Brevet FR2871129A1 — publié le 20051209

La présente invention concerne, de façon générale, les systèmes de direction dits "à crémaillère" utilisés sur les véhicules automobiles, et s'intéresse en particulier à un dispositif de guidage de la crémaillère. En se référant à la figure 1, il est d'abord rappelé que, dans la plupart des systèmes de direction des véhicules automobiles, un pignon de direction 3 est lié en rotation avec la colonne de direction 8, manoeuvrée à l'aide du volant de conduite 9 du véhicule, le pignon 3 venant en prise avec une crémaillère 2 montée coulissante en direction longitudinale dans un carter tubulaire de direction 1, et guidée par un palier de guidage 13 solidaire d'une extrémité du carter 1, en particulier l'extrémité la plus éloignée du pignon 3. Les deux extrémités opposées de la crémaillère 2, extérieures au carter 1, sont accouplées à des biellettes de direction 6 et 7 associées respectivement aux roues directrices gauche 4 et droite 5 du véhicule. Ainsi, la rotation du volant 9 dans un sens ou dans l'autre, donc la rotation correspondante du pignon de direction 3, est convertie en une translation correspondante de la crémaillère 2 qui, par l'intermédiaire des biellettes 6 et 7, provoque elle-même l'orientation des roues directrices 4 et 5 du véhicule, pour un braquage à droite ou à gauche. Aujourd'hui, un véhicule automobile doit satisfaire à de nombreux critères de sécurité et de confort, parmi lesquels la stabilité du véhicule en ligne droite, et le centrage de la direction. Ces deux critères peuvent d'ailleurs être ramenés à un seul critère dénommé "clavetage". Par stabilité en ligne droite, on entend la capacité du véhicule à garder son cap malgré des perturbations comme le vent, une route de profil transversal incliné... Par centrage de la direction, on entend un état de la direction, dans lequel les deux roues sont, soit parallèles à la direction d'avancement du véhicule, soit inclinées d'un même angle par rapport à la direction d'avancement du véhicule et de manière symétrique dans un plan horizontal du véhicule on parle en ce cas de "pince" des roues. Ces deux critères assurent une trajectoire rectiligne au véhicule tant qu'aucune commande de braquage n'est transmise par le volant. Ainsi sont épargnés au conducteur la fatigue et le danger dus à des corrections répétées de cap. Le "clavetage" de la direction est usuellement assuré par le train avant du véhicule, qui, de par sa géométrie, tend à ramener systématiquement les roues dans leur position "ligne droite", dite position "point milieu". Un certain niveau de frottement au sein du système peut également empêcher la direction de quitter son "point milieu". Ces solutions présentent toutefois certains inconvénients. Sur la plupart des véhicules, le rappel du train avant est moins efficace à l'approche du point "milieu" et n'assure pas complètement le retour des roues en position "point milieu". En outre, le fait d'accroître le niveau de frottement global de la direction la rend imprécise et floue, car cela amortit les remontées d'efforts provenant de la route, qui sont pourtant nécessaires à une bonne conduite du véhicule, et réduit par conséquent le ressenti au volant. La présente invention vise à pallier aux inconvénients de ces solutions, en fournissant un dispositif de guidage de crémaillère qui garantisse une direction précise, centrée et stable au "point milieu", et qui préserve le ressenti au volant. A cet effet, la présente invention a essentiellement pour objet un dispositif de guidage de crémaillère pour direction à crémaillère de véhicule automobile, comprenant au moins un palier de guidage de la crémaillère, prévu pour être monté dans le carter de direction, le corps du palier de guidage étant pourvu d'un évidement radial logeant un ressort qui applique un organe roulant, notamment une bille, sur une zone de guidage formée sur la crémaillère, et en particulier, en position "point milieu" de la direction, sur un creux en forme de double rampe ménagé sur une fraction de longueur de la zone de guidage de la crémaillère. Ainsi, l'idée inventive consiste à ménager un creux en forme de double rampe sur une fraction de longueur d'une zone de guidage formée sur la crémaillère, de manière à créer ainsi, sur la crémaillère, une singularité de la surface d'appui pour un organe roulant du palier de guidage. En position "point milieu" de la direction, le creux en forme de double rampe reçoit l'organe roulant. Les rampes forment alors, de part et d'autre du point "milieu", un obstacle au déplacement de la crémaillère, obstacle que ressent clairement le conducteur du véhicule en essayant de tourner le volant. Le profil du creux en forme de double rampe est avantageusement un profil symétrique de forme semi-elliptique ou en arc de cercle prévu pour recevoir l'organe roulant, et de longueur proche du diamètre de l'organe roulant. De manière générale, l'effort à fournir pour déplacer la crémaillère de part et d'autre du "p-oint-Milieu" dépend de la forme et des dimensions du profil de la double rampe, mais également du diamètre de l'organe roulant, de l'effort appliqué par le ressort sur l'organe roulant, de la raideur du ressort, du coefficient de frottement entre la crémaillère et l'organe roulant, etc... toute modulation de ces différents paramètres étant envisageable sans sortir du cadre de l'invention. L'invention sera de toute façon mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple, une forme d'exécution de ce dispositif de guidage de crémaillère pour direction de véhicule automobile, où : - la figure 1 (déjà citée) représente une direction à crémaillère de véhicule automobile en position "point milieu", et pourvue d'un dispositif de guidage selon l'invention - la figure 2 est un schéma de principe du dispositif de guidage de la figure 1 - la figure 3 est un schéma détaillant les interactions dans ce même dispositif de guidage. Comme indiqué en figure 2, la crémaillère 2 présente une section nominale globalement circulaire dans une zone de guidage 12, montée coulissante au travers d'une ouverture centrale, de section également circulaire et de diamètre correspondants, ménagée dans le palier de guidage 13. Un évidement radial 14 est réalisé dans le corps du palier de guidage 13, et débouche dans l'ouverture centrale du palier 13. L'évidement 14 forme un logement pour un ressort 17 qui applique une bille 16 sur la zone de guidage 12. La zone de guidage 12 présente, sur une fraction de longueur, une section non circulaire qui résulte d'un creux 15 ménagé sur la surface d'appui de la bille 16. Le creux 15 présente un profil semi-elliptique délimité par deux rampes symétriques, et sa position axiale sur la zone de guidage 12 est choisie de manière à recevoir la bille 16 en position "point milieu" de la direction. Les rampes forment alors, de part et d'autre du "point milieu", un obstacle au déplacement de la crémaillère 2. Comme le montre la figure 3, le ressort 17 exerce une force Fz sur la bille 16, en fonction d'un coefficient de raideur K du ressort 17 et d'un déplacement vertical z(x) de la bille 16 selon l'axe du ressort 17: la force Fz est donnée par la formule Fz (z(x)) = Fz (0) + K z(x). En réaction, la surface du creux 15 exerce une force Fr sur la bille 16, en son point de tangente, selon un angle d'inclinaison a par rapport à l'axe du ressort 17 - l'angle a varie selon la position géométrique de la bille 16 sur le profil du creux 15. La force Fr peut se décomposer en une force Fx' dans la direction axiale de la crémaillère 2 et en une force Fz' opposée à la force Fz (Fz' = Fz). L'effort Fx' nécessaire au déplacement axial de la crémaillère 2 dépend bien entendu de la géométrie du creux 15, notamment de l'inclinaison de ses rampes, mais aussi des forces de frottement sur la crémaillère 2: ainsi, p étant un coefficient de frottement avec la bille 16, et Fcoul une force de frottement de coulissement contre diverses pièces frottantes de la direction, la force Fx' peut être formulée comme suit: Fx' = Fcoul + Fz É tan a + Fz p. L'invention constitue par conséquent un perfectionnement très appréciable par rapport à l'état de la technique, car elle multiplie les paramètres de contrôle de l'effort Fx'. En effet, pour une direction réalisée selon l'état de l'art, le seul paramètre de contrôle est l'effort de frottement de coulissement de la crémaillère 2 contre le palier de guidage 13. Dans le cas d'une direction réalisée selon l'invention, il est désormais possible de jouer en outre sur l'angle a d'inclinaison locale du profil du creux 15, les dimensions de la bille 16 et du creux 15, l'effort et la raideur du ressort 17, etc... pour rendre la direction plus stable en "point milieu", car moins sensible aux chocs provenant de la route, à une route en dévers, au vent.. . et créer un véritable ressenti du "point milieu" pour le conducteur. D'autre part, l'invention permet de garder le frottement global de la direction à un niveau raisonnable car elle substitue, en partie, à l'habituel frottement de glissement, un frottement - moindre - de roulement entre la zone de guidage 12 et le palier de guidage 13, de sorte que les remontées d'efforts provenant du train du véhicule sont moins filtrées et assurent ainsi, en particulier en courbe, un ressenti précis du comportement du véhicule et de l'état de la route. Bien entendu, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce dispositif de guidage de crémaillère qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple; 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 détails de forme du creux à double rampe 15 ou du palier de guidage 13, ou en destinant ce dispositif de guidage à des directions à crémaillère de tout type, qu'il s'agisse notamment de directions manuelles ou de directions assistées, telle que des directions assistées hydrauliques ou électriques. REVENDICATIONS 1 Dispositif de guidage de crémaillère, pour direction à crémaillère de véhicule automobile, comprenant au moins un palier de guidage (13) de la crémaillère (2), prévu pour être monté dans un carter de direction (1), caractérisé en ce que le corps du palier de guidage (13) est pourvu d'un évidement radial (14) logeant un ressort (17) qui applique un organe roulant, notamment une bille (16), sur une zone de guidage (12) formée sur la crémaillère (2), et en particulier, en position "point milieu" de la direction, sur un creux en forme de double rampe (15) ménagé sur une fraction de longueur de la zone de guidage (12) de la crémaillère (2). 2 Dispositif de guidage de crémaillère selon la revendication 1, caractérisé en ce que le profil du creux en forme de double rampe (15) est un profil symétrique de forme semi-elliptique ou en arc de cercle prévu pour recevoir l'organe roulant (16), et de longueur proche du diamètre de l'organe roulant (16).