Brevet FR2726528A1 — publié le 19960510

DISPOSITIF DE DIRECTION ASSISTEE DU TYPE A CREMAILLERE POUR VEHICULE AUTOMOBILE La présente invention concerne un dispositif de direction assistée du type à crémaillère, pour véhicule automobile. Une direction à crémaillère traditionnelle comporte un barreau situé à l'avant du véhicule, transversalement par rapport à la direction longitudinale de celui-ci, et dont les extrémités sont reliées aux roues par l'intermédiaire de biellettes de direction, ces dernières étant articulées sur des rotules prévues aux extrémités du barreau. Le barreau est guidé en translation suivant son axe, c'est-à-dire transversalement par rapport au véhicule. Il présente une portion dentée, formant la crémaillère, qui est en prise avec un pignon de commande solidaire en rotation de la colonne de direction à laquelle est fixé le voltant. Dans des systèmes d'assistance connus, le barreau porte un piston constitutif d'un vérin hydraulique à double effet, alimenté par un distributeur hydraulique. Ce distributeur est asservi à certains paramètres, tels que notamment le sens et l'angle de rotation de la colonne de direction, voire la vitesse du véhicule, et il pilote le vérin en conséquence, afin que celui-ci développe sur le barreau une force axiale dont le sens et la valeur sont déterminés, correspondant à l'effort d'assistance optimal souhaité. Dans la plupart des dispositifs de direction assistée à vérin intégré, la partie du mécanisme qui assure la fonction de vérin se compose d'un piston central, solidaire du barreau, et d'un palier à chacune des extrémités des chambres du vérin. Un dispositif de ce genre est représenté par exemple à la figure 3 du document FR-A-2 450 734. Ce dispositif nécessite une longueur entre le pignon de commande de la crémaillère et l'une des rotules d'extrémité du barreau, qui est égale à au moins cinq fois la course de direction. Si on rajoute la course nécessaire entre le pignon de commande et la rotule opposée, on obtient un mécanisme dont l'entraxe entre les deux rotules est nécessairement supérieur à six fois cette course. Or, dans la plupart des véhicules automobiles, I'entraxe entre les deux rotules de direction ne doit pas être trop grand, pour que l'on puisse disposer de bielles suffisamment longues entre ces rotules et le pivot sur lequel sont fixées la roue et la suspension. En effet, si les bielles sont trop courtes, le débattement de la suspension ne se fait pas dans de bonnes conditions. Le compromis entre une grande course de direction et un débattement correct de la suspension est difficile à réaliser avec un mécanisme de direction assistée à vérin intégré, de type traditionnel, dont l'entraxe entre les deux rotules est égal - et en pratique légèrement supérieur - à six courses de direction. L'objectif de la présente invention est de proposer un dispositif de direction assistée à crémaillère, du même type général que celui qui vient d'être brièvement décrit, dans lequel 1 'entraxe entre les deux rotules de direction est très sensiblement inférieur à celui des dispositifs connus, c'est-à-dire à environ six courses de direction, la longueur de cet entraxe étant en théorie égale à quatre courses, et en pratique légèrement supérieure à quatre courses. Le dispositif selon l'invention comprend un barreau axialement coulissant, dont chacune des extrémités porte une rotule qui commande l'orientation des roues, la crémaillère formant l'une des portions d'extrémité du barreau et étant en prise avec un pignon de commande manuelle de direction, et ce barreau constitue la tige d'un vérin hydraulique à double effet, dont la poussée assiste la commande d'orientation des roues. Ce dispositif est remarquable en ce que le barreau est solidaire d'une paire de pistons placés du même côté de la crémaillère, I'un à proximité de celle-ci et l'autre à proximité de la rotule située à l'extrémité opposée, le vérin hydraulique comprenant un cylindre ouvert à ses extrémités et traversé par le barreau, cylindre dans lequel les deux pistons sont guidés de manière étanche, la portion du barreau qui est située entre les pistons étant elle-même guidée de manière étanche dans une cloison interne solidaire du cylindre, les deux chambres hydrauliques du vérin étant formées par les espaces intérieurs au cylindre qui sont compris entre cette cloison interne et chacun des deux pistons. Il est ainsi possible d'obtenir une longueur d'entraxe entre les rotules qui est en théorie égale, et en pratique légèrement supérieure, à quatre courses de direction. Par ailleurs, selon un certain nombre de caractéristiques additionnelles, non limitatives de l'invention: - les pistons portent des joints d'étanchéité dynamique en contact avec la paroi du cylindre; - la cloison interne est munie d'un joint d'étanchéité dynamique en contact avec le barreau; - la cloison interne est constituée par un palier rapporté, fixé dans le cylindre; - ce palier est fixé à la paroi du cylindre par sertissage, un bourrelet annulaire réalisé sur la face interne de cette paroi pénétrant dans une gorge annulaire du palier; - cette gorge est munie d'un joint d'étanchéité; - I'un au moins desdits pistons est rapporté et fixé sur le barreau; - le pignon de commande de direction est monté dans un carter qui est fixé à l'une des extrémités du cylindre;; - le dispositif comporte une paire de soufflets protecteurs qui coiffent les biellettes de direction reliées aux rotules, I'un des soufflets étant fixé audit carter et l'autre étant fixé à l'extrémité opposée du cylindre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description et des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique, de dessus, d'un dispositif de direction assistée traditionnel, qui fait partie de l'état de la technique, les roues étant en position médiane (correspondant à une trajectoire en ligne droite du véhicule); - la figure 1A est une vue similaire à la figure 1, dont certains éléments n'ont pas été représentés, cette vue représentant une position angulairement orientée des roues; - la figure 2 représente schématiquement un dispositif conforme à l'invention, cette vue étant similaire à celle de la figure 1, mais certains éléments communs aux deux figures n'y ayant pas été représentés;; - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif conforme à l'invention, tel que celui représenté schématiquement à la figure 2; - les figures 4, 5 et 6 sont des vues de détail, à échelle plus grande, de certains éléments de la figure 3, en l'occurrence du piston de gauche, de la cloison médiane interne, et du piston de droite. Les figures 1 et 1A représentent un dispositif traditionnel de direction à crémaillère, avec assistance hydraulique. Sur ces dessins, on a désigné par la référence 1 les roues directrices, qui peuvent pivoter autour d'axes 10 approximativement verticaux. Le moyeu de chaque roue 1 est solidaire d'un pivot de fusée 11 qui est relié par une biellette de direction 12 au barreau de crémaillère 8, ce dernier étant disposé transversalement par rapport à l'axe longitudinal du véhicule, c'est-à-dire approximativement perpendiculairement aux roues, lorsque cellesci sont dans leur position normale, correspondant à une trajectoire en ligne droite du véhicule. Le barreau 8 est convenablement guidé en translation, par des moyens non représentés, par rapport au châssis du véhicule. Il porte à chacune de ses extrémités une articulation à rotule 13 par laquelle il est relié aux biellettes de direction 12. Celles-ci sont elles-mêmes articulées sur les pivots de fusée 11. Une portion d'extrémité du barreau 8, située sur la gauche des figures 1 et 1A, présente une denture 80, constitutive de la crémaillère. Celle-ci est en prise avec un pignon d'entraînement 21, qui - comme cela est bien connu - est solidaire de la colonne de direction 22 portant le volant 23. Ce pignon 21 peut être une roue dentée ou une vis sans fin. En faisant tourner manuellement le volant dans un sens ou dans l'autre, le conducteur du véhicule provoque donc le déplacement transversal, dans un sens ou dans l'autre, du barreau 8, qui coulisse axialement, ce qui provoque le pivotement directionnel des roues. A la figure 1, I'axe des roues est perpendiculaire à l'axe longitudinal du véhicule, et le pignon denté 21 se trouve en prise avec la zone centrale de la crémaillère. On a désigné par la référence a la course de déplacement possible de la crémaillère, sur chacun des deux côtés du pignon. Dans la présente description et dans les revendications qui suivent, cette course a été conventionnellement appelée 'course de direction". La figure 1 A permet de comprendre comment la rotation du pignon 21 dans un sens - symbolisé F - provoque le déplacement axial et transversal du barreau 8, comme cela est symbolisé par la flèche G, ce qui entraîne le pivotement H des deux roues par l'intermédiaire des biellettes 12. De manière similaire, la rotation du pignon 21 dans le sens contraire à F, provoque le pivotement des roues 1 en sens opposé. Ce mécanisme à crémaillère est équipé d'un système d'assistance hydraulique, qui comprend un vérin à double effet. Ce dernier est constitué par un cylindre 9 dans lequel coulisse axialement un piston 81 solidaire du barreau 8. Chacune des deux extrémités du cylindre 9 est pourvue d'un raccord hydraulique 90, 91, qui est branché à un distributeur hydraulique 30 alimenté en liquide hydraulique à partir d'un réservoir, via une pompe P. Des conduits 301, 302 relient le distributeur 30 aux deux raccords 90 et, respectivement, 91. De manière connue, le distributeur 30 est asservi à certains paramètres, et en particulier au sens de rotation de la colonne de direction 22, pour alimenter le vérin en liquide hydraulique, d'un côté ou de l'autre du piston 81, afin d'exercer sur le barreau 8 un effort axial qui aide au déplacement de la crémaillère, et corrélativement des roues, dans le même sens que celui dicté par la commande du volant 23. Ainsi, dans la configuration de la figure 1A, où la commande de direction entraîne le barreau 8 vers la droite (selon G), c'est la chambre du vérin située à gauche du piston 81 qui est alimentée en liquide hydraulique sous pression, par le conduit 301, tandis que la chambre de droite est mise à la pression atmosphérique, autorisant le retour au réservoir du liquide hydraulique, par le conduit 302. Pour qu'un tel système puisse fonctionner, on comprendra, à la simple observation des figures 1 et 1 A, que la course du piston, référencée c, aussi bien dans un sens que dans l'autre à l'intérieur du vérin, doit être égale au moins à la course de direction a. En outre, pour que le barreau puisse coulisser convenablement à l'intérieur du cylindre 9, il est nécessaire de disposer de chaque côté de celui-ci, d'une partie lisse dont la longueur est également au moins égale à la course de direction a. La longueur de cette partie lisse a été désignée par b du côté de la crémaillère, et par d de l'autre côté, jusqu'à la rotule 13. On comprend donc que l'entraxe entre les deux rotules 13, désigné Do à la figure 1, a une longueur égale à au moins six fois a. En pratique, pour tenir compte des différentes épaisseurs et impératifs de montage, en particulier de l'épaisseur du piston et des parois du vérin qui servent à guider le barreau, l'entraxe Do est légèrement supérieur à 6 x a. Le dispositif selon l'invention, à entraxe D réduit, est schématiquement illustré à la figure 2. Les éléments identiques ou similaires à ceux de la figure 1 y ont été affectés des mêmes références. Le barreau de crémaillère, référencé 2, comprend une portion d'extrémité dentée 20, formant crémaillère, en prise avec le pignon de commande de direction 21. La course de direction est également référencée a. La portion dentée 20 s'étend jusqu'à l'une des deux extrémités du barreau, en l'occurrence jusqu'à l'extrémité gauche à la figure 2, où est montée l'une des rotules 13. Le dispositif se caractérise essentiellement par la configuration du vérin hydraulique à double effet, lequel comprend un tube ouvert 3, coaxial au barreau 2, et comprenant une cloison interne 34. Le barreau 2 est solidaire d'une paire de pistons 24, 25, qui sont situés de part et d'autre de la cloison 34, et coulissent de manière étanche à l'intérieur du cylindre 3. Le piston 24, situé du côté de la crémaillère 20, est disposé à proximité immédiate de cette dernière, tandis que l'autre piston 25 se trouve à proximité immédiate de la rotule opposée 13. La disposition sur le barreau 2 des deux pistons 24, 25 est telle que lorsque le barreau est en position médiane, le pignon 21 au milieu de la crémaillère 20, chacun des pistons se trouve à la même distance i de la cloison 34. Dans cette position, la biellette 12 située à l'extrémité opposée à la crémaillère se trouve au moins partiellement à l'intérieur du cylindre 3. Le diamètre de ce dernier est suffisant pour autoriser le passage de la rotule 13 ainsi que le débattement angulaire de la biellette 12 lors du changement d'orientation des roues. On notera par ailleurs que le cylindre se prolonge également au-delà du piston 24, du côté de la crémaillère, vers le pignon 21. Il est en effet nécessaire que le piston soit guidé vers ce côté, sur toute la course a. La course i est égale, ou très légèrement supérieure, à a. Par ailleurs, le piston 24 peut être disposé à proximité immédiate de l'extrémité de la crémaillère 20, si bien que la longueur d'entraxe D entre les deux rotules 13 est très légèrement supérieure à quatre fois la course de direction a. Les raccords hydrauliques du cylindre 3, référencés 31 et 32, sont disposés à l'intérieur du cylindre, juste de chaque côté de la cloison 34. Ils sont alimentés par le distributeur 30, par l'intermédiaire des conduits 301 et, respectivement 302. Les deux pistons 24 et 25 sont guidés de manière étanche dans le cylindre 3. De la même manière, la portion de barreau 26 située entre les deux pistons est guidée de manière étanche dans la cloison interne 34. On comprend ainsi qu'en alimentant la chambre du cylindre hydraulique comprise entre la cloison 34 et le piston 24 en liquide hydraulique sous pression, tandis que l'autre chambre est mise à la pression atmosphérique, on va aider au déplacement dans un sens, en l'occurrence vers la gauche de la figure 2, du barreau 2. Inversement, en alimentant en liquide sous pression l'autre chambre, à droite de la cloison 34, on va aider au déplacement vers la droite du barreau. Dans le mode de réalisation de la figure 3, le pignon de commande 21 est guidé en rotation dans un carter 4 qui est fixé à l'une des deux extrémités du cylindre 3, en l'occurrence à l'extrémité gauche de la figure. De manière connue, ce carter est fixé au châssis du véhicule, et comporte un piston compensateur 40 sollicité par un ressort, pour assurer que la crémaillère 20 reste constamment en prise avec le pignon 21 quelles que soient les secousses auxquelles est soumise la suspension du véhicule. Les rotules 13 sont fixées par des vis axiales 130 aux deux extrémités du barreau 2. Du côté opposé au carter 4, le cylindre est solidaire d'un fourreau 6. Le carter 4 et le fourreau 6 sont munis de pattes d'attache permettant leur fixation au châssis du véhicule. Le carter 3 est un tube de forme générale cylindrique, coaxial au barreau 2. Les pistons 24 et 25, visibles en détail aux figures 4 et 6, sont rapportés et fixés sur le barreau 2. Le piston de gauche 24 est serti sur le barreau. Le piston 25 est maintenu appliqué contre le mécanisme à rotule 13 au moyen d'un circlips. Les pistons 24 et 25 sont munis d'un joint périphérique respectivement 240, 250, de type connu, qui assure l'étanchéité dynamique entre les pistons et la paroi interne du cylindre. Comme on le voit à la figure 5, la cloison 34 est un palier rapporté, qui est fixé par sertissage dans le vérin. Pour cela, la paroi du cylindre présente un rétreint - ou striction - 300, ce qui réalise un bourrelet intérieur pénétrant dans une gorge périphérique annulaire prévue sur le palier 34. Un joint d'étanchéité statique 341 est logé à l'intérieur de la gorge. Ce palier comporte également un joint d'étanchéité dynamique 340, de type connu, qui vient en contact avec le tronçon 26 du barreau 2 compris entre les deux pistons. On obtient ainsi, à l'intérieur du vérin 3, de part et d'autre de la cloison 34, deux chambres de pression hydraulique I, II, pouvant être sélectivement alimentées en liquide sous pression, tandis que l'autre chambre est branchée sur le réservoir, afin d'exercer sur le barreau, dans un certain sens, une poussée axiale qui vient assister la commande manuelle de la direction. A chaque extrémité du dispositif sont prévus des soufflets protecteurs 5, l'un fixé sur le carter 4, et l'autre à l'extrémité opposée du cylindre 3. Ces soufflets coiffent, de manière connue, les biellettes 12, tout en autorisant leur déplacement axial et leur débattement angulaire. Ils empêchent que des poussières ou autres salissures ne pénètrent à l'intérieur du dispositif, et notamment à l'intérieur des extrémités du carter et du cylindre. Les soufflets 5 délimitent des chambres dont le volume ne varie pratiquement pas en cours de fonctionnement, lors des déplacements du barreau. il n'est donc pas nécessaire de disposer d'un système de transfert d'air entre les deux chambres, comme cela est requis sur les dispositifs traditionnels. Le dispositif selon l'invention permet de réduire considérablement la longueur d'entraxe entre les deux rotules. En effet, du fait que le vérin a ses deux extrémités ouvertes, la portion dentée du barreau peut librement y pénétrer à l'une de ses deux extrémités, et l'une des biellettes de direction peut y pénétrer, en même temps que la rotule, à son autre extrémité. Approximativement, si on ne tient pas compte des cotes à rajouter, notamment par suite des épaisseurs de paroi du cylindre, des pistons, et des contraintes de montage, on peut passer de la longueur d'entraxe de 6 x a des dispositifs traditionnels à une longueur de 4 x a, ce qui correspond à une réduction d'encombrement de 33 %. Dans le mode de réalisation qui vient d'être décrit, la partie dentée 20, formant crémaillère, est partie intégrante du reste du barreau 2. Il va de soi que cette disposition n'est pas limitative, et qu'il serait possible de prévoir deux pièces distinctes, fixées l'une à l'autre pour se comporter comme une pièce unique, au cours de la translation axiale du barreau. Par ailleurs, le carter 4 et le corps de vérin 3 pourraient être formés d'une seule pièce. Des moyens de fixation divers, par sertissage, vissage ou soudage par exemple, pourraient être prévus pour assurer la fixation des pistons 24 et 25 sur le barreau 2. L'un d'entre eux pourrait être même taillé dans le barreau, formant partie intégrante de celui-ci. De la même manière, divers moyens pourraient être prévus pour assurer la fixation du palier 34 à l'intérieur du corps de vérin 3. Ce palier pourrait être une cloison formant partie intégrante de la paroi du cylindre. L'étanchéité dynamique entre les pistons 24, 25 et la paroi du cylindre, ainsi que l'étanchéité dynamique du palier 34 avec le barreau, peuvent être réalisées par divers systèmes de joints aptes à résister à des pressions élevées. Un tel joint connu est formé de deux parties, à savoir une pièce torique en caoutchouc montée sur l'une des pièces et appliquant contre l'autre pièce une bague en polytétrafluoréthylène (FrFE), ce qui réalise une bonne étanchéité, avec un coefficient de frottement réduit, et sans risque d'extrusion dujoint REVENDICATIONS 1. Dispositif de direction assistée du type à crémaillère pour véhicule automobile, qui comprend un barreau axialement coulissant (2) dont chacune des extrémités porte une rotule (13) qui commande l'orientation des roues, la crémaillère (20) formant l'une des portions d'extrémité du barreau (2) et étant en prise avec un pignon (21) de commande manuelle de direction, dans lequel ce barreau (2) constitue la tige d'un vérin hydraulique à double effet, dont la poussée assiste la commande d'orientation des roues, caractérisé par le fait que ledit barreau (2) est solidaire d'une paire de pistons (24, 25) placés du même côté de la crémaillère (20), l'un (24) à proximité de celleci et l'autre (25) à proximité de la rotule (13) située à l'extrémité opposée, ledit vérin hydraulique comprenant un cylindre (3) ouvert à ses extrémités et traversé par le barreau (2), dans lequel lesdits pistons (24, 25) sont guidés de manière étanche, la portion (26) du barreau (2) qui est située entre les pistons (24, 25) étant elle-même guidée de manière étanche dans une cloison interne (34) solidaire du cylindre (13), les deux chambres hydrauliques du vérin étant formées par les espaces intérieurs au cylindre (3) qui sont compris entre cette cloison interne (34) et chacun des pistons (24, 25). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la longueur de l'entraxe (D) entre les rotules (13) est légèrement supérieure à quatre courses de direction (a). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que lesdits pistons (24, 25) portent des joints d'étanchéité dynamique (240, 250) en contact avec la paroi du cylindre (3). 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que ladite cloison interne (34) est munie d'un joint d'étanchéité dynamique (340) en contact avec le barreau (2). 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que ladite cloison interne (34) est constituée par un palier rapporté, fixé dans le cylindre (3). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que ledit palier est fixé à la paroi du cylindre (3) par sertissage, un bourrelet annulaire réalisé sur la face interne de sa paroi pénétrant dans une gorge annulaire du palier. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que ladite gorge est munie d'un joint d'étanchéité (341). 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que l'un au moins desdits pistons (24, 25) est rapporté et fixé sur le barreau (2). 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le pignon (21) de commande de direction est monté dans un carter (4) qui est fixé à l'une des extrémités du cylindre (3). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait qu'il comporte une paire de soufflets protecteurs (5) qui coiffent les biellettes de direction 12) reliées aux rotules (13), l'un des soufflets étant fixé audit carter (4) et l'autre étant fixé à l'extrémité opposée du cylindre (3).