Brevet FR2689303A1 — publié le 19931001

L'invention a pour objet un dispositif commutateur pouvant être commuté de son premier état de commutation en un second état de commutation lorsque le couple transmis par un arbre rotatif pouvant tourner sur plus de 360 , de préférence un arbre de direction d'un véhicule automobile, atteint ou dé- passe une valeur prédéterminée. Dans de nombreux domaines techniques associés aux ar- bres transmettant un couple, il est nécessaire ou du moins sou- haitable de détecter le moment o le couple transmis atteint ou dépasse une certaine valeur, afin de mettre en marche ou d'ar- rêter des dispositifs ou agrégats quelconques, en fonction de ce dépassement. Ainsi par exemple, dans le cas des dispositifs de di- rection assistée pour véhicules automobiles dont le fonctionne- ment doit requérir le moins d'effort possible, il est souhaita- ble d'activer le dispositif d'assistance de la direction respectivement seulement au moment o, par exemple après avoir atteint un effort de direction prédéterminé ou un couple de direction prédéterminé, une assistance du système paraît réel- lement utile. L'activation et la désactivation du dispositif d'as- sistance peuvent être réalisées, dans le cas des dispositifs de direction assistée électro-hydrauliques, par exemple, tels qu'ils sont connus par exemple d'après les documents DE-A 29 15 890 ou DE-A 36 03 065, en mettant en marche et en arrê- tant de façon appropriée le dispositif moteur électrique de la pompe hydraulique, de la manière pratiquée selon le document DE-A 29 15 890. Dans le cas des dispositifs de direction assistée à commande purement électrique, tels qu'ils sont connus par exem- ple d'après les documents DE-A 32 36 080 ou DE-A 36 12 619, cette activation et la désactivation du dispositif d'assistance de la direction peuvent donc être effectuées de façon simple par la mise en marche et l'arrêt du moteur électrique. Afin d'activer le dispositif d'assistance de façon sélective vraiment seulement aux moments o 1 'activation paraît nécessaire, on doit prévoir des dispositifs grâce auxquels on peut déterminer de façon exacte et fiable le moment o on at- teint un couple de direction prédéterminé ou un effort de direction prédéterminé, et effectuer la mise en marche du dis- positif moteur électrique. Afin de déterminer les couples de direction ou les efforts de direction développés, on met souvent en oeuvre des dispositifs comprenant des jauges de contrainte mises en place sur des parties de l'arbre de direction (par exemple, DE-A 32 36 080, DE-A 36 03 065), dont les signaux de mesure sont acheminés, par l'intermédiaire de liaisons adéquates par con- ducteurs, en vue de leur traitement, vers un dispositif élec- tronique de commande. D'après le document DE-A 33 04 917, on connaît aussi une autre manière de générer un signal électrique dépendant du couple, à savoir une manière de générer le signal par induction, en vue de commander le servomoteur du dispositif d'assistance de la direction. L'utilisation des jauges de contrainte pour la dé- termination du couple est relativement compliquée, car elle requiert respectivement un dispositif électronique de traite- ment, et parce qu'à partir du moment o l'arbre transmettant le couple tourné, en service, de plus de 360 , des bagues col- lectrices sont nécessaires pour transmettre les signaux de mesure Etant donné que la présence de défauts ne peut être exclue de façon globale, ni dans les jauges de contrainte elles-mêmes, ni dans le système de transmission des signaux de mesure et dans le système électronique de traitement, il faut s'assurer, grâce à une redondance ou similaire, que ces défauts ne conduisent pas à des résultats négatifs à l'intérieur du système, ce qui rend la complexité et les coûts de ce système d'autant plus lourds. Devant cet arrière-plan technique, le but de la pré- sente invention est de créer un dispositif commutateur pouvant être commuté de son premier état de commutation en un second état de commutation lorsque le couple transmis par un arbre ro- tatif pouvant tourner sur plus de 3600, de préférence un arbre de direction d'un véhicule automobile, atteint ou dépasse une valeur prédéterminée, ce dispositif n'impliquant qu'une comple- xité réduite et étant caractérisé par sa précision et sa fia- bilité. Ce but est atteint selon l'invention grâce à un dis- positif caractérisé par un élément d'arbre disposé dans le train de transmission du couple et qui, lors de la transmission du couple, est déplacé légèrement axialement dans un sens ou dans l'autre, selon le sens de direction de l'arbre hors de sa position initiale adoptée lorsqu'il n'y a pas de transmis- sion de couple, et par un interrupteur électrique disposé de façon stationnaire à côté de cet élément d'arbre, qui peut être actionné par l'intermédiaire d'un poussoir ou similaire, co- opérant avec l'élément d'arbre, rappelé par un ressort, l'ac- tionnement s'effectuant de telle sorte que l'état de commuta- tion de l'interrupteur électrique soit changé respectivement lorsque l'élément d'arbre se trouve décalé dans le sens axial, d'une valeur prédéterminée, par rapport à sa position initiale. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre. Le dispositif commutateur selon l'invention repré- sente un système robuste purement mécanique, insensible aux dé- fauts, dont le seuil de sensibilité peut être réglé de façon simple et précise, et qui est parfaitement adapté pour être utilisé aussi notamment dans le cas des arbres transmettant un couple et qui, lors du fonctionnement, doivent effectuer, le cas échéant, plusieurs tours dans un sens de rotation comme dans l'autre, comme c'est le cas par exemple pour les dispositifs de direction d'automobiles. L'invention sera expliquée plus en détail par la sui- te au vu d'un exemple de réalisation dont les principes sont illustrés sur le dessin annexé sur lequel: la figure unique montre une vue en coupe longitudinale d'un dispositif commutateur selon l'invention, qui fait partie d'un système d'arbre transmettant un couple, par exemple d'une broche ou d'un arbre de direction trans- mettant un couple, s'étendant entre le volant de direction et la timonerie d'un système de direction assistée d'automobile. Seuls les détails nécessaires à la compréhension de l'invention sont représentés Le dispositif commutateur selon l'invention contient essentiellement un élément d'arbre 2 dis- posé dans le train de transmission du couple, faisant lui-même partie de l'arbre rotatif ou de l'arbre de direction 1 transmettant un couple, ainsi qu'un interrupteur électrique 4 placé à côté de cet élément d'arbre, à l'intérieur d'un carter palier stationnaire 12 ou similaire. L'élément d'arbre 2 est réalisé et disposé de façon telle que, lors de la transmission d'un couple, il puisse être déplacé légèrement axialement, dans un sens ou dans l'autre suivant le sens de rotation de l'arbre 1 de direction, hors de sa position initiale représentée sur le dessin, adoptée lors- qu'il n'y a pas de transmission de couple. Ce déplacement axial est mis à profit de façon simple pour commuter l'interrupteur stationnaire 4, de son premier état de commutation dans son second état de commutation, -lors- que le couple transmis par l'arbre 1 de direction atteint ou dépasse une valeur prédéterminée. A cette fin, on prévoit, dans le cas de l'exemple de réalisation représenté, un poussoir 5 rappelé par un ressort 10 de pression, l'extrémité libre du poussoir étant poussée, par le ressort 10 de pression, dans une gorge annulaire circonfé- rentielle 7 de l'élément d'arbre 2 Cette gorge circulaire pré- sente des flancs montant régulièrement depuis le fond de la gorge, réalisés de façon symétrique par rapport à un plan. On comprendra aisément que lors d'un déplacement axial de l'élément d'arbre 2 dans un sens ou dans l'autre, le poussoir 5 engagé dans la rainure annulaire 7 est repoussé ra- dialement vers l'extérieur, à l'encontre de la force de ressort du ressort 10 de pression Ce déplacement radial du poussoir 5 est mis à profit pour actionner l'interrupteur électrique 4. Dans le cas de l'exemple de réalisation représenté, le poussoir 5 n'agit pas de façon directe, mais par l'intermé- diaire d'un levier 6 de démultiplication sur l'interrupteur 4. De cette manière, un déplacement radial du poussoir 5 de fractions d'un millimètre est suffisant, le cas échéant, pour produire la course de commande généralement beaucoup plus im- portante, qui est requise pour actionner l'interrupteur. L'élément d'arbre 2 est accouplé, de façon à trans- mettre un couple, à un deuxième élément d'arbre 3 de l'arbre 1 de direction, aligné sur le premier élément, qui est lui-même logé de manière à pouvoir tourner, mais de façon axialement im- mobile dans le carter palier 12, l'accouplement étant réalisé par l'intermédiaire d'un filetage 9 à pas rapide ou filetage de vis sans fin simplement rappelé sur le dessin Si un couple est transmis à partir de l'arbre 1 de direction afin d'actionner le système de direction du véhicule, ce filetage 9 à pas rapide ou filetage de vis sans fin transmet aussi une force axiale agis- sant dans un sens ou dans l'autre, selon le sens de rotation de l'arbre de direction, qui tend à déplacer l'élément d'arbre 2 dans un sens ou dans l'autre. Grâce au poussoir 5 poussé radialement vers l'inté- rieur de la gorge annulaire 7 au moyen du ressort 10 de pres- sion, on empêche le déplacement axial de l'élément d'arbre 2 jusqu'au moment o le couple transmis par l'arbre 1 de direc- tion a atteint une valeur telle que la force axiale exercée sur l'élément d'arbre 2 par l'intermédiaire du f iletage 9 à pas ra- pide ou filetage de vis sans fin dépasse la force antagoniste produite par le poussoir 5 et peut repousser le poussoir radialement en arrière, suivant les flancs montant- régulièrement de la gorge annulaire 7. On comprendra aisément que non seulement le ressort de pression assure le rappel de l'élément d'arbre 2, en cas d'absence de couple, dans sa position initiale représentée sur le dessin, mais qu'en outre, il détermine directement, par l'importance de sa rigidité, l'importance du couple, auquel le poussoir 5 est repoussé radialement à un point tel que l'inter- rupteur électrique 4 est actionné Plus le ressort 10 de pres- sion est raide, plus le couple ayant pour effet une rotation relative suffisante et, de ce fait, un déplacement axial rela- tif entre l'élément d'arbre 2 et le second élément d'arbre 3 de l'arbre 1 de direction, doit être important. Dans le cas de l'exemple de réalisation représenté, l'extrémité libre du poussoir 5, qui s'engage dans la gorge an- nulaire 7, est pourvue d'une bille rotative 8, de manière que l'on obtienne un engagement sensiblement exempt de frottement du poussoir dans la gorge annulaire 7 de l'élément d'arbre 2 effectuant, le cas échéant, plusieurs rotations pendant l'ac- tionnement de la direction. La mobilité axiale de l'élément d'arbre 2 servant à actionner le dispositif commutateur est limitée dans les deux sens au moyen de butées axiales appropriées 13, 14, par exemple à une course respective d'environ 1 mm L'élément d'arbre 2 se trouve donc "en butée" dans les deux sens après seulement un à deux degrés de rotation relative, de manière que le conducteur du véhicule ne ressente pas de jeu supplémentaire sensible au niveau du volant de direction, d'autant plus que, pendant ce temps, il est créé par l'intermédiaire du ressort 10 de pression une force antagoniste progressive. Etant donné que la course de coulissement axial de l'élément d'arbre 2 servant à actionner l'interrupteur est très faible dans les deux sens, il peut être avantageux, en vue d'améliorer la précision de la sensibilité du dispositif com- mutateur, de ne pas engager le poussoir 5 rappelé par ressort de façon directe dans la gorge annulaire de l'élément d'arbre tournant, mais de fixer au contraire, sur l'élément d'arbre 2, un roulement à billes exempt de jeu axial, et de prévoir à la périphérie extérieure de la bague extérieure de ce roulement soit une rainure annulaire circonférentielle, soit un renfon- cement radial pourvu de flancs inclinés par rapport à l'axe longitudinal de l'élément d'arbre 2 dans lesquels s'engage alors radialement l'extrémité libre du poussoir 5 Grâce à l'interposition d'un tel roulement à billes exempt de jeu axial, toutes les interférences éventuelles restantes, dues à la rotation de l'élément d'arbre 2, sont éliminées La com- plexité impliquée par un tel roulement à billes exempt de jeu axial est relativement faible, en particulier si l'élément d'arbre 2 lui-même est utilisé en tant que bague intérieure de ce roulement à billes, grâce au fait que le chemin de roulement intérieur du roulement à billes est usiné directement dans l'élément d'arbre. Si le dispositif commutateur selon l'invention fait partie d'un système de direction d'automobile, l'élément d'ar- bre 2 devra être relié, de façon à résister au couple, au vo- lant de direction ou à une partie de celui-ci, ou encore au boîtier de direction ou à une partie de celui-ci, et le second élément d'arbre 3 devra être relié en conséquence soit au boîtier de direction ou à une partie de celui-ci, soit au volant de direction ou à une partie de celui-ci. Afin de compléter les informations, la figure montre sous la référence 11 le conducteur s'étendant depuis l'inter- rupteur électrique 4 vers le dispositif moteur électrique non représenté en détail du système de direction assistée électri- que ou électro-hydraulique du véhicule. Bien entendu, il est en principe concevable aussi de pourvoir l'élément d'arbre 2, en vue de l'actionnement de l'in- terrupteur électrique 4, non pas d'une gorge annulaire circon- férentielle 7, mais au contraire, en quelque sorte comme une inversion cinématique, d'un bourrelet annulaire circonféren- tiel, dont les deux flancs inclinés de bourrelet repoussent radialement, lors d'un déplacement axial de l'élément d'arbre 2, le poussoir 5 rappelé par ressort, à quelle fin l'extrémité libre du poussoir, qui coopère avec le bourrelet annulaire, est dotée d'un contour correspondant à celui du bourrelet annulaire. Or, dans le cas d'une disposition de ce genre, com- parée à l'exemple de réalisation représenté et préféré, des forces de frottement relativement élevées seraient effectives entre l'élément d'arbre 2 et le poussoir 5, ce qui rendrait un réglage précis du dispositif commutateur plus difficile. REVENDICATIONS 1 Dispositif commutateur pouvant être commuté de son premier état de commutation en un second état de commutation lorsque le couple transmis par un arbre rotatif ( 1) pouvant tourner sur plus de 3600, de préférence un arbre de direction d'un véhicule automobile, atteint ou dépasse une valeur prédé- terminée, caractérisé par un élément d'arbre ( 2) disposé dans le train de transmission du couple et qui, lors de la transmission du couple, est déplacé légèrement axialement dans un sens ou dans l'autre, selon le sens de direction de l'arbre ( 1) hors de sa position initiale adoptée lorsqu'il n'y a pas de transmission de couple, et par un interrupteur électrique ( 4) disposé de façon station- naire à côté de cet élément d'arbre ( 2), qui peut être actionné par l'intermédiaire d'un poussoir ( 5) ou similaire, coopérant avec l'élément d'arbre ( 2), rappelé par un ressort, l'actionne- ment s'effectuant de telle sorte que l'état de commutation de l'interrupteur électrique ( 4) soit changé respectivement lors- que l'élément d'arbre ( 2) se trouve décalé dans le sens axial, d'une valeur prédéterminée, par rapport à sa position initiale. 2 Dispositif commutateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le poussoir ( 5) n'agit pas de façon di- recte, mais par l'intermédiaire d'un levier ( 6) de démultipli- cation sur l'interrupteur ( 4). 3 Dispositif commutateur selon l'une des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce que l'élément d'arbre ( 2) com- porte une gorge annulaire ( 7) ayant des flancs montant progres- sivement depuis le fond de la gorge, et en ce que le poussoir ( 5) rappelé par ressort s'engage directement dans la gorge an- nulaire ( 7). 4 Dispositif commutateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'extrémité du poussoir ( 5), qui s'engage dans la gorge circulaire ( 7), porte une bille ( 8) logée de ma- nière à pouvoir tourner. Dispositif commutateur selon l'une des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce qu'un roulement à billes exempt de jeu axial est fixé sur l'élément d'arbre ( 2), la bague exté- rieure du roulement présentant à sa périphérie extérieure une gorge annulaire circonférentielle ou un renfoncement radial ayant des flancs inclinés, par rapport à l'axe longitudinal de l'élément d'arbre ( 2), dans lesquels s'engage radialement l'ex- trémité libre du poussoir ( 5). 6 Dispositif commutateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément d'arbre ( 2) lui-même sert de bague intérieure de roulement du roulement à billes, et en ce que le chemin de roulement intérieur de celui-ci est usiné di- rectement dans l'élément d'arbre ( 2). 7 Dispositif commutateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'élément d'arbre ( 2) est accouplé, de manière à transmettre le couple, à un second élément d'arbre ( 3) aligné sur le premier et étant lui- même logé de façon axialement immobile, l'accouplement s'effec- tuant par l'intermédiaire d'un filetage à pas rapide ou f iletage de vis sans fin ( 9), les deux éléments d'arbre ( 2, 3) étant alignés l'un sur l'autre de façon telle que, sous l'ac- tion d'un couple de rotation et selon le sens de rotation de l'arbre, l'élément d'arbre ( 2) se déplace axialement par rap- port au second élément d'arbre ( 3) dans un sens ou dans l'autre, à partir de sa position initiale adoptée lorsqu'il n'y a pas de transmission de couple.