Brevet FR2612480A1 — publié le 19880923

DIRECTION DE ROUES ARRIERE A GLISSEMENT LIMITE POUR VEHICULE A QUATRES ROUES DIRECTRICES La présente invention se rapporte à un dispositif de direction des roues arrière pour un système de direction des roues avant et arrière d'un véhicule, et en particulier à un dispositif de direction des roues arrière d'un type apte à améliorer la maniabilité du véhicule lorsque ses roues arrière sont braquées dans Le sens opposé de celui des roues avant. Différents systèmes de direction des roues avant et arrière ont été proposés. Par exemple, les demandes correspondantes de brevet américain n 822,000, 822,293, 821,998, 822,008, 822,010 et 822,043 revendi- quant la priorité unioniste de la demande de brevet japonais d'origine en date du 24 janvier 1985 décrivent des dispositifs de direction pour des véhicules qui permettent de braquer les roues arrière en relation avec le braquage des roues avant en fonction de la vitesse du véhicule. Selon ces dispositifs, les roues arrière sont généralement orientées dans le même sens, ou ne sont pas orientées du tout, dans un domaine de haute vitesse et sont orientées dans le sens opposé dans un domaine de basse vitesse. Le rapport d'angles de braquage est, par exemple, une fonction continue de la vitesse du véhicule, ce rapport d'angles de braquage prenant une valeur positive ou une relation de même sens, lorsque La vitesse du véhicule est supérieure à une certaine valeur, et prenant une valeur négative -ou relation de sens opposé- lorsque La vitesse du véhicule est inférieure à une certaine valeur, grâce à quoi le comportement du véhicule dans tous les domaines de vitesse peut être amélioré. Par exemple, dans le domaine de basse vitesse, étant donné que les roues arrière sont orientées dans le sens opposé, l'angle de braquage minimum et la différence de rayon intérieur entre les roues intérieures et les roues extérieures (le degré de différence entre les trajets des roues intérieures et des roues extérieures) sont tous deux considérablement réduits et la maniabilité du véhicule, lorsqu'on le conduit dans un garage ou sur une voie étroite et tortueuse, ou lorsque l'on effectue un demi-tour, est augmentée de manière importante. Dans le domaine des hautes vitesses, les réponses dynamiques latérales du véhicule lorsque, par exemple, on change de file de circulation, sont nettement améliorées. Conformément au brevet américain n 4,295,657 délivré au même cessionnaire, les roues arrière sont orientées dans le sens opposé lorsque l'angle de bra- quage est faible, et dans le même sens, lorsque l'angle de braquage est important. Cette structure simplifie le mécanisme de direction des roues arrière et, cependant, permet d'atteindre approximativement le même effet que les systèmes de direction des roues avant et arrière décrits précédemment. Lorsqu'un véhicule équipé de l'un de ces sys- tèmes de direction des roues avant et arrière effectue un virage avec un angle de braquage important dans le domaine de basse vitesse, le glissement latéral des roues affecte fortement la maniabilité du véhicule et il n'est pas suffisant d'orienter simplement les roues arrière en sens opposé pour améliorer la capacité du véhicule à effectuer un virage de faible rayon de bra- quage. Il est en général souhaitable que les centres de courbure du trajet de la roue intérieure et de la roue extérieure coïncident l'un avec l'autre. La rela- tion géométrique de la tringlerie de direction qui permet d'obtenir de tels angles de braquage pour la roue intérieure et la roue extérieure est connue sous le nom de géométrie d'Ackermann et a été largement utilisée dans les systèmes de direction conventionnels de roues avant. Toutefois, dans un dispositif de direction des roues avant et arrière, capable de changer la relation de phase de l'angle de braquage des roues arrière relativement à l'angle de braquage des roues avant à différentes vitesses du véhicule, ou lorsque la grandeur de l'angle de braquage varie, il est dif- ficile de faire coïncider les centres de courbure de chacune des quatre roues l'un avec l'autre à chaque instant. En particulier, les dispositifs de direction des roues arrière des véhicules à quatre roues direc- trices de type conventionnel ne comportent pas de géo- métrie d'Ackermann. Au vu de ces inconvénients de l'art anté- rieur, un premier objet de la présente invention est de fournir un dispositif de direction des roues arrière pour un système de direction des roues avant et arrière dans lequel les angles de glissement latéraux des roues arrière sont minimisés et la maniabilité du véhicule augmentée lorsque les roues arrière sont orientées en sens opposé relativement aux roues avant. Un autre objet de la présente invention est de fournir un dispositif de direction des roues arrière faisant partie d'un système de direction des roues avant et arrière qui est simple à mettre en oeuvre. Conformément à la présente invention, de tels objectifs sont atteints en créant un dispositif de direction des roues arrière pour un système de direction des roues avant et arrière d'un véhicule comportant des roues, dans lequel Les roues arrière sont orientées par Le déplacement de biellettes de liaison reliées à des fusées de roues arrière et situées dans la direction latérale du véhicule dans une relation de phase oppo- sée par rapport aux roues avant au moins dans une certaine condition, caractérisé en ce qu'une paire de lignes imaginaires formées en reliant les points de pivotement entre les bras de fusée et les biel- lettes de liaison aux points correspondants d'inter- section entre un plan horizontal contenant lesdits points de pivotement et les axes de rotation des fusées, lorsqu'elles sont orientées relativement à un châssis du véhicule, se coupent en un point situé en avant d'un axe des roues arrière. Il devient ainsi possible de rendre l'angle de braquage de la roue arrière intérieure supérieur à l'angle de braquage de la roue arrière extérieure et,en choisissant de manière appropriée la géométrie des biellettes, il est possible de faire coïncider approximativement les centres de courbure des roues arrière l'un avec l'autre. Conformément à un aspect particulier de la présente invention, les roues arrière sont orientées dans une relation de phase opposée lorsque l'angle de braquage est supérieur à une certaine valeur ou lorsque la vitesse du véhicule est inférieure à une valeur donnée et, dans les autres cas, sont orientées dans la même relation de phase ou ne sont pas orientées. Conformément à la géométrie décrite ci-dessus, les centres de courbure de la roue intérieure et de la roue extérieure ne peuvent pas coïncider exactement l'un avec l'autre à chaque instant, mais ceci est le cas seulement lorsque l'angle de braquage des roues arrière est tout à fait faible ou lorsque la vitesse du véhicule est très élevée et que les angles de glis- sement des roues arrière ont par conséquent peu d'importance. Dans la mise en oeuvre de la géométrie décrite ci-dessus, les points de pivotement entre les bras de fusée et les biellettes de liaison peuvent être situés soit en arrière soit en avant des points d'intersection entre le plan horizontal 261248n contenant Lesdits points de pivotement et Les lignes passant par Les centres de rotation des fusées lorsqu'elles sont orientées relativement au châssis du véhicule. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre illustratif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, sur lesquelles: - La figure 1 est une vue en perspective représentant le système de suspension et le système de direction d'un véhicule auquel Le dispositif de direction des roues arrière de La présente invention est appliqué; - La figure 2 représente les trajectoires des quatre roues du véhicule lorsqu'il effectue un virage; - La figure 3 représente les relations entre les liaisons faisant partie d'un mode de réalisation du dispositif de direction des roues arrière conforme à la présente invention; et - La figure 4 est une vue en perspective d'un autre mode de réalisation du dispositif de direc- tion des roues arrière conforme à la présente invention. La figure 1 représente de manière générale le système de suspension et le système de direction d'un véhicule à roues avant et arrière motrices auquel un mode de réalisation du dispositif de direction des roues arrière est appliqué. Une colonne de direction 2 qui est reliée au volant de direction du véhicule est reliée à une boite de crémaillère du type à pignon et crémaillère à son extrémité inférieure, et les deux extrémités d'une crémaillère non représentée sur la figure sont reliées aux extrémités intérieures des biellettes de liaison 4 par des joints à rotule. Les autres extrémités, ou extrémités externes, des biel- lettes de liaison 4 sont reliées aux bras de fusée 5 261248C des roues avant respectives 8. Les bras de fusées 5 font saillie des fusées 9 qui supportent les roues avant 8 et sont eux-mêmes montés à leurs extrémités supérieure et inférieure sur des bras supérieur 6 et inférieur 7, respectivement, chacun de ces bras étant relié de manière pivotante au châssis du véhi- cule à son autre extrémité. Un arbre à pignon 10 s'étend vers L'arrière à partir du boîtier de crémaillère 3, et l'extrémité arrière de l'arbre à pignon 10 est connectée, au moyen d'un joint universel 11, à un arbre de liaison 12 qui s'étend jusqu'au dispositif de direction des roues arrière. L'arbre à pignon 10 comporte un pignon (non représenté sur les dessins) qui engrène avec la cré- maillère enfermée dans le bottier de crémaillère 3 et tourne avec un certain rapport d'engrenage lorsque le volant de direction 1 est tourné. Le dispositif de direction des roues arrière comprend un arbre d'entrée 14 qui est relié à l'extré- mité arrière de l'arbre de liaison 12 au moyen d'un joint universel 13, et qui est fixé au châssis du véhi- cule au moyen d'un berceau de support fixé à une partie arrière du châssis du véhicule. L'extrémité arrière de l'arbre d'entrée 14 qui fait saillie vers l'arrière est reliée à une manivelle 16 présentant un bras 16a s'étendant radialement. L'extrémité extérieure selon la direction radiale du bras 16a de la manivelle 16 est reliée aux extrémités internes d'une paire de biellettes de liaison 17 au moyen de joints à rotule. Les extrémités externes des biellettes de liaison 17 sont reliées aux bras de fusées 18 des fusées 22 des roues arrière 21. Les fusées 22 sont montées sur des bras supérieurs 19 et des bras inférieurs 20 à leurs extrémités supérieure et inférieure, respectivement. Ces bras 19 et 20 sont montés de façon pivotante sur le châssis du véhicule à leurs extrémités internes, de manière semblable aux parties correspondantes des roues avant. Les bras inférieurs 20 sont également reliés aux barres de poussée 23, à leurs parties intermédiaires, afin d'augmenter la rigidité des bras inférieurs 20 vis-à-vis des réactions subies par les roues 21 en fonction de la surface de la route. Les fusées 9 et 22 sont montées sur des systèmes de suspension 24 qui comprennent chacun un ressort hélicoidal et un amortisseur hydraulique. Ainsi, lorsque le volant de direction 1 est tourné, les roues avant 8 sont orientées sous l'effet de la force de direction transmise par le mécanisme interne de la crémaillère 3 et des biellettes de liai- son 4 des roues avant 8. Simultanément, le couple de braquage du volant de braquage 1 est également transmis à l'arbre à pignon 10 et ensuite, à l'arbre de liaison 12 et à l'arbre d'entrée 14. Lorsque l'arbre d'entrée 14 est tourné, la manivelle 16 tourne et les roues arrière sont dirigées par les biellettes de liaison 17. Conformément au présent mode de réalisation, la manivelle 16 est fixée à l'arbre d'entrée 14 de telle manière que le bras 16a soit orienté verticalement vers le bas lorsque les roues avant 8 sont dans leur position neutre. A ce moment, les roues arrière 21 sont également dans leur position neutre. Par conséquent, lorsque l'angle de braquage est faible et que le mouvement du bras 16a de la manivelle 16 est limité à l'espace situé en-dessous du plan horizontal qui contient l'axe de symétrie longitudinal de l'arbre d'entrée 14, les roues arrière sont orientées dans le même sens, c'est-à-dire selon la même relation de phase, que les roues avant 8. Toutefois, lorsque l'angle de braquage est grand et que le bras de manivelle 16a est tourné au-dessus du plan horizontal mentionné ci-dessus, les roues arrière 21 sont orien- tées en sens opposé de celui des roues avant 8. Dans cette structure, l'angle de rota- tion de la manivelle 16 relativement à l'angle de braquage du volant de direction 1 peut être choisi librement, par exemple en changeant le rapport d'en- grenage de la crémaillère 3, en changeant la longueur du bras de manivelle 16a, ou en prévoyant des moyens de réduction de vitesse à un endroit convenable dans le trajet de transmission du couple de direction du volant de direction 1 jusqu'aux roues arrière 21 et un rapport d'angles de braquage désiré entre les roues avant et les roues arrière peut ainsi être obtenu à la fois facilement et librement. Le glissement latéral des roues arrière 21 lorsque ces roues arrière 21 sont orientées en sens opposé relativement aux roues avant peut être éliminé si les centres des trajectoires de chacune des quatre roues coïncident l'un avec l'autre au point A (figure 2). Dans ce but, il est nécessaire de déterminer la relation entre l'angle de braquage 61 de la roue intérieure et l'angle de braquage 62 de la roue extérieure, de telle sorte que 61 > 62 à la fois pour la paire de roues avant et pour la paire de roues arrière. La figure 3 représente la relation entre les liai- sons impliquées dans le dispositif de direction des roues arrière du présent mode de réalisation. Les lignes L1 et L2 qui relient les points de pivotement B1 et B2 entre les biellettes de liaison 17 et les bras de fusées 18 aux points correspondants C1 et C2 d'intersection entre un plan horizontal contenant les- dits points de pivotement B1 et B2 et les axes pas- sant par les centres de rotation des fusées 22 des roues arrière 21, lorsqu'elles sont orientées relative- ment à un châssis du véhicule, doivent se couper l'une avec l'autre en un point D situé sur l'axe de symé- trie F3 du véhicule s'étendant parallèlement à l'axe de symétrie axial longitudinal du véhicule se trouvant à l'avant de l'axe de symétrie axial E des roues arrière. En conséquence, l'angle de rotation des bras de fusées 18 de La roue arrière relativement au déplacement 6 l des biellettes de liaison 17 lorsque les roues arrière sont orientées pour prendre la position indiquée en traits interrompus peut être rendu supérieur à l'angle de rotation de la roue extérieure, avec pour conséquence le fait que les trajectoires de rotation représentées sur la figure 2 peuvent être accomplies. Cette tendance est d'autant plus augmentée que le point D se déplace davantage vers l'avant du véhicule,et est réduite lorsque le point D recule en direction de la ligne E. Il y a toutefois une limite à la mesure dans laquelle le point D peut se déplacer en direction de la ligne E lorsque les biellettes de liaison perdent leur capa- cité à diriger les roues arrière 21 d'un angle pra- tique si le point D se rapproche trop de la ligne E. Comme on peut le comprendre aisément à partir de simples considérations géométriques, en variante, les points B1 et B2 peuvent être situés sur la ligne L1 et la ligne L2 entre le point D et les points C1 et C2, respectivement. Ainsi, conformément à la présente invention, les angles de glissement latéraux des roues arrière sont effectivement réduits d'une manière très simple. Conformément au présent mode de réalisation, les angles de glissement des roues arrière à un angle de braquage important ne sont pas pris en considération et peuvent être importants. Toutefois, le problème relatif à la différence entre les centres de rotation des rayons de braquage entre la roue intérieure et la roue extérieure se pose lorsque l'angle de bra- quage est important et, dans une telLe situation, des difficultés considérables peuvent se produire en ce qui concerne la maniabilité du véhicule parce que les pneus des roues arrière sont contraints de glisser de côté à l' encontre de la résistance par friction à laquelle ils sont soumis par la surface de la route. D'autre part, lorsque l'angle de braquage est faible, le glissement latéral des roues arrière n'est pas critique parce que, avec un angle de braquage aussi faible, l'angle de glissement qui ne dépasse pas une fraction de ce dernier est également faible. Un tel angle de glissement faible peut être aisément supporté par le glissement des pneus des roues arrière sans aucun problème. La figure 4 représente un autre mode de réalisation de la présente invention. Ce mode de réalisation est semblable au précédent à l'exception du fait que les extrémités internes des biellettes de liaison sont reliées de manière pivotante à un bloc 25 qui comporte une partie filetée 26. Une tige filetée 27 est vissée dans la partie filetée 26 et peut pivoter sous l'action d'un moteur électrique 28 conformément à un signal de commande délivré par une unité de commande 29. L'unité de commande 29 comporte un microprocesseur qui est relié à divers détecteurs, de telle sorte que les roues arrière peuvent être dirigées par le moteur électrique 28 dans le sens opposé, c'est-à-dire en relation de phase opposée par rapport aux roues avant du véhicule lorsque la vitesse du véhicule est faible, et sont dans les autres cas orientées dans le même sens ou ne sont pas orientées du tout lorsque la vitesse du véhicule est élevée. Dans ce mode de réalisation également, la géométrie 1 1 décrite en référence à La figure 3 se retrouve et la roue intérieure est orientée avec un angle de braquage supérieur à L'angle de braquage de la roue extérieure Lorsque La vitesse du véhicule est basse et que les roues arrière sont orientées en sens opposé de celui des roues avant. REVENDICATIONS 1. Dispositif de direction des roues arrière pour un système de direction des roues avant et arrière d'un véhicule comportant des roues,dans lequel les roues arrière (21) sont orientées par le déplacement de biellettes de liaison (17) reliées à des fusées (22) de roues arrière (21) et situées dans la direction latérale du véhicule dans une relation de phase opposée par rapport aux roues avant (8) au moins dans une certaine condition, caractérisé en ce qu'une paire de lignes imaginaires (L1, L2) formées en reliant les points de pivotement (B1, B2) entre les bras de fusée (18) et les biellettes de liaison (17) aux points correspondants d'intersection (C1, C2) entre un plan horizontal contenant lesdits points de pivotement (B1, B2) et les axes de rotation des fusées (22), lorsqu'elles sont orientées relativement à un châssis du véhicule, se coupent en un point (D) situé en avant d'un axe des roues arrière (21). 2. Dispositif de direction des roues arrière selon la revendication 1, caractérisé en ce que les roues arrière (21) sont orientées dans une relation de phase opposée lorsque l'angle de braquage est supérieur à une certaine valeur et,dans les autres cas, sont orientées dans la même relation de phase ou ne sont pas orientées. 3. Dispositif de direction des roues arrière selon la revendication 1, caractérisé en ce que les roues arrière (21) sont orientées dans une relation de phase opposée lorsque la vitesse du véhicule est inférieure à une certaine valeur et,dans les autres cas, sont orientées dans la même relation de phase ou ne sont pas orientées. 4. Dispositif de direction des roues arrière selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, carac- térisé en ce que les points de pivotement (B1, B2) entre Les bras de fusée (18) et les biellettes de liai- son sont situés en arrière des points d'intersection (C1, C2) entre le plan horizontal contenant les points de pivotement (B1, B2) et les axes de rotation des fusées (22) relativement au châssis du véhicule. 5. Dispositif de direction des roues arrière selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, carac- térisé en ce que les points de pivotement (B1, B2) entre les bras de fusée (18) et les biellettes de liai- son sont situés en avant des points d'intersection (C1, C2) entre le plan horizontal contenant les points de pivotement (B1, B2) et les axes de rotation des fusées (22) relativement au châssis du véhicule.