Brevet FR2935662A1 — publié le 20100312

" Dispositif de direction pour véhicule, notamment pour véhicule automobile " La présente invention est relative à un dispositif de direction pour véhicule, notamment pour véhicule automobile, et en particulier à un tel dispositif comprenant d'une part un volant de direction tournant avec un arbre de colonne de direction relativement à un bâti de support de la colonne et d'autre part un corps central entouré par la jante du volant. Un exemple de ce genre de dispositif est connu du document FR2477091. Dans le dispositif décrit dans ce document, le corps central qui est fixe en étant monté solidaire d'un bâti de support de la colonne de direction et qui permet la disposition d'instruments d'affichage. Le volant est guidé à rotation par deux roulements interposés entre le bâti et un moyeu du volant. Le bâti porte des axes sur lesquels sont montés tournants des pignons engrenés avec une couronne solidaire du volant. Une telle utilisation d'engrenages nécessite de faire des compromis sur le jeu et le frottement entre les pignons et la couronne. En effet, un jeu franc entre les engrenages n'est pas acceptable car il donne une impression de flou dans la direction ou une impression de direction peu réactive. Inversement, une mise en précontrainte des engrenages avec un couple de frottement permet de supprimer le jeu mais donne une impression de collage de la direction quand le couple de frottement est élevé. Un tel dispositif qui permette un compromis idéal entre jeu et frottement est difficile à réaliser et coûteux. La présente invention a notamment pour but de remédier aux inconvénients de l'art antérieur. A cet effet, l'invention concerne un dispositif de direction pour véhicule, notamment pour véhicule automobile, comprenant d'une part un volant de direction tournant avec un arbre de colonne de direction relativement à un bâti de support de la colonne et d'autre part un corps central entouré par la jante du volant, caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble de roulement interposé d'une part entre le bâti et le volant et d'autre part entre le corps central et le volant et comprenant un premier roulement dont la bague extérieure est solidaire du bâti et un second roulement dont la bague extérieure est solidaire du corps central, les premier et second roulements ayant une bague intérieure commune montée folle et une cage qui est commune aux premier et second roulements, dans laquelle roulent des éléments roulants internes aux roulements et qui est solidaire du volant. Dans divers modes de réalisation du dispositif selon l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes . le rapport des rayons de pistes de roulement de la bague intérieure de chacun des premier et second roulements est égal au rapport des rayons des éléments roulants internes respectivement de chacun des premier et second roulements de manière que le corps central soit fixe par rapport au volant de direction quand ledit volant tourne ; le rapport des rayons de pistes de roulement de la bague intérieure de chacun des premier et second roulements est différent du rapport des rayons des éléments roulants internes respectivement de chacun des premier et second roulements de manière que le corps central puisse tourner relativement au volant de direction à une vitesse de rotation différente de celle de ce dernier et dans le sens de ce dernier ; - les éléments roulants internes de l'ensemble de roulement sont des billes ; - l'ensemble de roulement est à contact oblique et les éléments roulants internes de l'ensemble de roulement sont axialement précontraints entre les bagues des premier et deuxième roulements dudit ensemble ; une vis est vissée à l'arbre de la colonne de direction et sa tête appuie sur une première rondelle de roulement d'une butée de type butée à billes ou à rouleaux par l'intermédiaire d'une rondelle élastique de charge, une seconde rondelle de roulement de la butée étant au contact du corps central ; la cage comporte des logements dans lesquelles les éléments roulants internes de l'ensemble de roulement peuvent rouler sans jeu par l'intermédiaire d'éléments de glissement ; - le corps central comporte au moins un organe électrique raccordé à des contacts tournants de type balais ou nappe plate en hélice qui sont interposés d'une part entre le corps central et le volant et d'autre part entre le volant et le bâti de la colonne de direction. Par ailleurs, l'invention a également pour objet un véhicule automobile comportant un dispositif de direction conforme à l'une quelconque des revendications précédentes dont le volant est manipulable à rotation par un conducteur pendant que le corps central entouré par le volant est découplé à rotation du volant. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante d'un de ses modes de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints. Sur les dessins : la figure 1 est une demi coupe du dispositif 30 selon l'invention assemblé ; la figure 2 est une section représentant partiellement le dispositif de la figure 1 selon la ligne II-II de cette figure ; - la figure 3 est une demi coupe en éclaté du 35 dispositif de la figure 1 démonté. Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires. Comme représenté à la figure 1, le dispositif de direction selon l'invention comporte un volant 10 qui tourne solidairement à un arbre 12 de colonne de direction dont une extrémité inférieure (non représentée) comporte un mécanisme de direction. Le volant comporte une jante extérieure de forme annulaire (non représentée) et au moins une branche radiale 14 dont la racine est raccordée à un moyeu 16 monté solidaire de l'arbre 12. La branche 14 représentée à la figure 1 comporte un trou 18 de passage de câble. Le dispositif de direction comporte aussi un corps central 20 entouré par la jante du volant et portant, non représentés sur les figures, un coussin gonflable de sécurité et des boutons de commande d'équipements du véhicule. Le corps central 20 comporte une portion tubulaire périphérique 22 comportant un épaulement 24, une portion annulaire externe 26 raccordée radialement à la portion tubulaire périphérique 22, une portion tubulaire centrale 28 raccordée à la portion annulaire externe 26 à l'opposé de la portion tubulaire périphérique 22 et une portion annulaire centrale 30 raccordée radialement à la portion tubulaire centrale 28. La portion annulaire centrale 30 comporte un trou 32 de passage de câble pour desservir le déclencheur du coussin gonflable et les boutons de commande d'équipements. La portion annulaire externe 26 et la portion tubulaire centrale 28 définissent un logement externe 34. La portion tubulaire centrale 28 et la portion annulaire centrale 30 définissent un logement central 36. Le dispositif de direction comporte un bâti 40 de la colonne qui entoure l'arbre 12 de la colonne côté mécanisme de direction par rapport au volant 10. Le dispositif de direction comporte un ensemble de roulement 50 interposé entre le bâti 40 et le corps central 20. Dans le mode de réalisation représenté, l'ensemble de roulement 50 est à contact oblique et comporte deux rangées de billes 52 qui constituent des éléments internes susceptible de rouler sans frottement entre des bagues, dans des pistes de ces dernières. Dans le mode de réalisation représenté, chaque rangée de bille correspond à une rangée de bille d'un roulement. L'ensemble de roulement 50 comporte une bague intérieure 54 qui est commune aux deux rangées de billes 52, une bague extérieure propre à chacune des rangées de billes 52, en l'espèce une première bague 56 disposée côté mécanisme de direction et une deuxième bague extérieure 57 disposée côté corps central 20, et une cage 58 commune aux deux rangées de bille 52. La cage 58 comporte une portion annulaire logeant les billes 52 et au moins une patte radiale 59 raccordée à la périphérie de la portion annulaire, sensiblement au milieu de cette dernière. Les billes 52 sont dans des logements 60 délimités par la portion annulaire de la cage, chaque logement comportant éventuellement un élément de glissement 62 permettant aux billes de glisser dans leur logement 60 et éliminant aussi le jeu tangentiel entre les billes 52 et leur logement 60 (figure 2). La bague extérieure 56 disposée côté mécanisme de direction est solidaire du bâti 40 de la colonne de direction. La bague extérieure 57 disposée côté corps central 20 est solidaire dudit corps 20. La bague intérieure 54 tourne folle par l'intermédiaire des billes 52 qui tournent dans leur logement 60. La cage 58 est quand à elle solidaire du volant par l'intermédiaire de sa patte radiale 59 ou de ses pattes radiales 59 coopérant fixement à une branche 14 correspondante du volant 10. Afin que l'ensemble de roulement 50 soit globalement à contact oblique, les pistes de la rangée de billes 52 côté mécanisme de direction forment un roulement à deux contacts avec butée périphérique axiale par la bague extérieure 56 et les pistes de la rangée de bille 52 côté corps central 20 forment un roulement à quatre contacts. L'ensemble de roulement 50 est axialement précontraint par une vis 68 vissée à l'extrémité de l'arbre 12 côté corps central 20 et comportant un épaulement de serrage 69. Le dispositif comporte une butée à billes 70 dont une première rondelle 72 est en appui sur la portion annulaire centrale 30 du corps central 20 et dont une deuxième rondelle 74 côté arbre 12 est en contact avec une rondelle élastique 76 elle-même en contact de l'épaulement de serrage 69 de la vis 68. La chaîne de transmission d'effort par serrage pour la précontrainte de l'ensemble de roulement 50 part du bâti 40, passe par la bague extérieure 56, les billes 52 associées à cette bague, continue par la bague intérieure 54 et les billes 52 associées à la bague extérieure 57, se poursuit par la bague extérieure 57 et le corps central, et se termine par la butée à bille 70 associée à la rondelle élastique 76 en appui sur la vis 68. La précontrainte de l'ensemble de roulement 50 permet surtout aux billes 52 de rouler dans les bagues 54, 56 et 57 sans glissement lorsque le volant est tourné par un conducteur. En effet, comme la bague extérieure 56 solidaire du bâti 40 ne tourne pas et comme les billes 52 sont poussées avec glissement dans leur logement 60 de la cage 58 qui tourne par rapport au bâti 40, chaque bille 52 de la rangée de billes 52 située côté mécanisme de direction tourne et entraîne la bague intérieure 54 montée folle en rotation. Les billes 52 situées côté corps central 20 tournent également sans glissement par rapport à la bague intérieure 54 et à la bague extérieure 57. Pour que le corps central 20 ne tourne pas quand le volant 10 tourne, il faut que le rapport des rayons R1 et R2 respectifs des pistes de roulement de la bague intérieure 54 de l'ensemble de roulement 50 soit sensiblement égal au rapport des rayons respectifs r1 et r2 des billes 52 de chacune des rangées. Ce rapport de dimensions s'explique de la manière suivante. Le champ de vitesse du volant 10, c'est-à-dire le champ de vitesse de la cage 58 en rotation, pris en compte au niveau du centre des billes 52 de la rangée de billes côté mécanisme de direction, est : (Rl + rl)w58 w58 est la vitesse de rotation de la cage correspondant à la vitesse de rotation du volant. Le champ de vitesse de chaque bille 52 de la rangée côté mécanisme de direction respectivement aux points A et B est : (ûrl)w52AB et (+rl)w52AB, le choix du repère donnant 15 le signe négatif au point A et positif au point B étant choisi arbitrairement. w52AB est la vitesse de rotation de chaque bille de la rangée considérée. Le champ de vitesse de la bague intérieure 54, au 20 point B est : (Rl)w54 w54 est la vitesse de rotation de la bague intérieure 54. La vitesse de rotation de la bague extérieure 56 25 est nulle puisqu'elle est fixe. Au point A, l'équation suivante est vérifiée, chaque bille 52 roulant sans glissement dans sa piste de la bague extérieure 56 : (Rl + rl)w58 ù (rl)w52AB = o 30 Au point B, l'équation suivante est vérifiée, chaque bille 52 roulant sans glissement dans sa piste de la bague intérieure 54 : (Rl +14)(058 + (rl)w52AB = (Rl)w54 Il est déduit des deux équations précédentes que 35 (relation 1) . 2(R1 +14)(058/ Rl =0)54 Le champ de vitesse du volant 10, c'est-à-dire le champ de vitesse de la cage 58 en rotation, pris en compte au niveau du centre des billes 52 de la rangée de billes côté corps central 20, est : (R2 + 1-2)0)58 Le champ de vitesse de chaque bille 52 de la rangée côté mécanisme de direction respectivement aux points C et D est : (ûr2)w52CD et (+r2)w52CD, le choix du repère donnant 10 le signe négatif au point C et positif au point D étant choisi arbitrairement. w52CD est la vitesse de rotation de chaque bille de la rangée considérée. Le champ de vitesse de la bague intérieure 54, au 15 point D est : (R2)w54 Le champ de vitesse de la bague extérieure 57 reliée au corps central 20, au point C est. (R2 + 2r2)w57 20 Au point C, l'équation suivante est vérifiée, chaque bille 52 roulant sans glissement dans sa piste de la bague extérieure 57 (relation C) . (R2 +1-2)0)58ù (r2)w52CD = (R2 + 2r2)w57 Au point D, l'équation suivante est vérifiée, 25 chaque bille 52 roulant sans glissement dans sa piste de la bague intérieure 54 (relation D) . (R2 +1-2)0)58 + (r2)w52CD = (R2)w54 En injectant le résultat pour w54 de la relation 1 ci-dessus dans la relation D ci-dessus, la relation 30 suivante est obtenue (relation 2) . w52CD = w58((2R2(Rl + ri) / R1r2) û (R2 / r2) -1) En introduisant le résultat de la relation 2 ci-dessus dans la relation C ci-dessus, le résultat suivant est obtenu : 35 w57 = 2((Rlr2 ù R2r1) /(Rl(R2 + 2r2))) Pour que le corps central 20 soit fixe quand le volant tourne, il faut que w57=0 quelle que soit la valeur de la vitesse de rotation w54 du volant 10. Pour que cette condition soit vérifiée, il faut que Rlr2-R2r1=0, c'est-à-dire : R1/R2 = r1/r2 Dans le mode de réalisation représenté sur les figures, les rayons R1 et R2 sont identiques et les rayons r1 et r2 sont identiques. Le rapport de dimensions ci-dessus est respecté et le corps central 20 est fixe. Comme la vitesse de rotation du corps central 20 est différente de la vitesse de rotation du volant en fonction des valeurs choisies pour les rayons R1, R2, r1 et r2 respectifs des pistes de roulement et des billes, le corps central 20 est découplé à rotation du volant 10, c'est-à-dire que la vitesse de rotation du volant n'est pas communiquée intégralement au corps central. Dans le mode de réalisation ci-dessus décrit, dans lequel les deux roulements de l'ensemble 50 sont identiques, le mouvement de rotation du volant n'est pas transmis au corps central. Compte tenu du découplage à rotation induisant une différence de vitesse de rotation du volant quand il tourne par rapport au corps central, pour alimenter le déclencheur de coussin gonflable de sécurité et pour relier les boutons de commande à leur équipement, le dispositif de direction comporte des contacts tournants 80 de type balais ou de type nappe en hélice d'une part entre le bâti 40 et le volant 10, et d'autre part entre le volant 10 et le corps central 20. Des câbles passent dans le trou 18 du volant 10 et dans le trou 32 du corps central 20. Avantageusement, le dispositif est compact et économique. L'utilisation de la cage 58 pour la rotation du volant 10 permet de gagner de la place et d'optimiser le nombre de pièces nécessaires. La compacité résulte aussi du fait que le roulement de l'ensemble 50 du côté du corps central 20 est logé dans le logement externe 34 du corps central 20 et du fait que la butée 70 et la tête de la vis 68 logent dans le logement central 36 du corps central 20. La présence d'un contact tournant 80 entre le volant 10 et le corps central 20 dans le volume intérieur de la bague intérieure 54 permet aussi d'optimiser l'utilisation de l'espace. Avantageusement, la précontrainte de l'ensemble de roulement 50 permet de découpler le corps central par rapport au volant sans perturber la sensation que le conducteur a en tournant le volant, puisque l'ensemble de roulement 50 précontraint n'entraîne quasiment pas de frottement ni de jeu, au contraire des systèmes à engrenage de l'état de la technique. Avantageusement, comme la cage 54 est montée sans jeu par rapport à l'arbre 12 de colonne de direction grâce aux éléments de glissement 62 des logements 60 et au montage précontraint des billes 52 guidant la cage par rapport au bâti, le volant est monté sans jeu et le dispositif selon l'invention ne nuit pas à la sensation que le conducteur a en tournant le volant. En variante non représentée, sans nuire à l'ergonomie du poste de conduite, l'ensemble de roulement 50 autorise une petite rotation du corps central 20 quand le volant tourne, par exemple une rotation de vingt degrés quand le volant est en butée. Dans ce cas, l'ensemble de roulement ne respecte pas strictement le rapport de dimensions R1/R2 = r1/r2, en s'en écartant par exemple de moins de dix pourcents. Dans tous les cas, si un utilisateur du véhicule cherche à tourner le corps central 20 par exemple quand le volant du véhicule ne tourne pas, par exemple à l'arrêt du véhicule, la chaîne cinématique dans l'ensemble de roulement 50 ne permet pas une telle rotation. Un couple de rotation appliqué sur le corps central 20 tendrait à entraîner à rotation les billes 52 reliées d'une part au bâti 40 par les bagues et d'autre part au volant 10 par la cage. La force à appliquer pour faire tourner le corps central 20 devrait être très importante, en particulier suffisante pour faire glisser les billes au lieu de les faire tourner et actionner le mécanisme de direction. Dans la pratique, l'ensemble de roulement 50 proposé ne permet pas une telle rotation du corps central 20 en exerçant un couple sur ce dernier. En variante non représentée, l'ensemble de roulement comporte une bague intérieure commune aux deux rangées en étant constituée de plusieurs pièces liées entre elles, par exemple deux bagues classiques de roulements reliées par une entretoise, en lieu et place de la bague intérieure ayant une pièce commune aux deux rangées de billes comme représenté sur les figures 1 et 3. En variante non représentée, l'ensemble de roulement comporte deux cages liées entre elles et au volant en lieu et place de la cage commune aux deux rangées de billes. Dans ces deux dernières variantes, il n'y a pas de changement dans le principe de fonctionnement du dispositif de direction selon l'invention par rapport au mode de réalisation représenté sur les figures. En variante non représentée, l'ensemble de roulement comporte deux rangées de rouleaux coniques au lieu des deux rangées de billes, sans entraîner de changement dans le principe de montage ni le principe fonctionnement du dispositif de direction selon l'invention. REVENDICATIONS1. Dispositif de direction pour véhicule, notamment pour véhicule automobile, comprenant d'une part un volant de direction (10) tournant avec un arbre (12) de colonne de direction relativement à un bâti de support (40) de la colonne et d'autre part un corps central (20) entouré par la jante du volant (10), caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble de roulement (50) interposé d'une part entre le bâti (40) et le volant (10) et d'autre part entre le corps central (20) et le volant (10) et comprenant un premier roulement dont la bague extérieure (56) est solidaire du bâti (40) et un second roulement dont la bague extérieure (57) est solidaire du corps central (20), les premier et second roulements ayant une bague intérieure commune (54) montée folle et une cage (58) qui est commune aux premier et second roulements, dans laquelle roulent des éléments roulants (52) internes aux roulements et qui est solidaire du volant (10). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport des rayons (R1, R2) de pistes de roulement de la bague intérieure (54) de chacun des premier et second roulements est égal au rapport des rayons (ri, r2) des éléments roulants internes (52) respectivement de chacun des premier et second roulements de manière que le corps central (20) soit fixe par rapport au volant de direction (10) quand ledit volant tourne. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport des rayons (R1, R2) de pistes de roulement de la bague intérieure (54) de chacun des premier et second roulements est différent du rapport des rayons (ri, r2) des éléments roulants internes (52) respectivement de chacun des premier et second roulements de manière que le corps central (20) puisse tourner relativement au volant de direction (10) à une vitesse derotation différente de celle de ce dernier et dans le sens de ce dernier. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments roulants internes (52) de l'ensemble de roulement (50) sont des billes. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ensemble de roulement (50) est à contact oblique et les éléments roulants internes (52) de l'ensemble de roulement sont axialement précontraints entre les bagues (54, 56, 57) des premier et deuxième roulements dudit ensemble. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend une vis (68) vissée à l'arbre (12) de la colonne de direction et dont la tête appuie sur une première rondelle de roulement (74) d'une butée (70) de type butée à billes ou à rouleaux par l'intermédiaire d'une rondelle élastique de charge (76), une seconde rondelle de roulement (72) de la butée étant au contact du corps central (20). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cage (58) comporte des logements (60) dans lesquelles les éléments roulants internes (52) de l'ensemble de roulement peuvent rouler sans jeu par l'intermédiaire d'éléments de glissement (62). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps central (20) comporte au moins un organe électrique raccordé à des contacts tournants (80) de type balais ou nappe en hélice qui sont interposés d'une part entre le corps central (20) et le volant (10) et d'autre part entre le volant (10) et le bâti (40) de la colonne de direction. 9. Véhicule automobile comportant un dispositif de direction conforme à l'une quelconque des revendicationsprécédentes dont le volant (10) est manipulable à rotation par un conducteur pendant que le corps central (20) entouré par le volant est découplé à rotation du volant.