Brevet FR2658148A1 — publié le 19910816

DISPOSITIF D'ASSISTANCE DE DIRECTION DE VEHICULE AUTOMOBILE OU EOUIVALENT La présente invention est relative à l'ensemble mécanique de direction d'un véhicule automobile ou équivalent auquel on adjoint un dispositif d'assistance en gardant la structure mécanique originale essentielle volant, colonne ou axe de direction, crémaillère et biellettes de roues. Les dispositifs d'assistance connus à ce jour ont pour fonction de tendre à annuler le couple de torsion exercé par le conducteur sur la colonne de direction du véhicule ; ces dispositifs font appel à différentes sources d'énergie, hydraulique ou pneumatique, des vérins hydrauliques ou pneumatiques commandés par des valves proportionnelles ou à tout ou rien. Des dispositifs électromécaniques existent également qui transforment totalement la structure conventionnelle volant-colonne de direction-crémaillère, laquelle équipe la quasi-totalité des véhicules automobiles ou équivalents. La présente invention a pour but de proposer un dispositif d'assistance de direction fonctionnant sur le même principe de base, mais qui s'adapte sans modifications essentielles sur la structure mécanique existante du véhicule. L'avantage est une simplification du montage et des coûts. La présente invention a donc d'abord pour objet un dispositif d'assistance de direction de véhicule automobile ou équivalent, susceptible de s'adapter sur la colonne de direction dudit véhicule, caractérisé par le fait qu'il comporte un élément immobilisé en rotation par rapport à la colonne et transversalement sur celle-ci, et supportant, d'une part, un moteur électrique d'assistance à deux sens de rotation, et son dispositif d'alimentation commandé par un calculateur, et d'autre part, les deux sondes d'un capteur du couple de torsion exercé par le conducteur sur ladite colonne de direction, chacune des sondes étant portée par un palier qui fait partie de l'élément support et dans lequel peut tourner ladite colonne de direction. Selon l'invention, les deux sondes sont fixes l'une par rapport à l'autre et pourront mesurer le décalage angulaire dû au couple de torsion exercé par le conducteur sur la colonne. De plus, les deux sondes sont avantageusement disposées avec une distance suffisante l'une de l'autre pour obtenir un déphasage de leurs signaux significatif et facilement mesurable. De préférence, le capteur est du type magnétique, les sondes coopérant avec des roues multipolaires aimantées de structure magnétique identique, montées sur la colonne de direction. Dans un mode de réalisation particulièrement intéressant, les sondes sont des sondes à effet Hall linéaires. L'invention n'est cependant aucunement limitée au type de capteur précité et on peut utiliser n'importe quel capteur selon les techniques bien connues de l'homme du métier. Conformément à un mode de réalisation particulier, les signaux électriques des sondes sont avantageusement analysés par le calculateur qui en mesure le déphasage, lequel est proportionnel au couple de torsion exercé sur la colonne de direction. Le moteur électrique d'assistance peut être alimenté à vitesse variable avec limitation de couple grâce à un dispositif électronique du type hacheur, lequel est commandé par le calculateur, le couple fourni par le moteur étant fonction, d'une part, du couple de torsion mesuré par les capteurs et, d'autre part, du coefficient d'assistance que l'on veut appliquer. Selon une autre caractéristique préférée, l'une des deux roues multipolaires aimantées est réglable en position angulaire pour être en phase magnétique avec l'autre roue multipolaire, selon le résultat d'une comparaison effectuée par le calculateur, l'égalité pouvant être signalée par un voyant. Conformément à un premier mode de réalisation particulièrement avantageux, l'élément-support supporte ou constitue le stator du moteur, dont le rotor est rendu solidaire de la colonne de direction, l'une des roues multipolaires aimantées étant constituée par la partie d'extrémité des aimants dudit rotor, qui se trouve en regard de la sonde associée, le couple d'assistance exercé par le moteur s'exerçant au niveau ou en aval du capteur de couple exercé par le conducteur. Dans ce mode de réalisation, de façon avantageuse, l'une des sondes est portée extérieurement au support par un palier formé par celui-ci, du côté du volant, et coopère avec la roue multipolaire aimantée indépendante des aimants du rotor, l'autre sonde étant portée par un flasque venant se fixer sur le stator et étant monté sur un prolongement du rotor, à l'opposé du volant, avec interposition d'un roulement à billes. Conformément à un second mode de réalisation, le moteur d'assistance est, en position d'assistance, disposé sensiblement parallèlement à la colonne de direction et est accouplé mécaniquement à celle-ci par deux pignons dentés ou à friction, qui transmettent le couple d'assistance dû au moteur, la mise en contact des deux pignons étant effectuée par l'excitation d'un électroaimant sur commande du calculateur. Enfin, le dispositif selon l'invention peut comprendre des moyens pour désaccoupler le moteur d'assistance. Dans le cas du premier mode de réalisation précité, les moyens de désaccouplement sont avantageusement constitués par un ressort comprimé en position d'assistance, ledit ressort étant monté de façon à repousser un bras solidaire du véhicule et assurant l'immobilisation en rotation par rapport à la colonne, ledit bras portant une des parties d'une connexion électrique débrochable alimentant le dispositif d'assistance en énergie électrique, ledit bras pouvant par ailleurs comporter une commande manuelle. Dans le cas du second mode de réalisation précité, les moyens de désaccouplement sont avantageusement constitués par un ressort comprimé en position d'assistance alors que l'électro-aimant est excité, la non-excitation de l'électro-aimant provoquant le désaccouplement du moteur ou bien des moyens étant prévus pour assurer manuellement un tel désaccouplement, de tels moyens empêchant la mise en rotation de l'ensemble d'assistance autour de la colonne. Pour mieux illustrer l'objet de l'invention, on va décrire maintenant, à titre d'exemples purement illustratif et non-limitatifs, deux modes de réalisation représentés sur le dessin annexé. Sur ce dessin - la Figure 1 est une représentation schématique partiellement en coupe d'un dispositif d'assistance de direction conforme à un premier mode de réalisation de la présente invention, en position d'assistance la Figure 2 est une vue en coupe selon II-II de la Figure 1 - la Figure 3 est une vue analogue à la Figure 1, d'un dispositif d'assistance de direction conforme à un second mode de réalisation de la présente invention, également en position d'assistance ; et - la Figure 4 est une vue en coupe selon IV-IV de la Figure 3, à ceci près que le bras de manoeuvre est représenté en position de non-assistance. Si l'on se réfère à la Figure 1, on voit que l'on a désigné par 1, dans son ensemble, un dispositif d'assistance de direction d'un véhicule automobile. La commande de direction du véhicule comprend, de façon classique, une colonne 2 à une extrémité de laquelle est fixé le volant 3 du véhicule par un écrou 4. La colonne 2 traverse le rotor 5 d'un moteur 6 de type synchrone autopiloté, ledit rotor 5 étant claveté en 7 sur ladite colonne 2 et comportant, à sa périphérie, des aimants permanents 8 de polarité successivement Nord et Sud, lesquels entourent le rotor 5. Le stator 9 se termine, du côté du volant 3, suivant un palier 10, dans lequel peut tourner la colonne 2 avec interposition d'un roulement à billes 11, et il porte, du côté opposé au volant 3, une bride 12 dans laquelle peut tourner un prolongement 5a du rotor 5 portant la clavette 7, avec interposition d'un roulement à billes 13. Le palier 10 constitue extérieurement le logement, d'une part, d'un calculateur 14, et, d'autre part, d'un hacheur de puissance 15, alimentant le bobinage 9a du stator 9, les séquences du hacheur 15 étant issues du calculateur 14. Deux sondes à effet Hall 16 et 17 sont solidaires du stator 9, étant portées par des équerres respectivement 16a et 17a. La sonde avant 16 coopère avec une roue multipolaire aimantée 18 totalement solidaire de la colonne 2. Quant à la sonde arrière 17, elle coopère avec l'extrémité 8a des aimants 8 disposés sur le rotor 5. Au montage, la roue 18 est accessible pour être mise en phase magnétique avec les aimants 8 du rotor 5. Avantageusement, le diamètre de la roue 18 est identique à celui des aimants 8. Cette disposition de la roue 18 à l'extérieur du moteur 6 permet la mise en phase mécanique de la roue 8 et du rotor 5, sous le contrôle du calculateur 14 qui indique la concordance. La connexion électrique des sondes 16 et 17 au calculateur 14 est assurée par les lignes respectivement 16b et 17b. Un connecteur électrique débrochable 19 est monté solidaire du stator 9, à la partie arrière de celuici ; il assure la liaison électrique du calculateur 14 et du hacheur 15 par l'intermédiaire de la ligne 20. La partie femelle du connecteur 19 est portée par un bras 21 articulé en 22 sur une chape 23 solidaire du véhicule (symbolisé en 24). Un ressort à lame 25, fixé par une extrémité à la chape 23, est monté de façon à repousser, par son autre extrémité libre, le bras 21, ce qui a pour effet de déconnecter électriquement et mécaniquement le dispositif, sous la commande du calculateur 14 qui a détecté une anomalie de fonctionnement de l'assistance, auquel cas le connecteur 19 est débroché et le rotor 5 est libéré mécaniquement. Cette action de déconnexion pourrait être manuelle. Le dispositif représenté sur la Figure 1 fonctionne de la façon suivante Lorsque le conducteur du véhicule exerce un effort sur le volant 3, la colonne de direction 2 tourne sur elle-même, en entraînant avec elle le rotor 5 et la roue multipolaire aimantée 18. La déformation en rotation de la colonne de direction 2, due au couple exercé par le conducteur, est mesurée par les deux sondes 16 et 17, dont les signaux électriques sont analysés en phase par le calculateur 14. L'écart de phase ainsi mesuré commande le hacheur 15 pour activer le bobinage 9a du stator 9, de façon à effectuer un apport de couple annulant l'écart de phase mesuré sur les signaux des deux sondes. Les signaux sont également traités par le calculateur 14 pour servir de référence de phase nécessaire à l'autopilotage du moteur 6. Le couple engendré par le rotor 5 du moteur autosynchrone 6 s'exerce à l'arrière du plan de mesure de la sonde 17. On constate donc que la mesure du couple de torsion exercé par le conducteur se fait sans contact, et que le capteur a la double fonction de mesurer le couple et de servir de référence de phase nécessaire à l'autopilotage. La connecteur électrique débrochable 19 est commandé par le calculateur 14, mais il peut être également commandé manuellement. Lorsqu'il est en position de connexion - suivant ce qui est représenté sur la Figure 1 -, il assure l'alimentation en énergie électrique du hacheur 15 et du calculateur 14, ainsi que l'immobili sation mécanique du stator 9 en rotation autour de la colonne 2. Dans la phase d'initialisation du logiciel d'assistance, le calculateur 14 teste l'état des signaux des sondes 16 et 17, vérifie la corrélation de ces signaux (amplitude-phase), teste l'état électrique du stator 9a. Si les tests sont positifs, l'assistance est activée. Si ce n'est pas le cas, le bras 21 est déconnecté (position en traits mixtes sur la Figure 1). Le dispositif est donc auto-protégé. Le signal vitesse véhicule peut également passer par la liaison 20. On peut ainsi adapter le coefficient d'assistance à la vitesse du véhicule. Si le calculateur 14 détermine une anomalie de fonctionnement (court-circuit du bobinage 9a par exemple), il commande l'ouverture de la liaison 19, le bras 21, alors repoussé par le ressort 25, prenant la position représentée en traits mixtes sur la Figure 1. Dans ce cas, le stator 9 est rendu libre ; il n'y a plus d'assistance, mais la direction est toujours active. Si l'on se réfère maintenant à la Figure 3, on voit que l'on a représenté une commande 101 de direction d'un véhicule automobile comprenant une colonne de direction 102 à une extrémité de laquelle est fixé le volant 103 du véhicule par un écrou 104. D'une manière générale, les éléments du dispositif 101 qui sont analogues dans leur structure ou leur fonctionnement, à ceux du dispositif 1, ont été repérés par des chiffres de référence supérieurs de 100 par rapport à ceux-ci. Sur la colonne 102, est maintenu un support 109 comprenant deux paliers opposés respectivement avant et arrière, 110 et 112, dans lesquels peut tourner ladite colonne 102, avec interposition de roulements à billes respectivement 111 et 113, les deux paliers 110 et 112 étant reliés par une tige 126 assurant la liaison mécanique entre eux. Le dispositif 101 comporte un moteur 106 duquel est solidaire un ensemble calculateur-hacheur 114-115 analogue aux calculateur 14 et hacheur 15 du premier mode de réalisation. Le moteur 106 et son calculateur et hacheur associés est, en position d'assistance, disposé sensiblement parallèlement à la tige 126. Celle-ci comporte, au voisinage du palier avant 110, à l'opposé du volant 103, et du côté de la colonne 102, une patte portant un axe d'articulation 127 perpendiculaire à l'axe de la colonne 102. Autour de l'axe 127, vient s'articuler un bras 128 porté par l'ensemble moteur 106, côté calculateurhacheur 114-115. L'ensemble moteur 106 comporte, à l'opposé du calculateur-hacheur 114-115, une patte 132 à laquelle est fixé, par une extrémité, le noyau plongeur 130 d'un électro-aimant 129 dont le bobinage constitutif 131 est fixé à la tige 126 en 133. Ce dispositif d'électroaimant 129 se situe au voisinage du palier 112, à l'opposé du roulement à billes 113. La liaison électrique de l'électro-aimant 129 au calculateur-hacheur 114-115 s'effectue par la ligne 134. Un ressort à lame 125, analogue au ressort 25 du premier mode de réalisation, est monté à l'extrémité de la tige 126 opposée au bras 128, de façon à repousser le moteur 106 pour l'écarter de ladite tige 126, dans le sens de la flèche F. Sur l'arbre 106a du moteur 106 faisant saillie du côté opposé au volant 103, est claveté un pignon 135 qui coopère avec un pignon 136 monté sur la colonne de direction 102 à l'arrière du roulement à billes 113, dans la position du moteur 106 qui est représentée sur la Figure 3. Les pignons 135 et 136 ont un profil trapézoïdal dont un comporte un revêtement caoutchouté ou en un autre matériau de synthèse souple et adhérent. A l'extrémité opposée, l'ensemble moteur comporte un bras 137 se terminant par une poignée ou manette 137a, ledit bras 137 traversant une lumière 139 pratiquée dans une plaque 138 solidaire du véhicule symbolisé en 134 (Figure 4). La lumière 139 est sensiblement rectiligne pour permettre le déplacement du bras 137, et elle comporte un retour 139a à son extrémité supérieure, pour permettre d'y bloquer ledit bras 137. La position bloquée de celui-ci est représentée à la Figure 4. Les paliers 110 et 112 servent de support pour des sondes à effet Hall, respectivement 116 et 117, analogues aux sondes 16 et 17 du premier mode de réalisation, disposées à l'opposé de l'ensemble moteur 106, dirigées l'une vers l'autre ainsi que le montre la Figure 1, et connectées au dispositif calculateurhacheur 114-115 par les lignes électriques respectivement 116b et 117b. Les sondes 116 et 117 coopèrent avec des roues multipolaires aimantées, respectivement 118 et 108a, analogues à la roue multipolaire aimantée 18 du premier mode de réalisation, montées sur la colonne 102, en étant calées angulairement en phase sur cette dernière. Le dispositif de la Figure 3 fonctionne de la façon suivante Lorsque le calculateur 114 active le bobinage 131 de l'électro-aimant 129, le noyau plongeur 130 de celui-ci entraîne le moteur électrique 106 qui se déplace autour de l'axe 127 et met les deux pignons 135 et 136 en contact, comme cela est représenté sur la Figure 3. Dans ce cas, le dispositif 101 est actif. Le bras 137 étant placé de façon à traverser la lumière 139 de la plaque 138, le support 109, le moteur 106 et le dispositif calculateur-hacheur 114-115 sont immobilisés, la colonne 102 pouvant tourner dans les paliers 110 et 112, et les pignons 135 et 136 sont en contact. Le calculateur 114 traite les signaux des sondes à effet Hall 116 et 117 via les liaisons électriques respectivement 116k et 117b. Ces signaux électriques sont d'amplitude et de phase identiques lorsque les roues multipolaires aimantées 118 et 108a sont calées angulairement en phase sur la colonne de direction 102 et que celle-ci n'est pas sollicitée. Des moyens logiciels sont prévus dans le calculateur 114 pour analyser le phase des signaux électriques des sondes 116 et 117 ; lorsqu'un décalage existe, le calculateur 114 va tendre à l'annuler grâce à l'apport de couple du moteur 106. Celui-ci est alimenté en énergie électrique par la connexion 134 au travers du hacheur bidirectionnel 115. Comme déjà indiqué, des moyens sont également prévus qui permettent, grâce à l'analyse de phase des signaux des sondes 3a et 3b, le calage angulaire à leur montage sur la colonne de direction 102, de deux roues multi-polaires aimantées 118 et 108a. Celles-ci seront avantageusement réalisées en plasto-ferrite et magnétisées par paires. Il en est de même pour la roue 18 et les aimants 8 du premier mode de réalisation. Lorsque le bras 137 est positionné dans l'encoche 139a par le conducteur du véhicule, le dispositif 101 est désactivé (voir Flèche F sur la Figure 3) ; et le calculateur 114 commande le relâchement de l'électro-aimant 129. Il est bien entendu que les modes de réalisation ci-dessus décrits ne sont nullement limitatifs et pourront donner lieu à toutes modifications désirables sans sortir pour cela du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'assistance de direction de véhicule automobile ou équivalent, susceptible de s'adapter sur la colonne de direction (2 ; 102) dudit véhicule, caractérisé par le fait qu'il comporte un élément (9 ; 109) immobilisé en rotation par rapport à la colonne (2 ; 102) et transversalement sur celle-ci, et supportant, d'une part, un moteur électrique d'assistance (6 ; 106) à deux sens de rotation, et son dispositif (15 ; 115) d'alimentation commandé par un calculateur (14 ; 114), et d'autre part, les deux sondes (16-17 ; 116-117) d'un capteur du couple de torsion exercé par le conducteur sur ladite colonne de direction (2 ; 102), chacune des sondes (16-17 116-117) étant portée par un palier (10-110 ; 12-112) qui fait partie de l'élément support (9 ; 109) et dans lequel peut tourner ladite colonne de direction (2 ; 102). 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le capteur est du type magnétique, les sondes (16-116 ; 17-117) coopérant avec des roues multipolaires aimantées (18-118 ; 8a-108a) de structure magnétique identique, montées sur ladite colonne (2 ; 102), lesdites sondes (16-116 ; 17-117) étant notamment des sondes à effet Hall linéaires. 3 - Dispositif selon l'une des revendication 1 et 2, caractérisé par le fait que les signaux électriques des sondes (16-116 ; 17-117) sont analysés par le calculateur (14 ; 114) qui en mesure le déphasage, lequel est proportionnel au couple de torsion exercé sur la colonne de direction (2 ; 102), le moteur électrique d'assistance (6 ; 106) étant alimenté à vitesse variable avec limitation de couple grâce à un dispositif électronique du type hacheur (15 ; 115), lequel est commandé par le calculateur (14 ; 114), le couple fourni par le moteur (6 ; 106) étant fonction, d'une part, du couple de torsion mesuré par les capteurs et, d'autre part, du coefficient d'assistance que l'on veut appliquer. 4 - Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que l'une des deux roues multipolaires aimantées (18 ; 118 ou 108a) est réglable en position angulaire pour être en phase magnétique avec l'autre roue multipolaire, selon le résultat d'une comparaison effectuée par le calculateur (14 ; 114), l'égalité pouvant être signalée par un voyant. 5 - Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que l'élément (9) supporte ou constitue le stator (9) du moteur (6), dont le rotor (5) est rendu solidaire de la colonne de direction (2), l'une des roues multipolaires aimantées (8a) étant constituée par la partie d'extrémité des aimants (8a) dudit rotor (8), qui se trouve en regard de la sonde associée (17), le couple d'assistance exercé par le moteur (6 ; 106) s'exerçant au niveau ou en aval du capteur de couple exercé par le conducteur. 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'une (16) des sondes est portée extérieurement au support (9) par un palier (10) formé par celui-ci, du côté du volant (3), et coopère avec la roue multipolaire aimantée (18) indépendante des aimants (8) du rotor (5), l'autre sonde (17) étant portée par un flasque (12) venant se fixer sur le stator (9) et étant monté sur un prolongement (5a) du rotor (5), à l'opposé du volant (3), avec interposition d'un roulement à billes (13). 7 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le moteur d'assistance (106) est, en position d'assistance, disposé sensiblement parallèlement à la colonne de direction (102) et est accouplé mécaniquement à celle-ci par deux pignons dentés ou à friction (135 et 136), qui transmettent le couple d'assistance dû au moteur (106), la mise en contact des deux pignons (135 et 136) étant effectuée par l'excitation d'un électro-aimant (129) sur commande du calculateur (114). 8 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens (25; 125) pour désaccoupler le moteur d'assistance (6 ; 106). 9 - Dispositif selon l'une des revendications 5 et 6 et la revendication 8, prises simultanément, caractérisé par le fait que les moyens de désaccouplement sont constitués par un ressort (25) comprimé en position d'assistance, ledit ressort (25) étant monté de façon à repousser un bras (21) solidaire du véhicule (24) et assurant l'immobilisation en rotation par rapport à la colonne (2), ledit bras (21) portant une des parties d'une connexion électrique débrochable (19) alimentant le dispositif d'assistance en énergie électrique, ledit bras (21) pouvant par ailleurs comporter une commande manuelle. 10 - Dispositif selon les revendications 7 et 8 prises simultanément, caractérisé par le fait que les moyens de désaccouplement sont constitués par un ressort (125) comprimé en position d'assistance, alors que l'électro-aimant (129) est excité, la non-excitation de l'électro-aimant (129) provoquant le désaccouplement du moteur (106) ou bien des moyens étant prévus pour assurer manuellement un tel désaccouplement, de tels moyens empêchant la mise en rotation de l'ensemble d'assistance autour de la colonne (102).