Brevet FR2908722A1 — publié le 20080523

La présente invention concerne un système de direction pour véhicule automobile. Elle concerne plus précisément un système de direction du type usuellement désigné par l'expression anglaise "steer by wire". Dans un système de ce genre, contrairement au système traditionnel, le volant de direction ne commande pas l'orientation des roues directrices du véhicule par l'intermédiaire d'une transmission mécanique. Cette commande est réalisée au moyen d'actionneurs, tels que des vérins électriques notamment, qui sont pilotés par un circuit de commande et de contrôle asservis à la position angulaire du volant (qui est détectée en permanence par des capteurs appropriés), et ceci en fonction de différents paramètres et d'un programme prédéfini. Un tel système permet de s'affranchir de l'encombrement de certains organes mécaniques, ce qui libère de la place au niveau du coffre moteur du véhicule, et améliore la sécurité par suite de la suppression de la colonne de direction, qui peut poser des problèmes de chocs pour le conducteur en particulier en cas de collision frontale du véhicule. L'état de la technique en la matière peut être illustré par les documents FR-A 2 812 264, EP 1 669 275 et FR 2 879 153. L'invention s'adresse plus particulièrement à un système dans lequel chacune des roues directrices est actionnée indépendamment de l'autre - ou des autres -, sans liaison mécanique mutuelle. Le système qui fait l'objet de la présente invention comporte un porte moyeu directionnel qui est solidaire du moyeu d'une roue du véhicule, ainsi qu'un premier actionneur piloté par un circuit de contrôle et de commande, et adapté pour commander l'orientation directionnelle de la roue. Un premier objectif de l'invention est de proposer un système de ce genre qui permette, outre la commande directionnelle, d'agir sur le carrossage de la roue, c'est-à-dire sur l'angle que forme l'axe de la roue par rapport au plan d'appui -supposé horizontal - de la roue, plan qui correspond sensiblement au sol sur lequel repose la roue. 2908722 2 A cet effet, et conformément à l'invention, le système de direction comporte un second actionneur qui est également piloté par un circuit de contrôle et de commande, et est adapté pour modifier l'angle de carrossage de la roue. Les deux actionneurs sont avantageusement des vérins électriques. 5 Ils peuvent être pilotés indépendamment l'un de l'autre, simultanément ou non, en fonction de certains paramètres liés aux conditions de conduite, ces actionneurs recevant chacun en temps réel des instructions émises par le circuit de contrôle et de commande de manière à optimiser les performances du véhicule, ainsi que le confort et la sécurité du conducteur et, le cas échéant, de ses 10 passagers. Il convient de noter qu'on connaît déjà, par le document US 4 971 348, un système de contrôle du carrossage de la roue d'un véhicule automobile. Cependant, dans ce système connu, on fait varier le carrossage des roues arrière, non directionnelles, en fonction de l'angle de braquage des roues 15 avant, qui sont directionnelles. Le système n'est nullement transposable à des roues directionnelles. Un autre objectif de l'invention est de réaliser un agencement dans lequel est actionneurs sont relativement rapprochés de la roue, de façon à libérer au mieux de l'espace à l'intérieur du coffre moteur adjacent. 20 Pour cela, de manière particulièrement avantageuse, d'une part l'organe porte moyeu est une tige dont la partie inférieure est fixée au moyeu à l'intérieur de la cavité interne du voile de roue et qui est conformée de manière à contourner le pneumatique de la roue vers l'intérieur et vers le haut, de telle sorte que sa partie supérieure se trouve au-dessus de la roue et, d'autre part, le second 25 actionneur agit sur cette partie supérieure. Un objectif additionnel de l'invention est de proposer une solution dans laquelle le système d'actionnement du moyeu s'intègre convenablement au sein d'un train de direction, en particulier au sein d'un train de direction à double triangle. 30 A cet effet, le triangle supérieur comprend un bras déformable dans lequel est intégré ledit second actionneur, ce bras étant articulé à l'une de ses extrémités à une partie fixe du véhicule, et à son autre extrémité, via un pivot, à ladite partie supérieure du porte moyeu. Par ailleurs, selon un certain nombre de caractéristiques 35 avantageuses, mais non limitatives de l'invention : 2908722 3 - ce bras déformable comprend un jeu de biellettes articulées à une partie fixe du véhicule, ainsi qu'un étrier lui-même articulé sur ce jeu de biellettes, le corps du second actionneur étant articulé dans les biellettes, tandis que sa tige est reliée par une articulation audit étrier, et ce dernier étant connecté via ledit pivot à la 5 partie supérieure du porte moyeu ; - le triangle inférieur est matérialisé par une paire de bras indépendants, articulés à une extrémité à une partie fixe du véhicule, et à l'autre extrémité, à la partie inférieure du porte moyeu ; - l'un des desdits bras supporte, en sa zone centrale, un amortisseur 10 dont la partie supérieure sert d'appui à une partie fixe du châssis du véhicule ; - ledit premier actionneur agit également, via un pivot, sur la partie supérieure du porte moyeu ; - ledit premier actionneur agit sur la partie inférieure du porte moyeu, au voisinage de l'axe de roue ; 15 - ledit premier actionneur est un vérin électrique dont le corps est fixé à une partie fixe du châssis du véhicule par l'intermédiaire d'un cardan, et dont la tige est connectée via un pivot au porte moyeu. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description qui va suivre ainsi que des dessins annexés qui en représentent des 20 modes de réalisation possibles. Sur les dessins : La figure 1 est un schéma bloc illustrant le principe général de fonctionnement du système. La figure 2 est un schéma simplifié en perspective, avec 25 arrachement de certains éléments, d'un système conforme à l'invention. La figure 3 est une vue de dessus en perspective du même système. La figure 4 est une vue partielle et simplifiée, également en perspective, de la partie supérieure du système. La figure 5 est une vue de dessus du système, la roue étant orientée 30 suivant la direction longitudinale du véhicule, ce qui correspond à une situation de conduite de véhicule en ligne droite. Les figures 5A et 5B sont des vues similaires à celle de la figure 5, représentant un braquage de la roue, d'un côté et de l'autre. Les figures 6 et 7 sont des vues de détail et de côté du second 35 actionneur, en l'occurrence l'actionneur de carrossage, celui-ci étant intégré dans 2908722 4 une armature faisant office de triangle de suspension supérieur ; sur les figures 6 et 7 l'actionneur est représenté respectivement à l'état rétracté et en extension. Les figures 8 et 9 sont des vues de l'autre côté du système et de la roue, avec l'actionneur respectivement en extension et rétracté. 5 Les figures 10 et 1l sont des vues partielles et simplifiées similaires à celles de figures 8 et 9 respectivement, qui représentent une variante du dispositif assurant la commande du carrossage. La figure 12 est une vue de côté du système, comprenant une variante du dispositif assurant la commande directionnelle, c'est-à-dire le braquage 10 de la roue. Le schéma bloc de la figure 1 est similaire à celui faisant l'objet de la figure 2 du document EP 1 669 275 ci-dessus mentionné, qu'il complète afin de lui ajouter les éléments de base propres à la présente invention. Sur cette figure, on a désigné par la référence P le plan vertical 15 longitudinal médian du véhicule, les références Ra et Rb représentant une paire de roues directrices qui sont disposées symétriquement de chaque côté de ce plan P. Les roues Ra et Rb sont par exemple les roues avant motrices d'un véhicule automobile. Toutefois, l'invention est également applicable à des roues 20 directionnelles arrière et/ou non motrices. Le schéma de la figure 1 permet d'expliquer le fonctionnement d'un système de direction du type "steer by wire", tel qu'exposé dans le préambule de la présente description. Les références la et lb représentent les actionneurs, par exemple 25 des vérins électriques ou hydrauliques, qui sont adaptés pour commander l'orientation directionnelle, c'est-à-dire le braquage de chacune des roues Ra, respectivement Rb. Chacun de ces actionneurs est alimenté en énergie par un moyen d'alimentation en énergie indépendant ou par un moyen d'alimentation commun. 30 Une alimentation de secours peut -être également prévue. L'ensemble de commande des actionneurs 1 a et lb tel que schématisé sur la figure 1 comporte une chaîne de transmission d'informations 100 partant du conducteur 101 afin de piloter le braquage approprié des roues du véhicule Ra et Rb. L'information 100 est collectée par une interface homme machine "IHM" 102 (volant de direction et capteur de position du volant), laquelle est reliée 2908722 5 à un restituteur 103 qui transmet la consigne conducteur 104 à un système de gestion de stratégies de pilotage 105. Ce dernier commande l'alimentation des actionneurs la et lb par l'intermédiaire de circuits de puissance 106a et 106b dédiés à chaque actionneur. 5 Selon l'invention, à chaque roue Ra et Rb est associé un actionneur additionnel, ou second actionneur, :2a et 2b, qui est également alimenté par un moyen d'alimentation approprié et qui est commandé par la même chaîne d'information, via l'électronique de puissance 106a, respectivement 106b. On ne sortirait cependant pas du cadre de l'invention en 10 commandant les seconds actionneurs 2a et 2b à partir d'un circuit de commande et de contrôle indépendant de celui qui pilote les premiers actionneurs la et lb. Conformément à l'invention, et comme cela sera décrit en détail plus loin, les actionneurs 2a et 2b ont pour fonction de commander le carrossage des roues Ra et, respectivement Rb. 15 Les seconds actionneurs 2a et 2b sont avantageusement des vérins électriques ou hydrauliques. Sur la figure 2 est représenté très schématiquement un système conforme à l'invention ; la caisse du véhicule automobile est située sur la gauche de la figure 2, tandis que la roue (non représentée) associée au système est située sur la 20 droite de la figure. Les principaux éléments constitutifs de ce système sont les premier et second actionneurs 1, respectivement 2, un porte moyeu directionnel 3, l'arbre de roue 4, un triangle de suspension supérieur constitué de cieux éléments 5, 6 articulés l'un sur l'autre, un amortisseur 7, et un triangle de suspension inférieur constitué de 25 deux tiges indépendantes 8 et 9. Le porte moyeu directionnel 3 a la forme générale d'une tige plate vrillée de manière à présenter, vu de côté, approximativement la forme d'un point d'interrogation (voir figure 12 notamment). On a désigné par la référence 30 la partie inférieure du porte moyeu 30 3 ; cette partie est fixée au moyeu par tout moyen approprié possible, par exemple par boulonnage ou soudage. Dans cette partie est ménagée une ouverture 300 qui est traversée par l'arbre de roue 4. Celui-ci transmet le mouvement de rotation du moteur à la roue via 35 un joint d'articulation universel de type connu (joint homocinétique), non représenté, qui autorise le pivotement multidirectionnel de la roue. 2908722 6 On a désigné par la référence 31 la partie médiane vrillée et arquée du porte moyeu 3, et par la référence 32 sa portion d'extrémité haute, qui a approximativement la forme d'un plateau sensiblement horizontal, apte à se positionner au-dessus de la roue. 5 Comme déjà dit, le train de suspension du véhicule est un train à double triangle articulé, comprenant un ensemble de suspension 7 ; ce dernier comporte un amortisseur d'axe vertical associé à un ressort hélicoïdal 71. La base 70 de l'amortisseur repose sur un étrier 72 en forme général de U renversé, à l'intérieur duquel passe l'arbre de roue 4 ; la partie inférieure de cet 10 étrier fait office de chape pour une articulation 82 de l'un des deux bras 8 constitutif du triangle inférieur. L'axe 820 de cette articulation est disposé horizontalement et longitudinalement, si on considère l'axe longitudinal du véhicule. Le triangle d'articulation supérieur comprend, d'une part un 15 ensemble 5 constitué de deux biellettes 50 de forme arquée, solidaire l'une de l'autre, articulées à leur partie inférieure à une partie fixe V3 du véhicule, autour d'un axe 500 parallèle à l'axe 820 précité. A leur extrémité supérieure ces deux biellettes 50 font office de chape d'articulation pour l'autre élément 6 constitutif du triangle supérieur ; à cet 20 effet, une portion d'extrémité 61 de l'élément 6 positionné entre les deux biellettes, est supporté par un axe d'articulation 501 parallèle à l'axe 500. L'élément 6 a une forme globalement triangulaire ; l'un de ses angles correspond à la portion d'extrémité 61 ; un second angle supporte une patte - ou languette - 63 dirigée vers le bas ; enfin, le troisième angle supporte une coupelle 25 62 qui s'engage sur une rotule 34 portée par la partie 32 du porte moyeu 3 ; la coopération de la coupelle 62 et de la rotule 34 constitue un pivot d'articulation multidirectionnel. Le premier actionneur 1, qui consiste en un vérin, par exemple électrique, comprend un corps 10 et une tige 11. 30 Le corps 10 est fixé, par l'intermédiaire d'un cardan 13, à une partie fixe V4 du véhicule. L'extrémité de sa tige 11 porte une coupelle 12 qui est engagée sur une rotule 33 également portée par la portion 32 du porte moyeu ; l'ensemble constitué par la coupelle 12 et la rotule 33 constitue un pivot d'articulation 35 multidirectionnel, similaire au pivot 34-62. 2908722 7 Le second actionneur 2, qui est également, avantageusement, un vérin électrique, comprend un corps 20 et une tige 21. Le corps 20 est articulé par un manchon 23 aux deux biellettes 50 entre lesquelles il est positionné, de sorte qu'il peut pivoter librement autour d'un 5 axe 502 parallèle aux axes 500 et 501 précités. L'extrémité libre de la tige 21 de l'actionneur a la forme d'une chape 22 qui est articulée sur la languette 63 précitée au moyen d'un axe d'articulation 64, d'axe 210 également parallèle aux axes précités. Tous ces axes sont parallèles à la direction longitudinale du 10 véhicule. Comme déjà dit, le triangle de suspension inférieur est matérialisé par une paire de leviers indépendants 8 et 9. Le levier 8 est articulé, du côté caisse, par une portion d'extrémité 81 à une partie fixe V1 du véhicule, autour d'un axe 810 parallèle à l'axe 820 15 précité ; son autre extrémité est articulée par une liaison à pivot multidirectionnel 36-80 à la partie inférieur 30 du porte moyeu 3. Le bras 9, quant à lui, est articulé, du côté caisse, via une articulation élastique, par son extrémité libre 91 à une partie fixe V2 du véhicule, autour d'un axe vertical 910. 20 Son extrémité opposée est fixée via une liaison à pivot multidirectionnel 35-90 à la partie 30 du porte moyeu 3. Sur la figure 2, la partie 6 composant l'articulation supérieure, en forme de triangle, est représentée comme une plaque pleine 60. Dans la pratique, comme on le voit en particulier sur les figures 3 à 25 7, cet élément a la forme d'un armature constituée de tiges coudées, et possédant une portion évidée dans laquelle peut s'inscrire l'actionneur 2, et plus particulièrement le corps 20 de cet actionneur. Cet évidement est recouvert d'un arceau 65, qui passe juste au-dessus du corps du vérin. 30 Cette configuration évidée permet d'une part de limiter la masse de l'élément 6, et d'autre part d'intégrer au mieux le corps de l'actionneur à l'intérieur de l'élément. Les circuits de commande de chacun des deux actionneurs 1 et 2 permettent de commander en fonction de la volonté du conducteur et des stratégies 35 de pilotage, à tout moment, le degré d'extension de leur tige 11, respectivement 21, hors de leur corps 10, respectivement 20. 2908722 8 En référence aux figures 5A et 5B, on comprend comment se fait le braquage de la roue d'un côté ou de l'autre de la direction longitudinale du véhicule, correspondant au plan P, dont il a été fait état plus haut en référence à la figure 1. Sur la figure 5, l'actionneur 1 est dans une position telle que sa tige 5 11 est à moitié rétractée. Lorsqu'on veut effectuer un braquage des roues vers l'intérieur, on provoque la rétraction du vérin ; il en résulte un déplacement de la partie 32 du porte moyeu, qui se rapproche de la partie fixe V4 du véhicule ; ce déplacement se répercute sur le moyeu et sur la roue, qui prend la position sur la figure 5A. 10 Inversement, un braquage vers l'extérieur est obtenu, de manière similaire, lorsque le vérin est mis en extension, comme cela est représenté sur la figure 5B. Les figures 6 et 7 permettent de comprendre de quelle manière l'actionneur 2 est imbriqué à l'intérieur de l'armature 6, et comment se fait le 15 déploiement de l'ensemble constitué par le jeu de biellettes 50 et l'armature 6. Sur la figure 6, l'actionneur est dans une position d'extension partielle de sa tige 21 ; dans la position de la figure 7, cette tige est en extension complète. Comme on le comprend à l'observation des figures 8 et 9, la 20 position plus ou moins rétractée de la tige de l'actionneur 21 à l'intérieur du corps 20 permet de faire varier l'angle de carrossage de la roue R par rapport au sol S. Sur ces figures, le moyeu de la roue porte la référence M ; comme déjà dit, ce moyeu est relié au porte moyeu 3. Lorsqu'on provoque le déplacement de la tige 21 de l'actionneur 2 25 dans le sens de son extension, on provoque, via l'articulation à pivot 34-62, le déplacement de la partie 32 du porte moyeu, en raison de la déformation de la genouillère constitué par les deux biellettes 50 et l'armature 6. Comme le montre la figure 8, la mise en extension de la tige 21 provoque un carrossage positif de la roue, avec un angle désigné a ; la rétraction de 30 la tige 21 provoque le pivotement de la roue dans le sens d'un carrossage négatif, dont l'angle est désigné /3 sur la figure 9. Le fait de prévoir un bras supérieur composé de deux éléments articulés l'un à l'autre 5, 6 permet d'obtenir une élongation du bras qui est supérieur à celle du vérin actionneur ; grâce à cet arrangement on peut donc minimiser la 35 course du vérin, et donc sa longueur, permettant d'améliorer la compacité du système. 2908722 9 Toutefois, à cause de la longueur des vérins actionneurs 1 et 2, dans ce type de train de direction à double triangle, le bras supérieur ne peut pas être très court à cause de la longueur des vérins. La rotule supérieure se trouve par conséquent relativement 5 extériorisée. C'est pourquoi on a substitué au triangle classique inférieur une paire de bras qui forme un pivot fictif. Ceci permet d'extérioriser la rotule (fictive) inférieure de manière à obtenir un déport au sol correct. La rotule inférieure fictive et la rotule supérieure physique forment un pivot "semi fictif'. 10 Ce type de train est donc particulièrement adapté au système de direction et de pilotage du carrossage proposé. Ce dernier pourrait être également intégré sur un double triangle avec un moteur longitudinal. En outre, sur le train à pivot semi fictif proposé, les rotules haute (réelle) et basse (fictive) sont extériorisées de telle façon que le déport fusée soit 15 faible, environ de 20 mm et négatif, alors qu'il est élevé (environ 60 mm) et positif sur un train standard. Sur la variante des figures 10 et 11, l'actionneur 20 est intercalé entre l'axe 500 de la paire de biellette 50 et la patte 63 solidaire de l'armature 6. Le mode de fonctionnement de cette variante est similaire à celle 20 qui vient d'être décrite, l'extension de la tige 21 de l'actionneur 2 ayant pour effet de provoquer un carrossage positif de la roue R (figure 10), tandis qu'au contraire la rétraction de la tige 21 induit un carrossage négatif (figure 11). Le mode de réalisation illustré sur la figure 12 diffère de ceux précédemment décrits en ce que le premier actionneur, qui agit sur le braquage, et 25 qui est référencé 1' sur la figure 12, agit non pas à l'extrémité supérieure du porte moyeu 3, mais à l'extrémité basse de celui-ci, au voisinage de l'axe de roue. Cette figure 12 représente le premier actionneur l', dont le corps 10' est articulé, par exemple via un cardan, sur un élément fixe du véhicule, tandis que l'extrémité libre de sa tige 11' est fixée à la partie basse 30 du porte moyeu 3. 30 Le point de connexion de la tige 11' avec 1a partie 30 du porte moyeu est disposé en avant ou en arrière de l'axe de roue, de tel sorte que le déploiement de l'actionneur l', dans le sens de la rétractation ou de l'extension, provoque l'orientation directionnelle de la roue R. REVENDICATIONS 1. Système de direction pour véhicule automobile, comportant un porte moyeu directionnel (3) solidaire du moyeu d'une roue (R) du véhicule, ainsi qu'un premier actionneur (1 ; 1') piloté par un circuit de contrôle et de commande, et adapté pour commander l'orientation directionnelle de la roue (R), caractérisé par le fait qu'il comporte un second actionneur (2) également piloté par un circuit de contrôle et de commande, et adapté pour modifier l'angle de carrossage de ladite roue (R). 2. Système de direction selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'un au moins desdits actionneurs (1-1' ; 2) est un vérin électrique. 3. Système de direction selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que, d'une part, ledit organe porte moyeu (3) est une tige dont la partie inférieure (30) est fixée au moyeu, à l'intérieur de la cavité interne du voile de roue (R), et qui est conformée de manière à contourner le pneumatique de la roue vers l'intérieur et vers le haut, de telle sorte que sa partie supérieure (32) se trouve au- dessus de la roue (R), et que d'autre part, ledit second actionneur (2) agit sur cette partie supérieure (32). 4. Système de direction selon la revendication 3 pour un train de direction à double triangle articulé, caractérisé par le fait que le triangle supérieur comprend un bras déformable (5-6) dans lequel est intégré ledit second actionneur (2), ce bras (5-6) étant articulé à l'une de ses extrémités à une partie fixe (V3) du véhicule, et à son autre extrémité, via un pivot (34-62), à ladite partie supérieure (32) du porte moyeu (3). 5. Système de direction selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit bras déformable comprend un jeu de biellettes (50) articulées à une partie fixe (V3) du véhicule, ainsi qu'un étrier (6) lui-même articulé sur ce jeu de biellettes (50), le corps (20) du second actionneur (2) étant articulé sur les biellettes (50), tandis que sa tige (21) est reliée par une articulation (210) audit étrier (6), et ce dernier étant connecté via ledit pivot (34-62) à la partie supérieure (32) du porte moyeu (3). 6. Système de direction selon la revendication 4 ou 5, caractérisé par le fait que le triangle inférieur est matérialisé par une paire de bras indépendants (8, 9), articulés à une extrémité à une partie fixe (V 1, V2) du véhicule, et à l'autre extrémité, à la partie inférieure (30) du porte moyeu (3). 2908722 11 7. Système de direction selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'un desdits bras (8) supporte., en sa zone centrale, un amortisseur (7) dont la partie supérieure sert d'appui à une partie fixe du châssis du véhicule. 8. Système de direction selon l'une quelconque des revendications 3 5 à 7, caractérisé par le fait que ledit premier actionneur (1) agit également, via un pivot (12-33), sur la partie supérieure (32) du porte moyeu (3). 9. Système de direction selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé par le fait que ledit premier actionneur (1') agit sur la partie inférieure (30) du porte moyeu (3), au voisinage de l'axe de roue. 10 10. Système de direction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit premier actionneur (1) est un vérin électrique dont le corps (10) est fixé à une partie fixe du châssis du véhicule (V4) par l'intermédiaire d'un cardan (13), et dont la tige (11) est connectée via un pivot (12-33) au porte moyeu (3). 15