Brevet FR2911104A3 — publié le 20080711

FR 2911104 A3 20080711 FR 0700169 A 20070110 DISPOSITIF DE DIRECTION DE VEHICULE. La présente invention concerne, de façon générale, le domaine des dispositifs de direction de véhicule et en particulier les dispositifs de direction pour des véhicules ayant des roues directionnelles mécaniquement découplées du volant du dispositif de direction. Plus particulièrement, l'invention concerne un dispositif de direction de véhicule comportant un arbre de direction, un support d'arbre de direction par rapport auquel ledit arbre de direction est monté à rotation selon un axe de rotation de l'arbre, un volant monté à une extrémité de l'arbre de direction et au moins un capteur de position adapté pour mesurer une valeur représentative du déplacement angulaire dudit arbre de direction, ce capteur étant également adapté pour générer un signal représentatif de ladite valeur de déplacement angulaire de l'arbre, le dispositif comportant en outre un moyen mécanique de rappel adapté pour générer un couple de rappel du dit arbre de direction dans une position angulaire de l'arbre prédéterminée. Ce type de dispositif est adapté pour permettre à un utilisateur déplaçant angulairement le volant de générer une mesure représentative de ce déplacement angulaire à l'aide du capteur. Grâce à cette mesure il est dès lors possible de commander le déplacement de roues directionnelles d'un véhicule par l'intermédiaire d'actionneurs électromécaniques et/ou hydraulique mécaniquement découplés de l'arbre de direction et recevant une commande déterminée en fonction de la mesure effectuée à l'aide du capteur. Ce mode de commande de déplacement des roues directionnelles est bien connu dans le domaine de l'industrie automobile sous le terme anglophone steer bywire . Etant donné que le volant est mécaniquement découplé des roues directionnelles, les roues directionnelles n'interviennent pas mécaniquement dans la remise en pcsition du volant. Il est dès lors nécessaire que le dispositif de direction de véhicule comporte un moyen mécanique de rappel adapté pour générer un couple de rappel du volant/de l'arbre de direction dans une position angulaire du volant/de l'arbre prédéterminée. C'est la raison pour laquelle de nombreux fabricants de dispositifs de direction de véhicules ont développé diverses solutions visant à permettre un retour en position d l'arbre de direction et donc du volant qui est attaché à cet arbre. Un dispositif du type précédemment défini, permettant le retour de l'arbre de direction dans sa position angulaire prédéterminée, est par exemple décrit dans le document brevet JP2004314735. Ce dispositif comporte une came liée en rotation avec l'arbre, un galet et un ressort forçant le galet contre la came pour générer un couple de rappel de volant lors de la rotation de l'arbre au delà de sa position angulaire prédéterminée. Dans ce contexte, la présente invention a pour but de proposer un autre type de dispositif de direction de véhicule permettant un retour du volant/de l'arbre de direction dans une position prédéterminée, ce dispositif étant préférentiellement économique à réaliser. A cette fin, le dispositif de direction de véhicule de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule défini précédemment, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte une manivelle disposée de manière à être entraînée à rotation selon un axe de rotation de manivelle par rotation dudit arbre de direction et en ce que ledit moyen mécanique de rappel comprend un vérin télescopique dont une extrémité de vérin est reliée mécaniquement à un point de ladite manivelle qui est éloigné dudit axe de rotation de manivelle. Pour la bonne compréhension de l'invention, le terme manivelle doit être compris comme étant un bras fixé à un arbre, en l'occurrence cet arbre est tournant selon l'axe de rotation de manivelle, et comme portant à son extrémité libre un maneton ou une poignée parallèle à l'arbre, ce maneton où cette poignée/maneton est en l'occurrence le point de la manivelle qui est éloigné dudit axe de rotation de manivelle, c'est-à-dire le point de liaison mécanique entre le vérin télescopique et la manivelle. Grâce à ces caractéristiques l'ensemble composé du vérin et de la manivelle forme un moyen mécanique de rappel particulièrement efficace pour générer un couple de rappel s'opposant au déplacement angulaire de l'arbre de direction au-delà de la position angulaire de l'arbre prédéterminée. En outre un tel moyen mécanique de rappel est particulièrement pratique et économique à réaliser car il comprend pour l'essentiel des pièces simples que sont un vérin et une manivelle, ces pièces étant par ailleurs largement rependues dans d'autres applications industrielles. On peut faire en sorte que ledit vérin télescopique soit mobile entre une position étendue et une position rétractée et qu'il comporte un ressort adapté pour exercer une force élastique de rappel du vérin vers l'une de ses positions étendue ou rétractée. Ce mode de réalisation permet de faire en sorte que le couple de rappel de l'arbre soit un couple élastique de rappel, ce couple ayant par exemple pour caractéristique de croitre avec la valeur de déplacement angulaire de l'arbre de direction par rapport à sa position prédéterminée. On peut également faire en sorte que ledit ressort 10 soit un ressort de compression ou de traction. On peut également adjoindre un amortisseur au ressort. On peut également faire en sorte que ledit vérin télescopique soit un vérin pneumatique ou hydraulique et que le dispositif comporte en outre une alimentation en 15 fluide du vérin. Ce mode de réalisation peut être utile si l'on souhaite faire varier la force de rappel exercée par le vérin sur la manivelle en fonction d'un signal de 20 commande d'une alimentation en fluide du vérin. Ce mode de réalisation peut être utile si l'on souhaite faire varier le couple de rappel exercé sur l'arbre en fonction d'autres paramètres que la position angulaire de cet arbre de direction. De tels paramètres peuvent par 25 exemple être des efforts mécaniques mesurés par des moyens de mesure d'efforts et représentatifs des efforts exercées sur les roues directionnelles lors du roulage du véhicule. On peut également faire en sorte que le dispositif 30 de direction de véhicule de l'invention comporte une unité électronique de commande reliée électriquement audit capteur et adaptée pour recevoir ledit signal représentatif de la valeur de déplacement angulaire, cette unité électronique étant adaptée pour générer un signal de commande de déplacement de roues directionnelles de véhicule en fonction dudit signal représentatif de la valeur de déplacement angulaire. Ce mode de réalisation précise des moyens de l'invention permettant de commander des roues directionnelles par action sur l'arbre de direction sans qu'il utilise de lien d'entrainement: mécanique entre ces roues et l'arbre de direction. Ce dispositif qui est doté d'un moyen mécanique de rappel présente une fiabilité élevée. Dans le cas où ce moyen mécanique de rappel est adjoint à un moyen électrique (moteur ou frein électrique) adapté pour entraîner l'arbre de direction à rotation, on obtient alors un frein électromécanique qui peut servir de moyen de secours en cas de défaillance du moyen électrique. On peut également faire en sorte que le dispositif de direction de véhicule comporte un moteur électrique adapté pour entraîner à rotation ledit arbre de direction. Ce mode de réalisation permet de générer sur l'arbre de direction un couple moteur variable et un mouvement de rotation en fonction d'autres paramètres que la position angulaire de l'arbre directionnel. Par exemple le couple généré par le moteur peut être fonction d'efforts mesurés sur les roues directionnelles du véhicule, dans ce mode de réalisation, le conducteur du véhicule équipé du dispositif de l'invention retrouve alors des sensations de conduite similaires à celles qu'il aurait dans le cas d'une liaison mécanique entre le volant et les roues directionnelles. On peut également faire en sorte que le dispositif de l'invention comporte un frein électromécanique adapté pour exercer sur ledit arbre de direction un effort s'opposant au déplacement angulaire dudit arbre de direction. Contrairement au mode de réalisation précédent où le moteur permet de générer un couple moteur sur l'arbre de direction, le présent mode de réalisation permet de générer un couple de freinage de l'arbre directionnel s'opposant à son déplacement. Ce mode est donc alternatif à celui comprenant le moteur électrique. On peut également faire en sorte que la liaison de l'extrémité du vérin avec le point de ladite manivelle qui est éloigné dudit axe de rotation de manivelle soit une liaison pivot et que le vérin. comporte une autre extrémité reliée en un point fixe par rapport audit support d'arbre de direction. On peut également faire en sorte que le dispositif de l'invention comporte un réducteur doté d'une entrée et d'une sortie de réducteur, l'entrée de réducteur étant indexée en rotation vis-à-vis de l'arbre de direction selon l'axe de rotation de l'arbre de direction et la sortie de réducteur étant indexée en rotation vis-à-vis de ladite manivelle selon l'axe de rotation de manivelle. Le réducteur est un mécanisme d'engrenages qui est destiné à transformer une vitesse d'entrée, en l'occurrence la vitesse de rotation de l'arbre de direction, en une vitesse de sortie, en l'occurrence la vitesse de rotation de la sortie de direction, dans un rapport défini. Ce rapport défini du réducteur est choisi de manière que la vitesse de sortie de réducteur soit toujours inférieure à la vitesse d'entrée de ce réducteur. Le rapport entre l'entrée et la sortie du réducteur est donc inférieur à 1. Dans ce mode particulier de réalisation de l'invention l'arbre de direction qui est liée en rotation avec l'entrée du réducteur peut donc entraîner la manivelle à rotation et être entraîné à rotation par la manivelle qui est elle-même liée à rotation avec la sortie de réducteur. Etant donné que le rapport du réducteur est tel que la vitesse de sortie est toujours réduite par rapport à la vitesse de l'entrée, cela implique que lorsque le volant (et donc l'arbre de direction) fait un tour selon l'axe de rotation de l'arbre de direction la manivelle qui est entraînée à rotation par la sortie du réducteur fait alors moins d'un tour. De ce fait le dispositif de l'invention lorsqu'équipé d'un réducteur est adapté pour fonctionner sur une large amplitude de rotation de volant tout en permettant, tout au long de la rotation du volant dans un sens donné de rotation et dans la limite d'amplitude maximale de rotation du volant, une augmentation en continu du couple au volant. Le réducteur est adapté pour que la rotation de l'entrée de réducteur entraîne à rotation la sortie du réducteur et inversement pour que la rotation de la sortie du _-éducteur entraîne à rotation l'entrée du réducteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 représente une vue d'ensemble en perspective du dispositif de direction de l'invention selon un premier mode de réalisation selon lequel la manivelle est fixée et assemblée sur l'arbre de direction ; la figure 2 représente un graphique ayant en abscisses une valeur d'angle de déplacement de l'arbre de direction et en ordonnées les valeurs correspondantes de couple de rappel exercé par le moyen mécanique de rappel sur l'arbre de direction ; la figure 3 représente un vérin du dispositif de l'invention en position étendue, c'est-à-dire lorsque l'arbre de direction se trouve dans sa position angulaire prédéterminée ; la figure 4 représente le vérin de la figure 3 dans une position rétractée, c'est-à-dire lorsque l'arbre de direction se trouve éloignée de sa position angulaire prédéterminée ; la figure 5 représente une vue d'ensemble en perspective du dispositif de direction de l'invention selon un second mode de réalisation selon lequel la manivelle est fixée et assemblée à un arbre distinct de l'arbre de direction, ces deux arbres étant reliés entre eux par un réducteur. Comme annoncé précédemment et représenté sur les figures 1 et 5 l'invention concerne un dispositif de direction de véhicule 1. Ce dispositif comporte un arbre de direction 2 à une extrémité duquel est fixé un volant de direction 5 pour entrainer l'arbre 2 à rotation par rapport à un support d'arbre de direction 3 qui est ici un tube dans lequel passe l'arbre 2. La liaison entre le support 3 et l'arbre de direction est une liaison pivot non glissant selon l'axe 5 de rotation d'arbre de direction 4. Une manivelle 8 est soit assemblée/formée sur l'arbre de direction 2 comme sur la figure 1, soit assemblée/formée sur un arbre distinct de l'arbre de direction 2 comme représenté sur la figure 5. Cette 10 manivelle 8 est montée à rotation selon un axe de rotation de manivelle 9 par rapport au support 3. L'axe de rotation de manivelle 9 est soit confondu avec l'axe de rotation 4 de l'arbre de direction 2 (comme sur la figure 1) soit distinct de l'axe de rotation 4 et 15 préférentiellement parallèle à ce dernier (comme sur la figure 5). Le dispositif 1 comporte également un moyen mécanique de rappel 7 adapté pour générer un couple de rappel C de l'arbre de direction 2 vers une position 20 angulaire de l'arbre de direction 2 prédéterminée. Ce moyen mécanique de rappel 7 est en l'occurrence un vérin télescopique 7 dont une extrémité 7a est montée pivotante vis-à-vis d'un maneton de la manivelle 8 et une autre extrémité 7b est montée pivotante vis-à-vis d'un point de 25 fixation du vérin sur le support 3. Selon le mode de réalisation choisi, le vérin télescopique 7 est un vérin de traction ou un vérin de compression ou un vérin à double effet adapté pour générer une force de rappel axiale (aussi appelée force 30 de rappel du vérin vers une position étendue ou rétractée). En l'occurrence le vérin des figures 1 et 5 est un vérin de compression doté d'un ressort de compression 10 permettant d'exercer une force de rappel du vérin vers une position étendue Pl et s'opposant donc au passage du vérin vers une position rétractée P2. Le dispositif 1 comporte également un moyen de génération de couple Il adapté pour générer un couple sur l'arbre de direction, soit directement comme représenté sur la figure 1 soit indirectement via le réducteur 12 comme représenté sur la figure 5. Ce générateur de couple 11 est alimenté électriquement et est soit un moteur soit un frein électromagnétique selon l'application choisie. Ce générateur de couple 11 a pour objet de commander électriquement le couple exercé sur l'arbre de direction 2 pour par exemple freiner le retour de cet arbre dans sa position prédéterminée ou encore pour entrainer cet arbre en rotation en fonction de paramètres de roulage du véhicule. Le dispositif 1 comporte également un capteur de position 6 permettant de mesurer une valeur représentative du déplacement angulaire a de l'arbre de direction 2. Ce capteur génère un signal représentatif de la mesure et transmet ce signal vers une unité de commande électronique (non représentée sur ces figures 1 à 5). Ce signal est utilisé par l'unité de commande pour piloter les actionneurs de commande de roues directionnelles en fonction de la mesure de déplacement angulaire a. Pour ce faire le capteur 6 est disposé de manière à mesurer la rotation de l'arbre de direction 2 et se trouve disposé à une extrémité de cet arbre comme sur la figure 1 ou a une extrémité d'un arbre portant la manivelle 8 comme sur la figure 5 où l'arbre portant la manivelle 8 est distinct de l'arbre de direction 2. La manivelle 8 est assemblée avec le vérin télescopique 7 de manière à former un ensemble bielle manivelle avec un point de liaison entre le vérin 7 et la manivelle 8 éloigné de l'axe de rotation de manivelle 9. Dans chacun des modes de réalisation présentés aux figures 1 et 5 lorsque le volant 5 est pivoté, cela entraîne une rotation de la manivelle 8 et par conséquent une variation de la longueur du vérin télescopique 7 comprenant le ressort de compression 10. Lors du déplacement angulaire de l'arbre de direction 2 au delà de sa positicn prédéterminée, le vérin exerce une force opposée à ce déplacement, cette force ayant tendance à repositionner l'arbre de direction 2 dans sa position angulaire prédéterminée. Une particularité du mode de réalisation de la figure 5 est que l'arbre portant la manivelle 8 est distinct de l'arbre de direction 2, ces arbres étant reliés entre eux par un réducteur 12 doté d'une entrée 12a et d'une sortie 12b. Ce réducteur 12 à pour objet de permettre l'utilisation du dispositif de l'invention sur une plage de rotation supérieure à la plage de rotation autorisée par le mode de réalisation de la figure 1. En effet ce réducteur a pour objet de faire en sorte que la valeur absolue de l'angle de déplacement angulaire en sortie de réducteur soit toujours inférieure à la valeur absolue de l'angle de déplacement angulaire de l'entrée de réducteur. Les figures 2, 3 et 4 illustrent le fonctionnement du dispositif de l'invention conforme à la figure 1. La figure 2 présente une courbe d'évolution du couple C (en Newton/Mètre) généré sur l'arbre de direction 2 par le moyen de rappel 7 qui comprend en l'occurrence le vérin télescopique 7, en fonction de l'angle de rotation a de l'arbre de direction 2. On s'aperçoit que lorsque l'arbre de direction 2 se trouve dans sa position angulaire prédéterminée où a =0 alors le vérin est dans une configuration présentée sur la figure 3 (en position étendue Pl) et le couple exercé sur l'arbre de direction 2 est nul. Lorsque l'arbre de direction 2 s'éloigne de sa position angulaire prédéterminée alors le vérin est compressé et génère un effort sur la manivelle 8 qui induit un couple de rappel C variable selon une fonction sinusoïdale de a. Ainsi lorsque l'angle a est égal à 120 voir 135 selon la géométrie choisie pour le dispositif de l'invention, alors le vérin se trouve dans sa position rétractée P2 présentée sur la figure 4 et le couple de rappel C du volant est alors proche de son maximum d'environ 3 N.m. Le dispositif de l'invention permet donc une fonction de rappel en position prédéterminée de l'arbre de direction, cette fonction étant disponible y compris en cas de disfonctionnement du moyen 11 qui est soit un moteur électrique 11 soit frein électromagnétique 11. En résumé l'arbre de rotation de manivelle 8 est toujours indexé à rotation vis-à-vis de l'arbre de direction 2 de telle manière que tout déplacement angulaire de l'arbre de direction 2 entraine un déplacement angulaire simultané de l'arbre de manivelle 8 et vis versa. De plus le vérin télescopique 7 est adapté pour exercer une force de rappel de la manivelle 8 dans une position angulaire prédéterminée, l'indexation à rotation de l'arbre de direction 2 et de la manivelle 8 étant telle que lorsque la manivelle 8 se trouve dans sa position angulaire prédéterminée de manivelle, l'arbre de direction se trouve alors également dans sa position angulaire prédéterminée. Revendications 1) Dispositif de direction de véhicule (1) comportant un arbre de direction (2, un support d'arbre de direction (3) par rapport auquel ledit arbre de direction (2) est monté à rotation selon un axe de rotation de l'arbre (4), un volant (5) monté à une extrémité de l'arbre de direction (2) et au moins un capteur de position (6) adapté pour mesurer une valeur représentative du déplacement angulaire (a) dudit arbre de direction (2), ce capteur (6) étant également adapté pour générer un signal représentatif de ladite valeur de déplacement angulaire de l'arbre (2), le dispositif (1) comportant en outre un moyen mécanique de rappel (7) adapté pour générer un couple de rappel (C) dudit arbre de direction (2) dans une position angulaire de l'arbre prédéterminée, caractérisé en ce qu'il comporte une manivelle (8) disposée de manière à être entraînée à rotation selon un axe de rotation de manivelle (9) par rotation dudit arbre de direction (2) et en ce que ledit moyen mécanique de rappel comprend un vérin télescopique (7) dont une extrémité de vérin (7a) est reliée mécaniquement à un point de ladite manivelle (8) qui est éloigné dudit axe de rotation de manivelle (9). 2) Dispositif de direction (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit vérin télescopique (7) est mobile entre une position étendue (P1) et une position rétractée (P2) et en ce qu'il comporte un ressort (10) adapté pour exercer une force élastique de rappel du vérin vers l'une de ses positions étendue (Pl) ou rétractée (P2). 3) Dispositif de direction selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit ressort (10) est un ressort de compression ou de traction. 4) Dispositif de direction selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit vérin télescopique (7) est un vérin pneumatique ou hydraulique et en ce que le dispositif (1) comporte en outre une alimentation en fluide du vérin (7). 5) Dispositif de direction selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une unité électronique de commande reliée électriquement audit capteur (6) et adaptée pour recevoir ledit signal représentatif de la valeur de déplacement angulaire (e), cette unité électronique étant adaptée pour générer un signal de commande de déplacement de roues directionnelles de véhicule en fonction dudit signal représentatif de la valeur de déplacement angulaire (e). 6) Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un moteur électrique (11) adapté pour entrainer à rotation ledit arbre de direction (2). 7) Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un frein électromécanique (11) adapté pour exercer sur ledit arbre de direction (2) un effort s'opposant au déplacement angulaire dudit arbre de direction (2). 8) Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la liaison de l'extrémité du vérin (7a) avec le point de ladite manivelle (8) qui est éloigné dudit axe derotation de manivelle (9) est une liaison pivot et en ce que le vérin (7) comporte une autre extrémité (7b) reliée en un point fixe par rapport audit support d'arbre de direction (3). 9) Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un réducteur (12) doté d'une entrée (12a) et d'une sortie (12b) de réducteur, l'entrée de réducteur (12a) est indexée en rotation vis--à-vis de l'arbre de direction (2) selon l'axe de rotation de l'arbre de direction (4) et la sortie de réducteur (12b) est indexée en rotation vis-à-vis de ladite manivelle (8) selon l'axe de rotation de manivelle (9).