Brevet FR2741029A1 — publié le 19970516

Servodirection pour véhicules automobiles L'invention concerne une servodirection hydraulique pour véhicules automobiles comprenant un servodistributeur constitué par un dispositif à tiroir tournant dont les parties de commande qui peuvent tourner l'une par rapport à l'autre sont sollicitées l'une par rapport à l'autre vers une position normale par un dispositif élastique constitué de préférence par une barre de torsion, et un mécanisme de direction qui est relié cinématiquement aux roues directrices du véhicule ainsi qu'à un servomoteur hydraulique commandé par le servodistributeur. Les servodirections sont universellement connues et sont montées en série dans les véhicules automobiles. Le mécanisme de direction est habituellement couplé positivement par voie mécanique à une manette de direction, en règle générale, un volant de direction, le servodistributeur du type à tiroir tournant formant ici une partie de la chaîne cinématique interposée entre la manette de direction et le mécanisme de direction. En réponse à la force transmise entre la manette de direction et le mécanisme de direction, le servodistributeur est déplacé dans l'un ou l'autre sens, selon le sens de la force, de sorte que le servomoteur hydraulique est piloté de manière à produire une force d'actionnement qui assiste la manoeuvre de direction considérée et grâce à laquelle la force manuelle qui doit être appliquée à la manette de direction ou au volant de direction est réduite. En principe, il est aussi connu de n'actionner avec une manette qu'un générateur de valeur de consigne qui coopère ensuite de son côté, par l'intermédiaire d'un asservissement, avec un actionneur dont la course d'actionnement est réglée par une comparaison valeur de consigne- valeur réelle et est sensiblement analogue à la course d'actionnement de la manette. On applique des principes de commande de ce genre, dans lesquels on utilise des asservissements électroniques, par exemple, dans les avions, pour l'actionnement des ailerons et des gouvernes de profondeur et de direction. Ces installations de commande, appelées aussi "Fly-by-wire" sont suffisamment sûres pour être utilisées, non seulement dans les appareils militaires mais aussi dans les avions civils de transport de passagers. Le but de l'invention consiste à appliquer aussi un principe de ce genre dans une direction de véhicule automobile et, en même temps, à utiliser, en nombre aussi grand que possible, des organes éprouvés des servodirections traditionnelles. Selon l'invention, ce problème est résolu par le fait que, dans une servodirection possédant les caractéristiques indiquées au début, une manette de direction actionne un générateur de valeur de consigne qui coopère, par l'intermédiaire d'un asservissement, avec un servomoteur qui est couplé cinématiquement aux parties de commande, de façon directe ou indirecte, pour les faire tourner l'une par rapport à l'autre. L'invention repose sur le principe général consistant à couper le couplage positif, habituel jusqu'à présent, entre la manette de direction, ou le volant de direction, et les roues directrices du véhicule et à n'actionner, au moyen de la manette de direction ou du volant de direction, qu'un générateur de valeur de consigne qui, de son côté, est intercalé dans un asservissement qui commande le servodistributeur en comparant la valeur de consigne du moment à la valeur réelle de l'angle de braquage, et, de cette façon, actionne le servomoteur ainsi que la direction du véhicule qui y est reliée cinématiquement. De cette façon, on peut utiliser des éléments de servodirection qui sont dans une très large mesure traditionnels et éprouvés. En même temps, grâce à la suppression de la colonne de direction qui était prévue jusqu'à présent, on n'a besoin que d'un espace de montage beaucoup plus faible, en même temps qu'on supprime aussi un grand nombre de paliers affectés de frottement. Le servomoteur servant à l'actionnement du servodistributeur peut être réalisé d'une façon quelconque en principe. Selon une première forme préférée de réalisation, il est prévu un servomoteur électrique qui est judicieusement accouplé cinématiquement à l'une des parties de commande du servodistributeur, par exemple par le fait que le rotor du moteur électrique est monté solidairement en rotation sur la partie tiroir tournant du servodistributeur. L'autre partie de commande du servodistributeur peut être montée fixe. Selon une autre forme avantageuse de réalisation de l'invention, il peut aussi être prévu un servomoteur hydraulique qui, de préférence, agit directement entre les parties de commande. Pour le reste, on pourra se reporter, en ce qui concerne les caractéristiques préférées de l'invention, à l'explication, donnée ci-après, du dessin en regard duquel des exemples particulièrement préférés de réalisation de l'invention sont décrits. Sur ce dessin, la figure 1 est une coupe d'une première forme de réalisation dans laquelle il est prévu un servomoteur électrique, et la figure 2 est une coupe correspondante d'une variante de réalisation de l'invention dans laquelle les parties de commande du servodistributeur peuvent être déplacées l'une par rapport à l'autre par un groupe actionneur hydraulique. Selon la figure 1, il est prévu un servodistributeur 2, traditionnel dans une large mesure, réalisé à la façon d'un dispositif à tiroir tournant, disposé dans un corps 1 et qui est essentiellement composé d'une partie tiroir tournant 2' et d'une fourrure de tiroir tournant 2", coaxiale à la première partie et qui est rigidement solidaire du corps. Ce servodistributeur 2 possède un raccord de pression 3 qui est relié, par son côté pression, à une servopompe 5 qui est raccordée à un réservoir hydraulique 4 par son côté aspiration. Par ailleurs, le servodistributeur 2 possède un raccord de basse pression 6 communiquant avec le réservoir 4, ainsi que deux raccords de moteur 7 et 8 qui sont reliés chacun à un côté d'un groupe piston-cylindre à double effet prévu en tant que servomoteur 9. Le servodistributeur 2 possède ce qu'on appelle un centre ouvert, c'està-dire que les tous les raccords 3 et 6 à 8 communiquent entre eux lorsque la partie tiroir tournant 2' et la fourrure de tiroir tournant 2" prennent une position centrale l'une par rapport à l'autre. Si l'on tourne la partie tiroir tournant 2' et la fourrure de tiroir tournant 2" l'une par rapport à l'autre dans l'un ou l'autre sens par rapport à la position centrale, lorsque la servopompe 5 travaille, il s'établit entre les raccords de moteur 7 et 8, une différence de pression commandée, plus ou moins grande, dans l'un ou l'autre sens, avec pour conséquence que le servomoteur 9 produit de son côté une force d'actionnement d'une valeur correspondante dans l'un ou l'autre sens. La partie tiroir tournant 2' et la fourrure de tiroir tournant 2" sont reliées l'une à l'autre par une barre de torsion 10' disposée dans un alésage axial de ces parties, et qui tend à maintenir ces deux parties 2' et 2" dans leur position centrale l'une par rapport à l'autre. Sur l'extrémité de la partie tiroir tournant 2' qui se trouve à gauche sur la figure 1, est monté le rotor d'un moteur électrique 11 disposé dans le corps 1 et qui, lorsqu'il est alimenté en courant, peut faire tourner la partie tiroir tournant 2' dans l'un ou l'autre sens par rapport à la fourrure de tiroir tournant 2" à l'encontre de la force de la barre de torsion 10. Le dispositif de la figure 1 travaille comme suit: Au moyen d'un volant de direction 14 actionné par le conducteur du véhicule considéré, on actionne un générateur de valeur de consigne 15 dont les signaux imposent une valeur de consigne pour l'angle de braquage voulu des roues directrices 30 du véhicule, actionnées par le servomoteur 9, et sont envoyés à une entrée d'un circuit d'asservissement 16. Le circuit d'asservissement 16 compare la valeur de consigne à la valeur réelle existante, laquelle est captee au moyen d'un générateur de valeur réelle qui coopère avec un mécanisme de direction couplé positivement aux roues directrices du véhicule ou encore - comme représenté - à la tige de piston du servomoteur 9. Selon le résultat de la comparaison valeur de consigne-valeur réelle, le circuit d'asservissement 16 pilote le moteur électrique 11 de telle manière que celui-ci tourne dans l'un ou l'autre sens, et déplace le servodistributeur 2 plus ou moins loin dans l'un ou l'autre sens. Sous cet effet, il se produit entre les raccords de moteur 7 et 8 'une différence de pression d'une valeur correspondante dans l'un ou l'autre sens et le servomoteur 9 est entraîné dans l'un ou l'autre sens avec une force plus ou moins grande, de sorte que les roues directrices 30 se braquent. La forme de réalisation selon la figure 2 se distingue surtout de la forme de réalisation représentée sur la figure 1 par le fait que le moteur électrique 11 est absent et qu'à l'intérieur du corps 1 est dispose un espace annulaire 18 dont la paroi périphérique intérieure est formée par un segment axial cylindrique de la partie tiroir tournant 2' et dont la paroi périphérique extérieure est formée par la paroi intérieure du corps 1. Cet espace annulaire 18 est divisé en deux chambres annulaires par un piston annulaire 19 qui peut se déplacer axialement. Le piston annulaire 19 possède un prolongement cylindrique 20 qui est muni, aussi bien sur le côté extérieur que sur le côté intérieur, de rainures et nervures orientées obliquement les unes par rapport aux autres. Ces rainures et nervures sont engagées dans des rainures et nervures identiques mais inversées qui sont agencées, d'une part, sur un segment axial de la périphérie extérieure de la partie tiroir tournant 2' et, d'autre part, dans un segment de la périphérie intérieure de la fourrure de tiroir tournant 2" ou du corps 1 qui est fixe par rapport à la fourrure de tiroir tournant 2". Etant donné que les nervures ou rainures situées sur le côté extérieur du prolongement 20 sont obliques par rapport aux rainures ou nervures prévues sur le côté intérieur du prolongement 20, le prolongement 20 ainsi que le piston annulaire 19 décrivent positivement une course axiale dès que la partie tiroir tournant 2' et la fourrure de tiroir tournant 2" tournent l'une par rapport à l'autre. De même, les parties 2' et 2" sont mises positivement en rotation l'une par rapport à l'autre dans l'un ou l'autre sens lorsque le piston annulaire 19 est déplacé axialement dans l'un ou l'autre sens. Les chambres annulaires isolées l'une de l'autre par le piston annulaire 19 à l'intérieur de l'espace annulaire 18 peuvent être reliées par des conduites 21 et 22, ainsi que par un distributeur 24, à une pompe 25 ainsi qu'au réservoir hydraulique 4, de sorte que, lorsque le distributeur 24 est actionné de façon appropriée, on peut établir entre les deux chambres annulaires situées dans l'espace annulaire 18, une différence de pression plus ou moins grande dans l'un ou l'autre sens. Le piston annulaire 19 peut alors se déplacer dans l'un ou l'autre sens axial, avec pour conséquence que le servodistributeur 2 est mis en mouvement et qu'il s'établit une différence de pression entre les raccords de moteur 7 et 8 du servomoteur 9. De cette façon, le servomoteur peut décrire une course d'actionnement sous l'effet de laquelle la direction du véhicule est commandée. Le dispositif de la figure 2 travaille comme suit: Ici aussi, le générateur de valeur de consigne 15, actionné au moyen du volant de direction 14, impose une valeur de consigne pour l'angle de braquage voulu des roues directrices 30 du véhicule. Le circuit d'asservissement 16 compare de nouveau cette valeur de consigne à la valeur réelle signalée par le générateur de valeur réelle 17 et il actionne le distributeur 24 s'il se manifeste un écart valeur de consigne-valeur réelle. Selon le signe de l'écart valeur de consigne- valeur réelle, le distributeur 24 est manoeuvré dans l'un ou l'autre sens, avec pour conséquence que le piston annulaire 19 se déplace dans l'un ou l'autre sens, de sorte qu'il s'établit alors sur les raccords de moteur 7 et 8 du servomoteur 9 une différence de pression plus ou moins grande, dans l'un ou l'autre sens, et que le servomoteur 9 exécute une course de commande pour la compensation de l'écart valeur de consigne-valeur réelle, c'est-à-dire que les roues directrices 30 du véhicule sont braquées conformément à la valeur de consigne. Il est aussi possible et avantageux d'agencer le moteur électrique 11 et le moteur hydraulique 18, 19 en combinaison pour pouvoir commander le servodistributeur 2 avec deux groupes indépendants l'un de l'autre. Ici, le moteur électrique 11 peut être mis en mouvement d'une façon qui correspond aux valeurs de consigne du générateur de valeur de consigne 15 tandis que le moteur hydraulique 18, 19 est actionné par une commande autonome, les autres paramètres, par exemple les influences du vent latéral, étant captés par des capteurs distincts et compensés par des actions sur la direction. Le moteur électrique 11 peut aussi être constitué par ce qu'on appelle un aimant rotatif. R E V E N D I C A T IONS 1. Servodirection hydraulique pour véhicules automobiles comprenant un servodistributeur constitué par un dispositif à tiroir tournant dont les parties de commande qui peuvent tourner l'une par rapport à l'autre sont sollicitées l'une par rapport à l'autre vers une position normale par un dispositif élastique constitué de préférence par une barre de torsion, et un mécanisme de direction qui est relié cinématiquement aux roues directrices du véhicule ainsi qu'à un servomoteur hydraulique commandé par le servodistributeur, caractérisée en ce qu'une manette de direction (14) actionne un générateur de valeur de consigne (15) qui coopère, par l'intermédiaire d'un asservissement (16), avec un servomoteur (11; 18, 19) qui est couplé cinématiquement aux parties de commande (2', 2"), de façon directe ou indirecte, pour les faire tourner l'une par rapport à l'autre. 2. Servodirection selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'une des parties de commande (2") est agencée fixe. 3. Servodirection selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'une partie de commande (2') est accouplée au servomoteur (11). 4. Servodirection selon une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'on utilise un moteur électrique (11) en tant que servomoteur. 5. Servodirection selon une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'un servomoteur (18, 19) est interposé entre les parties de commande (2', 2"). 6. Servodirection selon une des revendications i à 5, caractérisée en ce qu'entre les parties de commande (2', 2"), agit un groupe de déplacement hydraulique (18, 19) qui est couplé positivement aux parties de commande (2', 2") de manière que les parties de commande soient tournées l'une par rapport à l'autre en réponse aux courses de déplacement. 7. Servodirection selon une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'en tant que moteur électrique (11), on utilise un aimant rotatif.