Brevet FR2600030A1 — publié le 19871218

SYSTEME DE DIRECTION A QUATRE ROUES DIRECTRICES ASSISTEE PAR MOTEUR ELECTRIQUE La présente invention se rapporte de manière générale à un système de direction à quatre roues directrices assistée électriquement pour des véhicules, et plus particulièrement à un système à quatre roues directrices assisté électriquement pour des véhicules comportant un dispositif de direction des roues avant du type à pignon et crémaillère, un système de direction des roues arrière mécaniquement relié à la crémaillère du dispositif de direction des roues avant, et un moteur électrique pour fournir fonctionnellement un couple d'assistance aux dispositifs de direction. Le demandeur a divulgué dans la demande de brevet britannique n GB - A 2 148 812 publiée le juin 1985 un système à quatre roues directrices pour 15 des véhicules comportant un dispositif de direction des roues avant du type à pignon et à crémaillère et un dispositif de direction des roues arrière mécaniquement relié à la crémaillère du dispositif de direction des roues avant. La crémaillère comporte une partie 20 d'extrémité comportant une partie dentée engrenant avec un pignon qui est relié à un volant de direction. Dans une partie centrale de la crémaillère est formée une seconde partie dentée engrenant avec un autre pignon prévu à l'extrémité avant d'une longue transmission 25 qui s'étend longitudinalement au centre du véhicule selon une direction transversale. Afin d'éviter une augmentation inutile du poids du véhicule, cette longue transmission est logée dans un caisson formé par un renflement dans l'habitacle de passagers et placé au 30 centre du véhicule selon une direction transversale. L'extrémité arrière de la transmission est reliée par un mécanisme de changement du rapport de l'angle de braquage à des biellettes de liaison et à des pivots de 35 roues arrière. Le mécanisme de changement de rapport d'angle de braquage, ainsi que les bieLLettes de liaison et les pivots constituent le dispositif de direction des roues arrière. Le rapport d'engrenage de ce mécanisme est commandé de telle sorte que les 5 roues arrière soient braquées dans le même sens que les roues avant lorsque la vitesse du véhicule est élevée, et dans le sens opposé à celui des roues avant ou sans braquage lorsque la vitesse du véhicule est faible. Dans le brevet américain n 4 415 054, on décrit un système de direction assistée électriquement pour des véhicules dans lesquels un couple auxiliaire provenant d'un moteur électrique est transmis par un mécanisme à vis et écrou à la crémaillère d'un dispo15 sitif de direction des roues avant du type à pignon et crémaillère. Le moteur est monté coaxialement sur une partie centrale de la crémaillère. Le mécanisme à vis et à écrou est constitué d'une partie filetée formée sur toute la surface extérieure de la partie centrale 20 de la crémaillère, d'un écrou à bille montée sur la partie filetée et comportant une gorge en spirale selon sa circonférence intérieure, et un grand nombre de billes interposées entre la partie filetée et l'écrou. La circonférence extérieure de l'écrou est 25 directement fixée à l'induit du moteur ou indirectement reliée à cet induit par l'intermédiaire d'un embrayage. La puissance et la rotation du moteur sont transmises à la crémaillère par le mécanisme à vis et à écrou dans lequel la vitesse de rotation est réduite. 30 Une partie d'extrémité de la crémaillère comporte des dents qui engrènent avec un pignon qui est relié à un volant de direction. Le mécanisme à vis et écrou transmet un couple auxiliaire provenant du moteur avec de faibles pertes par friction, ce qui permet une trans35 mission en douceur avec un rendement élevé. Il est souhaitable de. combiner les avantages du système de direction à quatre roues directrices avec ceux du système de direction assistée comportant un mécanisme à vis et écrou à billes, de manière à créer un système de direction à quatre roues directrices assistée électriquement par moteur. La crémailLère faisant partie du dispositif de direction des roues avant du système à quatre roues directrices comporte cependant dans sa partie centrale la partie 10 dentée qui est déjà formée pour engrener avec Le pignon de la longue transmission, ce qui constitue une difficulté pour former La partie filetée du mécanisroe à vis et écrou à billes sur toute la surface circonférentielle extérieure de la partie centrale 15 de la crémaillère. La présente invention a été réalisée pour surmonter ce problème et matérialiser de manière efficace les objectifs décrits ci-dessus. Un objet de la présente invention est de 20 fournir un système de direction à quatre roues directrices assistée par moteur électrique pour des véhicules dans lesquels un dispositif de direction des roues avant comporte une crémaillère engrènant, à une partie centrale, avec un pignon pour un dis25 positif de direction des roues arrière, et dans lesquels un couple auxiliaire produit par un moteur électrique est transmis à la crémaillère par l'intermédiaire d'un mécanisme à vis à billes. Afin d'atteindre cet objectif, la présente 30 invention concerne un système de direction à quatre roues directrices assistée par moteur électrique pour un véhicuLe comprenant des roues avant et des roues arrière, Le système comprenant un dispositif de direction des roues avant reLie fonctionnellement à 35 un volant de direction, ledit système de direction des roues avant comportant un premier pignon relié de manière fonctionnelle au volant de direction et une crémaillère qui s'étend transversalement et présente une extrémité comportant une partie dentée qui engrène avec le premier pignon, la crémaillère étant reliée aux roues avant, un dispositif de direction des roues arrière, un mécanisme de liaison pour prélever un déplacement transversal de la crémaillère et le transmettre au dispositif de direction des roues arrière, le mecanisme de liaison comportant un second pignon qui engrène avec une seconde partie dentée formée sur une région prédéterminée d'un côté d'une partie sensiblement centrale selon la direction transversale de la crémaillère, un moteur électrique pour fournir fonctionnellement un couple auxiliaire au dispositif de 15 direction des roues avant et au dispositif de direction arrière, et des moyens de commande reliés fonctionnellement au moteur pour commander le moteur, dans lequel le moteur est disposé à proximité de la crémaillère en une position approximativement centrale 20 selon une direction transversale différente de la position du second pignon, ce moteur comportant un arbre de sortie rotatif disposé à une autre partie d'extrémité de la crémaillère, le système de direction comprenant en outre un mécanisme vis et écrou disposé 25 entre l'arbre de sortie du moteur et l'autre partie d'extrémité de la crémaillère pour transmettre le couple auxiliaire délivré par le moteur à la crémaillère. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront encore de la pré30 sente description donnée à titre illustratif, en référence aux figures annexées, sur lesquelles: - La figure 1 est une vue en section longitudinale d'une partie essentielle d'un système de direction à quatre roues directrices assistée par 35 un moteur électrique pour des véhicules conforme à un mode de réalisation de l'invention; - La figure 2 est une vue schématique en plan de l'ensemble du dispositif du système de direction. En référence aux figures 1 et 2, on a désigné par la référence numérique 100 l'ensemble du système de direction à quatre roues directrices pour des véhicules du type électrique conforme à un mode de réalisation préféré de la présente invention. Comme représenté sur la figure 1, le système 100 comporte 10 un arbre à pignon 1 monté rotatif dans un boîtier 4. L'arbre à pignon comporte un pignon la formé à son extrémité inférieure. Le pignon la engrène avec une partie dentée 2a située à la partie droite 2b d'une crémaillère 2 mobile en translation dans Le boîtier 4. 15 Les dents de la crémaillère sont disposées dans la moitié droite du véhicule, ainsi que le volant de direction 27. Une partie gauche 2c de la crémaillère 2 fait saillie du boîtier 4 afin qu'un élément élastique 3 puisse y être fixé. L'élément 3 est relativement dur 20 et présente une flexibilité faible. Au-dessus de la partie intermédiaire du boîtier 4 est disposé un moteur électrique 5 destiné à produire un couple d'assistance. Le moteur 5 comporte un axe de rotation disposé parallèlement à la crémaillère 2, de telle sorte que l'arbre 25 de sortie 7 du moteur s'étend côte à côte avec la partie gauche 2c de la crémaillère. A l'extrémité opposée, le moteur 5 est monté- pivotant au sommet d'un bras 6 s'étendant vers le haut, formé dans une partie sensiblement centrale du boîtier 4 et pivotant autour de ce boîtier dans une mesure limitée. L'arbre 7 comporte une gorge hélicoidale 7a formée sur sa circonférence extérieure jusqu'à son extrémité. La gorge 7a coopère avec une autre gorge formée en spirale 8a le long de la circonférence intérieure d'un écrou à billes 8. L'écrou 8, monté sur l'arbre 7, est supporté de manière pivotante à sa partie centrale au sommet d'un bras 11 dont une partie inférieure en anneau 11a est montée sur l'élément élastique 3. La rotation de L'écrou 8 est ainsi interdite par le bras 11. La liaison pivotante de l'écrou 8 au bras 11 est telle qu'un léger mouvement de roulement est permis. L'axe longitudinal du bras 11 est perpendiculaire à la crémaillère 2. Entre les gorges en spirale 7a, 8a sont disposées de nombreuses billes 9 qui circulent par un circuit de retour non représenté formé dans l'écrou 8. Un mécanisme à vis et écrou à billes est constitué par l'arbre 10 7, l'écrou 8 et les billes 9. Le moteur 5 est disposé au-dessus de la crémaillère à laquelle sa puissance et sa rotation sont transmises par le mécanisme 10 à vis et écrou à billes dans lequel la vitesse de rotation est réduite. Lorsque l'arbre 7 du moteur 5 tourne dans 15 l'une ou l'autre direction, l'écrou 8 se déplace de manière continue dans l'un ou l'autre sens correspondant dans la direction axiale de l'arbre 7, c'est-à- dire transversalement par rapport au véhicule (vers la gauche c. vers la droite sur la figure 1). Les gorges accoutlées 7a, 8a présentent toutes deux une inclinaison faible, de telle sorte que la rotation de l'arbre 7 est réduite dans une mesure très irportante lorsqu'elle est transmise à l'écrou 8. Le m^uvement transversal ou le déplacement de l'écrou 8 25 est transmis au bras 11 et à l'élément élastique 3, p.is à la crémaillère 2, qui reçoit ainsi une puissance d'assistance axiale à son extrémité gauche. Pour réaliser une étanchéité à la poussière et à l'eau, une paire de soufflets 15, 16 est pl:ée entre l'extrémité gauche du boîtier 4 et l'élérment élastique 3 et entre l'extrémité gauche du moteur 5 et l'extrémité droite de l'écrou 8, respectivement. A l'extrémité gauche de l'écrou 8 est prévu un couvercle anti-poussière 17 q.i entoure le sommet de l'arbre 7. La crémaillère 2 comporte, à un emplacement sensiblement central selon la direction transversale du véhicule, une partie dentée 13 usinée d'une manière symétrique selon une direction transversale dans une région prédéterminée dirigée vers le bas. La partie dentée 13 engrène avec un pignon 14 monté tournant dans le bottier 4. Le pignon 14 est connecté à une transmission longue 53 faisant partie d'un mécanisme de liaison 50 s'étendant longitudinalement au centre du véhicule selon une direction transversale. La liaison 50 est mécaniquement interconnectée avec la crémaillère 2 de telle sorte qu'un mouvement axial 10 de la crémaillère 2 est transmis au dispositif de direction des roues arrière qui est du type à pignon et à crémaillère. Comme représenté sur la figure 2, la crémaillère 2 est reliée à ses parties externes 2b, 2c 15 par des joints à rotule 28a, 28b aux biellettes de liaison droite et gauche 29a, 29b, respectivement. Les biellettes de liaison 29a, 29b sont reliées à leurs extrémités extérieures par des joints à rotule a, 30b a.x pivots 31a, 31b des roues avant 32a, 32b respectiverent. L'arbre à pignon 1 est relié au volant de direction 27 par un joint 25, un arbre intermédiaire 24, un autre joint 25 et une colonne de direction 26. Le dispositif de direction des roues avant 35 du type à pignon et à crémaillère est constitué de l'arbre à pignon 1, ce la crémaillère 2, des biellettes de liaison 29a, 29z, des pivots 31a, 31b et des éléments quicoopèrent avec eux. Le dispositif de direction 35 est relié au vclant de direction 27 par les éléments 23 à 26. Le système de direction 100 comprend le dispositif de direction des roues avant 35 et le dispositif de direction des roues arrière 40 relié au dispositif 35 par Le dispositif de liaison 50. L'arbre 53 faisant partie du dispositif de liaison est relié 35 à son extrémité avant par un joint universel 52 à l'arbre 14a portant le pignon 14. L'extrémité arrière de l'arbre 53 est reliée par un joint universel 54 à un arbre d'entrée 41 faisant partie d'un mécanisme 42 de changement de rapport d'engrenage indcu dans le dispositif de direction des roues arrière 40. Un mouvement linéaire transversal de la crémaillère 2 est converti en un mouvement de rotation destiné à être transmis par le dispositif de liaison 50 à l'arbre d'entrée 41 du mécanisme 42. Un arbre de sortie 42a du mécanisme 42 est inséré dans un boîtier 10 43, dans lequel l'extrémité arrière de l'arbre 42a comporte un pignon non-représenté engrenant avec un crémaillère non représentée qui s'étend dans la direction transversale du véhicule. La crémaillère est reliée à ses deux extrémités par des joints à rotule 15 44a, 44b à des biellettes de liaison droite et gauche a, 45b respectivement. Les biellettes de liaison a, 45b sont reliées à leurs extrémités intérieures par des joints à rotule 46a, 46b à des pivots 47a, 47b de roues arrière 48a, 48b, respectivement. Le dispo20 sitif de direction des roues arrière 40 est constitué du mécanisme de changement de rapport d'engrenage 42, de la crémaillère contenue dans le boîtier 43, des biellettes de liaison 45a, 45b, des pivots 47a, 47b et des éléments qui coopèrent avec eux. Le moteur 5 est commandé par un dispositif de commande 20 dont la puissance est fournie par une batterie d'accumulateurs 21. Le dispositif de commande reçoit des signaux détectés d'un détecteur 18 de fonctionnement de braquage situé sur l'arbre intermé30 diaire 24 et d'un détecteur de vitesse du véhicule 19 situé sur un câble de tachymètre. Le détecteur 18 comporte un élément de détection de couple (non représenté) du type jauge de contrainte pour détecter le couple de direction et un élément de détection de vitesse angulaire (non représenté) pour détecter la vitesse de braquage. L'élément -de détection de la vitesse de braquage peut comprendre un générateur électrique dont La rotation correspond à celle de l'arbre 24. Le moteur 5 est entrainé par Le dispo5 sitif de commande 20 en fonction de la grandeur et du sens d'action du couple de braquage, tel que détecté, de manière à produire un couple auxiliaire dont la grandeur est relativement importante lorsque la vitesse du véhicule est basse et devient plus faible lorsque la vitesse du véhicule augmente, la vitesse de braquage étant également prise en considération. Dans le système de direction 100, lorsque le volant de direction 27 est tourné, le pignon la 15 engrenant avec la première partie dentée de la crémaillère 2a provoque le déplacement transversal de la crémaillère 2 et le braquage des roues avant 32a, 32b. Simultanément, le pignon 14 engrenant avec la seconde partie dentée 13 de la crémaillère 2 conver20 tit le déplacement axial de La crémaillère 2 en un déplacement angulaire destiné à être transmis par le dispositif de liaison 50 au mécanisme de changement de rapport d'engrenage 42 faisant partie du dispositif de direction des roues arrière 40, qui 25 oriente convenablement les roues arrière 48a, 48b. Le mécanisme 42 présente une structure et une fonction similaires à celles du mécanisme décrit dans le document britannique GB - A - 2 148 812. Les roues arrière 48a, 48b sont ainsi orientées dans le même sens que 30 les roues avant 32a, 32b lorsque la vitesse du véhicule est élevée, et dans le sens opposé aux roues avant 32a, 32b,ou sans orientation, lorsque la vitesse est faible. Lorsque le volant de direction 27 est actionné, le moteur 5 est entraîné par le dispositif de commande 20 de manière à fournir à la crémaillère 2 une puissance d'assistance comme décrit précédemment. En conséquence, la force de braquage nécessaire est réduite à de faibles vitesses du véhicule, tandis qu'une sensation ordinaire d'accrochage de la route est à nouveau ressentie lorsque la vitesse du véhi5 cule augmente. Le couple auxiliaire produit par le moteur 5 est transmis à la crémaillère 2 par le mécanisme à vis et écrou à billes 10 qui présente de faibles pertes par friction et permet une transmission en douceur 10 avec une efficacité augmentée. Le mécanisme à vis et écrou 10 est disposé du côté de la sortie du moteur 5, ce qui élimine la nécessité d'une gorge en spirale additionnelle formée sur la crémaillère elle-même, ce qui permet d'obtenir 15 une crémaillère de longueur plus faible. Le moteur 5 est situé à une position sensiblement centrale du boÂtier de crémaillère 4 dans la direction transversale du véhicule et comporte un arbre de sortie 7 faisant saillie vers la gauche. 20 Le couple auxiliaire du moteur 5 est transmis par le mécanisme à vis et écrou à billes 10 à la partie gauche 2c de la crémaillère 2. L'extrémité droite 2b de la crémaillère 2 reçoit le couple de braquage du pignon la relié au volant de direction 27. La cré25 maillère 2 est ainsi équilibrée de préférence par rapport à la réception du couple de braquage et du couple auxiliaire. Le pignon 14 faisant partie de la liaison 50 engrène avec la partie dentée 13 formée à la partie 30 inférieure de la crémaillère, tandis que le moteur 5 est disposé sur le côté supérieur de cette crémaillère. Le moteur 5 est ainsi disposé à l'opposé du pignon 14 par rapport à la crémaillère 2, ce qui permet une utilisation effective de l'espace disponible, avec La possibilité de donner une forme compacte au système 100. Le système de commande du moteur 5 décrit n'est pas limitatif et peut être modifié de manière arbitraire. 26Q0030 1 1 REVENDICATIONS 1. Système de direction à quatre roues directrices assistée par moteur électriqUe pour un véhicule comprenant-des roues avant (32a, 32b) et des roues arrière (48a, 48), Le système comprenant un dispositif de direction des roues avant (35) relié fonctionnellement à un volant de direction (27) , ledit système de direction des roues avant comportant un premier pignon (1, la) relié de manière fonctionneLle au volant de direction (27) et une crémaillère qui s'étend transversalement et présente une extrémité (2b) comportant une partie dentée qui engrène avec le premier pignon (1, la), la crémaillère (2) étant reliée aux roues avant (32a, 32b), un dispositif de direction des roues arrière (40), un mécanisme de liaison (50) pour prélever un déplacement transversal de la crémaillère 2 et le transmettre au dispositif de direction des roues arrière (40), le mécanisme de liaison (50) comportant un second pignon (14) qui engrène avec une seconde partie dentée (13) formée 20 sur une région prédéterminée d'un c8té d'une partie sensiblement centrale selon la direction transversate de la crémaillère (2), un moteur électrique (5) pour fournir fonctionnellement un couple auxiliaire au dispositif de direction (35) des roues avant et au 25 dispositif de direction (40) arrière, et des moyens de commande (20) reliés fonctionneLlement au moteur (5) pour commander le moteur, dans lequel le moteur (5) est disposé à proximité de la crémaillère (2) en une position approximativement centrale selon une direc30 tion transversale différente de la position du second pignon (14), ce moteur comportant un arbre de sortie rotatif (7) disposé à une autre partie d'extrémité (2c) de la crémaillère (2), le système de direction comprenant en outre un mécanisme vis-écrou (10) disposé entre 35 l'arbre de sortie (7) du moteur (5) et l'autre partie 26OO030 d'extrémité (2c) de la crémaillère (2) pour transmettre le couple auxiliaire produit par le moteur à la crémaillère. 2. Système de direction selon la revendica5 tion 1, caractérisé en ce que ledit mécanisme à vis et à écrou (10) comprend ledit arbre de sortie (7) du moteur (5), l'arbre de sortie (7) comportant une gorge hélicoidale (7a) , un écrou à billes (8) monté sur l'arbre de sortie (7) et comportant selon sa cir10 conférence intérieure une gorge hélicoidale (8a) coopérant avec la gorge hélicondale (7a) de l'arbre de sortie (7), et des billes interposées entre lesdites gorges (7a, 8a) de telle sorte que l'écrou (8) se déplace dans la direction axiale de la crémaillère lorsque l'arbre de sortie (7) tourne, l'écrou (8) étant relié à la crémaillère (2). 3. Système de direction selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'arbre de sortie du moteur (5) est disposé sensiblement parallèle à la crémaillère (2) de telle sorte que le couple de l'arbre de sortie (7) est converti par ledit écrou (8) faisant partie du mécanisme vis et écrou (10) pour être transmis à la crémaillère (2) sous forme d'une puissance d'assistance dans la direction axiale de la 25 crémaillère (2). 4. Système de direction selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur (5) est disposé du côté opposé de la crémaillère par rapport au second pignon (14). 5. Système de direction selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un boîtier de crémaillère (4) pour supporter en rotation ledit pignon (1, la) et ledit second pignon (14) et pour supporter de manière mobile axialement la cré35 maillère (2), et en ce que ledit moteur (5) est situé à une position sensiblement centrale selon une direction transversale du bottier de crémaillère (4).