Brevet FR2892084A1 — publié le 20070420

La présente invention concerne une colonne de direction de véhicule automobile. Elle vise en particulier une colonne de direction réglable en hauteur et/ou en profondeur. La figure 1 représente schématiquement en 1 une colonne de direction traditionnelle de véhicule automobile, comprenant un arbre supérieur 2 monté à rotation dans un support de colonne 3 solidaire de la caisse C du véhicule et portant à l'une de ses extrémités un volant de direction 4, un arbre intermédiaire 5 dont une extrémité supérieure est reliée à l'extrémité de l'arbre supérieur 2 opposée au volant 4 par un joint de cardan 6, et un arbre inférieur 7 portant à une extrémité un pignon de crémaillère 8 en engrènement avec une crémaillère de direction 9 permettant de diriger les roues directrices du véhicule sous la commande du volant de direction 4. L'arbre inférieur 7 a son extrémité opposée au pignon de crémaillère 8 reliée à l'extrémité inférieure de l'arbre intermédiaire 5 par l'intermédiaire d'un second joint de cardan 10. Une telle colonne de direction doit présenter une homocinétie, c'est-à-dire une vitesse relative en rotation entre l'arbre supérieur 2 et l'arbre inférieur 7 aussi faible que possible, en général inférieure à 8%, pour éviter des sensations désagréables dans le volant de direction 4 ressenties par le conducteur du véhicule. Quand l'implantation de la colonne de direction dans le véhicule est définie avec ce critère d'homocinétie, les angles a et b des deux cardans 6 et 10 ou des arbres 2, 5, 7 ont obligatoirement une différence angulaire d'environ 5 à 10 et les axes de croisillons c, d, représentés en figure 2 et vus en bout suivant la flèche F1 de la figure 1 respectivement du joint de cardan 6 et du joint de cardan 10, sont décalés angulairement l'un de l'autre d'un angle e pour compenser au mieux le défaut d'homocinétie. Ce problème de compensation du défaut d'homocinétie est accentué pour une colonne de direction réglable en hauteur et/ou en profondeur représentée en figure 3 et selon laquelle l'arbre supérieur 2 a une position devant varier suivant les mouvements de translation T appliqués par le volant 4 pour le réglage en profondeur de celui-ci et de pivotement dans un plan vertical de cet arbre par le volant 4 pour son réglage en hauteur H. Ce réglage en profondeur est rendu possible par l'arbre intermédiaire 5 composé de deux tronçons 5a, 5b montés à coulissement guidé l'un dans l'autre. La présente invention a pour but de réaliser une colonne de direction de véhicule automobile ayant une homocinétie proche de 5% entre l'arbre du volant de direction et l'arbre portant le pignon de crémaillère, rapprochant de la sorte les valeurs angulaires entre cardans de cette colonne de direction, tout en lui permettant des réglages en profondeur et/ou en hauteur du volant de direction par rapport au conducteur du véhicule. Pour atteindre ce but, la colonne de direction de véhicule automobile de l'invention, du type comprenant un arbre supérieur portant un volant de direction à l'une de ses extrémités, un arbre intermédiaire dont une extrémité supérieure est reliée à l'arbre supérieur par au moins un premier joint de cardan et un arbre inférieur dont une extrémité est reliée aux roues directrices et l'extrémité opposée est reliée à l'extrémité inférieure de l'arbre intermédiaire par au moins un second joint de cardan, est caractérisée en ce qu'elle comprend un second arbre intermédiaire interposé entre l'arbre supérieur et le premier arbre intermédiaire en ayant l'une de ses extrémités reliée à l'autre extrémité de l'arbre supérieur par au moins un troisième joint de cardan et son extrémité opposée reliée à l'extrémité supérieure du premier arbre intermédiaire par le premier joint de cardan. Lorsque la colonne de direction est du type comprenant des moyens de réglage en hauteur et/ou en profondeur du volant de direction, le premier arbre intermédiaire étant incliné vers le bas relativement à l'arbre supérieur d'une valeur d'angle déterminée, cette colonne est caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens permettant de maintenir à leur position inclinée relative les deux arbres intermédiaire et supérieur notamment lorsque l'arbre supérieur est déplacé en translation suivant sa direction longitudinale à une position de réglage en profondeur du volant de direction. De préférence, les moyens de réglage en hauteur et en profondeur du volant de direction comprennent un tube dans lequel est monté à rotation l'arbre supérieur, lequel tube peut d'une part pivoter relativement à un support fixe de la colonne de direction suivant un axe horizontal perpendiculaire à l'axe supérieur et d'autre part se déplacer en translation guidée conjointement avec l'arbre supérieur suivant la direction longitudinale de ce dernier relativement au support fixe. Avantageusement, les moyens de maintien en position angulaire du premier arbre intermédiaire relativement à l'arbre supérieur comprennent un palier de support du premier arbre intermédiaire situé au voisinage de son extrémité comportant le premier joint de cardan de liaison au second arbre intermédiaire, deux bras de levier sensiblement parallèles s'étendant de chaque côté du premier arbre intermédiaire et ayant leurs extrémités inférieures reliées, notamment de façon diamétralement opposée, au palier de support suivant un axe d'articulation transversal au premier arbre intermédiaire, les deux bras de levier comportant, à l'opposé de leurs extrémités inférieures reliées au palier de support, respectivement deux paires d'éléments de bras, l'un des éléments de bras de chaque paire étant fixé au tube de l'arbre supérieur suivant un axe de pivotement perpendiculaire à cet arbre et parallèle à l'axe horizontal de pivotement du tube relativement au support fixe et l'autre élément de bras de chaque paire étant monté à coulissement guidé dans une glissière du support fixe parallèle à l'arbre supérieur. L'axe de pivotement des deux éléments de bras au tube de l'arbre supérieur passe par le centre du 5 troisième joint de cardan. L'axe de pivotement du tube au support fixe est situé au voisinage de l'axe de pivotement des deux éléments de bras au tube de l'axe supérieur, ce dernier axe étant situé à l'extrémité du tube. 10 Le palier de support du premier arbre intermédiaire est intérieurement lisse. Le tube de l'arbre supérieur est guidé en translation par deux glissières parallèles aux glissières de guidage des éléments des deux paires d'éléments de 15 bras. Le premier arbre intermédiaire comporte deux tronçons montés à coulissement guidé l'un dans l'autre. Le second arbre intermédiaire est court relativement aux autres arbres. 20 L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un 25 mode de réalisation de l'invention et dans lesquels : -la figure 1 représente schématiquement une colonne de direction de véhicule de l'art antérieur ; '- la figure 2 est une vue en bout suivant la flèche Fl de la figure 1 ; 30 - la figure 3 est une vue schématique d'une colonne de direction de véhicule automobile à réglage en profondeur et/ou en hauteur de l'art antérieur ; - la figure 4 est une vue schématique d'une colonne de direction de véhicule automobile conforme à 35 l'invention ; la figure 5 est une vue schématique de la colonne de direction de la figure 4 comportant les moyens de réglage en profondeur et/ou en hauteur du volant de direction et les moyens permettant le maintien en position dans l'espace d'un arbre intermédiaire de cette colonne ; - la figure 6 est une vue en perspective de dessous de la colonne de direction de l'invention ; - la figure 7 est une vue partielle en perspective agrandie suivant la flèche VII de la figure 6 ; - la figure 8 est une vue de dessus de la figure 7 ; - la figure 9 est une vue de côté suivant la flèche IX de la figure 7 ; et - la figure 10 est une vue de côté suivant la flèche X de la figure 7. Les différents éléments constitutifs de la colonne de direction de véhicule automobile des figures 4 et 5 identiques ou accomplissant les mêmes fonctions que ceux de la colonne de direction de la figure 3 portent les mêmes références et ne seront pas décrits à nouveau. Selon l'invention, la colonne de direction des figures 4 et 5 comprend un second arbre intermédiaire 11 interposé entre l'arbre 2 du volant de direction 4 et le premier arbre intermédiaire 5. Ainsi, le second arbre intermédiaire il a son extrémité inférieure reliée à l'extrémité supérieure de l'arbre intermédiaire 5 par le premier joint de cardan 6 et son extrémité supérieure reliée à l'extrémité de l'arbe 2 opposée au volant 4 par un troisième joint de cardan 12, de sorte que les valeurs angulaires a, b, et f entre les cardans 6, 10, 12 soient rapprochées les unes des autres. Cette implantation de colonne de direction à trois cardans et, par conséquent, à quatre arbres de colonne, nécessite de maîtriser la position dans l'espace de l'un des deux arbres centraux intermédiaires 5, 11, notamment de l'arbre intermédiaire 5 par des moyens qui vont être décrits ci-dessous en référence en particulier aux figures 6 à 10. Tout d'abord, seront décrits les moyens permettant de régler en profondeur et/ou en hauteur le volant de 5 direction 4 du véhicule. Ces moyens comprennent un tube 13 dans lequel est monté à rotation l'arbre 2 et qui peut pivoter relativement à un support fixe 14 de colonne de direction solidaire du châssis du véhicule autour d'un axe 10 horizontal Al-A2 s'étendant perpendiculairement à l'arbre 2 maintenu axialement dans le tube 13, de manière à permettre le pivotement du tube 13 et de l'arbre 2 autour de l'axe Al-A2 dans un plan vertical de réglage de position en hauteur du volant de direction 4. Les moyens 15 de réglage comprennent en outre deux axes de guidage 15 s'étendant radialement de part et d'autre du tube: 13 en étant diamétralement opposés et engagés respectivement dans deux glissières 16 du support 14 parallèles à l'axe longitudinal de l'arbre 2, les deux axes 15 s'étendant 20 coaxialement à l'axe de pivotement Al-A2 du tube 13. De la sorte, le tube 13 et l'arbre 2 peuvent se déplacer conjointement en translation guidée par les deux glissières 16 suivant la direction longitudinale de l'arbre 2 parallèle à la direction longitudinale du 25 véhicule. Les deux glissières 16 sont réalisées au travers de deux parois verticales 17 du support 14 disposées de part et d'autre du tube 13 parallèlement à celui-'ci. Chaque axe de guidage 15 se termine à l'extérieur de la paroi 17 par une tête 15a de plus 30 grande dimension que la hauteur ou largeur de la glissière 16 afin de retenir cet axe relativement à cette dernière. Lorsque l'arbre 2 du volant de direction 4 est déplacé en rotation autour de l'axe Al-A2 et en 35 translation suivant son axe longitudinal relativement au support 14, pour régler en hauteur et en profondeur le volant de direction 4, le joint de cardan 12 ainsi que le joint de cardan 6 se déplacent en translation avec l'arbre intermédiaire 11, provoquant également le coulissement l'un dans l'autre des deux tronçons 5a, 5b de l'arbre intermédiaire 5 par l'intermédiaire de cannelures. Par conséquent, il est nécessaire de gérer la position dans l'espace du tronçon 5a de l'arbre intermédiaire 5 pour assurer une différence angulaire faible entre les angles a, b, f des cardans respectifs 6, 10, 12 par les moyens spécifiques à l'invention. Ces moyens comprennent un palier 18 de support de la partie d'extrémité du tronçon 5a de l'arbre intermédiaire 5 située à proximité du joint de cardan 6 et deux bras de levier sensiblement parallèles 19 s'étendant de chaque côté du premier arbre intermédiaire 5 parallèlement à celui-ci et au-delà du joint de cardan 6, les deux bras 19 ayant leurs extrémités inférieures reliées de façon diamétralement opposée au palier de support annulaire 18 suivant un axe d'articulation ou de rotation A3- A4 transversal au tronçon 5a de l'arbre 5. Les deux bras de levier 19 comportent, à l'opposé de leurs extrémités inférieures reliées au palier 18, respectivement deux paires d'éléments de bras 20, 21, l'un 20 des éléments de bras de chaque paire étant monté à coulissement guidé par son extrémité libre dans une glissière 22 du support fixe 14 s'étendant parallèlement aux glissières 16 et, par conséquent, parallèle à l'arbre 2 du volant 4. A cet effet, l'extrémité de chaque élément de bras 20 comporte un patin 23 monté pivotant suivant un axe transversal au bras 20 et pouvant glisser dans la glissière correspondante 22 en forme de fenêtre rectangulaire réalisée dans une paroi oblique 24 du support de colonne 14 s'étendant au-dessus et en dessous de la paroi verticale 17 de ce support suivant le bras 20 considéré. Comme représenté, chaque patin 23 comporte à l'opposé du bras 20 une tête 23a faisant saillie de la glissière correspondante 22 et permettant de retenir le bras 20 relativement à la glissière 22. L'autre 21 des éléments de bras de chaque paire est fixé de manière pivotante à l'extrémité du tube 13 opposée au volant de direction 4 suivant un axe de pivotement A5-A6 perpendiculaire à l'arbre 2 et parallèle à l'axe de pivotement Al-A2 du tube 13. L'axe de pivotement A5-A6 passe par le centre du joint de cardan 12 et l'axe Al-A2 est situé côté volant de direction de façon très proche de l'axe A5-A6. Les figures 6 à 10 montrent que l'un des bras 20 10 s'étend au-dessus du bras 21 tandis que l'autre bras 20 s'étend en dessous du bras 21. Le palier 18 est intérieurement lisse de manière que, lorsque le volant 4 est tourné pour braquer les roues directrices du véhicule, les joints de cardan 6 et 15 12 puissent entraîner en rotation le tronçon 5a de l'arbre intermédiaire 5 relativement au palier 18. Le palier 18, ainsi maintenu par les bras de levier 19, 20, 21 et l'axe A3-A4, est déplacé dans un plan choisi contenant dans une position de réglage moyen l'axe 20 longitudinal de l'arbre 2 et l'axe longitudinal du tronçon 5a de l'arbre intermédiaire 5, de manière à minimiser les différences angulaires entre les angles a, b, f des cardans respectifs 6, 10, 12, par les bras de levier 19, 20, 21 qui peuvent coulisser par leurs 25 extrémités opposées au palier 18 dans leurs glissières respectives 22 et dans des plans parallèles au plan choisi de réglage. `Pour régler le volant 4 à une position choisie par le conducteur, celui-ci manoeuvre un levier de commande 30 25, faisant partie d'un dispositif de serrage et de desserrage de ce volant, à une position de desserrage à laquelle le volant peut être réglé en hauteur et/ou en profondeur. Lorsque le conducteur déplace en translation l'ensemble à tube 13 et arbre 2 pour un réglage en 35 profondeur du volant de direction 4, ce mouvement de translation est transmis aux joints de cardan 6, 12 et aux bras de levier 19, 20, 21 dont les bras 20 coulissent dans leurs glissières respectives 22 suivant la direction imposée par le volant, de sorte que l'arbre intermédiaire 5 est maintenu en position dans l'espace par ces bras de levier et le palier 18, de manière à assurer la différence angulaire faible entre les angles des joints de cardan 6, 10, 12. Comme cela ressort mieux de la figure 7, le second arbre intermédiaire 11 est extrêmement court relativement aux autres arbres 2, 5 et 7. Une fois le réglage effectué, le conducteur manœuvre à nouveau le levier 25 pour serrer le volant à la position de réglage souhaitée. La figure 5 montre que la position de réglage en hauteur ou angulaire du volant de direction 4 peut être assurée de façon guidée par au moins une glissière arquée 26 solidaire du support de colonne 14 et dans laquelle peut coulisser un rouleau 27 solidaire du tube 13 de l'arbre 2, le rouleau 27 étant maintenu à la position de réglage souhaitée dans la glissière 26 par serrage du dispositif de serrage à levier 25, ce dernier étant représenté en figure 9 à ses deux positions de serrage et de desserrage du volant 4. La colonne de direction de l'invention à quatre arbres 2, 11, 5, 8 inclinés les uns relativement aux autres de l'habitacle du véhicule vers le bas du compartiment moteur de celui-ci avec le bras intermédiaire 11 qui peut être très court, permet de rapprocher entre elles les différences des angles des cardans respectifs de 1 à 5 degrés près. Les moyens à palier 18 et bras de levier 19, 20, 21 permettent de maîtriser la position dans l'espace de l'arbre intermédiaire 5 notamment par rapport à l'arbre 2 du volant 4, surtout quand l'arbre 2 subit les mouvements de réglage de position de ce volant. En l'absence de ces moyens de positionnement, le joint de cardan 12 se déplacerait dans l'espace à n'importe quelle position lors d'un mouvement de réglage du volant de direction 4 REVENDICATIONS 1. Colonne de direction de véhicule automobile, comprenant un arbre supérieur (2) portant un volant de direction (4) à l'une de ses extrémités, un arbre intermédiaire (5) dont une extrémité supérieure est reliée à l'arbre supérieur (2) par au moins un premier joint de cardan (6) et un arbre inférieur (7) dont une extrémité est reliée aux roues directrices du véhicule et l'extrémité opposée est reliée à l'extrémité inférieure de l'arbre intermédiaire (5) par au moins un second joint de cardan (10), caractérisée en ce qu'elle comprend un second arbre intermédiaire (11) interposé entre l'arbre supérieur (2) et le premier arbre intermédiaire (5) en ayant l'une de ses extrémités reliée à l'autre extrémité de l'arbre supérieur (2) par au moins un troisième joint de cardan (12) et son extrémité opposée reliée à l'extrémité supérieure du premier arbre intermédiaire (5) par le premier joint de cardan (6). 2. Colonne de direction selon la revendication 1, comprenant des moyens de réglage en hauteur et/ou profondeur du volant de direction, le premier arbre intermédiaire (5) étant incliné vers le bas relativement à l'arbre supérieur (2) d'une valeur d'angle déterminée, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens permettant de maintenir à leur position inclinée relative les deux arbres intermédiaire (5) et supérieur (2) notamment lorsque l'arbre supérieur (2) est déplacé en translation suivant sa direction longitudinale à une position de réglage en profondeur du volant de direction (4). 3. Colonne de direction selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens de réglage en hauteur et en profondeur du volant de direction comprennent un tube (13) dans lequel est monté à rotation l'arbre supérieur (2), lequel tube (13) peut d'une part pivoter relativement à un support fixe (14) de la colonne de direction (1) suivant un axe horizontal (Al-A2)perpendiculaire à l'arbre supérieur (2) et d'autre part se déplacer en translation guidée conjointement avec l'arbre supérieur (2) suivant la direction longitudinale de ce dernier relativement au support fixe (14). 4. Colonne de direction selon la revendication 3, caractérisée en ce que les moyens de maintien en position angulaire du premier arbre intermédiaire (5) relativement à l'arbre supérieur (2) comprennent un palier (18) de support du premier arbre intermédiaire (5) situé au voisinage de son extrémité comportant le premier joint de cardan (6) de liaison au second arbre intermédiaire (11), deux bras de levier sensiblement parallèles (19,20,21) s'étendant de chaque côté du premier arbre intermédiaire (5) et ayant leurs extrémités inférieures reliées, notamment de façon diamétralement opposée, au palier de support (18) suivant un axe d'articulation (A3-A4) transversal au premier arbre intermédiaire (5), les deux bras de levier (19,20,21) comportant, à l'opposé de leurs extrémités inférieures reliées au palier de support (18), respectivement deux paires d'éléments de bras (20,21), l'un (21) des éléments de bras de chaque paire étant fixé au tube (13) de l'arbre supérieur (2) suivant un axe de pivotement (A5-A6) perpendiculaire à cet arbre et parallèle à l'axe horizontal de pivotement (Al-A2) du tube (13) relativement au support fixe (14) et l'autre élément de bras (20) de chaque paire étant monté à coulissement guidé dans une glissière (22) du support fixe (14) parallèle à l'arbre supérieur (2). 5. Colonne de direction selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'axe de pivotement (A5-A6) des deux éléments de bras (21) au tube (13) de l'arbre supérieur (2) passe par le centre du troisième joint de cardan (12). 6. Colonne de direction selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que l'axe de pivotement (Al-A2) du tube (13) au support fixe (14) est situé au voisinage de l'axe de pivotement (A5-A6) des deux éléments de bras(21) au tube (13) de l'arbre supérieur (2), ce dernier axe étant situé à l'extrémité du tube (13). 7. Colonne de direction selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que le palier de intermédiaire (5) est selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisée en ce que le tube (13) de l'arbre supérieur (2) est guidé en translation par 10 deux glissières (16) parallèles aux glissières de guidage (22) des éléments (20) des deux paires d'éléments de bras. 9. Colonne de direction selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le 15 premier arbre intermédiaire (5) comporte deux tronçons (5a,5b) montés à coulissement guidé l'un dans l'autre. 10. Colonne de direction selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le second arbre intermédiaire (11) est court relativement 20 aux autres arbres (2,5,7). support (18) du premier arbre intérieurement lisse. 8. Colonne de direction