Brevet FR2865448A1 — publié le 20050729

COLONNE DE DIRECTION L'invention concerne une colonne de direction pour un véhicule automobile, qui est reliée au moins indirectement à un porte- instruments. A l'agencement constitué par la colonne de direction et par le porte-instruments est associé un système actif pour l'amortissement d'oscillations, dans lequel sont prévus des éléments piézoélectriques dans la zone d'attachement entre les montants A et le profilé porteur du porte-instruments ainsi que dans la zone d'attachement entre la colonne l 0 de direction et le profilé porteur. On connaît du document DE 101 12 738 Cl un porte-instruments comportant un système actif pour l'amortissement d'oscillations. Dans ce cas, des éléments piézoélectriques sont positionnés dans la zone l.5 d'attachement entre les montants A et le profilé porteur du porte-instruments ainsi que dans la zone d'attachement de la colonne de direction sur le profilé porteur. En cas d'apparition d'une oscillation du porte-instruments pendant la circulation, celle-ci est détectée par voie sensorielle et amortie par une oscillation de compensation générée par voie active. Cette proposition est nouvelle et contribue à une nette amélioration du comportement au roulement et du confort au roulement. En partant de l'état de la technique, l'objectif sous-jacent à l'invention est de proposer une colonne de direction qui permet une autre amélioration de l'amortissement d'oscillations au niveau d'un véhicule automobile, en particulier dans la zone du tableau de bord. Conformément à l'invention, cet objectif est atteint par une colonne de direction qui est subdivisée, les deux parties de la colonne de direction étant couplées par un corps d'amortissement avec intégration d'éléments piézoélectriques. Conformément à l'invention, le corps d'amortissement se trouve dans la colonne de direction. Grâce aux éléments piézoélectriques intégrés, on 2865448 2 peut s'opposer de façon active à des oscillations appliquées. En particulier, au moyen des éléments piézoélectriques, on peut amortir de façon active des oscillations suivant l'axe longitudinal de la colonne de direction et ainsi également suivant l'axe longitudinal du véhicule automobile (direction X) ainsi que des oscillations de rotation. Étant donné que pendant la circulation la majeure partie des oscillations qui apparaissent s'appliquent via la colonne de direction et sont transmises au tableau de bord, un amortissement d'oscillations à l'intérieur de la colonne de direction, donc à l'endroit de la naissance ou de la transmission des oscillations, est particulièrement efficace. Dans ce cas, on peut obtenir l'amortissement d'oscillations de manière avantageuse sur le plan technique avec le moindre effort possible. En combinaison avec les éléments piézoélectriques positionnés sur le porte-instruments, on peut obtenir un amortissement d'oscillations dans toutes les directions spatiales (direction X, Y, Z) ainsi qu'un amortissement des oscillations de rotation. Pour une compensation d'oscillations en direction longitudinale du porte-instruments (direction Y) et en direction verticale (direction Z), on positionne des éléments piézoélectriques dans la zone d'attachement de la colonne de direction sur le profilé porteur du porte-instruments. De plus, on prévoit des éléments piézoélectriques dans la zone d'attachement entre les montants A et le profilé porteur, grâce à quoi on peut également assurer un amortissement d'oscillations en direction Y. Étant donné que conformément à l'invention, on permet une régulation des oscillations dans le sens de la colonne de direction (direction X) et une régulation des oscillations de rotation dans le sens de rotation du volant, on peut nettement réduire la charge totale dans le véhicule automobile. En particulier, les oscillations dues à des excitations du train de roulement ou à des excitations du moteur sont annulées presque complètement. Ceci mène à une amélioration du comportement et du confort de conduite. De même, on peut concevoir divers composants, par exemple le profilé porteur du porte- instruments, mais également des pièces rapportées et des montures, avec une structure plus simple et un poids plus léger. De plus, on peut réduire le surdimensionnement habituel jusqu'à présent de composants de la carrosserie prévu pour s'opposer à 2865448 3 la charge des oscillations. De plus, on peut renoncer au moins en partie à des mesures de rigidification de la carrosserie. Conformément à l'invention, le corps (l'amortissement comprend deux moitiés de couplage entre lesquelles sont intégrés des éléments piézoélectriques agissant en direction longitudinale de la colonne de direction, et des éléments piézoélectriques agissant en direction périphérique de la colonne de direction. Dans cette réalisation, on obtient une compensation particulièrement efficace des oscillations. La transmission des bruits de structure est interrompue de façon ciblée dans la colonne de direction. C'est ici que l'action des éléments piézoélectriques est la plus efficace. Les éléments piézoélectriques agencés dans le corps d'amortissement assurent une réaction rapide à des signaux de commande générés et une compensation active des oscillations. Pour la régulation d'oscillations dans le sens de la colonne de direction (direction X) et pour la régulation des oscillations de rotation dans le sens de rotation du volant, les éléments piézoélectriques sont logés de façon combinée dans le corps d'amortissement. Le corps d'amortissement se trouve entre la partie supérieure et la partie inférieure de la colonne de direction. Sur le plan structurel, il est conçu de manière à assurer un couplage fiable des parties de colonne de direction et à empêcher une entrave de la capacité de braquage. La part d'oscillations à haute fréquence aussi bien dans le sens longitudinal de la colonne de direction que la part à haute fréquence des oscillations de rotation sont annulées par régulation ou compensées par voie active de manière très efficace par les éléments piézoélectriques à proximité de :30 l'endroit de leur naissance. Pour mesurer les oscillations appliquées dans toutes les directions spatiales tout comme les oscillations de rotation, on prévoit des détecteurs. Ceux-ci sont reliés à un régulateur qui coopère avec les éléments piézoélectriques. 2865448 4 Au moyen d'un algorithme de régulation correspondant avec lequel s'effectue une évaluation des données saisies en prenant en compte des valeurs de consigne déposées, on procède alors à une régulation active des oscillations. Les données saisies via les détecteurs sont transmises au régulateur. Le régulateur envoie un signal déphasé, adapté aux éléments piézoélectriques individuels, à ceux-ci. En raison de l'excitation par le régulateur les éléments piézoélectriques se mettent à osciller et s'opposent aux bruits de structure appliqués, dont résulte une compensation des oscillations indésirées. De préférence, on utilise des éléments piézoélectriques sous forme d'actionneurs piézocéramiques empilés. Dans les actionneurs empilés s'effectue une transformation d'énergie électrique en énergie mécanique sans déplacement de composants. Ceci assure une réaction très rapide 1.5 ainsi qu'une longue durée de vie des composants. Le principe des actionneurs empilés est basé sur le fait que les cristaux noyés dans ceuxci modifient leur forme sous l'influence d'un champ électrique. Ceci permet une excitation active des actionneurs par le régulateur ainsi que la génération d'une oscillation antagoniste ou de compensation entre les composants respectifs. Par exemple, des actionneurs empilés de céramiques mélangées de plomb, zirconate, titanate procurent des propriétés très bonnes pour la pratique. Celles-ci possèdent une haute activité électromécanique, c'est-à-dire qu'elles ont une capacité de modification de longueur/épaisseur relativement élevée lors de l'application d'une tension électrique. L'invention sera décrite plus en détail dans ce qui suit en se rapportant à un exemple de réalisation illustré dans les dessins. Les figures montrent: - figure 1, une vue latérale d'une colonne de direction en illustration fortement simplifiée sur le plan technique; - figure 2, une vue d'un porte-instruments également fortement simplifiée sur le plan technique; - figure 3, une coupe transversale à travers le corps d'amortissement selon la figure 1; et 2865448 5 - figure 4, une coupe à travers l'illustration de la figure 3 suivant la ligne A-A. La figure 1 montre une colonne de direction 1 pour un véhicule automobile. La colonne de direction 1 est reliée à un porte-instruments 2 indirectement via une fixation de colonne de direction 3 supérieure et via une fixation de colonne de direction 4 inférieure. La colonne de direction 1 est réalisée subdivisée et comprend une partie supérieure de colonne de direction 5 et une partie inférieure de colonne de direction 6 qui sont couplées par un corps d'amortissement 7. Le volant est désigné par la référence 8 dans la figure 1. Comme on le voit dans la figure 2, le porte-instruments 2 s'étend dans le véhicule automobile entre les montants A 9, 10, illustrés ici uniquement symboliquement, de la carrosserie du véhicule automobile, transversalement à la direction de circulation. Le porte-instruments 2 comprend un profilé porteur creux 11 qui porte le tableau de bord et qui sert à monter ou à fixer différents composants du véhicule, tels que par exemple l'installation de chauffage ou de climatisation, l'airbag, la console médiane, la boîte à fusibles ou la boîte à gants. A titre d'exemple, la figure 2 illustre une monture d'airbag 12 ainsi qu'un module d'installation de climatisation 13. Au profilé porteur 11 est associé un système actif pour l'amortissement d'oscillations. A cet effet, des éléments piézocéramiques 14 à 21 sont posés sur le profilé porteur 11, qui coopèrent avec un régulateur 22. On voit que les éléments piézocéramiques 14 à 17 sont positionnés dans la zone d'attachement 23 entre les montants A 9, 10 et le profilé porteur 11. De plus, les éléments piézocéramiques 18 à 21 sont prévus dans la :30 zone d'attachement 24 de la colonne de direction 1 sur le profilé porteur 11, qui sont également en liaison d'action avec le régulateur 22. Le système actif pour l'amortissement d'oscillations comprend en outre des éléments piézocéramiques 25 à 28 qui sont intégrés dans le corps :35 d'amortissement 7 qui est intégré dans la colonne de direction 1. 2865448 6 Comme on le voit en particulier dans les figures 3 et 4, le corps d'amortissement 7 comprend deux moitiés de couplage 29, 30 entre lesquelles sont intégrés les éléments piézoélectriques 25, 26 agissant dans le sens longitudinal LX de la colonne de direction 1, et les éléments piézoélectriques 27, 28 agissant en direction périphérique U de la colonne de direction 1. Dans le système agissant par voie active pour amortir les oscillations sont prévus en outre divers détecteurs 31 à 37 dont deux détecteurs 31, 32 sont illustrés à titre d'exemple dans la figure 2. Les détecteurs 31, 32 servent à détecter des oscillations dans les directions spatiales Y et Z, donc en direction longitudinale du porte-instruments 2 et perpendiculairement à celle-ci. De plus, des détecteurs 33 à 37 sont agencés dans le corps d'amortissement 7. Les détecteurs 33 et 34 servent à détecter des oscillations de rotation (cp), tandis que les détecteurs 35 à 37 détectent des oscillations qui apparaissent dans le sens longitudinal LX de la colonne de direction 1. Les détecteurs 31 à 37 sont également chaînés avec le régulateur 22. En raison des oscillations qui apparaissent pendant la circulation, des signaux correspondants sont générés et transmis au régulateur 22. Le régulateur 22 évalue les données par comparaison avec des valeurs de consigne mémorisées et il envoie un signal déphasé aux éléments piézoélectriques 14 à 17; 18 à 21 ou 25 à 28 pour l'intervention active. Les éléments piézoélectriques 14 à 17; 18 à 21; 25 à 28 se mettent à osciller en raison de l'excitation par le régulateur 22 et s'opposent ainsi aux bruits de structure appliqués. Ainsi, on obtient une compensation des oscillations. Les oscillations transmises à la carrosserie sont interrompues ou au moins nettement réduites. Grâce à la combinaison des éléments piézoélectriques 14 à 17; 18 à 21, positionnés sur le porte-instruments 2, avec les éléments piézoélectriques 25 à 28 intégrés dans la colonne de direction 1 ou dans le corps d'amortissement, on peut assurer un amortissement d'oscillations dans toutes les directions spatiales (directions X, Y, Z) ainsi qu'un amortissement des oscillations de rotation (direction cp). 2865448 7 Pour la compensation d'oscillations dans le sens longitudinal du porte-instruments (direction Y), on se sert des éléments piézoélectriques 18 à 21 dans la zone d'attachement 24 de la colonne de direction 1 sur le profilé porteur 11 du porte-instruments 2, ainsi que des éléments piézoélectriques 14 à 17 entre les montants A 9, 10 et le profilé porteur 11. De plus, au moyen des éléments piézoélectriques 14 à 17, on peut s'opposer à des oscillations dans le sens vertical (direction Z). Des oscillations qui apparaissent dans le sens longitudinal LX de la colonne de direction 1 et ainsi également dans le sens longitudinal du véhicule automobile (direction X) peuvent être compensées par les éléments piézoélectriques 25 et 26, tandis que les éléments piézoélectriques 27, 28 sont utilisées pour la régulation d'oscillations de rotation ou de révolution (cp) en direction périphérique de la colonne de direction 1 ou en direction de rotation du volant 8. L'alimentation en tension pour le système d'amortissement d'oscillations n'est pas illustrée dans les dessins. Habituellement, elle est réalisée par une source de tension de 12 V ou de 24 V. Liste des références 1 colonne de direction 2 porte-instruments 3 fixation de la colonne de direction 4 fixation de la colonne de direction partie supérieure de la colonne de direction 6 partie inférieure de la colonne de direction 7 corps d'amortissement 8 volant 9 montant A montant A 11 profilé porteur 12 monture d'airbag 13 module d'installation de climatisation 14 élément piézoélectrique élément piézoélectrique 16 élément piézoélectrique 17 élément piézoélectrique 18 élément piézoélectrique 19 élément piézoélectrique élément piézoélectrique 21 élément piézoélectrique 22 régulateur 23 zone d'attachement 24 zone d'attachement élément piézoélectrique 26 élément piézoélectrique 27 élément piézoélectrique 28 élément piézoélectrique 29 moitié de couplage moitié de couplage 31 détecteur 32 détecteur 33 détecteur 34 détecteur détecteur 36 détecteur 37 détecteur LX axe longitudinal de 1 U direction périphérique cp angle de rotation l 0 X coordonnée spatiale Y coordonnée spatiale Z coordonnée spatiale 2865448 10 Revendications 1. Colonne de direction pour un véhicule automobile, qui est reliée au moins indirectement à un porte-instruments (2), le porte-instruments (2) comprenant un profilé porteur (11) ,qui s'étend entre les montants A (9, 10) de la carrosserie du véhicule automobile, et un système actif étant prévu pour l'amortissement d'oscillations, qui comprend des éléments piézoélectriques (14 17) dans la zone d'attachement (23) entre les montants A (9, 10) et le profilé porteur (11) et des éléments piézoélectriques (18 21) dans la zone d'attachement (24) de la colonne de direction (1), caractérisée en ce que la colonne de direction (1) comprend une partie supérieure de colonne de direction (5) et une partie inférieure de colonne de direction (6) qui sont couplées par un corps d'amortissement (7) avec intégration d'éléments piézoélectriques (25 28) . 2. Colonne de direction selon la revendication 1, caractérisée en ce que le corps d'amortissement (7) comprend deux moitiés de couplage (29, 30) entre lesquelles sont intégrés des éléments piézoélectriques 2 (25, 26) agissant dans la direction longitudinale (Lx) de la colonne de direction (1) et des éléments piézoélectriques (27, 28) agissant dans la direction périphérique (U) de la colonne de direction (1). 3. Colonne de direction selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'il est prévu des détecteurs (31 37) qui sont reliés avec un régulateur (22) qui coopère avec les éléments piézoélectriques (14 17; 18 21; 25 28).