Brevet FR2734778A1 — publié le 19961206

L'invention concerne une servocommande hydrau- lique, en particulier une servodirection hydraulique pour véhicules automobiles, comprenant un élément de commande manuelle, par exemple un volant de direction, un disposi- tif commandé, couplé par force à cet élément, par exemple les roues directrices d'un véhicule, un servomoteur hy- draulique relié au dispositif commandé en vue de son en- traînement et une pompe hydraulique pouvant être raccor- dée au servomoteur et susceptible d'être commandée en fonction de l'effort manuel appliqué, palpable sur l'élé- ment de commande manuelle et pouvant être déterminé au moyen d'un capteur, ou en fonction d'un couple appliqué manuellement. Une telle direction assistée pour véhicules au- tomobiles fait l'objet du document DE 34 35 544 A1. Ce- lui-ci décrit une direction à crémaillère assistée hy- drauliquement, dans laquelle la crémaillère est reliée en vue de son entraînement à un cylindre (vérin) à double effet servant de servomoteur et dont les deux côtés sont reliés à une pompe à engrenages à sens de refoulement ré- versible et dont le débit peut être commandé. Cette pompe est commandée, quant au sens de refoulement et à son dé- bit, en fonction du signal d'un capteur placé sur la co- lonne de direction entre le volant et le pignon de la di- rection à crémaillère, capteur qui réagit au couple transmis entre le volant et le pignon et/ou au mouvement de rotation transmis. Par le document DE-OS 29 15 890, on connaît un système de direction, prévu pour véhicules automobiles, dans lequel un volant peut être tourné à l'encontre d'une résistance. Le débit d'une pompe et une soupape de com- mande, installée côté refoulement de la pompe, sont com- mandés en fonction de la résistance rencontrée et du sens de rotation du volant, la soupape pouvant relier chaque fois un côté d'un cylindre à double effet, faisant office de servomoteur, au côté refoulement de la pompe précitée, et l'autre côté de ce cylindre à un réservoir hydraulique pratiquement sans pression. Dans une position centrée de la soupape de commande, le côté refoulement de la pompe est relié directement au réservoir, tandis que le cy- lindre est bloqué hydrauliquement. En dehors de cette po- sition, le cylindre manoeuvre les roues directrices du véhicule de façon analogue au mouvement de braquage du volant. Par ailleurs, les véhicules automobiles actuels utilisent couramment des servodirections hydrauliques dans lesquelles un distributeur à tiroir est changé de position en fonction de l'effort d'actionnement palpable sur le volant, le distributeur présentant deux circuits d'étranglement menant du côté refoulement d'une pompe hy- draulique à un réservoir pratiquement sans pression. Cha- cun de ces circuits d'étranglement possède un étrangleur d'entrée et un étrangleur de sortie entre lesquels se trouve un point de dérivation pour un raccord moteur me- nant vers l'un des deux côtés d'un servomoteur hydrau- lique pouvant être entraîné suivant deux sens. Lorsque le tiroir du distributeur est déplacé dans une direction, l'étrangleur d'entrée d'un circuit d'étranglement est progressivement ouvert et l'étrangleur de sortie coor- donné est progressivement fermé en même temps, tandis que les étrangleurs de l'autre circuit d'étranglement sont réglés chacun en sens inverse. De cette manière, une dif- férence de pression finement réglable peut être générée dans l'un ou l'autre sens entre les raccords moteur afin de produire, par le servomoteur, une force d'assistance, réglable en conséquence, dans l'un ou l'autre sens. Les directions assistées mentionnées en dernier sont certes remarquables par un bon comportement de com- mande. Cependant, la dépense de construction est compara- tivement élevée, surtout lorsqu'on a prévu en plus une commande à effet rétroactif, par laquelle l'effort manuel est contrôlé de façon analogue à la force d'assistance produite par le servomoteur. Les directions assistées mentionnées au début, sont remarquables par une dépense comparativement faible pour la construction. En revanche, elles ne permettent pas une commande réellement sensible. Le but de l'invention est de créer une servo- commande particulièrement économique et pouvant être ac- tionnée de manière sensible. Conformément à l'invention, on obtient ce ré- sultat, avec une servocommande du type indiqué au début, par le fait qu'un capteur dynamométrique est disposé dans la liaison d'entraînement entre le servomoteur, et le dispositif commandé et le débit d'arrivée de fluide hy- draulique au servomoteur peut être commandé de manière qu'une valeur réelle de force, déterminée par le capteur dynamométrique, corresponde à une valeur de consigne dé- pendante de l'effort manuel appliqué. L'invention est basée sur le concept général consistant à préfixer, en fonction de l'effort manuel ap- pliqué et qui est palpable sur l'élément de commande ma- nuelle, une valeur de consigne pour la force fournie par le servomoteur et à réguler ce servomoteur par la com- mande du débit d'arrivée de fluide hydraulique conformé- ment au résultat de la comparaison entre la valeur de consigne et la valeur réelle. Une telle régulation est réalisable moyennant une dépense relativement réduite. La solution proposée garantit en même temps que l'effort manuel change de fa- çon analogue à la force d'assistance, avec la possibilité de préfixer, en principe, toutes relations fonctionnelles désirées entre l'effort manuel et la force d'assistance. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de réalisation particulièrement avantageux, mais nullement limitatif, ainsi que des des- sins annexés, sur lesquels: - la figure 1 montre le principe d'une servodi- rection selon l'invention, destinée à des véhicules auto- mobiles, dans sa position neutre; - la figure 2 est une représentation semblable lors du braquage de la direction dans un sens; et - la figure 3 représente un diagramme faisant ressortir des relations fonctionnelles possibles entre l'effort manuel et la force d'assistance. La direction de l'exemple représenté est une direction à crémaillère. Le mouvement de braquage d'un volant 1 est transmis par un arbre de direction 2 à un pignon 3 qui engrène avec une crémaillère 4. Celle-ci est couplée par force, par des barres d'accouplement 5, aux roues directrices - non représentées - du véhicule en vue de leur braquage. Une partie non dentée de la crémaillère consti- tue par ailleurs la tige de piston d'un cylindre de di- rection 6 à double effet dont les chambres de travail 7 et 8, situées de part et d'autre du piston 10, sont re- liées l'une à l'autre à travers un distributeur 9 à quatre voies et trois positions lorsque ce distributeur occupe la position neutre représentée sur la figure 1, de sorte que le piston 10 du cylindre 6 et par suite égale- ment la crémaillère 4, restent alors mobiles passivement. Dans les deux autres positions du distributeur 9, l'une ou l'autre des chambres de travail 7 et 8 est reliée au côté refoulement P d'une pompe 12 mue par un moteur élec- trique 11, tandis que l'autre chambre est reliée au côté aspiration S de la pompe 12 ou à un réservoir hydraulique 13 proche de la pompe 12. Le distributeur 9 est centré ou rappelé à la position neutre montrée par la figure 1 par des ressorts 14 et peut être amené sélectivement par des électroai- mants 15 et 16 à l'une ou l'autre position d'activation et y être maintenu tant que l'électroaimant 15 ou 16 co- ordonné à cette position d'activation reste excité. Pour piloter les électroaimants 15 et 16, on a prévu un appareil de commande électronique 17 qui com- mande également la puissance du moteur électrique 11 et par suite le débit de la pompe 12. Du côté de son entrée, l'appareil de commande 17 est connecté à un premier capteur dynamométrique 18 dont les signaux reproduisent le couple transmis entre le volant 1 et le pignon 3. Dans ce but, il est possible, par exemple, de réaliser l'arbre de direction 2 en deux parties reliées entre elles par l'intermédiaire d'un élé- ment piézoélectrique capable de générer une tension élec- trique correspondant au couple transmis et qui est en- voyée comme signal d'entrée à l'appareil de commande 17. L'entrée de l'appareil de commande est connec- tée en outre à un capteur dynamométrique 19 qui peut éga- lement être constitué essentiellement par un élément pié- zoélectrique. De cette manière, l'appareil de commande 17 "connaît" les forces de direction ou de braquage trans- mises entre la crémaillère 4 ou le cylindre de direction 6 et les roues directrices du véhicule. Il est préférable que des capteurs dynamomé- triques 19 soient coordonnés aux deux barres d'accouple- ment 5. Le fonctionnement du système représenté est le suivant. Lorsque le volant 1 est manoeuvré, le capteur dynamométrique 18 génère un signal reproduisant l'effort manuel appliqué et qui diffère suivant le sens de rota- tion du volant. En réponse à ce signal, l'appareil de commande électronique 17 excite l'un ou l'autre des élec- troaimants 15 et 16, de sorte que le distributeur 9 est amené de la position neutre montrée par la figure 1 à une position d'activation, par exemple à celle visible sur la figure 2. Le moteur électrique 11 est en même temps mis en marche ou porté à une puissance accrue, de sorte que la pompe 12 débite du fluide hydraulique en conséquence. A l'aide de ce fluide, le cylindre de direction 6 génère une force d'assistance qui soutient le mouvement de bra- quage du volant 1. La valeur réelle de cette force d'assistance est détectée au moyen du ou des capteurs dynamométriques 19 et l'appareil de commande 17 règle ensuite le moteur électrique 11 de manière qu'une relation préfixée soit établie entre l'effort manuel détecté par le capteur 18 et la force d'assistance détectée par le capteur 19. Ainsi que le montre la figure 3, il est pos- sible, par exemple, de faire en sorte que cette relation corresponde à la courbe K1, selon laquelle un couple ma- nuel M relativement faible, appliqué au volant, engendre déjà une grande force d'assistance F dans l'un ou l'autre sens. Le cas échéant, l'appareil de commande 17 peut tenir compte de paramètres supplémentaires, comme par exemple des positions d'un interrupteur pouvant être ac- tionné à volonté, ou de la vitesse du véhicule, et chan- ger en conséquence la relation fonctionnelle entre le couple M appliqué manuellement et la force d'assistance F. par exemple pour que cette relation corresponde à la courbe K2. Dans ce cas, une force d'assistance F relati- vement élevée est obtenue seulement lors de l'application d'un couple manuel M plus important. Les relations définies par la courbe K1 sont avantageuses quand le véhicule roule très lentement, par exemple pour se garer. Les relations selon la courbe K2 conviennent pour une vitesse de marche plus élevée, étant entendu que le comportement de réglage de l'appareil de commande 17 est généralement changé de façon continue à mesure que la vitesse augmente. Les courbes K1 et K2 re- produisent simplement les relations à des vitesses constantes, la vitesse étant très faible pour la première et plus élevée pour la seconde courbe. La régulation de la force d'assistance F par l'appareil de commande 17 s'effectue moyennant une dé- pense comparativement faible puisqu'elle demande seule- ment des commutations du distributeur 9 et une commande de la puissance du moteur électrique 11. Les capteurs dynamométriques 18 et 19 peuvent aussi être de type simple. Dans l'ensemble, on obtient donc, par une faible dépense de construction, une servocommande ayant un effet rétroactif qui peut être préfixé. A la différence de la représentation selon la figure 1, le distributeur 9 peut être constitué aussi par un distributeur à action proportionnelle, comme l'indique symboliquement la figure 2. Le distributeur 9 peut, par ailleurs, être com- mandé également par voie pneumatique. REVENDICATIONS 1. Servocommande hydraulique, en particulier servodirection hydraulique pour véhicules automobiles, comprenant un élément de commande manuelle, par exemple un volant de direction, un dispositif commandé, couplé par force à cet élément, par exemple les roues direc- trices d'un véhicule, un servomoteur hydraulique relié au dispositif commandé en vue de son entraînement et une pompe hydraulique pouvant être raccordée au servomoteur et susceptible d'être commandée en fonction de l'effort manuel appliqué, palpable sur l'élément de commande ma- nuelle et pouvant être déterminé au moyen d'un capteur, ou en fonction d'un couple appliqué manuellement, carac- térisée en ce qu'un capteur dynamométrique (19) est dis- posé dans la liaison d'entraînement (4, 5) entre le ser- vomoteur (6) et le dispositif commandé, et le débit d'ar- rivée de fluide hydraulique au servomoteur (6) peut être commandé de manière qu'une valeur réelle de force, déter- minée par le capteur dynamométrique (19), corresponde à une valeur de consigne dépendante de l'effort manuel ap- pliqué. 2. Servodirection selon la revendication 1, ca- ractérisée en ce qu'une soupape de commande (distributeur 9) est interposée entre la pompe (12) et le servomoteur (6), lequel peut être entraîné en deux sens, soupape qui, dans une position neutre, relie les deux côtés du servo- moteur (6) entre eux et/ou à un réservoir (13), laissant ainsi le servomoteur (6) mobile passivement, et que, en deux positions d'activation de la soupape (9), un côté du servomoteur (6) est relié au côté refoulement de la pompe (12) et l'autre côté du servomoteur (6) est relié en même temps au côté aspiration de la pompe (12) ou au réservoir (13). 3. Servocommande selon la revendication 2, caractérisée en ce que la soupape (9) est maintenue élastiquement (14) à sa position neutre ou sollicitée élastiquement vers cette position. 4. Servocommande selon une des revendications 2 et 3,caractérisée en ce que la soupape (9) est réalisée sous la forme d'une soupape à action proportionnelle.