Brevet FR2887840A1 — publié le 20070105

DISPOSITIF DE RESTITUTION D'EFFORTS AU VOLANT PASSIF POUR SYSTEME DE DIRECTION DE VEHICULE AUTOMOBILE DU TYPE STEER-BY-WIRE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte de façon générale à un dispositif de restitution d'efforts au volant passif pour système de direction de véhicule automobile du type steer-by-wire. Ce dispositif a pour fonction essentielle de délivrer un retour d'effort sur le volant, afin que le conducteur retrouve des sensations de conduite similaires à celles rencontrées avec un système de direction de véhicule automobile du type mécanique. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Dans les systèmes de direction de véhicule automobile du type mécanique, c'est-à-dire incorporant un lien mécanique entre le volant et les roues du véhicule, le retour d'effort sur le volant est donné par la géométrie du train avant de ce véhicule. A cet égard, pour diminuer cet effort qui peut être difficile à supporter par le conducteur, il peut être adjoint une assistance électrique. En revanche, dans les systèmes de direction de véhicule automobile du type steer-by-wire, c'est-à- dire n'incorporant plus de lien mécanique entre le volant et les roues du véhicule, le train avant ne permet plus de transmettre la sensation d'effort au conducteur, qui est pourtant nécessaire à l'obtention d'un confort de conduite minimum. Pour faire face à cette nécessité, il est couramment fait appel à un dispositif de restitution d'efforts au volant actif, prenant par exemple la forme d'un moto-réducteur se situant en lieu et place de l'assistance électrique employée sur les systèmes de direction de véhicule automobile du type mécanique. Cependant, il est noté que cette solution a pour inconvénient majeur qu'en cas de défaillance ou d'arrêt du moteur électrique du moto- réducteur, le volant devient libre en rotation, ce qui rend bien évidemment la conduite extrêmement inconfortable et dangereuse. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a donc pour but de proposer un dispositif de restitution d'efforts au volant passif pour système de direction de véhicule automobile du type steer-by-wire, son caractère passif lui permettant ainsi de fonctionner sans énergie électrique. Pour ce faire, l'invention a pour objet un dispositif de restitution d'efforts au volant passif pour système de direction de véhicule automobile du type steer-by-wire, comprenant un réducteur réversible destiné à être lié mécaniquement à un volant du système de direction de manière à être capable d'entraîner une roue en rotation selon un axe de roue lors d'une rotation de ce volant, le dispositif comportant en outre deux ensembles élastiques de rappel disposant d'une raideur et d'une précharge identiques, chaque ensemble s'étendant selon un axe d'ensemble élastique de rappel et disposant de deux extrémités parmi lesquelles une première extrémité montée de façon pivotante sur la roue ainsi qu'une seconde extrémité montée de façon pivotante sur un point fixe du dispositif, les deux ensembles élastiques de rappel étant agencés de manière à ce qu'en projection selon un plan de projection orthogonal à l'axe de roue, dans une position d'équilibre de la roue, les deux axes d'ensemble élastique de rappel présentent une symétrie axiale. Ce dispositif passif selon l'invention présente l'avantage de disposer d'une conception simple et peu coûteuse, capable de délivrer une sensation de conduite toujours satisfaisante pour le conducteur, même en cas d'une quelconque défaillance électrique au sein du véhicule équipé d'un tel dispositif. Son fonctionnement astucieux consiste à prévoir que lorsque le conducteur tourne le volant, il entraîne mécaniquement le réducteur réversible qui engendre quant à lui une rotation de la roue. Lors de cette dernière rotation, l'un des deux ensembles élastiques de rappel se comprime en provoquant donc une restitution d'effort au volant, alors que l'autre ensemble se décomprime. Ensuite, lorsque le conducteur relâche le volant, la roue revient à sa position d'équilibre par l'intermédiaire de l'ensemble élastique le plus comprimé, qui exerce effectivement une poussée sur cette roue libre en rotation jusqu'à ce que les deux ensembles élastiques de rappel retrouvent naturellement leur équilibre. Naturellement, le retour en position de la roue provoque une rotation du volant autorisée grâce à la réversibilité du réducteur employé. De préférence, chaque ensemble élastique de rappel comporte deux éléments coulissants emboîtés l'un dans l'autre et portant respectivement les première et seconde extrémités de l'ensemble, ainsi qu'un ressort en appui sur chacun des deux éléments coulissants. Préférentiellement, les deux secondes extrémités sont montées de façon pivotante sur un même pivot fixe du dispositif, orienté parallèlement à l'axe de roue, ce qui implique que les deux ensembles élastiques de rappel présentent alors conjointement la forme d'un V. Toujours de manière préférentielle, il est noté que le réducteur réversible peut alternativement comporter une vis sans fin engrenant avec un secteur denté pratiqué sur la roue, ou un train épicycloïdal engrenant avec un secteur denté pratiqué sur cette même roue. L'invention a également pour objet un système de direction de véhicule automobile du type steer-by-wire, comprenant un dispositif de restitution d'efforts au volant passif tel que celui décrit ci-dessus. A titre indicatif, ce système peut également comporter un dispositif de restitution d'efforts au volant actif. Dans un tel cas, on peut alors alternativement prévoir que le dispositif passif fonctionne uniquement en cas de défaillance ou d'arrêt du dispositif actif, ou que les deux dispositifs sont aptes à fonctionner simultanément. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description détaillée non limitative ci-dessous. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS Cette description sera faite au regard des dessins annexés parmi lesquels; - la figure 1 représente une vue en perspective d'un système de direction de véhicule automobile du type steer-by-wire, ce système se présentant sous la forme d'un premier mode de réalisation préféré de la présente invention; - la figure 2 représente une vue agrandie de côté du dispositif de restitution d'efforts au volant passif du système montré sur la figure 1, la roue du dispositif se trouvant dans sa position d'équilibre; - les figures 3a et 3b représentent des vues partielles et schématiques du dispositif montré sur la figure 2, ces vues prises en projection selon un plan de projection orthogonal à l'axe de roue illustrant le principe de fonctionnement de l'invention; et - la figure 4 représente une vue en perspective d'un système de direction de véhicule automobile du type steer-by-wire, ce système se présentant sous la forme d'un second mode de réalisation préféré de la présente invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS En référence à la figure 1, il est représenté un système de direction 1 de véhicule automobile du type steer-by-wire selon l'invention, ce système étant équipé d'un dispositif de restitution d'efforts au volant passif 2 selon un premier mode de réalisation préféré de la présente invention. Globalement, le système 1 comprend un volant 4, une colonne de direction 6 ainsi qu'un module 8 rattaché à une extrémité avant de la colonne 6 et permettant d'assurer la fonction de steer-by-wire . En outre, le système 1 comporte donc également le dispositif de restitution d'efforts au volant passif 2, ainsi qu'éventuellement un dispositif de restitution d'efforts au volant actif 10. Dans ce dernier cas, le dispositif 10 prend par exemple la forme d'un moto-réducteur se situant en lieu et place de l'assistance électrique employée sur les systèmes de direction de véhicule automobile du type mécanique. Une des particularités de l'invention se situe donc au niveau dispositif passif 2, qui va à présent être décrit de façon détaillée en référence conjointement aux figures 1 et 2. En effet, comme cela est le mieux visible sur la figure 2 montrant le dispositif 2 dans un état dans lequel le volant est en position neutre, à savoir n'engendrant aucune inclinaison pour les roues directrices du véhicule, ce dispositif 2 comprend tout d'abord un réducteur réversible prenant la forme d'une vis sans fin 12 liée mécaniquement à la colonne de direction 6, cette vis 12 engrenant avec un secteur denté 14 d'une roue 16. Plus précisément, le dispositif 2 comprend effectivement une roue 16 capable d'être entraînée en rotation par la vis 12 selon un axe de roue 18 de préférence orthogonal à un plan médian vertical et longitudinal du véhicule, la vis 12 étant quant à elle entraînée par le mouvement de rotation du volant exercé par le conducteur. Le dispositif 2 comporte en outre deux ensembles élastiques de rappel 20a, 20b d'une raideur et d'une précharge identiques, chacun comportant deux éléments coulissants 22, 24 emboîtés l'un dans l'autre et portant respectivement une première 26 et seconde extrémités 28. Chaque ensemble comporte également un ressort 30, de préférence de compression, dont une extrémité est en appui sur un épaulement 32 de l'élément coulissant 22 et dont l'autre extrémité est en appui sur un épaulement 34 de l'élément coulissant 24. Comme cela est visible sur la figure 2, la première extrémité 26 de l'ensemble 20a est montée de façon pivotante sur la roue 16 en un point P1 de celle- ci, tandis que sa seconde extrémité 28 est montée de façon pivotante sur un point fixe P2 du dispositif, par exemple sur un carter 36 de ce dernier. De façon analogue, la première extrémité 26 de l'ensemble 20b est montée de façon pivotante sur la roue 16 en un point P3 de celle-ci, distinct de P1, tandis que sa seconde extrémité 28 est montée de façon pivotante sur un point fixe P4 du dispositif, par exemple sur un carter 36 de ce dernier. Dans ce premier mode de réalisation préféré, il est noté que les deux secondes extrémités 28 des ensembles 20a, 20b sont montées de façon pivotante sur un même pivot fixe 40 du dispositif, orienté parallèlement à l'axe 18. Pour ce faire, les deux ensembles 20a, 20b sont donc décalés l'un par rapport à l'autre dans la direction de cet axe 18, comme on peut clairement l'apercevoir sur la figure 1. Par ailleurs, il est donc normal que sur la vue de côté de la figure 2, les points P2 et P4 soient confondus. Globalement, les deux ensembles 20a, 20b s'étendant respectivement selon des axes d'ensemble élastique de rappel 42a, 42b sont donc disposés en V et symétriquement, de préférence par rapport à un axe vertical 44. Plus précisément et comme illustré sur la figure 3a, les deux ensembles élastiques de rappel 20a, 20b sont agencés de manière à ce qu'en projection selon un plan de projection P orthogonal à l'axe de roue 18, dans la position montrée d'équilibre de la roue 16 où la distance entre les points P1 et P2 d'une part et P3 et P4 d'autre part est égale à dl, les deux axes 42a, 42b présentent une symétrie axiale selon l'axe vertical 44 superposé à un diamètre de la roue 16. Toujours dans cette même projection, on peut s'apercevoir que l'axe de rotation 18 se situe globalement de préférence entre le groupe de points P1 et P3 positionnés sur une partie supérieure de la roue 16, et le groupe de points P2 et P4. Ainsi, lorsque le conducteur tourne le volant 4, il entraîne mécaniquement la vis sans fin réversible 12 qui engendre quant à elle une rotation de la roue 16, comme on peut le voir sur la figure 3b. Lors de cette dernière rotation, l'ensemble 20b se comprime en provoquant donc une restitution d'effort au volant, alors que l'autre ensemble 20a se décomprime. Cela se traduit alors par le fait que la distance entre les points P3 et P4 atteint une valeur d2 inférieure à dl, et également inférieure à une valeur d3 correspondant à la distance atteinte entre les points P1 et P2 de l'ensemble 20a se décomprimant. L'effet recherché est donc bien de rompre la symétrie précitée lors de la mise en rotation du volant 4 par le conducteur du véhicule. Ensuite, lorsque le conducteur relâche le volant 4, la roue revient à sa position d'équilibre par l'intermédiaire de l'ensemble élastique 20b le plus comprimé, qui exerce une poussée sur cette roue libre en rotation 16 jusqu'à ce que les deux ensembles 20a, 20b retrouvent naturellement leur équilibre, et donc leur position symétrique représentée sur la figure 3a. Dans le cas où le système 1 est effectivement pourvu d'un dispositif passif 2 et d'un dispositif actif 10 pour assurer la restitution d'efforts au volant, deux solutions peuvent alors se présenter. La première de ces solutions consiste à lier le dispositif passif 2 en permanence à la colonne de direction 6, et donc au volant 4, de sorte que ce dispositif 2 suit alors le volant 4 quelle que soit la situation électrique du système 1. En d'autres termes, les dispositifs 2 et 10 agissent simultanément, ce qui implique notamment de prévoir un dispositif actif 10 surdimensionné de manière à prendre en compte les efforts supplémentaires à fournir qui sont liés aux mouvements des ensembles élastiques 20a, 20b, et également bien entendu de prévoir des lois de commande de restitution prenant en compte la présence du dispositif passif 2. Il est noté que cette solution présente l'avantage d'être de conception relativement simple. Dans une seconde solution possible, on peut prévoir que le dispositif passif 2 se substitue au dispositif actif 10 lors d'une défaillance électrique ou d'un arrêt du moteur de ce même dispositif 10. Pour ce faire, il est possible d'intégrer un embrayage actionné électriquement entre les dispositifs 2 et 10. Pour des raisons de sûreté de fonctionnement, l'embrayage est de préférence activé lorsqu'il n'est pas alimenté électriquement, et permet donc de connecter mécaniquement le dispositif passif 2 au volant 4 uniquement lorsque le dispositif actif 10 n'est plus alimenté électriquement. En référence à la figure 4, il est représenté un système de direction 1 de véhicule automobile du type steer-by-wire selon l'invention, ce système étant équipé d'un dispositif de restitution d'efforts au volant passif 2 selon un second mode de réalisation préféré de la présente invention. Dans ce second mode de réalisation préféré, l'unique différence avec le premier réside dans le fait que le réducteur réversible prend la forme d'un train épicycloïdal 112 coopérant avec le secteur denté de la roue 16 du dispositif 2. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier aux dispositifs de restitution d'efforts au volant passif et aux systèmes de direction de véhicule automobile qui viennent d'être décrits, uniquement à titre d'exemples non limitatifs. REVENDICATIONS 1. Dispositif de restitution d'efforts au volant passif (2) pour système de direction (1) de véhicule automobile du type steer-by-wire, caractérisé en ce qu'il comprend un réducteur réversible (12, 112) destiné à être lié mécaniquement à un volant (4) du système de direction de manière à être capable d'entraîner une roue (16) en rotation selon un axe de roue (18) lors d'une rotation dudit volant, ledit dispositif comportant en outre deux ensembles élastiques de rappel (20a, 20b) disposant d'une raideur et d'une précharge identiques, chaque ensemble s'étendant selon un axe d'ensemble élastique de rappel (42a, 42b) et disposant de deux extrémités parmi lesquelles une première extrémité (26) montée de façon pivotante sur ladite roue (16) ainsi qu'une seconde extrémité (28) montée de façon pivotante sur un point fixe (40) du dispositif, les deux ensembles élastiques de rappel (20a, 20b) étant agencés de manière à ce qu'en projection selon un plan de projection (P) orthogonal audit axe de roue (18), dans une position d'équilibre de ladite roue (16), les deux axes d'ensemble élastique de rappel (42a, 42b) présentent une symétrie axiale. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque ensemble élastique de rappel (20a, 20b) comporte deux éléments coulissants (22, 24) emboîtés l'un dans l'autre et portant respectivement les première et seconde extrémités (26, 28) de l'ensemble, ainsi qu'un ressort (30) en appui sur chacun des deux éléments coulissants. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit ressort est un ressort de compression. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux secondes extrémités (28) sont montées de façon pivotante sur un même pivot fixe (40) du dispositif, orienté parallèlement audit axe de roue (18). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits deux ensembles élastiques de rappel (20a, 20b) sont agencés de façon décalée dans la direction de l'axe de roue (18). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit réducteur réversible comporte une vis sans fin (12) engrenant avec un secteur denté (14) pratiqué sur ladite roue (16). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit réducteur réversible comporte un train épicycloïdal (112) engrenant avec un secteur denté (14) pratiqué sur ladite roue (16). 8. Système de direction (1) de véhicule automobile du type steer-by-wire, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de restitution d'efforts au volant passif (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif de restitution d'efforts au volant actif (10).