Brevet FR2879990A1 — publié le 20060630

L'invention concerne un système d'actionnement de l'arbre d'une colonne de direction au moyen d'un volant de direction, le système comprenant un organe central fixe. L'invention concerne également un volant de véhicule automobile comprenant un tel système. Une colonne de direction conventionnelle est composée d'une gaine tubulaire, fixée à la carrosserie du véhicule, guidant et supportant un arbre de direction. L'arbre de direction relie le volant de direction aux roues directrices du véhicule. to En variante, l'invention s'applique également aux systèmes de direction découplés dans lesquels la colonne de direction n'assure pas une liaison mécanique directe entre le volant et les roues. En effet, contrairement aux colonnes de direction conventionnelles, les colonnes de direction découplées ne sont pas associées à un boîtier de direction transformant le mouvement circulaire du volant de direction en déplacement angulaire de la bielle pendante qui provoque le braquage de roues. L'organe central fixe du volant forme un support fixe sur lequel il est, par exemple, possible de disposer un coussin gonflable de sécurité adapté à la morphologie du conducteur. En outre, l'intégration de diverses commandes sur le volant est simplifiée du fait notamment de la possibilité de se passer de contacteurs électriques tournants. Il est connu, notamment du document FR-2 144 300 de réaliser un volant de 25 direction comportant une partie intérieure liée rigidement à une partie non tournante du véhicule. On connaît également du document FR-2 815 318 un volant guidé en rotation sur un élément fixe et entourant un support fixe. Par ailleurs, l'instrumentation notamment des systèmes de direction de véhicule est désormais nécessaire pour disposer de systèmes d'assistance à la conduite et de sécurité efficaces. Les informations concernant la direction du véhicule, telles que la position angulaire et la vitesse de rotation du volant, permettent aux systèmes d'assistance à la conduite et de sécurité de prévenir ou de corriger une instruction au volant inadaptée voire dangereuse. L'invention vise à simplifier l'instrumentation des systèmes de direction de 5 véhicule en réalisant cette instrumentation directement sur le système d'actionnement de l'arbre de la colonne de direction. De ce fait, l'instrumentation ne se fait pas sur l'arbre de la colonne de direction mais sur la face avant du système d'actionnement offrant un espace disponible o et une accessibilité aux différents organes le composant plus importants. A cet effet, selon un premier aspect, l'invention propose un système d'actionnement de l'arbre d'une colonne de direction au moyen d'un volant de direction, ledit système comprenant un organe central fixe destiné à être solidarisé à la gaine de la colonne de direction et un organe mobile monté en rotation par rapport à l'organe central fixe et auquel le volant de direction est destiné à être solidarisé, ledit organe mobile comprenant des moyens d'actionnement en rotation de l'arbre de la colonne de direction, ledit système comprenant au moins un codeur solidaire en rotation de l'organe mobile et au moins un capteur solidaire de l'organe central fixe qui est disposé en regard et à distance d'entrefer du codeur, ledit capteur étant agencé pour détecter les impulsions issues du codeur de sorte à délivrer des signaux représentatifs notamment de la position angulaire de l'organe mobile par rapport à l'organe central fixe. L'organe mobile peut comprendre un élément externe monté en rotation autour de l'organe central fixe et destiné à être associé au volant. Selon une réalisation de l'invention, l'organe mobile comprend un élément 3o interne monté en rotation dans l'élément externe et actionné en rotation par l'élément externe. Egalement dans un mode de réalisation, l'élérent interne est actionné en rotation par les moyens d'actionnement, l'élément interne étant destiné à être solidarisé en rotation avec l'arbre. Les moyens d'actionnement peuvent être prévus sur la périphérie interne de l'élément externe. Dans un mode de réalisation particulier, des pistes de roulement sont prévues sur l'organe central fixe et sur l'organe mobile, des corps roulants étant disposés io entre les pistes de roulement de sorte à assurer la rotation de l'organe mobile par rapport à l'organe central fixe. Selon une réalisation, au moins une piste est réalisée sur une surface latérale de l'organe central fixe et/ou de l'organe mobile. Egalement dans un mode de réalisation, au moins une piste est réalisée sur une bague fixe solidaire de l'organe central fixe et/ou sur une bague mobile solidaire de l'organe mobile, un codeur étant associé à la bague mobile et/ou un capteur étant associé à la bague fixe. Selon un deuxième aspect, l'invention propose un volant de direction pour véhicule automobile comprenant un système d'actionnement tel que décrit précédemment et une armature qui est solidaire de l'organe mobile. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels: les figures 1 et 2 illustrent, en section longitudinale, un premier mode de réalisation du système d'actionnement présentant respectivement deux 30 modes d'instrumentation; la figure 3 illustre, en section longitudinale, un deuxième mode de réalisation du système d'actionnement instrumenté ; - la figure 4 est une variante du deuxième mode de réalisation du système d'actionnement instrumenté de la figure 3. Les figures 1 à 4 représentent un système d'actionnement 1 de l'arbre d'une colonne de direction qui est agencée pour, de façon mécanique ou électrique, transmettre le couple de braquage aux roues du véhicule. Le système d'actionnement 1 est composé d'un organe mobile 3 monté en rotation par rapport à un organe central fixe 2. to L'organe mobile 3 comprend un élément externe 4 monté en rotation autour de l'organe central fixe 2 et destiné à être associé, par tout moyen connu, au volant de direction. L'organe mobile 3 comprend également un élément interne 5 actionné en rotation par l'élément externe 4 et destiné à être associé à l'arbre de la colonne de direction. L'élément externe 4 est une pièce de forme générale annulaire dans laquelle l'élément interne 5 est montée en rotation et dont l'axe 4a est parallèle mais décalé par rapport à l'axe 6 de l'arbre de la colonne de direction. L'élément externe 4 peut disposer sur sa surface libre de moyens permettant d'associer le volant de direction. Dans des exemples particuliers, l'armature du volant est venue de matière avec l'élément externe 4. Dans la description qui suit, les termes avant et arrière sont définis par rapport à des plans situés respectivement côté organe central fixe 2, c'est-à-dire du côté gauche sur les figures 1 à 4, et côté colonne de direction, c'est-à-dire du côté droit sur les figures 1 à 4. D'autre part, les termes externe ou extérieur et interne ou intérieur sont définis par rapport à un plan respectivement éloigné et à proximité de l'axe 4a, les termes supérieur et inférieur sont définis par rapport à un plan respectivement au dessus et en dessous de l'axe 4a, les termes axial ou latéral sont définis par rapport à un plan parallèle à l'axe 4a et les termes radial ou transversal sont définis par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe 4a. L'organe central fixe 2 comprend un support radial 8 présentant une surface latérale cylindrique 9 et une extension 10 définissant un logement 7. L'extension 10 est formée d'une jupe cylindrique 11 s'étendant axialement, de diamètre supérieur à celui du support radial 8 auquel elle est liée par une portion de s raccordement 12 s'écartant de l'axe 4a. La jonction de la portion de raccordement 12 et du support radial 8 est réalisée de manière à ce que la surface latérale cylindrique 9 présente un épaulement 13. Le support radial 8 est muni de trous de fixation 14 permettant notamment de o solidariser le support radial 8 à un élément fixe du châssis du véhicule, tel que la gaine de la colonne de direction, par boulonnage ou tout autre moyen connu de solidarisation. L'emplacement particulier des trous de fixation 14 sera évoqué dans la suite de la description. Dans les modes de réalisation représentés, l'élément externe 4 comporte une partie annulaire avant 15 présentant alésage cylindrique 16 centré sur l'axe 4a et destiné à accueillir le support radial 8 et des moyens assurant la rotation de l'élément externe 4 sur le support radial 8. L'élément externe 4 comporte également une partie annulaire arrière 17 présentant un alésage cylindrique 18 coaxial à l'alésage 16. Le diamètre de l'alésage 18 est, de préférence, inférieur à celui de l'alésage 16 pour permettre la réalisation d'un épaulement 19 au niveau de la zone de raccord entre les deux parties annulaires 15 et 17. Des moyens d'actionnement en rotation de l'arbre de la colonne de direction sont disposés sur la surface latérale intérieure de la partie 17. Sur les figures 1 à 4, les moyens d'actionnement comprennent une roue à denture interne 20 actionnant en rotation l'élément interne 5. L'élément interne 5 est une pièce de forme générale cylindrique d'axe 5a de diamètre inférieur à celui de la roue 20 et présentant un alésage cylindrique 21 centré sur l'axe 5a. Cet alésage 21 est destiné à permettre d'immobiliser à la fois en rotation et axialement l'élément interne 5 sur l'arbre de la colonne de direction de sorte que les axes 5a et 6 respectivement de l'élément interne 5 et de l'arbre de direction soient confondus. Pour ce faire, l'alésage 21 comprend, sur des portions extrêmes avant et arrière, s des surfaces tronconiques s'écartant de l'axe 5a et, sur une partie axiale, des cannelures. La surface tronconique arrière sert de surface de butée sur laquelle vient s'appuyer une surface complémentaire de l'arbre de direction. Celui-ci présente, en outre, sur son extrémité avant, une zone cannelée et un trou taraudé destinés à coopérer respectivement avec les cannelures de l'alésage 21 w et le filetage d'une vis. L'invention ne se restreint pas à ce type d'immobilisation en rotation et axialement et tout autre type connu de solidarisation d'un élément pourvu d'un alésage sur un arbre de direction entre dans le cadre de l'invention. Du fait de la différence de diamètre entre la roue 20 et l'élément interne 5 et du is décalage entre les axes 4a et 5a, il existe un espace libre entre la roue 20 et l'élément interne 5 permettant d'accéder au support radial 8 de l'organe central fixe 2 par sa face arrière. Les trous de fixation 14 sont alors agencés pour qu'au moins deux d'entre eux soient placés de sorte à permettre le passage dans l'espace libre des éléments de fixation de l'organe centrale fixe 2 à la gaine de la colonne de direction. Le support radial 8 peut également comporter des ouvertures 22 agencées pour permettre le passage dans l'espace libre de moyens de connexion ou d'actionnement de commandes ou de dispositifs placés sur le volant. Selon un premier mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, l'élément interne 5 est un pignon à denture externe. Le pignon à denture externe est actionné en rotation par engrènement avec une partie de la denture de la roue 20. La rotation de l'élément interne 5 est assurée par des roulements 23 disposés entre l'arbre de direction et la gaine de la colonne de direction. Dans ce premier mode de réalisation, les moyens assurant la rotation de l'élément externe 4 sur l'organe central fixe 2 sont accessibles par la face avant du système 1 et leur instrumentation est possible. Ces moyens de rotation comprennent des corps roulants 24 disposés entre des pistes de roulement 25 réalisées sur des bagues fixe et mobile respectivement solidaires de l'organe central fixe 2 et de l'élément externe 4. La bague fixe est s emmanchée sur la surface latérale cylindrique 9 et vient en butée contre l'épaulement 13 et la bague mobile est insérée dans l'alésage 16 et vient en butée contre l'épaulement 19. L'instrumentation du système 1 est réalisée au moyen d'un dispositif de mesure io comprenant un capteur 26 solidaire de l'organe central fixe 2 et disposé en regard et à distance d'entrefer d'un codeur 27 solidaire en rotation de l'élément externe 4. Le capteur 26 est agencé pour détecter les impulsions issues du codeur 27 de sorte à délivrer des signaux représentatifs notamment de la position angulaire et de la vitesse de rotation de l'organe mobile 3 par rapport à l'organe central fixe 2. Sur la figure 1, le codeur 27 est associé à la bague mobile et le capteur 26, à la bague fixe. Le capteur 26 est disposé de sorte à réaliser une détection axiale des impulsions issues du codeur 27. L'intégration du dispositif de mesure sur des bagues fixe et mobile est, par exemple, connue du document FR-2 794 504 issu de la demanderesse. Le capteur 26 comprend des moyens de connexion externe 28, par exemple, sous la forme de fils ou de câbles électriques aptes à transmettre les signaux 25 délivrés par le capteur 26 à des moyens de calcul et de traitement. En outre, le capteur 26 est relié par des moyens non représentés à des systèmes d'assistance à la conduite et de sécurité qui analysent les signaux provenant du système de direction en les couplant à des signaux provenant d'autres organes du véhicule. Le système d'actionnement 1 de la figure 2 présente une deuxième instrumentation permettant au capteur 26 de détecter radialement les impulsions issues du codeur 27. Dans ce mode d'instrumentation, le capteur 26 est dissocié de la bague fixe et disposé en appui sur la face avant de la bague fixe de sorte à être disposé en regard et à distance d'entrefer du codeur 27. Le capteur 26 est associé au support radial 8 de l'organe central fixe 2 par tout moyen connu en utilisant par exemple les trous de fixation 14 ou les ouvertures 22. En particulier, le capteur peut être placé sur un support disposé dans le logement 7 de l'organe central fixe 2 et comprenant les moyens de connexion io externe 28, les moyens de calcul et de traitement. En relation avec les figures 3 et 4, on décrit maintenant un deuxième mode de réalisation de l'invention dans lequel il est possible d'instrumenter l'élément interne 5 et/ou des moyens assurant sa rotation. Pour ce faire, l'élément interne 5 et les moyens assurant sa rotation sont également accessibles par la face avant du système 1. Sur les figures 3 et 4, l'élément interne 5 présente une partie cylindrique avant 29 et une partie cylindrique arrière 30 de diamètre sensiblement supérieur de sorte à définir un épaulement 31 sur la surface extérieure de l'élément interne 5. Un pignon 32 à denture externe s'engrenant avec une partie de la denture de la roue 20 est alors monté sur la partie cylindrique arrière 30. Dans le mode de réalisation représenté, le pignon 32 est venu de matière avec 25 la partie cylindrique arrière 30. Dans d'autres modes de réalisation, l'association du pignon 32 sur cette partie 30 peut se faire par tout moyen connu. Dans ce deuxième mode de réalisation, l'organe central fixe 2 présente un alésage cylindrique 33 centré sur l'axe 5a et présentant un épaulement 34. L'alésage 33 est destiné à recevoir la partie cylindrique avant 29 de l'élément interne 5 ainsi que des moyens assurant sa rotation à l'intérieur de l'organe central fixe 2. Sur la figure 3, une bague fixe est insérée dans l'alésage cylindrique 33 et vient en butée contre l'épaulement 34 et une bague mobile est emmanchée sur la surface latérale extérieure de la partie cylindrique avant 29 et vient en butée sur l'épaulement 31. Des corps roulants 24 sont disposés entre des pistes de roulement 25 réalisées sur ces bagues fixe et mobile pour assurer la rotation de l'élément interne 5 à l'intérieur de l'organe central fixe 2. Le codeur 27 est associé à la bague mobile, le capteur 26 étant agencé dans le logement 7 pour détecter axialement les impulsions magnétiques du codeur 27. Dans ce mode de réalisation, l'instrumentation peut être réalisée indifféremment entre l'organe central fixe 2 et l'élément externe 4 ou entre l'organe central fixe 2 et l'élément interne 5. En outre, il est possible d'utiliser deux ensembles codeur/capteur disposés, d'une part, entre l'organe central fixe 2 et l'élément externe 4 et, d'autre part, entre l'organe central fixe 2 et l'élément interne 5 de sorte à réaliser une mesure différentielle permettant de contrôler la transmission de l'angle de rotation du volant à l'arbre de direction. En variante, représentée sur la figure 4, les pistes de roulement 25 peuvent être directement réalisées sur les surfaces latérales des organes central fixe 2 et/ou mobile 3. Un exemple d'une telle intégration est, par exemple, décrit dans la demande de brevet déposée le même jour par la demanderesse. Le codeur 27 peut être alors associé à l'élément externe 4, sur la surface latérale intérieure de la partie avant 15. Le codeur peut également être associé à l'élément interne 5, sur la surface latérale extérieure de la partie avant 29. L'association du codeur 27 est réalisée par surmoulage, collage ou tout autre moyen connu, notamment ceux décrits dans le document EP-0 607 719 issu de la demanderesse. Lorsque les pistes de roulement 25 sont réalisées sur les surfaces latérales des organes central fixe 2 et mobile 3, les matériaux utilisés pour ces organes sont, i0 i0 au moins au niveau des pistes de roulement 25, adaptés à la fonction de roulement. Sur la figure 4, le support radial 8 est réalisé dans un matériau, de préférence métallique, compatible avec la fonction de roulement et l'extension 10 dans un matériau différent, de préférence plastique. L'extension 10 comprend alors un disque radial 35 pourvu de trous de fixation en regard des trous de fixation 14 du support radial 8 auquel elle est associée par boulonnage ou tout autre moyen connu. Elle comprend également une saillie 36 coopérant avec une gorge 37 o réalisée sur la partie avant de la surface latérale 9 du support radial 8 de sorte à positionner l'extension 10 par rapport au support radial 8. On peut également envisager l'utilisation d'insert en matériau adapté à la fonction de roulement au niveau des pistes de roulement 25 des organes central is fixe 2 et mobile 3. Selon des modes de réalisation non représentés, la rotation de l'organe mobile 3 par rapport à l'organe central fixe 2 peut être réalisée au moyen de coussinets ou d'une combinaison de coussinets et de corps roulants 24 disposés entre des pistes de roulement 25 réalisées sur des bagues et/ou sur les surfaces des organes central fixe 2 et mobile 3. Le système d'actionnement 1 tel qu'il vient d'être décrit permet de transmettre à l'arbre de direction l'angle de rotation donné par le conducteur au volant, tout en disposant d'un organe central fixe 2 faisant face au conducteur. Cet organe 2 peut servir de support pour un coussin gonflable de sécurité et/ou pour diverses commandes concernant la conduite ou le confort du véhicule. Il permet également de disposer d'un espace suffisant pour accueillir les dispositifs de mesure, de calcul et de traitement mentionnés ci-dessus. Dans un exemple particulier, le codeur 27 est formé d'un anneau magnétique multipolaire en matériau synthétique chargé de ferrite sur lequel est aimanté une pluralité de paires de pôles Nord et Sud équirépartis avec une largeur angulaire constante. Le capteur 26 peut comprendre des éléments sensibles choisis parmi les sondes à effet Hall, les magnétorésistances, les magnétorésistances géantes. Le capteur 26 utilisé est apte à délivrer deux signaux électriques S1, S2 périodiques en quadrature. Le principe d'obtention des signaux SI et S2 à partir d'une pluralité d'éléments sensibles alignés est, par exemple, décrit dans le document FR-2 792 403 issu de la demanderesse. Il peut se révéler utile de disposer de la position angulaire absolue du codeur 27, c'est-à-dire l'angle séparant la position du codeur 27 d'une position de référence fixe par rapport à l'organe central fixe 2. Pour ce faire, on peut utiliser un dispositif de mesure tel que décrit dans le document FR-2 769 088. Bien que la description ait été faite en relation avec un ensemble codeur/capteur magnétique, il est également possible de mettre en oeuvre l'invention de façon analogue en utilisant une technologie équivalente, par exemple optique. Le codeur peut être formé d'une cible comprenant un motif optique analogue au motif magnétique multipolaire, les éléments sensibles étant alors formés de détecteurs optiques. REVENDICATIONS 1. Système d'actionnement (1) de l'arbre d'une colonne de direction au moyen d'un volant de direction, ledit système (1) comprenant un organe central fixe s (2) destiné à être solidarisé à la gaine de la colonne de direction et un organe mobile (3) monté en rotation par rapport à l'organe central fixe (2) et auquel le volant de direction est destiné à être solidarisé, ledit organe mobile (3) comprenant des moyens d'actionnement (20) en rotation de l'arbre de la colonne de direction, ledit système (1) étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un codeur (27) solidaire en rotation de l'organe mobile (3) et au moins un capteur (26) solidaire de l'organe central fixe (2) qui est disposé en regard et à distance d'entrefer du codeur (27), ledit capteur (26) étant agencé pour détecter les impulsions issues du codeur (27) de sorte à délivrer des signaux représentatifs notamment de la position is angulaire de l'organe mobile (3) par rapport à l'organe central fixe (2). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe mobile (3) comprend un élément externe (4) monté en rotation autour de l'organe central fixe (2), ledit élément externe (4) étant destiné à être associé au volant. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un codeur (27) est associé à l'élément externe (4). 4. Système selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'organe mobile (3) comprend un élément interne (5) monté en rotation dans l'élément externe (4), ledit élément interne (5) étant actionné en rotation par l'élément externe (4). 5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un codeur (27) est associé à l'élément interne (5). 6. Système selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que l'élément interne (5) est actionné en rotation par les moyens d'actionnement (20), ledit élément interne (5) étant destiné à être solidarisé en rotation avec l'arbre. 7. Système selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que les moyens d'actionnement (20) sont prévus sur la périphérie interne de l'élément externe (4). 8. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce io que des pistes de roulement (25) sont prévues sur l'organe central fixe (2) et sur l'organe mobile (3), des corps roulants (24) étant disposés entre les pistes de roulement (25) de sorte à assurer la rotation de l'organe mobile (3) par rapport à l'organe central fixe (2) . 9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'au moins une piste (25) est réalisée sur une surface latérale de l'organe central fixe (2) et/ou de l'organe mobile (3). 10. Système selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu'au moins une 20 piste (25) est réalisée sur une bague fixe solidaire de l'organe central fixe (2) et/ou sur une bague mobile solidaire de l'organe mobile (3). 11. Système selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'un codeur (27) est associé à la bague mobile et/ou un capteur (26) est associé à la bague fixe. 12. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le capteur (26) comprend des moyens de connexion externe (28) qui sont placés dans un logement (7) de l'organe central fixe (2). 13. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le capteur (26) comprend des éléments sensibles choisis parmi les sondes à effet Hall, les magnétorésistances, les magnétorésistances géantes. 14 Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le codeur (27) est formé d'un anneau magnétique multipolaire en matériau synthétique chargé de ferrite sur lequel est aimanté une pluralité de paires de pôles Nord et Sud équirépartis avec une largeur angulaire constante. 15. Volant de direction pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un système selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 et une armature qui est solidaire de l'organe mobile (3).