Brevet FR2893578A1 — publié le 20070525

L'invention concerne un ensemble de direction propre à équiper un véhicule automobile, du type comprenant : - une colonne de direction s'étendant suivant un axe longitudinal et comprenant une enveloppe propre à être solidarisée à la structure du véhicule, et 5 un arbre mobile en rotation dans l'enveloppe ; - un volant comprenant au moins une branche radiale solidaire de l'arbre et reliée à un élément de préhension, propre à être tenu par le conducteur du véhicule ; - un moyeu adjacent et coaxial au volant, le volant étant mobile en rotation io par rapport au moyeu ; - un élément hélicoïdal coaxial à l'arbre, au travers duquel s'étend la branche de volant, la partie courante de l'élément hélicoïdal étant mobile en translation axiale par rapport à l'arbre sous l'action d'un déplacement angulaire de la branche de volant, 15 l'enveloppe et le moyeu comprenant en outre des premiers et des seconds moyens de guidage axiaux respectifs, et l'élément hélicoïdal comprenant des premiers et des seconds moyens de coulisse aptes à coopérer respectivement avec lesdits premiers et seconds moyens de guidage axiaux, afin de fixer la position angulaire du moyeu à la torsion de l'élément hélicoïdal près. 20 Il est connu du document US 4,541,301 d'équiper un véhicule d'un ensemble de direction du type précité rendant le moyeu central sensiblement fixe par rapport à l'enveloppe de la colonne de direction. II y est divulgué un agencement montrant un élément hélicoïdal comprenant cinq tours et coulissant coaxialement par ses seules extrémités opposées dans des moyens de guidage 25 axiaux ménagés dans des pièces solidaires respectivement de l'enveloppe et du moyeu. Dans ce document, les caractéristiques de raideur en torsion de l'élément hélicoïdal sont fonction de l'ensemble des tours le constituant. Ceci a pour conséquence une complexité de conception de l'élément hélicoïdal, qui doit répondre à des exigences techniques multiples. 30 Le problème technique que vise à résoudre la présente invention est d'améliorer la conception de l'élément hélicoïdal afin de réduire les nombreuses contraintes techniques et, par conséquent, d'en simplifier la fabrication. Pour cela, l'invention a pour objet un ensemble de direction du type précité, caractérisé en ce que les moyens de coulisse de l'élément hélicoïdal comprennent des moyens constamment adjacents à ladite branche radiale du volant et situés de part et d'autre de cette branche, aptes à reporter à l'enveloppe et au moyeu une sollicitation à la torsion de l'élément hélicoïdal résultant des frottements entre cet élément et ladite branche. Selon d'autres caractéristiques : - l'élément hélicoïdal est guidé intérieurement et/ou extérieurement sur lesdits premiers et seconds moyens de guidage ; io - l'élément hélicoïdal de liaison est guidé intérieurement sur l'un desdits premiers et seconds moyens de guidage et extérieurement sur l'autre desdits premiers et seconds moyens de guidage ; - les moyens de coulisse de l'élément hélicoïdal de liaison comprennent au moins une rainure ou au moins une nervure à section constante ; 15 -lesdits premiers et seconds moyens de guidage comprennent au moins une cannelure de forme légèrement axialement convergente vers la branche ; -lesdits premiers et seconds moyens de guidage comprennent une entrée progressive sous forme d'ogive ou de chanfrein ; - l'élément hélicoïdal présente une variation dimensionnelle diamétrale, 20 soit intérieure, soit extérieure, soit intérieure et extérieure ; - l'élément hélicoïdal présente des extrémités fixées respectivement à l'enveloppe et au moyeu ; - les extrémités de l'élément hélicoïdal comprennent des ressorts fixés à l'enveloppe et au moyeu. 25 L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux figures annexées, sur lesquelles : la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un 30 ensemble de direction selon un premier mode de réalisation de l'invention ; la figure 2 est une vue en coupe transversale à échelle agrandie, selon la ligne II-Il, de l'ensemble de direction de la figure 1 ; 5 10 15 20 la figure 3 est une vue en coupe longitudinale selon la ligne III-III de la figure 2; la figure 4 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un ensemble de direction selon un deuxième mode de réalisation de l'invention la figure 5 est une vue en coupe transversale à échelle agrandie selon la ligne V-V de l'ensemble de direction de la figure 4 ; la figure 6 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un ensemble de direction selon un troisième mode de réalisation de l'invention la figure 7 est une vue en coupe transversale à échelle agrandie selon la ligne VII-VII de l'ensemble de direction de la figure 6 ; les figures 8A à 8G sont des vues en section transversale de plusieurs exemples de réalisation de l'élément hélicoïdal selon l'invention la figure 9 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un ensemble de direction selon un quatrième mode de réalisation de l'invention - la figure 10 est une vue schématique développée des moyens de guidage axiaux de l'ensemble de direction selon la figure 9 ; - les figures 11A à 11D sont des vues schématiques en coupe longitudinale à échelle agrandie de quatre variantes. Sur les figures 1 à 11D, le système d'axes X, Y, Z définit l'orientation classique d'un véhicule, dans lequel : 25 - l'axe X est l'axe longitudinal du véhicule, orienté d'arrière en avant ; - l'axe Y est l'axe transversal, orienté de droite à gauche ; et - l'axe Z est l'axe vertical, orienté du bas vers le haut. Dans la description qui va suivre, tous les termes d'orientation et de position s'entendent par rapport à ce système d'axes X, Y, Z. 30 Sur la figure 1, est représenté, schématiquement en coupe longitudinale, un ensemble de direction 10 destiné à équiper un véhicule automobile, l'ensemble étant disposé en avant du poste de conduite du véhicule, et reliant le conducteur au dispositif de commande des roues directrices du même véhicule. Cet ensemble comprend une colonne de direction 12 s'étendant sensiblement suivant l'axe longitudinal X, la colonne comportant une enveloppe tubulaire 14 propre à être solidarisée à la structure du véhicule et un arbre 15, s'étendant dans l'enveloppe 14, libre en rotation par rapport à celle-ci grâce à des roulements 16 et 17. L'ensemble comprend également un volant 18 comprenant au moins une branche radiale 20 solidaire de l'arbre, et relié à un élément de préhension 22, propre à être tenu par le conducteur du véhicule. Un moyeu 24, monté mobile en rotation par rapport à l'arbre 15 grâce à un roulement 25, est disposé adjacent et io coaxial au volant 18, ce dernier étant mobile en rotation par rapport au moyeu 24 . Le moyeu 24 comporte des éléments fonctionnels tels qu'un dispositif gonflable de sécurité ou des commandes électriques (non représentées). Un élément hélicoïdal 26, coaxial à l'arbre 15, au travers duquel s'étend la branche 20 de volant, présente une partie courante 27, c'est-à-dire une partie au travers de 15 laquelle s'étend la branche entre les deux positions de braquage extrêmes du dispositif de commande des roues directrices, de section sensiblement rectangulaire, mobile en translation axiale par rapport à l'arbre 15 sous l'action d'un déplacement angulaire de la branche 20 du volant. L'élément hélicoïdal 26 comporte une périphérie extérieure et une périphérie intérieure. La partie 20 courante de l'élément hélicoïdal 26 ne comporte qu'un nombre de tours augmenté d'une unité environ par rapport au nombre de tours de volant entre les braquages maximaux à droite et à gauche. Comme représenté sur les figures 2 et 3, l'enveloppe 14 et le moyeu 24 comprennent des moyens de guidage axiaux respectifs 28 et 29 alignés 25 axialement qui bloquent l'élément hélicoïdal 26 en rotation autour de l'axe longitudinal X. A cet effet, celui-ci comprend des moyens de coulisse 30 aptes à coopérer respectivement avec les moyens de guidage axiaux 28 et 29, afin de fixer la position angulaire du moyeu 24 et immobiliser le moyeu 24 en rotation, à la torsion de l'élément hélicoïdal 26 près. Les moyens de guidage axiaux de 30 l'enveloppe 14 et du moyeu 24 présentent des cannelures mâles 28, 29 s'étendant radialement intérieurement, aptes à coopérer avec des rainures 30, de forme conjuguée, ménagées en périphérie extérieure de l'élément hélicoïdal 26, sur toute la longueur de celui-ci. Dans l'exemple représenté, le nombre de cannelures et de rainures est de trois, espacées angulairement de 120 . L'extrémité des cannelures 28, 29 adjacentes à la branche 20 du volant présente, en section méridienne (figure 3), une entrée progressive en forme d'ogive 32 ou de chanfrein 33, permettant l'engagement progressif de la partie courante 27 de s l'élément hélicoïdal 26 dans les cannelures 28, 29. Les moyens de coulisse 30 de l'élément hélicoïdal 26 comprennent ainsi des moyens constamment adjacents à la branche 20 du volant et situés de part et d'autre de cette branche, les moyens de coulisse étant aptes à reporter à l'enveloppe 14 et au moyeu 24 une sollicitation à la torsion de l'élément hélicoïdal 26 résultant des frottements entre io cet élément et la branche 20 du volant. Dans l'exemple représenté, l'élément hélicoïdal 26 comprend un tour ou une partie d'un tour en sollicitation à la torsion. Les figures 4 et 5 représentent un deuxième mode de réalisation de l'ensemble de direction selon l'invention. Les éléments de cet ensemble, et des ensembles des autres modes de réalisation qui vont suivre, qui sont communs 15 avec l'ensemble du premier mode de réalisation, portent les mêmes références numériques. L'ensemble de direction de la figure 4 diffère de celui de la figure 1 en ce que les moyens de guidage axiaux de l'enveloppe 14 et du moyeu 24 présentent des cannelures mâles 128, 129 s'étendant radialement extérieurement et aptes à coopérer avec des rainures 131, de forme conjuguée, 20 ménagées en périphérie intérieure de l'élément hélicoïdal 26. L'ensemble de direction des figures 6 et 7 diffère des ensembles de direction décrits ci-dessus en ce qu'il combine le premier et le deuxième modes de réalisation. En effet, les moyens de guidage axiaux de l'enveloppe 14 présentent des cannelures mâles 228 s'étendant radialement extérieurement, 25 aptes à coopérer avec des rainures 231, de forme conjuguée, ménagées en périphérie intérieure de l'élément hélicoïdal. Les moyens de guidage axiaux du moyeu 24 présentent également des cannelures mâles 229 s'étendant radialement intérieurement, aptes à coopérer avec des rainures 230, de forme conjuguée, ménagées en périphérie extérieure de l'élément hélicoïdal 26. 30 Il va de soi que, en variante, l'élément hélicoïdal 26 pourrait être guidé, inversement à l'exemple précédent, extérieurement du côté de l'enveloppe 14 et intérieurement du côté du moyeu 24. 6 La sollicitation à la torsion de l'élément hélicoïdal 26 se répartissant sur un seul tour, voire même une partie d'un tour, il est prévu de bloquer la déformation de l'élément hélicoïdal, pour les efforts exceptionnels en torsion, par une pièce d'appui 232 (figure 7), implantée intérieurement à l'élément hélicoïdal 26 en regard des cannelures extérieures 229. Bien évidemment, dans le même but, un élément d'appui peut être implanté extérieurement à l'élément hélicoïdal 26 en regard des cannelures intérieures 228. Une combinaison d'appuis intérieur et extérieur à l'élément hélicoïdal conduit à améliorer le blocage de la déformation de l'élément hélicoïdal. io Ces agencements permettent, dans le cas d'un effort exceptionnel exercé sur le volant, de réduire les sollicitations de l'élément hélicoïdal tendant à désengager les rainures de l'élément hélicoïdal des cannelures de l'enveloppe et/ou du moyeu. Les figures 8A à 8G fournissent des exemples de forme de la section is transversale de l'élément hélicoïdal 26. Les moyens de coulisse 30 étant de forme conjuguée aux moyens de guidage axiaux de l'enveloppe 14 et du moyeu 24, ceux-ci présentent des cannelures, soit mâles, soit femelles, et l'élément hélicoïdal 26 respectivement soit des rainures, soit des nervures, respectivement ménagées, selon la configuration, en périphérie intérieure ou extérieure de la 20 partie courante 27 de l'élément hélicoïdal 26. Les formes conjuguées sont ainsi, à titre d'exemple, de section circulaire 30A, 30C, rectangulaire 30B, 30D, ou trapézoïdale 30E. La figure 8F montre un élément hélicoïdal 26F comprenant trois méplats 30F disposés à la périphérie extérieure de l'élément hélicoïdal 26 et espacés 25 angulairement d'environ 120 . Les méplats sont aptes à coopérer avec des méplats de guidage correspondants de l'enveloppe 14 et du moyeu 24. Sur la figure 8G, l'élément hélicoïdal 26G présente, dans sa section transversale, trois lumières circulaires 30G, disposées à distance de la périphérie extérieure de l'élément hélicoïdal 26 et espacées angulairement d'environ 120 . 30 Dans ce dernier cas, les moyens de guidage axiaux de l'enveloppe 14 et du moyeu 24 présentent des tiges (non représentées), de section de forme conjuguée, alignées axialement et aptes à coopérer avec les lumières 30G. Dans les trois premiers modes de réalisation décrits, l'élément hélicoïdal 26 présente une raideur élevée tant en torsion qu'en compression. Le déplacement du ressort est global et nécessite d'avoir un espace axial de chaque côté de l'élément hélicoïdal 26 pour permettre sa translation. s L'ensemble de direction de la figure 9 diffère de l'ensemble de direction de la figure 4 en ce que les extrémités 133 et 134 de l'élément hélicoïdal 26 sont fixées d'une part à l'enveloppe 14, et d'autre part au moyeu 24. Cette solution mixte a pour conséquence de faciliter la fabrication de l'élément hélicoïdal 26. En effet, l'élément hélicoïdal 26 est souple dans la direction axiale afin d'éviter les io couples résiduels dus au frottement de la branche 20 de volant sur la partie courante 27. Cependant, un tour, une fraction de tour ou un nombre limité de tours étant actifs à la sollicitation en torsion au moyen des cannelures, il n'est pas nécessaire que la raideur en torsion soit très élevée. La figure 10 représente le développé des moyens de guidage axiaux de 15 l'enveloppe 14 et du moyeu 24 représentés à la figure 9. Les moyens de guidage axiaux de l'enveloppe 14 et du moyeu 24 présentent respectivement des cannelures 128 et 129 de forme légèrement axialement convergente vers la branche 20 du volant. Ceci permet de réduire les frottements entre l'élément hélicoïdal 26 et les cannelures autour de la position neutre du volant, dans 20 laquelle le nombre de tours de chaque côté de la branche du volant est identique. Les figures 11A à 11D représentent des variantes de l'ensemble de direction selon le quatrième mode de réalisation de la figure 9. L'élément hélicoïdal 26 de la figure 11A présente une variation dimensionnelle diamétrale intérieure, au niveau des spires de d'extrémité 135, 136. Les cannelures 28, 29 25 sont, dans ce cas, extérieures à l'élément hélicoïdal 26. L'élément hélicoïdal 26 de la figure 11B présente une variation dimensionnelle diamétrale extérieure, au niveau des spires extrêmes 135, 136, les cannelures 128, 129 étant alors intérieures à l'élément hélicoïdal. L'élément hélicoïdal de la figure 11C présente une variation 30 dimensionnelle diamétrale intérieure et extérieure, au niveau des spires extrêmes 135, 136, les cannelures étant alors soit intérieures 128, 129, comme représenté, soit extérieures. Dans cette variante, les spires extrêmes ne participent pas à la retenue en rotation du moyeu et servent seulement au rappel axial de la partie courante 27 de l'élément hélicoïdal. Sur la figure 11D, des ressorts 140, disposés axialement au nombre de trois de chaque côté de l'élément hélicoïdal 26 et espacés angulairement d'environ 120 , assurent un rappel en translation de la partie courante 27. Des moyens de solidarisation 137 à 140, connus en soi fixent les extrémités des ressorts 140 à l'enveloppe 14, au moyeu 24 et à la partie courante 27 de l'élément hélicoïdal 26. Dans cet exemple, tous les ressorts 140 sont chargés et travaillent en compression. II peut s'agir de ressorts légers en plastique ou en io mousse de polyuréthane. Dans tous les modes de réalisation décrits précédemment, la section du moyen de coulisse de l'élément hélicoïdal 26 est sensiblement constante afin de faciliter sa fabrication, et la raideur en torsion au niveau du moyeu est uniquement fonction de la raideur d'un tour, d'une fraction de tour, ou d'un is nombre très limité de tours, ce qui permet d'envisager d'utiliser des matériaux plastiques ou composites pour la fabrication de l'élément hélicoïdal 26. Grâce à l'invention, le moyeu étant relativement fixe par rapport au volant, le dispositif de coussin gonflable intégré au moyeu est optimisé, dans la mesure où il n'est plus nécessaire qu'il ait une symétrie autour de l'axe de la colonne. 20 Afin de limiter les risques de bruits engendrés par le contact de l'élément hélicoïdal sur la branche du volant, il peut être implanté un surmoulage sur l'élément hélicoïdal pour éviter les chocs, ou une feutrine sur la branche du volant. D'autre part, l'élément hélicoïdal peut remplir une fonction de liaison 25 électrique par nappe ou faisceau de conducteurs entre le moyeu, où sont implantés des équipements, comme par exemple un dispositif de coussin gonflable, et des systèmes de commande ou de contrôle implantés en avant du moyeu. REVENDICATIONS 1. Ensemble de direction propre à équiper un véhicule automobile, l'ensemble étant du type comprenant : - une colonne de direction (12) s'étendant suivant un axe longitudinal (X) et comprenant une enveloppe (14) propre à être solidarisée à la structure du véhicule, et un arbre (15) mobile en rotation dans l'enveloppe (14) ; - un volant (18) comprenant au moins une branche (20) radiale solidaire de l'arbre (15) et reliée à un élément de préhension (22), propre à être tenu par le lo conducteur du véhicule ; - un moyeu (24) adjacent et coaxial au volant (18), le volant (18) étant mobile en rotation par rapport au moyeu (24) ; - un élément hélicoïdal (26) coaxial à l'arbre (15), au travers duquel s'étend la branche (20) de volant (18), la partie courante (27) de l'élément hélicoïdal (26) is étant mobile en translation axiale par rapport à l'arbre (15) sous l'action d'un déplacement angulaire de la branche (20) de volant (18), l'enveloppe (14) et le moyeu (24) comprenant en outre des premiers (28; 128; 228) et des seconds (29; 129; 229) moyens de guidage axiaux respectifs, et l'élément hélicoïdal (26) comprenant des premiers et des seconds moyens (30; 20 131; 230 ; 231) de coulisse aptes à coopérer respectivement avec lesdits premiers (28; 128; 228) et seconds (29; 129; 229) moyens de guidage axiaux, afin de fixer la position angulaire du moyeu (24) à la torsion de l'élément hélicoïdal (26) près, caractérisé en ce que les moyens de coulisse (30; 131; 230; 231) de l'élément 25 hélicoïdal (26) comprennent des moyens constamment adjacents à ladite branche (20) radiale du volant (18) et situés de part et d'autre de cette branche (20), aptes à reporter à l'enveloppe (14) et au moyeu (24) une sollicitation à la torsion de l'élément hélicoïdal (26) résultant des frottements entre cet élément 1:26) et ladite branche (20). 30 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de liaison hélicoïdal (26) comprend au plus un tour sollicité à la torsion. 2893578 io 3. Ensemble selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément hélicoïdal (26) est guidé intérieurement et/ou extérieurement sur lesdits premiers (28; 128) et seconds (29; 129) moyens de guidage. 4. Ensemble selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément 5 hélicoïdal (26) de liaison est guidé intérieurement sur l'un desdits premiers (228) et seconds (229) moyens de guidage et extérieurement sur l'autre desdits premiers (228) et seconds (229) moyens de guidage. 5. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de coulisse de l'élément hélicoïdal (26) de lo liaison comprennent au moins une rainure (30; 30a; 30b) ou au moins une nervure (30c; 30d; 30e) à section constante. 6. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits premiers et seconds moyens de guidage comprennent au moins une cannelure (128; 129) de forme légèrement 15 axialement convergente vers la branche (20). 7. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits premiers (28; 128; 228) et seconds (29; 129; 229) moyens de guidage comprennent une entrée progressive sous forme d'ogive (32) ou de chanfrein (33). 20 8. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément hélicoïdal (26) présente une variation dimensionnelle diamétrale (135; 136), soit intérieure, soit extérieure, soit intérieure et extérieure. 9. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, 25 caractérisé en ce que l'élément hélicoïdal (26) présente des extrémités fixées (133, 134) respectivement à l'enveloppe (14) et au moyeu (24). 10. Ensemble selon la revendication 9, caractérisé en ce que les extrémités de l'élément hélicoïdal (26) comprennent des ressorts (140) fixés à l'enveloppe et au moyeu (24).