Brevet FR2801025A1 — publié le 20010518

La présente invention concerne une colonne de direction à absorption d'énergie pour un véhicule motorisé. Une colonne de direction à absorption d'énergie pour véhicule motorisé décrite dans le brevet des Etats-Unis 3 392 599 comprend une paire de fourreaux droits tubulaires se chevauchant et pliables de manière télescopique et une pluralité de galets déformants montés par interférence entre les fourreaux droits. Les dispositifs de déformation à billes déforment plastiquement les fourreaux droits en laminant des pistes sur ces derniers pendant un écrasement télescopique relatif induit par un impact sur un volant posé sur la colonne de direction pour convertir en travail une fraction de l'énergie cinétique de l'impact. Un support vertical pour l'extrémité supérieure de la colonne de direction comprend un support de montage sur le fourreau droit et une paire de capsules serrées solidement à la structure du véhicule et retenues dans des fentes ménagées dans le support de montage par une pluralité de goujons de cisaillement en plastique moulés in situ. L'impact sur le volant fracture les goujons de cisaillement en plastique afin de libérer le support de montage des capsules pour effectuer une translation linéaire d'un seul bloc avec le fourreau droit. Les coûts de fabrication associés au maintien dans une plage de tolérance étroite de la charge de "rupture" à laquelle les goujons de cisaillement en plastique se cassent et les galets déformants commencent à rouler, contribuent de manière significative aux coûts de fabrication de l'ensemble de la colonne de direction. Une colonne de direction à absorption d'énergie pour véhicule motorisé selon la présente invention est une variante novatrice de la colonne de direction à absorption d'énergie décrite dans le brevet US susmentionné 3 392 599. La présente invention est une colonne de direction à absorption d'énergie pour véhicule motorisé nouvelle et améliorée comprenant un fourreau droit tubulaire inférieur, un fourreau droit tubulaire supérieur chevauchant de manière télescopique le fourreau droit inférieur, un étrier de support immobile supportant le fourreau droit supérieur sur la structure du véhicule motorisé pour effectuer une translation linéaire dans la direction d'une ligne centrale longitudinale de la colonne de direction, et un absorbeur d'énergie éloigné du chevauchement entre les fourreaux droits. L'absorbeur d'énergie comprend une paire d'enclumes convexes sur un plateau de montage sur le fourreau droit inférieur et un collier métallique préformé ayant une paire de bandes concaves sur les enclumes convexes et une bande latérale entre les bandes concaves. Un arbre de commande serré sur le fourreau droit supérieur présente une extrémité de piston tournée vers la bande latérale sur le collier métallique et couplée au plateau de montage à l'aide d'un goujon de cisaillement en plastique. Une force d'impact sur le fourreau droit supérieur est transmise à l'arbre de commande et casse le goujon de cisaillement pour libérer l'arbre de commande à des fins de translation linéaire d'un seul bloc avec le fourreau droit supérieur. L'extrémité de piston de l'arbre de commande vient en prise avec la bande latérale du collier métallique et étire le collier métallique au niveau de ses bandes concaves sur les enclumes convexes pour déformer plastiquement le collier métallique et ainsi convertir en travaïl une fraction de l'énergie cinétique de l'impact. La figure 1 est une vue en élévation d'une colonne de direction à absorption d'énergie pour véhicule motorisé selon la présente invention ; la figure 2 est une vue en perspective fragmentaire de la colonne de direction à absorption d'énergie pour véhicule motorisé selon la présente invention prise d'une manière générale dans la direction indiquée par la flèche "2" sur la figure 1 ; la figure 3 est une vue en perspective fragmentaire de la colonne de direction à absorption d'énergie pour véhicule motorisé selon la présente invention prise d'une manière générale dans la direction indiquée par la flèche "3" sur la figure 2 et la figure 4 est une vue en perspective éclatée et agrandie de la partie de la figure 3 identifiée par le cercle de référence "4" sur la figure 3. Comme le montrent le mieux les figures 1 et 3, une colonne de direction à absorption d'énergie 10 selon la présente invention comprend un fourreau droit tubulaire inférieur 12 supporté sur un panneau vertical 14 schématiquement représenté d'une structure de véhicule motorisé par un étrier 16 en forme de fourche pour permettre un mouvement de pivotement vertical autour d'un axe horizontal 18. Un fourreau droit supérieur 20 de la colonne de direction chevauche de manière télescopique le fourreau droit inférieur 12 et est supporté par un palier à manchon, non représenté, ou analogue sur le fourreau droit inférieur pour permettre une translation linéaire d'avant en arrière sans aucune gêne dans la direction d'une ligne centrale longitudinale 22 de la colonne de direction. Un arbre de direction 24 est supporté sur les fourreaux droits supérieur et inférieur 20, 1-2 pour tourner autour de la ligne centrale longitudinale 22 de la colonne de direction et comprend un accouplement pouvant coulisser, non représenté, qui permet à la longueur de l'arbre de direction de varier pendant la translation linéaire relative entre les fourreaux droits supérieur et inférieur. Une extrémité inférieure, non représentée, de l'arbre de direction est reliée à un engrenage de direction sur la structure du véhicule motorisé. Un volant représenté schématiquement 26 est fixé de manière rigide à. une extrémité supérieure de l'arbre de direction à l'extérieur du fourreau droit supérieur. Le mouvement de pivotement vertical des fourreaux droits supérieur et inférieur formant un seul bloc autour de l'axe horizontal 18 ajuste la position verticale du volant. La translation linéaire relative entre les fourreaux droits supérieur et inférieur ajuste la position horizontale du volant. Comme le montre le mieux la figure 2, un dispositif de commande 28 pour capturer les positions verticale et horizontale ajustées du volant 26 comprend un étrier de support 30 en forme de U ayant une paire de faces verticales 32A, 32B sur les côtés opposés du fourreau droit supérieur et une paire de brides horizontales 34A, 34B dans un plan au-dessus (du fourreau droit supérieur. L'étrier de support est fixé solidement à un élément structurel 36 représenté schématiquement de la structure du véhicule motorisé au-dessus du fourreau droit supérieur à travers une paire d'ouvertures 38 dans des brides respectives parmi les brides horizontales 34A, 34B et est, par conséquent, fixe par rapport à la structure du véhicule motorisé. Les faces verticales 32A, 32B de l'étrier de support sont tournées vers des étriers respectifs parmi deux étriers de coulissemment 40A, 40B fixés solidement sur le fourreau droit supérieur, chacun comportant une fente horizontale 42 parallèle à la ligne centrale longitudinale 22 de la colonne de direction. Chacune des fentes horizontales 42 est ouverte sur sOn extrémité tournée vers le volant 26. Les faces verticales 32A, 32B de l'étrier de support 30 sont perforées de fentes respectives parmi une paire parmi les fentes globalement verticales 44A, 44B qui croisent les fentes correspondantes des fentes horizontales 42 ménagées dans les étriers de coulissement 40A, 40B. Une paire de tronçons d'arbres 46A, 46B est supportée sur les étriers respectifs des étriers de coulisseement 40A, 40B dans les fentes horizontales 42 et traverse les fentes verticales 44A, 44B dans l'étrier de support. Les tronçons d'arbres peuvent coulisser dans les fentes horizontales dans la direction de la ligne centrale longitudinale de la colonne de direction et leur rotation dans les fentes horizontales est empêchée. Une mâchoire en forme de fourche 48, sur la figure 2, d'un levier de commande 50, est supportée sur les tronçons d'arbres au-dessous du fourreau droit supérieur pour permettre un mouvement de pivotement avec le levier de commande entre une position de blocage du levier de commande et une position de libération du levier de commande représentées respectivement sur la figure 1 en traits pleins et en pointillés. Des éléments de serrage, non représentés, sur les tronçons d'arbres 46A, 46B tournent d'un seul bloc avec le levier de commande 50 et la mâchoire 48 et coopèrent avec les tronçons d'arbres pour serrer ensemble et libérer les faces verticales 32A, 32B de l'étrier de support. Dans la position de libération du levier de commande, les faces verticales de l'étrier de support sont libérées des étriers de coulisseement de telle sorte que la colonne de direction puisse pivoter librement de haut en bas dans une plage "R", voir figure 1, de positions. verticales du volant limitées par la mise en prise des tronçons d'arbres sur les extrémités des fentes verticales 44A, 44B. Dans la position de blocage du levier de commande, les faces verticales de l'étrier de support et les étriers de coulisseement sont serrés les uns avec les autres pour capturer par frottement la position verticale ajustée du volant. Comme on le voit le mieux sur les figures 2 à 4, un absorbeur d'énergie 52 sur la colonne de direction 10 comprend un plateau de montage en forme de canal 54 fixé solidement au fourreau droit inférieur 12 ayant un centre plat 56 et une paire de lobes longitudinaux 58A, 58B parallèles à la ligne centrale longitudinale 22 de la colonne de direction sur les côtés opposés du centre plat. Une paire d'enclumes convexes 60A, 60B tournées vers le fourreau droit supérieur 20 est définie sur le plateau de montage par les extrémités formant un arc des lobes longitudinaux 58A, 58B. Chaque lobe longitudinal est également interrompu par un dispositif de retenue 62 ménagé sur le côté du lobe à l'opposé du centre plat 56 du plateau de montage. Un collier métallique préformé 64 de l'absorbeur d'énergie 52 inclut une paire de bandes concaves 66A, 66B, une bande latérale 67 entre les bandes concaves, et une paire de côtés droits 68A, 68B perpendiculaires à la bande latérale à l'extérieur des bandes concaves. Le collier métallique s'aj'uste sur le plateau de montage 54 avec les côtés droits 68A, 68B logés dans des dispositifs de retenue respectifs parmi les dispositifs de retenue 62 et les bandes concaves 66A, 66B reposant en alignement contre les enclumes convexes 60A, 60B. Le dispositif de commande 28 comprend en outre un arbre de commande 70 parallèle à la ligne centrale longitudinale 22 de la colonne de direction et un dispositif de serrage 72. L'arbre de commande a une extrémité de piston 74, voir figure 4, tournée vers la bande latérale 67 du collier métallique 64. Un goujon de cisaillement en plastique 76 placé dans un alésage traversant 78 mménagé dans l'arbre de commande et dans une ouverture 80 ménagée dans le centre plat 56 du plateau de montage accouple ensemble de manière rigide l'arbre de commande et le plateau de montage. Le dispositif de serrage 72 comprend une cage en forme de U inversé 82 fixée de manière rigide au fourreau droit supérieur ayant une paire de côtés 84A, 84B. Les côtés de la cage sont perforés par les ouvertures de guidage respectives d'une paire respective d'ouvertures de guidage 86 qui coopèrent pour supporter l'arbre de commande sur la cage pour effectuer une translation linéaire relative dans la direction de la ligne centrale longitudinale 22 de la colonne de direction simultanément à la translation linéaire relative entre les fourreaux droits supérieur et inférieur. Une paire de collerettes élastomères 88A, 88B est fixée de manière rigide à l'arbre de commande à 1-lextérieur des côtés respectifs parmi les côtés 84A, 84B de la cage et coopère avec ceux-ci pour limiter la translation linéaire du fourreau droit supérieur par rapport au fourreau droit inférieur à une course de réglage horizontale "S", voir figure 1, du volant 26. Un ressort de torsion hélicoïdal 90 du dispositif de serrage 72 est enroulé autour de l'arbre de commande 70 entre les côtés 84A, 84B de la cage 82. Uri premier enroulement d'extrémité, non représenté, du ressort de torsion hélicoïdal est fixé à la cage. Un second enroulement d'extrémité du ressort de torsion hélicoïdal est déroulé pour former un bras de levier d'un seul bloc 92, voir figures 2 et 3, sur le ressort ayant une extrémité en boucle. Un élément de tension flexible 94 est supporté de manière coulissante dans une gaine 96 sur le fourreau droit supérieur 20 et traverse la boucle sur le bras de levier. Un bouton 98 placé sur l'élément de tension empêche l'élément de tension de se déloger de l'extrémité de la boucle du bras de levier 92. L'extrémité opposée de l'élément de tension est raccordée à un levier d'actionnement manuel, non représenté, accessible par un opérateur du véhicule motorisé. Le ressort de torsion hélicoïdal 90 a un diamètre intérieur qui est inférieur au diamètre extérieur de l'arbre de commande. Lorsque le levier d'actionnement pour l'élément de tension 94 est libéré par l'opérateur du véhicule motorisé, le dispositif de serrage 72 se trouve dans un mode fermé et le ressort de torsion hélicoïdal accroche naturellement l'arbre de commande et coopère avec les côtés 84A, 84B de -la cage 82 en immobilisant le fourreau droit supérieur par rapport à l'arbre de commande et au fourreau droit inférieur, capturant ainsi la position horizontale ajustée au volant 26. Lorsque l'opérateur du véhicule motorisé applique une tension sur l'élément de tension 94 au moyen du levier d'actionnement susmentionné, le bras de, levier 92 est tiré vers le bas, voir figure 2, et le ressort de torsion hélicoidal se déroule. Le dispositif de serrage 72 est alors dans un mode ouvert avec le diamètre intérieur du ressort de torsion hélicoïdal qui est agrandi au-delà du diamètre extérieur de l'arbre de commande pour libérer le fourreau droit supérieur de l'arbre de commande et du fourreau droit inférieur pour effectuer une translation linéaire par la course de réglage horizontale S du volant. Les collerettes élastomères 88A, 88B sur l'arbre de commande reposent de manière élastique sur les côtés 84A, 84B de la cage 82 de manière à arrêter commodèment et silencieusement l'arbre de commande aux extrémités de la course de réglage horizontale du volant. Une course d'écrasement absorbant l'énergie du fourreau droit supérieur par rapport au fourreau droit inférieur est amorcée par un impact sur le volant 26 représenté par un vecteur de force schématique "F', voir figure 1. Le vecteur de force F a une composante verticale perpendiculaire à la ligne centrale longitudinale 22 de la colonne de direction et une composante horizontale dans la direction de la ligne centrale longitudinale 22. Avec le levier de commande 50 dans sa position de blocage et le dispositif (de serrage 72 dans son mode fermé, la composanbe horizontale de la force d'impact F réagit contre la structure du véhicule par le couple de frottement entre l'étrier de support immobile 30 et les supports de coulissement 40A, 40B. Lorsque ce couple de frottement est trop intense, le goujon de cisaillement en plastique 76 se casse et libère l'arbre de commande 70 du plateau de montage 54 et du fourreau droit inférieur 12 pour effectuer une translation linéaire d'un bloc avec le fourreau droit supérieur 20 par une course d'écrasement absorbant l'énergie, non représentée, du fourreau droit supérieur. Simultanément, les tronçons d'arbres 46A, 46B coopèrent avec les fentes horizontales 42 dans les étriers de coulissement pou-r guider le fourreau droit supérieur. Dans le même temps, l'extrémité de piston 74 de l'arbre de commande pousse la bande latérale 67 du collier métallique préformé 64 entre les enclumes convexes 60A, 60B pour étirer le collier métallique au niveau de ses bandes concaves 66A, 66B sur les enclumes convexes et ainsi réaliser une déformation plastique continue du collier métallique et la conversion correspondante d'une fraction de l'énergie cinétique de l'impact en travail. Les dispositifs de retenue 62 sur les lobes longitudinaux 58A, 58B du plateau de montage empêchent les côtés droits 68A, 68B du collier métallique de s'étendre vers l'extérieur de telle sorte que les bandes concaves continuent d'être alignées contre les enclumes convexes pendant la course d'écrasement du fourreau droit supérieur. D'une manière importante, les caractéristiques physiques du collier métallique 64 et du goujon de cisaillement plastique 76 peuvent être ajustées pour donner une charge de rupture et une performance d'absorption de l'énergie comparables à l'a charge de rupture et à la performance d'absorption de l'énergie de l'absorbeur d'énergie décrites dans le brevet US 3 392 599 susmentionné. De même, la composante horizontale de la force d'impact F, transférée vers l'absorbeur d'énergie 52 par le ressort de torsion hélicoïdal 90 renforce l'accroche du ressort de torsion hélicoïdal sur l'arbre de commande 70, de telle sorte que l'arbre de commande reste rigidement accouplé au fourreau droit supérieur, même si le levier d'actionnement de l'élément de tension 94 est déplacé par inadvertance pendant la course d'écrasement du fourreau droit supérieur dans une direction appliquant une tension sur l'élément de tension. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Colonne de direction pour véhicule motorisé 10 comprenant : des moyens formant fourreau droit inférieur (12), des moyens de fixation (16) susceptibles de fonctionner pour supporter les moyens formant fourreau droit inférieur (12) sur une structure de véhicule motorisé (14), des moyens formant fourreau droit supérieur (20) supportés sur les moyens formant fourreau droit inférieur (12) pour effectuer une translation linéaire dans la direction d'une ligne centrale longitudinale (22) de la colonne de direction (10), un arbre de commande (70) parallèle à la liane centrale longitudinale (22) de -la colonne de direction (10), des moyens de fixation cassables (76) pouvant fonctionner de manière à fixer de manière rigide l'arbre de commande (70) aux moyens formant fourreau droit inférieur (12), des moyens de commande (72) sur les moyens formant fourreau droit supérieur (20) susceptibles de fonctionner dans un mode fermé pour accoupler de manière rigide l'arbre de commande (70) aux moyens formant fourreau droit supérieur et dans un mode ouvert pour libérer le fourreau droit supérieur de l'arbre de commande pour effectuer une translation linéaire par rapport à celui-ci, les moyens de fixation cassables (76) étant cassés par un impact sur les moyens formant fourreau droit supérieur (20) dans le mode fermé des moyens de commande (72) pour libérer l'arbre de commande (70) pour effectuer une translation linéaire d'un seul bloc avec les moyens formant fourreau droit supérieur par rapport aux moyens formant fourreau droit inférieur (12) par une course d'écrasement des moyens formant fourreau droit supérieur, et des moyens d'absorption d'énergie (52) entre l'arbre de commande (70) et la structure du véhicule motorisé (14) susceptibles d'être mis en fonctionnement grAce à l'arbre de commande en même temps que sa translation linéaire d'un seul bloc avec les moyens formant fourreau droit supérieur (20) par la course d'écrasement des moyens formant fourreau droit supérieur pour convertir en travail une fraction de l'énergie cinétique de l'impact sur les moyens formant fourreau droit supérieur. 2. Colonne de direction pour véhicule motorisé (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de fixation cassables comprennent : des moyens formant plateau de montage (54) fixés de manière rigide aux moyens formant fourreau droit inférieur (12), et un goujon de cisaillement en plastique (76) fixé de manière rigide à chacun des moyens de plateau de montage 54 et à l'arbre de commande (70). 3. Colonne de direction pour véhicule motorisé (10) selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens de commande comprennent : une cage (82) fixée de manière rigide aux moyens formant fourreau droit supérieur (20) ayant une paire de côtés opposés (84A, 84B), une paire d'ouvertures (86) dans des côtés respectifs parmi les côtés opposés (84A, 84B) de la cage 82 supportant l'arbre de commande (70) sur les moyens formant fourreau droit supérieur (20) pour effectuer une translation linéaire relative dans la direction de la ligne centrale lonaitudinale (22) de la colonne de direction (10), et un ressort de torsion hélicoïdal (90) autour de l'arbre de commande (70) entre les côtés opposés (84A, 84B) de la cage (82) fixés à la cage et ayant un enroulement d'extrémité définissant un bras de levier (92) susceptible de fonctionner pour- dérouler le ressort de torsion hélicoïdal et agrandir son diamètre intérieur, le ressort' de torsion hélicoïdal (90) accrochant naturellement l'arbre de commande (70) pour accoupler de manière rigide l'arbre de commande à la cage (82) et ainsi immobiliser les moyens formant fourreau droit supérieur (20) par rapport aux moyens formant fourreau droit inférieur (12) dans la direction de la ligne centrale longitudinale (22) de la colonne de direction (10) et libérer l'arbre de commande pour effectuer une translation linéaire sans aucune gêne des moyens formant fourreau droit supérieur par rapport à l'arbre de commande et des moyens formant fourreau droit inférieur lorsque le bras de levier fonctionne pour agrandir le diamètre intérieur du ressort de torsion hélicoïdal au-delà de l'arbre de commande. 4. Colonne de direction pour véhicule motorisé (10) selon la revendication 3, comprenant en outre : une paire de collerettes élastomères (88A, 88B) fixées de manière rigide à l'arbre de commande (-70) à l'extérieur des côtés respectifs parmi la paire de côtés opposés (84A, 84B) de la cage (82) et pouvant venir en prise de manière élastique sur celle-ci pour définir la course d'ajustement horizontal "S" (les moyens formant fourreau droit supérieur (20) par rapport aux moyens formant fourreau droit inférieur (12) lorsque le ressort de torsion hélicoldal (90) libère l'arbre de commande. 5. Colonne de direction pour véhicule motorisé (10) selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens d'absorption d'énergie comprennent : une paire d'enclumes convexes (60A, 60B) séparées latéralement sur le plateau de montage (54) sur les côtés opposés de l'arbre de commande (70), et un collier métallique préformé (64) ayant une -paire de bandes concaves (66A, 66B) reposant en alignement contre les enclumes respec . tives parmi la paire d'enclumes convexes (60A, 60B) et une bande latérale (67) tournée vers l'extrémité de piston (74) de l'arbre de commande (70) entre la paire de bandes concaves et une paire de côtés droits (68A, 68E) à l'extérieur des bandes respectives parmi la paire de bandes concaves, l'extrémité de piston (74) de l'arbre de commande (70) venant en prise avec la bande latérale (67) du collier métallique préformé (64) après que les moyens de fixation cassables (76) ont été cassés par un impact sur les moyens formant fourreau droit supérieur (20) lorsque les moyens de commande (72) sont dans leur mode fermé, de telle sorte que le collier métallique préformé soit étiré en direction travers et plastiquement déformé par la paire d'enclumes convexes pour convertir en travail une fraction de l'énergie cinétique de l'impact sur les moyens formant fourreau droit supérieur. 6. Colonne de direction pour véhicule motorisé (10) selon la revendication 5, dans laquelle les moyens de commande comprennent : une cage (82) fixée de manière rigide aux moyens formant fourreau droit supérieur (20) ayant une paire de côtés opposés (84A, 84B), une paire d'ouvertures (86) dans des côtés respectifs des côtés opposés (84A, 84B) de la cage (8-2) supportant l'arbre de commande (70) sur les moyens formant fourreau droit supérieur (20) pour effectuer une translation linéaire relative dans la direction de la ligne centrale longitudinale (22) de la colonne de direction (10), et un ressort de torsion hélicoïdal (90) autour de l'arbre de commande (70) entre les côtés opposés (84A, 84B) de la cage (82) f ixé à la cage et ayant un enroulement d'extrémité définissant un bras de levier (92) susceptible de fonctionner pour dérouler le ressort de torsion hélicoïdal et agrandir son diamètre intérieur, le ressort de torsion hélicoïdal (90) accrochant naturellement l'arbre de commande (70) pour accoupler de manière rigide l'arbre de commande à la cage (82) et ainsi immobiliser les moyens formant fourreau droit supérieur (20) par rapport aux moyens formant fourreau droit inférieur (12) dans la direction de la ligne centrale longitudinale (22) de la colonne de direction (10) et libérant l'arbre de commande pour réaliser une translation linéaire sans aucune gêne des moyens formant fourreau droit supérieur par rapport à l'arbre de commande et des moyens formant fourreau droit inférieur lorsque le bras de levier est actionné pour agrandir le diamètre intérieur du ressort de torsion hélicoïdal au-delà de l'arbre de commande. 7. Colonne de direction (10) pour véhicule motorisé selon la revendication 6, comprenant en outre : une paire de collerettes élastomères (88A, 88B) fixées de manière rigide à l'arbre de commande (-70) à l'extérieur des côtés respectifs parmi les deux côtés opposés (84A, 8 4B) de la cage (82,1 et pouvant venir en prise de manière élastique sur celle-ci pour définir une course d'ajustement horizontale "S" des moyens formant fourreau droit supérieur (20) par rapport aux moyens formant fourreau droit inférieur (12) lorsque le ressort de torsion hélicoïdal (90) libère l'arbre de commande.