Brevet FR2973468A1 — publié le 20121005

La présente invention concerne, d'une manière générale, les systèmes de direction assistée des véhicules automobiles. Cette invention se rapporte, plus particulièrement, à une direction assistée de véhicule automobile comportant un dispositif de transmission de l'effort d'assistance par vis à billes. Un système de direction comprend une partie mécanique, avec un volant de conduite lié en rotation à une colonne de direction, dont l'extrémité éloignée du volant porte un pignon de direction en prise avec une crémaillère, montée coulissante longitudinalement dans un carter de direction, pouvant être constitué de deux ou plusieurs parties. Les deux extrémités de la crémaillère, extérieures au carter, sont respectivement liées par l'intermédiaire de biellettes aux roues directrices droite et gauche du véhicule. Un tel système de direction peut comporter une assistance pour amplifier l'effort manuel exercé sur le volant par le conducteur du véhicule. L'assistance peut s'exercer, à partir d'un moteur électrique d'assistance et par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesse, sur la colonne de direction ou sur le pignon de direction ou encore directement sur la crémaillère. Dans ce dernier cas, l'assistance s'exerce sur la crémaillère soit par l'intermédiaire d'un second pignon en prise avec cette crémaillère, soit par l'intermédiaire d'un dispositif de transmission par vis à billes, coaxial à la crémaillère. La présente invention s'intéresse au cas d'une telle transmission par vis à billes, laquelle transforme le couple fourni par le moteur d'assistance en un mouvement de translation de la crémaillère, avec un effort longitudinal aidant à l'orientation des roues du véhicule, pour un braquage à droite ou à gauche ou un retour des roues vers une position neutre. Le dispositif de transmission par vis à billes comprend, de façon connue : - une bague rotative entourant coaxialement une portion de la crémaillère et accouplée au moteur d'assistance, la bague étant filetée 30 intérieurement, - ladite portion de crémaillère, filetée extérieurement, - un ensemble de billes, engagées dans le filetage intérieur de la bague et dans le filetage extérieur de la crémaillère. Les billes sont emprisonnées dans un circuit fermé permettant leur 35 recirculation. A titre d'exemple d'un système de direction assistée faisant appel à un tel dispositif de transmission par vis à billes, il est fait référence au document de brevet allemand DE 10 2008 041 335 Al. Afin d'assurer l'étanchéité d'un système de direction, des soufflets sont habituellement utilisés, ceux-ci étant fixés aux extrémités du carter de direction et recouvrant les extrémités de la crémaillère et les rotules d'articulation des biellettes. Ainsi disposés les soufflets garantissent en principe l'étanchéité entre les biellettes, qui sont des parties mobiles, et le carter qui est une partie fixe. Ils protègent par conséquent les rotules, ainsi que tous les éléments situés à l'intérieur du système y compris le module d'assistance, d'une éventuelle entrée d'eau. Cependant, étant soumis à de multiples agressions mécaniques et thermiques au cours de la vie du véhicule, les soufflets peuvent être endommagés, permettant ainsi une entrée indésirable d'eau dans le système de direction par exemple lors d'un passage à gué. L'entrée d'eau à l'intérieur du système de direction peut elle-même entraîner toutes sortes de défaillances plus ou moins graves : corrosion des éléments métalliques non protégés, blocage des organes de transmission tels que courroie et engrenages par le gel de l'eau ayant pénétré dans le système, court-circuit électrique dans le calculateur associé au moteur d'assistance, etc. Ainsi, il convient de protéger plus particulièrement le module d'assistance, lorsque celui-ci est directement associé à la crémaillère. En particulier, l'ajout de moyens d'étanchéité supplémentaires, placés de part et d'autre du module d'assistance est à préconiser afin de garantir l'étanchéité des éléments de transmission du couple ou de l'effort d'assistance à la crémaillère, même en cas de défaillance des soufflets. Dans le cas d'une transmission de l'effort d'assistance par vis à billes, la difficulté rencontrée est de réaliser cette étanchéité complémentaire non seulement sur une portion de crémaillère parfaitement cylindrique et lisse, mais aussi tout autour de la portion usinée avec un filetage extérieur de façon à former le chemin des billes. La présente invention se propose donc de fournir une solution pour cette étanchéité, adaptée à la portion de crémaillère non lisse dans le cas d'un dispositif de transmission par vis à billes. A cet effet, l'invention a pour objet un système de direction assistée de véhicule automobile, avec dispositif de transmission de l'effort d'assistance par vis à billes, le système de direction comprenant : - une crémaillère montée coulissante dans au moins un carter de direction, les deux extrémités de la crémaillère étant extérieures au carter et liées par l'intermédiaire de biellettes aux roues directrices du véhicule, - un moteur d'assistance agissant sur la crémaillère par l'intermédiaire d'un dispositif de transmission par vis à billes, coaxial à la crémaillère, incluant une portion de crémaillère avec filetage extérieur constitutif d'un circuit de billes, - des moyens d'étanchéité placés entre le carter et l'ensemble crémaillère-biellettes, ce système de direction étant essentiellement caractérisé par le fait que les moyens d'étanchéité comprennent, au niveau de la vis à billes, un élément annulaire d'étanchéité monté entre le carter et la portion de crémaillère avec filetage extérieur, l'élément annulaire d'étanchéité présentant intérieurement une partie rotative avec conformation en hélice coopérant avec au moins un filet de ladite portion de crémaillère, cette partie rotative étant maintenue dans un plan fixe par rapport au carter. Ainsi, on peut obtenir une étanchéité complète, de part et d'autre du module d'assistance, en combinant un simple joint annulaire à lèvre du côté lisse de la crémaillère, et l'élément annulaire d'étanchéité tel que défini ci-dessus, monté autour de la portion filetée de la crémaillère, cet élément s'adaptant à la configuration de cette portion de crémaillère tout en permettant le mouvement de translation de la crémaillère. Bien que la partie avec conformation en hélice puisse être directement montée rotative, un mode de réalisation avantageux prévoit que l'élément annulaire d'étanchéité comporte extérieurement un palier autorisant la rotation de la partie avec conformation en hélice, autour de la crémaillère, tout en maintenant cette partie dans un plan fixe par rapport au carter. La partie intérieure à conformation en hélice dudit élément annulaire d'étanchéité est avantageusement réalisée en élastomère ou en caoutchouc, cette matière assurant l'étanchéité voulue au contact d'au moins un filet de la portion filetée de la crémaillère. Quant au palier, autorisant la rotation de la partie intérieure à conformation en hélice, celui-ci est avantageusement réalisé comme une partie annulaire à bonnes qualités de glissement, en un matériau du genre PTFE (polytétrafluoroéthylène). Le palier ainsi constitué peut être monté directement dans le carter. En variante, ce palier est entouré d'un anneau d'étanchéité. Ainsi, sont garanties à la fois l'étanchéité et la rotation sans frottement, pour le montage de la partie intérieure à conformation en hélice dans le carter. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à tire d'exemple, une forme d'exécution de ce système de direction assistée et en particulier de son dispositif de transmission de l'effort d'assistance par vis à billes. Figure 1 est une vue d'ensemble, extérieure, d'un système de direction assistée avec module d'assistance électrique, Figure 2 est une vue partielle en coupe du système de direction de 15 la figure 1, dans la région de son module d'assistance, Figure 3 est une vue en perspective montrant la portion filetée de la crémaillère et l'élément annulaire d'étanchéité associé, Figure 4 est une vue en perspective de cet élément d'étanchéité seul, 20 Figure 5 est une vue de face de l'élément d'étanchéité de la figure 4, Figure 6 est une vue en coupe et à échelle agrandie de cet élément d'étanchéité, suivant VI-VI de figure 5. En se référant d'abord aux figures 1 et 2, il est rappelé qu'un 25 système de direction de véhicule automobile comprend un carter de direction 2, de forme allongée, dans lequel est montée coulissante en direction longitudinale une crémaillère 3. Chaque extrémité de la crémaillère 3, se situant à l'extérieur du carter 2, est reliée par une articulation à rotule 4 à une biellette de direction (non représentée), laquelle est elle-même reliée à une 30 roue directrice droite ou gauche du véhicule. Un arbre d'entrée 5, auquel se raccorde la colonne de direction (non représentée), entraîne en rotation le pignon de direction en prise avec les dents de la crémaillère 3. S'agissant d'une direction assistée, celle-ci comprend un module d'assistance M. Celui-ci comprend lui-même un moteur électrique 6, disposé 35 parallèlement au carter 2 et relié, par un réducteur mécanique 7, à un dispositif de vis à billes 8 qui transmet l'effort d'assistance à la crémaillère 3. De manière connue en soi, le dispositif de vis à billes 8 est agencé coaxialement à la crémaillère 3, et il comprend en particulier une bague 9 entourant coaxialement une portion de crémaillère 10. La bague 9 est montée rotative dans le carter 2 par l'intermédiaire d'un roulement 11, cette bague 9 comportant une denture extérieure 12 pour son entraînement en rotation par le réducteur 7, à partir du moteur électrique 6. La bague 9 comporte aussi intérieurement un filetage 13. La partie de crémaillère 10, entourée par la bague 9, comporte un filetage extérieur 14. Des billes 15 sont engagées simultanément dans les gorges hélicoïdales délimitées par les filets du filetage 13 de la bague 9, et dans les gorges hélicoïdales délimitées par les filets du filetage 14 de la portion de crémaillère 10. Ces billes 15 décrivent un circuit fermé, comprenant encore un canal de recirculation desdites billes. De part et d'autre du module d'assistance M, sont prévus des 15 moyens d'étanchéité portés par le carter 2. Les moyens d'étanchéité comprennent, du côté de la portion cylindrique lisse 16 de la crémaillère 3, un joint annulaire à lèvre de configuration classique, symbolisé en 17. Ces moyens d'étanchéité comprennent, du côté opposé c'est-à-dire 20 au niveau du dispositif de vis à billes 8, autour de la partie de crémaillère 10 avec filetage 14, un élément annulaire d'étanchéité 18 spécial, symbolisé sur la figure 2 mais représenté en détails sur les figures 3 à 6. L'élément annulaire d'étanchéité 18 présente, intérieurement, une conformation en hélice 19 conçue pour coopérer avec un filet de la portion de 25 crémaillère 10 avec filetage 14. La conformation en hélice 19 appartient à une partie principale annulaire 20 de l'élément 18, réalisée en élastomère ou en caoutchouc ou en un matériau similaire, propre à assurer un contact étanche avec la portion de crémaillère 10 filetée, malgré les irrégularités de la crémaillère telles que défauts de forme et tolérances dimensionnelles, ainsi 30 que ses éventuelles déformations et déplacements radiaux. La partie principale de l'élément 18 présente, extérieurement une gorge annulaire 21 dans laquelle est inséré un palier 22, constitué par une partie annulaire en matériau du genre PTFE (polytétrafluoroéthylène) ou similaire, à bonnes qualités de glissement. Le palier 22 est inséré dans le 35 carter 2, et immobilisé en direction longitudinale. Ainsi, l'élément annulaire d'étanchéité 18 est maintenu globalement dans un plan fixe par rapport au carter 2. Cependant, sa partie principale annulaire 20 est libre en rotation, de manière à pouvoir « se visser » sur la portion de crémaillère 10 filetée et à permettre le mouvement de translation de la crémaillère 3, ce mouvement étant imparti par l'intermédiaire du dispositif de vis à billes 8 (du point de vue de l'assistance). Les moyens d'étanchéité, ici décrits, viennent en complément des soufflets classiques, non représentés, qui sont rattachés à chaque extrémité du carter de direction 2 et qui entourent chaque articulation à rotule 4. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution décrite ci-dessus, à titre d'exemple ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation respectant le même principe. C'est ainsi, notamment, que pour l'élément annulaire d'étanchéité, il peut être recouru à d'autres matériaux, ou à des formes de détail différentes par exemple avec une conformation en hélice plus longue, correspondant à plus d'un filet de la portion de crémaillère filetée. Dans le même ordre d'idées, le palier peut être facultatif, dans la mesure où la partie annulaire à conformation en hélice peut être montée de manière à assurer directement sa rotation. REVENDICATIONS1. Système de direction assistée de véhicule automobile, avec 5 dispositif de transmission de l'effort d'assistance par vis à billes, le système de direction comprenant : - une crémaillère (3) montée coulissante dans un carter de direction (2), les deux extrémités de la crémaillère (3) étant extérieures au carter (2) et liées par l'intermédiaire de biellettes aux roues directrices du 10 véhicule, - un moteur d'assistance (6) agissant sur la crémaillère (3) par l'intermédiaire d'un dispositif de transmission par vis à billes (8), coaxial à la crémaillère (3), incluant une portion de crémaillère (10) avec filetage extérieur (14) constitutif d'un circuit de billes (15), 15 - des moyens d'étanchéité (17, 18) placés entre le carter (2) et l'ensemble crémaillère-biellettes, caractérisé en ce que les moyens d'étanchéité comprennent, au niveau de la vis à billes (8), un élément annulaire d'étanchéité (18) monté entre le carter (2) et la portion de crémaillère (10) avec filetage extérieur (14), 20 l'élément annulaire d'étanchéité (18) présentant intérieurement une partie rotative (20) avec conformation en hélice (19) coopérant avec au moins un filet de ladite portion de crémaillère (10), cette partie rotative (20) étant maintenue dans un plan fixe par rapport au carter (2). 25 2. Système de direction assistée selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément annulaire d'étanchéité (18) comporte extérieurement un palier (22) autorisant la rotation de la partie (20) avec conformation en hélice (19), autour de la crémaillère (3), tout en maintenant cette partie (20) dans un plan fixe par rapport au carter (2). 30 3. Système de direction assistée selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la partie (20) intérieure à conformation en hélice (19) dudit élément annulaire d'étanchéité (18) est réalisée en élastomère ou en caoutchouc, pour assurer l'étanchéité au contact d'au moins un filet de la 35 portion (10) filetée de la crémaillère (3). 4. Système de direction assistée selon la revendication 2, caractérisé en ce que le palier (22), autorisant la rotation de la partie (20) intérieure à conformation en hélice (19), est réalisé comme une partie annulaire à bonnes qualités de glissement, en un matériau du genre PTFE (polytétrafluoroéthylène). 5. Système de direction assistée selon la revendication 2 ou 4, caractérisé en ce que le palier (22) est entouré d'un anneau d'étanchéité. 6. Système de direction assistée selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les dits moyens d'étanchéité comprennent aussi, du côté de la portion cylindrique lisse (16) de la crémaillère (3), un joint annulaire à lèvre (17).