Brevet FR2929005A1 — publié le 20090925

La présente invention concerne, de façon générale, les systèmes de direction des véhicules automobiles. Elle se rapporte, plus particulièrement, à un dispositif de détection de couple pour une direction assistée de véhicule automobile, le dispositif étant destiné à mesurer le couple exercé par le conducteur du véhicule sur le volant de conduite, en vue de l'assistance électrique ou hydraulique de la direction. Dans les systèmes de direction assistée, le couple ou l'effort d'assistance fourni pour soulager le conducteur du véhicule est asservi au couple exercé par le conducteur sur le volant de conduite, ce qui rend nécessaire la présence d'un capteur de couple au volant, à partir duquel est commandée l'intensité de l'action d'assistance. Parmi les capteurs de couple utilisables, les capteurs les plus courants utilisent la variation d'angle d'une barre de torsion. Une catégorie plus particulière de dispositifs de détection de couple, utilisés notamment dans les systèmes de direction, comprend des capteurs fonctionnant sur un principe magnétique, tels que les capteurs décrits dans les documents de brevets FR 2 837 282 Al, FR 2 872 902 Al, US 2005/0126309 Al et US 6 988 422 B2. En se référant à la figure 1 du dessin schématique annexé, ce genre de capteur de couple est intercalé entre un arbre rotatif d'entrée 2 et un arbre rotatif de sortie 3, et il comprend cinq éléments principaux, à savoir : - une barre de torsion 4 reliant mécaniquement les extrémités coaxiales de 20 l'arbre d'entrée 2 et de l'arbre de sortie 3 ; - un ensemble d'aimants permanents 5 solidaire de l'extrémité de l'arbre d'entrée 2 ; - une paire de culasses magnétiques 6 et 7 solidaire de l'extrémité de l'arbre de sortie 3 ; 25 - un support collecteur de flux magnétique, composé de deux bagues collectrices 8 et 9, surmoulées par un matériau plastique, et d'un bouclier électromagnétique (ici non représenté) ; - un capteur de flux magnétique, composé de deux capteurs à effet Hall 10 et 11 surmoulés par une matière thermoplastique et comprenant un bouclier 30 électromagnétique (ici non représenté). Le support collecteur de flux, et le capteur de flux, sont des éléments fixes à monter dans le système de direction. Plus particulièrement, dans des systèmes de direction connus, le support collecteur de flux est placé précisément dans l'un des carters en aluminium du système de direction. Le capteur de flux vient ensuite 35 s'intégrer dans le support collecteur de flux, au moyen de formes complémentaires appropriées. Ces éléments sont ensuite rendus solidaires entre eux et avec le carter en aluminium au moyen d'une ou plusieurs vis d'assemblage, et grâce à un ou des trous filetés réalisés préalablement ou non dans le carter, des joints assurant l'étanchéité de l'assemblage. Un exemple d'un tel mode connu d'assemblage est illustré par la figure 2, 5 sur laquelle : - le repère 12 désigne le carter en aluminium ; - le repère 13 désigne le support collecteur de flux ; - le repère 14 désigne le support du capteur de flux ; - les vis d'assemblage sont indiquées en 15 ; et 10 - les joints d'étanchéité intercalés sont respectivement désignés 16 et 17. Les dispositifs existants de ce genre, présentent ainsi l'inconvénient d'être délicats et longs à assembler, ce qui affecte la précision de l'assemblage et rend aussi la fonction � capteur de couple � coûteuse. En outre, l'efficacité des joints d'étanchéité n'étant pas parfaite, des infiltrations sont fréquemment constatées, entraînant elles- 15 mêmes de coûteuses reprises. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients, et elle donc pour but de fournir un dispositif de détection de couple, du genre ici concerné, dont l'assemblage est simplifié donc rendu plus économique, tout en améliorant la précision de montage ainsi que l'étanchéité. 20 Ce problème est résolu, dans un dispositif de détection de couple pour direction assistée de véhicule automobile, le dispositif comprenant une barre de torsion ou équivalent reliant un arbre d'entrée à un arbre de sortie, un ensemble d'aimants permanents solidaire de l'arbre d'entrée, une paire de culasses magnétiques solidaire de l'arbre de sortie, un support collecteur de flux avec deux bagues collectrices qui est 25 monté dans un carter du système de direction, et un capteur de flux magnétique monté sur le support collecteur, par le fait que le capteur de flux et le support collecteur de flux sont réalisés majoritairement dans des matières plastiques identiques ou compatibles, et que le capteur de flux est soudé sur le support collecteur de flux de manière à former avec ce support une structure monobloc. 30 Le capteur de flux et le support collecteur de flux peuvent être assemblés par une soudure par ultrasons, ou par une soudure par vibrations, ou encore par une soudure au laser. Dans une forme de réalisation préférée du dispositif de détection de couple objet de l'invention, le support collecteur de flux est lui-même soudé sur le carter du 35 système de direction, ce carter étant réalisé majoritairement dans une matière plastique identique à ou compatible avec celle dudit support, de telle sorte que le carter, le support collecteur de flux et le capteur forment une structure monobloc. Ainsi, il est constitué une structure monobloc, réalisée majoritairement en une matière plastique appropriée, qui réunit un carter de système de direction, le support collecteur de flux et le capteur de flux, fabriqués séparément puis réunis par soudure. Dans cette structure, le support collecteur de flux surmoule de façon connue en soi les deux bagues collectrices du dispositif, et il est assemblé par soudure d'une part au carter réalisé dans une matière identique ou compatible, et d'autre part à une partie du capteur de flux elle aussi réalisée dans une matière identique ou compatible. La forme donnée aux zones de soudure, en particulier configurées en cordons de soudure, doit assurer la solidité de l'assemblage et l'étanchéité de celui-ci. On entend ici, par � matière plastique appropriée �, un matériau synthétique ou composite mécaniquement robuste, stable dimensionnellement dans une plage de température allant typiquement de -40°C à +120°C, résistant à l'environnement chimique d'un système de direction (huile, graisse, eau, salissures, brouillard salin, ... ). Ces matières sont soit thermoplastiques, soit thermo-durcissables. Elles sont communément renforcées par des fibres de verre pour augmenter leur rigidité (module d'Young) et leur ténacité (résistance au choc Charpy). Il s'agit pour la plupart de thermoplastiques � hautes performances � présentant une bonne résistance mécanique à des températures élevées (température de déflexion sous charge). Des exemples de matières thermoplastiques convenant à ce type d'application sont données dans le tableau ci-dessous. Matière Module Température de Résistance au choc d'Young (GPa) fléchissement Charpy (kJ/m?) mesuré à 20°C sous charge (+23°C) ISO 527-1 ~1 8 MPà- ISO 179 /leU ISO 75-1 / -2 PA66 GF 50 Polyamide �66�renforcé 17 250 95 par 30% de fibre de verre PA 46 GF 50 Polyamide �46�renforcé 17 295 100 par 30% de fibre de verre PA 6T/66 GF 50 Polyamide semi- 17 285 85 aromatique renforcé par 50% de fibre de verre PA66/6T GF 45 17 287 93 Polyphthalamide renforcé par 45% de fibre de verre PPS GF 40 14 260 48 Poly phenylène sulphone renforcé par 40% de fibre de verre Par � matières plastiques identiques ou compatibles � on entend que les matières à souder doivent être chimiquement compatibles. Il peut s'agir aussi de matières dont la base thermoplastique est identique, leurs formulations ne variant que sur des adjuvants (colorants, renforts, ...). Il peut s'agir aussi de matières dont la base thermoplastique est compatible ; on connaît par exemple la compatibilité entre le polycarbonate et le poly methyl methacrylate. De toute façon, l'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques seront mises en évidence, à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples, deux formes d'exécution de ce dispositif de détection de couple pour direction assistée de véhicule automobile. Figure 1 (déjà mentionnée) est une vue en perspective éclatée d'un dispositif détecteur de couple existant ; Figure 2 (déjà mentionnée) est une vue en perspective éclatée illustrant le 15 mode d'assemblage actuel d'un tel dispositif détecteur de couple :; Figure 3 est une vue en coupe d'un dispositif détecteur de couple selon la présente invention, montrant plus particulièrement le capteur de flux et le support collecteur de flux avant soudure ; Figure 4 est une vue en coupe d'un autre dispositif détecteur de flux selon 20 l'invention, montrant le capteur de flux, le support collecteur de flux et le carter après soudure. En se référant à la figure 3, on considère plus particulièrement, dans un dispositif de détection de couple du genre précédemment défini, le carter 12 du système de direction et le support collecteur de flux 13 qui prend place dans ce carter 12. ainsi 25 que le capteur de flux 18. Le support collecteur de flux 13 présente une zone d'assemblage 19 appropriée, complémentaire d'une zone d'assemblage 20 appartenant au capteur de flux 18, par exemple avec des formes crénelées correspondantes. Le capteur de flux 18 est réalisé dans une matière plastique identique à celle du support collecteur de flux 13, 30 ou du moins une matière plastique compatible avec celle dudit support 13. Lors de l'opération de soudure, telle qu'une soudure par ultrasons, les zones d'assemblage respectives 19 et 20 du support collecteur de flux 13 et du capteur de flux 18 sont rapprochées et mises en contact, et elles sont sollicitées de manière appropriée de sorte que la température des deux parties augmente localement jusqu'à la fusion de la 35 matière plastique. Une interpénétration de ces deux parties se produit alors, formant un cordon de soudure qui conduit à la solidarisation des deux parties une fois l'assemblage refroidi. Le capteur de flux 18 et le collecteur de flux 13 forment ainsi, finalement, une structure monobloc non démontable, rigide et étanche. En se référant maintenant à la figure 4, relative à un autre exemple de réalisation, le support collecteur de flux 13 et le capteur de flux 18 présentent ici encore des parties de formes complémentaires, au niveau desquelles est formé un cordon de soudure 21. De plus, le support collecteur de flux 13 est réalisé dans une matière plastique identique à celle du carter 12, ou du moins compatible avec celle du carter 12. Ce support collecteur de flux 13 possède une partie périphérique 22, en saillie, prévue pour être assemblée par soudage à la périphérie du carter 12. Lors de l'opération de soudure, les parties complémentaires du carter 12 et du support collecteur de flux 13 sont mises en contact et sollicitées de manière appropriée, pour s'interpénétrer en formant un autre cordon de soudure 24. Ainsi, après soudure, on obtient une structure monobloc qui réunit, de façon rigide et étanche, le carter 12, le support collecteur de flux 13 et le capteur de flux 18. Par � sollicitées de manière appropriée � on englobe ici différentes techniques utilisables pour solliciter les pièces à assembler, en vue d'élever localement la température. On connaît ainsi les sollicitations mécaniques dans la soudure par vibrations ou par ultrasons associées à une pression importante sur le cordon à souder. On connaît également des sollicitations thermiques indirectes par rayonnement laser ou infrarouge ou par mise en contact direct du cordon avec un élément chauffant. Dans tous les cas, il s'agit d'obtenir une interpénétration des chaînes polymères, qui conduit à la soudure des pièces concernées, à savoir la soudure du capteur de flux 18 sur le support collecteur de flux 13, et la soudure de ce support 13 sur le carter 12. La forme des parties en contact dans chaque zone d'assemblage doit permettre une concentration de la sollicitation dans une zone particulière, bien localisée. Les pièces ici concernées, à savoir le carter 12, le support collecteur de flux 13 et le capteur 18, sont réalisées avantageusement en une matière thermoplastique � haute température �, choisie préférentiellement parmi le polysulfure de phér. ylène (PPS), le polyphtalamide (PPA) et le polyamide (PA). Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules firmes d'exécution de ce dispositif de détection de couple qui ont été décrites ci-dessus, 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 l'invention : - en réalisant le carter, le support collecteur de flux et le capteur de flux en d'autres matières plastiques, du moment que celles-ci soient identiques ou compatibles, et appropriées pour l'utilisation concernée ; - en modifiant les formes du carter, du support collecteur de flux et du 5 capteur de flux, du moment que les parties situées dans les zones d'assemblage soient convenablement conformées ; - en modifiant la structure ou même la conception des éléments du dispositif non concernés directement par l'invention, par exemple la barre de torsion, laquelle peut être remplacée par tout équivalent, tel qu'une pièce en matériau souple 10 déformable élastiquement dans le sens cironférentiel, et reliant l'arbre d'entrée à l'arbre de sortie : - en utilisant toute procédé ou technologie de soudure pour l'assemblage des pièces concernées; - en destinant un tel dispositif de détection de couple à une direction 15 assistée pouvant être de tout type, en particulier hydraulique ou électrique. REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection de couple pour direction assistée de véhicule automobile, le dispositif comprenant une barre de torsion (4) ou équivalent reliant un arbre d'entrée (2) à un arbre de sortie (3), un ensemble d'aimants permanents (5) solidaire de l'arbre d'entrée (2), une paire de culasses magnétiques (6 ,7) solidaire de l'arbre de sortie (3), un support collecteur de flux (13) avec deux bagues collectrices (8, 9) qui est monté dans un carter (12) du système de direction, et un capteur de flux magnétique (10,11 ; 18) monté sur le support collecteur (13), caractérisé en ce que le capteur de flux (18;) et le support collecteur de flux (13) sont réalisés majoritairement dans des matières plastiques identiques ou compatibles, et en ce que le capteur de flux (18) est soudé sur le support collecteur de flux (13) de manière à former avec ce support (13) une structure monobloc. 2. Dispositif de détection de couple selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur de flux (18) en matière plastique et le support collecteur de fluas (13) sont assemblés par une soudure par ultrasons. 3. Dispositif de détection de couple selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur de flux (18) en matière plastique et le support collecteur de 20 flux (13) sont assemblés par une soudure par vibrations. 4. Dispositif de détection de couple selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur de flux (18) en matière plastique et le support collecteur de flux (13) sont assemblés par une soudure au laser. 5. Dispositif de détection de couple selon l'une quelconque des 25 revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le support collecteur de flux (13) est lui-même soudé sur le capteur (12) du système de direction, ce carter (12) étant réalisé majoritairement dans une matière plastique identique à ou compatible avec celle dudit support (13), de telle sorte que le carter (12), le support collecteur de flux (13) et le capteur (18) forment une structure monobloc.