Brevet FR2871770A1 — publié le 20051223

La présente invention concerne un dispositif de direction assistée électrique. Le dispositif de direction à crémaillère et pignon pour réaliser l'introduction d'une force manuelle de braquage provoquée par le braquage d'un élément de direction pour un arbre porte-crémaillère à l'aide d'un arbre porte-pignon inclut des dispositifs de direction assistée électrique pour la production d'une force de braquage auxiliaire générée par un moteur électrique pour un arbre porte-crémaillère. Par exemple, on connaît des dispositifs de direction assistée électriques dit à assistance par crémaillère, qui comprennent un mécanisme de réduction de vitesse incluant un premier pignon conique fixé à un arbre de sortie d'un moteur électrique d'assistance au braquage et un second pignon conique disposé autour d'un arbre porte-crémaillère et engrenant avec le premier pignon conique de sorte qu'une rotation du second pignon conique est transformée en un déplacement axial de l'arbre porte- crémaillère au moyen d'un mécanisme à vis et billes. Ces dernières années, il a été exigé d'avoir un niveau élevé de silence dans les dispositifs de direction assistée électriques. Cependant lorsqu'une charge est appliquée aux premier et second pignons coniques du mécanisme de réduction de vitesse, l'engagement entre les deux pignons coniques (ce qu'on appelle un contact entre dents) est altéré en raison de la flexion des arbres qui supportent les pignons, et les dents elles-mêmes. Il en résulte qu'il se produit l'apparition d'un son anormal en raison de l'apparition d'un glissement d'engagement, ce qui fait apparaît un bruit. C'est pourquoi, en tant que dispositif de direction assistée électrique dit à assistance par pignon, qui prévoit un arbre porte-pignon avec une force d'assistance, on a réalisé un dispositif de direction assistée électrique, pour lequel on obtient une atténuation du son moyennant l'utilisation d'un réducteur de vitesse incluant une vis sans fin et une roue à vis sans fin et en prévoyant une partie de dent formée d'une résine synthétique pour la roue à vis sans fin (voir la demande de modèle d'utilité enregistrée au Japon N 2556890 par exemple). En outre, en tant qu'unité formée de pignons ou d'engrenage hypoides, d'engrenages coniques ou analogues, il était prévu une unité de pignons afin de réduire le bruit moyennant une amélioration du contact des dents, une ou deux composantes directionnelles parmi trois composantes axiales de l'alignement concernant le centre de l'arbre d'un pignon sont décalées d'une quantité de correction prédéterminée (voir la demande de brevet japonais publiée sans examen N H10-38036, par exemple). Dans des pignons coniques, avec seulement un ajustement d'alignement tel que décrit précédemment, l'effet d'un contact amélioré des dents est faible. En outre, le contact des dents peut devenir non uniforme de gauche à droite. Un but de la présente invention est de fournir un dispositif de direction assistée électrique, qui peut fixer un contact approprié entre dents entre des pignons coniques engrenant réciproquement et permet de réduire le bruit. Pour atteindre l'objectif indiqué précédemment, il est prévu un dispositif de direction assistée électrique comprenant: un moteur électrique d'assistance au braquage possédant un arbre de sortie, et un mécanisme de réduction de vitesse, caractérisé en ce que le mécanisme de réduction de vitesse inclut un 35 premier pignon conique réuni à l'arbre de sortie du moteur électrique et un second pignon conique destiné à engrener avec le premier pignon, le premier pignon inclut une pluralité de dents possédant chacune une surface de dent, chaque dent du premier pignon inclut une partie d'extrémité relativement petite et une partie d'extrémité relativement grande qui sont disposées réciproquement en vis-à-vis dans une direction de la largeur de dent, le second pignon inclut une pluralité de dents possédant chacune une surface de dent, chaque dent du second pignon inclut une partie d'extrémité relativement petite et une partie d'extrémité relativement grande, disposées en vis-à-vis dans une direction de la largeur des dents, les surfaces de dents du premier pignon et du second pignon, qui se correspondent mutuellement, comprennent chacune des zones d'engagement destinées à engrener réciproquement, une position centrale dans la direction de la largeur de dent de la région d'engagement de chaque surface de dent du premier pignon dans l'état non chargé est décalée d'une première quantité de décalage par rapport à une position centrale dans la direction de la largeur de dent de la surface de dent du premier pignon en direction de la partie d'extrémité relativement petite de la dent du premier pignon, et une position centrale dans la direction de la largeur de dent de la région d'engagement de chaque surface de dent du second pignon dans un état non chargé est décalée, d'une seconde quantité de décalage, par rapport à une position centrale dans la direction de la largeur de dent de la surface de dent du second pignon à la partie d'extrémité relativement petite de la dent du second pignon. Dans le présent dispositif, dans un état chargé dans lequel les premier et second pignons transmettent réellement un couple, les positions médianes de région d'engagement peuvent être alignés d'une manière générale avec des positions médianes dans le sens de la largeur des dent. De ce fait, on peut obtenir une condition d'engrènement appropriée. Il en résulte qu'un son anormal dû à un glissement d'engrènement des deux pignons pendant la transmission d'un couple peut être supprimé, ce qui réduit le bruit. Selon une autre caractéristique de l'invention, la première quantité de décalage se situe dans une gamme de 10 à 30 % de la largeur de dent du premier pignon. Selon une autre caractéristique de l'invention, la seconde quantité de décalage se situe dans une gamme de 10 à 30 % de la largeur de dent du second pignon. Selon une autre caractéristique de l'invention, une longueur dans la direction de la largeur de dent de la région d'engagement de chaque surface de dent du premier pignon dans l'état déchargé se situe dans une gamme de 20 à 70 % de la largeur de dent du premier pignon. Selon une autre caractéristique de l'invention, une longueur dans la direction de la largeur de dent de la région d'engagement de chaque surface de dent du second pignon dans l'état non chargé se situe dans une gamme de 20 à 70 % de la largeur de dent du premier pignon. Selon une autre caractéristique de l'invention, une longueur dans une direction de hauteur de dent de la région d'engagement de chaque surface de dent du premier pignon dans l'état non chargé se situe dans une gamme de 30 à 70 % de la hauteur de dent du premier pignon. Selon une autre caractéristique de l'invention, une longueur dans la direction de hauteur de dent de la région d'engagement de chaque surface de dent du second pignon dans l'état non chargé se situe dans une gamme de 30 35 à 70 % de la hauteur de dent du second pignon. Selon une autre caractéristique de l'invention, les premier et second pignons incluent chacun un pignon conique, ces pignons engrenant ensemble. Selon une autre caractéristique de l'invention, le pignon conique inclut un pignon conique hélicoïdal. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention, ressortiront de la description donnée ci-après, prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe schématique montrant un agencement schématique d'un dispositif de direction assisté électrique d'une forme de réalisation de la présente invention; - la figure 2 est une vue en perspective 15 schématique d'un premier pignon conique; et - la figure 3 est une vue en perspective schématique d'un second pignon conique. On va décrire ci-après une forme de réalisation préférée dé la présente invention en référence aux dessins annexés. La figure 1 est une vue schématique montrant un agencement d'ensemble d'un dispositif de direction assistée électrique correspondant à une forme de réalisation de la présente invention. En référence à la figure 1, le dispositif de direction assistée électrique (EPS) 1 comprend un arbre de direction 3 qui réunit un élément de direction 2 constitué par un volant de direction ou analogue, un arbre intermédiaire 5 réuni à l'arbre de direction 3 par l'intermédiaire d'un joint universel 4, un arbre porte-pignon 7 réuni à l'arbre intermédiaire 5 par l'intermédiaire d'un joint universel 6, et un arbre porte-crémaillère 10 sous la forme d'un arbre de direction qui s'étend vers les directions de gauche et de droite d'un véhicule, tout en comportant des dents 9 de crémaillère engrenant avec un pignon 8 prévu sur une partie d'extrémité avant de cet arbre porte-pignon 7. Les bielles de direction 11 sont couplées respectivement à une paire de parties d'extrémité de l'arbre porte-crémaillère 10. Chaque bielle 11 est réunie à une roue correspondante 13 par l'intermédiaire d'un bras de manivelle correspondant 12. L'arbre porte-crémaillère 10 est supporté de manière à pouvoir être décalé librement dans la direction axiale par un boîtier de crémaillère 14 par l'intermédiaire d'un palier non représenté. Bien que ceci ne soit pas représenté, l'unité de support de l'arbre portecrémaillère est prévue sur un côté situé à l'opposé du pignon 8 au travers de l'arbre porte-crémaillère 10. Cette unité de support de l'arbre porte-crémaillère limite la rotation de l'arbre porte-crémaillère 10 tout en permettant un décalage axial de l'arbre porte-crémaillère 10 et également repousse l'arbre porte-crémaillère 10 vers le pignon 8 de manière à réduire le jeu d'engrènement entre l'arbre porte-crémaillère 10 et le pignon 8. Lorsque l'arbre de direction 3 tourne sous l'effet de l'actionnement de l'élément de direction 2, cette rotation est transformée par le pignon 8 et les dents 9 de la crémaillère en un déplacement linéaire de l'arbre porte-crémaillère 10 dans la direction de gauche et dans la direction de droite d'un véhicule. De ce fait, on obtient un braquage des roues 13. L'arbre de direction 3 est divisé en un arbre d'entrée 3a raccordé à l'élément de direction 2 et un arbre de sortie 3b servant d'arbre mené qui est raccordé à l'arbre porte-pignon 7 et l'arbre d'entrée 3a et l'arbre de sortie 3b sont réunis l'un à l'autre sur une ligne d'axe identique par l'intermédiaire d'une barre de torsion 15. Il est prévu un capteur de couple 16 servant à détecter un couple de braquage sur la base d'une quantité de déplacement relatif en rotation entre l'arbre d'entrée 3a et l'arbre de sortie 3b au moyen de la barre de torsion 15, et le résultat de la détection d'un couple par le capteur de couple 16 et le résultat d'une détection de la vitesse du véhicule fourni par un capteur 17 de la vitesse du véhicule sont envoyés à une section de commande 18 constitué par exemple par une unité de commande électronique (ECU). La section de commande 18 surveille l'activation d'un moteur électrique d'assistance au braquage 20 sur la base des résultats d'une détection de couple et sur la base des résultats d'une détection de la vitesse du véhicule par l'intermédiaire d'un circuit d'activation de commande 19. Une rotation de sortie du moteur électrique 20 est transformée en un déplacement axial de l'arbre porte-crémaillère 10 par l'intermédiaire d'un mécanisme de réduction de vitesse 23 incluant par exemple des premier et second pignons coniques 21 et 22 et un mécanisme de transformation 24 constitué par exemple par un mécanisme à vis et billes, et il en résulte qu'on obtient une assistance au braquage. Les premier et second pignons coniques 21 et 22 sont formés chacun d'un pignon conique hélicoïdal. Concrètement, une partie filetée 25 est formée dans une partie intermédiaire de l'arbre porte-crémaillère 10 et la circonférence de cette partie filetée 25 est entourée concentriquement par un tube rotatif 26 constitué par un écrou à billes. Le tube rotatif 26 est supporté sur le boîtier de crémaillère 14 par l'intermédiaire d'une paire de paliers 26 et 28 et est également limité, par les paliers 27 et 28 vis-à-vis de tout décalage dans une direction d'axe correspondante. Une pluralité d'éléments roulants 29 tels que des billes sont intercalés entre une gorge de filetage hélicoïdale 25b d'une circonférence extérieure 25a de la partie filetée 25 et une gorge filetée hélicoïdale 26b d'une circonférence intérieure 26a du tube rotatif 26, et le tube rotatif 26 est vissé à la partie filetée 25 moyennant l'interposition des éléments roulants 29. En outre, les éléments rouleaux 29 circulent dans les gorges de filetage 25b et 26b au moyen d'un mécanisme non représenté, bien connu dans cette technique. Un boîtier intérieur 30 du moteur électrique 20 est fixé à une partie d'extrémité d'un boîtier d'accouplement cylindrique 31, qui est couplé au boîtier 14 de la crémaillère selon une disposition croisée. L'arbre de sortie 32 du moteur électrique 20 est supporté de manière à pouvoir tourner librement par le boîtier d'accouplement 31 par l'intermédiaire d'une paire de paliers 33 et 34. Le premier pignon conique 21 du mécanisme de réduction de vitesse 23 est fixé à l'extrémité avant de l'arbre de sortie 32 de manière qu'ils puissent tourner d'un seul tenant. En outre, le second pignon conique 22 est fixé à une circonférence extérieure 26c du tube rotatif 26 de manière qu'il puisse tourner d'un seul tenant. Un angle de croisement A entre une ligne d'axe de rotation 210 du premier pignon conique 21 et une ligne d'axe de rotation 220 du second pignon conique 22 est réglé égal à 20 degrés ou plus mais est inférieur à 90 degrés. Ci-après, la figure 2 est une vue en perspective schématique d'une dent 40 du premier pignon conique 21, sur laquelle des régions d'engagement (région de contact) B, dans lesquelles le premier pignon conique 21 engrène avec le second pignon conique 22 dans un état non chargé, sont représentés avec des hachures. En référence à la figure 2, la dent 40 du premier pignon conique 21 possède une petite extrémité 41 et une grande extrémité 42. Une position centrale BO dans la direction Xl de la largeur de la dent, de la région d'engagement B, qui est disposée sur une surface 43 de dent de la dent 40 du premier pignon conique 21 à l'état non chargé, est décalée d'une quantité de décalage prédéterminée el à partir d'une position centrale Cl, dans la direction Xl de la largeur de la dent, de la surface de dent 43 de la dent dans son ensemble, en direction de la petite extrémité 41. Il est préférable que cette quantité de décalage 5 et soit située dans une gamme de 10 à 30 % d'une largeur W1 de la dent 40 (c'est-à-dire que la relation 0, 1.W1 En outre, il est préférable qu'une longueur totale BW dans la direction Xl de la largeur de dent de la région d'engagement B à l'état non chargé se situe dans une gamme de 20 à 70 % de la largeur Wi de la dent (c'est-àdire que la relation 0,2.W1 En outre, il est préférence qu'une longueur totale BT dans la direction Y1 de la hauteur des dents de la région d'engrènement B à l'état non chargé se situe dans une gamme de 30 à 70 % d'une quantité P1 de hauteur de la dent 40 (c'est-à-dire que la relation 0,3.T1 Ci-après, la figure 3 représente une vue en perspective d'une dent 50 du second pignon conique 22, dans lequel des régions d'engagement (régions de contact D), dans lesquelles le second pignon conique 22 engrène avec le premier pignon conique 21 dans son état non chargé, sont représentées avec des hachures. En référence à la figure 3, la dent 50 du second pignon conique 22 possède une petite extrémité 51 et une grande extrémité 52. Une position centrale DO dans le sens X2 de la largeur de dent de la région d'engagement D, qui est disposée sur une surface 53 de la dent 50 du second pignon conique 22 dans l'état non chargé, est décalée d'une quantité de décalage prédéterminée e2 par rapport à une position médiane C2 dans la direction X2 de la largeur de dent de la surface 53 de la dent dans son ensemble, en direction de la petite extrémité 51. Il est préférable que cette quantité de décalage e2 soit située dans la gamme de 10 à 30 % d'une largeur W2 de la dent 50 (c'est-à-dire que la relation O,l.W2 En outre, il est préférable qu'une longueur totale DW dans la direction X2 de la largeur de dent de la région d'engagement D à l'état non chargé se situe dans une gamme de 20 à 70 % de la largeur W2 de la dent (c'est-àdire que la relation 0,2.W2 En outre, il est préférence qu'une longueur totale DT dans une direction Y2 de la hauteur de dent de la région d'engagement D à l'état non chargé se situe dans une gamme de 30 à 70 % d'une quantité T2 de hauteur de la dent 50 (c'est-à-dire que la relation 0,3.T2 Conformément à la présente forme de réalisation, dans un état chargé dans lequel les premier et second pignons coniques 21 et 22 transmettent réellement un couple, lorsqu'un fléchissement de l'arbre de sortie 32 et de l'arbre porte-crémaillère 10 se produit, le décalage avec les quantités de décalage décrites précédemment el et e2 et éliminé, et les positions médianes BO et DO des régions d'engagement B et D des pignons coniques 21 et 22 sont alignées d'une manière générale avec des positions centrales Cl et C2 dans le sens des largeurs des dents correspondantes 40 et 50 respectivement. De ce fait, on peut obtenir une condition d'engagement appropriée, dans un état chargé. Il en résulte que le son normal dû au glissement d'engagement des deux pignons coniques 21 et 22 pendant la transmission de couple peut être supprimé, ce qui réduit fortement le bruit. En particulier, étant donné que les quantités de décalage el et e2 indiquées précédemment ont été réglées respectivement dans des gammes de 10 à 30 % des largeurs de dents correspondantes W1 et W2, il devient possible dans un état chargé, de disposer de façon fixe des positions d'engagement des deux pignons coniques 21 et 22 dans des positions appropriées. En effet, lorsque des quantités de décalage el et e2 sont inférieures à 10 % ou supérieures à 30 % des largeurs de dents correspondantes Wl et W2, il peut ne pas être possible que les positions centrales BO et DO des régions d'engagement soient alignées avec les positions centrales Cl et C2 des largeurs des dents dans un état chargé. C'est pourquoi les quantités de décalage el et e2 ont été réglées respectivement dans les gammes de 10 à 30 % des largeurs de dents correspondantes Wl et W2. En outre, étant donné que les largeurs globales BW et DW dans les directions Xl et X2 des largeurs de dent des régions d'engagement B et D des pignons coniques 21 et 22 dans un état non chargé ont été réglées respectivement dans les gammes de 20 à 70 % des largeurs de dents correspondantes W1 et W2 des surfaces 43 et 53 globalement pour les dents respectivement correspondantes 40 et 50, des longueurs suffisantes d'engagement peuvent être garanties pour réduire de façon supplémentaire l'apparition d'un son anormal de glissement. Ici, lorsque les longueurs globales BW et DW indiquées précédemment dépassent 70 % des largeurs de dent correspondantes W1 et W2, il se pose un problème consistant en ce que les positions centrales BO et DO des régions d'engagement ne peuvent pas être alignées avec les positions centrales Cl et C2 et les largeurs de dent dans un état chargé. Par conséquent, les longueurs globales BW et DW ont été réglées inférieures ou égale à 70 % des largeurs des dents W1 et W2. Dans la forme de réalisation décrite précédemment, grâce à l'utilisation de dents hélicoïdales pour former les dents 40 et 50 des premier et second pignons coniques 21 et 22, un rapport de contact peut être amélioré afin de réduire de façon supplémentaire le bruit. En outre, avec des dents hélicoïdales, on peut obtenir des pignons de haute précision. Les dents hélicoïdales sont de préférence utilisées notamment en raison du fait que ces effets peuvent être atteints sans modification des structures périphériques, Les processus de raccordement ou analogue. Ici, la présente invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite précédemment et au contraire par exemple les pignons coniques peuvent être des pignons hypoïdes. En outre, en tant que mécanisme de transformation de déplacement 24, on peut utiliser un mécanisme à vis formant palier, bien connu dans cette technique à la place du mécanisme à vis et billes décrit précédemment. Comme cela a été décrit précédemment, on a décrit de façon détaillée une forme de réalisation concrète de la présente invention, et un spécialiste de la technique, qui a compris le but de la description donnée précédemment, imaginera aisément des variantes, des changements et des solutions équivalentes. REVENDICATIONS 1. Dispositif de direction assistée électrique (1) comprenant: un moteur électrique d'assistance au braquage (20) possédant un arbre de sortie (32), et un mécanisme de réduction de vitesse (23), caractérisé en ce que le mécanisme de réduction de vitesse (23) inclut un premier pignon conique (21) réuni à l'arbre de sortie (32) du moteur électrique (20) et un second pignon conique (22) destiné à engrener avec le premier pignon (21), le premier pignon (21) inclut une pluralité de dents (40) possédant chacune une surface de dent (43), chaque dent (40) du premier pignon (21) inclut une partie d'extrémité relativement petite (41) et une partie d'extrémité relativement grande (42), qui sont disposées réciproquement en vis-à-vis dans une direction (Xl) de la largeur de dent, le second pignon (22) inclut une pluralité de dents (50) possédant chacun une surface de dent (53), chaque dent (50) du second pignon (22) inclut une partie d'extrémité relativement petite (51) et une partie d'extrémité relativement grande (52) disposées en vis-à-vis dans une direction (X2) de la largeur des dents, les surfaces de dent (43; 53), du premier pignon (21) et du second pignon (22) qui se correspondent mutuellement, comprennent chacune des zones d'engagement (B; D) destinées à engrener réciproquement, une position centrale (BO) dans la direction (Xl) de la largeur de dent de la région d'engagement (B) de chaque surface de dent (43) du premier pignon (21) dans l'état non chargé est décalée d'une première quantité de décalage (el) par rapport à une position centrale (Cl) dans la direction (Xl) de la largeur de dent de la surface de dent (43) du premier pignon (21) en direction de la partie d'extrémité relativement petite (41) de la dent (40) du premier pignon (21), et une position centrale (DO) dans la direction (X2) de la largeur de dent de la région d'engagement (D) de chaque surface (53) de dent du second pignon (22) dans un état non chargé est décalée, d'une seconde quantité de décalage (e2), par rapport à une position centrale (Cl) dans la direction (X2) de la largeur de dent de la surface (53) de dent du second pignon (22) à la partie d'extrémité relativement petite (51) de la dent (50) du second pignon (22). 2. Dispositif de direction assistée électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première quantité de décalage (el) se situe dans une gamme de 10 à 30 % de la largeur (W1) de dent du premier pignon (21). 3. Dispositif de direction assistée électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde quantité de décalage (e2) se situe dans une gamme de 10 à 30 % de la largeur (W1) de dent du second pignon (22). 4. Dispositif de direction assistée électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une longueur (BW) dans la direction (X) de la largeur de dent de la région d'engagement (B) de chaque surface (43) des dents du premier pignon (21) dans l'état déchargé se situe dans une gamme de 20 à 70 % de la largeur (W1) des dents du premier pignon (21). 5. Dispositif de direction assistée électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une longueur (DW) dans la direction (X2) de la largeur de dent de la région d'engagement (D) de chaque surface (43) de dent du second pignon (22) dans un état non chargé se situe dans une gamme de 20 à 70 % de la largeur (W2) de dent du premier pignon (22). 6. Dispositif de direction assistée électrique 35 selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une longueur (BT) dans une direction (Y1) de hauteur de dent de la région d'engagement (B) de chaque surface (43) de dent du premier pignon (21) dans l'état non chargé se situe dans une gamme de 30 à 70 % de la hauteur (Ti) de dent du premier pignon (21). 7. Dispositif de direction assistée électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une longueur (DT) dans la direction (Y2) de hauteur de dent de la région d'engagement (D) de chaque surface (43) de dent du second pignon (22) dans l'état non chargé se situe dans une gamme de 30 à 70 % de la hauteur (T2) de dent du second pignon (22) . 8. Dispositif de direction assistée électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premier et second pignons (21; 22) incluent chacun un pignon conique (21; 22), ces pignons engrenant ensemble. 9. Dispositif de direction assistée électrique selon la revendication 8, caractérisé en ce que le pignon conique (21; 22) inclut un pignon conique hélicoïdal (21; 22).