Brevet FR2879153A1 — publié le 20060616

ENSEMBLE DE DIRECTION La présente invention concerne, de façon générale, un ensemble de direction pour véhicule. Plus particulièrement, l'invention concerne un ensemble de direction de véhicule comportant un porte moyeu directionnel, et un actionneur pour orienter ledit porte moyeu, le porte moyeu directionnel étant adapté pour supporter le moyeu d'une roue directionnelle de véhicule et étant monté pivotant autour d'un axe directionnel, l'actionneur étant d'une part relié à une partie fixe du véhicule par l'intermédiaire d'un cardan par rapport à un châssis du véhicule et d'autre part relié au porte moyeu directionnel par l'intermédiaire d'une biellette de direction présentant un axe longitudinal et étant articulée par rapport au porte moyeu, l'actionneur comportant une pièce tournante pour l'entraînement axial de la biellette. Un tel ensemble directionnel permet d'orienter un porte moyeu autour d'un axe directionnel à l'aide de l'actionneur. Un tel ensemble permet également d'éviter l'utilisation de crémaillère de direction reliée mécaniquement au volant. Avec un tel ensemble, l'actionneur peut être un actionneur électromécanique commandé électriquement. De tels actionneurs sont avantageux car ils permettent d'éviter la présence d'organes mécaniques de direction de taille importante (crémaillère de direction) dans le véhicule et libèrent ainsi de l'espace au niveau des coffres moteur. C'est la raison pour laquelle de nombreux constructeurs d'ensemble de direction ont développé diverses solutions visant à commander l'orientation d'un porte moyeu tout en libérant de l'espace dans le véhicule. Un ensemble de direction du type précédemment défini, est par exemple décrit dans le document brevet FR 2 812 264. Cet ensemble de direction de l'art antérieur présente une biellette reliant le porte moyeu à un actionneur, l'actionneur étant lui même relié à un point fixe au châssis du véhicule, par une liaison rotule. Dans un mode de réalisation de cet ensemble de l'art antérieur, la biellette est une crémaillère sur laquelle engraine une pièce tournante selon un axe perpendiculaire à l'axe longitudinal de la biellette. Dans ce contexte, la présente invention a pour but de proposer un ensemble de direction permettant de commander l'orientation d'un porte moyeu tout en permettant une conception d'encombrement réduit. A cette fin, l'ensemble de direction de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule défini précédemment, est essentiellement caractérisé en ce que la pièce tournante est montée à rotation autour de l'axe longitudinal de la biellette et en ce que la biellette et la pièce tournante sont assemblées entre elles par une liaison filetée adaptée pour que la biellette se déplace en translation par rapport à l'actionneur selon l'axe longitudinal de biellette lorsque la pièce tournante de l'actionneur tourne autour de cet axe longitudinal. Le fait de positionner la pièce tournante de telle manière qu'elle tourne autour de l'axe longitudinal de biellette et quelle soit reliée à la biellette par filetage permet de compacter l'ensemble formé par la pièce tournante et par la biellette et donc d'offrir une nouvelle architecture d'actionneur. En effet la pièce tournante peut soit être placée à l'intérieur de la biellette soit être placée à l'extérieur de celle-ci et dans ces deux cas la pièce tournante et la biellette sont symétriques autour de l'axe longitudinale de biellette et sont regroupées au plus près autour de cet axe du fait de la liaison par filetage. De plus l'assemblage par vis au lieu d'un assemblage par pignon crémaillère permet de réduire le couple moteur nécessaire au déplacement de la biellette en contrepartie d'une augmentation de la vitesse de rotation du moteur pour un déplacement axial de la biellette donné. Une telle caractéristique permet d'utiliser un moteur de taille réduite (du fait du filetage, le moteur de l'ensemble de l'invention fournit peu d'efforts pour maintenir la biellette en position en comparaison à ce qu'il devrait fournir dans le cas dans une liaison crémaillère). Il est à noter que dans le cas de l'assemblage par vis, l'angle du filetage de la vis peut être prévu pour permettre à la vis d'entraîner le moteur, en la translatant. On peut par exemple faire en sorte que la biellette 25 et l'actionneur forment un bloc télescopique. De cette façon, la biellette et l'actionneur sont soit adaptés pour que la biellette puisse au moins partiellement s'emboîter dans un passage de biellette réalisé dans l'actionneur, soit que l'actionneur puisse au moins partiellement s'emboîter dans une ouverture réalisée dans la biellette. On peut également faire en sorte que la liaison filetée comporte un écrou à billes. Ce mode de réalisation permet de réduire les frottements entre la biellette et la pièce tournante ce qui d'une part permet de réduire le couple moteur nécessaire au déplacement axial de la biellette et par conséquent autorise l'utilisation d'un actionneur de taille réduite. Préférentiellement, on peut faire en sorte que la pièce tournante de l'actionneur soit un rotor dudit moteur électrique, ce rotor étant monté à rotation selon l'axe moteur et par rapport à un stator du moteur, cet axe moteur étant confondu avec l'axe longitudinal de la biellette. On peut également faire en sorte que le moteur électrique comporte un capteur de position adapté pour détecter soit la position angulaire du rotor par rapport au stator, soit la position axiale de la biellette par rapport à l'actionneur. Un tel capteur permet de déterminer avec précision le déplacement en position axiale de la biellette soit en mesurant la rotation du moteur puis en déduisant l'avance de la biellette en fonction du pas de la liaison filetée, soit en mesurant directement la position axiale de la biellette. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 représente un schéma d'un actionneur à moteur déporté et d'une biellette adaptés pour la mise en oeuvre de l'ensemble de direction selon l'invention; la figure 2a représente un schéma d'un actionneur à moteur électrique coaxiale par rapport à une biellette adaptés pour la mise en oeuvre de l'ensemble de direction selon l'invention; la figure 2b représente un schéma similaire à celui de la figure 2a mais sur lequel il n'y a pas d'arrêt en rotation de la biellette incorporé sur l'actionneur comme cela est le cas sur la figure 2a; la figure 3 représente une vue en coupe schématique 10 d'un actionneur selon l'invention dans lequel le rotor de l'actionneur pénètre dans la biellette; la figure 4 est une vue d'un train directionnel de véhicule équipé de l'actionneur selon l'invention; la figure 5 est une vue en perspective d'un train directionnel de véhicule de type Mac Pherson équipé de l'ensemble selon l'invention; la figure 6 est une vue en perspective d'un train directionnel de véhicule de type train à double triangle équipé de l'ensemble selon l'invention. Comme annoncé précédemment, l'invention concerne un ensemble de direction de véhicule. Comme cela est représenté sur les figures 5 et 6, l'ensemble de direction de véhicule 1 comporte un premier train de direction 31 comportant le porte moyeu 2 et une structure de liaison 32. La structure de liaison 32 est adaptée pour être reliée de façon mobile par rapport à des première et seconde parties suspendues d'un véhicule. Le porte moyeu 2 est adapté pour supporter le moyeu d'une roue directionnelle de véhicule qui est en rotation par rapport à un axe de rotation R. Le porte moyeu 2 est monté pivotant autour d'un axe directionnel 5, par rapport à la structure de liaison 32. La structure de liaison comporte: - un amortisseur 33 reliant le porte moyeu à une partie fixe du véhicule; - un bras de liaison 34 monté pivotant selon un axe de rotation du bras 35, cet axe 35 étant longitudinal par rapport à l'axe longitudinal du véhicule et perpendiculaire à l'axe directionnel 5 qui est sensiblement vertical (l'axe 35 peut également être nommé axe de carrossage). Ainsi, grâce au bras 34 qui a la forme d'un triangle dont une pointe supporte le porte moyeu et dont les deux autres pointes définissent l'axe de rotation 35 du bras 34, le porte moyeu 2 peut se déplacer sensiblement verticalement par rapport à des parties fixes du véhicule grâce à la rotation du bras autour de l'axe 35. Le mouvement vertical du porte moyeu par rapport au châssis du véhicule (partie suspendue) est assuré par rotation du bras par rapport à l'axe 35, et le mouvement horizontal de ce porte moyeu est assuré par rotation autour de l'axe directionnel 5 qui se trouve à une extrémité du bras opposée par rapport à l'extrémité du bras portant l'axe 35. Afin de limiter le mouvement de rotation du bras autour de l'axe 35, et au moins afin de l'amortir, l'amortisseur 33 qui est couplé avec un ressort et qui a la forme d'un vérin exerce une force d'amortissement soit directement sur le bras de liaison 34, comme c'est le cas sur la figure 6, soit directement sur le porte moyeu 2. La liaison entre cet amortisseur (amortisseur couplé à un ressort) 33 qui appartient à la structure de liaison et le véhicule est: - soit réalisée par une liaison rotule d'amortisseur 36 comme c'est le cas sur la figure 5; - soit réalisée par une liaison pivot 37 d'amortisseur d'axe de pivotement parallèle à l'axe de rotation du bras 35 (comme dans l'exemple de la figure 6) . Dans le cas de la figure 5 qui décrit un ensemble de direction de type Mac Pherson (appellation générique du domaine des ensembles de direction), le porte moyeu est uniquement porté par l'amortisseur 33 et par le bras de liaison 34. A contrario, dans le cas de la figure 6 qui décrit un train avant de véhicule 31 à double triangles, le porte moyeu 2 est porté par deux bras de liaison ayant chacun la forme de triangles. Chaque liaisons entre le porte moyeu 2 et l'un de ces triangles est une liaison rotule placée au sommet du triangle correspondant. Et chacun de ces triangles possède une base articulée par rapport à des parties fixes du véhicule. Dans ces deux modes de réalisation, le porte moyeu est donc porté par la structure de liaison de façon à être mobile par rapport au véhicule pour permettre des mouvements sensiblement verticaux du porte moyeu et également mobile en rotation pour permettre une rotation du porte moyeu 2 selon un axe sensiblement vertical dit axe directionnel 5. Le porte moyeu directionnel 2, est relié à un actionneur 3 selon l'invention pour être orienté autour de l'axe directionnel 5, permettant ainsi d'orienter la roue 38 du véhicule dans la direction où doit se déplacer le véhicule. Pour cela, l'actionneur 3 est d'une part relié à une partie fixe 6 du véhicule par l'intermédiaire d'un cardan 7 par rapport à un châssis du véhicule et d'autre part relié au porte moyeu directionnel 2 par l'intermédiaire d'une biellette de direction 8 présentant un axe longitudinal 9. Le fait que la pièce tournante de l'actionneur selon l'invention pivote selon l'axe longitudinal 9 permet de compacter l'actionneur comme cela est nettement apparent sur les figure 5 et 6, où l'actionneur est d'une dimension légèrement supérieure à l'espace qui serait normalement utilisé par une simple biellette commandée par un actionneur éloigné de la biellette. La biellette 8 est articulée par rapport au porte moyeu 2 par une articulation 39 qui est soit une rotule comme c'est le cas sur les figures 1, 2a, 4; 5 et 6, soit un cardan comme c'est le cas sur la figure 2b. Si l'articulation 39 est une liaison rotule alors il se peut que la biellette puisse pivoter légèrement autour de son axe longitudinal 9, par rapport à l'actionneur et au porte moyeu, dans ce cas, une liaison glissière simple 40, en plus de la liaison par filetage doit être réalisée entre l'actionneur 3 et la biellette 8, de façon à éviter ce risque de pivotement. Comme représenté sur la figure 3, cette liaison glissière simple peut être réalisée par une fente longitudinale 43 formée dans une partie de l'actionneur qui constitue le boîtier 41 de l'actionneur et dans laquelle coulisse une excroissance 42 (par exemple une clavette) de la biellette de direction 8. Dans le cas alternatif où l'articulation 39 reliant la biellette au porte moyeu est un cardan, alors la biellette est bloquée en rotation selon son axe longitudinal 9, par rapport au porte moyeu. L'autre liaison entre l'actionneur 3 et la partie fixe du véhicule 6 étant également une liaison par cardan (sur toutes les figures) il est impossible à l'actionneur de tourner par rapport à cette partie fixe du véhicule 6 selon un axe de rotation parallèle à l'axe longitudinal 9. Ainsi l'actionneur ne peut donc pas tourner par rapport à la biellette selon l'axe longitudinal 9. Ce cas alternatif supprime donc la nécessité de réaliser une liaison glissière simple comme cela peut être le cas dans les exemples de réalisation des figures 1, 2a, 5, 6 et 7. Comme le montrent les figures 1, 2a, 2b, 3 et 4, l'actionneur 3 est un actionneur électromécanique comportant une pièce tournante 10 pour l'entraînement axial de la biellette 8. La pièce tournante 10 est montée à rotation autour de l'axe longitudinal 9 de la biellette 8 et la biellette 8 et la pièce tournante 10 sont assemblées entre elles par une liaison filetée 11 adaptée pour que la biellette 8 se déplace en translation par rapport à l'actionneur 3 selon l'axe longitudinal 9 de biellette 8 lorsque la pièce tournante 10 de l'actionneur 3 tourne autour de cet axe longitudinal 9. Ainsi en tournant la pièce tournante autour de l'axe 9 dans un premier sens, l'ensemble télescopique formé par la biellette et l'actionneur se déploie et inversement, en tournant la pièce tournante dans un second sens inverse du premier, l'ensemble se rétracte. La liaison filetée est réalisée par un écrou à billes 13 fixe par rapport à la pièce tournante 10 et un filet femelle est réalisé sur la biellette 8. Ce filet est adapté pour permettre la circulation des billes 15 de l'écrou lorsque la pièce tournante tourne par rapport à la biellette autour de l'axe longitudinal 9. Cette pièce tournante peut être entraînée par un moteur indépendant comme c'est le cas sur la figure 1 où la pièce tournante comporte un pignon sur lequel engraine une vis solidaire du moteur électrique 17 tournant selon un axe moteur 18 formant ainsi un système roue et vis sans fin. L'axe moteur est perpendiculaire par rapport à l'axe longitudinal 9 de la biellette. Alternativement, la pièce tournante peut être prévue pour être un rotor du moteur électrique, comme c'est le cas sur les figures 2a, 2b, 3. En ce cas soit la pièce tournante est un rotor interne, comme c'est le cas sur les figures 2a et 2b soit la pièce tournante est un rotor externe comme c'est le cas sur la figure 3. Dans le cas où la pièce tournante est un rotor interne de moteur, comme représenté sur les figures 2a et 2b, alors le stator est constitué par le boîtier 41 de l'actionneur qui est relié à la partie fixe du véhicule 6 par l'intermédiaire du cardan 7. Le stator porte un bobinage 26. Le rotor porte la vis à bille sur laquelle est filetée la biellette. Dans le cas où le rotor 21 est un rotor externe, le boîtier 41 comporte un axe fixe 44 formé à l'intérieur et portant un bobinage fixe 26 par rapport à cette pièce fixe 26 qui constitue le stator 22 interne. Le rotor externe qui a la forme d'un tube cylindrique est monté à rotation par rapport à la pièce fixe grâce à des roulements fixés sur la pièce fixe. La pièce tournante ou rotor externe porte l'écrou à billes et la biellette qui est ouverte autour du rotor est filetée sur l'écrou à billes. Dans ce mode de réalisation, la biellette comporte une ouverture axiale à une extrémité dans laquelle pénètre la pièce tournante. L'intérieur de cette 11 2879153 ouverture est fileté pour être entraîné par les billes de l'écrou à billes. Il est à noter que dans chacun des modes précédemment décrits de l'invention, une réduction intermédiaire peut être prévue et disposée entre le moteur et la vis, de manière à ajuster le rapport entre la valeur de rotation du moteur et la valeur de déplacement de la biellette entraînée par la vis. Ainsi une telle réduction intermédiaire peut être réalisée de manière à obtenir une réduction de la vitesse de rotation de la vis par rapport à la vitesse de rotation du moteur. A contrario, sur les figures 1, 2a, 2b et 4 la biellette pénètre dans la pièce tournante de l'actionneur. Dans ce cas la biellette est filetée extérieurement. La pièce tournante de l'actionneur est un rotor dudit moteur électrique, et ce rotor est monté à rotation selon l'axe moteur et par rapport au stator du moteur, cet axe moteur 18 étant confondu avec l'axe longitudinal 9 de la biellette 8. Avantageusement, comme représenté sur la figure 3, le moteur électrique 17 comporte un capteur de position 23 adapté pour détecter soit la position angulaire du rotor 21 par rapport au stator 22, soit la position axiale de la biellette 8 par rapport à l'actionneur 3. Ce capteur permet de déduire la position d'orientation de la roue par rapport au véhicule grâce à la position relative de la biellette par rapport à l'actionneur. Comme le montre la figure 4, la biellette comporte des première et seconde parties axiales 24a, 24b assemblées entre elles par filetage 25 selon l'axe 9 de la biellette 8, la première partie axiale 24a étant reliée à l'actionneur 3 et la seconde partie axiale 24b étant reliée par une articulation rotulante 39 sur le porte moyeu 2. Grâce à ce mode de réalisation, il est possible de régler la longueur de la biellette, ce qui est utile pour ajuster l'ensemble de direction lors de son installation sur le véhicule. Revendications 1. Ensemble de direction de véhicule (1) comportant un porte moyeu directionnel (2), et un actionneur (3) pour orienter ledit porte moyeu, le porte moyeu directionnel (2) étant adapté pour supporter le moyeu (4) d'une roue directionnelle de véhicule et étant monté pivotant autour d'un axe directionnel (5), l'actionneur (3) étant d'une part relié à une partie fixe (6) du véhicule par l'intermédiaire d'un cardan (7) par rapport à un châssis du véhicule et d'autre part relié au porte moyeu directionnel (2) par l'intermédiaire d'une biellette de direction (8) présentant un axe longitudinal (9) et étant articulée par rapport au porte moyeu (2), l'actionneur (3) comportant une pièce tournante (10) pour l'entraînement axial de la biellette (8), caractérisé en ce que la pièce tournante (10) est montée à rotation autour de l'axe longitudinal (9) de la biellette (8) et en ce que la biellette (8) et la pièce tournante (10) sont assemblées entre elles par une liaison filetée (11) adaptée pour que la biellette (8) se déplace en translation par rapport à l'actionneur (3) selon l'axe longitudinal (9) de biellette (8) lorsque la pièce tournante (10) de l'actionneur (3) tourne autour de cet axe longitudinal (9). 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la biellette et l'actionneur forment un bloc télescopique (12). 3. Ensemble selon l'une quelconque des 30 revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la liaison filetée (11) comporte un écrou à billes (13). 4. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la biellette (8) pénètre dans la pièce tournante (10) de l'actionneur (3). 5. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la biellette (8) comporte une ouverture (16) dans laquelle pénètre la pièce tournante (10). 6. Ensemble selon l'une quelconque des 10 revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'actionneur (3) comporte un moteur électrique (17) rotatif selon un axe moteur (18). 7. Ensemble selon la revendication 6, caractérisé en ce que la pièce tournante (10) comporte un pignon (19) sur lequel engraine une vis (20) solidaire du moteur électrique (17) tournant selon ledit axe moteur (18), l'axe moteur (18) étant perpendiculaire par rapport à l'axe longitudinal (9) de la biellette (8). 8. Ensemble selon la revendication 6, caractérisé en ce que la pièce tournante (10) de l'actionneur est un rotor (21) dudit moteur électrique, ce rotor (21) étant monté à rotation selon l'axe moteur (18) et par rapport à un stator (22) du moteur, cet axe moteur (18) étant confondu avec l'axe longitudinal (9) de la biellette (8). 9. Ensemble selon la revendication 8, caractérisé en ce que le moteur électrique (17) comporte un capteur de position (23) adapté pour détecter soit la position angulaire du rotor (21) par rapport au stator (22), soit la position axiale de la biellette (8) par rapport à l'actionneur (3). 10. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la biellette (8) comporte des première et seconde parties axiales (24a, 24b) assemblées entre elles par filetage (25) selon l'axe de la biellette (8), la première partie axiale (24a) étant reliée à l'actionneur (3) et la seconde partie axiale (24b) étant reliée par une articulation rotulante (39) sur le porte moyeu.