Brevet FR2895720A1 — publié le 20070706

La présente invention concerne un système de colonne de direction pour véhicule automobile, du type comprenant un arbre de direction s'étendant suivant un axe, destiné à être monté rotatif sur un support autour de son axe. Certains véhicules automobiles sont munis de coussins gonflables de sécurité logés dans un moyeu d'un volant de direction lié en rotation à l'arbre de direction, et prévus pour se déployer en cas de choc, et éviter que le conducteur heurte le volant. Ces coussins sont étudiés pour se déployer de façon optimale lorsque le volant se situe dans une position neutre correspondant à un déplacement du véhicule en ligne droite. Néanmoins, en cas de choc frontal du véhicule contre un obstacle, il existe un risque que les roues du véhicule automobile pivotent, et que ce mouvement remonte dans le système de colonne de direction jusqu'au volant. Dans ce cas, le coussin pivote lors de son déploiement autour de l'axe de l'arbre de direction et son efficacité est diminuée. Un but de l'invention est de proposer un système de colonne de direction permettant d'assurer un déploiement satisfaisant d'un coussin gonflable de sécurité associé au système de colonne de direction. A cet effet, l'invention propose un système de colonne de direction pour véhicule automobile, du type précité, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de blocage en rotation de l'arbre en cas de choc subi par le véhicule automobile, par modification des propriétés rhéologiques d'un fluide. Selon d'autres modes de réalisation, le système de colonne de direction comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - les moyens de blocage comprennent une chambre étanche délimitée entre une partie mobile liée en rotation à l'arbre et une partie fixe destinée à être liée en rotation au support, la chambre étant remplie d'un fluide magnéto-rhéologique ou électro-rhéologique, et des moyens d'activation permettant d'augmenter la viscosité du fluide en le soumettant à un champ magnétique et/ou électrique en cas de choc subi par le véhicule, pour bloquer la rotation de l'arbre de direction; - les moyens d'activation comprennent une bobine disposée autour de la partie fixe et reliée à un circuit d'alimentation; - les moyens d'activation comprennent un générateur de champ électrique; - le générateur de champ électrique comprend la partie mobile et la partie fixe, ces deux parties étant conductrices et formant entre elles un condensateur radial, et un circuit d'alimentation pour porter la partie mobile et la partie fixe à des potentiels différents; - la partie mobile et la partie fixe sont des bagues coaxiales, délimitant entre elles la chambre annulaire, fermée de façon étanche à chaque extrémité axiale par un flasque s'étendant radialement entre les bagues; - le système comprend un accumulateur d'énergie électrique auxiliaire pour l'alimentation des moyens d'activation en cas de choc subi par le véhicule; - l'accumulateur d'énergie auxiliaire est en outre destiné à l'alimentation électrique d'un générateur de gaz d'un coussin gonflable de sécurité; - le système comprend des moyens de déclenchement comprenant des moyens de détection d'un choc subi par le véhicule automobile, et une unité de commande apte à déclencher les moyens d'activation en cas de détection d'un choc subi par le véhicule automobile; - le fluide comprend des particules ferromagnétiques en suspension ou des particules polarisées électriquement. L'invention concerne également un véhicule automobile comprenant un système de colonne de direction tel que défini ci-dessus. 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 dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un système de colonne de direction conforme à l'invention, comprenant un arbre de direction rotatif et un dispositif de blocage en rotation de l'arbre de direction ; - la figure 2 est une vue schématique en perspective du dispositif de blocage en rotation de la figure 1 ; - les figures 3 et 4 sont des vues schématiques en coupe du dispositif de blocage en rotation de la figure 2 ; et - les figures 5 et 6 sont des vues analogues à celles des figures 3 et 4, illustrant un dispositif de blocage en rotation selon une variante. Tel que représenté sur la figure 1, le système de colonne de direction 2 comprend un arbre de direction 3 s'étendant suivant un axe A, comprenant un premier tronçon 4 et un deuxième tronçon 6, et reliant un volant de direction 8 aux roues (non représentées) du véhicule automobile pour transmettre un mouvement de rotation du volant 8 aux roues. Les tronçons 4 et 6 sont coaxiaux d'axe A, liés en rotation autour de l'axe A, et montés télescopiques l'un sur l'autre suivant l'axe A. Le volant 8 est fixé à une extrémité du tronçon 4 opposée au tronçon 6, et le tronçon 6 est destiné à être relié, de façon connue en soi, à son extrémité opposée au tronçon 4, aux roues du véhicule automobile. Le système 2 comprend un coussin gonflable de sécurité 9 disposé sur le volant 8, et prévu pour se déployer en cas de choc subi par le véhicule, afin de protéger le conducteur d'un choc avec le volant 8. Les tronçons 4 et 6 sont montés rotatifs autour de l'axe A dans un support 10 d'arbre de direction et de montage du système 2 dans le véhicule automobile. De façon connue en soi, le support 10 comprend une partie 12 et une partie 14 espacées suivant l'axe A, et reliées par un dispositif 16 de dissipation d'énergie permettant, en cas de choc subi par le véhicule automobile, un rapprochement des parties 12 et 14 suivant l'axe A sous un 30 effort déterminé. La partie 14 est fixée sur la structure 15 du véhicule automobile. Le tronçon 6 est monté rotatif dans la partie 14 par l'intermédiaire de roulements 18. De façon connue en soi, le tronçon 4 est monté rotatif dans la partie 12 avec possibilité de coulissement suivant l'axe A, afin de permettre le réglage en profondeur du volant 8, c'est-à-dire le réglage de la position du volant 8 suivant l'axe A. A cet effet, le tronçon 4 est monté rotatif, à l'aide de roulements 20, dans un tube intermédiaire 22 monté coulissant suivant l'axe A sur la partie 12, et blocable de manière connue dans plusieurs positions de réglage. I 0 Le réglage se fait sur une course déterminée, entre deux positions extrêmes : une position reculée et une position avancée. Le montage télescopique des tronçons 4 et 6 permet le mouvement axial relatif des tronçons 4 et 6 lors du réglage du volant 8. Le coussin 9 est reçu dans un boîtier 30 disposé sensiblement au 15 centre du volant 8. Le coussin 9 est initialement dégonflé et plié dans le boîtier 30. Le coussin 9 est associé à des moyens de déploiement 32 de type connu, comprenant un générateur de gaz 34 à déclenchement pyrotechnique disposé dans le boîtier 30, une unité de commande 36 de déclenchement du générateur 34, et des moyens de détection de choc subi par le véhicule, 20 comprenant par exemple au moins un capteur 38, du type accéléromètre, disposé dans le véhicule. Le système 2 comprend un dispositif 40 de blocage de la rotation de l'arbre 3 par rapport au support 10, en cas de choc subi par le véhicule automobile. Tel que représenté sur la figure 2, le dispositif 40 comprend une bague intérieure mobile 42 et une bague extérieure fixe 44, coaxiales, délimitant entre elles une chambre 46 annulaire, fermée de façon étanche à chaque extrémité axiale par un flasque 48 s'étendant radialement entre les bagues 42 et 44. Le dispositif 40 comprend une bobine 50 d'activation du dispositif 40, entourant la bague 44. La bague 42 est enfilée sur l'arbre de direction 3, et liée en rotation à celui-ci. La bague 44 est liée au support 10, de telle façon que la bague 44 est fixe en rotation autour de l'axe A par rapport au véhicule. Tel que représenté sur la figure 3, le dispositif 40 comprend un circuit 52 d'alimentation de la bobine 50, comprenant un accumulateur électrique 54 auxiliaire, par exemple du type condensateur, relié à une batterie 56 principale du véhicule automobile, et un interrupteur de commande 58 relié à l'unité de commande 36. La chambre 46 contient un fluide 60 magnéto-rhéologique, de viscosité variable en fonction du champ magnétique appliquée au fluide. Le fluide 60 comprend des particules ferromagnétiques en suspension, par exemple des microsphères d'acier d'une taille allant de 1 à 10 pm, dans une huile synthétique, par exemple une huile silicone. Lorsque le fluide 60 n'est pas soumis à un champ magnétique (Figure 3), les particules sont dispersées aléatoirement dans le fluide 60, qui présente une viscosité faible permettant la rotation relative des bagues 42 et 44. Lorsque le fluide est soumis à un champ magnétique radial (Figure 4), les particules s'alignent selon les lignes de champ magnétique, c'est-à-dire perpendiculairement à l'axe A, ce qui augmente la viscosité du fluide. Au-dessous d'une contrainte de cisaillement seuil, le fluide 60 ne se déforme pas, et interdit la rotation relative des bagues 42 et 44. La contrainte de cisaillement seuil dépend du champ magnétique appliqué, et est proportionnelle en première approximation au carré du champ magnétique. Les lignes de champ magnétique peuvent également être orientées selon une autre direction, c'est-à-dire non perpendiculairement à l'axe A, afin d'augmenter la viscosité du fluide 60 ; ceci étant obtenu par exemple en modifiant l'orientation de la bobine et/ou des bagues 42 et 44. Ce changement de propriété rhéologique est réversible. Lorsque le champ magnétique est supprimé, le fluide retrouve son comportement initial. Le temps de réponse du fluide au champ magnétique appliqué est très rapide. Il est compris entre quelques millisecondes et une dizaine de millisecondes. A titre de comparaison, le gonflage du coussin 9 s'effectue en environ 50 millisecondes. En fonctionnement, l'unité 36 détecte un choc subi par le véhicule à partir des informations correspondantes transmises par le capteur 38, et commande le générateur de gaz 34, de façon à gonfler le coussin 9. Par ailleurs, l'unité 36 commande l'interrupteur 58 pour l'alimentation de la bobine 50, de façon à créer un champ électromagnétique dans la chambre 46 pour figer le fluide 60 comme expliqué auparavant. Ainsi, l'arbre 3 est immobilisé en rotation par rapport au support 10. Le dispositif 40 est dimensionné pour appliquer un champ magnétique permettant d'atteindre une contrainte de cisaillement seuil suffisante pour résister au couple susceptible d'être appliqué sur l'arbre 3. 15 L'accumulateur 54 dédié à la bobine 50 évite qu'une destruction de la batterie 56 lors du choc empêche l'alimentation de la bobine 50. De façon analogue, comme illustré sur la figure 1, le générateur de gaz 34 comprend un accumulateur auxiliaire 62 dédié. En variante, un seul accumulateur auxiliaire est prévu pour alimenter la bobine 50 et le 20 générateur de gaz 34. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 5 et 6, le dispositif 40 utilise un fluide du type électro-rhéologique. Un tel fluide contient des particules polarisées électriquement, disposées par exemple dans une huile minérale ou silicone non conductrice. 25 L'application d'un champ électrique dans le fluide électro-rhéologique a les mêmes effets que l'application d'un champ magnétique dans le fluide magnéto-rhéologique. Le champ électrique est par exemple créé entre les bagues 42 et 44 conductrices, formant entre elles un condensateur radial, portées à des 30 potentiels différents par l'intermédiaire d'un circuit d'alimentation 52 analogue à celui du mode de réalisation des figures 3 et 4. Tel que représenté sur la figure 1, le dispositif 40 est disposé entre le tronçon 4 et le tube 22. Dans des variantes illustrées en traits mixtes sur la figure 1, le dispositif de blocage en rotation (références 40b et 40c) est disposé entre le tronçon 6 et la partie 14 (référence 40b), ou sur un arbre de direction inférieur 66, interposé entre l'arbre 3 et les roues du véhicule automobile, du côté opposé au volant 8 (référence 40c). Dans ce cas, la partie fixe du dispositif 40c est fixée par exemple sur une traverse du véhicule automobile. L'invention s'applique également à un système de colonne de direction ne permettant pas le réglage en profondeur du volant. De manière plus générale, l'invention se rapporte à un système de colonne de direction pour véhicule automobile, du type comprenant un arbre de direction s'étendant suivant un axe, destiné à être monté rotatif sur un support autour de son axe, comprenant des moyens de blocage en rotation de l'arbre de direction en cas de choc subi par le véhicule automobile. REVENDICATIONS 1.- Système de colonne de direction pour véhicule automobile, du type comprenant un arbre de direction (3, 6, 66) s'étendant suivant un axe (A), destiné à être monté rotatif sur un support (10) autour de son axe (A), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de blocage en rotation de l'arbre (3, 6, 66) en cas de choc subi par le véhicule automobile, par modification des propriétés rhéologiques d'un fluide. 10 2.- Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de blocage comprennent une chambre (46) étanche délimitée entre une partie mobile (42) liée en rotation à l'arbre (3, 6, 66) et une partie fixe (44) destinée à être liée en rotation au support (10), la chambre (46) étant remplie d'un fluide (60) magnéto-rhéologique ou électro-rhéologique, et des 15 moyens d'activation (50 ; 42, 44) permettant d'augmenter la viscosité du fluide (60) en le soumettant à un champ magnétique et/ou électrique en cas de choc subi par le véhicule, pour bloquer la rotation de l'arbre de direction (3, 6, 66). • 20 3.- Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens d'activation comprennent une bobine (50) disposée autour de la partie fixe (44) et reliée à un circuit d'alimentation (52). 4.- Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens d'activation comprennent un générateur de champ électrique (42, 44). 5.- Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que le générateur de champ électrique comprend la partie mobile (42) et la partie 30 fixe (44), ces deux parties (42, 44) étant conductrices et formant entre ellesun condensateur radial, et un circuit d'alimentation (52) pour porter la partie mobile et la partie fixe à des potentiels différents. 6.- Système selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la partie mobile (42) et la partie fixe (44) sont des bagues coaxiales, délimitant entre elles la chambre (46) annulaire, fermée de façon étanche à chaque extrémité axiale par un flasque (48) s'étendant radialement entre les bagues (42, 44). 10 7.- Système selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend un accumulateur d'énergie électrique auxiliaire (54) pour l'alimentation des moyens d'activation (50 ; 42, 44) en cas de choc subi par le véhicule. 8.- Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'accumulateur d'énergie auxiliaire (54) est en outre destiné à l'alimentation électrique d'un générateur de gaz (34) d'un coussin gonflable de sécurité (9). 9.- Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, 20 caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de déclenchement comprenant des moyens de détection (38) d'un choc subi par le véhicule automobile, et une unité de commande (36) apte à déclencher les moyens d'activation (50, 42, 44) en cas de détection d'un choc subi par le véhicule automobile. 10.- Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide comprend des particules ferromagnétiques en suspension ou des particules polarisées électriquement. 11.- Véhicule automobile comprenant un système selon l'une 30 quelconque des revendications précédentes.