Brevet FR2639308A1 — publié le 19900525

La présente invention concerne un système de direction, d'un véhicule automobile, à commande électriquement assistée. Elle vise également un véhicule automobile d'un type quelconque équipé d'un tel système. On contact déjà, d'après par exemple le brevet européen No. O 219 339, un système de direction à commande électriquement assistée comportant une colonne de direction actionnée par un organe de manoeuvre, tel qu'un volant, et accouplée, par un pignon d'entrée, à une crémaillère qui, lors de son déplacement axial et sous l'action de l'organe de manoeuvre, est susceptible d'entratner dans une direction appropriée un ensemble de biellettes, formant timonerie, liées respectivement aux roues directrices du véhicule pour assurer, par rapport à la caisse ou châssis, leur orientation. Par ailleurs, ce système de direction comporte un mécanisme d'assistance qui est associé à la crémaillère et qui est pourvu d'un moteur électrique à double sens de rotation agissant sur un couple vis-écrou à bille. Le moteur électrique est piloté par un dispositif de commande électronique reçevant des informations d'un capteur de couple prévu sur une barre de torsion disposée entre le pignon d'entrée et la colonne de direction. La barre de torsion est élastiquement déformable, sous l'action de l'organe de manoeuvre, au-delà d'un seuil d'effort résistant prédéterminé fourni par les biellettes de direction. Le moteur électrique, quant à lui, sous l'action du dispositif de commande électronique, est susceptible d'entrainer le déplacement en translation de la vis en agissant, par l'intermédiaire d'un système d'engrenage, sur l'écrou à bille, la vis étant par ailleurs mécaniquement solidaire de la crémaillère pour leentraSner axialement, par traction ou par poussée, pour vaincre ledit effort résistant des biellettes de direction. Ce dispositif, en faisant appel à des moyens électroniques et en prévoyant une barre de torsion entre le pignon d'entrée et la colonne de direction, est d'une conception sophistiquée et coûteuse. De plus, il ne permet pas de doser efficacement l'action d'assistance du moteur électrique sur la crémaillère, ce qui entraîne des irrégularités d'effort perceptibles par le conducteur et nuisibles au confort général de conduite. Ainsi, la présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un système de direction efficace, de conception simple et capable d'assurer une sensation de conduite agréable tout en garantissant un niveau de sécurité optimal. A cet effet, l'invention a pour objet un système de direction d'un véhicule automobile à commande notamment électriquement assistée, et du type comprenant une colonne de direction actionnée par un organe de manoeuvre et accouplée par un pignon d'entrée à une crémaillère susceptible, lors de son déplacement axial et sous l'action de l'organe de manoeuvre, d'entratner dans une direction appropriée une timonerie à biellettes assurant l'orientation des roues directrices du véhicule, un mécanisme d'assistance associé à ladite crémaillère et pourvu d'un moteur électrique à double sens de rotation agissant sur un couple vis-écrou à bille, ce moteur électrique étant piloté par un élément de commande associé à un moyen élastiquement déformable, sous l'action de l'organe de manoeuvre, au-delà d'un seuil d'effort résistant prédéterminé des biellettes de direction, ledit moteur électrique étant, par ailleurs1 susceptible d'entraîner le déplacement en translation de la vis pour assister celui de ladite crémaillère, caractérisé en ce que la crémaillère est montée mobile en translation par rapport à la vis qui est axialement solidaire des biellettes de direction pour les diriger dans un sens approprié, ladite crémaillère étant susceptible de se déplacer axialement par rapport à la vis lors de la déformation du moyen élastique pour commander l'action du moteur électrique au-delà du seuil d'effort résistant prédéterminé fourni par les biellettes de direction, tandis que le moteur électrique est susceptible d'entraîner le déplacement axial de la vis par l'intermédiaire d'au moins un mécanisme d'embrayage progressivement engageable sous l'action de la crémaillère, de façon proportionnelle audit effort résistant. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la crémaillère est montée mobile en translation dans un carter qui est déplaçable par rapport à la structure du véhicule, sous l'action de ladite crémaillère et de la vis, ladite vis étant mécaniquement liée en translation audit carter déplaçable auquel sont d'une part liées lesdites barres de direction, et d'autre part intégrés le moteur électrique et le mécanisme d'embrayage. On précisera encore ici que le moyen élastique est fonctionnellement interposé entre le carter déplaçable et la crémaillère, la vis étant montée mobile en rotation dans ledit carter tandis que l'écrou à bille est bloqué axialement et angulairement par rapport à la structure du véhicule. On précisera aussi que le mécanisme d'embrayage est un embrayage à friction monté libre en rotation sur ladite crémaillère en pouvant sensiblement coulisser sur celle-ci, ladite crémaillère étant susceptible de provoquer l'engagement progressif du mécanisme d'embrayage par poussée axiale ou traction sur celui-ci. Suivant encore une autre caractéristique, le mécanisme d'embrayage est constitué, d'une part par une roue dentée en prise avec un pignon d'entraînement qui est mécaniquement solidaire du moteur électrique et qui est doté d'un disque d'embrayage, et d'autre part par une bague de friction qui est destinée à coopérer avec le disque d'embrayage et qui est liée à la vis par un dispositif d'accouplement assurant l'entraînement permanent en rotation de la vis et permettant par rapport à celle-ci le déplacement axial de la bague de friction. Par ailleurs, le dispositif d'accouplement est constitué par des doigts axialement saillants, disposés latéralement sur la bague de friction et engagés dans des évidements correspondants ménagés dans un moyeu axialement et angulairement bloqué sur la vis. Mais d'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, et dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe très schématique d'un système de direction selon l'invention, représenté lors de l'orientation vers la gauche des roues directrices du véhicule ; - la figure 2 est une vue en coupe similaire à la figure 1, mais représentant le système selon l'invention lors de l'orientation vers la droite de ces mêmes roues directrices, et - la figure 3 est une vue de dessus du système selon l'invention, représentant un autre mode de réalisation de l'agencement des biellettes de direction. En se référant aux figures 1 et 2, un système de direction selon l'invention est pourvu d'un dispositif de commande 1 comprenant une colonne de direction 2 qui, d'une part est actionnée par un organe de manoeuvre ou volant 3, et qui, d'autre part1 est liée à un pignon d'entrée 4, lui-même accouplé à une crémaillère 5 axialement déplaçable. La colonne de direction 2 et la crémaillère 5 sont respectivement supportées mobile en rotation et librement coulissante dans un carter fixe 6 lié à la structure 7 du véhicule, non représenté, par exemple par un ou plusieurs systèmes vis-écrou 8. La crémaillère 5 est, par ailleurs, montée coulissante dans un alésage d'un carter axialement déplaçable 9, en étant liée en rotation à celui-ci, par exemple, par une liaison clavetée 10. Le carter 9 est lié en translation à la crémaillère 5 par l'intermédiaire d'un moyen élastique 11 à seuil d'effort, constitué par ressort hélicoïdal de compression. Le moyen élastique 11 est monté de façon coaxiale à la crémaillère 5 entre deux rondelles d'extrémité 12 et 13 qui, en étant aptes à se translater, d'une part par rapport au carter 9, et d'autre part par rapport à la crémaillère 5, peuvent venir en appui du côté de leur face opposée au moyen élastique 11, respectivement sur un épaulement 14, 15 de la crémaillère 5 et sur un épaulement 16, 17 du carter déplaçable 9. D'autre part, on remarquera que le carter déplaçable 9 est mécaniquement lié à des biellettes de direction 20, formant timonerie, respectivement articulées sur des pivots 21 des roues directrices 22 du véhicule, dont une seulement a été ici représentée. Le système de direction selon l'invention comporte de plus un mécanisme d'assistance 30 du dispositif de commande 1, et plus particulièrement de la crémaillère 5, pourvu d'un moteur électrique 31 à double sens de rotation monté sur le carter déplaçable 9 et piloté par un élément de commande 32, tel qu'un système de distribution électrique. Le moteur électrique 31 est susceptible d'entraîner, par l'intermédiaire de deux mécanismes d'embrayage 33 et 34, montés en série, le déplacement en translation d'une vis 35, montée angulairement mobile par rapport au et dans le carter déplaçable 9, par l'intermédiaire d'un palier, formé par exemple par un roulement à bille 36. La vis 35, par l'intermédiaire du palier 36, est montée solidaire en translation du carter déplaçable 9, tandis qu'elle est associée à un écrou à bille 37 qui est lui monté fixe, axialement et angulairement, par rapport à la structure 7 du véhicule. Le premier, 33, des deux mécanismes d'embrayage est un embrayage à friction constitué, d'une part par une roue dentée 40 qui est dotée d'un disque d'embrayage 41 et qui est en prise avec un pignon d'entraînement 42 monté fou sur un axe d'entraînement 43 du moteur électrique 31, et d'autre part par une bague de friction 44 destinée à coopérer avec le disque d'embrayage 41. La bague de friction 44 est lié en rotation à la vis 35 par l'intermédiaire d'un dispositif d'accouplement 45 constitué par des doigts axialement saillants disposés latéralement sur la bague de friction 44 et engagés dans des évidements correspondants ménagés dans un moyeu 46 axialement et angulairement bloqué sur la vis 35. Le dispositif d'accouplement 45 assure, lors de l'engagement des mécanismes d'embrayage 33 et 34 et lors de l'alimentation du moteur électrique 31, l'entraînement permanent en rotation de la vis 35. De plus, ce dispositif d'accouplement 45 permet, par rapport à la vis 35, le déplacement axial de la bague de friction 44. Par ailleurs, on précisera que le premier mécanisme d'embrayage 33 est monté libre en rotation sur la crémaillère 5 en pouvant sensiblement coulisser, par un jeu axial, sur celle-ci. De plus, la crémaillère comporte deux butées axiales 50 et 51 constituées par des butées à aiguilles disposées de part et d'autre du premier mécanisme d'embrayage 33. La première, 50, de ces butées, est asscociée à la roue dentée 40 et elle peut être sollicitée (figure 1) axialement par un épaulement 52, prévu sur la crémaillère 5, lors de l'application d'un effort de poussée F1 fourni par celle-ci, pour venir en appui contre la roue dentée 40 et pour amener la bague de friction 44, par l'intermédiaire du disque d'embrayage 41, contre le moyeu 46 qui forme moyen de réaction. La deuxième butée 51, quant à elle, est axialement solidaire de l'extrémité libre de la crémaillère qui est logée dans le moyeu 46 et elle peut venir en appui (figure 2) contre la bague de friction 44 lors de l'application d'un effort de traction F2 fourni par la crémaillère 5, pour amener la roue dentée 40, et plus particulièrement la première butée 50, par l'intermédiaire du disque d'embrayage 41, en appui contre une face 53 du carter déplaçable 9, formant moyen de réaction correspondant. Le deuxième mécanisme d'embrayage 34 ou mécanisme d'embrayage supplémentaire, est un mécanisme d'embrayage centrifuge, et est monté sur l'axe d'entraînement 43 du moteur électrique 31 qui est disposé parallèlement à l'axe géométrique X de l'ensemble vis 35crémaillère 5. Le mécanisme d'embrayage supplémentaire 34 est disposé entre l'axe d'entraînement 43 et le pignon d'entraînement 42, si bien qu'il assure la rotation du pignon d'entraînement 42 lors de i'action dans un sens ou dans un autre du moteur électrique 31, et la rotation de la vis 35 lorsque le premier mécanisme d'embrayage 33 est engagé. Toutefois, lors d'une défaillance éventuelle ou du blocage du moteur électrique 31, le mécanisme d'embrayage supplémentaire 34 permet la libre rotation du pignon 42 sur l'axe d'entraînement 43, et donc la libre rotation de la vis 35 quand le premier mécanisme d'embrayage est engagé. On précisera aussi que l'écrou à bille 37 est fixé à la structure 7 du véhicule par l'intermédiaire d'un tube de liaison 60, par exemple embouti, qui est fixé à la structure 7 par un système vis-écrou 61 et dans lequel peut coulisser un palier 62 constitué, par exemple, par un ou deux roulements à bille solidaires axialement de la vis 35. De plus, le carter déplaçable 9 est pourvu d'un tube de guidage 63, par exemple embouti, qui est fixé par une extrémité libre au carter 9 et qui est, par une autre extrémité libre, susceptible de coulisser sur le tube de liaison 60. Le fonctionnement du système de direction selon l'invention est le suivant. Lors du fonctionnement normal, non assisté, du dispositif de commande 1, la crémaillère 5, par son déplacement dans un sens ou dans un autre, entraîne le déplacement des biellettes de direction 20, notament par l'intermédiaire du moyen élastique 11 et du carter déplaçable 9 lorsque l'effort résistant F3 des biellettes de direction 20 n'est pas supérieur au tarage du moyen élastique 11 qui est, comme on le comprendra, fonctionnellement interposé entre le carter déplaçable 9 et la crémaillère 5. Lors de son fonctionnement normal ou non assisté, le carter déplaçable 9 sollicite axialement la vis 35 qui par sa liaison avec l'écrou 37 tourne dans le et par rapport au carter 9. Le moyen élastique 11 n'étant pas comprimé, il ne se produit aucun déplacement axial relatif entre le carter 9 et la crémaillère 5, si bien qu'un dispositif de déclenchement 70 qui est prévu entre la crémaillère 5 et le carter 9 laisse l'élément de commande 32 à l'état de repos, le moteur électrique 31 ne reçevant de celui-ci aucune alimentation. Par ailleurs, étant donné que la crémaillère 5 ne sollicite ni la butée à aiguilles 50 et ni la butée à aiguilles 51, le premier embrayage à friction 33 reste à l'état débrayé ou non engagé, ce qui isole mécaniquement le moteur électrique 31 de la vis 35, et ce qui empêche toute action intempestive du moteur électrique 31 sur celle-ci. En se reportant désormais uniquement à la figure 1, on remarquera que lors de l'application d'un effort de poussée F1 fourni par la crémaillère 5, correspondant à l'orientation vers la gauche des roues directrices 22 du véhicule, et lors de l'apparition d'un effort résistant F3 des roues directrices, supérieur au tarage du moyen élastique 12, la crémaillère 5 comprime le moyen élastique 11 en se déplaçant axialement par rapport au carter déplaçable 9 et par rapport à la vis 35. Ainsi, les éléments de contact du dispositif de déclenchement 70 se rapprochent pour fermer un premier circuit d'alimentation 71 permettant, par l'intermédiaire de l'élément de commande 32, la rotation dans un sens approprié du moteur électrique 31. De plus, le déplacement axial de la crémaillère 5, par rapport au carter 9 et par rapport la vis 35, entraîne une application de l'effort de poussée F1, par l'intermédiaire de 11 épaulement 52 et de la première butée à aiguilles 50, sur la roue dentée 40 et donc sur le premier mécanisme d'embrayage 33 qui s'engage progressivement et de façon proportionnelle à l'effort résistant F3, ce qui permet d'entraîner la vis 35 de façon corrélative et d'assurer par l'intermédiaire du carter déplaçable 9, un dosage précis de l'action d'assistance sur les biellettes de direction 20. Dans le cas contraire (figure 2), c'est-à-dire lors de l'application d'un effort F2 de traction sur la crémaillère 5, permettant, par exemple, l'orientation vers la droite des roues directrices 22 du véhicule, et lors de l'application par les biellettes de direction 20 d'un effort résistant F3 supérieur au tarage du moyen élastique 11, la crémaillère 5 se déplace de nouveau par rapport au carter déplaçable 9, entraînant la connexion des éléments de contact du dispositif de déclenchement 70, ce qui ferme un autre circuit d'alimentation 72 permettant, par l'intermédiaire de l'élément de commande 32, la rotation dans un sens approprié du moteur électrique 31. Par ailleurs, comme dans le cas précédent, le déplacement relatif entre la crémaillère 5 et le carter déplaçable 9, et plus particulièrement le déplacement axial relatif entre la crémaillère 5 et la vis 35, entraîne, par l'intermédiaire de la deuxième butée à aiguilles 51, l'application de l'effort de traction F2 sur la bague de friction 44, ce qui provoque l'engagement progressif du premier mécanisme d'embrayage 33, cette engagement permettant à la vis 35, par l'intermédiaire du moteur électrique 31, de fournir à la crémaillère 5, une assistance sur les biellettes de direction 20 grâce au carter déplaçable 9, proportionnelle à l'effort résistant F3. On comprendra donc que, grâce à sa disposition dans laquelle, d'une part la crémaillère 5, qui est axialement solidaire, par l'intermédiaire du carter déplaçable 9, des biellettes de direction 20 pour les diriger dans un sens approprié, peut se déplacer axialement par rapport à la vis 35 lors de la déformation du moyen élastique 11 pour commander l'action du moteur électrique 31 au-delà du seuil d'effort résistant prédéterminé F3 fourni par les biellettes de direction, et dans laquelle d'autre part, le mécanisme d'embrayage 33, qui est progressivement engageable sous l'action de la crémaillère 5 de façon proportionnelle audit effort résistant, est disposé entre le moteur électrique 31 et la vis 35, le système selon l'invention permet de doser de façon précise l'action d'assistance de la vis 35 sur les biellettes de direction 20 sans à- coup ni aucune irrégularité d'effort perceptible par le conducteur. En se reportant à la figure 3, dans un autre mode de réalisation dans laquelle la structure et le fonctionnement du dispositif de commande 1 et du mécanisme d'assistance 30 sont identiques à celui du mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, on a articulé les biellettes de direction 20 respectivement à une barre 20a attelée sur le carter déplaçable 9 dans une chape 20b et montée coulissante dans un palier 20c fixé à la structure du véhicule. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés et qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. REVENDICATIONS 1. Système de direction, d'un véhicule automobile, à commande notamment électriquement assistée et du type comprenant une colonne de direction (2) actionnée par un organe de manoeuvre (3)et accouplée, par un pignon d'entrée (4) à une crémaillère (5) susceptible, lors de son déplacement axial et sous l'action de l'organe de manoeuvre 3, d'entraîner dans une direction appropriée une timonerie à biellettes (20) assurant l'orientation des roues directrices (22) du véhicule, un mécanisme d'assistance (30) associé à ladite crémaillère (5) et pourvu d'un moteur électrique (31) à double sens de rotation agissant sur un couple vis (35) - écrou à bille (37), le moteur électrique (31) étant piloté par un élément de commande (32,70) associé à un moyen élastiquement déformable, sous l'action de l'organe de manoeuvre (3), au-delà d'un seuil d'effort résistant (F3) prédéterminé des biellettes de direction (20), ledit moteur électrique (31) étant par ailleurs susceptible d'entraîner le déplacement en translation de la vis (35) pour assister celui de ladite crémaillère (5), caractérisé en ce que la crémaillère (5) est montée mobile en translation par rapport à la vis (35) qui est axialement solidaire des biellettes de direction (20) pour les diriger dans un sens approprié, ladite crémaillère (5) étant susceptible de se déplacer axialement par rapport à la vis (35) lors de la déformation du moyen élastique (11) pour commander l'action du moteur électrique (31) au-delà du seuil d'effort résistant prédéterminé (F3) fourni par les biellettes de direction (20), le moteur électrique (31), étant, par ailleurs, susceptible d'entraîner le déplacement axial de la vis (35) par l'intermédiaire d'au moins un mécanisme d'embrayage (33) progressivement engageable sous l'action de la crémaillère (5) de façon proportionnelle audit effort résistant (F3). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la crémaillère (5) est montée mobile en translation dans un carter (9) déplaçable par rapport à la structure (7) du véhicule, sous l'action de la crémaillère (5) et de la vis (35),ladite vis (35) étant mécaniquement liée en translation audit carter déplaçable (9) auquel sont d'une part liées lesdites barres de direction (20), et sont, d'autre part, intégrés le moteur électrique (31) et le mécanisme d'embrayage (33). 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen élastique (11) est fonctionnellement interposé entre le carter déplaçable (9) et la crémaillère (5), ladite vis (35) étant mobile en rotation dans ledit carter déplaçable (9) tandis que l'écrou à bille (37) est bloqué axialement et angulairement par rapport à la structure (7) du véhicule. 4. Système selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le mécanisme d'embrayage (33) est un embrayage à friction, monté libre en rotation sur ladite crémaillère (5) en pouvant sensiblement coulisser sur celle-ci, ladite crémaillère (5) étant susceptible de provoquer l'engagement progressif du mécanisme d'embrayage (33) par poussée axiale ou traction sur celui-ci. 5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que le mécanisme d'embrayage (33) est constitué, d'une part par une roue dentée (40) en prise avec un pignon d'entraînement (42) qui est mécaniquement solidaire du moteur électrique (31) et qui est doté d'un disque d'embrayage (41), et d'autre part par une bague de friction (44) qui est susceptible de coopérer avec le disque d'embrayage (41) et qui est liée à la vis (35) par un dispositif d'accouplement (45) assurant l'entraînement permanent en rotation de la vis (35) et permettant par rapport à celle-ci le déplacement axial de la bague de friction (44). 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif d'accouplement est constitué par des doigts axialement saillants disposés latéralement sur la bague de friction (44) et engagés dans des évidements correspondants ménagés dans un moyeu (46) axialement et angulairement bloqué sur la vis (35). 7. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la crémaillère (5) comporte deux butées axiales (50, 51) constituées par des butées à aiguilles qui sont disposées respectivement de part et d'autre du mécanisme d'embrayage (33), la première (50) étant sollicitée par un épaulement (52) prévu sur la crémaillère (5), lors d'un effort de poussée (F1) fourni par celle-ci, pour amener la bague de friction (44) en appui contre le moyeu (46) qui forme moyen de réaction correspondant, la deuxième (51) étant axialement solidaire d'une extrémité libre de la crémaillère (5), logée dans le moyeu (46), pour venir coopérer avec la bague de friction (44) lors de l'effort de traction (F2) fourni par ladite crémaillère (5) et pour amener la roue dentée (40) par l'intermédiaire de la première butée (50) en appui contre une face (53) du carter déplaçable (9) formant moyen de réaction correspondant. 8. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen élastique (11) est constitué par un ressort hélicoïdal de compression disposé de façon coaxiale à la crémaillère (5) entre deux rondelles d'extrémité (12, 13) aptes à se translater respectivement par rapport au carter déplaçable (9) et par rapport à la crémaillère (5), les rondelles (12, 13), du coté opposé au ressort (11), pouvant venir en appui respectivement sur un épaulement (14,15) de la crémaillère (5) et sur un épaulement (16, 17) dudit carter déplaçable (9). 9. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mécanisme d'assistance (30) comporte un mécanisme d'embrayage supplémentaire (34), de préférence centrifuge, disposé entre le moteur électrique (31) et la vis (35), ce mécanisme supplémentaire d'embrayage (34) permettant la rotation libre de la vis (35) lors d'une défaillance éventuelle du moteur électrique (31). 10. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que le mécanisme supplémentaire d'embrayage (34) et monté sur l'axe d'entraînement (43) du moteur électrique (31), qui est disposé de façon parallèle à l'axe géométrique (X) de l'ensemble vis-crémaillère, entre ledit axe d'entraînement (43) et le pignon d'entraînement (42) qui est monté fou sur cet axe. 11. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les biellettes de direction (20) sont respectivement articulées à une barre (20a) attelée sur le carter déplaçable (9) et coulissantes dans un palier (20c) fixé à la structure du véhicule. 12. Véhicule automobile, équipé d'un système selon l'une quelconque des revendications 1 à 11.