Brevet FR2852567A1 — publié le 20040924

Domaine de l'invention La présente invention concerne un dispositif de direction comportant une poignée de direction fixée à une colonne de direction montée à rotation et coopérant avec un capteur de signal de direction 5 électrique et un simulateur de force de direction générant une force de direction et agissant sur la colonne de direction, ce simulateur étant réalisé sous la forme d'un frein à friction. Dans de tels dispositifs de direction il n'y a pas de liaison mécanique entre la colonne de direction et les roues de guidage du véhi1o cule. Au contraire, des signaux électriques du capteur de signal de direction commandent un dispositif d'actionnement électrique ou électrohydraulique couplé aux roues directrices. Cette technologie par câble est par exemple utilisée dans les chariots transporteurs. Comme dans de tels dispositifs de direction le conducteur 15 ne perçoit pas de signal en retour au niveau du volant ou de la manette de direction comme force de direction, signal correspondant au mouvement des roues guidées, on utilise un simulateur de force de guidage. Un dispositif de direction du type défini ci-dessus est décrit dans le document DE 100 33 107 AI. Le simulateur de force de direction 20 ou de guidage appelé dans ce document " élément résistant " a pour fonction de générer une force de guidage variable et pouvant dépendre de différents paramètres de fonctionnement comme par exemple la vitesse de déplacement, la vitesse d'actionnement de la poignée de direction (par exemple du volant) et/ou de l'angle de braquage. Dans un mode de réali25 sation préférentiel, le simulateur de force de direction comporte un fluide électro-rhéologique et/ou magnéto-rhéologique. Un tel dispositif de direction est toutefois relativement compliqué et de ce fait coûteux. Le document cité ci-dessus indique en outre qu'en variante on peut utiliser un amortisseur travaillant selon le principe du frottement 30 mécanique et dont la force de friction peut être modifiée par la précontrainte exercée sur les surfaces de friction. D'autres détails concernant la construction d'un tel simulateur de force de guidage ou de direction ne découlent pas de ce document. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un dispositif de direction ou de guidage du type défini ci-dessus qui soit d'un fonctionnement sûr et d'une construction simple. Exposé de l'invention A cet effet, l'invention concerne un dispositif de direction du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que le simulateur de force de direction comporte un piston mobile axialement, sollicité par une force dans 5 la direction axiale pour commander la pression surfacique d'au moins une paire de surfaces de friction. La paire de surfaces de friction peut être constituée par des surfaces de friction planes. Toutefois, selon un développement de l'invention, il est avantageux que la paire de surfaces de friction soit de 10 forme conique. Grâce aux surfaces de friction de forme conique et par une conception appropriée de la conicité, on arrive à une course d'actionnement (course de piston) minimale, peu encombrante et simple, pour une force de fonctionnement réduite du simulateur de force de direction tout en permettant d'arriver à une force de direction relativement 15 importante. Dans la mesure o les surfaces de friction sont métalliques, le simulateur de force de direction est pratiquement sans usure. Le simulateur de force de direction présente avantageusement un cône extérieur et un cône intérieur installé du côté frontal dans 20 le piston, ce cône intérieur étant réalisé pour recevoir le cône extérieur. En principe, il est également possible de prévoir une disposition inversée avec un cône extérieur formé sur le piston. Dans la mesure o le cône extérieur est formé à l'extrémité inférieure de la colonne de direction, il n'est pas nécessaire de fabriquer 25 une pièce séparée à fixer à la colonne de direction. Selon un développement de l'invention, le simulateur de force de direction comporte des moyens coopérant avec le piston pour générer une force de précontrainte ainsi que des moyens pour générer une force de fonctionnement. La force de fonctionnement peut agir dans le même sens que la force de précontrainte. On crée ainsi un certain couple de base qui agit toujours lors d'un mouvement de rotation de la poignée de direction tel que par exemple le volant. Un couple supplémentaire créé par la force de fonctionnement est au contraire variable et il est commandé selon un 35 ou plusieurs paramètres de fonctionnement. En inversant ce principe, il est également possible que la force de fonctionnement agisse en sens opposé à la force de précontrainte. Ainsi, la colonne de direction et ainsi la poignée de direction sont tout d'abord bloquées par une force de précontrainte relativement importante. La force de fonctionnement élimine ce blocage et réduit la force de direction à la mesure adaptée à l'état de fonctionnement respectif. La force de précontrainte peut être appliquée d'une manière 5 particulièrement simple par un ressort, notamment un ressort de pression. La force de fonctionnement peut être obtenue de manière très simple en sollicitant hydrauliquement le piston. Il est également possible de générer la force de fonctionne10 ment en sollicitant mécaniquement le piston, notamment d'une manière électromécanique. Il est avantageux qu'un électro-aimant coopère avec le piston, cet électro-aimant étant relié à l'installation de commande et/ou de régulation. En commandant l'électro-aimant à l'aide de l'installation de 15 commande et/ou de régulation on règle de manière précise la force de fonctionnement. Selon un développement avantageux de l'invention, le côté du piston opposé au cône est soumis à l'action d'un ressort de compression et d'une tige de piston dont l'extrémité éloignée de piston est couplée 20 à un premier bras de levier d'un levier monté de manière articulée dont le second bras de levier coopère avec l'électro-aimant. Par un choix approprié du rapport des bras de levier on amplifie la force, ce qui permet d'utiliser un électro-aimant de dimensions relativement petites pour appliquer la force de fonctionnement. Un développement avantageux de l'invention prévoit de commander la force de direction générée par le simulateur de force de direction suivant la vitesse de rotation de la colonne de direction et/ou de la position angulaire d'au moins une roue guidée. Cela permet d'obtenir plusieurs effets: en cas de rotation 30 trop rapide du volant, c'est-à-dire si les roues guidées ne peuvent pas suivre suffisamment rapidement le mouvement de rotation de la poignée de direction ou du volant, on peut augmenter d'une manière perceptible la force de direction. Le conducteur reçoit ainsi un signal de retour analogique. Il est en outre possible d'augmenter la force de direction si une roue guidée (ou les deux roues guidées) rencontre une butée. Enfin, on peut commander la force de direction proportionnellement au braquage des roues de direction ou de l'angle de rotation de la poignée ou volant de direction. Ainsi, dans un trajet en courbes, pour de petits rayons de guidage (braquage important) la force de direction augmente. Dans ce cas, par exemple pour un chariot élévateur à fourche, on augmente la sécurité contre le renversement. On peut également influencer de manière supplé5 mentaire la force de direction en fonction de la vitesse de déplacement. Dans la mesure o le piston est logé dans un boîtier dans lequel se trouve la colonne de direction, le simulateur de force de direction ne nécessite pas de boîtier séparé. De manière avantageuse, le boîtier comporte également le i0 capteur de signal de direction installé par exemple axialement entre deux paliers de roulement prévus pour recevoir la colonne de direction. Selon un autre développement de l'invention, le boîtier est étanche au liquide au moins au niveau du piston. Cela permet de solliciter de manière très simple le piston avec du liquide hydraulique sous pression 15 et par modulation de pression on commande de façon appropriée la force de fonctionnement. La pression du liquide peut être dérivée d'un circuit équipant de toute façon le véhicule, ce qui limite les moyens à mettre en oeuvre à une installation appropriée pour moduler la pression. Il est particulièrement avantageux d'appliquer le dispositif 20 de direction ou de guidage selon l'invention à un chariot transporteur car cela permet d'influencer de manière avantageuse le comportement de roulage et la sécurité de déplacement. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus 25 détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une coupe d'un dispositif de direction selon l'invention, - la figure 2 est une coupe d'une variante d'un dispositif de direction selon l'invention. Description de modes de réalisation Le dispositif de guidage ou de direction comporte dans le présent exemple de réalisation comme poignée de guidage 1 un volant fixé à l'extrémité d'une colonne de direction 2. Cette colonne est montée dans un boîtier 3 par l'intermédiaire de paliers de roulement non représentés 35 dans les figures; à l'extrémité opposée à celle portant la poignée ou volant de direction 1, elle comporte un cône extérieur 2a, formé. Un capteur de signal de direction, non représenté dans les figures, est installé de préférence dans le boîtier 3. Sous la colonne de direction 2, à l'intérieur du boîtier 3, on a un piston 4 mobile axialement mais bloqué en rotation. La face frontale de ce piston tournée vers la colonne de direction 3 comporte un cône intérieur 4a dans lequel pénètre le cône extérieur 2a de la colonne de direction s 2. Le piston 4 est sollicité par un ressort de compression 5 agissant en direction de la colonne de direction 2. Ce ressort de compression génère une force de précontrainte. Le cône intérieur 2a forme un simulateur de force de guidage ou de direction en liaison avec le piston 4 et le cône extérieur 4a usiné ainsi qu'une installation d'actionnement qui sera décrite 1o ensuite. Suivant l'importance de la pression en surface entre les surfaces de friction coniques générée par la pression axiale exercée sur le piston 4, on pourra tourner plus ou moins facilement ou difficilement le moyen de direction ou volant 1. Une installation de commande et/ou de régulation, subordonnée, coopérant avec l'installation d'actionnement du piston 4, S5 permet de régler de manière précise la force de direction. Le boîtier 3 rendu étanche au liquide est muni à son extrémité inférieure d'un branchement 6 relié à une conduite hydraulique. Cela permet de solliciter le piston 4 muni d'un joint d'étanchéité (segment de piston) 7, dans le même sens que la force de précontrainte du ressort de 20 compression 5 par une force de fonctionnement hydraulique. La force de précontrainte et la force de fonctionnement développent une force de direction par l'action de la paire de surfaces de friction, de préférence métalliques et ainsi pratiquement sans usure formées par le cône extérieur 2a et le cône intérieur 4a. Cette force de direc25 tion s'oppose à la force de fonctionnement lorsqu'on tourne la poignée de direction ou volant de direction 1 en produisant ainsi un signal de retour pour l'utilisateur. La force de précontrainte génère une force de guidage petite, toujours active. En plus, on génère hydrauliquement une force de fonctionnement dépendant de différents paramètres. Il peut s'agir par 30 exemple de la fraction de la force de direction dépendant de la vitesse de déplacement et/ou de l'angle de direction et/ou de la vitesse de braquage (détectée par un capteur de signal de direction). Pour varier la force de fonctionnement, on module, à l'aide d'un dispositif approprié, la pression hydraulique agissant sur le piston. Dans la variante du dispositif de direction selon l'invention représentée à la figure 2, le piston 4 générant la force de fonctionnement n'est pas sollicité hydrauliquement en direction de la colonne de direction 2 mais d'une manière électromécanique. Pour cela, il est prévu un électro-aimant 8 fixé à l'extérieur du boîtier 3 et qui coopère avec une installation de commande et/ou de régulation. Un premier bras de levier 9a d'un levier 9 monté de manière articulée sur le boîtier 3 est couplé à une tige de piston 10 pénétrant 5 axialement dans le boîtier 3 en agissant contre le piston 4. Un second bras de levier 9b du levier 9 est couplé à l'électro-aimant 8. La réalisation de la paire de surfaces de friction suivant une forme conique est avantageuse pour actionner le piston 4 par l'électroaimant 8 car il suffit d'une course d'actionnement minimale (la course du 10 piston 4 ou de la tige de piston 10) pour avoir une pression surfacique relativement importante entre le cône intérieur 4a et le cône extérieur 2a et arriver ainsi à une force de direction relativement intense. L'électro-aimant 8 n'aura à exécuter ainsi qu'une course relativement faible, ce qui se répercute avantageusement sur la taille de cet électroaimant et de ce fait 15 sur son coût de fabrication. REVENDICATIONS 10) Dispositif de direction comportant une poignée de direction fixée à une colonne de direction montée à rotation et coopérant avec un capteur de signal de direction électrique et un simulateur de force de direction géné5 rant une force de direction et agissant sur la colonne de direction, ce simulateur étant réalisé sous la forme d'un frein à friction, caractérisé en ce que le simulateur de force de direction comporte un piston (4) mobile axialement, sollicité par une force dans la direction axiale pour commander la 10 pression surfacique d'au moins une paire de surfaces de friction. 20) Dispositif de direction selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paire de surfaces de friction est de forme conique. 15 30) Dispositif de direction selon la revendication 2, caractérisé en ce que les surfaces de friction sont métalliques. 40) Dispositif de direction selon la revendication 2, caractérisé en ce que le simulateur de force de direction comporte un cône extérieur (2a) et un cône intérieur (4a) installés dans la face frontale du piston (4) pour recevoir le cône extérieur (2a). 25 50) Dispositif de direction selon la revendication 4, caractérisé en ce que le cône extérieur (2a) est formé à l'extrémité inférieure de la colonne de direction (2). 6 ) Dispositif de direction selon la revendication 1, caractérisé en ce que le simulateur de force de direction comporte des moyens coopérant avec le piston (4) pour générer une force de précontrainte ainsi que des moyens 35 pour générer une force de fonctionnement. 70) Dispositif de direction selon la revendication 6, caractérisé en ce que la force de fonctionnement agit dans le même sens que la force de précontrainte. 80) Dispositif de direction selon la revendication 6, caractérisé en ce que la force de fonctionnement agit dans le sens opposé à la force de précontrainte. 90) Dispositif de direction selon l'une des revendications 6 à 8, 10 caractérisé par un ressort, notamment un ressort de compression (5) comme moyen pour générer la force de précontrainte. 100) Dispositif de direction selon l'une des revendications 6 à 9, 15 caractérisé en ce que le piston (4) est sollicité de manière hydraulique. 110) Dispositif de direction selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que le piston (4) est sollicité de manière mécanique, notamment électromécanique. 12 ) Dispositif de direction selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' un électro-aimant (8) coopère avec le piston (4), cet électro-aimant étant raccordé à une installation de commande et/ou de régulation. 13 ) Dispositif de direction selon la revendication 12, caractérisé en ce qu' un ressort de compression et une tige de piston (10) sont appliqués contre le côté du piston (4) à l'opposé des surfaces de friction, l'extrémité de la tige de piston opposée au piston est couplée à un premier bras de levier (9a) d'un levier (9), monté de manière articulée et dont le second bras de levier (9b) coopère avec l'électro-aimant (8). 35 14 ) Dispositif de direction selon la revendication 1, caractérisé en ce que la force de direction générée par le simulateur de force de direction est commandée en fonction de la vitesse de rotation de la colonne de direction (2) et/ou de la position angulaire d'au moins une roue guidée. 150) Dispositif de direction selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston (4) est logé dans un boîtier (3) recevant la colonne de direction (2). 1o 16 ) Dispositif de direction selon la revendication 15, caractérisé par un capteur de signal de direction logé dans le boîtier (3). 170) Dispositif de direction selon la revendication 15 ou 16, 15 caractérisé en ce que le boîtier (3) est étanche au liquide au moins au niveau du piston (4). 180) Dispositif de direction selon la revendication 1, caractérisé par son application à un chariot transporteur.