Brevet FR2668442A1 — publié le 19920430

La présente invention concerne les colonnes de direction d'automobiles et, plus spécialement, est relative aux colonnes de direction d'automobiles équipées de dispositifs absorbeurs d'énergie pour améliorer la sécurité des occupants et tout particulièrement celle du conducteur en cas de choc important. Comme on le sait, les Pouvoirs Publics recommandent, voire imposent l'adoption de normes afin d'améliorer les conditions de sécurité de conduite en particulier lorsqu'un véhicule automobile est l'objet d'un choc relativement violent à composante axiale importante. Dans un telle situation, d'une part, la déformation du compartiment antérieur du véhicule et l'éventuel recul du bloc moteur tendent à se transmettre à la colonne de direction dont l'arbre et le volant risquent alors de reculer dans l'habitacle en se rapprochant dangereusement du conducteur et, d'autre part, le conducteur subit un choc en retour qui le projette vers le volant.Si des précautions particulières ne sont pas prises, même lorsque le conducteur est sanglé sur son siège à l'aide d'une ceinture de sécurité, il risque d'être victime de blessures ou contusions graves du fait de la pénétration de la colonne de direction dans l'habitacle et de sa rencontre avec le thorax et/ou l'abdomen du conducteur. C'est pourquoi les Pouvoirs Publics ont édicté des règlements et publié des normes en la matière. Pour protéger un conducteur contre ce type de dangers, on a déjà proposé des colonnes de direction dont l'arbre, habituellement en plusieurs tron çons réunis par des joints de cardan, est équipé de dispositifs de sécurité particuliers qui sont conçus pour limiter à une valeur maximale la course admissi ble de recul du volant sous un choc frontal préfixé et prédéterminé et/ou dont le volant est équipé d'absorbeurs d'énergie. Différents types de dispositifs de sécurité ont déjà été proposés. Tous ces dispositifs visent à faire en sorte que la longueur initiale de la colonne de direction puisse se réduire en cas de chocs dont les efforts axiaux dépassent un seuil prédéterminé. Ces dispositifs font, par exemple, appel à des dFfor- mations mécaniques irréversibles ou bien à des coulissements résistants du type de ceux qui peuvent être obtenus à l'aide d'éléments télescopiques tels que des vérins ou d'éléments comprimables tels que des ressorts à boudin, voire à des accouplements désolidarisables. La fonction essentielle d'un tel dispositif de sécurité est de ne pas transmettre au volant le déplacement du boitier de direction inséré entre l'arbre de la colonne et la barre de direction et, éventuellement, d'absorber de l'énergie et, ainsi, contribuer à l'amortissement global du choc. Des solutions de la technique connue de ces différents types sont, par exemple, illustrées par les brevets américains 2 114 663, 3 373 965, 3 396 599, 3 468 182, 3 771 379 et 3 803 938 et par le brevet français 2 095 674. Dans de tels dispositifs qui mettent à contribution des frottements et/ou des déformations, il est nécessaire de dépasser un certain seuil à partir duquel le dispositif opère. Ce seuil est, par exemple, déterminé par une goupille qu'il faut d'abord rompre par cisaillement puis, ensuite, pour le reste de la course il suffit d'exercer un effort moindre. Une telle solution utilise, souvent, un nombre de pié- ces relativement important dont certaines sont, totalement ou partiellement, en matières synthétiques qui sont particulièrement sensibles aux pointes de température ou aux couples non prévus par les cahiers des charges. Ceci impose la maîtrise d'un grand nombre de paramètres pour garantir une reproductibilité du fonctionnement d'un tel dispositif. On imagine facilement que l'utilisation de pièces nombreuses et délicates grève d'une manière notable les coûts de fabrication et de montage et est source de difficultés. Les buts de l'invention sont de remédier à ce type d'inconvénients à l'aide d'une colonne de direction à dispositif absorbeur d'énergie sûr et efficace bien que peu coûteux. L'invention a pour objet une colonne de direction d'automobile à dispositif absorbeur d'énergie constituée entre autre d'une colonne proprement dite avec un fourreau creux dans lequel est logé un arbre avec un embout pour le montage et la fixation d'un volant et de paliers permettant à ces fourreau et arbre d'être montés coaxialement suivant un axe géométrique, où fourreau et arbre sont aptes à se déplacer axialement relativement l'un à l'autre lors d'un choc dépassant un seuil déterminé en plus de leur degré de liberté en rotation normale nécessaire à la transmission d'un couple directif du volant aux roues directrices d'un véhicule.Une telle colonne de direction est remarquable en ce qu'elle comprend un dispositif absorbeur d'énergie constitué d'un élément femelle en forme de bague qui présente une paroi extérieure destinée à être fixée à l'intérieur du fourreau et une paroi intérieure de diamètre donné qui porte au moins une protubérance en saillie radiale centripète circonscrite à un cercle de diamètre infé rieur à celui de la paroi intérieure et qui est destinée à coopérer avec un élément mâle, d'un élément mâle en forme de douille avec une paroi interne portée à l'extérieur de l'arbre et une paroi externe cylindrique de diamètre déterminée à section droite circulaire évolutive axialement dont le diamètre est supérieur à celui de la paroi interne et qui est destiné à coopérer avec l'élément femelle, ce dispositif étant interposé entre fourreau et arbre de manière que la section droite de plus petit diamètre soit dirigée vers la bague et soit apte à passer d'un premier état libre où la douille n'est pas en contact avec la bague pour une position axiale relative arbre/fourreau normale permettant un fonctionnement à un second état freiné où la douille prend progressivement contact avec la bague pour une position axiale relative arbre/fourreau rétractée permettant une absorption d'énergie en cas de choc frontal dépassant le seuil déterminé. D'autres caractéristiques de l'invention apparaitront à la lecture de la description et des revendications qui suivent et à l'examen du dessin annexé, donné seulement à titre d'exemple, où - la Figure 1 est une vue schématique par tiélle en coupe méridienne axiale d'un mode de réalisation d'une colonne de direction à dispositif absorbeur d'énergie représenté dans son premier état correspondant à un fonctionnement normal; - les Figures 2A et 2B sont des vues de détail partielles perspectives de deux variantes d'exécution d'un élément du dispositif absorbeur d'énergie d'une colonne selon l'invention; - les Figures 3A et 3B sont des vues partielles en section méridienne axiale de variantes d'exécution d'un élément du dispositif absorbeur d'énergie d'une colonne selon l'invention;; - les Figures 4A et 4B sont des vues en élévation d'une autre variante de réalisation d'un dispositif absorbeur d'énergie d'une colonne selon l'invention; et; - la Figure 5 est une vue analogue à celle des Figures 4A et 4B d'une autre variante d'exécution. Les colonnes de direction d'automobiles, et en particulier celles qui sont aptes à se déformer lors d'un choc à composante axiale relativement important, sont bien connues dans la technique. C'est pourquoi, on ne décrira dans la suite de la description que ce qui se rapporte directement ou indirectement à l'invention. Pour le surplus, le spécialiste de la technique considérée puisera dans les solutions classiques courantes à sa disposition pour faire face aux problèmes particuliers auxquels il est confronté. Dans ce qui suit, on utilise toujours un même numéro de référence pour identifier un élément homologue quel que soit le mode de réalisation et la variante d'exécution de ce dernier. Pour la commodité de l'exposé, on décrira d'abord les divers constituants d'une colonne de direction à absorbeur d'énergie selon l'invention avant d'en relater le fonctionnement. Comme on le voit en examinant les diverses figures du dessin, une colonne de direction à dispositif absorbeur d'énergie selon l'invention est destinée à être montée sur une structure S, châssis ou coque de véhicule de tout type courant classique à l'aide d'une ferrure F de tout type approprié. La colonne 10 comprend un fourreau 11 creux dans lequel est logé au moins partiellement un arbre 12. Des paliers 13, par exemple des roulements à billes ou à aiguilles,- permettent de maintenir fourreau et arbre coaxiaux selon un axe géométrique X-X. L'arbre 12 se termine, à l'une de ses extrémités, par un embout 120 destiné au montage et à la fixation d'un volant non représenté. L'autre extrémité de l'arbre 12 porte par exemple un joint de cardan non illustré, comme il est classique. En fonctionnement normal, l'arbre 12 est doué d'un degré de liberté en rotation selon l'axe X-X, relativement au fourreau 11 qui est assujetti à la structure par l'intermédiaire de la ferrure, comme il est classique. Ce fourreau et cet arbre sont aussi aptes à pouvoir se déplacer axialement, relativement l'un à l'autre parallèlement à l'axe X-X, lors d'un choc qui présente une composante axiale dépassant un seuil prédéterminé. Cette colonne de direction est équipée d'un dispositif 20 absorbeur d'énergie. Ce dispositif 20 comprend essentiellement un élément femelle 21 en forme de bague et un élément mâle 22 en forme de douille. Cette bague 21 comprend une paroi extérieure 211 régulière (Figure 2A) ou munie d'au moins une indentation 2110 en retrait (Figure 2B) voire même une protubérance en saillie. Comme on peut l'observer, de préférence, ces indentations ou similaires sont distribuées de manière équidistante selon une rotation d'angle déterminé d'axe X-X, par exemple selon un arc de 1200. Cette paroi extérieure est destinée à être fixée à l'intérieur du fourreau 11 de toute manière convenable appropriée, adaptée aux matériaux et à leurs natures dont sont faits le fourreau et la bague/élément femelle. Cete bague 21 comprend aussi une paroi intérieure 212 de préférence cylindrique munie d'au moins une protubérance 2120 en saillie. Comme on peut l'observer, le diamètre intérieur d1 de la paroi intérieure 212 est plus grand que le diamètre du du cercle auquel les protubérances 2120 sont tangentes extérieurement. Comme on peut l'observer, ces protubérances 2120 sont situées à l'aplomb des indentations 2110 correspondantes, et de préférence dans leur zone médiane. S'il y a lieu, la paroi intérieure 212 est pourvue d'un évasement 2121 radial comme cela est illustré en détail sur les Figures 3A et 3B. Un tel élément femelle en bague 21 est destiné à coopérer avec l'élément mâle 22. L'élément mâle 22 en forme de douille présente par exemple une paroi interne 221 portée par l'extérieur de l'arbre 12. Cette douille présente aussi une paroi externe 222 à section droite circulaire 2220 évolutive axialement. Comme on peut l'observer, la section droite circulaire présente un diamètre minimal dl, approximativement égal au diamètre extérieur de l'arbre 12 et un diamètre maximal d2 qui est supérieur à ce diamètre d1, et aussi supérieur au diamètre C2 du cercle auquel les protubérances 2120 sont tangentes extérieurement. Cette paroi externe 222 est destinée à coopérer avec l'élément femelle 21 et, en particulier avec les protubérances 2120 de sa paroi intérieure 212.Comme on peut l'observer en examinant les Figures de détail 4A et 4B, la section droite circulaire 2220 peut évoluer par paliers (Figure 4A) ou progressivement (Figures 3A, 3B et Figure 4B) ou bien même évoluer à la fois progressivement et par paliers (Figure 4A), les paliers successifs étant reliés par des flancs inclinés. Comme on peut l'observer en particulier sur la Figure 1, ce dispositif absorbeur d'énergie est interposé entre le fourreau 11 et l'arbre 12 de manière que la section de plus petit diamètre de la paroi externe 222 de la douille 22 qui constitue l'élément mâle soit dirigée vers la bague 21 qui constitue 1 'élément femelle. Ce dispositif 20 est agencé de manière à ce qu'il soit apte à passer d'un premier état libre, illustré sur la Figure 1-, où la douille n'est pas en contact avec la bague et qui correspond à une position normale relative des arbre et fourreau pour un fonctionnement qui permet la transmission d'un couple exercé sur le volant aux roues directrices. Cet agencement permet le passage à un second état freiné ou la douille prend progressivement contact avec la bague pour une position relative rétractée de ces arbre et fourreau à la suite d'un choc qui présente une composante axiale supérieure à un seuil prédéterminé afin d'absorber de l'énergie, comme représenté par une flèche F sur la Figure 1. Comme on peut l'observer en regardant les figures du dessin, la bague qui constitue l'élément femelle comprend au moins une protubérance et de préférence trois qui délimitent un passage de diamètre inférieur au diamètre de la paroi intérieure 1 de la bague. Avec l'annotation adoptée, on voit que les inégalités suivantes sont obtenues d2 > d1; 01 > 02; d2 > Les constituants de la colonne de direction d'un dispositif absorbeur d'énergie selon l'invention sont assemblés comme illustré sur la Figure 1. Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant. Si par exemple sous l'effet d'un effort axial résultant d'un choc en retour exercé sur l'em bout de l'arbre comme illustré sur la Figure 1 par la flèche F, l'arbre 12 recule, c'est-à-dire se déplace de la droite vers la gauche de la Figure 1 et entraine avec lui la douille qui vient rencontrer la bague, c'est-à-dire rencontre les protubérances tangentes extérieurement au cercle de diamètre 02 d'où freinage. Le choix de la nature des matériaux de la bague et la douille ainsi que de leurs dimensions géométriques voire leurs état de surface scnt choisis de manière que la rencontre de la bague et de la douille soit obtenue sous un effort axial par exemple dès 3.000 N mais n'excédant pas 11 000 N environ et en adoptant des diamètres 02 et d2 tels que compte tenu des tolérances de fabrication il y ait toujours rencontre entre les protubérances 2120, accessoirement la paroi intérieure 212, et la paroi externe 222 à section droite évolutive. Le choix de la longueur de la douille qui rencontre les protubérances de même que celui de l'angle avec l'axe de la paroi externe permet de régler la quantité d'énergie absorbée et la progressivité de cette absortion. Les valeurs données sont des ordres de grandeurs pour situer l'importance des phénomènes. S'il y a lieu, la paroi externe de la douille se voit conférer une silhouette rainurée qui favorise sa lubrification, par exemple à l'aide de lubrifiants solides tel que le bisulfure de molybdène, comme cela est illustré sur la Figure 5. Une telle lubrification permet de limiter, voir d'annihiler tout risque de grippage. I1 en est de même de la variante d'exécution de la bague illustrée sur la Figure 2B qui permet d'améliorer la progressivité du comportement de la bague. L'élément mâle en douille 22 est fait d'un seul tenant avec l'arbre 12 ou est rapporté et fixé sur celui-ci. On voit donc tout l'intérêt du dispositif suivant l'invention qui équipe une colonne de direction d'automobile et qui résulte en particulier de son extrême simplicité. REVENDICATIONS 1 - Colonne de direction à dispositif absorbeur d'énergie constituée, entre autres, d'un fourreau (11) creux, d'un arbre (12) logé dans ce fourreau à l'aide de paliers (13) de manière à les maintenir coaxiaux selon un axe géométrique (X-X) où ce fourreau et cet arbre sont aussi aptes à se déplacer axialement relativement l'un à l'autre lors d'un choc dépassant un seuil prédéterminé et caractérisée en ce qu'elle comprend un élément femelle (21) en forme de bague avec une paroi extérieure (211) destinée à être fixée à l'intérieur du fourreau (11), une paroi intérieure (212) munie d'au moins une protubérance (2120) en saillie tangente extérieurement à un cercle de diamètre (p2) inférieur au diamètre (1) de la paroi intérieure et qui est destinée à coopérer avec un élément mâle, un élément mâle (22) en forme de douille qui comprend une paroi interne (221) portée à l'extérieur de l'arbre (12) et une paroi externe (222) à section droite (2220) circulaire évolutive axialement dont le diamètre maximal (d2) est supérieur à celui (02) donné du cercle auquel les protubérances (2120) sont tangentes extérieurement et destiné à coopérer avec l'élément mâle, où ce dispositif est interposé entre fourreau (11) et arbre (12) de manière que la section droite (2220) du plus petit diamètre soit dirigée vers la bague (21) et de manière que le dispositif soit apte à passer d'un premier état où la douille (22) n'est pas en contact avec la bague (21) pour une position normal de ces arbre et fourreau pour le fonctionnement à un second état freiné où la douille (22) prend progressivement contact avec la bague (21) pour occuper une position rétractée relative de ces arbre et fourreau pour une absorption d'énergie en cas d'un choc à composante axiale depassant le seuil prédéterminé. 2 - Colonne de direction selon la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi extérieure (211) est régulière. 3 - Colonne de direction selon la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi extérieure (211) porte au moins une indentation (2110) périphérique en retrait. 4 - Colonne de direction selon la revendication 3, caractérisée en ce que la protubérance (2120) est située à l'aplomb de l'indentation (2110) et, de preference dans sa zone médiane. 5 - Colonne de direction selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la paroi intérieure (212) de la bague (21) présente un évasement (2121) radial dirige vers la douille (22). 6 - Colonne de direction selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la section droite circulaire (2220) evolue progressivement. 7 - Colonne de direction selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la section droie circulaire (2220) évolue par palier. 8 - Colonne de direction selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la section droite circulaire (2220) évolue progressivement et par palier. 9 - Colonne de direction selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la douille (22) est rapportée sur l'arbre (12). 10 - Colonne de direction selon l'une quel conque des revendications 1 à 8, caracterisee en ce que la douille (22) est d'un seul tenant avec l'arbre (12).