Brevet FR2670456A1 — publié le 19920619

La présente invention concerne un mécanisme d'assistance temporaire pour colonne de direction de véhicules à roues directrices. Dans l'art antérieur, on a déjà proposé des mécanismes d'assistance pour colonne de direction de véhicules à roues directrices. Un mécanisme de ce genre comporte en général un moto-réducteur comprenant un moteur électrique et un réducteur. L'arbre de sortie du moteur est couplé par un pignon ou par un autre moyen de transmission de façon à être en liaison mécanique avec la colonne de direction ou avec un pignon monté sur celle-ci. De ce fait, la détection des efforts exercés par le conducteur sur le volant, par exemple par un capteur d'angle volant ou un capteur de couple exercé sur le volant, permet d'élaborer un ordre d'action proportionnelle du moto-réducteur d'assistance sur la colonne de direction. On a aussi proposé des systèmes d'assistance pneumatiques ou hydrauliques, bien que le mode préféré de réalisation de l'invention exploite un moteur électrique comme source d'énergie mécanique d'assistance de direction. Dans un premier type d'asservissement, le groupe moto-réducteur ou source d'énergie mécanique d'assistance est astreint à suivre des lois complexes permettant de faire un asservissement dans diverses situations de conduite. De tels dispositifs sont chers, compliqués et de fiabilité relative. On a donc aussi proposé d'activer temporairement l'assistance pendant des durées d'assistance où les situations de conduite le demande ou pendant lesquelles les efforts du conducteur sont importants. C'est notamment le cas de la direction assistée en parking. Dans ce cas, le véhicule se déplace à une vitesse lente et le conducteur a souvent besoin d'exercer des efforts importants sur le volant pour ranger son véhicule ou faire des manoeuvres à basses vitesses en général. Dans ce type de direction assistée, quand la vitesse du véhicule dépasse une certaine valeur limite, l'assistance n'est plus opérante et le conducteur perçoit sur le volant un couple résistant constitué par l'ensemble des actions de la route sur les roues et par l'inertie du groupe moto-réducteur, c'est-à-dire principalement l'inertie des parties tournantes du moto-réducteur. Cette caractéristique de l'art antérieur est particulièrement désavantageuse car le rapport de multiplication du réducteur fait que l'inertie du rotor du moteur électrique prend une part prépondérante qui réduit le confort apporté par ce genre d'assistance temporaire, alors qu'il présente l'avantage d'être peu coûteux. La présente invention apporte remède à cet inconvénient de l'art antérieur. En effet, la présente invention concerne un mécanisme d'assistance temporaire pour colonne de direction d'un véhicule à roues directrices. Le mécanisme d'assistance est du type comportant un moto-réducteur d'assistance dont le rotor est engréné sur un pignon lié à la colonne de direction. Le mécanisme d'assistance se caractérise principalement en ce qu'il comporte un dispositif d'activation qui couple le moteur d'assistance à la colonne de direction seulement pendant la durée d'assistance de la colonne de direction. Le dispositif d'activation comporte un moyen pour déplacer un élément de couplage mécanique entre une position de repos dans laquelle le couple présent sur l'arbre du moteur n'est pas transmis à la colonne de direction et une position active dans laquelle le couple moteur du rotor du moteur d'assistance est transmis à la colonne de direction. On remarque d'ailleurs que l'invention présente l'avantage que, dans le cas où l'assistance n'est pas active, en particulier si elle est en panne, la colonne de direction peut toujours être manoeuvrée manuellement. Selon les cas, on a trouvé qu'il était possible d'utiliser un dispositif d'activation de type électromagnétique. Le moyen pour déplacer un élément de couplage mécanique entre une position de repos dans laquelle le couple présent sur l'arbre du moteur n'est pas transmis à la colonne de direction et une position active dans laquelle le couple moteur du rotor du moteur d'assistance est transmis à la colonne de direction, comporte un noyau de fer mobile dans une bobine parcourue par un courant d'excitation pendant les seules durées d'assistance. Ce noyau mobilise l'élément de couplage mécanique qui est constitué par un embrayage pour amener temporairement le pignon de sortie du moto-réducteur en engrenage avec le pignon d'attaque de la colonne de direction.Le noyau de fer mobile dans la bobine est couplé à un moyen élastique comme un ressort qui rappelle le noyau de fer dans la position de repos quand l'assistance de la colonne de direction n'est pas active. Le courant d'excitation de la bobine électromagnétique est fourni par une source d'alimentation continue connectée à ses bornes par l'intermédiaire d'au moins un interrupteur commandable comme un relais ou un transistor de puissance dont l'électrode de commande reçoit un signal de commande du calculateur de direction assistée décrit à la Figure 1. De même, le calculateur de direction assistée décide, selon un programme enregistré et déterminé en fonction des caractéristiques mécaniques du véhicule, de l'alimentation électrique du moteur d'assistance, tant au point de vue des valeurs de tension et de courant appliquées (déterminées notamment en fonction des couples d'assistance appelés par le calculateur) que des instants de démarrage et de fin d'assistance. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l'aide de la description et des dessins annexés qui sont - la figure 1 : un schéma général d'une direction assistée de véhicule selon l'art antérieur ; - la figure 2 : un mode de réalisation d'un mécanisme d'asservissement selon l'invention. A la figure 1, on a représenté un mécanisme d'assistance pour expliquer les éléments principaux de l'invention. A la figure 1, le train avant du véhicule est un train de roues directrices 1. Les roues directrices sont connectées par des biellettes comme la biellette 2 à un système pignon conique 4 - crémaillère 3, comme il est bien connu de l'art antérieur. Le pignon conique 4 est connecté à la colonne de direction par un arbre 5. Un engrenage ou pignon d'attaque 8 est monté entre les deux parties 6 et 5 de la colonne de direction. D'autre part, l'autre extrémité de la colonne de direction est monté sur un volant 7 actionné par le conducteur. D'autre part, un capteur des efforts du conducteur sur le volant 7 est représenté par un détecteur 12 qui peut mesurer notamment l'angle de rotation du volant, ou encore le couple exercé par le conducteur sur le volant. Le signal de sortie du capteur 12 est transmis à un calculateur 13 qui permet d'élaborer un ordre d'asservissement sur une sortie 14 transmise à un motoréducteur 10, 11. Le moto-réducteur 11, 10 est alimenté en fonction du programme enregistré dans le calculateur 13 de direction assistée de façon à fournir un asservissement variable en fonction des efforts détectés par le détecteur 12 par le biais d'un pignon 9 engrené sur le pignon 8. Dans les dispositifs à bas coût, le calculateur 13 reçoit un signal (non représenté) détectant la vitesse réelle du véhicule. En fonction de ce signal, le calculateur décide ou non de sélectionner une loi d'asservissement. Mais, si l'asservissement n'est pas activé, on constate que l'ensemble de l'équipage mobile constitué par le pignon 9 et la partie mobile du motoréducteur 10, 11 reste en charge sur la colonne de direction 6 par l'intermédiaire du pignon 8. La présente invention apporte un remède à cet inconvénient de l'art antérieur. A la figure 2, on a représenté un mode préféré de réalisation d'un dispositif d'activation de type électromagnétique. La colonne de direction est constituée par un arbre principalement 20 et 21 à une première extrémité duquel se trouve le volant 43 destiné à être manoeuvré par le conducteur. L'autre extrémité de la colonne de direction 20 comporte un pignon de crémaillère monté sur le bout d'arbre 21 et qui coopère avec la crémaillère de direction ainsi qu'il est connu dans l'art antérieur. Cet ensemble est enfermé dans un boîtier 42 de crémaillère de direction ainsi qu'il est connu dans l'art antérieur. L'arbre 20 entre sur un plateau 23 par l'intermédiaire d'un roulement à billes 22 fixé sur le plateau 23 dans le boîtier 42. D'autre part sur la partie supérieure du boîtier 42 vient se prolonger par un carter 35 un boîtier 41 enfermant le groupe moto-réducteur comportant le moteur d'assistance. Dans le boîtier 41, on a représenté le rotor 34, l'arbre du rotor 33 et un pignon d'attaque du moteur 32 monté sur un bout d'arbre 36 qui est fixé sur un palier dans la semelle 35 de fixation. Enfin un troisième boîtier 40, disposé à la partie supérieure du boîtier 42 et à l'opposé du boîtier 41, comporte une bobine principalement constituée par une pluralité de spires 37. Cette bobine est alimentée par des moyens connus (non représentés) sous la commande d'un calculateur ainsi qu'il a été expliqué à la figure 1. L'arbre ou colonne de direction 20 porte un premier pignon 24 qui est engrené sur une première roue dentée 27 montée sur un arbre 26 et dont l'autre extrémité se prolonge sur une seconde roue dentée 25. La roue dentée 25 est engrenée sur une autre roue dentée 28b montée folle sur un arbre 29a solidaire de la platine ou semelle 35. La roue dentée 28b est prolongée par un premier plateau à crabots fixes 28a. D'autre part, vis-à-vis du plateau à crabots fixes 28a est monté un second plateau à crabots 31 tournant librement autour de l'arbre 29a et qui est destiné à être engrené sur le pignon de sortie 32 monté sur l'arbre 33. Le plateau 31 porte notamment un crabot 29b qui est normalement écarté du plateau à crabots 28a.Quand la bobine électromagnétique 37 est parcourue par une intensité produite par des moyens générateurs (non représentés à la figure 2), le noyau 38 de la bobine attire le crabot 29b en l'écartant du ressort 30 monté sur l'arbre 29a. De ce fait, la rotation du pignon d'attaque 32 transmise en permanence au plateau 31 est embrayée par les crabots 31 sur le plateau porte-crabots 28a puis par la roue 28b au train de roues 25 et 27 puis à la roue 24 et donc à l'arbre 20 constituant la colonne de direction. On constate ainsi que dans le cas où la bobine électromagnétique a permis d'engager les crabots, le moteur électrique est mécaniquement connecté à l'arbre 20 de la colonne de direction. En l'absence du signal de commande des moyens générateurs de l'alimentation de la bobine 37, les crabots 31 sont en position écartée du plateau à crabots 28a et le moteur électrique n'est pas couplé à la colonne de direction. Dans ce mode de réalisation, on constate donc qu'on a trouvé un moyen efficace pour désaccoupler le rotor 34 de la colonne de direction. D'une manière générale, selon l'invention, le calculateur de direction assistée 13 décide, selon un programme enregistré, en fonction de mesures 12, comme la vitesse du véhicule et l'angle de rotation du volant, de la mise en marche du moteur d'assistance, ainsi que la valeur des paramètres 14 de fonctionnement du moteur d'assistance, pour produire notamment un couple d'assistance appelé et des instants de démarrage et de fin d'assistance. Dans les situations de conduite où le calculateur d'assistance n'active pas cette assistance, le moteur 41 ne reçoit pas de courant, ni la bobine 37. De ce fait, le dispositif d'activation comportant le noyau 38, le plateau porte-crabots 28a et les crabots du plateau 31, est dans une position de repos. Quand une situation de conduite déclenche, par le programme enregistré dans le calculateur d'assistance, un signal de commande d'assistance à la sortie du calculateur, le signal de commande est transmis d'une part à un premier interrupteur commandé (non représenté) interposé entre l'alimentation électrique et le moteur 41, et d'autre part à un second interrupteur commandé (non représenté) interposé entre l'alimentation électrique et la bobine 37. La magnétisation induite du noyau 38 attire alors les crabots du plateau 31 en s'opposant à l'effet du ressort 30, et le dispositif d'activation est alors dans une position active. I1 est clair que, selon les composants utilisés, l'activation des crabots peut être simultanée ou non au démarrage du moteur d'assistance 41. Elle peut être antérieure ou postérieure à ce démarrage. Dans un autre mode de réalisation, le moteur électrique est alimenté à travers un circuit de commutation par la batterie du véhicule. Le circuit de commutation comporte principalement un contact actionné par le noyau 38 de ltélectro-aimant. Dans ce cas, le contact est collé quand le noyau 38 atteint sa position active et la batterie alimente le moteur électrique quand les crabots sont engagés. Le dispositif d'activation mobilise ici un embrayage constitué dans le mode de réalisation préféré par un système à crabots, mais, il peut aussi mobiliser d'autres embrayages disposés entre l'arbre 33 du rotor 34 du moteur 41 et la colonne de direction 20. En particulier, si une paire de roues du moto-réducteur travaille par friction, on mobilise les portées des deux arbres de rotation de ces roues. Enfin, on a décrit une assistance temporaire exploitant un moteur électrique comme source d'énergie mécanique d'assistance. I1 est clair que d'autres sources d'énergie mécanique peuvent être exploitées, et dont le maintien inactif sur la colonne de direction entraînerait une gêne dans l'utilisation par l'usager. REVENDICATIONS 1. Mécanisme d'assistance temporaire pour colonne de direction d'un véhicule à roues directrices, du type comportant un moto-réducteur d'assistance dont le rotor est engréné sur un pignon lié à la colonne de direction, caractérisé principalement en ce qu'il comporte un dispositif d'activation qui couple le moteur d'assistance à la colonne de direction seulement pendant la durée d'assistance de la colonne de direction. 2. Mécanisme selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'activation comporte un moyen pour déplacer un élément de couplage mécanique entre une position de repos dans laquelle le couple présent sur l'arbre du moteur n'est pas transmis à la colonne de direction et une position active dans laquelle le couple moteur du rotor du moteur d'assistance est transmis à la colonne de direction. 3. Mécanisme selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen pour déplacer un élément de couplage mécanique entre une position de repos dans laquelle le couple présent sur l'arbre du moteur n'est pas transmis à la colonne de direction et une position active dans laquelle le couple moteur du rotor du moteur d'assistance est transmis à la colonne de direction comporte un noyau de fer mobile dans une bobine parcourue par un courant d'excitation pendant les seules durées d'assistance. 4. Mécanisme selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit noyau mobilise l'élément de couplage mécanique qui est constitué par un embrayage pour amener temporairement le pignon de sortie du moto-réducteur en engrenage avec le pignon d'attaque de la colonne de direction. 5. Mécanisme selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit noyau de fer mobile dans la bobine est couplé à un moyen élastique comme un ressort qui rappelle le noyau de fer dans la position de repos quand l'assistance de la colonne de direction n'est pas active. 6. Mécanisme selon la revendication 3, caractérisé en ce que le courant d'excitation de la bobine électromagnétique est fourni par une source d'alimentation continue connectée à ses bornes par l'intermédiaire d'au moins un interrupteur commandable comme un relais ou un transistor de puissance dont l'électrode de commande reçoit un signal de commande d'un calculateur de direction assistée embarqué à bord du véhicule, lors d'une durée d'assistance. 7. Mécanisme selon la revendication 6, caractérisé en ce que le calculateur de direction assistée (13) décide, selon un programme enregistré, en fonction de mesures (12), comme la vitesse du véhicule et l'angle de rotation du volant, de la mise en marche du moteur d'assistance, ainsi que la valeur des paramètres (14) de fonctionnement du moteur d'assistance, pour produire notamment un couple d'assistance appelé et des instants de démarrage et de fin d'assistance. 8. Mécanisme selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'embrayage est constitué par un système à crabots disposé dans le réducteur, un second plateau (31) portant des crabots mobiles, le second plateau (31) étant entraîné en rotation par le pignon (32) du moteur (41), les crabots mobiles étant rappelés dans une position de repos, écartés des crabots fixes d'un second plateau (28a) et les crabots mobiles étant en contact avec les crabots du premier plateau (28a) dans une position active sous l'action d'un noyau (38) plongé dans la bobine (37) quand cette dernière est excitée pendant la durée d'assistance, le premier plateau (28a) comportant des dents transmettant alors le couple présent sur le second plateau vers la colonne de direction. 9. Mécanisme selon la revendication 3 ou 8, caractérisé en ce que le moteur d'assistance est un moteur électrique (41) connecté à une source d'alimentation électrique par l'intermédiaire d'un circuit de commutation comme un contact actionné par le noyau (38).