Brevet FR2806690A1 — publié le 20010928

Colonne de direction comportant un dispositif d'assistance. L'invention concerne les directions à assistance électrique pour véhicules automobiles, et plus particulièrement mécanisme de transmission entre le moteur électrique d'assistance et la colonne de direction. Sur un véhicule automobile, le dispositif permettant d'orienter les roues directrices du véhicule comporte un volant de direction manipulé par un conducteur et qui entraîne une colonne de direction. Le mouvement de rotation de la colonne de direction est transformé en translation par un pignon et une crémaillère. Une biellette est montée à chaque extrémité de la crémaillère pour commander l'orientation de chacune des roues directrices du véhicule. Dans le cas d'un véhicule équipé d'une direction à assistance électrique, la colonne de direction comporte un mécanisme d'entraînement complémentaire de la colonne de direction en rotation par un moteur électrique. Le plus fréquemment, ce mécanisme comporte un système d'engrenages comprenant deux éléments : une roue menée montée et liée sur la colonne de direction et un organe d'entraînement qu'une roue dentée, une vis sans fin ou un pignon conique. L'organe d'entraînement est directement entraîné par le moteur électrique d'assistance, et entraîne la colonne de direction par l'intermédiaire de la roue menée. Les caractéristiques du système d'engrenages sont déterminées pour assurer une réversibilité du mécanisme, c'est-à-dire que les efforts exercés par les roues directrices sur la crémaillère peuvent entraîner la colonne de direction ainsi que l'organe d'entraînement et le moteur électrique. Quand le véhicule est en mouvement, cette réversibilité autorise en particulier le retour du volant de direction et des roues directrices dans une position neutre, correspondant au déplacement du véhicule en ligne droite, sans intervention du conducteur sur le volant. La colonne de direction comporte également un capteur de couple qui envoie un signal qui est fonction du couple exercé par le conducteur sur la colonne de direction. Ce signal est traité par un calculateur pour commander le moteur électrique, dans un sens de diminution dudit couple. Cependant, ce système d'engrenages pose un probleme de bruit cause du jeu de fonctionnement qui existe entre les dentures de la roue menée et de l'organe d'entraînement. Ce jeu, même faible, existe toujours pour obtenir un bon rendement de transmission et à cause tolérances de fabrication. Lorsqu'un couple est transmis par le moteur d'assistance à la colonne de direction par l'intermédiaire de l'organe d'entraînement et de la roue menée, la denture de la roue menée reste en contact avec celle de l'organe d'entraînement. Aucun bruit n'est généré. Par contre, lorsque le véhicule roule en ligne droite, le système d'engrenages ne transmet aucun effort. Seules des vibrations dues au fonctionnement du véhicule et aux irrégularités de la route apparaissent au niveau la crémaillère et se traduisent sur la roue menée par un couple dont le sens est variable. De ce fait, à chaque changement de sens du couple, le contact entre les dentures des éléments du système d'engrenages change de côté, ce qui génère un léger choc entre les dentures, et donc du bruit. Ce bruit est gênant pour le confort des utilisateurs du véhicule. Pour éliminer cet inconvénient, on a proposé de rattraper le jeu de fonctionnement en réduisant la distance entre les dentures. Une première solution a été, dans le cas une vis sans fin, de la monter sur des paliers réglables en position pour réduire la distance entre les axes de la roue menée et de la vis sans fin. Une autre solution a été d'utiliser un poussoir qui appuie sur la vis sans fin vers la roue menée à l'opposé de zone d'engrènement avec la roue menée. Sous la pression du poussoir, la vis sans fin fléchit élastiquement, et ainsi le jeu de fonctionnement entre la vis la roue menée est rattrapé. Une autre solution encore a été d'appairer la roue menée et l'organe d'entraînement pour qu'après montage, le jeu entre eux n'existe plus. Pour cela, mesures dimensionnelles très précises sont effectuées sur de nombreuses éléments du système d'engrenages produits. Ensuite les couples d'éléments du système engrenages sont constitués en fonction des mesures effectuees. Mais cette solution nécessite des moyens de mesurage importants et la gestion complexe d'un grand nombre d'éléments du système d'engrenages. Le document DE-A-4109920 montre encore autre système dans lequel une colonne de direction assistée par un moteur électrique entraîne un pignon conique couplé avec une roue menée. La roue menée est liée en rotation avec la colonne de direction. Un dispositif à ressort déplace axialement la roue menée sur la colonne de direction pour l'amener en appui contre le pignon conique pour qu'il n'existe aucun jeu entre ces deux pièces. L'inconvénient majeur de ces solutions est de générer des frottements importants entre la roue menée et l'organe d'entraînement. De ce fait, il est nécessaire d'augmenter la puissance du moteur, ce qui est préjudiciable au coût du dispositif. Par ailleurs, ces frottements compromettent la réversibilité de la transmission. Il est alors nécessaire d'ajouter au système de commande du moteur électrique un dispositif qui permet de détecter la phase de retour des roues directrices dans la position neutre, et qui réalise par exemple une assistance au retour en commandant le moteur électrique en conséquence. Pour cela, dispositif d'assistance au retour comporte un détecteur et une fonction supplémentaire dans le calculateur. Ce dispositif alourdit le coût global de direction à assistance électrique. C'est un objectif de l'invention de remédier à ces problèmes. Elle vise à réaliser une direction à assistance électrique sans jeu dans le mécanisme d'assistance pendant que le véhicule roule en ligne droite, tout en préservant la réversibilité. Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet une colonne de direction d'un véhicule automobile comportant un dispositif d'assistance qui comporte une roue menée solidaire de la colonne de direction et comportant une denture menée, - un organe d'entraînement engrenant avec la roue menée par une denture d'entraînement et entraînée par un moteur d'assistance, caractérisée en ce que la roue menée comporte en outre une roue secondaire engrenant également avec l'organe d'entraînement par une denture secondaire, - des moyens de rappel élastique en rotation entre la roue menée et la roue secondaire, agencés de manière que la denture secondaire soit en permanence en contact avec la denture d'entraînement. Grâce à l'invention, la colonne de direction est munie d'un dispositif réduisant le bruit lorsque le véhicule roule en ligne droite. En effet, dans cette phase d'utilisation du véhicule, le couple transmis entre la roue menée et l'organe d'entraînement quasiment nul. Grâce aux moyens de rappel élastique en rotation, la roue secondaire s'appuie sur l'organe d'entraînement et pousse la denture menée en appui contre la denture d'entraînement. De la sorte, la roue menée et l'organe d'entraînement restent respectivement toujours en contact sur le même côté des dentures, et ainsi ne génèrent aucun bruit. Les vibrations générées par les irrégularités de la route et le fonctionnement du véhicule et transmises à la colonne de direction se traduisent par une force oscillante entre la roue menée et l'organe d'entraînement. Les moyens de rappel élastique sont choisis pour que la force de rappel élastique entre les roues menée et secondaire soit supérieure à ladite force oscillante, de manière à maintenir le contact entre dentures dans ces conditions. Cependant, cette force de rappel élastique reste nettement inférieure à la force d'entraînement exercée par l'organe d'entraînement sur la roue menée nécessaire pour orienter les roues directrices lors d'un virage. Dans ce cas, 1e contact entre les dentures est déterminé par l'orientation de la force d'entraînement, les moyens de rappel élastique étant éventuellement comprimés. Selon d'autres caractéristiques - l'organe d'entraînement est une vis sans fin. - denture secondaire est implantée sur une face latérale de la roue secondaire et engrène avec la vis sans fin. - roue secondaire est accolée à la roue menée, les dents secondaires de la roue secondaire étant dans le prolongement des dents menées de la roue menée. - roue secondaire est une portion axialement médiane de la roue menée. - l'organe d'entraînement est un pignon conique. - les moyens de rappel élastique sont des ressorts hélicoïdaux dont les axes ont une direction tangente à la roue menée et dont chaque extrémité s'appuie respectivement sur la roue menée et sur la roue secondaire. Préférentiellement, la denture menée est en matière synthétique. Ce choix permet encore de réduire le bruit de contact entre la roue menée et l'organe d'entraînement. De plus, par ce moyen, le coefficient de frottement entre ces deux éléments d'engrenages est faible, ce qui améliore ainsi la réversibilité du dispositif d'assistance. L'invention sera mieux comprise et autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant réference aux dessins annexés parmi lesquels - la figure 1 est une vue partielle, en coupe selon la ligne I-I de la figure 2, d'une colonne de direction dans un premier mode de réalisation de l'invention ; - figure 2 est une en coupe selon la ligne II-II de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en coupe des moyens rappel élastique selon la ligne III-III de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue, en coupe selon la ligne I-I de la figure 2, d'une colonne de direction dans un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 5 est une vue selon la direction F5 des moyens de rappel élastique dans le deuxième mode de réalisation ; - la figure 6 est une vue en coupe selon la ligne I-I de la figure 2 d'une colonne de direction dans un troisième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 7 est une vue des moyens de rappel élastique selon la ligne VII-VII de la figure 6 ; - la figure 8 est une vue schématique partielle de la roue menée, de la vis sans fin et de la roue secondaire. Dans un premier mode de réalisation de l'invention tel que représenté sur les figures 1 et 2, une colonne de direction 1 est montée pivotante dans un boîtier de transmission 6 par l'intermédiaire de deux roulements à billes 12, 13. Elle comporte un pignon de colonne 10 engrenant avec une crémaillère 5 pour l'entraîner en translation. La crémaillère 5 entraîne l'orientation des roues directrices d'un véhicule par un mécanisme non représenté. Une roue menée 2 est montée sur des cannelures 11 de la colonne de direction 1 et fixée par un écrou 14 pour être complètement solidaire de la colonne de direction 1. La roue menée engrène avec une vis sans fin 3 tangente à la roue menée 2. La vis sans fin est montée pivotante dans le boîtier de transmission 6 par l'intermédiaire de deux roulements à billes 30, 31. Elle comporte un arbre de connexion 32 destiné à recevoir le rotor d'un moteur d'assistance non représenté. Une roue secondaire 4 est montée pivotante sur un épaulement 20 de la roue menée 2. Elle engrène avec la vis sans fin dans un secteur S qui, vu sur la figure 1, est centré autour d'un plan P parallèle à l'axe de la colonne de direction et contenant l'axe de la vis sans fin. Autrement dit, la denture secondaire 42 de la roue secondaire 4 est implantée sur une face latérale 40 de ladite roue. Des moyens de rappel élastique entre la roue menée 2 et la roue secondaire 4 comporte des ressorts hélicoïdaux 7a, 7b, 7c tels que montrés sur la figure 3 et dont les axes ont une direction tangente à la roue menée 2. Chaque ressort s'appuie sur un ergot 20 porté par la roue menée 2 et un ergot 41 porté par la roue secondaire 4. Les dimensions des ressorts 7a, 7b, 7c et les positions des ergots 20, 41 sont déterminés pour que les ressorts tendent à créer un décalage angulaire a (voir figure 8) entre les roues menée 2 et secondaire 4 par rapport à une position relative des deux roues dans laquelle lesdites roues engrènent avec la vis sans fin 3. Dans un deuxième mode de réalisation, représenté sur la figure 4, une roue secondaire 4' est montée pivotante sur un épaulement 21 de la roue menée 2. Chaque dent 46' de la denture secondaire 42' est le prolongement d'une dent 26' de la denture menée 22 de la roue menée 2. La denture secondaire 42' engrène également avec la vis sans fin. Des moyens de rappel élastique entre la roue menée et la roue secondaire 4' est constituée par au moins deux ressorts hélicoïdaux 7' tels que montrés sur la figure 5 et dont les axes ont une direction tangente la roue menée 2. Chaque ressort s'appuie sur un ergot 20' porté par la roue menée 2 et un siège de ressort 44 d'un évidemment 43 ménagé dans la roue secondaire 4'. De même que dans le premier mode de réalisation, les dimensions des ressorts et les positions des ergots 20' et des sièges 44 sont déterminés pour que les ressorts tendent créer décalage angulaire a entre la roue menée 2 et la roue secondaire 4' par rapport à une position relative des deux roues dans laquelle lesdites roues engrènent avec la vis sans fin. Dans un troisième mode de réalisation, représenté sur la figure 6, une roue secondaire 4" est une portion axialement médiane de la roue menée 2 et est montée pivotante sur un épaulement 27 de ladite roue. Une couronne 23 est montée rigidement sur un épaulement 28 de la roue menée 2 et empêche le retrait de la roue secondaire 4". La couronne 23 comporte une denture secondaire 22" engrenant avec la vis sans fin 3 en simultané avec la denture menée 22. Des moyens de rappel élastique entre la roue menée 2 et la roue secondaire 4" est constituée par au moins deux lames de ressorts 7" telles que montrées sur la figure 7 et insérées dans des rainures radiales 25, 45 respectivement de la roue menée 2 et de la roue secondaire 4". Un évidemment 24 autorise le fléchissement de la lame 7". Nous allons décrire maintenant le fonctionnement d'une colonne de direction conforme à l'invention, en se référant à la figure 8. Sur cette figure, la roue menée, la roue secondaire et l'organe d'entraînement sont représentés de manière partielle et symbolique, pour illustrer le fonctionnement de tous les modes de réalisation de l'invention. La denture 42 de la roue secondaire 4 est représentée en trait pointillé. Lorsque aucun couple n'est transmis par le moteur d'assistance à la colonne de direction 1 par l'intermédiaire de l'organe d'entraînement 3 et de la roue menée 2, le décalage angulaire a entre la roue secondaire 4 et la roue menée 2 qui tend à être créé par les ressorts 7a, 7b, 7c est limité par le contact A d'une dent menée 26a avec une dent d'entraînement 36a et le contact B d'une dent secondaire 46b avec une dent d'entraînement 36b de 1 organe d'entraînement 3. Par les tolérances de fabrication, un jeu j existe entre une dent menée 26b et la dent 36b de l'organe d'entraînement 3 au niveau du point de contact B. Par conséquent la dent menée 26a n'a pas la possibilité de quitter ce contact A tant que n'apparaît pas un effort sur la roue menée 2 dans le sens de la flèche Fl et suffisant pour comprimer les ressorts 7a, 7b, 7c. Le décalage angulaire a est alors réduit jusqu'à ce que le jeu j soit annulé et que la dent menée 26b vienne en contact avec la dent d'entraînement 36b au point B. La force de rappel des ressorts choisie pour être supérieure aux efforts générés par la plupart des vibrations apparaissant sur la colonne de direction 1. Lorsqu'un couple est transmis par le moteur d'assistance à la colonne de direction 1 par l'intermédiaire de l'organe d'entraînement 3 et de la roue menée 2 dans le sens de la flèche Fl, la dent menée 2 reste en contact avec la dent d'entraînement 36a au point A. Par contre, si un couple est transmis dans le sens opposé, la dent menée 26b vient en contact avec la dent d'entraînement 36b au point B. Cependant, dans chacun des cas, les vibrations sont insuffisantes pour faire osciller la roue menée du point de contact A au point de contact B. Aucun bruit n'est donc généré. Les modes de réalisation de 1 invention qui ont été décrits ne doivent pas être considérés comme étant limitatifs. On pourra en particulier utiliser d'autres types d'engrenages, par exemple engrenages à axes parallèles, à denture droite ou hélicoïdale, ou des couples coniques. REVENDICATIONS 1. Colonne de direction d'un véhicule automobile comportant un dispositif d'assistance, qui comporte - une roue menée (2) solidaire de la colonne de direction et comportant une denture menée (22, 22'), - un organe d'entraînement (3) engrenant avec la roue menée (2) par une denture d'entraînement et entraînée par un moteur d'assistance, caracterisée en ce que la roue menée comporte en outre - une roue secondaire (4) engrenant également avec la organe d'entraînement (3) par une denture secondaire ' et - des moyens de rappel élastique (7a, 7b, 7c) en rotation entre la roue menée (2) et la roue secondaire (4), agencés de manière que la denture secondaire (42, 42 ) soit en permanence en contact avec 1a denture d'entraînement. 2. Colonne de direction selon la revendication caractérisée en ce que l'organe d'entraînement est une vis sans fin (3). 3. Colonne de direction selon la revendication caractérisée en ce que la denture secondaire (42) implantée sur une face latérale (40) de la roue secondaire (4) et engrène avec la vis sans fin (3). 4. Colonne de direction selon la revendication caractérisée en ce que la roue secondaire (4') est accolée à la roue menée, les dents secondaires (46') de la roue secondaire (4') étant dans le prolongement des dents menées (26') de la roue menée (2). 5. Colonne de direction selon la revendication caractérisée en ce que la roue secondaire est une portion axialement médiane (4") de la roue menée (2). 6. Colonne de direction selon la revendication caractérisée en ce que l'organe d'entraînement (3) est un pignon conique. . Colonne de direction selon la revendication caractérisée en ce que la denture menée est en matière synthétique. . Colonne de direction selon la revendication caractérisée en ce que les moyens de rappel élastique sont des ressorts hélicoïdaux dont les axes ont une direction tangente à la roue menée et dont chaque extrémité s'appuie respectivement sur la roue menée et la roue secondaire.