Brevet FR2868381A1 — publié le 20051007

SOUPAPE, NOTAMMENT POUR LA PRODUCTION D'UNE PRESSION CONTROLEE DE FLUIDE SOUS PRESSION POUR UNE DIRECTION ASSISTEE HYDRAULIQUE La présente invention concerne une soupape, notamment pour la production d'une pression de fluide sous pression pour une direction assistée hydraulique, comportant un premier élément de commande et un second élément de commande, le premier et le second élément de commande étant mobiles l'un par rapport à l'autre grâce à une entrée de valeur de consigne au niveau d'une manette de direction et pouvant être amenés avec un élément de rappel dans une position neutre l'un par rapport à l'autre, et un dispositif d'entraînement grâce auquel les éléments de commande sont mobiles l'un par rapport à l'autre, indépendamment de l'entrée de valeur de consigne au niveau de la manette de direction. Plus particulièrement pour les véhicules utilitaires, une direction assistée hydraulique représente une conception avantageuse de l'assistance de direction. Les directions assistées hydrauliques comprennent une soupape pour l'alimentation contrôlée d'un fluide sous pression dans les chambres d'un servo-vérin d'un actionneur pour l'actionnement de roues dirigées d'un véhicule. Les servo-soupapes peuvent comprendre des éléments de commande mobiles en translation les uns par rapport aux autres ou des éléments de commande mobiles en rotation les uns par rapport aux autres et être conçues par exemple comme des soupapes à tiroir rotatif. Un premier élément de commande conçu comme un tiroir rotatif est mis en rotation par rapport à un second élément de commande, conçu comme une douille de commande, à l'aide d'un couple de direction exercé sur une manette de direction. Le tiroir rotatif et la douille de commande sont reliés par l'intermédiaire d'une tige rotative disposée dans un alésage axial des éléments de commande, qui tend à maintenir le tiroir rotatif et la douille de commande dans une position centrale l'un par rapport à l'autre. Sur la douille de commande se trouve, par exemple, un organe de sortie conçu comme un 2868381 2 pignon qui s'engrène avec une crémaillère pouvant être reliée avec entraînement à des leviers de direction des roues dirigées du véhicule. Une variation de la courbe caractéristique de l'assistance de direction en fonction des paramètres du véhicule et de la trajectoire ou une fonction non contrôlée par le conducteur, comme le stationnement ou même une conduite autonome, n'est pas envisageable avec une telle soupape. Le document DE 202 18 733 U1 décrit une soupape pour une direction assistée hydraulique pour la production d'une pression contrôlée de fluide sous pression avec un premier élément de commande et avec un second élément de commande, le premier et le second élément de commande étant mobiles l'un par rapport à l'autre sous l'influence d'une entrée de valeur de consigne sur une manette de direction et peuvent être éloignés, à l'aide d'une rotation limitée, de leur position centrale dans une direction ou dans une autre afin de produire une assistance hydraulique. La soupape comprend en outre un dispositif d'entraînement grâce auquel la caractéristique de direction peut être influencée de différentes manières, les éléments de commande étant mobiles au, niveau de la manette de direction indépendamment de l'entrée de la valeur de consigne. L'encombrement de la soupape proposée n'est pas minimisé et nécessite en outre des dispositifs de sécurité. L'objectif de la présente invention est donc de créer une soupape pour direction assistée hydraulique présentant un faible encombrement et dont le fonctionnement est simple et fiable. Cet objectif est atteint grâce à la soupape telle que définie en préambule et caractérisée en ce que le dispositif d'entraînement comprend un entraînement électrodynamique disposé de manière coaxiale par rapport à la soupape et/ou un moteur pas à pas électrostatique. Du fait que les éléments de commande de la soupape sont constitués soit d'un dispositif d'entraînement électrodynamique, intégré de manière coaxiale par rapport à la soupape et de préférence adapté à la forme de la soupape, soit que le dispositif d'entraînement est constitué d'un moteur pas à pas électrostatique de faible encombrement avec l'utilisation d'un corps de dilatation en matériau contenant du silicium, la soupape peut présenter un faible encombrement et elle peut être montée sans mesures de sécurité ou mesures de refroidissement pour l'entraînement. En fonction du type de construction choisi pour le dispositif d'entraînement, les couples initiaux ou forces de pression les plus élevées, ainsi que les avances les plus faibles pour le mouvement relatif du premier et du second élément de commande, peuvent être réalisés. Le dispositif d'entraînement peut être pourvu d'un entraînement rotatif électrodynamique disposé de manière coaxiale par rapport à la soupape, d'un moteur linéaire électrodynamique sans aimants permanents ou d'un entraînement conçu comme un moteur linéaire à courant continu ou à champ d'ondes progressives, un capteur de position ou un capteur d'angle de rotation, qui peut également faire partie d'un dispositif de commutation de l'entraînement, mesurant le mouvement relatif et/ou la position relative du premier et du second élément de commande. Une confirmation de la position des éléments de commande peut également être réalisée de manière optoélectrique. Afin d'exercer une importante force de réglage avec l'avance la plus précise et l'encombrement le plus faible du dispositif d'entraînement, il est possible d'utiliser un moteur pas à pas micrométrique piézo-électrique ou magnétostrictif. Les éléments de dilatation de ces moteurs pas à pas micrométriques peuvent avoir une forme adaptée à la forme de la soupape. De façon avantageuse, le premier élément de commande et le second élément de commande sont mis en rotation en sens inverse et/ou déplacés en translation à l'aide du dispositif d'entraînement. Des courses de réglage suffisantes du premier élément de commande par rapport au second élément de commande de la soupape peuvent être obtenues à l'aide de films, branchés en série, de matières piézo-électriques comme des céramiques à base de terres rares ou de nitrate de baryum. La relation entre le mouvement de coulissement du premier élément de commande par rapport au second élément de commande, induit par l'entrée de la valeur consigne du conducteur au niveau de la manette de direction, et le mouvement de coulissement induit par le dispositif d'entraînement peut en principe être choisie librement. Il est avantageux de choisir une course de coulissement possible du premier élément de commande par rapport au second élément de commande, provoqué par le dispositif d'entraînement, inférieure à la course de coulissement possible des éléments de commande due à l'entrée de la valeur de consigne au niveau de la manette de direction. De préférence, la pression du fluide sous pression, générée par le mouvement relatif des éléments de commande du dispositif d'entraînement, représente au maximum la moitié de la pression maximale du fluide sous pression contrôlée par la soupape. Pour le conducteur du véhicule, il reste donc au moins une possibilité d'intervention sur les deux éléments de commandé de la soupape dans la mesure où au moins la moitié de la pression maximale du fluide sous pression peut être contrôlée. Dans un mode de réalisation particulièrement préféré de la soupape, celleci est conçue comme une soupape à tiroir rotatif. Le premier élément de commande est un tiroir rotatif et le second élément de commande est une douille de commande et ils sont disposés de manière coaxiale et rotative l'un par rapport à l'autre. Le tiroir rotatif est relié avec la manette de direction, de manière solidaire en rotation, par l'intermédiaire d'un élément de rappel conçu comme une tige rotative, et relié à la douille de commande, de manière rotative par rapport à celle-ci. La douille de commande peut tourner de manière limitée par rapport à l'organe de sortie à l'aide du dispositif d'entraînement. Elle peut également être reliée à un organe de sortie de la soupape cônçu comme un pignon, ce pignon pouvant tourner par rapport à la tige rotative à l'aide du dispositif d'entraînement et permettant une course de coulissement ou de rotation supplémentaire par rapport à la douille de commande. Le pignon peut être mis en rotation par rapport à la douille de commande à l'aide du dispositif d'entraînement. L'entraînement du dispositif d'entraînement est conçu comme un entraînement électrodynamique avec un stator et un rotor disposés de manière coaxiale par rapport à un axe longitudinal de la soupape. Le rotor du moteur pas à pas peut être relié de manière fixe à la douille de commande et le stator est relié de manière fixe à l'organe de sortie ou pignon, ou le stator peut être relié de manière fixe à la douille de commande, et le rotor est relié de manière fixe à l'organe de sortie ou pignon. L'entraînement peut présenter un encombrement très faible car il ne se trouve pas dans le flux de forces entre la tige rotative et l'organe de sortie. Il peut également être avantageux de disposer, grâce au dispositif d'entraînement, la tige rotative de manière rotative par rapport au tiroir rotatif, ou de disposer le pignon ou l'organe de sortie de manière rotative par rapport à la tige rotative. L'entraînement du dispositif d'entraînement ne doit pas obligatoirement être conçu comme un moteur pas à pas à entraînement direct ou comme un moteur pas à pas micrométrique, mais peut se faire par tout type de démultiplicateur, de transmission à cames, qui peut transformer une direction de mouvement de l'entraînement en une autre direction de mouvement des éléments de commande. Si un moteur pas à pas micrométrique est utilisé, il peut être.avantageux d'agrandir sa course de réglage à l'aide d'une transmission à multiplication. De préférence, le dispositif d'entraînement est placé et encapsulé avec un capteur de déplacement dans un boîtier de la soupape. Le dispositif d'entraînement, ou des parties de celui-ci, peut également être fixé à la soupape ou bien disposé de manière mobile par rapport à la soupape ou à des parties de celle-ci. De façon avantageuse, dans toutes les variantes, le dispositif d'entraînement comprend un train d'engrenages et est un dispositif d'entraînement direct pour les deux éléments de commande. La soupape est particulièrement adaptée pour remplir différentes fonctions de confort pour des véhicules utilitaires ou des véhicules personnels lourds. L'invention est décrite de manière plus détaillée dans la suite à l'aide du dessin annexé dans lequel: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale schématique d'une soupape selon l'invention. La figure 1 représente, en coupe longitudinale schématique, une soupape 1 d'une direction assistée hydraulique d'un véhicule utilitaire qui comprend un boîtier 17 du type cylindre à gradins avec un couvercle 18 disposé à une extrémité axiale de la soupape 1. La soupape 1 est conçue comme une soupape à tiroir rotatif 9 et est reliée à un récipient de fluide sous pression et une pompe hydraulique. Le récipient de fluide sous pression est relié, de manière fluidique, à un raccordement à basse pression et la pompe hydraulique est reliée de manière fluidique à un raccordement à haute pression de la soupape à tiroir rotatif 9. La soupape à tiroir rotatif 9 contrôle le fluide sous pression en fonction d'une entrée de valeur de consigne au niveau d'une manette de direction 4 du véhicule utilitaire dans des chambres d'un actionneur hydraulique pour le réglage de l'angle de direction des roues dirigées du véhicule utilitaire. Dans le boîtier 17 de la soupape à tiroir rotatif 9, est logé de manière rotative, un tiroir rotatif cylindrique 10, qui constitue un premier élément de commande 2 de la soupape 1, dans une douille de commande 11 qui constitue un second élément de commande 3 de la soupape 1. Le tiroir rotatif 10 est relié à la douille de commande 11 par l'intermédiaire d'un élément de rappel 5 conçu comme une tige rotative 12. La douille de commande 11 est reliée de manière solidaire en rotation à un organe de sortie 14 conçu comme un pignon 13, le pignon 13 s'engrenant avec une crémaillère non représentée. Lorsqu'un couple de direction est exercé sur la manette de direction 4, la tige rotative 12 se tord d'abord et la douille de commande 11 est tournée par rapport au tiroir rotatif 10, ce qui commande un écoulement de fluide sous pression à partir de la soupape 1 et ce qui assiste le couple de direction grâce à l'actionneur hydraulique. Le pignon 13 est rotatif de manière limitée par rapport à la douille de commande, à l'intérieur d'une zone définie par des goupilles 9 qui dépassent radialement de la douille de commande 11 dans des évidements en forme de fente répartis sur la circonférence du pignon 13. Un dispositif de rappel peut servir à amener le pignon 13 dans une position neutre ou centrale par rapport à la douille de commande 11 lorsque le dispositif d'entraînement 6 n'est pas activé. Le dispositif de rappel peut également être constitué de moteurs pas à pas micrométriques, piézo-électriques ou magnétostrictifs entre la douille de commande 11 et le tiroir rotatif 10 ou entre des composants de la soupape 1 reliés avec le tiroir rotatif 10 et la douille de commande 11, ceux-ci n'étant pas alimentés en courant. La soupape à tiroir rotatif 9 comprend un centre ouvert, c'est-à-dire que tous les raccordements (le raccordement à basse pression, le raccordement à haute pression, les conduites de fluide sous pression vers les chambres de l'actionneur hydraulique) communiquent entre eux lorsque le tiroir rotatif 10 adopte une position centrale par rapport à la douille de commande 11. Afin d'obtenir un fonctionnement de la soupape 1 influençant le couple de direction au niveau de la manette de direction 4 et l'entrée de la valeur de consigne du conducteur au niveau de la manette de direction 4 de manière précise, donc pour remplir des fonctions de direction automatiques ou des fonctions de stabilisation de la conduite, il est prévu de faire en sorte que le centre hydraulique de la soupape 1 soit ajustable. Un dispositif d'entraînement 6, constitué dans l'exemple de réalisation représenté, d'un entraînement rotatif 6, conçu de préférence comme un moteur pas à pas électrodynamique 7, effectue la rotation relative de la douille de commande 11 par rapport au pignon 13 et donc par rapport au tiroir rotatif 10, indépendamment de l'entrée du couple de direction du conducteur. Le pignon 13 tourne donc entre des butées par rapport à la douille de commande 11. A cet effet, un stator 16 du moteur d'entraînement 7 est relié au pignon 13 et un rotor 15 est relié à la douille de commande 11. Afin de construire l'entraînement du dispositif d'entraînement 6 avec un encombrement encore plus faible, des moteurs pas à pas micrométriques, piézo-électriques ou magnétostrictifs, ainsi que d'autres types de moteur pas à pas micrométriques, peuvent être placés directement dans le boîtier de la soupape entre le premier et le second élément de commande 2, 3. La présente invention n'est pas limitée à la forme de réalisation préférée décrite, mais peut subir différentes modifications ou variantes évidentes pour l'homme du métier. Revendications 1. Soupape, notamment pour la production d'une pression de fluide sous pression pour une direction assistée hydraulique, comportant un premier élément de commande (2) et un second élément de commande (3), le premier et le second élément de commande (2, 3) étant mobiles l'un par rapport à l'autre grâce à une entrée de valeur de consigne au niveau d'une manette de direction (4) et pouvant être amenés avec un élément de rappel (5) dans une position neutre l'un par rapport à l'autre, et un dispositif d'entraînement (6) grâce auquel les éléments de commande (2, 3) sont mobiles l'un par rapport à l'autre indépendamment de l'entrée de valeur de consigne au niveau de la manette de direction (4), caractérisée en ce que le dispositif d'entraînement (6) comprend un entraînement électrodynamique disposé de manière coaxiale par rapport à la soupape (1) et/ou un moteur pas à pas électrostatique. 2. Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce qüe le dispositif d'entraînement (6) comprend un entraînement électrodynamique rotatif (8). 3. Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif d'entraînement (6) comprend un moteur linéaire électrodynamique sans aimants permanents, un moteur linéaire à courant continu ou un moteur à champ d'ondes progressives. 4. Soupape selon la revendication 3, caractérisée en ce que le dispositif d'entraînement (6) comprend un moteur pas à pas électrodynamique. 5. Soupape selon la revendication 4, caractérisée en ce que le dispositif d'entraînement (6) comprend un moteur pas à pas micrométrique piézoélectrique ou magnétostrictif. 2868381 10 6. Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier élément de commande (2) et le second élément de commande (3) sont mis en rotation en sens inverse et/ou déplacés en translation à l'aide du dispositif d'entraînement (6). 7. Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que la course de coulissement du premier élément de commande (2) par rapport au second élément de commande (3) produite par le dispositif d'entraînement (6) est inférieure à la course de coulissement possible des éléments de commande (2, 3) produite par l'entrée de la valeur de consigne au niveau de la manette de direction (4). 8. Soupape selon la revendication 7, caractérisée en ce que la course de coulissement des éléments de commande (2,3) due au dispositif d'entraînement (6) est limitée de façon à ce que, du fait de l'entrée de la valeur de consigne au niveau de la manette de direction (4), encore au moins la moitié de la pression maximale du fluide sous pression peut être contrôlée. 9. Soupape selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la soupape est une soupape à tiroir rotatif (9) dans laquelle le premier élément de commande (2) est un tiroir rotatif (10) et le second élément de commande (3) est une douille de commande (11), ces deux éléments étant rotatifs l'un par rapport à l'autre, le tiroir rotatif (10) étant relié de manière solidaire en rotation, par l'intermédiaire de l'élément de rappel (5) conçu comme une tige rotative, à la manette de direction (4) et la douille de commande (11) étant reliée à un organe de sortie (14) de la soupape (1) conçu comme un pignon (13), la douille de commande (11) pouvant tourner de manière limitée par rapport à l'organe de sortie (14) à l'aide du dispositif d'entraînement (6). 10. Soupape selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'un rotor (15) ou un stator (16) du dispositif d'entraînement (6) est relié de manière fixe à la douille de commande (11), et un stator (16) ou un rotor (15) du dispositif d'entraînement (6) est relié de manière fixe à l'organe de sortie (14) ou pignon (13). 11. Soupape selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la soupape est une soupape à tiroir rotatif (9) dans laquelle le premier élément de commande (2) est un tiroir rotatif (10) et le second élément de commande (3) est une douille de commande (11), ces deux éléments étant rotatifs l'un par rapport à l'autre, le tiroir rotatif (10) étant relié de manière solidaire en rotation, par l'intermédiaire de l'élément de rappel (5) conçu comme une tige rotative, à la manette de direction (4), et la tige rotative (12) pouvant tourner par rapport au tiroir rotatif (10) à l'aide du dispositif d'entraînement (6). 12. Soupape selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la soupape est une soupape à tiroir rotatif (9) dans laquelle le premier élément de commande (2) est un tiroir rotatif (10) et le second élément de commande (3) est une douille de commande (11), ces deux éléments étant disposés de manière coaxiale et étant rotatifs l'un par rapport à l'autre, le tiroir rotatif (10) étant relié, par l'intermédiaire de l'élément de rappel (5) conçu comme une tige rotative, à la manette de direction (4), et la douille de commande (11) étant reliée de manière rotative à l'organe de sortie (14) de la soupape (1) conçu comme un pignon (13), ce pignon (13) pouvant tourner par rapport à la douille de commande (11) à l'aide du dispositif d'entraînement (6). 13. Soupape selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que le dispositif d'entraînement (6) comprend un train d'engrenages. 14. Soupape selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que le dispositif d'entraînement (6) est un dispositif d'entraînement direct pour les deux éléments de commande (2, 3). 15. Soupape selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisée en ce que le dispositif d'entraînement (6) est fixé à la soupape (1). 16. Soupape selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisée en ce que le dispositif d'entraînement (6) est mobile par rapport à la soupape (1).ou des parties de celle-ci. 17. Soupape selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisée en ce que la soupape (1) fait partie d'une direction assistée hydraulique d'un véhicule utilitaire ou d'un véhicule personnel lourd.