Brevet FR2616855A1 — publié le 19881223

La présente invention est relative à un distribu- teur hydraulique rotatif pour servomécanisme, en particu- lier pour direction assistée de véhicule. Les dispositifs pour assister la direction d'un véhicule, dans une conception répandue, comprennent une pompe hydraulique, en général une pompe & volume cons- tant entra née par le moteur du véhicule et équipée d'un limiteur de débit, si bien que l'ensemble fournit un débit constant, un réservoir de liquide et un organe moteur d'assistance, qui peut être un vérin. La pompe, le réser- voir et l'organe moteur sont reliés hydrauliquement par l'intermédiaire d'un distributeur rotatif qui répartit la pression entre les deux chambres opposées de l'organe moteur en fonction du couple exercé sur la colonne de direction. La situation du répartiteur est commandée par une barre de torsion intercalée entre la colonne de direc- tion et le bottier de direction, et dont les déformations, sous l'effet du couple, engendrent des déplacements limités d'un élément du distributeur par rapport & un autre, de part et d'autre d'une position symétrique neutre. Un distributeur rotatif de ce type est décrit dans EP-A-0.187.591, il comprend un élément externe, cylindri- que, monté à rotation dans un alésage d'un bottier, et un élément interne, cylindrique, monté & rotation dans un alésage de l'élément externe, et susceptible d'une rota- tion limitée, de part et d'autre d'une position neutre, l'élément externe comprenant des orifices d'entrée traver- sants communiquant avec une source de pression de fluide, au moins une paire d'orifices de distribution communiquant sélectivement avec une des deux chambres opposées d'un organe moteur, et des évidements de retour communiquant en permanence avec le réservoir, l'élément interne présentant pour sa part des rainures longitudinales régulièrement réparties angulairement, et qui, en position symétrique neutre, étranglent dans la même proportion les deux orifi- ces de distribution, et assurent, par ailleurs, une commu- nication permanente entre les orifices d'entrée et les -2- évidements de retour. Un tel distributeur donne satisfaction, cependant, dans certains cas, on désire avoir plus. Pour un couple d'entrée donné, en effet, la position angulaire relative des éléments externe et interne définit le rapport des accès aux deux chambres de l'organe moteur. Comme la pom- pe, avec son limiteur de débit, fournit un débit constant de fluide, la différence de pression entre les chambres de l'organe moteur, qui commande la force d'assistance, est directement liée au couple. Dans certains cas, on souhaite que l'assistance dépende en outre d'un autre paramètre, comme la vitesse ou la charge statique ou dynamique du véhicule. La présente invention a pour but de résoudre ce problème et, plus précisément, de fournir un distributeur du type indiqué plus haut qui permette de faire varier à volonté la force d'assistance, en fonction d'un ou plu- sieurs paramètres choisis, sans cependant augmenter sen- siblement l'encombrement du distributeur ni le prix de revient du circuit d'assistance complet. On a proposé dans EP-0.072.732 de faire varier la différence de pression aux chambres de l'organe moteur en agissant sur la régulation du débit de la pompe, mais cette solution n'est pas très satisfaisante pour des con- siderations d'encombrement et/ou de prix de revient. La présente invention fournit en conséquence un distributeur du type indiqué plus haut, et qui présente pour particularité qu'il est prévu, dans des évidements de retour, ci-après désignés évidements commandés, un organe d'étranglement mobile capable de faire varier, sous l'effet de moyens de commande, la section de passage du retour de fluide entre certaines rainures et les évide- ments commandés. Suivant un mode de réalisation préféré, les évide- ments de retour commandés sont constitués par des échan- crures radiales formées dans une extrémité de l'élément externe, l'organe d'étranglement étant constitué par un manchon coulissant sur l'élément interne et pourvu de --3 -- doigts qui pénètrent dans lesdites échancrures. Dans ce cas, de préférence, les moyens de commande comprennent une pièce susceptible de tourner autour d'un axe perpendiculaire & l'axe de rotation du distributeur, cette pièce portant une surface de came qui coopère avec une partie d'appui du manchon et pouvant être entraînée en rotation par un moteur piloté & partir d'un signal élec- trique de commande, le manchon étant maintenu en appui sur la surface de came par un ressort. Un tel mode de réalisation aboutit & un distribu- teur dont les cotes sont peu différentes de celles de l'art antérieur, et à un circuit d'assistance complet relativement peu coûteux. Il en est de même pour un autre mode de réalisa- tion de l'invention dans lequel les moyens de commande comprennent un piston annulaire associé audit manchon, monté de façon coulissante sur l'élément interne et dans l'alésaoe du bottier pour y définir deux cavités, la pre- mi2re cavité étant en communication d'une part avec les- dits évidements de retour et d'autre part avec ledit ré- servoir au travers de moyens d'étranglement pilotés en fonction d'un signal électrique de commande, la seconde cavité étant en communication libre avec ledit réservoir, des moyens élastiques sollicitant ledit piston vers la position d'étranglement maximum du manchon. L'invention va être décrite plus en détail & l'aide d'exemples pratiques de réalisation, illustrés & l'aide des dessins, parmi lesquels: Figure 1 est une demi-coupe axiale d'un premier mode de réalisation d'un distributeur selon l'invention. Figure-2 est une vue schématique développée de la surface extérieure de l'élément interne, avec, en ti- rets, la position relative des orifices et évidements de l'élément externe quand le distributeur est en position symétrique neutre, la ligne I-I représentant la trace du plan de la figure 1. Figure 3 est un schéma hydraulique d'une installa- tion équipée du distributeur selon l'invention illustré -4 Figure 1. Figure 4 est un diagramme montrant la variation de la pression différentielle d'assistance en fonction du couple, pour différents réglages de l'organe d'étrangle- ment. Figure 5 est une demi-coupe axiale d'un autre mode de réalisation d'un distributeur selon l'invention. Figure 6 est un schéma hydraulique d'une installa- tion équipée du distributeur selon l'invention illustré Figure 5. Le distributeur représenté sur les figures 1 et 2, convenant tout particulièrement pour un système de servodirection de véhicule automobile comprend généralement un bottier de distributeur' 1 comportant intérieurement un alésage 2 dans lequel est monté à rotation un élément de distributeur externe cylindrique 3 destiné à être relié, typiquement, à un pignon (non représenté) engrenant avec une crémaillère de direction. Le bottier 1 comporte, dé- bouchant dans l'alésage 2, un orifice d'admission 4 destiné à être relié à une source de fluide sous pression 5 et, de part et d'autre de l'orifice d'admission 4, des orifices de distribution 6 et 7 destinés à être reliés aux chambres opposées Va et Vb d'un moteur hydraulique d'assistance 8. Les orifices 4, 6 et 7 débouchent dans l'alésage 2 en regard de gorges annnulaires d'admission et de distri- bution séparées de façon étanche les unes des autres for- mées dans la périphérie externe de l'élément de distribu- teur externe 3. L'élément de distributeur externe 3 est formé avec un alésage intérieur 9 dans lequel est monté un élément de distributeur interne cylindrique ou rotor destiné, typiquement, & être relié à un organe de com- mande du distributeur, tel qu'un volant de direction de véhicule (non représenté). L'élément de distributeur interne 10 est solidaire en rotation d'une extrémité d'une barre de torsion 11 s'étendant dans un logement longitudi- nal central 12 de l'élément de distributeur interne 10 et dont l'autre extrémité est solidarisée, par exemple par un pion 13, à l'élément de distributeur externe 3, * 5 - t2616855 - 5 - dans un agencement classique permettant une rotation rela- tive limitée des éléments de distributeur interne 10 et externe 3 l'un par rapport & l'autre pour distribuer sélectivement le fluide sous pression en. provenance de la source 5 vers l'une ou l'autre des chambres Va et Vb du moteur 8. Au voisinage de la zone de liaison entre l'élément de distributeur externe 3 et la barre de torsion 11,r le bottier 1 comporte un orifice de retour 14 débou- chant dans l'alésage 2 et destiné à être relié à un réser- voir de fluide 15. L'élément de distributeur interne 10 comporte, à sa périphérie, six rainures longitudinales angulairement réparties 16, de façon régulière, fermées à leurs extrémi- tés axialement opposées. Ces rainures 16 définissent ainsi entre elles des portées lisses externes de l'élément de distributeur interne 10 coopérant en contact coulissant rotatif avec l'alésage 9 de l'élément de distributeur externe 3. L'élément de distributeur externe 3 comporte une série de trois orifices d'entrée traversants angulai- rement répartis de façon régulière: deux orifices 17a égaux et un orifice 17b plus large, communiquant chacun, dans la position normale de repos ou position neutre du distributeur, avec deux rainures adjacentes 16 de l'élément de distributeur interne 10. Toute la partie de description qui précède est commune au distributeur de l'invention et à celui de EP-A- 0.187.591, document auquel on pourra se rapporter pour plus de détails sur la structure de base du distributeur et son fonctionnement. L'élément de distributeur externe 3 comporte une extrémité axiale amincie 21, du côté droit sur la figure 1, de même diamètre intérieur que le reste de l'élément 3, mais de diamètre extérieur plus faible, et dans laquelle sont formées deux échancrures radiales 18 ouvertes vers la droite de la figure 1. Ces échancrures sont placées angulairement entre deux orifices d'entrée différents 17a et 17b, alors qu'il n'y a pas d'échancrure, entre les deux orifices égaux 17a. - 6 - La profondeur et la largeur des échancrures sont telles que, dans la position symétrique neutre du distri- buteur, chacune d'elles communique avec deux rainures 16E adjacentes, comme on peut le voir à la figure 2. Cette figure montre que deux autres rainures adjacentes 16 ne correspondent pas à une échancrure mais avec un trou bor- gne 31. On verra plus loin comment l'écoulement du fluide y est assuré. On notera que, dans une autre réalisation, le nombre des rainures 16 est de douze. Dans ce cas, il y a quatre échancrures 18. On comprendra que, de façon classique, les orifices d'entrée 17a et 17b et les évidements de retour constitués par les échancrures 18 et le trou 31 définissent ainsi avec les rainures 16 des sections de passage ou restrictions modulables en fonction de la rotation relative entre les éléments de distributeur interne 10 et externe 3 telles que figurées par les zones hachurées e, e', et s et s'. L'élément de distributeur externe 3 comporte en outre des orifices de distribution traversants 19 et 20, tels que représentés, établissant une communication entre les gorges annulaires extérieures sus-mentionnées de l'élément de distributeur externe 3 et des rainures longitudinales adjacentes 16 de l'élément de distributeur interne 10. Un manchon cylindrique 22, de même diamètre inté- rieur que l'élément externe 3, peut tourner par rapport à l'élément interne 10 et coulisse sur lui. Il présente des doigts 23 qui s'engagent dans les échancrures 18 et les obstruent partiellement. Le diamètre extérieur du manchon 22 est le même que celui de l'extrémité amincie 21 de l'élément externe 3, et il comporte, du côté opposé aux doigts 23 une saillie radiale d'entralnement 24, tra- versée par un passage axial 25 d'écoulement du fluide. La saillie 24 coopère avec une surface de came d'entra nement 26. Ici cette surface de came est obtenue en coupant en deux, par un plan axial, un arbre cylindrique d'axe perpendiculaire à l'axe du distributeur. Cet arbre est entrainé en rotation par un moteur M, lui-même commandé - 7 - 5 par un processeur qui reçoit et traite les signaux corres- pondant aux données à prendre en compte, telles que vites- se, charge, etc.. Un ressort 33 pousse la saillie 24 con- tre la surface de came 26. A partir du passage axial 25 du manchon, le fluide s'écoule par un passage radial 27 de l'élément interne jusque dans le logement axial interne 12 de celui-ci. Ce logement 12 communique, & gauche sur la figure 1, avec l'orifice de retour 14 du bottier 1 par un passage radial traversant 28 de l'élément externe 3. De façon avantageuse, l'élément de distributeur interne 10 comporte une extrémité amincie 29 s'étendant dans une cavité de dimension réduite prévue en bout de l'alésage 9 et formée elle-même avec un passage radial traversant 30 sensiblement aligné, en posi- tion neutre, avec le passage radial traversant 28 de l'élément de distributeur externe 3. On a noté plus haut que deux rainures 16 ne cor- respondent pas, en position neutre, à une échancrure. L'écoulement de retour de fluide à partir de ces rainures se fait de la façon suivante: l'extrémité amincie 21 de l'élément externe 3 présente, à la place de l'échan- crure manquante, un trou radial borgne 31 ouvert vers les rainures, de diamètre égal à celui des échancrures 18. En face de ce trou borgne 31, en position neutre, un trou radial traversant 32 est prévu dans l'élément interne et communique avec le logement 12 pour permettre l'écoulement du fluide vers celui-ci. La figure 3 montre le principe de fonctionnement du distributeur. Sur cette figure, D désigne le distribu- teur dans son ensemble, E l'organe d'étranglement consti- tué ici par le manchon et ses moyens-de déplacement, M le moteur d'entra nement du manchon, P le processeur de com- mande. Le distributeur est représenté dans sa position symétrique neutre dans laquelle les restrictions d'entrée et de retour sont sensiblement égales dans chaque branche du distributeur. Par action sur le manchon, les restric- tions s et s' disposées dans les étranglements commandés - 8 - par les doigts 23 sont plus ou moins étranglées au niveau des rainures 16. Ceci provoque, lors d'une mise en oeuvre du distributeur, un changement de la courbe caractéristique donnant la pression d'assistance&P en fonction du couple d'entrée. Un jeu de courbes caractéristiques est montré à la Figure 4, o la caractéristique C1 correspond & l'assistance maximum obtenue pour l'étranglement maximum du manchon et la caractéristique Cn correspond & l'assis- tance minimum obtenue pour l'étranglement minimum du man- chon. Dans le cas d'une application de l'invention aux directions assistées pour véhicules, la courbe Cl est recherchée pour des vitesses faibles ou nulles du véhicule, tandis que la courbe Cn est recherchée pour des vitesses élevées. Il est à noter que les bords adjacents des échan- crures 18 et des doigts 23 peuvent présenter des formes diverses selon le profil recherché pour une courbe carac- téristique d'assistance donnée. Dans le mode de réalisation illustré & la Figure 2, les formes choisies sont semi-cir- culaires et permettent un agencement totalement recouvrant dans la position d'étranaglement maximum du manchon, le retour du fluide vers le réservoir étant assuré par les orifices 31 et 32. Dans une variante non représentée de de l'invention, les orifices 31 et 32 sont remplacés par une échancrure coopérant avec un doigt 23. Cependant, l'agencement est tel qu'en position d'étranglement maximum un passage de retour du fluide vers le réservoir reste assuré. Si on considère le second mode de réalisation de l'invention illustré Figure 5, les éléments correspon- dants à ceux décrits avec le mode de réalisation illustré à la Figure 1 ne seront pas repris en détail. Dans ce second mode de réalisation, le manchon 23 est solidaire d'un piston annulaire 100 coulissant sur l'élément interne 10 et sur l'alésage 2 pour définir dans ce dernier deux cavités 101 et 102. La cavité 101 en communication avec les échancrures 18 est reliée au réservoir 15 au travers de moyens d'étranglement 103 pilotés par un signal élec- 9 2 2616855 trique de commande, par exemple une électrovanne EV. La cavité 102 est reliée directement et librement au réservoir par l'orifice 104. Enfin, un ressort 105 sollicite le piston 100 et le manchon vers la position d'étranglement maximum. Selon le niveau d'étranglement dans la restriction 103, se crée une différentielle de pression donnée entre les cavités 101 et 102. Cette différentielle de pression, contrôlée par le signal électrique de commande, agit sur le piston 100 à l'encontre du ressort 105. Le manchon est alors déplacé jusqu'à une position d'équilibre qui correspond à une courbe caractéristique d'assistance dé- terminée. La Figure 6 montre le schéma hydraulique d'une installation équipée du distributeur illustré à la Figure 5. - 10 - REVENDICATIONS 1. Distributeur hydraulique rotatif pour servo mécanisme, comprenant un élément externe, cylindrique, monté à rotation dans un alésage d'un bottier, et un élé- ment interne, cylindrique, monté & rotation dans un alésage de.l'élément externe, et susceptible d'une rotation limi- tée, de part et d'autre d'une position neutre, l'élément externe comprenant des orifices d'entrée traversants com- muniquant avec une source de pression de fluide, au moins une paire d' orifices de distribution communiquant sélec- tivement avec une des deux chambres opposées d'un organe moteur, et des évidements de retour communiquant en perma- nence avec le réservoir, l'élément interne présentant pour sa part des rainures longitudinales, régulièrement répar- ties angulairement, et qui, en position symétrique neutre, étranglent dans la même proportion les orifices de distri- bution, et assurent par ailleurs une communication perma- nente entre les orifices d'entrée et certains des évide- ments de retour, caractérisé en ce qu'il est prévu, dans des évidements de retour (18), ci-après désignés évidements commandés, un organe d'étranglement mobile (22, 23; 103) capable de faire varier, sous l'effet de moyens de comman- de, la section de passage du retour du fluide entre cer- taines rainures (16) et les évidements commandés (18). 2. Distributeur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les évidements de retour commandés sont constitués par des échancrures radiales (18) formées dans une extrémité de l'élément externe (3), et en ce que l'organe d'étranglement est constitué par un manchon (22) coulissant sur l'élément interne, et pourvu de doigts (23) qui pénètrent dans lesdites échancrures. 3. Distributeur selon la revendication 2, caracté- risé en ce que les moyens de commande comprennent une pièce susceptible de tourner autour d'un axe perpendiculaire à& l'axe de rotation du distributeur, cette pièce portant une surface de came (26) qui coopère avec une partie d'appui (24) du manchon (22) et pouvant etre entraînée en rotation par un moteur (M) piloté à partir d'un signal électrique de commande, le manchon étant maintenu en appui sur la surface de came par- un ressort (33). 4. Distributeur selon la revendication 2, caracté- risé en ce que les moyens de commande comprennent un piston annulaire (100) associé audit manchon, monté de façon cou- lissante sur l'élément interne et dans l'alésage du bot- tier pour y définir deux cavités, la première cavité (101) étant en communication, d'une part, avec lesdits évide- ments de retour (18) et, d'autre part, avec ledit réser- voir (15) au travers de moyens d'étranglement (103) pilo- tés en fonction d'un signal électrique de commande, la seconde cavité (102) étant en communication libre avec ledit réservoir, des moyens élastiques (105) sollicitant ledit piston vers la position d'étranglement maximum du manchon. 5. Distributeur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les moyens de commande sont déplacés par des moyens d'actionnement eux-mêmes contrôlés par un pro- cesseur électronique (P) susceptible de traiter des signaux représentatifs de divers paramètres d'entrée.