Brevet FR2888553A1 — publié le 20070119

La présente invention concerne la direction des véhicules automobiles routiers. Plus particulièrement, elle se rapporte à un système de direction électrique sans liaison mécanique entre les roues directrices et le volant, appelé plus simplement direction électrique . Ce type de direction est également très communément désigné par steer by wire . A la commande mécanique traditionnelle, assistée ou non, existant entre le volant et les roues directrices, on substitue dans une direction électrique la chaîne suivante. Au niveau des roues, il existe un actionneur électrique, de préférence individuel roue par roue, dont le rôle est d'imposer à la roue ou aux roues considérées l'angle de braquage convenable. La commande de direction à la disposition du conducteur du véhicule peut être un volant traditionnel ou une manette du genre manche à balai (joystick) ou tout autre dispositif convenable. Les ordres imprimés par le conducteur du véhicule sur son dispositif de commande sont envoyés aux actionneurs par une liaison électrique, l'ensemble étant placé sous le contrôle d'un calculateur chargé de programmes adéquats afin de pouvoir piloter le ou les actionneurs de façon appropriée. Un des avantages de cette technologie est qu'elle se marie de façon idéale avec l'électronique, dont les progrès permettent des asservissements de plus en plus sophistiqués, ce qui fait qu'il est possible de placer le braquage des roues non seulement sous le contrôle de la commande manuelle mais aussi sous le contrôle d'un système de sécurité. Ainsi par exemple, on peut imprimer aux roues directrices un angle de braquage qui tient non seulement compte de la commande du conducteur du véhicule, mais qui tient également compte des paramètres dynamiques observés sur le véhicule. Le principe d'un tel système de direction électrique est décrit dans la demande EP 1 428 740. La présente invention concerne en particulier l'implantation mécanique de la direction électrique au sein de la liaison au sol des véhicules. L'invention propose une liaison au sol pour véhicule automobile, ladite liaison au sol comprenant une roue directrice et un dispositif de suspension de ladite roue au sein duquel des éléments non-suspendus sont solidaires de l'axe de la roue et des éléments suspendus sont destinés à être solidaires de la caisse du véhicule, dans laquelle le braquage de la roue est directement contrôlé par un vérin électrique, ledit vérin agissant entre des éléments suspendus. De préférence, le vérin électrique est un vérin télescopique. De préférence encore, la suspension verticale du véhicule est assurée par une coulisse située dans le volume de la roue, ladite coulisse comprenant un barreau sensiblement vertical et solidaire du porte-roue et un coulisseau coulissant sur le barreau, ledit coulisseau étant lui-même monté rotatif par rapport à un bras de support lié à la caisse du véhicule, la rotation du coulisseau par rapport au bras de support autorisant le mouvement de braquage du porte-roue autour d'un axe sensiblement vertical. De préférence, le vérin électrique agit entre le bras de support et un levier solidaire du coulisseau. De préférence, le vérin comprend une vis mue axialement par la rotation d'un écrou, l'écrou étant solidaire d'un arbre d'un moteur électrique rotatif. De préférence, le vérin comprend deux moteurs électriquement indépendants, l'arbre étant solidaire de chacun des deux rotors des deux moteurs. L'invention propose également un vérin électrique télescopique à vis pour la direction d'une telle liaison au sol, ledit vérin comprenant un corps, une tige, au moins un moteur électrique rotatif, la tige étant mue par le moteur par l'intermédiaire d'un système vis-écrou, l'écrou étant entraîné en rotation par l'arbre dudit au moins un moteur électrique, une extrémité de la vis étant guidée en translation à l'intérieur d'un tube solidaire du corps, ledit tube étant disposé à l'intérieur de l'arbre. De préférence, le vérin comprend au moins deux ensembles rotor/stator indépendants, les stators étant solidaires du corps du vérin, les rotors étant solidaires de l'écrou par l'intermédiaire de l'arbre, la tige étant solidaire de la vis. De préférence, l'arbre est guidé en rotation par rapport au corps par des roulements. De préférence, le tube prend en outre radialement appui à l'intérieur de l'arbre. De préférence, le vérin comprend en outre des butées mécaniques de course de la tige. L'invention est illustrée au moyen des figures jointes, sur lesquelles: ^ Les figures 1 et 2 sont des vues en perspective d'un mode de réalisation préféré de la liaison au sol selon l'invention. ^ Les figures 3 et 4 sont des vues en coupe d'un mode de réalisation préféré du vérin électrique télescopique pour la liaison au sol selon l'invention. Aux figures 1 et 2, on a représenté une liaison au sol 1 selon l'invention. Cette liaison au sol comprend une roue directrice 2 reliée par un dispositif de suspension 3 à la caisse d'un véhicule (non représentée). La suspension comprend ici une coulisse 4 composée d'un barreau 5 solidaire du porte-roue 6 et d'un coulisseau 7 dans lequel se déplace le barreau 5 pour permettre des mouvements de suspension sensiblement verticaux de la roue par rapport à la caisse du véhicule. Le coulisseau est monté rotatif par rapport au bras de support 8 afin d'autoriser les mouvements de braquage de la roue. Le bras de support 8 est destiné à être solidaire du véhicule (non représenté). Le braquage de la roue est contrôlé par un vérin électrique 9 agissant entre le bras de support 8 et un levier de direction 10 solidaire du coulisseau 7. On comprend que (selon une terminologie admise dans le domaine automobile) le coulisseau 7, le levier de direction 10 et le bras de support 8 sont des éléments suspendus car solidaires du véhicule vis-à-vis du mouvement de suspension alors que la roue 2, le barreau 5 et le porte-roue 6 sont des éléments non-suspendus car solidaires de l'axe de la roue vis-à-vis du mouvement de suspension. Le braquage de la roue est donc directement contrôlé par le vérin électrique, celui-ci agissant entre des éléments suspendus de la liaison au sol. Aucun renvoi ou biellette n'est en effet nécessaire pour transmettre le mouvement du vérin à la roue. La liaison au sol peut en outre comprendre un moteur électrique de traction 11 et une machine électrique 12 contrôle les mouvements de suspension comme décrits dans les demandes EP 0 878 378 ou FR 04/09986. De plus, un ressort de suspension 13 peut agir entre les éléments suspendus et non-suspendus de la suspension. La machine électrique 12 est omise sur la figure 1 afin de favoriser la compréhension du dessin. Le ressort 13 agit de préférence entre le porte-roue 6 et le coulisseau 7 respectivement par l'intermédiaire d'un appui de ressort inférieur 14 et d'un appui de ressort supérieur 15. De préférence, le levier de direction 10 est solidaire du coulisseau 7 par l'intermédiaire de l'appui supérieur 15. A la figure 3, on a représenté en coupe axiale un mode de réalisation préféré du vérin de direction selon l'invention. Le vérin 9 est ici représenté dans sa position totalement rétractée. La figure 4 est une section dans le plan A-A de la figure 3 montrant, à une échelle augmentée, le guidage de l'extrémité arrière de la tige dans le tube 32. Sur les figures 3 et 4, on voit que le vérin électrique télescopique 9 comprend principalement un corps 16 et une tige 17, la tige étant animée d'un mouvement de translation par rapport au corps. La tige 17 est solidaire d'une vis 18 coopérant avec un écrou 19 solidaire d'un arbre moteur 20. Un premier rotor 21 et un deuxième rotor 22 sont solidaires de l'arbre 20 et coopèrent respectivement avec un premier stator 23 et un deuxième stator 24. De ce fait, deux moteurs électriquement indépendants agissent sur un arbre commun. De préférence, les moteurs sont des moteurs synchrones sans balais ( brushless ). L'ensemble arbre + écrou est guidé en rotation par rapport au corps 16 par l'intermédiaire de roulements arrière 25 et avant 26. La tige 17 est guidée en translation par rapport à la partie avant 36 du corps 16 par l'intermédiaire d'un palier avant 27. L'extrémité arrière de la tige est guidée par rapport au corps par l'intermédiaire de galets 28 et 29 roulant dans des rainures 30 et 31 situées à l'intérieur d'un tube 32. Le tube 32 est disposé à l'intérieur de l'arbre moteur 20. L'extrémité arrière du tube 32 est solidaire du corps 16. Afin d'augmenter la rigidité du guidage, l'extrémité avant du tube peut s'appuyer radialement à l'intérieur de l'arbre par l'intermédiaire d'un palier lisse ou d'un roulement 40 par exemple à aiguilles. Le contrôle de la position de la tige se fait de préférence par l'intermédiaire de la commande des moteurs à l'exclusion de tout capteur spécifique. De préférence, des butées limitent la course de la tige, en extension comme en contraction. Dans le sens de l'extension du vérin, les galets 28 et 29 viennent prendre appui sur des arrêts 33 et 34 du tube 32. Dans le sens de la contraction du vérin (c'est-à-dire dans la position de tige représentée sur la figure 3), l'extrémité arrière de la tige vient prendre appui contre le fond 35 du corps 16. L'accostage de ces butées peut être détecté par le contrôle électrique des moteurs et peut permettre au système de direction électrique d'initialiser ou de réinitialiser son calcul de position. La partie avant 36 du corps 16 comporte des moyens de liaison (chapes 37, 38) aux éléments suspendus de la liaison au sol. De même l'extrémité distale 39 de la tige 17 comporte des moyens de liaison auxdits éléments de suspension. Ces liaisons (mieux visibles sur la figure 1) doivent permettre une oscillation suffisante pour le mouvement de braquage envisagé. Pour un véhicule automobile compact, il est généralement souhaité qu'une roue avant directrice puisse braquer d'au moins 35 vers l'extérieur (ouverture) et 25 vers l'intérieur (pince). Le vérin selon l'invention est ainsi extrêmement compact eu égard à sa course. De plus, le fait qu'il comporte deux moteurs électriquement indépendants peut permettre une redondance des informations concernant le braquage de la roue et un fonctionnement en mode dégradé à puissance réduite avec un seul moteur. La liaison au sol et le vérin selon l'invention peuvent être mis en oeuvre au sein de véhicules à 2, 3 ou 4 roues ou plus, les roues directrices étant situées à l'avant et/ou à l'arrière desdits véhicules. Un avantage de la liaison au sol selon l'invention est de grouper toutes les fonctions dans la roue ou à proximité immédiate de la roue bien que les moyens de contrôle du braquage demeurent suspendus. Lorsque le véhicule comporte en outre des moyens de commande de hauteur tels que ceux décrits dans la demande de brevet française déposée sous le numéro FR 04/07897, c'est à dire que la position du bras de support par rapport à la caisse du véhicule peut être modifiée pour faire varier la hauteur du véhicule, on peut selon la présente invention choisir de placer le vérin télescopique de direction par exemple entre l'appui supérieur de ressort et le support de suspension 4 ou entre le levier de direction 13 et le levier de reprise 12 (chape 14) ou entre le support de suspension 4 et le levier de direction 13 (les numéros de références sont ici ceux de la demande FR 04/07897, voir en particulier les figures 1 et 3). Le bras de support (référence 8 dans la présente description) a une fonction identique à celle du support de suspension qui porte la référence 4 dans la demande FR 04/07897. La demande de brevet française déposée sous le numéro FR 04/09986 décrit en détails un 20 mode de réalisation préféré des moyens de suspension, de traction et de freinage de la liaison au sol selon l'invention. REVENDICATIONS 1. Liaison au sol (1) pour véhicule automobile, ladite liaison au sol comprenant une roue directrice (2) et un dispositif de suspension (3) de ladite roue au sein duquel des éléments non-suspendus sont solidaires de l'axe de la roue et des éléments suspendus sont destinés à être solidaires de la caisse du véhicule, dans laquelle le braquage de la roue est directement contrôlé par un vérin électrique (9), ledit vérin agissant entre des éléments suspendus (8, 10). 2. Liaison au sol selon la revendication 1 dans laquelle le vérin électrique est un vérin télescopique. 3. Liaison au sol selon l'une des revendications précédentes dans laquelle la suspension verticale du véhicule est assurée par une coulisse (4) située dans le volume de la roue, ladite coulisse comprenant un barreau (5) sensiblement vertical et solidaire du porte-roue (6) et un coulisseau (7) coulissant sur le barreau, ledit coulisseau étant lui-même monté rotatif par rapport à un bras de support (8) lié à la caisse du véhicule, la rotation du coulisseau par rapport au bras de support autorisant le mouvement de braquage du porte-roue autour d'un axe sensiblement vertical. 4. Liaison au sol selon les revendications 2 et 3 dans laquelle le vérin électrique (9) agit entre le bras de support (8) et un levier (10) solidaire du coulisseau. 5. Liaison au sol selon l'une des revendications précédentes 2 à 4 dans laquelle le vérin comprend une vis (18) mue axialement par la rotation d'un écrou (19), l'écrou étant solidaire d'un arbre (20) d'un moteur électrique rotatif (21, 23). 6. Liaison au sol selon la revendication 5 dans laquelle le vérin comprend deux moteurs électriquement indépendants, l'arbre (20) étant solidaire de chacun des deux rotors (21, 22) des deux moteurs. 7. Vérin électrique télescopique à vis pour la direction d'une liaison au sol selon l'une des revendications précédentes, ledit vérin comprenant un corps (16), une tige (17), au moins un moteur électrique rotatif, la tige étant mue par le moteur par l'intermédiaire d'un système vis-écrou (18-19) , l'écrou étant entraîné en rotation par un arbre (20) dudit au moins un moteur électrique, une extrémité de la vis étant guidée en translation à l'intérieur d'un tube (32) solidaire du corps, ledit tube étant disposé à l'intérieur de l'arbre. 8. Vérin selon la revendication 7, comprenant au moins deux ensembles rotor/stator indépendants (21, 23, 22, 24), les stators (23, 24) étant solidaires du corps du vérin, les rotors (21, 22) étant solidaires de l'écrou (19) par l'intermédiaire de l'arbre, la tige (17) étant solidaire de la vis (18). 9. Vérin selon l'une des revendications 7 ou 8 dans lequel l'arbre est guidé en rotation par rapport au corps par des roulements (25, 26). 10. Vérin selon l'une des revendications 7 à 9 dans lequel le tube prend en outre radialement appui à l'intérieur de l'arbre. 11. Vérin selon l'une des revendications 7 à 10 comprenant en outre des butées mécaniques de course (33, 34, 35) de la tige.