Brevet FR2877304A1 — publié le 20060505

SYSTEME DE DIRECTION DU TYPE SANS COLONNE POUR UN VEHICULE AUTOMOBILE La présente invention concerne un dispositif de direction, du type sans colonne de direction, pouvant équiper un véhicule automobile. La présente invention concerne également un véhicule automobile comportant un tel dispositif de direction. Certains véhicules automobiles, voitures, bateaux ou autres sont équipés d'un système de direction sans colonne. Par souci de simplification, le cas d'un véhicule automobile comportant un volant et deux roues directrices va maintenant être décrit. Néanmoins, la présente invention ne se limite pas à ce type de véhicule, les roues pouvant être remplacées par un gouvernail, par exemple, dans le cas d'un bateau ou autre engin assimilable. De même, le volant peut être remplacé par tout autre type d'actionneur. Les systèmes de direction sans colonne de direction permettent de découpler les roues et le volant, c'est-à-dire de supprimer tout lien mécanique entre ces éléments. Le principal avantage de ce type de système de direction est, qu'en cas d'accident, il n'y a pas de remontée de la colonne dans l'habitacle du véhicule. La restitution des efforts, c'est-à-dire la transmission au conducteur du comportement des roues du véhicule sur la route pose un problème avec ce type de système de direction. La majorité des sensations tactiles ressenties par le conducteur et lui donnant une information sur le comportement de son véhicule passe en effet par le volant. Les autres sensations telles que l'inclinaison du corps dans les virages ou autre ne viennent que bien après le ressenti à travers le volant. Sans restitution d'effort, le conducteur ne connaît pas le comportement des roues et n'a donc aucune information sur son déplacement et sur l'état de la route sur laquelle il se trouve. En particulier, le blocage du volant qui sert d'élément 2877304 2 de restitution pose un problème. Le volant doit pouvoir être bloqué en rotation à des angles variables en fonction de différents paramètres comme, par exemple, la vitesse du véhicule et/ou l'angle du volant ou encore la présence d'un obstacle, comme le bord d'un trottoir, contre lequel viennent buter les roues. Le document EP 1 205 372 décrit un système de direction sans colonne de direction qui comprend un moteur qui permet de limiter les déplacements du volant, assurant ainsi la restitution au conducteur du comportement du véhicule, à travers le volant. Ce système de limitation de la rotation du volant est complexe et donc coûteux à fabriquer, car il comporte un train épicycloïdal qui permet de faire varier les positions de butée du volant. Par ailleurs, le moteur qui freine le volant doit être suffisamment puissant pour que le conducteur ressente la sensation de butée. Il s'ensuit que ce moteur est relativement lourd et encombrant ce qui est préjudiciable au véhicule entier. De plus, la sensation tactile de butée procurée par le moteur n'est pas exactement la même que dans le cas d'une butée mécanique. Le but de la présente invention est de proposer un système de direction sans colonne de direction qui pallie tout ou partie des 20 inconvénients précités. Ce but est atteint au moyen d'un système de direction sans colonne de direction pour un véhicule automobile qui comprend un actionneur apte à être mis en mouvement par un utilisateur, un élément de direction pouvant être mis en mouvement par cet actionneur et un système de limitation des déplacements de l'actionneur. De manière caractéristique, selon l'invention, le système de limitation comprend: - au moins un arbre moteur; - au moins deux butées disposées sur l'arbre moteur; et 2877304 3 - un élément de couplage entre l'élément de direction et l'arbre moteur, qui est monté mobile en translation entre les butées, les butées limitant sa translation, moyennant quoi, lorsque l'élément de couplage vient en butée contre une des butées, le mouvement de l'actionneur est stoppé. Ainsi, selon l'invention, la sensation de butée ressentie par l'utilisateur est plus proche de celle ressentie avec une direction comportant une colonne de direction car, dans l'invention comme dans un système de direction avec colonne, la butée est purement mécanique, c'està-dire provoquée par le contact de deux pièces. Le mouvement de la pièce de couplage est simple comparativement au mouvement du train épicycloïdal décrit dans le document de l'art antérieur. Les butées peuvent avoir une forme simple tout comme l'élément de couplage ce qui limite le coût de fabrication du système de la présente invention. Selon l'intensité des efforts exercés sur les butées, celles-ci peuvent être réalisées en matière plastique ce qui représente un gain de coût et de poids. Par ailleurs, le système de la présente invention permet de s'affranchir de la présence du moteur ce qui constitue un gain de place et de poids non négligeable ainsi qu'un gain de robustesse. Les butées peuvent être toutes fixes, fixées à l'aide d'un système vis écrou, par exemple. Dans ce cas, la course de l'élément de couplage est fixe. Selon un mode de réalisation particulier, au moins une des butées est montée mobile sur l'arbre moteur. La course de l'élément de couplage sera 25 ainsi plus ou moins grande en fonction de divers facteurs. Le système de l'invention peut comprendre des moyens de contrôle de la position d'au moins une des butées mobiles. Ainsi, il est possible de faire varier la position relative des butées, par exemple, en fonction de la vitesse de déplacement du véhicule ou de l'angle de l'actionneur, si celui-ci 2877304 4 est en mouvement de rotation. Ces moyens de contrôle peuvent comprendre un capteur de la position des butées ou plus simplement un moteur pas à pas qui met en mouvement les butées; dans ce cas, la position peut être facilement obtenue sans capteur, comme cela le sera plus amplement expliqué ultérieurement. Le mode de réalisation de l'élément de direction n'est pas limité selon l'invention. Selon une variante particulière, il comporte une tige filetée sur laquelle se déplace en translation l'élément de couplage. Ceci est particulièrement intéressant lorsque l'actionneur a un mouvement de rotation ce qui permet de mettre facilement en translation l'élément de couplage entre les butées. Selon un mode de réalisation particulier, l'arbre moteur comporte des moyens de mise en rotation et au moins une portion rectiligne filetée avec laquelle coopère au moins une des butées, bloquée en rotation autour de l'arbre moteur, les moyens de mise en rotation permettant du fait de la rotation de l'arbre moteur de déplacer en translation la butée le long de la portion filetée. Les moyens de mise en rotation peuvent être, par exemple, un moteur. Celui-ci ne servant qu'à déplacer des butées de faible poids, il peut avoir un couple faible, être donc petit, léger et peu encombrant. De plus, la dynamique de ce moteur est faible compte tenu de la bande passante relativement faible de l'évolution de la position des butées. Le type d'actionneur utilisé n'est pas limité selon l'invention. Selon une variante de réalisation, l'actionneur comporte un volant mobile en rotation. Selon une variante de réalisation, le système de l'invention comporte des moyens de réduction de couple permettant de réduire le couple entre l'actionneur et l'élément de couplage. Ceci permet de réduire l'effort exercé sur les butées et donc d'augmenter leur durée de vie ou permettre d'utiliser un matériau moins résistant et moins coûteux pour leur fabrication. 2877304 5 Selon une variante de réalisation, l'élément de direction comporte des moyens de mise en mouvement, les mouvements de l'élément de direction provoqués par ces moyens de mise en mouvement étant transmis à l'actionneur par l'intermédiaire de l'élément de direction. Ces moyens de mise en mouvement permettent d'obtenir une restitution active du comportement du véhicule à travers l'actionneur. Selon un second mode de réalisation qui peut être combiné avec les variantes et modes de réalisation précités, le système de l'invention comporte deux arbres moteurs comportant chacun deux butées. La présente invention concerne également un véhicule automobile qui comporte le système de direction sans colonne de direction de l'invention. La présente invention, ses caractéristiques et les divers avantages qu'elle procure apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de trois exemples particuliers de réalisation de la présente invention, cités à titre d'exemple non limitatif, et qui fait référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale d'un premier mode de réalisation; - la figure 2 représente une vue en coupe selon l'axe II du dispositif de la figure 1; - la figure 3 représente une vue en coupe longitudinale d'un second mode de réalisation de l'invention; et - la figure 4 représente une vue en coupe longitudinale d'un 25 troisième mode de réalisation de l'invention. En référence à la figure 1, le premier mode de réalisation de l'invention comporte un élément de direction 3 qui se présente ici sous la forme d'une tige filetée solidaire du volant V qui est l'actionneur de ce mode de réalisation. Un arbre moteur 5 est disposé parallèlement à 2877304 6 l'élément de direction 3. L'arbre moteur comporte deux portions filetées 51 et 52. Deux butées 61 et 62, fixées chacune en rotation au moyen d'un clavetage 71, 72 sont disposées sur les portions filetées 51, 52 et comportent chacune un taraudage de manière à ce que la rotation de l'arbre moteur 5 les entraîne dans un mouvement de translation le long des portions 51 et 52 respectivement. Les filetages des portions 51 et 52 sont opposés afin d'obtenir un mouvement de translation des butées dans des sens opposés (représentés par les flèches F 1 et F2) pour que le volant V ait le même débattement lorsqu'il est tourné dans le sens trigonométrique ou dans le sens inverse, à partir d'une position centrale définie pour correspondre à la position ligne droite des roues du véhicule. L'élément de direction 3 et l'arbre moteur 5 sont reliés par un élément de couplage qui est ici un chariot 2. Le chariot 2 est bloqué en rotation autour de l'élément de direction 3 au moyen d'un clavetage 21 et comporte d'une part un taraudage qui coopère avec le filetage de l'élément de direction 3 et une partie 22 qui coulisse sur l'arbre moteur 5, entre les butées 61 et 62. L'arbre moteur 5 est équipé d'un moteur 4 qui l'entraîne en rotation. Ce moteur peut être comme représenté, équipé d'un réducteur 8. Le moteur 4 peut être un moteur pas à pas ce qui permet de connaître facilement la position des butées par rapport à une position de référence donnée. Le fonctionnement du système de direction de l'invention va maintenant être décrit, en référence à la figure 1. Le volant V sert à la fois d'actionneur pour l'élément de direction 3 et également d'élément de restitution car il transmet, par son mouvement ou par ses réactions aux mouvements imprimés par le conducteur, le comportement des roues du véhicule sur la route. Lorsque le conducteur tourne le volant V, celui-ci étant solidaire de l'élément de direction 3, il entraîne ce dernier en rotation. Le mouvement de rotation de l'élément de direction 3 entraîne en 2877304 7 translation le chariot 2. La partie 22 qui se déplace le long de l'arbre moteur 5 vient alors en butée contre l'une des butées 61 ou 62. Le conducteur perçoit alors le blocage du volant. Le blocage en déplacement du chariot 2 étant purement mécanique, la sensation tactile du conducteur est la même que dans le cas d'un système de direction avec colonne de direction, lorsque les roues, viennent en contact avec un obstacle, par exemple. La position des butées 61 et 62 est commandée par le moteur 4 et le réducteur 8. En faisant tourner l'arbre moteur 5, on déplace en translation les deux butées 61 et 62. Le déplacement des butées est effectué, par exemple, en fonction de la vitesse de déplacement du véhicule et/ou de l'angle du volant. A cet effet, on peut prévoir un capteur qui envoie un signal traduisant la vitesse de déplacement du véhicule à un calculateur qui va déterminer la consigne du moteur 4 et déplacer les butées 61 et 62 pour adapter la course angulaire du volant à la vitesse de déplacement. Le contrôle de la position des butées peut être mis en oeuvre en utilisant un capteur linéaire placé sur les butées 61 et 62 ou sur le chariot 2 ou avec un capteur angulaire placé à la sortie du réducteur 8. Plus simplement, on peut utiliser un moteur 4 qui est un moteur pas à pas ce qui permet en fonction du nombre de tour de rotation de l'arbre moteur 5 et du pas du filetage des portions filetées 51 et 52, de calculer la position des butées 61 et 62 sans capteur. La figure 2 montre plus en détail les clavetages bloquant en rotation le chariot 2 et la butée 61. Ces clavetages peuvent être remplacés par une fixation en queue d'aronde ou tout autre moyen de blocage en rotation. Le second mode de réalisation représenté sur la figure 3 comporte en plus, des éléments en communs avec le premier mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, qui sont référencés à l'identique, un système de réduction de couple 9 disposé entre l'élément de direction 3 et le volant V, ainsi qu'un moteur de restitution 10. Le système de réduction du 2877304 8 couple 9 permet de réduire les efforts exercés sur les butées 61 et 62. De ce fait, les butées peuvent être réalisées en matière plastique, par exemple ce qui réduit leur coût, leur poids et permet d'utiliser un moteur 4 de faible puissance donc peu volumineux. Le moteur de restitution 10 permet d'assurer une restitution active en mettant en rotation l'élément de direction 3 et par-là même le volant V. Ce moteur peut être associé à un système de réduction des couples ou bénéficier du système de réduction de couple 9, précité. Le fonctionnement du second mode de réalisation est identique à celui décrit en référence au premier mode de réalisation excepté ce qui concerne la restitution active qui est mise en oeuvre par le moteur de restitution 10. En référence à la figure 4, un troisième mode de réalisation comporte deux arbres moteurs 5A et 5B qui comportent chacun deux butées mobiles en translation 61, 62 et 63, 64, respectivement. Chacune des butées coopère avec une portion filetée 51, 52, 53, 54 sur laquelle elle se déplace en translation. Le blocage en rotation de chaque butée est mis en oeuvre au moyen de clavetages 71, 72, 73 et 74. Le chariot 2 comporte une partie 22 et une partie 23 qui se déplacent, respectivement entre les butées 61 et 62 et entre les butées 63 et 64. La présence de deux arbres moteurs permet de réduire encore les efforts subis par les butées. Les éléments en communs avec les deux modes de réalisation précités sont référencés à l'identique. Dans chacun des modes de réalisation ci-dessus représentés, les butées et/ou la partie 22 du chariot peuvent être au moins partiellement recouvert de caoutchouc ou autre matériau amortissant afin de réduire l'usure des pièces et de procurer au conducteur une sensation tactile satisfaisante. 2877304 9 REVENDICATIONS 1. Système de direction sans colonne de direction pour un véhicule automobile qui comprend un actionneur (V) apte à être mis en mouvement par un utilisateur, un élément de direction (3) pouvant être mis en mouvement par ledit actionneur (V) et un système de limitation des déplacements dudit actionneur caractérisé en ce que ledit système de limitation comprend: - au moins un arbre moteur (5) ; - au moins deux butées (61; 62) disposées sur ledit arbre moteur (5) ; et - un élément de couplage (2) entre ledit élément de direction (3) et ledit arbre moteur (5), qui est monté mobile en translation entre lesdites butées (61; 62), lesdites butées (61; 62) limitant sa translation, moyennant quoi, lorsque ledit élément de couplage (2) vient en butée contre une desdites butées (61; 62) , le mouvement dudit actionneur (V) est stoppé. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une desdites butées (61; 62) est montée mobile sur ledit arbre moteur (5). 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de contrôle de la position d'au moins une desdites butées mobiles (61; 62). 4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit élément de direction (3) comporte une tige filetée sur laquelle se déplace en translation ledit élément de couplage (2). 5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit arbre moteur (5) comporte des moyens de mise en rotation (4; 8) et au moins une portion rectiligne filetée (51; 52) avec laquelle coopère au moins une desdites butées (61; 62), bloquée en rotation autour 2877304 10 dudit arbre moteur (5), lesdits moyens de mise en rotation (4; 8) permettant du fait de la rotation dudit arbre moteur (5) de déplacer en translation ladite butée (61; 62) le long de ladite portion filetée (51; 52). 6. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit actionneur comporte un volant (V) mobile en rotation. 7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de réduction de couple (9) permettant de réduire le couple entre ledit actionneur (V) et ledit élément de couplage (2). 8. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit élément de direction (3) comporte des moyens de mise en mouvement(10), les mouvements dudit élément de direction (3) provoqués par lesdits moyens de mise en mouvement (10) étant transmis audit actionneur (V) par l'intermédiaire dudit élément de direction (3). 9. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte deux arbres moteurs (5A; 5B) comportant chacun deux butées (61; 62; 63; 64). 10. Véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte le système de direction sans colonne de direction selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.