Brevet FR2855486A1 — publié le 20041203

SYSTEME DE DIRECTION ASSISTÉE ÉLECTRIQUEMENT Domaine de l'invention La présente invention concerne un système de direction assistée électriquement pour assister la direction d'un véhicule en transmettant la force de rotation d'un moteur électrique qui 5 est utilisé comme source de force d'assistance à la direction, par l'intermédiaire d'un mécanisme de vis à billes vers un arbre à crémaillère de direction de façon à déplacer l'arbre à crémaillère de direction vers la droite ou la gauche du véhicule. Un système de direction assistée électriquement pour 10 un véhicule comprend un arbre à crémaillère de direction qui comprend une crémaillère et un filetage externe qui sont axialement espacés, et peuvent être déplacés dans la direction axiale en réponse à une action sur la direction; un manchon fileté qui est vissé sur la vis externe par l'intermédiaire d'une pluralité 15 de billes de façon à être mobile en rotation par rapport à celle-ci et relié à l'arbre de sortie d'un moteur électrique; et un élément de circulation pour faire circuler les billes entre deux parties d'extrémité du manchon fileté, dans lequel le manchon fileté est entraîné en rotation avec le moteur élec20 trique de sorte que l'arbre à crémaillère de direction est déplacé dans la direction axiale par rapport au manchon fileté. Le filetage externe de l'arbre à crémaillère de direction comprend un sommet plat de façon à augmenter la rigidité de la vis. L'arbre à crémaillère de direction du système de direction assistée électriquement ayant une telle structure est 5 porté de façon centrale par l'élément support pour porter la partie de crémaillère en pressant élastiquement la partie de crémaillère contre un pignon et les billes et le manchon fileté. Ainsi, il se produit une déflexion au niveau de l'arbre à crémaillère de direction ayant une étendue de support relati10 vement longue due à la force de réaction en provenance de la surface de la route et analogue. Un système de direction assistée électriquement constitué pour réduire la quantité de déflexion de l'arbre à crémaillère de direction est un appareil dans lequel un élément cylindrique est monté au milieu de 15 l'arbre à crémaillère de direction de sortie de sorte que la quantité de déflexion de l'arbre à crémaillère de direction est réduite par contact entre la surface interne de l'élément cylindrique et une partie externe de l'arbre à crémaillère de direction (voir par exemple US-A-5 927 429). Cependant, en ce qui concerne un tel système de direction assistée électriquement muni d'un élément cylindrique pour réduire la quantité de déflexion de l'arbre à crémaillère de direction, quand l'élément cylindrique est disposé dans une zone dans laquelle le filetage externe de 25 l'arbre à crémaillère de direction se déplace, la surface de contact entre la partie filetée et l'élément cylindrique, qui est plus petite que la surface de contact entre l'arbre à crémaillère de direction et l'élément cylindrique dans un état dans lequel l'élément cylindrique est disposé à l'extérieur de 30 la zone dans laquelle le filetage externe, se déplace. Ceci entraîne la génération d'une pression de contact relativement importante au niveau de l'élément cylindrique, amenant la surface interne de l'élément cylindrique à être plus susceptible d'abrasion résultant de la pression de contact. L'abra35 sion de la surface interne de l'élément cylindrique entraîne qu'un jeu se crée entre le filetage externe et le manchon fileté ou entre les dents de crémaillère et le pignon, réduit la manoeuvrabilité de l'arbre à crémaillère de direction, augmente la possibilité de survenance d'à-coups dus au jeu, et produit de la poudre due à l'abrasion. Bref résumé de l'invention La présente invention a été faite dans le but de résoudre les problèmes susmentionnés et c'est un objet de l'invention que de prévoir un système de direction assistée électriquement apte 10 à réduire la possibilité de survenance d'abrasion de la surface interne de l'élément cylindrique quand l'élément cylindrique est disposé à l'intérieur d'une surface dans laquelle le filetage externe se déplace. Un système de direction assistée électriquement selon 15 la présente invention comprend un arbre à crémaillère de direction qui comporte un filetage externe avec un sommet plat et est déplacé dans une direction axiale en réponse à une action sur la direction; un mécanisme de vis à billes qui comprend un manchon fileté vissé sur le filetage externe par l'intermédiaire d'une 20 pluralité de billes de façon à être susceptible d'une rotation relative pour transformer la force de rotation d'un moteur électrique en une force de déplacement dans la direction axiale et à transmettre la force transformée à l'arbre à crémaillère de direction; et un élément cylindrique qui est monté sur l'arbre 25 à crémaillère de direction pour réduire la quantité de déflexion de l'arbre à crémaillère de direction. La largeur du sommet plat du filetage externe est comprise entre 0,7 et 1,5 fois le diamètre des billes. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 30 le filetage externe comprend une partie de rainure semicirculaire. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'élément cylindrique est disposé dans une zone dans laquelle le filetage externe se déplace. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'arbre à crémaillère de direction est porté d'une façon centrale par un élément support pour porter une partie devant entrer en contact avec un pignon du mécanisme de vis à billes. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'élément cylindrique est monté sur l'arbre à crémaillère de direction entre l'élément support et le mécanisme de vis à billes. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 10 un filetage interne correspondant au filetage externe est prévu au niveau d'une partie interne du manchon fileté et les billes sont interposées entre le filetage interne et le filetage externe. Puisque la largeur du sommet plat du filetage externe 15 est de 0,7 à 1,5 fois le diamètre des billes, la partie de filetage externe de l'arbre à crémaillère de direction vient en contact avec la surface interne de l'élément cylindrique, de sorte que la pression de contact produite quand l'élément cylindrique diminue la quantité de déflexion de l'arbre à 20 crémaillère de direction est réduite et la possibilité de survenance d'abrasion de la surface interne de l'élément cylindrique peut être réduite. Il est donc possible de réduire le jeu, les à-coups et la poudre abrasive due à l'abrasion de l'élément cylindrique. On notera qu'une largeur de sommet plat inférieure à 0,7 fois le diamètre des billes n'est pas préférable puisque la pression de contact produite au niveau de l'élément cylindrique augmente la possibilité de survenance d'abrasion de la surface interne de l'élément cylindrique et la durée de vie de l'élément 30 cylindrique est réduite. D'autre part, une largeur de sommet plat supérieure à 1,5 fois le diamètre des billes n'est pas préférable puisque le pas du filetage externe devient trop long et qu'une quantité suffisante de force transformée (force axiale) ne peut alors pas être obtenue. Brève description des dessins Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers 5 faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: la figure 1 est une vue schématique représentant la structure d'ensemble du système de direction assistée électriquement selon la présente invention; la figure 2 est une vue en coupe agrandie illustrant une partie essentielle du système de direction assistée électriquement selon la présente invention; la figure 3 est une vue en coupe agrandie d'une partie de filetage externe d'un arbre à crémaillère de direction du 15 système de direction assistée électriquement selon la présente invention; et la figure 4 est un graphique illustrant un rapport nécessaire pour rendre l'élément cylindrique plus grand que la largeur des sommets plats du filetage externe. 20 Description détaillée de l'invention La description ci-après explique l'invention en détail en relation avec les figures qui illustrent un mode de réalisation particulier de l'invention. La figure 1 est une vue schématique illustrant la 25 structure d'ensemble d'un système de direction assistée électriquement selon la présente invention et la figure 2 est une vue en coupe agrandie en illustrant une partie essentielle. Le système de direction assistée électriquement de la figure 1 comprend un arbre de transmission 4 qui a une partie 30 d'extrémité reliée à un volant 3 par l'intermédiaire d'un joint universel 1 et d'un arbre de direction 2, et son autre partie d'extrémité munie d'un pignon 4a; un arbre à crémaillère de direction 5 qui comporte une crémaillère (non représentée) venant s'engager avec le pignon 4a et un filetage externe 51 qui 35 est espacé axialement de la crémaillère et peut être déplacé dans la direction axiale; un carter sensiblement cylindrique 6 pour contenir et porter l'arbre à crémaillère de direction 5 de façon qu'il soit librement mobile; un moteur électrique 7 disposé dans le carter 6 et muni d'un arbre de sortie 71 coupant 5 l'axe central de l'arbre à crémaillère de direction 5; et un mécanisme de vis à billes 8 qui comporte un manchon fileté 81 disposé dans le carter 6 coaxialement à l'arbre à crémaillère de direction 5 pour transformer la force de rotation du moteur électrique 7 en une force de déplacement dans la direction axiale 10 et transmettant la force transformée à l'arbre à crémaillère de direction 5. L'arbre à crémaillère de direction 5 est porté d'une façon centrale par un élément support 9 pour porter la partie de crémaillère en pressant élastiquement la partie de crémaillère 15 vers le pignon 4a et par le mécanisme de vis à billes 8. La crémaillère et le filetage externe 51 sont formés pour avoir une longueur qui assure la quantité de déplacement de l'arbre à crémaillère de direction 5 qui se déplace quand le volant 3 est tourné vers la gauche ou vers la droite par rapport à une 20 position neutre. Le filetage externe 51 comporte une partie de rainure semicirculaire 51b et un sommet plat 51a. Dans le carter 6 sont montés le manchon fileté 81 et un élément cylindrique 10 qui est monté sur l'arbre à crémaillère de direction 5 entre les deux parties de support consti25 tuées de l'élément support 9 et du mécanisme de vis à billes 8 pour réduire la quantité de déflexion de l'arbre à crémaillère de direction 5. Au milieu, longitudinalement, du carter 6 se trouve une partie de liaison à un moteur 61 sous forme d'une ouverture qui atteint l'extérieur et le moteur électrique 7 est 30 fixé à la partie de fixation de moteur 61. Au niveau de l'arbre de sortie 71 de ce moteur électrique 7 est prévu un pignon 11 ayant la forme d'un engrenage conique. Deux parties d'extrémité du manchon fileté 81 sont portées par des paliers 12 et 13 de façon à être libres en rota35 tion, de sorte que le déplacement du manchon fileté 81 dans la direction axiale est limité. Au niveau de la partie interne de ce manchon fileté 81 est prévu un filetage interne 81a qui correspond au filetage externe 51 et une pluralité de billes 82 sont interposées entre le filetage interne 81a et le filetage 5 externe 51. L'engrenage 14 ayant la forme d'un pignon conique destiné à entrer en contact avec le pignon 11 est formé d'une seule pièce au niveau de la partie externe du manchon fileté 81. Le mécanisme de vis à billes 8 est muni du filetage externe 51, du manchon fileté 81 comportant le filetage interne 81a, des 10 billes 82 et d'un élément de circulation (non représenté) pour faire circuler les billes 82 entre les deux parties d'extrémité du manchon fileté 81. L'élément cylindrique 10 est disposé dans une zone dans laquelle se déplace le filetage externe 51, de sorte que 15 l'élément cylindrique 10 ne vient pas en contact avec l'arbre à crémaillère de direction 5 tandis que l'arbre à crémaillère de direction 5 n'est pas défléchi mais vient en contact avec la partie externe de l'arbre à crémaillère de direction 5 quand une déflexion survient au niveau de l'arbre à crémaillère de 20 direction 5 et réduit la quantité de déflexion de l'arbre à crémaillère de direction 5. L'élément cylindrique 10 a un diamètre interne légèrement plus grand que le diamètre externe du filetage externe 51 et est fixé dans un évidement annulaire 62 du carter 6. La figure 3 est une vue en coupe agrandie de la partie de filetage externe 51 de l'arbre à crémaillère de direction 5. Le filetage externe 51 de l'arbre à crémaillère de direction 5 dont la quantité de déflexion doit être réduite par l'élément cylindrique 10 comme cela a été décrit ci-dessus, comporte des 30 sommets plats 51a d'une largeur de 0,7 à 1,5 fois le diamètre des billes 82. Puisque la surface de contact entre l'élément cylindrique 10 et une partie de l'arbre à crémaillère de direction 5 dans laquelle le filetage externe 51 est formé est plus petite que la surface de contact entre l'élément cylin35 drique 10 et une partie de l'arbre à crémaillère de direction 5 dans laquelle le filetage externe 51 n'est pas formé, il est nécessaire de prévoir que l'élément cylindrique 10 dans la zone dans laquelle le filetage externe 51 se déplace est plus long que l'élément cylindrique disposé à l'extérieur de la zone dans laquelle le filetage externe 51 se déplace. La figure 4 est un graphique représentant le rapport nécessaire pour rendre l'élément cylindrique 10 plus long que la largeur du sommet plat 51a du filetage externe 51. En supposant que L désigne la longueur de l'élément cylindrique 10 disposé 10 dans la zone dans laquelle le filetage externe 51 se déplace et que L' désigne la longueur de l'élément cylindrique 10 disposé dans la zone dans laquelle le filetage externe 51 se déplace, l'axe vertical du graphique correspond au rapport L'/L et l'axe horizontal au rapport x du pas sur le diamètre des billes 82. 15 Ainsi, en supposant que "d" désigne le diamètre des billes 82, le pas est désigné par "xd" et le rapport L'/L nécessaire pour rendre l'élément cylindrique 10 plus long que la largeur du sommet plat 51a peut être trouvé en fonction de "x" par la formule (1) ci-après (voir figure 3). La figure 4 illustre cette 20 fonction. On notera que le rapport entre la largeur du sommet plat 51a et le diamètre des billes 82 est donné en soustrayant 1 de "x". L' = Lxd/[(x-l)d] L'/L = x/(x-l) (1) Comme cela est indiqué en figure 4, quand "x" est inférieur à 1,7, c'est-à-dire quand la largeur du sommet plat 51a est inférieure à 0,7 fois le diamètre des billes 82, le rapport nécessaire L'/L dépasse 2,5 et augmente rapidement. Il n'est pas souhaitable que le rapport L'/L dépasse 2,5 comme ci30 dessus, puisque la longueur totale du carter 6 pour maintenir l'élément cylindrique 10 devient grande et l'ensemble de l'équipement du système de direction assistée électriquement croît en dimension et nuit à son positionnement quand il est installé sur un châssis de véhicule. Il n'est également pas 35 préférable que "x" dépasse 2,5, c'est-à-dire que la largeur du sommet plat 51a soit de plus de 1,5 fois le diamètre des billes 82, car, bien que le rapport L'/L soit faible, le pas du filetage externe 51 augmente quand "x" augmente et une quantité suffisante de force transformée (force axiale) ne peut être obtenue. Avec un système de direction assistée électriquement ayant une telle structure, la force du volant 3 est transmise par l'intermédiaire du pignon 4a de l'arbre de transmission 4 à la crémaillère de l'arbre à crémaillère de direction 5 et le 10 moteur électrique 7 est entraîné de façon commandée en accord avec le couple de direction par une action de direction sur le volant 3. Sous l'action du moteur électrique 7, la force de rotation de l'arbre de sortie 71 produite par le moteur électrique 7 est transmise par l'intermédiaire du pignon 11 et 15 de l'engrenage 14 au manchon fileté 81, le manchon fileté 81 est entraîné en rotation, le couple de rotation du manchon fileté 81 est transmis par l'intermédiaire des billes 82 au filetage externe 51, et l'arbre à crémaillère de direction 5 est déplacé dans la direction axiale par une composante de la force 20 transmise, de sorte que la force à appliquer au volant 3 pour une action sur la direction peut être réduite. Quand il survient une déflexion de l'arbre à crémaillère de direction 5 due à la force de réaction en provenance de la surface de la route et analogue, la partie externe de l'arbre à crémaillère de direc25 tion 5 incluant une partie ayant la configuration du filetage externe 51 vient en contact avec la surface interne de l'élément cylindrique 10 de sorte que la quantité de déflexion de l'arbre à crémaillère de direction 5 peut être réduite. On notera qu'un système de direction assistée électri30 quement selon la présente invention peut avoir, au lieu d'une structure dans laquelle le moteur électrique 7 est disposé de façon à couper l'axe central de l'arbre à crémaillère de direction 5, une structure dans laquelle le moteur électrique 7 est disposé coaxialement à l'arbre à crémaillère de direction 5. En 35 outre, bien que l'élément cylindrique 10 décrit dans le mode de réalisation précédent soit disposé au niveau d'une partie de l'arbre à crémaillère de direction 5 comprise entre les deux parties de support constituées de l'élément support 9 et du mécanisme de vis à billes 8, l'élément cylindrique 10 peut 5 également être disposé en dehors de la région s'étendant entre les deux parties support. REVENDICATIONS 1. Système de direction assistée électriquement comprenant: un arbre à crémaillère de direction (5) qui comporte un filetage externe (51) avec un sommet plat (51a) et est 5 déplacé dans une direction axiale en réponse à une action sur la direction; un mécanisme de vis à billes (8) qui comprend un manchon fileté (81) vissé sur le filetage externe (51) par l'intermédiaire d'une pluralité de billes (82) de façon à être 10 susceptible d'une rotation relative pour transformer la force de rotation d'un moteur électrique (7) en une force de déplacement dans la direction axiale et à transmettre la force transformée à l'arbre à crémaillère de direction (5) ; et un élément cylindrique (10) qui est monté sur l'arbre 15 à crémaillère de direction (5) pour réduire la quantité de déflexion de l'arbre à crémaillère de direction (5), caractérisé en ce que la largeur du sommet plat (51a) du filetage externe (51) est comprise entre 0,7 et 1,5 fois le diamètre des billes (82). 2. Système de direction assistée électriquement selon la revendication 1, dans lequel le filetage externe (51) comprend une partie de rainure semicirculaire (51b). 3. Système de direction assistée électriquement selon la revendication 1, dans lequel l'élément cylindrique (10) est 25 disposé dans une zone dans laquelle le filetage externe (51) se déplace. 4. Système de direction assistée électriquement selon la revendication 1, dans lequel l'arbre à crémaillère de direction (5) est porté de façon centrale par un élément support (9) 30 pour porter une partie devant entrer en contact avec un pignon (4a) du mécanisme de vis à billes (8). 5. Système de direction assistée électriquement selon la revendication 4, dans lequel l'élément cylindrique (10) est monté sur l'arbre à crémaillère de direction (5) entre l'élément support (9) et le mécanisme de vis à billes (8). 6. Système de direction assistée électriquement selon la revendication 1, dans lequel un filetage interne (81a) 5 correspondant au filetage externe (51) est prévu au niveau d'une partie interne du manchon fileté (81) et les billes (82) sont interposées entre le filetage interne (81a) et le filetage externe (51).