Brevet FR2677317A1 — publié le 19921211

La présente invention concerne un dispositif de commande de direction arrière pour un véhicule automobile à quatre roues directrices. Un tel dispositif commande le braquage des roues arrière en fonction du braquage des roues avant imposé par le volant de direction du véhicule. On sait que pour obtenir un meilleur comportement routier du véhicule, il est nécessaire de braquer les roues arrière dans le même sens que les roues avant pour une valeur d' angle de braquage du volant inférieure à une valeur de seuil prédéterminée et dans le sens opposé aux roues avant lorsque la valeur d'angle de braquage dépasse la valeur de seuil. On obtient ainsi un effet sur-vireur souhaitable du véhicule lorsque l'angle de braquage est relativement important, par exemple lorsqu'on gare le véhicule dans un garage ou sur un parc de stationnement et un effet sous-vireur également souhaitable du véhicule lorsque l'angle de braquage est relativement petit comme c'est le cas lorsque le véhicule roule relativement vite. Les dispositifs connus fonctionnant suivant le principe ci-dessus défini comprennent un arbre de transmission longitudinal au véhicule pivotant autour de son axe en réponse à une action de braquage des roues avant et un mécanisme de direction arrière comprenant des moyens formant came commandés par l'arbre de transmission longitudinal et propres à déplacer les barres de direction arrière qui commandent le braquage des roues arrière en fonction du braquage des roues avant selon une loi déterminée par le profil des moyens formant came. Cependant, les dispositifs connus ci-dessus comportent un nombre de pièces en mouvement relativement important impliquant de surcroît un usinage relativement coûteux de certaines de ces pièces, notamment des moyens formant came, pour obtenir la précision souhaitée de commande de braquage des roues arrière en fonction du braquage des roues avant. La présente invention a pour but d'éliminer les inconvénients ci-dessus des dispositifs connus en proposant un mécanisme de direction arrière d'une conception extrêmement simple et peu coûteux. A cet effet, le dispositif de commande de l'invention, du type comprenant un arbre de direction longitudinal pivotant autour de son axe en réponse à une action de braquage des roues avant et un mécanisme de direction arrière mécaniquement relié à l'extrémité arrière de l'arbre de transmission par l'intermédiaire d'un arbre d'entrainement et aux barres de direction arrière pour commander le braquage des roues arrière en fonction du braquage des roues avant selon une loi déterminée, est caractérisé en ce que le mécanisme de direction arrière comprend un boîtier entraîné en rotation par l'arbre longitudinal et comportant deux paliers opposés de support d'un axe fileté rotatif perpendiculaire à l'axe de rotation du bottier ; des moyens entraînant en rotation l'axe fileté lors d'une rotation du bottier ; une noix formant écrou engagée sur l'axe fileté, bloquée en rotation et portant un doigt d'entrainement des barres de direction arrière qui décrit dans un plan tranversal, lors d'une rotation du bottier dans un sens donné ou dans l'autre, une courbe en forme de spirale d'Archimède, définissant la loi de braquage des roues arrière, à partir d'une position neutre, non braquée, des roues à laquelle l'axe du doigt d'entrainement colncide avec l'axe de rotation du bottier et l'axe fileté et les barres de direction arrière se trouvent sensiblement dans un même plan, le doigt d'entrainement ayant à tout instant de rotation du bottier un point d'abscisse au centre de symétrie des barres de direction arrière. Selon un mode de réalisation, les moyens précités entrainant en rotation l'axe fileté comprennent un pignon satellite conique solidaire de l'axe fileté et un pignon planétaire conique fixe sur lequel engrène le pignon satellite. Avantageusement, le pignon planétaire est logé dans le boîtier qui est monté sur un roulement, de préférence à billes, traversé par une queue du pignon planétaire fixée au carter du mécanisme de direction arrière par un écrou. L'arbre d'entrainement comprend un pignon, de préférence à denture droite, en engrènement avec une couronne dentée solidaire du boîtier précité. La noix formant écrou est bloquée en rotation par une partie plate en bout du pignon planétaire, opposée à la queue de ce dernier, et contre laquelle est en appui une partie plate supérieure de la noix formant écrou, opposée au doigt d'entrainement. Selon une variante de réalisation, la noix formant écrou est bloquée en rotation par une languette solidaire du boîtier et traversant une rainure de la noix formant écrou parallèle à l'axe fileté. Selon un mode de réalisation, le doigt d'entrainement sert d'axe d'articulation à deux barres de liaison qui sont également reliées de façon articulée à leurs deux extrémités opposées respectivement aux deux barres de direction arrière qui coulissent axialement dans le carter du mécanisme de direction arrière. Selon un autre mode de réalisation, les deux barres de direction arrière sont réalisées en une seule barre de direction guidée axialement par des paliers de support du carter du mécanisme de direction arrière et comportant une rainure perpendiculaire à son axe dans laquelle se déplace le doigt d'entrainement précité suivant la courbe en spirale d'Archimède. Le doigt d'entrainement se déplace dans la rainure précitée par l'intermédiaire d'un coulisseau solidaire du doigt d'entrainement. Le dispositif de commande comprend de plus des moyens d'atténuation du jeu de la noix formant écrou comprenant une coupelle inférieure fixe, une coupelle supérieure en appui forcé sous les deux barres de liaison par l'intermédiaire de rondelles élastiques logées entre les deux coupelles inférieure et supérieure. Avantageusement, la coupelle inférieure est solidaire d'un couvercle de fermeture du carter du mécanisme de direction arrière. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention, et dans lesquels - la figure 1 représente en perspective une vue schématique d'un véhicule automobile muni du dispositif de direction conforme à l'invention ; ; - la figure 2 représente un exemple de courbe de braquage des roues arrière du véhicule en fonction du braquage des roues avant - la figure 3 est une vue partielle en coupe longitudinale du dispositif de direction de l'invention - la figure 4 est une vue en coupe suivant la ligne IV-IV de la figure 3 - la figure 5 représente la courbe de déplacement du doigt d'entrainement faisant partie du mécanisme de direction arrière du dispositif de l'invention - la figure 6 représente schématiquement une variante de réalisation du dispositif de direction de l'invention - la figure 7 est une vue en coupe suivant la ligne VII-VII de la figure 6 ; et - la figure 8 représente une variante de réalisation des moyens représentés en figure 7. En se reportant en figure 1, la référence 1 désigne un volant de direction dont l'arbre de direction 2 est relié, par l'intermédiaire d'un pignon denté 2a, à un arbre à crémaillère 3 dont les extrémités sont reliées respectivement à deux barres d'accouplement 4 aux extrémités extérieures desquelles sont reliées les roues avant 5 qui peuvent être orientées angulairement suivant le sens de braquage du volant 1. Un arbre 6 à pignon denté 6a en engrènement avec une crémaillère de l'arbre 3 s'étend en arrière de ce dernier et a son extrémité arrière reliée par un joint articulé 7 à un arbre de transmission 8 monté longitudinalement au véhicule. L'extrémité arrière de l'arbre 8 est reliée par un joint articulé 9 à un arbre d'entrainement 10 d'un mécanisme de direction arrière 11 disposé entre les deux roues arrière 12 du véhicule. Le mécanisme de direction arrière 11 est mécaniquement relié à deux barres de direction arrière 13 commandant par l'intermédiaire de biellettes 14 des leviers 15 de pivotement des roues arrière 12 montées sur pivot. Le mécanisme de direction arrière 11 est adapté pour braquer les roues arrière 12 dans le même sens que les roues avant 5 pour une valeur d'angle de braquage du volant inférieure à une valeur de seuil et dans le sens opposé aux roues avant quand la valeur d'angle de braquage du volant dépasse la valeur de seuil. Le braquage des roues arrière 12 en fonction du braquage des roues avant 5 s'effectue suivant une loi prédéterminée telle que celle représentée à titre d'exemple par la courbe de la figure 2. Sur cette figure, sur les demi-axes Ox et Ox' sont portées les valeurs d'angle de rotation ou de braquage du volant 1 lors du déplacement du véhicule respectivement en virage à droite et en virage à gauche. Sur les demi-axes Oy et Oy' sont portées les valeurs d'angle de braquage des roues avant et arrière respectivement vers la droite et vers la gauche en référence à la figure 1.Plus précisemment, la courbe C1 située à droite de l'axe y0y'représente les deux sens de braquage des roues arrière 12 selon l'amplitude de braquage donnée au volant de direction 1 dans un même sens, la courbe C2 étant relative à l'angle moyen de braquage des roues avant suivant la course de l'arbre 3. Lorsque le volant 1 est tourné suivant la flèche A en figure 1 d'un angle de braquage faible inférieur à une valeur de seuil S correspondant dans le cas présent à une course de l'arbre 3 d'environ 14 mm, les roues arrière sont braquées dans le même sens que les roues avant, comme indiqué par la flèche B en figure 1 (les valeurs d'angle de braquage des roues arrière étant faibles), de façon à produire un effet sous-vireur du véhicule.Lorsque le volant 1 est tourné d'un angle de braquage important supérieur à la valeur de seuil S correspondant à 14 mm de course de l'arbre 3, les roues arrière sont braquées dans le sens opposé à la flèche B, donc opposé aux roues avant en passant par la condition de parallèlisme des roues du véhicule en ligne droite (correspondant par exemple à une course d'environ 35 mm de l'arbre 3) jusqu'à une valeur maximale d'angle de braquage des roues arrière vers la gauche d'environ 50 pour une valeur d'angle de braquage du volant 1 d'environ 4800, de façon à produire un effet survireur souhaitable du véhicule.Le même raisonnement est fait en référence à la courbe C3 située à gauche de l'axe yOy', c'est à dire pour un angle de braquage du volant dans un sens opposé à la flèche A et inférieure à une valeur correspondant au seuil S d'environ 14 mm de course de l'arbre 3 les roues arrière sont braquées vers la gauche par rapport à la figure 1 suivant le même sens que les roues avant tandis que pour un angle de braquage important du volant du véhicule dans le même sens, les roues arrière sont braquées à droite, donc dans le sens opposé aux roues avant en passant par leur parallèlisme à l'axe longitudinal du véhicule (correspondant à la course d'environ 35 mm de l'arbre 3) de façon à engendrer respectivement deux effets sous-vireur et survireur souhaitables du véhicule. Le dispositif selon l'invention est donc adapté pour commander le braquage des roues arrière en fonction du braquage des roues avant suivant la loi de braquage définie par la courbe C1 ou C3 etant bien entendu que cette loi peut évoluer pour être adaptée au comportement routier du véhicule. Selon le dispositif représenté aux figures 3 et 4, l'arbre d'entrainement 10 est monté rotatif dans le mécanisme de direction arrière 11 par l'intermédiaire d'un roulement à billes 16a fixé dans une partie formant couvercle 17 amoviblement fixée au carter 18 du mécanisme 11 par des vis de fixation 17a et d'un roulement à aiguilles 16b fixé dans le carter 18 à l'opposé du couvercle 17. L'arbre 10 entraîne en rotation un boîtier 19, logé dans le carter 18, par l'intermédiaire d'un pignon 20, de préférence à denture droite, solidaire de l'arbre 10 et en engrènement avec une couronne dentée 21 solidaire du boîtier 19 en étant par exemple montée serrée sur celui-ci coaxialement à son axe de rotation X-X'.Le boîtier 19 est monté rotatif dans le carter 18 par l'intermédiaire d'un roulement à billes 22 fixé sur une queue 23 le traversant d'un pignon planétaire conique 24, laquelle queue 23 est fixée au carter 18 par l'intermédiaire d'un écrou 25 vissé sur l'extrémité de la queue 23 faisant saillie à l'extérieur du carter 18, de façon que le roulement 22 soit maintenu axialement par sa bague interne entre une paroi plane interne 18a du carter 18 et un épaulement 24a du pignon 24. De la sorte, le boîtier 19 est solidaire en translation du carter 18 et le pignon planétaire 24 est fixe. Le bottier 19 a une forme généralement cylindrique ouverte vers le bas en considérant la figure 3 et la paroi latérale de celui-ci comporte deux paliers diamètralement opposés 26 et 27, dont l'axe commun est perpendiculaire à l'axe de rotation X-X' du boîtier 19. Les paliers 26 et 27 sont garnis respectivement d'un roulement à aiguilles 28 et d'un roulement à billes 29 permettant la rotation d'un axe 30 autour de l'axe commun aux paliers 26,27. L'axe 30 est fileté sur une portion de sa longueur avec le filetage ayant un pas à droite. Un pignon satellite conique 31 est monté de façon solidaire sur l'axe 30 par l'intermédiaire de cannelures usinées sur l'axe 30 et est en engrènement avec le pignon planétaire 24. Une noix formant écrou 32 est vissée sur la portion filetée de l'axe 30 et est bloquée en rotation par sa partie supérieure plate en appui, en contact glissant, sur une paroi plate en bout du pignon planétaire 24 et opposée à l'écrou de fixation 25. L'ensemble constitué par le pignon planétaire 24, l'axe 30, le pignon satellite 31 et la noix formant écrou 32 est logé dans le bottier 19. La noix formant écrou 32 comporte un doigt 33 s'étendant hors du bottier 19 perpendiculairement à l'axe fileté 30 et servant d'axe d'articulation commun à deux barres de liaison 34 et 35, elles-même reliées par chacune de leurs extrémités opposées, de façon articulée, respectivement aux deux barres de direction arrière 13. Plus précisement, le doigt 33 traverse l'extrémité en forme de chape 34a de la barre de liaison 34 et l'extrémité 35a de la barre de liaison 35 engagée entre les deux branches de l'extrémité en forme de chape 34a et les extrémités 34b, 35b respectivement des barres de liaison 34, 35 sont reliées de façon articulée dans des parties formant chape 13a des barres 13 par des axes d'articulation 36. Les barres de direction arrière 13 coulissent dans le carter 18 du mécanisme 11 respectivement dans deux paliers opposés 37 du carter 18. Le dispositif de commande comprend de plus des moyens d'atténuation du jeu occasionné par la noix formant écrou 32 et constitués par une coupelle inférieure 38 fixée dans le couvercle 17, une coupelle supérieure 39 en appui forcé sous les deux barres de liaison 34 et 35 par l'intermédiaire de rondelles élastiques 40 logées entre les deux coupelles inférieure 38 et supérieure 39 coaxialement à la coupelle inférieure 38. En position neutre non braquée des roues avant et arrière du véhicule, l'axe longitudinal du doigt d'entrainement 33 coïncide avec l'axe de rotation X-X' du boîtier 19 tandis que l'axe fileté 30 et les barres de direction arrière 13 se trouvent sensiblement dans un même plan. Le fonctionnement du dispositif ci-dessus décrit résulte déjà de la description qui en a été faite et va être maintenant détaillé. Le pivotement autour de son axe de l'arbre de transmission 8 suite au mouvement de braquage du volant 1 entraîne en rotation l'arbre 10 qui entraîne en rotation le boîtier 19 autour de l'axe X-X' par l'intermédiaire du pignon 20 et de la couronne dentée 21. La rotation du boîtier 19 dans un sens déterminé par le sens de braquage du volant 1 s'accompagne d'une rotation concomitante de l'axe fileté 30 autour de l'axe de rotation X-X' et d'une rotation autour de son axe longitudinal par l'intermédiaire du pignon conique 31 se déplaçant sur le pignon planétaire fixe 24. La rotation autour de son axe de l'axe fileté 30 s'accompagne d'une translation rectiligne de la noix formant écrou 32 le long de la partie filetée de l'axe 30 dans un sens dépendant du sens de rotation du boîtier 19 imposé par le sens de braquage du volant 1. En partant de la position neutre définie précédemment, le doigt 33 d'entraînement des barres de direction arrière 13 décrit, dans un plan transversal du véhicule, du fait des mouvements conjugués de rotation du boîtier 19 et de translation de la noix formant écrou 32, une courbe en forme de spirale d'Archimède (la spirale d'Archimède est définie comme étant une courbe engendrée par un point se déplaçant d'un mouvement uniforme sur une droite, elle-même animée d'un mouvement de rotation uniforme autour d'un pôle). La figure 5 montre bien que le mouvement de rotation du boîtier 19, défini par le basculement 0 de l'axe fileté 30 symbolisé par la droite C projetée sur le plan transversal et passant par l'origine 0 correspondant à la position neutre précitée, et conjugué au déplacement OI du centre I de la noix formant écrou 32 engendrent une courbe en spirale d'Archimède dans un sens de rotation du volant 1 et une courbe symétrique dans le sens inverse de rotation de celui-ci. La valeur OD (compte-tenu de la longueur des barres de liaison 34 et 35) où D est la projection sur l'axe des abscisses du centre I de la noix formant écrou 32, représente le déplacement des barres de direction arrière 13.Les déplacements des barres 13 traduits en valeurs d'angle moyen de braquage des roues arrière du véhicule, compte-tenu de la géométrie des leviers de pivotement 15, sont représentés par les courbes C1, C3 de la figure 2 et répondent à la loi recherchée à savoir le braquage des roues arrière dans le même sens que les roues avant jusqu'à une valeur de seuil déterminée, puis le braquage des roues arrière en sens inverse de celui des roues avant au delà de cette valeur de seuil. A chaque instant de rotation du boîtier 19, l'abscisse du doigt 33 se situe au centre de symétrie des barres de direction arrière 13. Le déplacement longitudinal du centre I de la noix formant écrou 32 suivant l'axe fileté 30 provoque une variation de la longueur totale entre les deux articulations 15a qui relient entre eux les leviers 14 et 15. Cette variation de longueur est cependant négligeable en raison de la longueur des barres de liaison 34 et 35. Le mode de réalisation du dispositif de commande représenté aux figures 6 à 8 propose une solution éliminant le défaut ci-dessus de variation de longueur. Suivant ce mode de réalisation, les barres de liaison 34 et 35 ainsi que les articulations 36 sont supprimées et remplacées par une barre de direction arrière unique 41 reposant sur deux paliers opposés 42 du carter 18 du mécanisme 11 de façon à coulisser transversalement à l'axe longitudinal du véhicule sous la commande du doigt d'entrainement 33. La barre de direction arrière 41 comporte une rainure 43 perpendiculaire à l'axe longitudinal de la barre 41 et dans laquelle coulisse le doigt d'entrainement 33 comme représenté en figure 7 en décrivant la courbe en forme de spirale d'Archimède représentée en figure 5.Selon la variante représentée en figure 8, le doigt 33 se déplace dans la rainure 43 par l'intermédiaire d'un coulisseau 44 qui lui est solidaire. La figure 6 représente également une variante de réalisation du blocage en rotation de la noix formant écrou 32 et comprenant une languette 45 solidaire du boîtier 19 en s'étendant perpendiculairement à l'axe de rotation X-X' du boîtier 19 et traversant une rainure 32a de la noix formant écrou 32, parallèle à l'axe fileté 30. La loi de braquage des roues arrière en fonction des roues avant représentée en figure 5 est obtenue pour un pignon 2a de neuf dents, un pignon 6a de six dents, un pignon d'entrée 20 de douze dents, une couronne dentée 21 de cinquante quatre dents, un pignon planétaire 24 de quarante et une dents, un pignon satellite 31 de seize dents et un pas à droite de l'axe fileté 30 de 12,5 mm. Bien entendu cette loi peut évoluer en faisant varier le rapport de démultiplication d'entrée, le rapport du train planétaire conique et la valeur du pas du filetage de l'axe fileté. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande de direction arrière pour un véhicule automobile à quatre roues directrices dont les roues arrière (12) sont reliées à deux barres de direction (13) de commande de leur pivotement et du type comprenant un arbre de transmission longitudinal (8) pivotant autour de son axe en réponse à une action de braquage des roues avant (5) et un mécanisme de direction arrière (11) mécaniquement relié à l'extrémité arrière de l'arbre de transmission (8) par l'intermédiaire d'un arbre d'entrainement (10) et aux barres de direction arrière (13) pour commander le braquage des roues arrière (12) en fonction du braquage des roues avant (5) selon une loi déterminée, caractérisé en ce que le mécanisme de direction (11) comprend un boîtier (19) entraîné en rotation par l'arbre longitudinal (8) et comportant deux paliers opposés (26,27) de support d'un axe fileté rotatif (30) perpendiculaire à l'axe de rotation X-X' du boîtier (19) ; des moyens (24,31) entraînant en rotation l'axe fileté (30) lors d'une rotation du boîtier (19) une noix formant écrou (32) engagée sur l'axe fileté (30), bloquée en rotation et portant un doigt (33) d'entrainement des barres de direction arrière (13) qui décrit dans un plan transversal, lors d'une rotation du boîtier (19) dans un sens donné ou dans l'autre, une courbe en forme de spirale d'Archimède, définissant la loi de braquage des roues arrière, à partir d'une position neutre, non braquée, des roues à laquelle l'axe du doigt d'entrainement (33) coïncide avec l'axe de rotation X-X' du boîtier (19) et l'axe fileté (30) et les barres de direction arrière (13) se trouvent sensiblement dans un même plan, le doigt d'entrainement (33) ayant à tout instant de rotation du boitier (19) un point d'abscisse au centre de symétrie des barres de direction arrière (13). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens précités entraînant en rotation l'axe fileté (30) comprennent un pignon satellite conique (31) solidaire de l'axe fileté (30) et un pignon planétaire conique fixe (24) sur lequel engrène le pignon satellite (31). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le pignon planétaire (31) est logé dans le boîtier (19) qui est monté sur un roulement (22), de préférence à billes, traversé par une queue (23) du pignon planétaire (24) fixée au carter (18) du mécanisme de direction (11) par un écrou (25). 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'arbre d'entrainement (10) comprend un pignon (20), de préférence à denture droite, en engrènement avec une couronne dentée (21) solidaire du boitier (19). 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la noix formant écrou (32) est bloquée en rotation par une partie plate en bout du pignon planétaire (24), opposée à la queue (23) de ce dernier, et contre laquelle est en appui une partie plate supérieure de la noix formant écrou (32), opposée au doigt d'entrainement (33). 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la noix formant écrou (32) est bloquée en rotation par une languette (45) solidaire du boîtier (19) et traversant une rainure (32a) de la noix formant écrou (32) parallèle à l'axe fileté (30). 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le doigt d'entrainement (33) sert d'axe d'articulation à deux barres de liaison (34,35) qui sont également reliées de façon articulée à leurs deux extrémités opposées respectivement aux deux barres de direction arrière (13) qui coulissent axialement dans le carter (18) du mécanisme de direction arrière (11). 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les deux barres de direction arrière (13) sont réalisées en une seule barre de direction (41) guidée axialement par des paliers de support (42) du carter (18) du mécanisme de direction arrière (11) et comportant une rainure (43) perpendiculaire à son axe dans laquelle se déplace le doigt d'entrainement (33) précité suivant la courbe en spirale d'Archimède. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le doigt d'entrainement (33) se déplace dans la rainure (43) précitée par l'intermédiaire d'un coulisseau (44) solidaire du doigt (33). 10. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'atténuation du jeu de la noix formant écrou (32) comprenant une coupelle inférieure fixe (38), une coupelle supérieure (39) en appui forcé sous les deux barres de liaison (34,35) par l'intermédiaire de rondelles élastiques (40) logées entre les deux coupelles inférieure (38) et supérieure (39). 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que la coupelle inférieure (30) est solidaire d'un couvercle (17) de fermeture du carter (18) du mécanisme de direction arrière (11).