Brevet FR2742401A1 — publié le 19970620

Servodirection hydraulique L'invention concerne une servodirection hydraulique comprenant - un servomoteur à double effet, relié cinématiquement à des organes de direction mécaniques des roues directrices d'un véhicule; - un dispositif servodistributeur commandé servant à établir une liaison commandée entre le servomoteur et, soit une source de pression hydraulique, soit un réservoir relativement sans pression, - un générateur de valeur de consigne électrique ou électronique, actionné par un levier de direction, en particulier par un volant de direction, qui est relié, par une entrée, à un circuit d'asservissement électronique relié à lui-même par sa sortie au dispositif servodistributeur, ce circuit étant relié, par une autre entrée, à un générateur de valeur réelle qui reproduit la position de braquage des roues directrices du véhicule, et pouvant être contrôlé en permanence automatiquement pour s'&ssurer de son fonctionnement sans défaillance, et - une liaison cinématique hydrostatique interposée entre le levier de direction et les organes de direction, normalement inactive et qui est rendue automatiquement active en présence de défaillances du circuit d'asservissement. Une servodirection de ce genre, qui ne comporte pas de couplage mécanique positif entre le levier de direction et les roues directrices du véhicule, fait l'objet du document DE 38 37 395 Al. Dans ce système connu, en fonctionnement normal, le volant de direction actionne exclusivement un générateur de valeur de consigne électrique qui fait partie d'un système d'asservissement pour la commande du servodistributeur. Ce servodistributeur est constitué de telle manière que, dans sa position centrale, il bloque hydrauliquement le servomoteur, c'est-à-dire que les raccords du moteur sont fermés. Par ailleurs, le volant de direction peut être relié au servomoteur par l'intermédiaire d'une pompe reliée cinématiquement à ce volant par voie mécanique, les raccords de pompe étant interposés hydrauliquement entre les raccords du servomoteur et les raccords correspondants du servodistributeur. Dès qu'un fonctionnement défectueux du système d'asservissement qui commande le servodistributeur est constaté, le servodistributeur est placé dans sa position centrale et la pompe est accouplée cinématiquement au servomoteur par voie hydraulique. Dans cette servodirection, les défaillances du système d'asservissement électronique du servodistributeur peuvent certes être maîtrisés en principe puisque le couplage positif hydraulique entre le servomoteur et la pompe entraînée par le volant de direction est alors rendu actif. Toutefois, on ne dispose d'aucune sécurité dans le cas o le servodistributeur vient à se bloquer dans une position différente de la position centrale. Dans un tel cas, il ne serait pas possible d'obtenir un couplage positif hydraulique entre le servomoteur et la pompe. Dans un système de direction connu par le WO 88/09281, qui ne comporte pas de couplage positif mécanique entre les roues directrices du véhicule et le volant de direction, un servodistributeur qui sert à la commande d'un servomoteur prévu pour l'actionnement de braquage des roues directrices du véhicule peut être commandé, d'une part électriquement d'autre part hydrauliquement. Dans le fonctionnement normal, le volant de direction actionne un générateur de valeur de consigne électrique qui est associé à un circuit d'asservissement pour la commande du servodistributeur. S'il vient à se manifester une défaillance dans ce circuit d'asservissement, un circuit hydraulique est mis en action et permet désormais de commander le servodistributeur hydrauliquement au moyen du volant de direction. On connaît, par le document DE-OS 22 33 167, un système de direction hydrostatique dans lequel le volant de direction et les roues directrices du véhicule sont liés cinématiquement entre eux par voie hydraulique pour l'actionnement de la direction. Un servodistributeur est commandé en fonction des pressions hydrauliques régnant dans la liaison cinématique précitée et ce servodistributeur relie un servomoteur, relié lui-même aux éléments d'entraînement de braquage des roues directrices du véhicule, à une source de pression ou à un réservoir relativement sans pression, de telle manière qu'il s'engendre une force d'assistance qui assiste la manoeuvre de direction considérée et réduit de cette façon la force musculaire qu'il faut appliquer au volant de direction. Le document DE 41 33 726 Al décrit une direction hydrostatique comprenant deux circuits hydrauliques parallèles dont chacun est suffisant en soi pour l'exécution des manoeuvres de direction. L'un des circuits hydrauliques possède un dispositif distributeur actionné mécaniquement par le volant de direction et servant à commander un premier servomoteur hydraulique de la direction. Le deuxième circuit hydraulique possède un dispositif distributeur actionné électriquement qui sert à commander un deuxième servomoteur hydraulique agissant sur les roues directrices du véhicule. Dans cette construction, les organes actionneurs électriques du dispositif distributeur sont commandés en fonction d'un générateur de valeur de consigne actionné par le volant de direction. Ici, on obtient comme résultat une redondance asymétrique. On connaît, par le document DE-AS 21 23 933, une direction hydrostatique comportant une servo-assistance hydraulique, qui est constituée de telle manière qu'on puisse percevoir sur le volant de direction une force de réaction qui est fonction des conditions de pression régnant sur le servomoteur hydraulique qui agit sur les roues directrices du véhicule. Dans le document DE 37 29 898 C2, on décrit un actionneur hydraulique prévu pour une direction additionnelle automatique des roues arrière d'un véhicule automobile. Le système hydraulique est étudié de manière que la direction additionnelle soit automatiquement bloquée lorsque l'alimentation en énergie des groupes actionneurs des organes de commande hydrauliques est mise à l'arrêt. Le document JP 62-15167 A décrit un système analogue à celui du document DE 38 37 395 Al évoqué au début. En fonctionnement normal, un générateur de valeur de consigne électrique est actionné par un volant de direction et commande une partie d'un circuit d'asservissement servant à commander un dispositif distributeur qui, de son côté, commande un actionneur hydraulique des roues directrices du véhicule. En présence d'une défaillance du fonctionnement du circuit d'asservissement, l'actionneur précité est accouplé hydrauliquement à un groupe générateur hydraulique qui est relié cinématiquement au volant de direction par voie mécanique. Actuellement, on monte généralement dans les véhicules automobiles des servodirections hydrauliques dans lesquelles un volant de direction est en permanence relié cinématiquement par voie mécanique aux roues directrices du véhicule pour l'actionnement du braquage de celles-ci. Dans ces constructions, le servodistributeur est typiquement commandé par des parties de la liaison cinématique mécanique, en particulier par une colonne de direction, qui relie le volant de direction aux organes de direction. A cet effet, des parties de cette liaison cinématique peuvent être déplacées les unes par rapport aux autres en fonction des forces ou couples transmis. Le mouvement de manoeuvre considéré est transmis à des parties de commande du servodistributeur. Dans les servodirections de ce genre, on connaît aussi ce qu'on appelle une commande de réaction qui sert à modifier les forces musculaires qui doivent être appliquées au volant de direction pour le manoeuvrer en fonction des forces d'assistance avec lesquelles le servomoteur assiste la manoeuvre de direction considérée. Des commandes de réaction de ce genre peuvent travailler hydrauliquement, auquel cas des parties de commande du servodistributeur sont munies de surfaces effectives distinctes qui peuvent être sollicitées avec une pression hydraulique qui peut être modifiée en fonction des conditions de pression régnant sur le servomoteur, pour opposer une résistance plus ou moins grande à un déplacement des parties de commande. Les surface effectives citées généralement constituées par des parties de chambres de déplacement dont le volume varie avec le déplacement des parties de commande. Le but de l'invention consiste maintenant à créer, en utilisant en nombre aussi grand que possible des éléments de systèmes éprouvés, fiables, une nouvelle servodirection dans laquelle une sécurité particulièrement grande soit garantie en dépit du fait qu'on se dispense d'une liaison mécanique continue entre le volant de direction et les roues directrices du véhicule. Ce problème est résolu, dans une servodirection hydraulique du genre cité au début, par le fait que la liaison cinématique hydrostatique est agencée indépendamment de l'hydraulique du système commandé par le servodistributeur, ou parallèlement à cette hydraulique, et que le servomoteur peut être commuté sur un état de roue libre en cas de fonctionnement défectueux du circuit d'asservissement, par le servodistributeur et/ou par un distributeur d'isolement qui n'est fermé qu'en présence d'un fonctionnement défectueux du circuit d'asservissement. L'invention repose sur le principe général consistant à disposer la liaison cinématique hydrostatique séparément de l'hydraulique du servosystème, et à prévoir des possibilités multiples pour commuter le servomoteur sur un état de roue libre. De cette façon, on peut offrir une sécurité extrêmement élevée aussi bien en cas de fonctionnement défectueux du circuit d'asservissement qu'en cas de défaillance de l'hydraulique du servosystème. En fonctionnement normal, le circuit d'asservissement travaille de telle manière que le levier de direction et les roues directrices du véhicule soient reliés effectivement par voie électronique, par l'intermédiaire de fils électriques, de sorte que le système selon l'invention peut être appelé "Steer by wire". En cas de détresse, un couplage positif hydraulique devient effectif entre le levier de direction et les roues du véhicule. Dans une forme préférée de réalisation de l'invention, il peut être prévu que la liaison cinématique hydrostatique communique avec des entrées de commande hydraulique du servodistributeur par des conduites de commande, de sorte que, lorsque la liaison cinématique hydrostatique est rendue effective, le servodistributeur est actionné hydrauliquement et qu'en conséquence, le servomoteur est mis en action pour assister les manoeuvres de direction. Ceci peut être réalisé d'une façon simple par le fait qu'on utilise les servodistributeurs à commande de réaction cités au début et que les surfaces effectives de la commande de réaction sont sollicitées par des pressions régnant dans la liaison cinématique hydrostatique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre donnée en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une représentation schématique d'une première forme de réalisation dans laquelle, après la mise en action de la liaison cinématique hydrostatique, on travaille sans servo-assistance, et la figure 2 est une représentation correspondante d'un système à servo-assistance avec la liaison cinématique hydrostatique enclenchée. Selon la figure 1, un véhicule automobile non représenté en détail possède un essieu, par exemple un essieu avant, comportant des roues directrices 1 qui sont reliées, pour leur commande de braquage, et au moyen de barres d'accouplement 2, à une tige de piston commune 3 appartenant à deux groupes piston-cylindre à double effet 4 et 5 disposés coaxialement entre eux. Lors de la translation longitudinale de la tige de piston 3 dans l'un ou l'autre sens, les roues 1 sont donc braquées vers la droite ou vers la gauche. Les deux côtés du groupe piston-cylindre 4 sont reliés, par des conduites 6 et 9, aux deux côtés d'un groupe piston- cylindre 8 dont le piston est relié cinématiquement, sans autoblocage, à l'arbre 9 d'un volant de direction 10, de sorte que ce piston se déplace en réponse à une rotation du volant de direction 10 et que le volant de direction 10 tourne en réponse à la translation du piston. Entre les conduites 6 et 7, est interposée un distributeur d'isolement 12 qui s'ouvre à l'encontre de la force d'un ressort de fermeture 14 lorsqu'un électro-aimant 13 est excité et qui est rappelé à la position de fermeture représentée par le ressort de fermeture 4 lorsqu'on interrompt l'alimentation électrique de l'électro-aimant 13. Les deux côtés du groupe piston-cylindre 5 sont reliés par des conduites 15 et 16 à un dispositif distributeur 17 qui est relié par ailleurs au côté pression de pompe 18 et 19, ainsi qu'à un réservoir hydraulique relativement sans pression, auquel sont raccordés les côtés aspiration des pompes 18 et 19 précitees. Dans la position centrale représentée, le dispositif distributeur 17 relie les deux côtés du groupe piston- cylindre 5 l'un à l'autre et éventuellement aussi au réservoir 20; en même temps, le côté pression des pompes 18 et 19 est isolé du groupe piston-cylindre 5. Dans les deux autres positions du dispositif distributeur 17, un côté du groupe piston-cylindre 5 est relié au côté pression des pompes 18 et 19 et à un côté au réservoir 20. Ces deux dernières situations sont obtenues lorsqu'un des deux électro-aimants 21 prévu pour l'actionnement du dispositif distributeur 17 est alimenté en courant. Si les deux électro- aimants 21 sont isolés de l'alimentation électrique, le dispositif distributeur 17 est rappelé à sa position centrale représentée et maintenu dans cette position par ses ressorts de rappel 22. Entre les conduites 15 et 16, est interposé un distributeur d'isolement 23 qui peut être commuté de la position d'ouverture représentée à la position de fermeture au moyen d'un électro-aimant 24 à l'encontre de la force d'un ressort d'ouverture 25. Entre le dispositif distributeur 17 et les côtés pression des deux pompes 18 et 19, est intercalé un accumulateur de pression hydraulique 26 et des clapets anti- retour 27 et 28 garantissent que, même si la pompe 18 ou 19 est éventuellement à l'arrêt, le milieu de pression ne peut pas refluer de l'accumulateur de pression 26 vers le réservoir 20 en traversant l'une des pompes 18 et 19. La pompe 18 est entraînée par un moteur électrique 29 tandis que l'entraînement de la pompe 19 s'effectue au moyen du moteur 30 qui sert à la propulsion du véhicule et qui est relié cinématiquement à la pompe 19 par un embrayage magnétique 31. Pour la commande des électro-aimants 13, 21 et 24 des distributeurs 12, 17 et 23, ainsi que pour la commande du moteur électrique 29 et de l'embrayage magnétique 31, on se sert d'un ordinateur 32 qui, côté entrée, est relié à des sorties de signaux d'un générateur électronique de valeur de consigne 33 actionné par le volant de direction 10, et qui donne les angles de braquage désirés, ainsi qu'à un générateur de valeur réelle 34 qui donne la valeur réelle de l'angle de braquage, et qu'à un capteur de pression 35 combiné au générateur de pression 26. En supplément, l'ordinateur 32 peut encore être relié, côté entrée, à des générateurs de signaux non représentés, qui reproduisent la position du dispositif distributeur 17. En fonctionnement normal, sans défaillance, l'ordinateur 32 maintient le distributeur d'isolement 12 dans la position ouverte, en alimentant son électro-aimant 13, et le distributeur d'isolement 23 dans la position de fermeture, en alimentant son électro-aimant 24. De cette façon, d'une part, le groupe piston-cylindre 4 est découplé hydrauliquement du groupe piston-cylindre 8; d'autre part, le groupe piston- cylindre 5 peut être actionné dans l'un ou l'autre sens par l'actionnement du dispositif distributeur 27, pourvu que l'accumulateur de pression 26 soit suffisamment chargé. Cet état de charge est surveillé en permanence par l'ordinateur 32, au moyen du capteur de pression 35 et la pompe 18, aussi bien que la pompe 19, peuvent être mises en action pour effectuer la recharge. La première pompe 18 est mise en action par une alimentation électrique correspondante du moteur électrique 29, tandis que la pompe 19 est mise en marche, lorsque le moteur 30 du véhicule est en marche, par le serrage de l'embrayage magnétique 31. L'ordinateur s'auto-contrôle en permanence pour la vérification du fonctionnement sans défaillance. Dès qu'une défaillance est constatée, les électro-aimants 13, 21 et 24 de tous les distributeurs 12, 17 et 23 sont immédiatement isolés de l'alimentation électrique. Ceci a pour conséquence que le groupe piston-cylindre 4 et le groupe piston-cylindre 8 sont automatiquement découplés hydrauliquement l'un de l'autre tandis que le groupe piston-cylindre 5 passe aussitôt à un état de roue libre, ceci indépendamment du fait que le dispositif distributeur 17, qui est en général constitué par un distributeur à tiroir, prend ou ne prend pas sa position centrale représentée; en effet, dans chaque cas, les deux côtés du groupe piston-cylindre 5 sont reliés l'un à l'autre par l'intermédiaire du distributeur d'isolement 23, qui est maintenant ouvert. Du fait du couplage hydraulique qui existe maintenant entre les groupes piston-cylindre 4 et 8, les roues directrices sont actionnées au moyen du volant de direction par une transmission de force hydraulique. La forme de réalisation de la figure 2 se distingue essentiellement de la forme de réalisation de la figure 1 par le fait que le dispositif distributeur 17 n'est pas commandé électriquement au moyen des électroaimants 21 mais est au contraire commandé hydrauliquement. Pour cela, on utilise des entrées de commande hydraulique 36 et 37 qui sont reliées aux conduites 7 et 6. Le fonctionnement normal de la forme de réalisation de la figure 2 se produit de la même façon que le fonctionnement normal de la forme de réalisation de la figure 1. Le distributeur d'isolement 12 est maintenu ouvert, et le distributeur d'isolement 23 fermé, par l'ordinateur 32. En réponse à une comparaison entre valeur de consigne et valeur réelle, qui s'effectue entre les signaux du générateur de valeur de consigne 33 et du générateur de valeur réelle 34, l'ordinateur 32 actionne les électro-aimants 21 du dispositif distributeur 17 de telle manière que le groupe piston- cylindre 5 règle l'angle de braquage désiré. Si, au contraire, il vient à se manifester une défaillance qui n'est pas due à un blocage du dispositif distributeur 17, c'est-à-dire que le dispositif distributeur 17 est resté capable de manoeuvrer, les électroaimants 12 et 21 sont seuls isolés de leur alimentation électrique tandis que l'électro-aimant 22 reste alimenté et maintient le distributeur d'isolement 23 fermé. Maintenant, d'une part, les groupes piston-cylindre 4 et 8 sont accouplés hydrauliquement l'un à l'autre, de sorte qu'il existe une liaison positive hydraulique entre le volant de direction 10 et les moyens de braquage des roues 1. D'autre part, le dispositif distributeur 17 est maintenant commandé hydrauliquement, par l'intermédiaire de ses entrées de commande 36 et 37, en fonction du signe et de la grandeur de la différence de pression hydraulique entre les conduites 6 et 7, c'est-à-dire en fonction de la force musculaire qui doit être appliquée au volant 10. De cette façon, alors que la pompe 18 et/ou la pompe 19 continuent à travailler, le groupe piston-cylindre 5 peut produire une force d'assistance ou une force additionnelle qui réduit la force musculaire. Si le dispositif distributeur 17 vient à se coincer, ce qui peut être signalé par des générateurs de signaux non représentés prévus sur le dispositif distributeur 17, l'électro-aimant 24 du distributeur d'isolement 23 est isolé de l'alimentation électrique, de sorte que le distributeur 23 s'ouvre et que le groupe piston-cylindre 4 est commuté sur la roue libre dans toutes les situations. De cette façon, le couplage positif hydraulique entre le volant de direction 10 et les roues directrices 1 reste conservé. Naturellement, le il travail appliqué au volant de direction 10 n'est plus assisté par une force d'assistance du groupe piston-cylindre 10. A la différence des formes de réalisation représentées, les groupes piston-cylindre 4, 5 et/ou 8, en particulier le groupe piston- cylindre 8 actionné par le volant de direction peuvent être remplacés par un groupe moteur-pompe 8' hydrostatique. Dans le cas du groupe pompe hydrostatique 8' associé au volant de direction 10, ceci apporte l'avantage consistant en ce que le groupe 8' solidaire du volant de direction ne peut pas fixer de position finale. Dans le cas ou l'on ne dispose que d'un espace relativement petit dans la direction longitudinale de la tige de piston 3, les groupes pistoncylindre 4 et 5 peuvent aussi être disposés parallèlement l'un à côté de l'autre, auquel cas il peut être prévu sur la tige 3 un prolongement radial qui est relié à la tige de piston du groupe 5 parallèle la tige 3. A la différence de la représentation donnée sur les figures 1 et 2, il peut aussi être prévu sur l'arbre 9 du volant de direction 10 un pignon qui engrène avec une crémaillère qui, de son côté, est solidaire de la tige de piston du groupe piston-cylindre 8 ou est formée sur cette tige de piston. En remplacement des organes à piston-cylindre 4, 5 et/ou 8, on peut aussi utiliser des moteurs hydrostatiques ou des organes de transmission. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Servodirection hydraulique comprenant: - un servomoteur à double effet, relié cinématiquement à des organes de direction mécaniques des roues directrices d'un véhicule; - un dispositif servodistributeur commandé servant à établir une liaison commandée entre le servomoteur et, soit une source de pression hydraulique, soit un réservoir relativement sans pression, - un générateur de valeur de consigne électrique ou électronique, actionné par un levier de direction, en particulier par un volant de direction, qui est relié, par une entrée, à un circuit d'asservissement électronique relié à lui-même à sa sortie au dispositif de servodistributeur, ce circuit étant relié, par une autre entrée, à un générateur de valeur réelle qui reproduit la position de braquage des roues directrices du véhicule, et pouvant être contrôlé en permanence automatiquement pour s'assurer de son fonctionnement sans défaillance et une liaison cinématique hydrostatique interposée entre le levier de direction et les organes de direction, normalement inactive et qui est rendue automatiquement active en présence de défaillances du circuit d'asservissement, caractérisé en ce que la liaison cinématique hydrostatique (4, 6, 7, 8) est agencée indépendamment de l'hydraulique du système commandé par le servodistributeur (17), ou parallèlement à cette hydraulique, et le servomoteur (5) peut être commuté sur un état de roue libre en cas de fonctionnement défectueux du circuit d'asservissement (32), par le servodistributeur (17) et/ou par un distributeur d'isolement (23) qui n'est fermé qu'en présence d'un fonctionnement défectueux du circuit d'asservissement (32). 2. Servodirection hydraulique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif distributeur (17) possède des entrées de commande hydraulique (36, 37) qui communiquent avec la liaison cinématique hydrostatique (4, 6, 7, 8), de sorte que le dispositif de servodistributeur (17) peut être commandé, dans le cas o la liaison cinématique hydrostatique (4, 6, 7, 8) est rendue effective, par des différences de pression qui s'y manifestent. 3. Servodirection selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la source de pression comprend deux pompes (18, 19) qui peuvent être entraînées et mises en marche indépendamment l'une de l'autre. 4. Servodirection selon une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la source de pression comprend un accumulateur de pression hydraulique (26). 5. Servodirection selon une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la liaison cinématique hydrostatique (4, 6, 7, 8) possède deux côtés (6, 7) qui peuvent être reliés l'un à l'autre par un distributeur d'isolement (12), et le distributeur d'isolement (12) ne peut prendre sa position d'ouverture qu'en cas d'alimentation en énergie de son organe actionneur (13). 6. Servodirection selon une des revendications 1 à 5, caracterisee en ce que la liaison cinématique hydrostatique comprend deux groupes piston-cylindre (4, 8) à double effet dont un est couplé positivement aux roues directrices (1) du véhicule et un au levier de direction (10). 7. Servodirection selon une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la liaison cinématique hydrostatique présente une pompe (8') couplée positivement au levier de direction (10). 8. Servodirection selon une des revendications 3 à 7, caractérisée en ce que des clapets anti-retour (27, 28) sont prévus sur le côté pression des pompes (18, 19) et interdisent le reflux vers la pompe considérée. 9. Servodirection selon une des revendications 6 à 8, caractérisée en ce que deux groupes piston-cylindre (4, 5) sont disposés l'un à côté de l'autre, l'un de ces groupes formant le servomoteur et l'un étant associé aux roues directrices (1) du véhicule en constituant une partie de la liaison cinématique hydrostatique. 10. Servodirection selon une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la liaison cinématique hydrostatique comprend un moteur hydraulique hydrostatique associé aux roues directrices du véhicule.