Brevet FR2894549A1 — publié le 20070615

SYSTEME INTEGRE DE DIRECTION ACTIVE ET ASSISTEE ELECTRIQUEMENT POUR VEHICULE AUTOMOBILE DESCRIPTION Domaine de l'invention L'invention concerne le domaine des systèmes de direction pour véhicules automobiles, en particulier les systèmes d'assistance à la direction et les systèmes de direction active. Art antérieur et problème posé Les systèmes de direction assistée sont connus pour fournir un couple mécanique supplémentaire à la colonne de direction, en correspondance avec les mouvements du volant. Concrètement, ces systèmes de direction assistée facilitent le maniement du volant par le conducteur du véhicule. En effet, à l'arrêt, sans dispositif de direction assistée, le maniement du volant demande un certain effort, surtout lorsque les roues directrices ne roulent pas. Ce type de système est, depuis longtemps, utilisé sur une grande partie des véhicules des particuliers. D'autre part, dans le but de fournir de nouvelles prestations en terme de maniabilité aux conducteurs des véhicules, notamment le plaisir de la conduite et surtout le contrôle de la stabilité du véhicule, des dispositifs de direction active sont utilisés. Ce type de système permet de fournir un angle de braquage des roues directrices qui se superposent à l'angle commandé par le conducteur par l'intermédiaire du volant du véhicule. L'adjonction d'un tel système sur une colonne de direction conventionnelle disposant déjà d'un système d'assistance électrique monté sur cette colonne est très compliquée. En effet, l'environnement ainsi que le passage d'une colonne de direction, sont très contraints dans l'architecture d'un véhicule complet. Les dispositifs de rétraction de colonne, les cardans, les exigences vis-à- vis du réglage de position du volant, ainsi que le module d'assistance électrique disposé le long de la colonne ne permettent plus d'intégrer de nouveaux systèmes, tels que ces systèmes de direction active. Il en va de même concernant le calculateur permettant le pilotage d'un système de direction active, qui est un boîtier électronique supplémentaire à intégrer dans l'architecture du véhicule déjà très contrainte. Un autre problème est posé en cas de défaillance du système d'assistance de direction électrique. En effet, ces dispositifs peuvent présenter un niveau de défaillance et il peut arriver qu'il n'y ait plus du tout d'assistance à la direction pour le conducteur du véhicule. Les manoeuvres de direction deviennent alors très lourdes, limitant la capacité du conducteur de tourner le volant. Il en résulte des risques importants d'accidents suivant la situation de conduite dans lesquelles ce défaut est susceptible de survenir. Dans les systèmes de direction active, actuellement commercialisés, on n'intègre pas la fonction d'assistance de direction électrique. Au mieux, ces systèmes de direction active sont interfacés de façon judicieuse avec le système d'assistance à la direction, afin d'avoir un bon ressenti de la direction par le conducteur du véhicule. Néanmoins, ceci est principalement réalisé avec des systèmes d'assistance hydraulique. Toutefois, par le document de brevet américain US 5 333 700, on connaît un système de direction active intégré avec le dispositif d'assistance électrique sur la colonne de direction. Plusieurs solutions possibles d'intégration mécanique des deux dispositifs sont proposées dans un même système monté le long de la colonne. Une réalisation prévoit un double étage de train d'engrenage. Le premier permet de transmettre un mouvement entre l'arbre relié au volant et l'arbre relié à la crémaillère de direction. Le second, constitué par un train épicycloïdal, permet de faire varier en continu la relation cinématique de la colonne de direction. Ceci est réalisé par l'intermédiaire d'un moteur électrique qui transmet un mouvement à un élément porte-satellites du train épicycloïdal. Un second moteur électrique, relié par un système de vis sans fin à l'arbre relié à la crémaillère, assure la fonction d'assistance de la direction. Toutefois, ce système n'intègre pas, dans 30 un seul calculateur, la partie calculateur de commande des deux moteurs électriques avec ces connecteurs. De plus, en cas de défaillance du système, il se produit un engrènement direct de l'arbre supérieur vers l'arbre inférieur, avec un certain jeu à l'inversion de sens de rotation. Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un système intégré de direction active et de direction assistée incorporé sur la colonne de direction. Résumé de l'invention A cet effet, l'objet principal de l'invention est un système intégré de direction active, et assistée électriquement pour la colonne de direction des véhicules automobiles, placé entre la sortie du volant et l'entrée de la transmission aux roues directrices, comprenant : des moyens de direction active fournissant un angle de braquage des roues directrices se superposant à l'angle produit par le volant, constitués entre autre par un premier moteur électrique entraînant un premier réducteur, et - des moyens de direction assistée électriquement, fournissant un apport de couple de rotation à la colonne de direction sur le mouvement de rotation commandé par le volant, constitués principalement par un deuxième moteur électrique entraînant un deuxième réducteur. Selon l'invention, le système comprend : - un unique système de commande pour les moyens de direction active et les moyens de direction assistée ; et un unique train épicycloïdal faisant partie à la fois des moyens de direction active et des moyens de direction assistée, et les moyens de direction active et les moyens de direction assistée étant logés dans un unique carter. De préférence, le train épicycloïdal est 10 placé coaxialement à la colonne de direction, Dans une réalisation principale du système selon l'invention, le premier réducteur de moyens de direction active entraîne une roue dentée d'entrée du train épicycloïdal et le deuxième réducteur de moyens 15 de réduction assistée entraîne une roue planétaire du train épicycloïdal, un premier axe relié à un axe de sortie de volant entraînant une couronne du train épicycloïdal. Dans une première catégorie de réalisations 20 envisagées de l'invention, les premiers moteurs des moyens de direction active sont positionnés perpendiculairement à l'axe de la colonne de direction, le premier réducteur étant constitué par un premier système roue/vis sans fin. 25 Dans une deuxième catégorie de réalisation du système selon l'invention, le premier moteur des moyens de direction active est positionné parallèlement à l'axe de la colonne de direction, le premier réducteur étant constitué par un système de roue 30 dentée. Dans une troisième catégorie de système selon l'invention, le premier moteur de moyens de direction active est positionné coaxialement à l'axe de la colonne, entraînant directement la roue dentée d'entrée du train épicycloïdal. Dans une autre catégorie de réalisation de l'invention, le deuxième moteur de direction assistée est positionné perpendiculairement à l'axe de la colonne de direction, le deuxième réducteur étant constitué par un deuxième système roue/vis-sans-fin. Dans une autre catégorie de réalisation du système selon l'invention, le deuxième moteur des moyens de direction assistée est positionné parallèlement à l'axe de la colonne de direction, le deuxième réducteur étant constitué par un deuxième système de roues dentées. Enfin, dans une dernière catégorie de réalisation de l'invention, le deuxième moteur des moyens de direction assistée est positionné coaxialement à l'axe de la colonne de direction et entraîne directement la roue planétaire du train épicycloïdal. Liste des figures L'invention et ses différentes caractéristiques techniques seront mieux comprises à la lecture suivante, accompagnée de plusieurs figures représentant respectivement : - figure 1, un schéma d'une réalisation principale du système selon l'invention ; et 30 - figures 2 à 9, des schémas relatifs à d'autres réalisations du système selon l'invention. Description détaillée de plusieurs réalisations de l'invention Le système de direction active permet de déphaser la position de l'arbre des roues directrices 2 par rapport à la position de sortie de volant 1. On signale que ce système de direction intégrée peut être installé sur tous les types de colonne de direction. Bien entendu, le système de direction assistée peut permettre de fournir la puissance additionnelle sur l'arbre de sortie du volant. En référence à la figure 1, la colonne de direction du véhicule comprend principalement un arbre de sortie de volant 1 relié à une couronne 11 d'un train épicycloïdal 10 par l'intermédiaire d'un capteur de couple et d'angle 3. La colonne de direction se prolonge par un deuxième axe 7B relié à un axe d'entrée des roues directrices 2. Les moyens de direction active comprennent principalement un premier moteur électrique 5A entraînant un ensemble réducteur constitué ici par un premier système roue/vis-sans-fin 6A et un premier axe 7A. Les moyens de direction assistée comprennent, entre autres, un deuxième moteur électrique 5B entraînant un deuxième réducteur constitué ici par un deuxième système roue/vis-sans-fin 6B et un deuxième axe 7B. Les premier et deuxième axes 7A et 7B sont reliés chacun au train épicycloïdal 10. Plus précisément, le premier axe 7A est relié à une roue dentée d'entrée 8A du train épicycloïdal 10, placée coaxialement à l'axe A de la colonne de direction, tandis que le deuxième axe 7B est relié à la roue planétaire 12. Cette dernière porte plusieurs satellites 13, montés tournants par rapport à elle. Ces satellites 13 s'engrènent sur les dents internes de la couronne 11 et sur les dents externes de la roue d'entrée 8A. Le train épicycloïdal 10 fait partie à la fois des moyens de direction active et des moyens de direction assistée. Le train épicycloïdal 10 est choisi de type réducteur pour contribuer à réduire les vitesses de rotation fournies par les deux ensembles motoréducteur. L'ensemble, et plus exactement les premier et deuxième moteurs électriques 5A et 5B sont commandés par un unique système de commande 4 conçu à cet effet. L'ensemble du train épicycloïdal 10, des premier et second axe 7A et 7B et les roues des premier et second systèmes roue/vis-sans-fin 6A et 6B se trouvent à l'intérieur d'un unique carter 19. Les premier et second deuxièmes moteurs électriques 5A et 5B sont placés à côté du carter, de manière à ce que leur arbre de sortie arrive de manière à entraîner les premier et deuxième systèmes roue/vis-sans-fin 6A et 6B. Le premier moteur 5A des moyens de direction active permet, par l'intermédiaire du train épicycloïdal 10, de moduler la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée des roues directrices 2 par rapport à la vitesse de rotation de l'arbre de sortie du volant 1. En cas de défaillance de ce premier moteur électrique 5A, celui-ci est mis en court-circuit, afin de conserver la liaison mécanique entre l'arbre d'entrée des roues directrices 2 et l'arbre de sortie du volant 1. Dans le fonctionnement de ce système, lorsque le premier moteur électrique 5A des moyens de direction active a une vitesse nulle, on obtient une démultiplication moyenne correspondant à la démultiplication mécanique globale du volant jusqu'aux roues. Par exemple, ell peut être de 18 pour une raison du train épicycloïdal 10 de 2. Quand l'ensemble du premier moteur électrique 5A et du premier réducteur constitué du premier système roue/vis-sans-fin 6A sont synchrones avec la vitesse de rotation de l'axe de sortie du volant 1 et la vitesse du pignon de direction, on obtient une démultiplication plus directe, par exemple de 12. On remarque que les éléments constituants les moyens de direction active et les moyens de direction assistée, excepté les premier et deuxième moteurs 5A et 5B et les premier et deuxième systèmes roue/vis-sans-fin 6A et 6B sont placés de manière coaxiale avec la colonne de direction. Dans cette première réalisation, les deux moteurs électriques 5A et 5B sont placés de manière perpendiculaire à l'axe de la colonne. Dans une deuxième réalisation représentée par la figure 2, le premier moteur 20A de l'ensemble moto réducteur est placé de manière parallèle à l'axe de la colonne A. Le réducteur est alors composé d'une première roue dentée 21A placé sur l'arbre de sortie de ce premier moteur de sortie 20A et d'une deuxième roue dentée 22A placé sur le premier axe 7A. L'axe de sortie de volant 1 entraîne directement la couronne 11 du train épicycloïdal 10. Dans cette deuxième réalisation, le deuxième moteur 20B des moyens de direction assistée est placé de façon identique à la précédente. C'est d'ailleurs également le cas dans la réalisation représentée dans la figure 3, c'est-à-dire que le deuxième moteur 30B est agencé de la même manière. Par contre, le premier moteur 30A est conçu et placé de façon coaxiale à l'arbre de sortie de volant 1. Il entraîne directement la roue dentée d'entrée 8A du train épicycloïdal 10. Par contre, dans la réalisation représentée sur la figure 4. C'est le premier moteur 40A qui est positionné de façon identique à la première réalisation, représentée par la figure 2. Par contre, le deuxième moteur 40B est placé de façon parallèle à l'axe d'entrée des roues 2. Il entraîne celui-ci par l'intermédiaire d'un réducteur qui est composé d'une roue d'entraînement 41A et d'une roue entraînée 42A. Dans la réalisation représentée par la figure 5, les deux moteurs 50A et 50B sont placés de manière parallèle aux axes de la colonne de direction et entraînent ceux-ci par deux systèmes de roues dentées, tels que précédemment décrits. Dans la réalisation représentée par la figure 6, le premier moteur 60A est coaxial et est30 placé coaxialement autour de l'axe de sortie de volant 1. Il entraîne directement la roue dentée d'entrée 8A du train épicycloïdal 10. De son côté, le deuxième moteur 60B est placé de façon parallèle à l'axe d'entrée des roues directrices 2 et l'entraîne par l'intermédiaire de deux roues dentées 61B et 62B. Dans la réalisation représentée par la figure 7, le premier moteur 70A est placé perpendiculairement à l'axe de sortie de volant 1, comme dans la première réalisation de la figure 2. Par contre, le deuxième moteur 70B est coaxial et est placé autour de l'axe d'entrée de roues directrices 2. Bien entendu, il entraîne ce dernier directement. Ceci est également le cas pour les deux dernières réalisations représentées par les figures 8 et 9 où le deuxième moteur 80B et 90B sont coaxiaux avec l'axe d'entrée des roues directrices 2. Dans la réalisation de la figure 8, le premier moteur 80A est parallèle à l'axe de sortie du volant et entraîne la roue dentée d'entrée 8A par l'intermédiaire de deux roues dentées 81A et 82A. Enfin, dans la dernière réalisation représentée par la figure 9, les deux moteurs 100A et 100B sont donc coaxiaux et entraînent respectivement directement leurs axes respectifs. Devant toutes ces réalisations, un seul carter est utilisé pour contenir les éléments mécaniques de ce système, mis à part les moteurs électriques et leur vis ou roues dentées de sortie. Ce système de direction intégré permet de réduire le nombre de connecteurs et de composants électroniques, puisque l'on utilise un unique système de commande pour les deux systèmes de direction. En cas de défaillance du système de direction active, il y a possibilité, avec le système selon l'invention, d'obtenir une démultiplication élevée, par exemple avoisinant 23, afin de réduire les efforts dans la direction. Ceci permet au conducteur du véhicule de pouvoir toujours tourner le volant, malgré la perte d'assistance due au système de direction assistée. Enfin, il est possible d'intégrer des fonctions évoluées de démultiplication variables dans ce type de système, ainsi que le contrôle de stabilité du véhicule, par adjonction d'un système d'angle de braquage. REVENDICATIONS 1. Système intégré de direction active et assistée électriquement pour la colonne de direction des véhicules automobile, placé entre la sortie de volant et l'entrée de la transmission aux roues directrices, comprenant : - des moyens de direction active fournissant un angle de braquage des roues directrices se superposant à l'angle produit par le volant, constitués, entre autre, par premier un moteur électrique (5A, 20A à 90A) entraînant un premier réducteur (6A) et - des moyens de direction assistée électriquement fournissant un apport de couple de rotation à la colonne de direction sur les mouvements de rotation commandés par le volant, constitués principalement par un deuxième moteur électrique (5B, 20B à 90B)entraînant un deuxième réducteur (6B), caractérisé en ce qu'il comprend : - un unique système de commande (4) pour les moyens de direction active et les moyens de direction assistée, et - un unique train épicycloïdal (10) faisant partie à la fois des moyens de direction active et des moyens de direction assistée et les moyens de direction active et les moyens de direction assistée étant logés dans un unique carter (19). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le train épicycloïdal (10) est placé coaxialement à la colonne de direction. 3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier réducteur (6A) des moyens de direction active entraîne une roue dentée d'entrée (8A) du train épicycloïdal (10) et que le 5 deuxième réducteur (6B) des moyens de direction assistée entraîne une roue planétaire (12) du train épicycloïdal (10), un premier axe (7A) relié à un axe de sortie de volant (1) entraînant une couronne (11) du train épicycloïdal (10). 4. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier moteur (5A, 40A et 70A) des moyens de direction active est positionné perpendiculairement à l'axe (A) de la colonne de direction, le premier réducteur étant constitué par un 15 premier système roue / vis sans fin (6A). 5. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier moteur (20A, 50A et 80A) des moyens de direction active est positionné parallèlement à l'axe (A) de la colonne, le premier 20 réducteur étant constitué par un premier système de roues dentées (21A et 22A). 6. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier moteur (30A, 60A et 90A) des moyens de direction active est positionné 25 coaxialement à l'axe (A) de la colonne, entraînant directement la roue dentée d'entrée (8A) du train épicycloïdal (10). 7. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième moteur (5B, 20B et 30 30B) des moyens de direction assistée est positionné perpendiculairement à l'axe (A) de la colonne de 10direction, le deuxième réducteur étant constitué par un deuxième système roue / vis sans fin (6B). 8. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième moteur (40B, 50B et 60B) des moyens de direction assistée est positionné parallèlement à l'axe (A) de la colonne de direction, entraînant le deuxième réducteur constitué par un deuxième système de roues dentées (41B et 42B, 51B et 52B, 61B et 62B). 9. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que le deuxième moteur (70B, 80B et 90B) des moyens de direction assistée est positionné coaxialement à l'axe (A) de la colonne de direction, entraînant directement la roue planétaire (12) du train épicycloïdal (10).