Brevet FR2916179A1 — publié le 20081121

La présente invention concerne, de façon générale, les systèmes de direction des véhicules automobiles, plus précisément les systèmes de direction assistée des véhicules automobiles, que ceux-ci soient hydrauliques, électriques ou autres. Dans les systèmes de direction assistée, le couple ou l'effort d'assistance fourni par le système pour soulager le conducteur du véhicule est asservi au couple exercé par le conducteur sur le volant de conduite du véhicule, aussi désigné comme couple au volant. A cet effet, le couple au volant est mesuré par un capteur de couple, à partir duquel est commandée l'intensité de l'action d'assistance. Parmi les capteurs de couple utilisés, le capteur le plus courant est un capteur d'angle, utilisant une barre de torsion métallique, et disposé de telle sorte que l'angle de torsion de la barre soit une fonction croissante, notamment linéaire du couple appliqué au volant. En particulier, dans le cas d'une direction assistée hydraulique, la barre de torsion est habituellement incorporée à la valve d'assistance, de sorte que non seulement cette barre de torsion mesure le couple au volant, mais encore que celle-ci commande directement, en fonction de son angle instantané de torsion, la distribution du fluide hydraulique par la valve d'assistance. Cet état de la technique est illustré par la figure 1 du dessin schématique annexé, qui est une vue en coupe longitudinale d'une valve d'assistance classique et des parties adjacentes du système de direction assistée hydraulique. La valve d'assistance, désignée ici globalement par le repère numérique 2, comprend un rotor 3 lié par l'intermédiaire d'une barre de torsion 4 à un pignon de direction 5, lequel vient en prise avec la crémaillère 6 de la direction, un dispositif de poussoir 7 agissant sur le dos de la crémaillère 6 pour presser cette crémaillère contre le pignon 5. Le rotor 3 de la valve d'assistance 2 est entouré par une chemise rotative 8, liée en rotation avec le pignon 5. Ce rotor 3 est aussi lié en rotation, par son extrémité éloignée du pignon 5, à la colonne de direction (non représentée) du véhicule concerné. Le rotor 3, le pignon 5 et la chemise 8 sont ainsi montés rotatifs, suivant un axe central commun A, dans un carter de valve 9, par l'intermédiaire de paliers 10, 11 et 12. La valve d'assistance 2 comporte encore des canaux et chambres remplis d'huile, ici non détaillés, qui lui permettent de se comporter en utilisation comme un distributeur hydraulique fournissant une pression d'huile qui est une fonction croissante du couple au volant, autrement dit du couple appliqué par la colonne de direction sur cette valve 2 et déformant la barre de torsion 4. La pression d'huile, et le débit d'huile en résultant, alimentent l'une ou l'autre des deux chambres de vérin associées à la crémaillère 6, de manière à amplifier l'effort de déplacement de cette crémaillère 6, les mouvements de la crémaillère commandant l'orientation des roues directrices du véhicule concerné. A titre d'exemples d'une telle valve d'assistance avec barre de 10 torsion, il est fait référence aux demandes de brevets français FR 2 752 809, FR 2 810 957 et FR 2 869 864. Dans le cas d'une direction assistée électrique, l'utilisation d'une barre de torsion ou d'un élément déformable analogue reste possible, en association avec un capteur électrique, magnétique ou à jauges de contraintes 15 qui fournit soit l'angle de torsion, soit directement le couple au volant ûvoir par exemple le brevet US 5975136 et la demande de brevet allemand DE 102 00 409 Al. La présence d'une barre de torsion, qui obligatoirement doit posséder une certaine longueur pour donner lieu à un angle de torsion 20 exploitable, conduit à un encombrement important de la valve d'assistance dans le cas d'une direction assistée hydraulique, ou à un encombrement important de toute autre partie du système de direction utilisée comme capteur de couple, en particulier dans le cas d'une direction assistée électrique. De plus, la barre de torsion réalise une liaison entièrement 25 métallique, donc sans amortissement, entre le mécanisme pignon-crémaillère de la direction, d'une part, et la colonne de direction et/ou le volant d'autre part, de sorte qu'elle transmet intégralement des bruits et vibrations qui peuvent constituer des nuisances et être néfastes au bon fonctionnement de la direction. La solution à ce problème n'est actuellement apportée qu'en ajoutant 30 un élément amortisseur, par exemple en caoutchouc, à la valve ou à la barre de torsion (voir brevet US 5058695 ou brevet JP 2002-217081). La présente invention vise à remédier à l'ensemble de ces inconvénients, en fournissant une solution supprimant la barre de torsion et par là même ses inconvénients, donc une solution permettant une réalisation plus 35 compacte et plus simple de la valve d'assistance ou de toute partie servant de capteur du couple au volant dans une direction assistée, tout en permettant un filtrage des remontées de bruits et de vibrations. A cet effet, l'invention a pour objet une direction assistée de véhicule automobile, comportant entre le volant de conduite d'une part, et le mécanisme à pignon et crémaillère d'autre part, un capteur du couple au volant à partir duquel est commandée l'intensité de l'action d'assistance, le capteur de couple étant constitué par un capteur d'angle apte à mesurer l'écart angulaire entre une partie rotative liée au volant de conduite et une autre partie rotative liée au pignon ou constituée par ce pignon lui-même, cette direction assistée étant essentiellement caractérisée par le fait que le capteur de couple ou d'angle comprend au moins une pièce en matériau souple, déformable élastiquement dans le sens circonférentiel, qui est insérée entre la partie rotative liée au volant de conduite et la partie rotative liée au pignon ou constituée par ce pignon lui-même, la déformation de cette pièce souple donnant une mesure de l'angle ou du couple. Ainsi, selon le principe de la présente invention, la fonction de la barre de torsion traditionnelle est assurée par une pièce réalisée dans un matériau souple, qui permet par elle-même une mesure d'angle, cette pièce étant insérée entre une première partie rigide pouvant être désignée comme arbre d'entrée du capteur de couple et une seconde partie rigide pouvant être désignée comme arbre de sortie du même capteur de couple. Ladite pièce souple étant appelée à se déformer élastiquement, d'une manière progressive en fonction de la grandeur du couple à mesurer, il convient de choisir convenablement la valeur de la raideur de cette pièce, en jouant sur la nature du matériau constitutif de la pièce souple ainsi que sur la géométrie de cette pièce. En ce qui concerne le matériau constitutif de ladite pièce, celui-ci est avantageusement un matériau souple du type élastomère ou élastomère thermoplastique. Quand à la géométrie de ladite pièce souple, celle-ci possède de préférence une forme générale annulaire, toutefois avec des contours intérieur et extérieur non circulaires pour son accrochage aux deux parties rotatives, l'une liée au volant de conduite et l'autre liée au pignon ou constituée par ce pignon lui-même, ces deux parties rotatives étant dispersées coaxialement. Ainsi, la pièce souple est insérée entre un arbre d'entrée du capteur disposé intérieurement et un arbre de sortie du capteur disposé extérieurement, ou inversement, les contours intérieur et extérieur de la pièce souple pouvant présenter des formes anguleuses ou des formations du genre encoches pour un accrochage à des formations complémentaires prévues sur les deux parties rotatives autrement dit sur les arbres d'entrée et de sortie du capteur. De plus, la pièce en matériau souple peut comporter des évidements dont le nombre, les dimensions et la disposition sont choisis pour ajuster la raideur du dispositif. En particulier, dans le cas d'une direction assistée hydraulique, la pièce en matériau souple est insérable entre le rotor de la valve d'assistance, rotor constituant ici l'arbre d'entrée du capteur, et le pignon qui forme alors l'arbre de sortie du capteur, l'extrémité du rotor entourant l'extrémité du pignon ou étant entourée par cette dernière. Dans la conception la plus simple, la pièce en matériau souple relie directement la partie rotative formant arbre d'entrée du capteur à la partie rotative formant arbre de sortie du capteur, en assurant la liaison en rotation entre ces deux parties ou arbres. Selon une autre conception, la pièce en matériau souple est insérée entre une pièce annulaire rigide intérieure et une pièce annulaire rigide extérieure, pour former un insert qui sera lui-même intercalé entre l'arbre d'entrée et l'arbre de sortie du capteur. Dans l'ensemble, on obtient ainsi un capteur de couple ou d'angle dont l'encombrement est réduit, en particulier en direction axiale, ce qui permet de réduire aussi les dimensions du sous-ensemble, tel que la valve d'assistance, recevant ce capteur. De plus, la solution objet de l'invention est particulièrement simple et elle supprime en particulier la barre de torsion métallique, qui est une pièce technique nécessitant un traitement de surface et un montage spécifique. Ainsi, l'invention apporte aussi une réduction des coûts par rapport à la réalisation actuelle avec barre de torsion. Dans le cas d'un insert composé de la pièce souple et de deux pièces annulaires rigides, le nombre de composants est certes légèrement augmenté mais au bénéfice de l'avantage d'un pré-montage facilitant les opérations d'assemblage du système de direction. Dans le cas de l'application de l'invention d'une direction assistée 35 hydraulique, la conception et les formes de la valve d'assistance ne sont pas fondamentalement modifiées, ce qui peut être perçu comme un avantage supplémentaire. Enfin, dans tous les cas, le matériau souple du capteur apporte une propriété d'amortissement non négligeable, permettant de filtrer certaines 5 fréquences de bruits et de vibrations néfastes au bon fonctionnement de la direction. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples, quelques formes d'exécution de cette direction assistée de 10 véhicule automobile : Figure 1 (déjà mentionnée) est une vue partielle, en coupe, d'une direction assistée hydraulique selon l'état de la technique, montrant en particulier la valve d'assistance. Figure 2 est une vue en coupe similaire à la figure 1, mais montrant 15 une direction assistée conforme à la présente invention ; Figure 3 est une vue partielle en coupe à échelle agrandie, suivant la ligne III-III de la figure 2, montrant plus particulièrement le capteur de couple avec sa pièce en matériau souple ; Figure 4 est une vue en coupe similaire à la figure 3, illustrant une 20 variante avec insert du capteur de couple. Sur la figure 2, les composants du système de direction et en particulier de la valve d'assistance 2, correspondant à ceux visibles sur la figure 1, sont désignés par les mêmes repères numériques et ne feront pas l'objet d'une nouvelle description. 25 A l'intérieur de la valve d'assistance 2, le pignon de direction 5 est prolongé par une partie d'extrémité annulaire 5a, définissant un évidement centré sur l'axe A, tandis que le rotor 3 comporte une extrémité engagée dans cet évidement donc entourée par l'extrémité 5a du pignon. A cet endroit est formé un capteur de couple 13, montré plus en détail sur la figure 3. 30 L'extrémité du rotor 3, constituant l'arbre d'entrée du capteur 13, possède ici une section pleine de contour anguleux, en forme générale de rectangle avec deux grands côtés rectilignes et deux petits côtés curvilignes. L'extrémité annulaire 5a du pignon 5 possède une section avec un contour intérieur anguleux, correspondant sensiblement au contour précédent et 35 définissant avec celui-ci un interstice annulaire, à contours intérieur et extérieur anguleux. Dans cet interstice est insérée une pièce souple 14 de forme correspondante, en matériau élastiquement déformable du type élastomère ou élastomère thermoplastique. La pièce souple 14 possède donc un contour intérieur 14a anguleux et aussi un contour extérieur 14b anguleux, contours par l'intermédiaire desquels elle réalise une liaison en rotation entre le rotor 3 et la pignon 5. De plus, la pièce souple 14 peut comporter, en particulier dans ses zones les plus épaisses, des évidements 14c qui permettent d'ajuster sa raideur. En cours de fonctionnement de la direction assistée (ici hydraulique) et en fonction du couple au volant, la pièce souple 14 se déforme élastiquement dans le sens circonférentiel, permettant ainsi un décalage angulaire plus ou moins important entre le rotor 3 d'une part, et le pignon 5 donc aussi la chemise 8 d'autre part, ce qui pilote la valve d'assistance 2 en réalisant la fonction habituellement assurée par la barre de torsion. La figure 4 illustre un autre mode de réalisation du capteur de couple 13, ici composé de la pièce souple 14, d'une pièce annulaire métallique intérieure 15 et d'une pièce annulaire métallique extérieure 16, réunies en un "insert" 17. La pièce souple 14, de forme générale annulaire, possède un profil intérieur 14a avec quatre encoches 18 disposées en croix. Elle possède un profil extérieur 14b en croix, avec quatre encoches 19 décalées angulairement par rapport aux encoches 18 précédentes. Des évidements 14c sont éventuellement ménagés dans les zones plus épaisses de la pièce 14, présentes entre les diverses encoches 18 et 19. La pièce annulaire métallique intérieure 15 comporte, extérieurement, des nervures 15a ici au nombre de quatre, engagées respectivement dans les encoches 18 de la pièce souple 14. Cette pièce rigide intérieure 15 présente encore, sur son propre contour intérieur, des cannelures 15b prévues pour sa liaison en rotation avec le rotor 3, ou avec tout autre élément rotatif formant arbre d'entrée du capteur 13. La pièce métallique extérieure 16 comporte, intérieurement, des nervures 16a ici au nombre de quatre, engagées respectivement dans els encoches 19 de la pièce souple 14. Cette pièce rigide extérieure 16 présente encore, sur son propre contour extérieur, des cannelures 16b prévues pour sa liaison en rotation avec l'extrémité 5a du pignon de direction 5, ou avec tout autre élément rotatif formant arbre de sortie du capteur 13. L'insert 16, pré-assemblé, pourra ainsi être facilement monté entre les deux éléments formant respectivement l'arbre d'entrée et l'arbre de sortie du capteur 13. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de cette direction assistée et notamment son de son capteur de couple au volant qui ont été décrites ci-dessous, à titre d'exemples ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. C'est ainsi, notamment, que l'on ne s'éloignerait pas du cadre de 10 l'invention : en réalisant la pièce souple en tout matériau approprié, à propriétés de déformation élastique ; en donnant toutes formes (non circulaires) aux contours intérieur et extérieur de la pièce souple ; en échangeant les positions des éléments formant arbres d'entrée et de sortie du capteur, l'arbre d'entrée pouvant ainsi entourer la pièce souple et l'arbre de sortie ; en destinant un tel capteur à des directions assistées de tout type, non seulement des directions assistées hydrauliques mais aussi des directions assistées électriques ; en particulier dans le cas d'application à une direction assistée électrique, en plaçant le capteur de couple en tout point convenable du système de direction, entre le volant de conduite d'une part et le mécanisme pignon-crémaillère d'autre part. 15 20 25 REVENDICATIONS 1. Direction assistée de véhicule automobile, comportant entre le volant de conduite d'une part, et le mécanisme à pignon (5) et crémaillère (6) d'autre part, un capteur (13) du couple au volant à partir duquel est commandée l'intensité de l'action d'assistance, le capteur de couple (13) étant constitué par un capteur d'angle apte à mesurer l'écart angulaire entre une partie rotative (3) liée au volant de conduite et une autre partie rotative (5a) liée au pignon (5) ou constituée par ce pignon lui-même, caractérisée en ce que le capteur (13) de couple ou d'angle comprend au moins une pièce (14) en matériau souple, déformable élastiquement dans le sens circonférentiel, qui est insérée entre la partie rotative (3) liée au volant de conduite et la partie rotative (5a) liée au pignon (5) ou constituée par ce pignon (5) lui-même, la déformation de cette pièce souple (14) donnant une mesure de l'angle ou du couple. 2. Direction assistée selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau constitutif de ladite pièce (14) est un matériau souple du type élastomère ou élastomère thermoplastique. 3. Direction assistée selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la pièce souple (14) possède une forme générale annulaire, toutefois avec des contours intérieur (14a) et extérieur (14b) non circulaires pour son accrochage aux deux parties rotatives (3,5a), l'une liée au volant de conduite et l'autre liée au pignon (5) ou constituée par ce pignon (5) lui-même, ces deux parties rotatives (3,5a) étant disposées coaxialement. 4. Direction assistée selon la revendication 3, caractérisée en ce que les contours intérieur (14a) et extérieur (14b) de la pièce souple (14) présentent des formes anguleuses ou des formations du genre encoches (18,19), pour un accrochage à des formations complémentaires prévues sur les deux parties rotatives (3,5a). 5. Direction assistée selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que la pièce en matériau souple (14) comporte des évidements (14c) prévus pour ajuster la raideur du dispositif. 6. Direction assistée selon l'une quelconque des revendications 3 35 à 5, caractérisée en ce que, dans le cas d'une direction assistée hydraulique, la pièce en matériau souple (14) est insérée entre le rotor (3) de la valved'assistance (2), le rotor (3) constituant l'arbre d'entrée du capteur (13), et le pignon (5) qui forme l'arbre de sortie du capteur (13), l'extrémité du rotor (3) entourant l'extrémité (5a) du pignon (5) ou étant entourée par cette dernière. 7. Direction assistée selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la pièce en matériau souple (14) relie directement la partie rotative (3) formant arbre d'entrée du capteur (13) à la partie rotative (5,5a) formant arbre de sortie du capteur (13), en assurant la liaison en rotation entre ces deux parties (3; 5,5a) ou arbres. 8. Direction assistée selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la pièce en matériau souple (14) est insérée entre une pièce annulaire rigide intérieure (15) et une pièce annulaire rigide extérieure (16), pour former un insert (17) lui-même intercalé entre l'arbre d'entrée (3) et l'arbre de sortie (5,5a) du capteur (13). 9. Direction assistée selon la revendication 8, caractérisée en ce que la pièce annulaire rigide intérieure (15) présente sur son propre contour intérieur des cannelures (15b) pour sa liaison en rotation avec l'arbre d'entrée (3) du capteur 13, tandis que la pièce annulaire rigide extérieure (16) présente, sur son propre contour extérieur, des cannelures (16b) pour sa liaison en rotation avec l'arbre de sortie (5,5a) du capteur (13), ou inversement. 25