Brevet FR2920392A1 — publié le 20090306

DIRECTION ASSISTEE ELECTRIQUE POUR UN VEHICULE L'invention concerne une direction assistée électrique pour un véhicule comprenant une crémaillère montée mobile en translation axiale dans une monture, qui comporte un premier segment de crémaillère pourvu d'une denture qui engrène avec un pignon relié fonctionnellement à une manette de direction par l'intermédiaire d'un arbre de direction, et un servomoteur électrique destiné à développer une force d'assistance de direction. La publication DE 10 2005 012 974 Al décrit une direction assistée électrique pour un véhicule, comprenant une crémaillère mobile en translation axiale dans une monture ou dans un carter de mécanisme de direction. La crémaillère est divisée en un premier segment de crémaillère qui comporte une denture, laquelle engrène avec un pignon relié fonctionnellement à une manette de direction, et un second segment de crémaillère ayant la forme d'une vis. La vis traverse un écrou à circulation de billes qui est entraîné par un servomoteur et qui tourne autour de la vis. L'écrou à circulation de billes est monté rotatif et bloqué dans la direction axiale dans le carter du mécanisme de direction, de sorte que, lors de sa rotation, la vis est déplacée en translation axiale. Le servomoteur développe un couple ou une force d'assistance de direction en fonction d'un couple présent sur la manette de direction et qui est mesuré par un capteur de couple de braquage et traité par un dispositif de commande et/ou de régulation. Il manque à la direction assistée un système de régulation dynamique de la conduite qui puisse améliorer la contrôlabilité du véhicule dans des situations de conduite critiques, par exemple, en cas de survirage ou de sous-virage dans les trajets en courbe, et qui puisse stabiliser un véhicule. La publication DE 10 2005 053 Al décrit un système de régulation de la dynamique de conduite destiné à stabiliser un véhicule dans des situations limites de la dynamique de conduite, dans lequel, dans le cas d'un véhicule sous-vireur, les roues avant, qui sont critiques pour le comportement de conduite en courbe, ne doivent pas 2 être freinées, ou ne doivent l'être que dans une faible mesure, et les deux roues arrière doivent être freinées beaucoup plus fortement. Ceci doit apporter l'avantage consistant en ce que les forces de guidage latéral restent conservées sur les roues avant et que le véhicule peut circuler sur un rayon de braquage aussi petit que possible. Les interventions de freinage exécutées par le système de régulation de la dynamique de conduite réduisent le confort du conducteur. L'invention a pour but d'offrit une direction assistée électrique possédant un 10 système de régulation de la dynamique de conduite qui est économique et qui ne réduit pas le confort de conduite. Ce but est atteint par une direction assistée électrique telle que définie en préambule et caractérisée en ce que le servomoteur électrique de la direction 15 assistée est commandé par un dispositif de commande et/ou de régulation qui peut commander en outre un servomoteur électrique d'un actionneur de superposition. La combinaison d'une direction assistée électrique et d'un actionneur de 20 superposition qui peut être commandé en commun par un dispositif de commande et/ou de régulation de la direction assistée électrique, ou qui peut être commandé par un dispositif de commande et/ou de régulation séparé, offre la possibilité d'améliorer confortablement aussi bien la dynamique de conduite du véhicule que les manoeuvres de stationnement ou de garage à basse 25 vitesse. Avec l'actionneur de superposition, un angle de braquage des roues directrices du véhicule peut être réglé indépendamment du conducteur du véhicule. Un mécanisme de superposition de l'actionneur de superposition comporte à cet effet un premier arbre d'entrée de mécanisme et un second arbre d'entrée de mécanisme et il superpose les angles de rotation 30 apparaissant sur les deux arbres d'entrée du mécanisme sur un arbre de sortie du mécanisme qui est relié fonctionnellement à un mécanisme de direction possédant une crémaillère. La démultiplication de la direction assistée électrique se compose des démultiplications du mécanisme de direction et du mécanisme de superposition. Si la démultiplication doit être modifiée, par exemple pour des raisons de dynamique de conduite, ou encore si une grande démultiplication doit être choisie lors d'une manoeuvre de garage ou de stationnement du véhicule, dans le cas où un mécanisme épicycloïdal est utilisé comme mécanisme de superposition, la cage est entraînée par l'intermédiaire d'un servomoteur électrique de l'actionneur de superposition, ou encore, dans le cas où un mécanisme à onde est utilisé comme mécanisme de superposition, un noyau d'entraînement excentrique du mécanisme à onde peut être mis en rotation par un servomoteur électrique. La direction assistée électrique et son servomoteur électrique sont adaptés de façon optimisée à l'actionneur de superposition et à son servomoteur électrique en ce qui concerne leur puissance débitée. Dans un exemple de réalisation particulièrement préféré de la direction assistée électrique, on prévoit un rapport de la puissance débitée maximale du servomoteur électrique de la direction assistée à la puissance débitée maximale du servomoteur électrique de l'actionneur de superposition qui est d'environ 1 à 5. Le servomoteur électrique de l'actionneur de superposition a une puissance maximale d'environ 500 watts. Si l'on utilise des mécanismes particulièrement préférés pour les deux servomoteurs électriques, on obtient un rapport du couple maximal du servomoteur électrique utilisé pour la direction assistée au couple maximal du servomoteur électrique de l'actionneur de superposition qui est d'environ 1 à 20. Pour la réalisation des données de puissance précitées, il est avantageux de choisir un rapport du plus grand couple du servomoteur électrique de la direction assistée au plus grand couple du servomoteur électrique de l'actionneur de superposition égal à environ 0,02 à 2, le rapport du rapport de la démultiplication du mécanisme de direction à celle du mécanisme de l'actionneur de superposition étant alors prévu égal à environ 0,02 à 2. Le rapport du plus petit couple nécessaire sur un arbre de sortie du mécanisme de l'actionneur de superposition à un plus petit couple d'entraînement du servomoteur électrique de la direction assistée est d'environ 0,02 à 2. Le dispositif de commande et/ou de régulation de la direction assistée électrique et ses programmes sont de préférence conçus de manière que des valeurs de mesure de capteurs, tels que des capteurs d'angle de braquage, des capteurs de vitesse de rotation des roues, des capteurs de couple de braquage et des capteurs pour la détermination des taux de roulis et de lacet du véhicule puissent être utilisés en commun pour la commande des deux servomoteurs électriques. L'actionneur de superposition peut aussi servir d'organe de compensation entre les roues directrices du véhicule et la manette de direction en ce qui concerne la force de rappel et/ou l'angle du volant de direction. Dans un exemple de réalisation de la direction assistée électrique qui est particulièrement préféré, la crémaillère est pourvue d'un second segment de crémaillère qui est constitué par une vis à filetage extérieur. La vis traverse un écrou à circulation de billes qui est entraîné par le servomoteur électrique de la direction assistée électrique. L'écrou à circulation de billes est monté bloqué dans la direction axiale dans le carter du mécanisme de direction, de sorte que, lorsqu'il tourne, la vis est déplacée en translation axiale. Les axes longitudinaux de la crémaillère et du servomoteur électrique peuvent aussi être disposés à peu près parallèlement entre eux. L'actionneur de superposition comporte un premier arbre d'entrée de mécanisme qui est relié fonctionnellement ou solidairement en rotation à la manette de direction et un second arbre d'entrée de mécanisme qui est relié solidairement en rotation au servomoteur électrique de l'actionneur de superposition. En outre, pour réaliser une superposition fixe en cas de défaillance du servomoteur électrique, il est prévu un dispositif de verrouillage, de préférence électromécanique, qui peut bloquer le second arbre d'entrée sur un élément solidaire de la carrosserie par une liaison mécanique et de façon séparable. Le servomoteur électrique de l'actionneur de superposition est de préférence constitué par un moteur à arbre creux dont l'arbre est traversé par le premier arbre d'entrée. Il peut être avantageux de fixer rigidement un carter du servomoteur électrique de l'actionneur de superposition et/ou un carter du mécanisme de l'actionneur de superposition à un élément du véhicule qui est fixé rigidement à la carrosserie. La désactivation des composants les plus essentiels de la direction assistée électrique en cas de défaillance est assurée par le dispositif de commande et/ou de régulation dans l'ordre suivant : 1. servomoteur électrique de l'actionneur de superposition fixé rigidement à la carrosserie, 2. dispositif de verrouillage, 3. servomoteur électrique de la direction assistée. L'activation de la direction assistée électrique s'effectue dans l'ordre inverse. L'invention est maintenant décrite de façon plus détaillée en référence à un exemple de réalisation préféré et au dessin annexé dans lequel: la figure 1 est une coupe longitudinale d'une direction assistée électrique selon l'invention. La figure 1 représente une coupe longitudinale schématique d'une direction 30 assistée électrique 1 pour une voiture particulière, dans laquelle un système électrique de régulation de la dynamique de conduite agit par l'intermédiaire d'un actionneur de superposition 12 incorporé dans un arbre de direction. Une25 crémaillère 3 est montée mobile en translation axiale dans une monture 2 constituée par un carter fermé 26 en plusieurs pièces. Des barres d'accouplement 28 sont montées aux deux extrémités de la crémaillère 3, mobiles en rotation mais bloquées en translation axiale par rapport à la crémaillère, par l'intermédiaire de têtes de rotules 27. Les barres d'accouplement 28 sont reliées aux roues directrices 16 de la voiture particulière par l'intermédiaire de leviers d'accouplement de roues 29. La crémaillère 3 est divisée en un premier segment de crémaillère 4 et un second segment de crémaillère 17, qui est à peu près de la même longueur. Le premier segment de crémaillère 4 comporte une denture 9 dans laquelle engrène un pignon 8. Le pignon 8 forme une partie terminale d'un arbre de direction 7. Cet arbre de direction 7 relie le pignon 8 à une manette de direction 6 solidaire en rotation. Dans l'arbre de direction est incorporé, d'une façon connue en soi, un capteur de couple 30 comportant une barre de torsion, ledit capteur de couple 30 commandant l'alimentation en courant d'un servomoteur électrique 9 avec un dispositif de régulation et/ou de commande 10. Le servomoteur électrique 9 est disposé à l'intérieur du carter 26 dans la région axiale du second segment 17 de la crémaillère et il est constitué par un moteur synchrone excité par un aimant permanent et formant un moteur à arbre creux 25, dont le rotor 31 est formé par le second segment de crémaillère 17, dans lequel sont noyés des aimants en ferrite 32. Le rotor 31 tourne sous l'action du champ tournant d'un stator 33 commandé par un convertisseur de fréquence. Un mécanisme à circulation de billes est prévu pour la transformation de la rotation du second segment de crémaillère 17 en un déplacement axial de la crémaillère 3 et il est composé d'un écrou 20 à filetage intérieur 19' solidaire du carter, qui est traversé par le second segment 17 de la crémaillère et dont le filetage extérieur 18 est en prise dans l'écrou 20 avec interposition de billes. Le mécanisme à circulation de billes forme un mécanisme 13 pour le servomoteur électrique. Les deux segments 4, 17 de la crémaillère sont reliés bloqués en translation mais libres en rotation l'un par rapport à l'autre. Comme le montre la figure, l'actionneur de superposition 12 est incorporé dans l'arbre de direction 7. Cet actionneur de superposition 12 est composé d'un servomoteur électrique 11 et d'un mécanisme à onde 34. Le mécanisme à onde 34 sert à superposer sur un arbre de sortie 14 du mécanisme un angle de braquage appliqué à un premier arbre d'entrée 21 du mécanisme au moyen de la manette de direction 6, et un angle de rotation appliqué sur un second arbre d'entrée 22 du mécanisme par le servomoteur électrique 11. Le premier arbre d'entrée 21 du mécanisme est constitué par l'arbre de direction 7, tandis que le second arbre d'entrée 22 du mécanisme est constitué par un arbre creux sur lequel sont fixés les aimants du rotor du servomoteur 11. L'arbre creux est formé d'une seule pièce avec un noyau d'entraînement excentrique 35, de préférence elliptique. Le fonctionnement d'un tel mécanisme à onde 4 est décrit dans des demandes de brevets antérieures de la demanderesse et il n'a pas à être décrit plus en détail à ce stade. Pour éviter que, dans le cas d'un dysfonctionnement ou d'une panne du servomoteur 11, l'arbre creux qui forme le rotor du servomoteur électrique 11 tourne et rende ainsi entièrement impossible la transmission d'un angle de braquage du premier arbre d'entrée 21 du mécanisme et de la manette de direction 6, et pour éviter que le véhicule ne puisse pas être dirigé, il est prévu un dispositif de verrouillage électromagnétique 23 pour assurer le blocage mécanique et démontable du second arbre d'entrée 22 du mécanisme sur un carter 36 du servomoteur électrique 11 de l'actionneur de superposition 12. Le carter 36 est fixé rigidement à élément 24 de la voiture particulière qui est fixé rigidement à la carrosserie. Des capteurs 15, tels que des capteurs de vitesse de rotation des roues, des capteurs d'angle de braquage, des capteurs pour la détermination du taux de lacet et du couple de roulis de la voiture particulière sont reliés au dispositif de commande et/ou de régulation pour la transmission de signaux et ils servent à la commande des deux servomoteurs électriques 9, 11. La présente invention n'est pas limitée à la forme de réalisation préférée décrite, mais peut subir différentes modifications ou variantes évidentes pour l'homme du métier.5 REVENDICATIONS 1. Direction assistée électrique pour un véhicule, comprenant une crémaillère (2) montée mobile en translation axiale dans une monture (2), qui comporte un premier segment de crémaillère (4) pourvu d'une denture (5) qui engrène avec un pignon (8) relié fonctionnellement à une manette de direction (6) par l'intermédiaire d'un arbre de direction (7), et un servomoteur électrique (9) destiné à développer une force d'assistance de direction, caractérisée en ce que le servomoteur électrique (9) de la direction assistée (1) est commandé par un dispositif de commande et/ou de régulation (10) qui peut commander en outre un servomoteur électrique (11) d'un actionneur de superposition (12). 2. Direction assistée électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le rapport de la puissance débitée maximale du servomoteur électrique (9) de la direction assistée (1) à la puissance débitée maximale du servomoteur électrique (11) de l'actionneur de superposition solidaire de la carrosserie (12) est d'environ 1 à 5. 3. Direction assistée électrique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la puissance débitée du servomoteur électrique (11) pour l'actionneur de superposition (12) est au maximum de 500 watts. 4. Direction assistée électrique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le rapport du plus grand couple du servomoteur électrique (9) de la direction assistée (1) au plus grand couple du servomoteur électrique (11) de l'actionneur de superposition (12) est d'environ 1 à 20. 5. Direction assistée électrique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le rapport de la plus grande vitesse de rotation du servomoteur électrique (9) de la direction assistée (1) à la plus grande 9 vitesse de rotation du servomoteur électrique (11) de l'actionneur de superposition (12) est d'environ 0,02 à 2. 6. Direction assistée électrique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le rapport de la démultiplication d'un mécanisme (13) associé au servomoteur électrique (9) de la direction assistée (1) à la démultiplication de l'actionneur de superposition (12) est d'environ 0,02 à 2. 7. Direction assistée selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le rapport du plus petit couple nécessaire d'un arbre de sortie de mécanisme (14) de l'actionneur de superposition (12) à un plus petit couple d'entraînement nécessaire du servomoteur électrique (9) de la direction assistée (1) est d'environ 0,02 à 2. 8. Direction assistée électrique selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le servomoteur électrique (9) de la direction assistée (1) et le servomoteur électrique (11) de l'actionneur de superposition (12) sont commandés par deux dispositifs de commande et/ou de régulation (10) séparés. 9. Direction assistée électrique selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que des capteurs (15) d'un système de régulation de la situation de conduite, tels que des capteurs d'angle de braquage, des capteurs de vitesse de rotation des roues, des capteurs de couple de braquage, des capteurs pour la détermination des taux de roulis et de lacet du véhicule, peuvent être utilisés en commun pour la commande des servomoteurs électriques (9, 11) de la direction assistée (1) et de l'actionneur de superposition (12). 10. Direction assistée électrique selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que l'actionneur de superposition (12) est utilisé en tant qu'organe de compensation entre les roues directrices (16) du véhicule et la manette de direction (6) en ce qui concerne la force de rappel et/ou le braquage de la direction. 11. Direction assistée électrique selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que la crémaillère (3) comporte un second segment de crémaillère (17) qui porte un filetage extérieur (18), lequel est en prise avec un filetage intérieur (19) d'un écrou (20) monté bloqué en translation axiale sur la monture (2) et qui est entraîné par le servomoteur électrique (9), la crémaillère (3) traversant axialement le servomoteur électrique (9). 12. Direction assistée électrique selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que l'actionneur de superposition (12) comporte un premier arbre d'entrée (21) du mécanisme et un second arbre d'entrée (22) du mécanisme destinés à superposer sur l'arbre de sortie (14) du mécanisme les angles de direction apparaissant sur les deux arbres d'entrée (21, 22) du mécanisme, le premier arbre d'entrée (21) étant relié fonctionnellement à la manette de direction (6) et le second arbre d'entrée (22) étant relié fonctionnellement au servomoteur électrique (11), le second arbre d'entrée (22) pouvant être fixé rigidement à un élément (24) lié rigidement à la carrosserie, par une liaison par sûreté de forme et de façon démontable au moyen d'un dispositif de verrouillage (23). 13. Direction assistée électrique selon la revendication 12, caractérisée en ce que le servomoteur électrique (11) pour l'actionneur de superposition (12) est un moteur à arbre creux (25) qui est traversé par le premier arbre d'entrée (21) du mécanisme, et le second arbre d'entrée (22) du mécanisme est disposé radialement autour du premier arbre d'entrée (21) du mécanisme. 14. Direction assistée électrique selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisée en ce qu'un carter (36) du servomoteur électrique (11) del'actionneur de superposition (12) et/ou un carter du mécanisme lié rigidement à la carrosserie. 15. Direction assistée électrique selon l'une des revendications 12 à 14, 5 caractérisée en ce que, en cas de défaillance de la direction assistée électrique (1), ses composants sont désactivés dans l'ordre suivant : 1. servomoteur électrique (11) de l'actionneur de superposition (12), 2. dispositif de verrouillage (23), 3. servomoteur électrique (9) de la direction assistée (1). 10 16. Direction assistée électrique selon l'une des revendications 12 à 15, caractérisée en ce que, lors de la mise en marche de la direction assistée électrique (1), ses composants sont activés dans l'ordre suivant : 1. servomoteur électrique (9) de la direction assistée (11), 15 2. dispositif de verrouillage (23), 3. servomoteur électrique (11) de l'actionneur de superposition (12).