Brevet FR2833556A1 — publié le 20030620

La présente invention concerne, de façon générale, les systèmes de direction pour véhicules automobiles. Elle se rapporte, plus particulièrement, aux directions de véhicules automobiles pourvues d'un dispositif d'assistance électrique. Encore plus spécialement, cette invention fournit un perfectionnement aux directions assistées électriques, visant à supprimer ou du moins à atténuer les vibrations et les bruits dans ce type de directions assistées. Dans une direction assistée électrique, un moteur électrique est accouplé, par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesse, à un élément mobile de la direction tel que la colonne de direction, le pignon de direction ou la crémaillère. Pour obtenir la démultiplication souhaitée, le réducteur intercalé entre le moteur électrique d'assistance et l'élément à entraîner peut être un réducteur du type à vis sans fin et roue tangente, ou un réducteur d'un autre type. Un tel réducteur à engrenages est le siège de jeux, par exemple des jeux d'engrènement qui, en cours de fonctionnement, sont à l'origine de vibrations et de bruits plus ou moins gênants. La présente invention vise à éliminer ces inconvénients, donc à supprimer ou du moins à atténuer les vibrations et bruits causés par les jeux de fonctionnement dans le réducteur, et transmis par voie aérienne ou solidienne. A cet effet, l'invention a essentiellement pour objet une direction assistée électrique pour véhicule automobile, avec un moteur électrique d'assistance accouplé, par l'intermédiaire d'un réducteur, à un élément mobile à entraîner de la direction, cette direction assistée électrique étant caractérisée par le fait qu'un accouplement élastique, travaillant en torsion, est placé entre l'arbre du moteur électrique d'assistance, ou un élément d'entraînement directement lié à cet arbre, d'une part, et l'arbre d'entrée du réducteur, disposé coaxialement à l'arbre du moteur électrique d'assistance ou à l'élément d'entraînement directement liée à cet arbre, d'autre part, de manière à filtrer ou atténuer les vibrations et bruits liés aux jeux du réducteur. L'accouplement élastique, ici proposé, est avantageusement composé d'au moins une partie métallique rigide, liée à l'un des éléments à accoupler (du côté du moteur ou du réducteur), et d'une partie élastiquement déformable, notamment en élastomère ou en caoutchouc, possédant une raideur angulaire, c'est-à-dire un coefficient caractéristique K pouvant être exprimé en N. m par degré, qui est dimensionnée en fonction du couple transmis et de l'inertie du système, notamment celle du moteur électrique d'assistance qui est situé"en amont" (par référence au sens général de transmission du couple). Certes, on connaît déjà des accouplements élastiques, réalisés notamment sous la forme de manchons, qui travaillent en flexion et permettent de compenser un défaut l'alignement entre deux arbres rotatifs, dont l'un entraîne l'autre. Toutefois, l'accouplement élastique de la présente invention n'a pas cette fonction de compensation d'un éventuel défaut d'alignement entre l'arbre du moteur électrique d'assistance et l'arbre d'entrée du réducteur, tel que la vis sans fin de ce réducteur. En effet, dans le cas de la direction assistée électrique concernée, l'alignement entre le moteur électrique d'assistance et l'arbre d'entrée du réducteur est déjà convenablement assuré par le centrage du carter du moteur relativement au carter du réducteur, ce centrage étant réalisé avec des tolérances précises de concentricité et de perpendicularité. Du reste, l'accouplement élastique de la présente invention travaille essentiellement en torsion, et non en flexion. Selon la configuration de cet accouplement élastique, l'invention donne lieu à divers modes de réalisation : Dans une forme de réalisation particulière, l'accouplement élastique se compose de deux noyaux métalliques coaxiaux, réunis l'un à l'autre par une partie intermédiaire élastiquement déformable, notamment en élastomère et de préférence surmoulée, les deux noyaux métalliques étant rigidement liés, l'un, à l'arbre du moteur électrique d'assistance ou à l'élément d'entraînement directement lié à cet arbre, et l'autre, à l'arbre d'entrée du réducteur. A cet effet, les deux noyaux métalliques peuvent comporter des cannelures extérieures ou intérieures, ou d'autres conformations adéquates, elles aussi extérieures ou intérieures, pour leur liaison par complémentarité de formes à l'arbre du moteur électrique d'assistance ou à l'élément d'entraînement de cet arbre, ou à l'arbre d'entrée du réducteur. Selon une autre forme de réalisation envisageable, l'accouplement élastique se compose d'une partie métallique unique, réunie à une partie élastiquement déformable, notamment en élastomère et de préférence surmoulée, la partie métallique étant rigidement liée à l'arbre du moteur électrique d'assistance ou à l'élément d'entraînement directement lié à cet arbre, tandis que la partie élastiquement déformable comporte des conformations pour sa liaison directe avec l'extrémité de l'arbre d'entrée du réducteur. Avantageusement, la partie métallique se présente comme un pot, dans lequel est surmoulée la partie en élastomère, elle-même évidée et pourvue de conformations intérieures pour sa liaison avec l'arbre d'entrée de réducteur. On obtient ainsi un accouplement élastique simple (avec économie d'une pièce métallique par rapport à la précédente forme de réalisation) et particulièrement compact. On notera que, dans l'une et l'autre des formes de réalisation précédemment indiquées, la ou les parties métalliques de l'accouplement élastique peuvent être liées, à l'arbre moteur ou à l'arbre d'entrée du réducteur, non pas par coopération de conformations complémentaires, telles que cannelures, mais par un ajustement"serré", ce qui conduit à une simplification des formes. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples, quelques formes d'exécution de cette direction assistée électrique pour véhicule automobile : Figure 1 est une vue d'ensemble, extérieure, d'une direction assistée électrique conforme à l'invention ; Figure 2 représente, partiellement en coupe, le moteur électrique d'assistance de cette direction, et le réducteur associé ; Figure 3 est une vue partiellement en coupe axiale, et à échelle agrandie, de l'accouplement élastique monté entre le moteur électrique et le réducteur de la figure 2 ; : Figure 4 est une vue en coupe transversale de cet accouplement élastique, suivant iv-iv de figure 3 ; Figure 5 est une vue en coupe axiale d'une autre forme de réalisation de l'accouplement élastique ; Figure 6 est une vue en coupe transversale de ce dernier accouplement élastique, suivant in-fiv de figure 5 ; Figure 7 illustre une application particulière de l'invention, utilisant l'accouplement élastique selon les figures 5 et 6. La figure 1 représente extérieurement une direction assistée électrique, la direction possédant un carter central tubulaire 2 dans lequel est montée coulissante une crémaillère 3. Les extrémités droite et gauche de la crémaillère 3, extérieures au carter 2, sont accouplées à des biellettes 4, tandis que deux soufflets 5, raccordés aux extrémités du carter, protègent les zones d'extrémité de la crémaillère. Celle-ci est en prise avec un pignon de direction, lié en rotation à une colonne de direction avec volant de conduite, le pignon de direction étant indiqué par son arbre 6 (voir aussi figure 2). S'agissant ici d'une direction assistée électrique, celle-ci comprend encore un moteur électrique d'assistance 7 à deux sens de rotation qui, par l'intermédiaire d'un réducteur 8, agit ici au niveau du pignon de direction (arbre 6). Comme le montre plus particulièrement la figure 2, le réducteur 8 est ici du type à vis sans fin 9 et roue tangente 10, ces deux éléments étant logés à l'intérieur d'un carter 11. La vis sans fin 9 est montée tournante, dans des paliers 12 et 13, suivant l'axe A du moteur électrique d'assistance 7. Cette vis sans fin 9, constituant l'arbre d'entrée du réducteur 8, est en prise avec la roue tangente 10, elle-même lié en rotation à l'élément à entraîner, en particulier le pignon de direction (arbre 6). Le stator du moteur électrique d'assistance 7 est lui même assemblé de façon centrée, directement ou par l'intermédiaire d'une bride 14, sur le carter 11 du réducteur 8. Le rotor (non représenté) de ce moteur électrique d'assistance 7 comporte un arbre moteur 15, sur lequel est ici directement monté un élément d'entraînement 16 rigide, en forme de manchon. Selon l'invention, un accouplement élastique 17 est placé entre l'élément d'entraînement 16 et la vis sans fin 9 du réducteur 8, constituant ici l'arbre d'entrée de ce réducteur 8. Les figures 3 et 4 montrent, plus en détail, la structure de l'accouplement élastique 17, dans une première forme de réalisation de l'invention. Cet accouplement élastique 17 se compose de deux noyaux métalliques 18 et 19, coaxiaux et opposés, qui sont réunis l'un à l'autre par une partie intermédiaire en élastomère 20, surmoulée. Le premier noyau métallique 18, situé du côté du moteur électrique d'assistance 7, possède une confirmation pleine, de forme générale cylindrique. Ce noyau métallique 18 possède une conformation mâle ou femelle, complémentaire de l'extrémité de l'arbre moteur 15 ou de l'élément d'entraînement 16 lié à cet arbre 15, par exemple sous la forme de cannelures extérieures 21. Par ces cannelures extérieures 21, le noyau 18 est lié en rotation avec l'élément d'entraînement 16 en forme de manchon, dans lequel il est introduit, l'élément d'entraînement 16 possédant des cannelures intérieures complémentaires. Le second noyau métallique 19, situé du côté du réducteur 8, possède une conformation mâle ou femelle, complémentaire de l'extrémité de l'arbre d'entrée du réducteur 8, par exemple une conformation creuse, en forme générale de manchon. Cet autre noyau métallique 19 comporte, par exemple, des cannelures intérieures 22. Par ces cannelures intérieures 22, le noyau 19 est lié en rotation avec la vis sans fin 9, sur l'extrémité de laquelle il se trouve engagé, ladite extrémité présentant des cannelures extérieures complémentaires. L'accouplement élastique 17 étant ainsi monté entre le moteur électrique d'assistance 7 et le réducteur 8, comme montré sur la figure 2, la partie en élastomère 20 de cet accouplement 17 assure le filtrage des vibrations et bruits, générés par les jeux d'engrènement des éléments 9 et 10 du réducteur 8. Les figures 5 et 6 illustrent une deuxième forme de réalisation de l'accouplement élastique 17, toujours placé entre le moteur électrique d'assistance 7 et la vis sans fin 9, constituant ici encore l'arbre d'entrée du réducteur 8. Cet autre accouplement élastique se compose d'une pièce métallique 23, telle qu'acier, et d'une partie en élastomère 24, surmoulée. Plus particulièrement, la pièce métallique 23 se présente comme un pot, lequel est monté avec ajustement"serré"sur l'extrémité de l'arbre 15 du moteur électrique d'assistance 7. La partie en élastomère 24 est surmoulée dans la pièce métallique en pot 23. Cette partie en élastomère 24 est ellemême évidée, en son centre, son évidement central 25 étant pourvu d'une conformation mâle ou femelle complémentaire de l'extrémité de l'arbre d'entrée du réducteur 9, par exemple avec des cannelures intérieures 26. Par ses cannelures intérieures 26, la partie élastomère 24 est liée en rotation à l'extrémité de la vis sans fin 9, engagée dans l'évidement 25, cette extrémité étant pourvue de cannelures extérieures complémentaires. Dans une disposition inverse, non illustrée, la pièce métallique serait montée avec ajustement "serré" sur l'arbre d'entrée (vis sans fin 9) du réducteur 8. Ainsi, la partie en élastomère 24 de l'accouplement 17 assure ici, comme dans la première forme de réalisation, le filtrage des vibrations et bruits, générés par les jeux d'engrènement des éléments 9 et 10 du réducteur 8. Dans tous les cas, la partie en élastomère 20 ou 24 doit posséder une raideur angulaire permettant d'obtenir les propriétés mécaniques requises, afin de supprimer ou du moins d'atténuer les vibrations et bruits générés par les jeux des éléments du réducteur 8, ceci tout en assurant la transmission convenable de la rotation et du couple moteur, entre l'arbre 15 du moteur électrique d'assistance 7 et la vis sans fin 9 du réducteur 8. La figure 7, sur laquelle les éléments correspondant à ceux précédemment décrits sont désignés par les mêmes repères, illustre une application de l'accouplement élastique 17 selon les figures 5 et 6, c'est-à-dire constitué de deux parties 23 et 24 seulement, à savoir une pièce métallique 23 et une partie en élastomère 24. Comme déjà précédemment décrit, la pièce métallique 23 est ajustée sur l'extrémité de l'arbre moteur 15, tandis que la partie en élastomère 24 est liée à l'arbre d'entrée (vis sans fin 9) du réducteur 8. Cette figure 7 illustre l'application de l'invention à une direction assistée électrique, dans laquelle l'ensemble moto-réducteur 7-8 agit sur la colonne de direction 27. Bien entendu, pour le même cas d'application, l'on pourrait aussi mettre en oeuvre l'accouplement élastique en trois parties des figures 3 et 4. Comme il va de soi, et comme il ressort de ce qui précède, que l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de cette direction assistée électrique qui ont été décrites ci-dessus, à titre d'exemples ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. C'est ainsi, notamment, que l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention : - en modifiant les formes de détail, ou les matériaux constitutifs, de l'accouplement élastique placé entre le moteur électrique et le réducteur du dispositif d'assistance de la direction ; - en remplaçant les liaisons par cannelures, prévues du côté du moteur et/ou du réducteur, par d'autres liaisons résultant de la coopération de formes complémentaires, respectivement"mâle" et"femelle", ou bien par des ajustements"serrés", ceci valant notamment pour les deux noyaux métalliques de la première forme de réalisation ; - en modifiant les carters, par exemple en supprimant la bride intermédiaire ; - en destinant le dispositif décrit à une direction assistée électrique avec réducteur de tout type, possédant un nombre quelconque d'étages avec arbres intermédiaires, et pouvant agir sur un élément à entraîner quelconque de cette direction, par exemple sur la colonne de direction, ou bien directement sur la crémaillère. REVENDICATIONS 1-Direction assistée électrique pour véhicule automobile, avec un moteur électrique d'assistance (7) accouplé, par l'intermédiaire d'un réducteur (8), à un élément mobile à entraîner (6) de la direction, caractérisée en ce qu'un accouplement élastique (17), travaillant en torsion, est placé entre l'arbre (15) du moteur électrique d'assistance (7), ou un élément d'entraînement (16) directement lié à cet arbre (15), d'une part, et l'arbre d'entrée (9) du réducteur (8), disposé coaxialement à l'arbre (15) du moteur électrique d'assistance (7) ou à l'élément d'entraînement (16) directement lié à cet arbre (15), d'autre part, de manière à filtrer ou atténuer les vibrations et bruits liés aux jeux de fonctionnement du réducteur (8). 2-Direction assistée électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que, le réducteur à engrenages étant un réducteur (8) à vis sans fin (9) et roue tangente (10), l'accouplement élastique (17) est placé entre le moteur électrique d'assistance (7) et la vis sans fin (9) du réducteur (8), cette vis sans fin (9) constituant l'arbre d'entrée du réducteur (8). 3-Direction assistée électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'accouplement élastique (17) est composé d'au moins une partie métallique rigide (18,19 ; 23), liée à l'un des éléments à accoupler, du côté du moteur (7) ou du réducteur (8), et d'une partie élastiquement déformable (20 ; 24), notamment en élastomère ou en caoutchouc, possédant une raideur angulaire (K) adaptée. 4-Direction assistée électrique selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'accouplement élastique (17) se compose de deux noyaux métalliques (18,19) coaxiaux, réunis l'un à l'autre par une partie intermédiaire élastiquement déformable (20), notamment en élastomère et de préférence surmoulée, les deux noyaux métalliques (18,19) étant rigidement liés, l'un (18), à l'arbre (15) du moteur électrique d'assistance (7) ou à l'élément d'entraînement (16) lié à cet arbre (15), et l'autre (19), à l'arbre d'entrée (9) du réducteur (8). 5-Direction assistée électrique selon la revendication 4, caractérisée en ce que les deux noyaux métalliques (18,19) de l'accouplement élastique (17) comportant des conformations extérieures (21) ou intérieures (22), pour leur liaison par complémentarité de formes à l'arbre (15) du moteur électrique d'assistance (7) ou à l'élément d'entraînement (16) lié à cet arbre (15), ou à l'arbre d'entrée (9) du réducteur (8). 6-Direction assistée électrique selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'accouplement élastique (17) se compose d'une partie métallique (23), réunie à une partie élastiquement déformable (24), notamment en élastomère et de préférence surmoulée, la partie métallique (23) étant rigidement liée à l'arbre (15) du moteur électrique d'assistance (7) ou à l'élément d'entraînement (16) lié à cet arbre (15), tandis que la partie élastiquement déformable (14) comporte des conformations (26) pour sa liaison directe avec l'extrémité de l'arbre d'entrée (9) du réducteur (8). 7-Direction assistée électrique selon la revendication 6, caractérisée en ce que la partie métallique se présente comme un pot (23), dans lequel est surmoulée la partie en élastomère (24), elle-même évidée (25) et pourvue de conformations intérieures (26) pour sa liaison avec l'arbre d'entrée (9) du réducteur (8). 8-Direction assistée électrique selon l'une quelconque des revendications 3,4, 6 et 7, caractérisée en ce que la ou les parties métalliques (18,19 ; 23) de l'accouplement élastique (17) sont liées, à l'arbre moteur (15) ou à l'arbre d'entrée (9) du réducteur (8), par un ajustement"serré".