Brevet FR2645491A1 — publié le 19901012

DIRECTION ASSISTEE PNEUMATIQUE POUR VEHICULES AUTOMOBILES La présente invention se rapporte à une direction assistée à air en pression ou en dépression du type comprenant: un cylindre de commande muni d'un piston qui circule à l'intérieur, une pompe a air, un capteur de pression qui active ladite pompe, un système de relevé des efforts sur La crémaillère, un bottier de distribution, actionné par la tige même du piston. IL existe divers systèmes de direction assistée à pression ou dépression, parmi lesquels on peut citer le brevet européen n' O 078 878, et les divers brevets relatifs à des perfectionnements dérivant de ce système. Le brevet mentionné précédemment constitue une nouvelle amélioration notable, et it est indépendant des autres brevets cites, dans la mesure o il est fondé sur le relevé direct de l'effort sur le tirant, ce qui assure une simplification importante de l'ensemble. Il suffit de prendre en considération le fait qu'il n'est pas nécessaire de modifier le guide à crémaillère, puisque le capteur de commande est inséré à l'intérieur du piston lui-même. D'autres avantages de l'invention vont apparaître à la lecture de la description qui suit, effectuée avec référence aux Figures, dans lesquelles: la Fig. 1 est le schéma général du système, la Fig. 2 montre une possibilité de réalisation à partir du schéma, avec un capteur pour chaque tête de rotule, la Fig. 3 représente le piston contenant Le clapet différentiel, la Fig. 4 montre Ledit clapet déplacé et en fonctionnement, la Fig. 5 montre le bottier de distribution, la Fig. 6 est ce même bottier déplacé contre la butée, la Fig. 7 est une coupe du capteur de charge, la Fig. 8 est le mémé capteur qu'à La Fig. 7 en - 2 position de charge, la Fig.-9 est le capteur de commande de la pompe, la Fig. 10 est une solution différente, avec un capteur en une seule pièce, la Fig. 11 représente le capteur de la Fig. 10, la Fig. 12 montre le capteur de la Fig. 11 en position de compression, la Fig. 13 représente le piston avec, en son intérieur, le clapet différentiel, la Fig. 14 est la même solution, représentée lorsque le clapet est fermé, la Fig. 15 montre la même solution qu'à la Fig. 10, avec une commande à levier, la Fig. 16 montre une solution avec un cylindre coaxial, la Fig. 17 est une solution de clapet différentiel pour le système de la Fig. 16, la Fig. 18 montre la même Fig. 17 avec le clapet fermé, la Fig. 19 montre le capteur de charge de la Fig. 16, la Fig. 20 montre n'importe lequel des cylindres, depuis la Fig. 1 jusqu'à la Fig. 16, avec un cylindre en tandem. Dans toutes les figures, les éléments ayant la même fonction portent la même référence. En se référant à la Fig. 1, la référence I indique la pompe, la référence 2 s'applique au capteur qui met la pompe 1 en fonctionnement, 3 indique le cylindre de commande, 4 le piston à l'intérieur duquel est monté le clapet différentiel de la Fig. 3, la référence 6 indique le bottier de distribution, 7 la tige du piston, 8 le tube extérieur utilisé pour commander le bottier de distribution, 9 le capteur droit de charge sur le tirant, et 10 le capteur gauche. Dans les Figs. 2, 3 et 4 est représenté en coupe le clapet différentiel inséré dans le piston 4. Il est constitué d'un piston 12 et d'un contrepiston 23, pouvant coulisser par rapport au piston 12. Les deux pistons 12 et 23 sont fixes sur la tige 7, par 2645;91 -3- l'intermédiaire des deux anneaux 28, de manière à pouvoir coulisser et se rapprocher l'un de l'autre; ils sont munis de deux couronnes 13, qui appuient contre un anneau de caoutchouc 18, sur lequel appuient également Les deux couronnes 14 des deux éléments mobiles 15 des clapets différentiels. Les deux éléments mobiles 15 sont dotés d'une garniture en caoutchouc 151. L'anneau en caoutchouc 18 est enfermé dans un anneau 19, de manière à ne pas pouvoir s'étendre vers l'extérieur, et il est donc contraint d'exercer sa pression sur l'élément mobile 15 du clapet différentiel. Les deux éléments 15 du clapet différentiel sont dotés d'un clapet anti-retour, constitué de deux rondelles en caoutchouc 17, maintenues légèrement au contact des trous de passage 120, par les ressorts 26. Lorsque la direction assistée est en fonctionnement, l'air en pression, passant à travers les trous 24 ou 25, agit sur les éléments mobiles 15 et crée le différentiel de pression nécessaire, équilibrant la charge du tube extérieur 8. Le clapet anti-retour a pour fonction de faire transmettre le différentiel de pression sur le clapet concerné - droit ou gauche - puisque, si les clapets étaient fermés, les éléments mobiles 15 seraient isolés et ne détecteraient aucune différence de pression. Le clapet anti-retour a pour fonction de faire ressentir la pression atmosphérique sur l'arrière du clapet intéressé. La tige 7 du piston (voir Figs. 2, 7) est munie d'un tube extérieur 8, auquel est relié le capteur de charge 9, par l'intermédiaire du bras 55. Le capteur de charge est constitué essentiellement parune tête mobile 50, qui peut se dépLacer dans un siège 52, et elle est normalement maintenue en place par un ressort précalibré 53, qui la presse contre le pivot d'arrêt 54. Lorsque la charge dépasse une certaine valeur prédéterminée, la tête de rotule 123 recule (voir Fig. 8) et met le système en fonctionnement. La crémaillère, du côté opposé au côté examiné, est dotée d'un autre capteur de charge 10, semblable au capteur décrit précédemment, et qui est -4 directement relié à la tige 7 du piston, par l'intermédiaire du bras 16. Le capteur 10 détecte la charge qui provient de la partie gauche de la crémaillère, et lorsqu'elle dépasse la valeur de charge prédéterminée, il comprime le ressort et fait coulisser le piston 12 par rapport au contre-piston 23, activant le clapet. Le bottier de distribution est représenté 4aux Figs. 2, et 6. Il est constitué essentiellementparun curseur31 muni de deux couronnes annuLaires 39 et 40, pouvant coulisser par rapport au tube extérieur 8, qui fait butée, d'un côté ou de l'autre, contre les quatre arêtes 33, 34 ou 35, 36. Le curseur est entrainé par le tube 8, avec un moyen de friction 121 adapté, par exemple un élément en caoutchouc ou un anneau métallique, libre par rapport au curseur et pressé contre le tube 8. Le curseur a pour fonction de mettre respectivement en communication la chambre droite ou la chambre gauche avec la pompe; le choix est effectué automatiquement, car, dès que la tige du piston se déplace, le curseur est amené en contact avec les deux arêtes de butée (voir -Fig. 6), respectivement 33 et 35 ou 34 et 36, et l'une ou l'autre des deux chambres est mise en communication avec la pompe, par l'intermédiaire du conduit 43 et de la sortie 38 pour la chambre gauche, et par l'intermédiaire du- conduit 43 et de la sortie 37 pour la chambre droite. Le fonctionnement du système est le suivant. On suppose que l'on veut tourner à gauche; dans ce cas, la tête de rotule de droite est comprimée. Lorsque la charge sur le tirant dépasse une certaine valeur prédéterminée, la tête de rotule de droite recule par rapport à la crémaillère et, par l'intermédiaire du bras 55, comprime le caoutchouc 18 et fait bouger les deux éléments mobiles , jusqu'à ce qu'ils soient mis en contact avec les deux arêtes 21, portées respectivement par la partie fixe du piston et par la partie mobile 23 (voir Fig. 4). Simultanément avec les modalités qui seront décrites dans ce qui suit, la pompe est mise en fonction. De cette manière s'établit un différentiel de pression, qui est inversement proportionnel aux surfaces exposées, d'une part à la pression du caoutchouc, et d'autre part à la pression de l'air. De cette manière se crée un différentiel de pression, qui détermine l'assistance de la direction assistée, proportionnellement à. la charge appliquée au volant. Si l'on inverse le sens de rotation du volant et que l'on tourne vers la droite, la tête de rotule de droite n'est plus comprimée, et s'immobilise contre l'arrêt 54. Cependant, il existe toujours une charge provenant du tirant de gauche, et lorsque ladite charge excède la valeur de précalibrage prédéterminée, le ressort 53 cède et la charge provenant de la gauche comprime le ressort lui-même, et met le dispositif en fonctionnement. Puis le fonctionnement décrit précédemment se répète. A la Fig. 9 est représenté le capteur 2, qui sert à activer la pompe. Ilest constituéessentiellement parun support 130, fermé à l'extrémité opposée par un élément 131 dans lequel coulisse un curseur 136. A l'intérieur du support 130 se déplace une valve 138, munie d'un anneau de caoutchouc 132. Un ressort précalibré 135 maintient l'anneau en caoutchouc contre l'arête 133. Du côté opposé, sur l'élément fixe 131, le curseur 136 est maintenu en position fixe par un ressort 137 précalibré, retenu par un anneau 139, en plastique ou en acier. La valve fonctionne de la manière suivante: l'air qui doit sortir d'une des chambres -du cylindre, à travers le conduit 140, est contraint de traverser le capteur 2. Pour que l'air puisse sortir de la chambre concernée, il doit ouvrir la valve 138, et mettre ainsi en contact l'un avec l'autre les deux contacts 143 et 144, par l'intermédiaire de La cuvette 142. Les contacts sont alors fermés et la pompe est activée; cependant la valve continue de reculer en entraînant le curseur 136, et de cette façon, la valve s'ouvre et permet à l'air de se décharger dans l'atmosphère, par les trous 141. - Une autre solution de commande possible est représentée 2645491. -6- aux Figs. 10, 11, 12, 13 et 14, avec un capteur unique, disposé de préférence du côté opposé à la denture de La crémailLère. En se référant à la Fig. 11, la référence 60 indique la tête de rotule, dans laquelle la rotule 123 est encapsuLée entre l'élément 31 et l'élément 66, avec interposition d'un élément anti-frottement 67. Tout l'ensemble, 61, 66 et 67, peut coulisser à L'intérieur de l'éLément 62 et est maintenu, dans un sens et dans l'autre, par le ressort précalibré 65 et par deux anneaux de maintien 63 et 64. La tête de rotule ne peut bouger, dans un sens ou dans l'autre, que Lorsque la charge sur le tirant excède la valeur précalibrée. De manière classique, une coiffe en caoutchouc 68 protège la tête de rotule de toute pénétration de boue ou de sel. A la Fig. 12 est représentée cette même tôte de rotule en position de retrait. L'élêment 62, fixe sur la crémaillère, est relié par l'intermédiaire du bras 70, au tube extérieur 81; la liaison est réalisée au moyen du filetage 71 et est bloquée par le contre-écrou 72. La tête de rotule 60 est reliée au clapet différentiel, par l'intermédiaire du bras 73 fixé à la tige du piston 80, située à l'intérieur du tube 81. La tige du piston 80 (voir Figs. 13 et 14) est fixée de manière rigide au piston 82, par l'intermédiaire des anneaux de fixation 92, 93. A l'intérieur dudit piston 82 et du contre-piston 83 sont disposés Les anneaux en caoutchouc 84, 85, sur lesquels appuient les deux anneaux métalliques 87. Les anneaux des clapets 88, 89, avec Leurs arêtes 95 et 96, pendant le fonctionnement, butent contre les anneaux en caoutchouc 94, et sont maintenus en contact avec les anneaux en caoutchouc 84, 85, par les ressorts 160. Le tube extérieur 81 est fixé à l'anneau 90 par l'intermédiaire des deux anneaux 86. Un anneau d'étanchéité 97, de type classique, empêche l'air de passer d'un côté à l'autre des deux chambres. Le fonctionnement du dispositif est le suivant: lorsque la charge sur Le tirant dépasse une certaine valeur 7- prédéterminée, on assiste à un déplacement relatif, dans un sens ou dans l'autre, de la tige du piston 80 par rapport au tube extérieur 81 Il découle de ce déplacement relatif une compression de l'anneau en caoutchouc 84 ou 85, d'o il résulte que l'un des deux clapets 88 ou 89 est activé. En supposant que le conducteur tourne ve.rs la droite; dans ce cas, le précalibrage fixé au préalable étant dépassé, la tête de rotule recule vers la droite et l'anneau en caoutchouc de gauche 84 est comprimé (voir Fig. 14). La pression se transmet à l'élément mobile 88 de gauche; celui-ci se déplace et ferme le passage entre l'arête 95 et l'anneau en caoutchouc 94. De cette manière, la pression monte dans le cylindre 98 de droite, et l'effet d'assistance est obtenu. Si, à l'inverse, on tourne vers la gauche, l'anneao de droite 85 est mis en pression, et le fonctionnement décrit précédemment se répète. Il est évident que le choix d'envoyer l'air aux deux chambres, la chambre droite 98 ou la chambre gauche 99, est effectué par le bottier de distribution, tel que cela est décrit et représenté aux Figs. 5 et 6. A la Fig. 15 est représentée une solution équivalente à celle de la Fig. 10, dans laquelle cependant les liaisons avec la tige du piston 80 et le tube extérieur 81 sont réalisées au moyen d'un système à levier, à la place de deux liaisons rigides. Le levier 104 est monté en appui sur un support 100, rigidement fixé au tube extérieur 81, et il s'insère dans une fente 101 prévue sur la tige du piston 80. Sur la tête de rotule 60 est prévue une-gorge 102, analogue à celle de la Fig. 11, qui fait bouger le piston d'un côté ou de l'autre, en fonction du sens de rotation. Une autre alternative au système est représentée par les Figs. 16, 17, 18 et 19, dans lesquelles le cylindre de commande est disposé coaxialement avec l'axe de la crémaillère. Dans ce cas, le piston 4 est directement relié au tube extérieur 81, lequel est à son tour relié à la tête de rotule 150, par l'intermédiaire du filetage 112. L'anneau 90 est relié directement à la crémaiLlère 115. Le capteur de charge est constitué par deux ressorts précalibrés 107 et par: la rondelle 108, fixée au tube extérieur 81, les deux douilles 109, la rondelle 110, la butée 111, la rondelle 106 et Le goujon 105, qui sert pour La fixation de l'ensemble, avec l'écrou 113. Le système fonctionne de la manière suivante: Lorsque le volant est actionné et que La valeur prédéterminée de précalibrage est dépassée, on obtient un déplacement relatif entre la crémailLtére 115 et le tube extérieur 81. En conséquence de ce déplacement relatif, l'anneau en caoutchouc, par exemple l'anneau de gauche, est mis en pression (voir Fig. 10). Le clapet 88, en contact avec l'anneau en caoutchouc 84 en pression, est poussé contre l'anneau en caoutchouc 94- et. le passage entre les deux chambres du cylindre est fermé. De cette manière, la pression augmente dans la chambre 98, proportionnellement à l'effort exercé par la crémaillère, le choix entre une chambre et l'autre chambre étant, comme toujours, effectué par le déplacement du curseur.- A la Fig. 20 est représenté un schéma avec deux cylindres en tandem. Ceci peut s'avérer intéressant dans les cas o des problèmes d'encombrement empêchent l'utilisation d'un cylindre de diamètre suffisant. Dans un tel cas, les liaisons entre les chambres ou avec la pompe doivent être modifiées, sans pour autant engendrer le moindre problème. La Fig. 20 donne un schéma de liaison possible. Il est évident que la commande assistée décrite ci- dessus peut trouver des applications, avec les modifications qui s'imposent, y compris sur les systèmes de guide autres qu'à crémaillère. En outre, elle peut être utilisée dans pratiquement tout mécanisme de commande manuelle, qui nécessite la réduction de l'effort, sans que soit perdue la progressivité de l'effort lui-meme. Bien sOr, les solutions proposées ne le sont qu'à titre d'exemple non limitatif, et elles peuvent être amplement -9- modifiées, sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. -10 - REVENDICATIONS- 1. Direction assitée pneumatique pour véhicules automobiles du type comprenant: un cylindre de commande muni d'un piston qui circule en son intérieur, une pompe à air, un capteur de pression qui active ladite pompe un système de relevé des efforts sur la crémaillère, un bo1ttier de distribution, actionné par la tige même du piston, caractérisée par le fait qu'elle est dotée: a) d'un clapet différentiel, disposé à l'intérieur du piston (4), constituéessentiellement parunanneau (18), en caoutchouc ou en matériau équivalent, pressé par les deux surfaces (13, 14) sur l'une desquelles agit la poussée de la crémaillère (122) et sur l'autre desquelles s'effectue la réaction du clapet différentiel (15), de telle sorte que la surface exposée à la poussée de la crémaillère (122) se trouve dans les limites d'un certain rapport prédéterminé, avec la surface (14) exposée à la pression de l'air; b) d'un boltier de distribution (6) qui, selon le besoin, fait arriver la pression de l'air, dans la partie droite ou dans la partie gauche du cylindre de commande (98, 99); c) d'un système de relevé des efforts. sur la crémaillére, constitué essentiellement par un dispositif mécanique (9, 10) disposé entre la crémaillère (122) et la tète de rotule (50), le tout disposé de telle sorte que lorsqu'une charge supérieure à une certaine valeur prédéterminée agit sur la tète de rotule (50), la tète de rotule recule et comprime l'anneau en caoutchouc (18), faisant ainsi bouger le clapet différentiel de manière à fermer le passage de l'air entre les deux chambres, et à laisser la pression monter dans le cylindre correspondant, le choix entre l'une et l'autre chambre étant déterminé par le déplacement du bottier de distribution, qui bouge dans un sens ou dans l'autre selon que l'on tourne à droite ou à gauche. 2. Direction assistée pneumatique selon la revendication - 11 - 1, caractérisée 'par Le fait que le clapet différentiel est inséré à l'intérieur des deux pistons (12 et 23) et est fermé essentiellement par les éléments suivants: a) deux éléments coulissants (15) munis de deux éléments en caoutchouc (151) et des surfaces (14) qui appuient contre l'anneau en caoutchouc (18), et qui, lorsque l'assistance à la direction est en marche, butent contre les deux couronnes (21) fixes des deux pistons (12 et 23); b) un anneau en caoutchouc (18) ou en matériau équivalent, enfermé dans un anneau (19) en matériau rigide; c) les deux surfaces (13) du piston (12) et du contre-piston (23) qui, elles aussi, poussent contre l'anneau en caoutchouc (18), le tout disposé de telle sorte que la pression qui nait dans l'anneau en caoutchouc par l'effet de la charge du tirant (123), se transmet respectivement aux surfaces (13 et 14) exposées à la pression du caoutchouc, et aux surfaces délimitées par les arêtes (21) des deux pistons (12 et 23) exposées à la pression de l'air provenant de la pompe (1), ce qui génère, de cette manière, une pression proportionnelle au rapport entre les zones des deux surfaces (13 et 14), et restant liée à la charge transmise par le tirant (123) de commande. 3. Direction assistée - pneumatique selon les revendications 1, 2, caractérisée par le fait que le bottier de distribution est constitué d'un anneau (31) doté de deux garnitures annulaires d'étanchéité en caoutchouc (39, 40), le tout étant disposé sur le tube (8) et doté de moyens de frottement (121) adaptés pour permettre l'entratnement par ledit tube (8), lesdites couronnes étant poussées contre dcieux couronnes à arête (33, 35 ou 34, 36), d'un côté ou de l'autre en fonction du sens de déplacement du tube (8), et des passages adaptés (43, 38, ou 43, 37) étant prévus pour l'air en pression, le tout conçu de telle manière que, lors du mouvement de translation du tube (8), les deux couronnes sont déplacées d'un côté ou de l'autre, et mettent ainsi la pompe en communication avec l'une ou l'autre des deux chambres (98 ou 99). - 12 - 4. Direction assistée pneumatique selon la revendication 3, caractérisée par le fait que les arêtes d'étanchéité (33, 35 ou 34, 36) du bottier de distribution sont de diamètre légèrement different, de telle sorte que, lorsque l'anneau s'est approché des deux arttes (33, 35 ou 34, 36), la pression même de l'air tend à le maintenir contre les arêtes. 5. Direction assistée pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que Le système de relevé des efforts sur le tirant est composé d'un capteur unique (60) qui. détecte les déplacements dans les deux sens de mouvement, et est constitué d'une tête de rotule (123) classique encapsulée dans un élément (61) qui peut coulisser par rapport à un élément (62) fixe sur la crémaillère (122), et est reliée à celle-ci par l'intermédiaire d'un ressort (65) précalibrré, qui peut se déplacer dans les deux sens, l'élément mobile (61) et l'élelément fixe (62) sur la crémaillère étant respectivement reliés par deux bras (73, 70) à la tige du piston (80) et au tube extérieur (81), le tout conçu de telle sorte que, par L'effet de la charge sur le tirant (123), la valeur donnée de charge prédéterminée est dépassée, on assiste à un déplacement relatif entre la tige (80) et le tube extérieur (81), et l'effort de la charge sur le tirant (123) se transmet à l'un des deux anneaux en caoutchouc, l'anneau droit ou gauche (84 ou ), et en conséquence de la pression exercée sur l'un des anneaux, l'un des clapets différentiels (clapet droit 89 ou clapet gauche 88) est activé, de telle sorte que la - pression'augmente dans l'une des deux chambres, le choix entre les deux chambres étant effectué, comme toujours, par le curseur du bottier de distribution. 6. Direction assistée pneumatique selon la revendication , caractérisée par le- fait qu'au lieu d'utiliser deux liaisons avec deux bras, est utilisé un seul bras (100), fixé au tube extérieur (81), et un levier (104) monté en appui sur ce même bras (100), qui s'insère dans deux gorges (101 et 102) respectivement prévues sur la tige du - 13 - piston (80) et sur La tête de rotule (60). 7. Direction assistée pneumatiqueselon L'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée par Le fait que le cylindre, avec le piston qui s'y rapporte, est disposé coaxialement, ou presque coaxialement, avec l'axe'de la crémaillère. 8. Direction assistée pneumatique selon L'unequelconque des revendications I à 7, caractérisée par le fait que pour diminuer le diamètre du cylindre, à charge d'assistance égale, on utilise un cylindre en tandem avec deux pistons. 9. Direction assistée pneumatique selon l'unequelconque des revendications 1 à 8, caractérisée par le fait que le dispositif qui active la pompe est constitué essentieLlement par un support (130) à l'intérieur duquel coulisse une valve (138), munie d'une garniture d'étanchéité (132) qui, lorsque le piston -se déplace d'un côté ou de l'autre, oblige l'air à sortir de la chambre concernée, ladite valve, par l'effet de la pression de l'air qui se stabilise, est poussée contre les contacts (143, 144) de la pompe, et active immédiatement cette même pompe, et poursuivant sa course, ouvre la sortie entre l'anneau en caoutchouc (132) de La valve (138) et l'arête (133) de butée de l'anneau en caoutchouc (132), laissant sortir l'air par les trous (141). 10. Direction assistée pneumatique selon l'une quelconque des revendications I à 9, caractérisée par le fait qu'elle est utilisée comme moyen d'assistance pour quelque objectif que ce soit, tel que, par exemple, la commande d'un guide autre qu'à crémaillère, ou la commande d'un changement de vitesse.