Brevet FR2744089A1 — publié le 19970801

L'invention concerne une servodirection hydrau- lique pour véhicules automobiles, comprenant une boite de direction disposée comme liaison mécanique d'entraînement entre un organe d'actionnement et des roues directrices du véhicule et possédant un élément déplaçable à partir d'une po- sition normale contre la force d'un ressort et dont la position peut être changée en fonction des forces trans- mises entre les roues directrices du véhicule et l'organe d'actionnement, un dispositif de servovalve(s) pilotable par des changements de position dudit élément, ainsi qu'un servomoteur hydraulique commandé par la servovalve ou les servovalves et qui est couplé, en vue du braquage, aux roues directrices du véhicule ou au côté de la boîte de direction coordonné aux roues directrices. De telles directions assistées sont générale- ment connues et installées en série dans des automobiles. L'organe d'actionnement y est formé par un volant (ou un autre organe de commande manuelle de direction) manoeuvré par le conducteur. Le servomoteur est mis en oeuvre, dans le sens d'une diminution de l'effort manuel à appliquer au volant, en fonction des forces transmises entre le vo- lant et les roues directrices du véhicule. Le dispositif de servovalve(s) des directions assistées connues jusqu'à présent est réalisé habituel- lement avec ce que l'on appelle un centre ouvert, ce qui veut dire que le dispositif de servovalve(s) est égale- ment traversé en permanence par le fluide de pression hy- draulique lorsque la direction est en position d'aligne- ment droit et qu'aucun effort manuel n'est à appliquer au volant pour maintenir cette position. Le maintien du cou- rant de fluide de pression nécessite par conséquent une puissance permanente. On connaît certes des dispositifs de servo- valve(s) ayant ce que l'on appelle un centre fermé, avec lesquels aucun courant de fluide de pression ne peut se produire à la position d'alignement droit de la direction, alors que l'effort manuel appliqué au volant est nul ou négligeable, de sorte que de telles situations ne demandent pas non plus une quelconque puissance pour le maintien d'une circulation de fluide. C'est seulement quand un effort plus ou moins grand est appliqué au vo- lant que le dispositif de servovalve(s) peut s'ouvrir et établir une communication entre le servomoteur et la source de pression ou un accumulateur de pression. Cepen- dant, de tels systèmes ne se sont pas répandus jusqu'à présent. Cela est probablement dû au fait que, jusqu'à présent, le comportement d'ouverture de dispositifs de servovalve(s) à centre fermé est quelque peu problèma- tique et a pour effet que l'assistance fournie par le servomoteur entre en jeu de façon relativement brusque. Dans toutes les directions assistées habi- tuelles, on a prévu une liaison mécanique de continuité, dans le sens d'un couplage mécanique forcé, entre l'or- gane de commande manuelle de direction, c'est-à-dire le volant, et les roues directrices du véhicule, ceci afin de garantir une sécurité maximale. Il est cependant connu aussi, dans son prin- cipe, d'actionner seulement, par l'organe de commande ma- nuelle, un générateur de valeur de consigne qui coopère quant à lui à travers un système de régulation avec un organe moteur de positionnement dont la course de posi- tionnement est réglée par une comparaison entre la valeur de consigne et la valeur réelle et est essentiellement analogue à la course, c'est-àdire au mouvement imprimé à l'organe de commande manuelle de direction. De tels concepts de pilotage, dans lesquels des systèmes électro- niques de régulation sont utilisés, sont appliqués par exemple dans des avions pour manoeuvrer les volets d'aile et les empennages d'altitude et de direction. De tels systèmes de commande ou de pilotage, désignés également par "commandes de vol électriques" sont entretemps deve- nus si sûrs qu'ils sont appliqués non seulement dans des aéronefs militaires, mais aussi dans des avions à passa- gers civils. Le but de l'invention est de réaliser également un tel concept pour une direction de véhicule et de ga- rantir aussi, tout en utilisant autant que possible des pièces ayant fait leurs preuves dans des servodirections classiques, un faible besoin en énergie de la servodirec- tion selon l'invention. Conformément à l'invention, on obtient ce ré- sultat par le fait qu'un organe de commande manuelle de direction actionne un générateur de valeur de consigne qui coopère à travers un système de régulation (régulateur) avec un moteur de positionnement prévu comme organe d'actionnement, que l'élément déplaçable effectue un déplacement suffisant pour changer la position du dispositif de servovalve(s) seulement lorsque les forces ou les couples transmis sont relativement grands et que le dispositif de servovalves(s) est normalement fermé. L'invention est basée sur le concept général qui consiste à sectionner le couplage mécanique forcé jusqu'à présent habituel entre l'organe de commande ma- nuelle, en particulier le volant, et les roues direc- trices du véhicule, et d'actionner au moyen de cet organe de commande manuelle, du volant en particulier, ainsi que du système de régulation, un moteur de positionnement placé à distance et qui assure alors la manoeuvre de bra- quage des roues directrices du véhicule, le moteur de po- sitionnement pouvant être assisté par le servomoteur. Ce- pendant, le pilotage du dispositif de servovalve(s) est réalisé de manière que ce dispositif puisse etre dévié de sa position normale seulement lorsque les forces transmises entre le moteur de positionnement et les roues directrices dépassent un seuil préfixé. Tant que de faibles forces seulement sont transmises entre le moteur de positionnement et les roues directrices du véhicule, le moteur de positionnement assure à lui seul le travail de braquage. Ceci a pour conséquence que l'on peut utili- ser sans problème un dispositif de servovalve(s) à centre fermé. En effet, si les forces transmises entre le moteur de positionnement et les roues directrices sont relative- ment grandes, une entrée en action éventuellement "brusque" du servomoteur n'est pas critique. En raison de la régulation, des fluctuations de la charge du moteur de positionnement, qui est déjà sous une charge prédétermi- née à l'entrée en action de l'assistance fournie par le servomoteur, peuvent être compensées sans problème. Donc, en fin de compte, le moteur de position- nement est fondamentalement couplé aux roues directrices de la même façon que le volant de direction est couplé aux roues directrices du véhicule dans le cas d'une di- rection assistée classique, de sorte qu'on obtient globa- lement une très forte analogie avec les servodirections classiques. En raison de la suppression de la colonne de direction habituellement présente entre le volant et la boite de direction, la place nécessaire est considérable- ment réduite et une multitude de paliers de rotation af- fectés de frottement est supprimée en même temps. Selon un mode de réalisation préféré de l'in- vention, le seuil cité peut être choisi de manière que l'assistance par le servomoteur soit essentiellement fournie seulement lors de braquages pendant que le véhi- cule roule très lentement, par exemple lors de manoeuvres de rangement, c'est-à-dire lorsque des forces de braquage relativement grandes doivent être produites. En revanche, les manoeuvres de direction "normales' sont essentielle- ment exécutées par le seul moteur de positionnement. Selon d'autres caractéristiques preférées, l'élément déplaçable et le disposriif de servo- valve(s) sont couplés entre eu:: e jeu, et l'é1lment déplaçable est maintenu a _aposition normale par la prêcontrainte d'un ressort et capable de quitter cette posiion seuiernn lorsque les forces ou les couples transmis par cet élément sur- montent la précontrainte du ressort. Selon une construction préférée, le moteur de positionnement est couplé aux roues motrices du véhicule par l'intermédiaire d'un engrenage à vis sans fin, engre- nage dont la vis sans fin est déplaçable axialement contre la force d'un ressort. Le moteur de positionnement est ainsi couplé aux roues directrices, en vue de leur braquage, par l'intermédiaire d'une vis sans fin et d'une roue tangente qui est en prise avec elle, la vis sans fin étant tournée par le moteur de positionnement - constitué notamment par un moteur électrique - et possédant une mo- bilité, axiale par exemple, à l'encontre de la force d'un ressort, la vis sans fin pilotant par ses déplacements le dispositif de servovalve(s). D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation parti- culièrement avantageux, mais nullement limitatifs, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue d'ensemble schéma- tique de la servodirection selon l'invention; - la figure 2 représente un premier mode de réalisation d'un couplage d'entraînement entre un moteur électrique et la boîte de direction, ainsi que du pilo- tage du dispositif de servovalve(s); - la figure 3 représente un mode de réalisation modifié du dispositif selon la figure 2; et - la figure 4 représente un autre mode de réa- lisation modifié. Selon la figure 1, un véhicule automobile - dont les autres parties ne sont pas représentées - pos- sède un essieu arrière avec des roues 1 non directrices, dans l'exemple montré, et un essieu avant avec des roues directrices 2. Ces dernières sont couplées d'une manière dont le principe est connu, par des barres d'accouplement 3, à une crémaillère 4, de manière que lorsque cette der- nière est déplacée longitudinalement dans l'un ou l'autre sens, les roues avant 2 soient braquées dans un sens ou dans l'autre. La crémaillère 4 engrène avec un pignon 5 qui est solidarisé en rotation, par l'intermédiaire d'un arbre de pignon 6, avec une roue tangente 7 d'un engre- nage à vis sans fin. La roue tangente 7 est en prise, en vue de son entraînement, avec une vis sans fin 8 qui est elle-même reliée, de façon à pouvoir se déplacer axiale- ment, mais solidaire en rotation avec lui, à l'arbre de sortie 9 d'un moteur électrique 10. Un dispositif à un ou plusieurs ressorts, dispositif qui n'est pas représenté sur la figure 1, tend à maintenir la vis sans fin 8 à une position axiale centrale correspondant à la position normale mentionnée précédemment. Suivant le sens et la grandeur du couple transmis entre la vis sans fin 8 et la roue tangente 7, la vis 8 est déplacée axialement sur une distance plus ou moins grande dans l'un ou l'autre sens à l'encontre du dispositif à ressort prcite. Cette course axiale de la vis sans fin 8 pilote un système de valves 12, formant le dispositif de servo- valve(s) mentionné précédemment, qui fait communiquer, de la manière décrite dans ce qui va suivre, un vérin (ensemble piston- cylindre) à double effet 13, prévu en tant que servomoteur, en vue de la commande de celui-ci, avec un accumulateur de pression hydraulique 14 ou un ré- servoir hydraulique 15 sans pression. La tige de piston du vérin 13 est formée par une partie ou rallonge non dentée de la crémaillère 4. L'accumulateur de pression 14 est chargé au be- soin par une pompe hydraulique 16 dont le côté aspiration est raccordé au réservoir 15. Au moyen d'un volant de direction 17, le conducteur actionne un générateur électrique ou électro- nique de valeur de consigne 18 dont la sortie est connectée à l'entrée d'un régulateur électrique ou électronique 19 dont l'entrée pour la valeur réelle est connectée à la sortie d'un capteur de valeur réelle 20 coopérant avec la crémaillère 4 et dont les signaux représentent la position réelle de cette crémaillère et par suite les angles de braquage des roues avant 2. Côté sortie, le régulateur 19 est connecté à travers un circuit d'attaque 21 au moteur électrique 10 en vue de sa commande. La direction représentée fonctionne comme dé- crit ci-après. Le conducteur manoeuvre de façon habituelle le volant 17. Ceci a pour conséquence que le générateur 18 délivre une valeur de consigne pour l'angle de braquage à établir sur les roues avant 2. Le régulateur 19 compare la valeur de consigne délivrée par le générateur 18 avec la valeur réelle fournie par le capteur 20 et commande, à travers le circuit d'attaque 21 et en conformité avec le résultat de la comparaison des valeurs de consigne et réelle, le moteur électrique 10, de manière que la valeur réelle de l'angle de braquage corresponde à la valeur de consigne. Lors de telles manoeuvres de direction ou de braquage, la vis sans fin 8 est déplacée axialement sur une distance plus ou moins grande, dans l'un ou l'autre sens, suivant les forces ou les couples transmis entre la vis 8 et la roue tangente 7. Si les forces ou les couples transmis sont faibles, ce déplacement axial est suffisamment petit, de sorte que le système de valves 12 reste à sa position représentée, dans laquelle les deux côtés du vérin 13 sont raccordés au réservoir hy- draulique 15 et coupés de l'accumulateur de pression 14. Ainsi, lorsque les forces ou les couples transmis entre la vis sans fin 8 et la roue tangente 7 sont faibles, les roues directrices 2 sont commandées exclusivement par le moteur électrique 10. Dès que des forces ou des couples plus grands sont transmis entre la vis 8 et la roue 7, la vis sans fin 8 est déplacée sur une distance suffisamment grande, dans l'un ou l'autre sens, pour que ou bien la valve 12' ou alors la valve 12" du système 12 soit dé- placée de sa position normale représentée vers son autre position. Ceci a pour résultat qu'un côté du vérin 13 est mis en communication avec l'accumulateur de pression 14 ou le côté refoulement de la pompe 16, étant entendu que la liaison ainsi établie présente une résistance d'étran- glement plus ou moins grande. L'autre côté du vérin 13 reste raccordé au réservoir 15. Il s'ensuit que le vérin 13 produit une force hydraulique de positionnement qui assiste le moteur électrique 10 dans son travail de bra- quage des roues. L'agencement selon l'invention permet d'utili- ser un moteur électrique 10 de puissance relativement faible donc compact. Dès que des forces plus importantes deviennent nécessaires pour braquer les roues avant 2, le moteur électrique 10 est assisté hydrauliquement par le vérin 13 prévu en tant que servomoteur. La petitesse du moteur électrique 10 est encore favorisée du fait que le rapport de transmission entre la vis sans fin et la roue tangente est relativement grand, ce qui revient à dire que la vis 8 fait un grand nombre de tours par rapport à la roue tangente 7 lors d'un braquage des roues avant 2. Selon la figure 2, la vis sans fin 8 est montée rotative et axialement déplaçable dans des paliers ra- diaux 22 aux deux extrémités axiales de sa denture de vis. Pour le support axial, on a prévu des disques annu- laires 23 enfilés sur l'arbre de vis et qui sont chacun retenus axialement, sur leur côté éloigné de la vis sans fin 8, par un anneau d'appui 24 axialement fixe sur l'arbre de vis sans fin. Sur les côtés dirigés l'un vers l'autre des disques annulaires 23, sont placés des pa- liers axiaux 25 interposés chacun entre l'un des disques annulaires 23 et l'un de deux flasques 26 qui sont pressés par des ressorts Belleville 27 contre les faces dirigées vers ces ressorts des disques annulaires 23. Les ressorts Belleville 27 sont appuyés sur des parties sta- tionnaires 28 du boîtier de direction. Lors de déplacements axiaux de la vis sans fin 8, les flasques 26 effectuent également un déplacement axial correspondant. Par conséquent, l'un des flasques montrés par la figure 2, celui représenté à droite dans cet exemple, est utilisable pour piloter le système de valves 12. Dans l'exemple montré, les valves 12' et 12" du système 12 sont réalisées comme des valves pilotées par le siège et qui possèdent chacune un corps de valve 29 pourvu d'un alésage axial étagé fermé d'un côté. Le corps de valve 29 présente deux orifices radiaux 30 et 31 qui sont mutuellement espacés dans la direction axiale du corps 29 et entre lesquels est formé un gradin annulaire 32 à partir duquel l'alésage axial du corps 29 s'étend par une partie plus large jusqu'à son extrémité fermée. Ce gradin annulaire 32 coopère, en tant que siège, avec un clapet 33 qui est traversé d'un perçage axial 34 et présente une partie conique obturatrice 33' coopérant avec le siège formé par le gradin annulaire 32. A son extrémité axiale éloignée de la partie obturatrice 33', le clapet 33 e- ezanchéifié vis-à-vis de la périphérie intérieure de l'a_ sage borgne du corps de valve 29 au moyen d'une bague d'étanchéité 35 qui permet au clapet de glisser dans cette partie d'alésage. Axialement entre la bague d'étan- chéité 35 et la partie obturatrice 33', le clapet 33 pos- sède un diamètre extérieur relativement faible, de ma- nière qu'un espace annulaire soit formé à l'intérieur du corps de valve 29 dans la zone de l'orifice radial 31. Un ressort 33 presse le clapet contre le gradin annulaire 32. Un obturateur 37 en forme de poussoir est disposé sur le même axe que l'alésage axial 34 et peut être avancé jusque contre l'embouchure dirigée vers lui de l'alésage 34 pour fermer celui-ci. Les obturateurs 37 occupent normalement leur position ouverte. C'est seulement en cas de déplacement relativement grand du flasque 26 couplé aux obturateurs 37 que l'un de ces derniers est poussé contre le clapet 33 correspondant, de sorte que, d'une part, ce clapet 33 est levé par sa partie obturatrice 33' du gradin annu- laire 32 et que, d'autre part, l'alésage axial 34 est fermé. Tandis que, à la position normale montrée sur la figure 2, les orifices radiaux 30, reliés chacun à un côté du vérin 13, sont mis en communication avec le ré- servoir hydraulique 15 à travers les alésages 34 des cla- pets 33, lorsque la vis sans fin 8 est déplacée suffisam- ment, l'orifice radial 30 d'une des valves 12' et 12" est donc mis en communication avec l'orifice radial 31 de cette même valve puisque le clapet 33 de cette dernière s'écarte par sa partie obturatrice 33' du gradin annu- laire 32 et que l'obturateur 37 coupe la communication avec le réservoir hydraulique 15. L'agencement selon la figure 3 ne se distingue essentiellement de celui de la figure 2 que par le fait que chacun des flasques 26 actionne l'une des valves 12', 12" du système de valves 12. En principe, comme le montre la figure 4, un seul des deux flasques 26 peut également actionner les deux valves 12' et 12" lorsque celles-ci sont installées du même côté du flasque concerné. D'après la figure 4, l'obturateur 37 de la valve 12" est relié à cet efffet, en vue de son entraînement, au flasque 26 concerné par l'intermédiaire d'un élément de couplage 38. Afin de tenir compte de l'éventualité d'un blo- cage du système de valves 12 (voir en particulier la fi- gure 1), un robinet d'arrêt, normalement fermé, peut être installé entre les raccords du vérin 13. Ce robinet d'ar- rêt est ouvert automatiquement en cas de dysfonctionne- ment du système de valves 12, de sorte que le vérin, s'il l est réalisé comme un ensemble piston-cylindre synchro- nisé, est mis en mouvement libre et que les roues direc- trices 2 sont manoeuvrées exclusivement par le moteur électrique 10. Le cas échéant, le robinet d'arrêt, quand il occupe sa position ouverte, peut non seulement relier les deux chambres du vérin 13 à double effet entre elles, mais aussi avec le réservoir 15. Dans ce cas, le vérin 13 est également mis en mouvement libre (donc rendu inopé- rant), lorsque le robinet d'arrêt est ouvert, même s'il n'est pas réalisé comme un ensemble synchronisé. REVENDICATIONS 1. Servodirection hydraulique pour véhicules automobiles, comprenant une boite de direction disposée comme liaison mécanique d'entraînement entre un organe d'actionnement et des roues directrices du véhicule et possédant un élément déplaçable à partir d'une position normale contre la force d'un ressort et dont la position peut être changée en fonction des forces transmises entre les roues directrices du véhicule et l'organe d'actionnement, un dispositif de servovalve(s) pilotable par des change- ments de position dudit élément, ainsi qu'un servomoteur hydraulique commandé par la servovalve ou les servovalves et qui est couplé, en vue du braquage, aux roues direc- trices du véhicule ou au côté de la boîte de direction coordonné aux roues directrices, caractérisée en ce que - un organe de commande manuelle de direction (17) ac- tionne un générateur de valeur de consigne (18) qui coopère à travers un système de régulation (régulateur 19) avec un moteur de positionnement (10) prévu comme organe d'actionnement, - l'élément dêplaçable (8) effectue un déplacement suffisant pour changer la cosi ion du dispositif de servovalve(s) (12) seulement lorsque les forces ou les couples transmis son: relativement grands eD - le dispositif de servovalve(s) (12) est normalement fermé. 2. Servodirection selon la revendication 1, ca- ractérisée en ce que l'élément déplaçable (8) et le dis- positif de servovalve(s) (12) sont couplés entre eux avec jeu. 3. Servodirection selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'élément déplaçable (8) est maintenu à la position normale par la précontrainte d'un ressort et capable de quitter cette posi-on seulement lorsque les forces ou les couples transmis par cet élé- ment surmontent la précontrainte du ressort. 4. Servodirection selon une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le moteur de positionnement (10) est couplé aux roues directrices (2) du véhicule, en vue de leur braquage, par l'intermédiaire d'un engrenage à vis sans fin (7, 8), et la vis sans fin (8) de cet en- grenage est disposée pour pouvoir être déplacée axiale- ment contre la force d'un ressort. 5. Servodirection selon une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le dispositif de servo- valve(s) (12) comporte des valves (12', 12") pilotées par le siège. 6. Servodirection selon une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le moteur de positionnement est un moteur électrique (10).