éLectromagné- tique Vs. Le fonctionnement du second mode de réalisation est décrit ci-après. Lorsqu'une puissance supplémentaire est nécessaire, La soupape directrice électromagnétique -Vs est fermée, et La pression hydraulique d'évacuation provenant de l'orifice d'évacuation 57, est fournie à La chambre hydraulique 54 par l'intermédiaire de l'orifice 61. La pLaque de pression 44 est appuyée contre 1 1 le rotor 47 et la came annulaire 45 sous l'effet de la force élastique du ressort 55 et de la pression hydrau- lique d'évacuation, de sorte que la pression d'huile est évacuée par la pompe hydraulique P2, de façon très efficace. Lorsque l'on souhaite réduire la puissance supplémentaire, on ouvre la soupape directrice électromagnétique Vs pour réduire la pression dans la chambre hydraulique 54, de façon à déplacer la plaque de pression 44 jusqu'à une position dans laquelle la force exercée vers la droite par la pression hydraulique diminue et la force élastique du ressort 55,et la force s'exerçant vers La gauche sous l'effet de la pression hydraulique régnant dans la chambre de pompe 46, s'équilibrent mutuel- lement. Il en résulte que le dégagement latéral entre la plaque de pression 44 et le rotor 47 et la came annulaire , est relativement agrandi, et que les pertes par frot- tement de la pompe hydraulique diminuent. Ce mode de fonctionnement permet de diminuer la consommation d'énergie de la pompe hydraulique P2 de 85%. La présente invention peut être mise en oeuvre d'une autre manière consistant à rendre la douille latérale 43, utilisée dans le second mode de réalisation,mobile axia- lement en tant que plaque de pression. Comme mentionné précédemment, conformément à la présente invention, l'élément de pression qui définit une paroi latérale interne d'une chambre de pompe sur au moins un côté axial d'un arbre rotatif d'une pompe hydraulique,,est monté dans un boîtier de pompe de telle manière qu'il soit mobile dans la direction axiale, et une chambre hydraulique qui est prévue du c6té de l'élément de pression opposé à la chambre de pompe et en face duquel se trouve une extrémité de l'élément de pression, communique avec un orifice d'évacuation de la pompe hydraulique, la chambre hydraulique et l'orifice d'aspiration de la pompe hydraulique étant capables de communiquer l'un avec l'autre par l'intermédiaire d'une soupape directrice électromagnétique qui est adaptée à s'ouvrir en fonction d'un'signal provenant d'un détec- teur qui détecte l'instant o t'on doit réduire La puis- sance supplémentaire. Par conséquent, l'efficacité d'évacuation de tapompe hydraulique peut être améliorée lorsqu'une puissance supplémentaire est nécessaire, et Les pertes par frottement de la pompe hydraulique peu- vent être réduites Lorsque La puissance supplémentaire doit être réduite. Par conséquent, La consommation d'é- nergie de La pompe hyraulique dudit moteur peut être minimisée. En outre, Le dispositif de la présente inven- tion peut être obtenu en ajoutant simplement un éLément de pression, une soupape directrice électromagnétique et un détecteur à un dispositif classique de ce type; iL est inutiLe de modifier de façon importante La conception des dispositifs classiques, pour produire Le dispositif de La présente invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de direction assistée pour véhicules, comprenant une pompe hydraulique (P1,P2), ladite pompe hydrauli- que comportant un bottier de pompe (1, 56), au moins un arbre rotatif (19a, 19b, 49) ayant un axe, une chambre de pompe (2, 46) définie dans ledit boîtier de pompe, et un orifice d'aspiration (4, 58) et un orifice d'évacuation (7, 57), caractérisé en ce qu'un élément de pres- sion (18a, 18b, 44) est monté dans ledit boîtier de pompe sur au moins un c6té axial dudit arbre rotatif afin de cons- tituer une paroi latérale interne de ladite chambre de pompe, ledit élément de pression étant mobile le long de l'axe de l'arbre rotatif; en ce qu'une chambre hydrau- lique (26, 54) est montée sur un côté dudit élément de pression opposé à ladite chambre de pompe, de façon à ce que la chambre hydraulique soit située en face d'une extrémité dudit élément de pression et communique avec ledit orifice d'évacuatiQn de la pompe hydraulique; et en ce que ladite chambre hydraulique et ledit orifice d'aspiration de la pompe hydraulique sont mis en commu- nication l'un avec l'autre par l'intermédiaire d'action- nements d'une soupape directrice électromagnétique(Vs) qui est actionnée pour s'ouvrir en réponse à un signal provenant d'un détecteur qui détecte l'instant o l'on doit réduire la puissance supplémentaire. 2. Dispositif de direction assistée pour véhicules selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite pompe hydraulique est une pompe à engrenages (P1) comportant une paire d'engrenages (3) en prise l'un avec l'autre et en ce que ledit élément de pression est constitué par une paire d'éléments de pression (18a, 18b). 3. Dispositif de direction assistée pour véhicules selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite pompe hydraulique est une pompe à ailettes (P2).