Brevet FR2663886A1 — publié le 19920103

La présente invention concerne un système de com- mande de virage destiné à un véhicule à quatre roues motrices, notamment un véhicule de travail du sol tel qu'un tracteur. 5 Il est important, pour l'augmentation du rendement de travail d'un véhicule de travail de la terre lorsqu'il répète des virages en t) au cours d'une opération, de réduire au minimum l'espace nécessaire lorsque le véhicule change de sens de déplacement La demande publiée de brevet10 japonais no 1988- 34229 et la demande de brevet des Etats- Unis d'Amérique N O 4 723 622 décrivent des véhicules à quatre roues motrices capables d'effectuer de tels petits virages aigus Ces véhicules comportent un moteur, des roues non directrices droite et gauche destinées à recevoir l'énergie du moteur par l'intermédiaire d'un différentiel, des roues directrices droite et gauche destinées à être entraînées par le moteur par l'intermédiaire d'un autre différentiel, un dispositif de direction destiné à la commande des roues directrices, un dispositif de changement de vitesse raccordé aux roues directrices, ce dispositif de changement de vitesse ayant un mode de transmission normale destiné à l'entraîne- ment des roues directrices droite et gauche pratiquement à la même vitesse périphérique moyenne que les roues non directrices droite et gauche, et un mode de transmission avec accélération dans lequel les roues directrices droite et gauche sont entraînées à une vitesse périphérique moyenne supérieure à celle des roues non directrices droite et gauche, et un dispositif de commutation destiné à assurer la sélection entre le mode de transmission normale et le mode de transmission avec accélération, et un dispositif assurant des actions solidarisées du dispositif de direction et du dispositif de commutation afin que le dispositif de changement de vitesse fonctionne dans le mode de transmission avec accélération lorsque les roues directrices sont dirigées au-delà d'un angle prédé- terminé. Ce type de véhicule à quatre roues motrices, actuel- lement utilisé en pratique, met en oeuvre une spécification de direction pour tracteur à quatre roues motrices qui a été très utilisée jusqu'à présent Comme décrit dans la demande publiée de brevet japonais no 198834229 précitée et dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 4 696 365, l'angle maximal de direction est réglé à 550 environ Pour une telle spécification de direction, une force latérale est appliquée, lorsque le véhicule exécute un virage, et provoque une poussée des roues avant, qui sont les roues directrices, vers l'extérieur par rapport au cercle de rotation puisque les roues avant sont alors accélérées. Ceci provoque la création d'une plus grande résistance au roulement du véhicule, ou laisse sur le sol des zones qui ont subi un frottement. En outre, comme l'indiquent la demande publiée de brevet japonais no 1988-287630 et le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 4 669 559, celle des roues arrière qui se trouve à l'intérieur du cercle de virage est verrouillée par un frein latéral, en plus de l'accélération des roues avant, afin que le cercle de virage soit réduit Il s'agit d'un virage forcé, bien qu'il puisse être petit, et qui perturbe le sol et provoque une perte considérable de puissance. L'invention a pour objet un perfectionnement de ces systèmes Plus précisément, l'invention concerne un système de commande de virage qui assure une corrélation entre le rapport d'accélération des roues directrices par rapport aux roues non directrices et la spécification de direction dans un véhicule classique à quatre roues motrices, si bien que le véhicule peut faire progressivement un petit virage, d'une manière fiable, sans détérioration du sol. L'invention atteint son objet par mise en oeuvre d'un principe qui va à l'encontre du sens commun pour les véhicules à quatre roues motrices et selon lequel un angle maximal optimal de direction des roues directrices est déterminé d'après le d'accélération des roues directrices et des roues non directrices.5 Dans un premier aspect de l'invention, celle des roues directrices qui est à l'intérieur par rapport au cercle de virage forme un angle maximal de direction P 13, est destinée à remplir la condition: secpl > K K étant le rapport d'accélération entre le mode de transmission avec accélération et le mode de transmission normale du dispositif de changement de vitesse. Dans un autre aspect de l'invention, les roues directrices font des angles maximaux de direction Pl et P 2 dont la moyenne P est déterminée afin qu'elles remplissent la condition suivante secs = K K étant le rapport d'accélération entre le mode de trans- mission avec accélération et le mode de transmission normale du dispositif de changement de vitesse Dans ce cas, les angles maximaux de direction Pl et P 2 sont déter- minés afin qu'ils soient approximativement égaux aux angles théoriques maximaux de direction P 01 et 102 respectivement afin que les roues directrices droite et gauche entraînées en mode de transmission avec accélération tournent autour d'un centre de rotation O se trouvant sur un prolongement de l'axe des roues non directrices droite et gauche. Le principe de la solution de l'invention, indiqué précédemment, est maintenant décrit en référence à la figure 1 qui représente un exemple de virage d'un véhicule à quatre roues motrices ayant des roues avant directrices et des roues arrière non directrices On envisage un état idéal de virage du véhicule dans lequel les roues avant 1 et les roues arrière 2 sont entraînées, sans glissement ni patinage, autour d'un centre de virage O qui se trouve sur le prolongement des essieux des roues arrière La vitesse périphérique moyenne des roues avant et gauche 1, c'est-à- dire la vitesse de déplacement en direction tangentielle au point médian A des roues avant droite et gauche 1, et la vitesse périphérique moyenne, c'est-à-dire la vitesse de déplacement en direction tangentielle au point médian B des roues arrière droite et gauche 2, présentent la relation Vl/V 2 = OA/OB Il est manifeste que Vl/V 2 correspond au rapport de la vitesse périphérique moyenne des roues arrière et de la vitesse périphérique moyenne des roues avant, c'est-à-dire au rapport d'accélération K entre les roues avant et les roues arrière. Comme l'indique la figure 1, le point médian A des roues avant droite et gauche 1 forme un angle a dans la direction de déplacement avec l'axe central du véhicule, cet angle étant égal à l'angle AOB Ainsi, la sécante de l'angle a est donnée par l'équation seca = OA/OB = Vl/V 2. L'angle de direction 301 de la roue avant gauche 1 qui est à l'intérieur par rapport au centre de virage et l'angle de direction P 02 de la roue avant droite 1 qui se trouve à l'extérieur, dans le cas d'une direction idéale, correspondent aux relations p 01 > a et f 02 > a Si la moyenne PO des deux angles de direction P 01 et P 02 est prise comme approximativement égale à p O = a, les relations suivantes sont établies secpû = seca = V 1/V 2 secp Ol > V 1/V 2 (= secp O). Lors de l'exécution de virage aussi proche d'un virage idéal, il est donc important de déterminer un angle maximal de direction P 01 de la roue avant 1 qui se trouve vers l'intérieur par rapport au cercle de virage afin qu'il soit supérieur au rapport d'accélération V 1/V 2 des roues avant Par ailleurs, la roue avant 1 qui est à l'extérieur a un angle maximal de direction f 02 qui correspond à la condition suivante: sec PO 2 Si le rapport d'accélération Vl/V 2 des roues avant 1 est déterminé comme étant égal à 2,0, on a alors: seca(= secp 0) = 2,0, a(= p O) = 60 secp 01 > 2,0, p 01 > 60 Les valeurs particulières de P 01 et P 02 sont dérivées des équations suivantes: P 01 = a + 81 avec tgôl = l(W/2)sinal/l(L/sina)-((W/2)cosa)l En conséquence: 61 = tg-1 l(W/2)sina/((L/sina)-(W/2)cosa)l p 02 = a + 82 avec tg 82 = l(W/2)sinal/l(L/sina)+((W/2)cosa)l En conséquence: 82 = tg-1 l(W/2)sina/((L/sina)+(W/2)cosa)l Dans les équations précédentes, W désigne la voie des roues avant 1 et L l'empattement. Dans une spécification de véhicule réel, l'angle théorique maximal de direction P 01 de la roue avant 1 placée à l'intérieur par rapport au cercle de virage est de l'ordre de 70 Il est difficile en pratique de réaliser un tel angle de direction à cause du mécanisme de direction. Comme représenté sur la figure 2 qui représente un virage réalisé dans un mode de réalisation de l'invention, l'angle réel de direction Pl a une valeur un peu inférieure à l'angle maximal théorique P 01 de direction Cependant, des virages presque idéals peuvent être réalisés par réglage de l'angle maximal de direction P 2 de la roue avant externe à une valeur légèrement supérieure à la valeur théorique, et par réglage de la valeur moyenne P des angles de direction des roues avant interne et externe de manière que secp soit approximativement égal au rapport d'accélération K. Bien que la manière d'exécuter un virage dans un mode de réalisation de l'invention soit décrite dans la suite, le rapport d'accélération du dispositif de change-35 ment de vitesse des roues directrices et les angles maxi- maux de direction des roues directrices droite et gauche sont corrélés et déterminés de manière rationnelle dans le système de commande de virage selon l'invention Ce système permet au véhicule d'effectuer un virage progressivement et de manière fiable avec un faible rayon et une petite résistance, sans serrage d'un frein latéral sur la roue non5 directrice placée à l'intérieur par rapport au cercle de virage Lors de l'exécution d'un tel virage, aucune force latérale n'est appliquée aux roues directrices, et le sol ne subit aucune détérioration sous l'action des roues directrices ou non directrices.10 Lorsque la détérioration du sol n'a pas d'impor- tance, un virage extrêmement réduit peut être cependant exécuté avec un faible rayon par utilisation d'un frein latéral En outre, suivant les conditions du sol, le frein latéral peut être utilisé modérément afin qu'il permette un virage suffisamment réduit avec une détérioration réduite du sol Ainsi, l'invention concerne un système de commande de virage ayant des performances bien meilleures que celles du même type de système connu dans la technique. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique représentant un état idéal du plus petit virage exécuté par un véhicule à quatre roues motrices du type à accélération des roues avant; la figure 2 est une vue schématique représentant le plus petit virage exécuté par un véhicule à quatre roues motrices utilisant un système de commande de virage selon l'invention; la figure 3 est une vue en élévation latérale d'un tracteur à quatre roues motrices utilisant le système de commande de virage selon l'invention; la figure 4 est un schéma du système de propulsion; la figure 5 est une coupe en élévation latérale d'un dispositif de changement de vitesse de roues directrices; la figure 6 est une coupe verticale en vue arrière du dispositif de la figure 5; et la figure 7 est une vue en plan d'un mécanisme de direction. Un tracteur, qui est un exemple de véhicule utili- taire à quatre roues motrices et auquel s'applique l'inven- tion, est décrit dans la suite en référence aux dessins. La figure 3 est une vue en élévation latérale d'un tracteur agricole à quatre roues motrices, ayant des roues avant directrices 1 et des roues arrière non directrices 2. La figure 4 représente schématiquement une transmission destinée à l'entraînement des roues avant 1 et des roues arrière 2. Comme représenté sur la figure 4, la puissance fournie par le moteur 3 monté dans la partie avant d'un châssis de tracteur est transmise par un embrayage princi- pal 4 à un carter 5 de transmission monté dans une partie arrière du châssis du tracteur Le carter 5 de transmission comporte une transmission 6 de changement de vitesse principale et une transmission 7 de changement de vitesse auxiliaire destinées à changer la vitesse donnée par le moteur La puissance fournie est alors transmise à un arbre 8 à pignon conique qui est un arbre final de changement de vitesse et elle est répartie par un différentiel arrière 9 entre les roues arrière droite et gauche 2. L'arbre 8 à pignon conique porte un pignon 10 qui lui est fixé et à partir duquel la puissance du moteur est extraite et transmise par un pignon intermédiaire 11 à deux étages à un dispositif 12 de changement de vitesse des roues avant (roues directrices) La puissance transmise par ce dispositif 12 de changement de vitesse est transmise par un mécanisme 13 à arbre de transmission à un différentiel avant 14 qui la répartit entre les roues avant droite et gauche 1. Les figures 5 et 6 représentent des détails du dispositif 12 de changement de vitesse des roues avant Le dispositif 12 de changement de vitesse comporte un arbre d'entrée 15 portant un pignon d'entrée 16 cannelé sur l'arbre afin qu'il puisse être déplacé pour venir en coopération avec le pignon intermédiaire 11 à deux étages et s'en séparer, et un gros pignon 17 d'accélération fixé à l'arbre d'entrée 15 Le dispositif 12 de changement de vitesse comporte en outre un arbre de sortie 18 qui porte un premier pignon 19 de changement de vitesse et un second pignon 20 de changement de vitesse monté sur lui afin qu'il puisse tourner librement Le premier pignon 19 de change-10 ment de vitesse est constamment en prise avec le pignon d'entrée 16, et le second pignon 20 de changement de vitesse est constamment en prise avec le pignon d'accéléra- tion 17 Un organe 21 d'embrayage est monté sur l'arbre de sortie 18 entre les pignons 19 et 20 de manière qu'il puisse coulisser sur des cannelures. Un embrayage à griffes 22 est monté entre l'organe 21 et le premier pignon 19 de changement de vitesse et il est manoeuvré lors du déplacement de l'organe 21 d'em- brayage Le second pignon 20 de changement de vitesse est réalisé en une seule pièce avec une extrémité d'entraîne- ment d'un embrayage 23 de friction à disques monté sur l'arbre de sortie 18 L'organe 21 d'embrayage joue le rôle d'un organe de réglage de pression destiné à manoeuvrer l'embrayage à friction 23. Plus précisément, l'embrayage à griffes 22 est embrayé lorsque l'organe 21 est déplacé vers la droite sur la figure 5 Ensuite, l'énergie est transmise de l'arbre d'entrée 15 à l'arbre de sortie 18, à une vitesse détermi- née par un rapport d'engrenage existant entre le pignon d'entrée 16 et le premier pignon 19 de changement de vitesse Lorsque l'organe 21 d'embrayage est déplacé vers la gauche sur la figure 5, l'embrayage à friction 23 est embrayé, si bien que de l'énergie est transmise de l'arbre d'entrée 15 à l'arbre de sortie 18, à une vitesse déter- minée par le rapport d'engrenage entre le pignon 17 d'accé- lération et le second pignon 20 de changement de vitesse. Lorsque l'arbre de sortie 18 est entraîné à faible vitesse alors que l'embrayage à griffes 22 est embrayé, les roues avant droite et gauche 1 sont entraînées avec une vitesse périphérique moyenne qui est égale à celle des 5 roues arrière droite et gauche 2 ou qui est légèrement supérieure Cet état est un état de transmission normale. Lorsque l'arbre de sortie 18 est entraîné à grande vitesse alors que l'embrayage 23 à friction est embrayé, le rapport d'engrenage est réglé afin que les roues avant 1 accélèrent et qu'elles atteignent à peu près le double de la vitesse de l'état de transmission normale Cet état de transmission avec accélération est produit automatiquement lorsque les roues avant 1 sont dirigées au-delà d'un angle prédéter- miné Une structure de commande relative à cet aspect de l'invention est l'objet de la description qui suit. La figure 7 est une vue en plan d'un mécanisme de direction des roues avant Le différentiel avant 14 est monté dans un carter 24 d'essieu avant qui supporte, à ses extrémités opposées, des leviers 25 de commande de fusée des roues avant droite et gauche 1 qui peuvent pivoter autour d'axes P de pivots de fusée Les bras 25 de commande de fusée sont raccordés par des barres 29 d'accouplement à l'extrémité avant d'un bras oscillant 28 qui coopère avec un volant 27 de manière qu'il puisse pivoter vers la droite et vers la gauche autour d'un axe de pivotement 26 placé à la partie avant du châssis du tracteur. Le bras oscillant 28 porte une plaque 31 de came fixée à un emplacement intermédiaire sur sa longueur et délimitant une gorge 30 de came Un bras pivotant 33 est articulé sur le châssis 33 afin qu'il puisse pivoter vers l'avant et vers l'arrière autour d'un point X de pivote- ment Le bras 34 porte un axe 34 formant toucheau de came, en position intermédiaire Ainsi, le bras 33 peut pivoter vers l'avant et vers l'arrière et peut pivoter latéralement par rapport au bras 28. La gorge 30 de came a une configuration telle que le bras 33 ne pivote pas lorsque le bras 28 pivote à droite ou à gauche d'un angle inférieur à un angle prédéterminé (d'environ 40 ), mais il est obligé de pivoter vers l'avant lorsque le bras 28 pivote au moins de l'angle prédéterminé. Une bielle 35 de commande part d'une extrémité libre du bras pivotant 33 et coopère avec l'organe 21 d'embrayage du dispositif 12 de changement de vitesse des roues avant de la manière suivante. Comme représenté sur la figure 6, une fourchette 36 est supportée afin qu'elle puisse coulisser sur un arbre fixe de support 37 et qu'elle permette le déplacement de l'organe 21 d'embrayage La fourchette 36 a une partie 36 a formant une saillie qui peut coopérer avec un bras 38 de commande monté avec du jeu sur-une extrémité interne d'un arbre 39 de réglage de vitesse Cet arbre 39 porte un collier 40 coopérant par des cannelures avec lui et ayant un axe 41 qui peut coopérer avec le bras 38 de commande afin que l'arbre 39 de commande de vitesse et le bras 38 soient interconnectés L'arbre 39 de commande de vitesse porte en outre un bras 42 fixé à son extrémité externe, et la bielle de commande 35 est raccordée, à son extrémité arrière, au bras 42. Les roues avant sont entraînées à un état de trans- mission normale à faible vitesse dans lequel l'embrayage à griffes 22 est embrayé alors que les roues avant 1 sont dirigées suivant les angles inférieurs à l'angle prédéter- miné de direction Lorsque les roues avant 1 sont dirigées au-delà de l'angle prédéterminé de direction, l'embrayage à friction 23 est embrayé afin qu'il entraîne les roues avant 1 dans l'état de transmission avec accélération. Le collier 40 peut fonctionner sous la commande d'une fourchette 43 de déplacement, commandée depuis l'extérieur, afin que l'axe 41 ne soit pas au contact du bras 38 comme représenté Ensuite, l'organe 21 d'embrayage est rappelé élastiquement vers la position de mise en prise de l'embrayage à griffes 22, si bien que les roues avant 1 sont entraînées à l'état de transmission normale indépen- damment de leur angle de direction. il En outre, le pignon d'entrée 16 peut être déplacé afin qu'il ne soit plus en prise avec le pignon intermé- diaire à deux étages Il Ceci supprime la liaison de transmission de puissance au dispositif 12 de changement de vitesse des roues avant si bien que seules les roues arrière 2 sont utilisées pour la propulsion du tracteur. La figure 2 montre comment un virage est réalisé sous la commande du système de commande de virage selon l'invention Dans cet exemple, la roue avant 1 placée vers l'intérieur par rapport à un cercle de virage, a un angle maximal de direction Pl compris entre 63 et 650, et la roue avant externe 1 a un angle maximal de direction P 2 d'envi- ron 550, l'angle moyen de direction p étant d'environ 600. L'état de transmission avec accélération présente un rapport d'accélération de 1,8 à 2,0 par rapport à l'état de transmission normale du dispositif 12 de changement de vitesse des roues avant. Les angles maximaux de direction Pl et P 2 et le rapport d'accélération des roues avant sont déterminés comme indiqué précédemment dans le tracteur ayant un empattement L de 1 550 à 1 750 mm et une voie avant W comprise entre 950 et 1 580 mm L'invention permet au tracteur d'exécuter un petit virage à l'état de transmis- sion avec accélération sans serrage d'un frein latéral de la roue arrière qui se trouve à l'intérieur du cercle de virage, avec un rayon minimal de virage comparable à celui qui est obtenu avec un véhicule classique qui effectue un virage à l'état de transmission avec accélération par serrage du frein latéral et par blocage complet de la roue arrière placée à l'intérieur du cercle de virage. On a décrit un mode de réalisation comprenant des roues avant directrices et des roues arrière non direc- trices Cependant, l'invention s'applique également à un véhicule à quatre roues motrices, par exemple une tondeuse à gazon à outil monté à l'avant, ayant des roues avant non directrices et des roues arrière directrices. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux systèmes de commande de virage qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'inven- tion. REVENDICATIONS 1 Système de commande de virage destiné à un véhicule à quatre roues motrices, comprenant: un moteur ( 3), des roues non directrices droite et gauche ( 2) destinées à recevoir l'énergie du moteur par l'intermé- diaire d'un différentiel ( 9), des roues directrices droite et gauche ( 1) destinées à recevoir l'énergie du moteur par l'intermédiaire d'un différentiel supplémentaire ( 14), un dispositif de direction ( 27) destiné à commander les roues directrices, un dispositif ( 12) de changement de vitesse raccordé aux roues directrices et ayant un mode de transmission normale destiné à l'entraînement des roues directrices droite et gauche pratiquement à la même vitesse périphé- rique moyenne que les roues non directrices droite et gauche, et un mode de transmission avec accélération destiné à l'entraînement des roues directrices droite et gauche avec une vitesse périphérique moyenne supérieure à celle des roues non directrices droite et gauche, et un dispositif de commutation destiné à assurer la sélection entre le mode de transmission normale et le mode de transmission avec accélération, et un dispositif à action solidarisée ( 33, 35) destiné à solidariser le fonctionnement du dispositif d'entraîne- ment et du dispositif de commutation afin que le dispositif ( 12) de changement de vitesse fonctionne en mode de trans- mission avec accélération lorsque les roues directrices sont dirigées au-delà d'un angle prédéterminé, caractérisé en ce que celle des roues directrices ( 1) qui est la plus à l'intérieur d'un cercle de virage a un angle maximal de virage pl qui remplit la condition suivante: secpl > K K étant le rapport d'accélération entre le mode de transmission avec accélération et le mode de transmission normale du dispositif de changement de vitesse ( 12). 2 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport d'accélération K entre le mode de trans- mission d'accélération et le mode de transmission normale du dispositif de changement de vitesse ( 12) est approxima- tivement égal à 2, et l'angle maximal de direction 31 de celle des roues directrices qui est la plus à l'intérieur du cercle de virage est réglé à une valeur d'environ 600.10 3 Système de commande de virage destiné à un véhicule à quatre roues motrices, comprenant un moteur ( 3), des roues non directrices droite et gauche ( 2) destinées à recevoir l'énergie du moteur par l'intermé- diaire d'un différentiel ( 9), des roues directrices droite et gauche ( 1) destinées à recevoir l'énergie du moteur par l'intermédiaire d'un différentiel supplémentaire ( 14), un dispositif de direction ( 27) destiné à commander les roues directrices, un dispositif ( 12) de changement de vitesse raccordé aux roues directrices et ayant un mode de transmission normale destiné à l'entraînement des roues directrices droite et gauche pratiquement à la même vitesse périphé- rique moyenne que les roues non directrices droite et gauche, et un mode de transmission avec accélération destiné à l'entraînement des roues directrices droite et gauche avec une vitesse périphérique moyenne supérieure à celle des roues non directrices droite et gauche, et un dispositif de commutation destiné à assurer la sélection entre le mode de transmission normale et le mode de transmission avec accélération, et un dispositif à action solidarisée ( 33, 35) destiné à solidariser le fonctionnement du dispositif d'entraîne- ment et du dispositif de commutation afin que le dispositif ( 12) de changement de vitesse fonctionne en mode de transmission avec accélération lorsque les roues direc- trices sont dirigées au-delà d'un angle prédéterminé, caractérisé en ce que les roues directrices ( 1) ont des angles maximaux de direction Pl et P 2 dont la moyenne P est réglée afin qu'elle remplisse la condition suivante secp = K K étant le rapport d'accélération entre le mode de trans- mission avec accélération et le mode de transmission normale du dispositif de changement de vitesse ( 12), et les angles maximaux de direction Pl et P 2 sont réglés approximativement aux valeurs des angles théoriques maximaux de direction P 01 et P 02 pour lesquels les roues directrices droite et gauche ( 1) sont entraînées en mode de transmission avec accélération par rotation autour d'un centre de virage O se trouvant sur un prolongement de l'axe des roues non directrices droite et gauche ( 2). 4 Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'angle maximal de direction P 2 de celle des roues directrices ( 1) qui est à l'extérieur est supérieur à l'angle maximal théorique de direction P 02. Système selon l'une des revendications 1 et 3, caractérisé en ce que les roues directrices ( 1) sont les roues avant, et les roues non directrices ( 2) sont les roues arrière.