Brevet FR2971476A1 — publié le 20120817

SYSTEME DE COLONNE DE DIRECTION POUR VEHICULE AUTOMOBILE [1] DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [2] L'invention concerne un système de colonne de direction pour s véhicule automobile. L'invention a notamment pour objectif de réduire la masse ou l'encombrement de la colonne de direction. L'invention trouve également une application avantageuse pour la prestation en sécurité de manière à absorber une plus grande quantité d'énergie lors d'un d'accident. [3] ETAT DE LA TECHNIQUE io [04] Un système de colonne de direction classique pour un véhicule automobile comporte un arbre de transmission, qui tourne autour d'un axe longitudinal et qui est destiné à transmettre vers un mécanisme de direction un couple de rotation appliqué par le volant de direction, et comporte un corps de colonne, fixe par rapport au mouvement de rotation de l'arbre de ls transmission. En plus d'autres éléments sous-entendus, sur le corps de colonne est fixé un support sur une traverse de planche de bord et un moyen de réglage de position apte à ajuster la position du volant. [5] Ces colonnes de direction sont réalisées à partir de matériaux ferrugineux tel que l'acier ou l'aluminium. Ces matériaux imposent des 20 contraintes de masse, d'encombrement et des contraintes liées au processus de réalisation des éléments (emboutissage, moulage et soudage). [6] Ainsi, ces colonnes de direction sont à la fois lourdes et encombrantes. De plus, elles fournissent des prestations limitées en termes d'absorption d'énergie. Les processus de fabrication des éléments d'une 25 colonne de direction classique imposent des contraintes géométriques aux formes utilisées et cela limite les degrés de liberté de la colonne de direction et de ses attachements. [7] La rigidité des éléments ferrugineux composant les colonnes de direction classiques présente également des contraintes liées à l'assemblage 30 des éléments de la colonne de direction. [8] OBJET DE L'INVENTION [9] L'invention propose de réduire la masse et/ou l'encombrement d'une colonne de direction pour véhicule automobile en utilisant des matières plastiques. L'invention permet également d'obtenir de meilleures prestations s en cas d'absorption d'énergie et d'offrir de nouveaux degrés de liberté pour la réalisation des éléments et des attachements de la colonne direction. [10] A cet effet, selon un premier aspect, la présente invention concerne un système de colonne de direction pour véhicule automobile comprenant : un arbre de transmission apte à transmettre le couple de io braquage du volant aux roues du véhicule et un corps de colonne disposé autour de l'arbre de transmission, ledit corps de colonne comprenant : un support pour fixation à la traverse de planche-de-bord et une structure de soutenance de l'arbre de transmission, caractérisé en ce que l'arbre de transmission et/ou ledit support pour fixation à la traverse de planche-de- 15 bord et/ou ladite structure de soutenance de l'arbre de transmission est en matière plastique. [11] Selon une mise en oeuvre, la colonne de direction comporte un système de réglage de position du volant. [1] Selon une mise en oeuvre, la colonne de direction est dépourvue 20 d'un système de réglage de position du volant. [2] Selon une mise en oeuvre, la matière plastique est du type polyamide. [3] Selon une mise en oeuvre, la matière plastique est renforcée avec des fibres de verre. 25 [04] Selon une mise en oeuvre, la colonne de direction est ajustée en plaçant une ou plusieurs nervures sur un ou plusieurs éléments de la colonne de direction. [05] Selon une mise en oeuvre, le ou les nervures sont placées perpendiculairement à l'axe suivant lequel le ou les éléments subissent une 30 contrainte mécanique de rigidité. [6] Selon un deuxième aspect, la présente invention vise un véhicule comportant un système de colonne de direction objet de la présente invention. [7] BREVE DESCRIPTION DES FIGURES s [08] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. Elles montrent : [9] Figure 1 : un système de colonne de direction de la présente io invention ; [10] Figure 2: un tableau détaillant les propriétés mécaniques de quatre matériaux ; [11] Figure 3 : un tableau illustrant l'avantage du rapport masse-rigidité pour un élément plastique de diverses tailles de côte. ls [012] Les éléments identiques, similaires ou analogues, conservent les mêmes références d'une Figure à l'autre. [13] DESCRIPTION D'EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION [14] La Figure 1 montre un exemple de colonne de direction, avec un 20 système de réglage de la position du volant, objet de la présente invention. Ladite colonne de direction est composée d'un arbre de transmission 11 relié à un corps 12 de colonne fixé dans un véhicule automobile dont les autres parties ne sont pas représentées. L'arbre de transmission 11 permet de transmettre le couple de braquage induit par un volant, fixé à l'attache 14, à 25 un mécanisme de direction 15. L'arbre de direction 11 est partagé en deux parties d'arbre 17 et 18 qui sont reliées entre elles par un joint de cardan 20. [15] Le corps 12 de la colonne est disposé autour de l'arbre de transmission 11 et comporte un support fixe apte à relier la colonne transmission 11 à la traverse planche-de-bord. Ledit corps 12 de la colonne comporte en outre une structure 21 de soutenance de l'arbre de transmission et un système de réglage de position. Ledit système de réglage de position est représenté sur la Figure 1 par son levier de verrouillage 23 et par l'appui de pivotement 19, qui permettent de déplacer conjointement la structure de s soutenance 21 et l'arbre de transmission 11 par rapport au corps 12 de la colonne de manière à ajuster la position du volant. [016] La colonne de direction présente sur la figure 1 est réalisée en plastique. Le matériau a un impact direct sur la masse, l'encombrement et les propriétés mécaniques de la colonne de direction. io [017] Le tableau de la figure 2 compare les propriétés mécaniques de plusieurs matériaux qui peuvent être choisis pour réaliser une colonne de direction. Les différentes propriétés sont répertoriées dans la colonne A et la colonne B détaille les unités de ces mesures : - ligne 1 : mesure du module d'élasticité (Young) en gigaPascal ls (GPa) obtenue en estimant la contrainte mécanique qui engendrerait un allongement de 100 % de la longueur initiale d'un matériau. Plus le module d'élasticité est élevé, plus le matériau est rigide. - ligne 2 : mesure de la résistance à la traction en mégaPascal (MPa) obtenue en mesurant la contrainte maximale qui peut être appliquée 20 sur un matériau avant sa rupture. - ligne 3 : mesure de la densité en gramme par centimètre cube (g/cm3) - ligne 4: rapport du module d'élasticité par la densité en gigaPascal par gramme et par centimètre cube (GPa/g/cm3) 25 - ligne 5 : rapport de la résistance de traction par la densité en mégaPascal par gramme et par centimètre cube (Mpa/g/cm3) - ligne 6 : mesure du point de fusion en degré Celsius (°C) [018] Quatre matériaux sont ainsi comparés : - Matériau Ac : Acier réalisé suivant la norme EN 10130. - Matériau Al : Aluminium réalisé suivant la norme PSA B54 1120. - Matériau Poil : Polyamides renforcés avec fibres de verre de référence : TECHNYL STAR AFX 218 V50 PRETO 31N (marque déposée). - Matériau Pol2 : Polyamides renforcés avec fibres de verre de s référence : TECHNYL STAR AFX 218 V60 PRETO 31N * (marque déposée). [19] Le module d'élasticité, qui a été mesuré sur les deux éléments en matière plastique, est proche de 20 GPa alors que l'Acier est beaucoup plus rigide puisque son module d'élasticité est de 210 GPa. L'élasticité des matières plastiques permet d'anticiper la déformation que peuvent subir les io éléments d'un véhicule. Le remplacement de certains éléments métalliques par des éléments plastiques permet notamment d'améliorer les prestations en sécurité pour l'absorption d'énergies. Par exemple lors d'un test de crash. [20] En outre, le tableau de la figure 2 montre que les matériaux plastiques considérés présentent une meilleure résistance à la traction que ls les matériaux ferrugineux. Les éléments de colonne de direction en matière plastique permettent donc d'obtenir de meilleurs résultats aux tests d'efforts mécaniques par rapport aux éléments en matériaux ferrugineux. [21] Certaines matières plastiques, comme les polyamides renforcés avec fibres de verre qui sont présentées dans cet exemple, ont ainsi un 20 rapport très favorable entre : - rigidité et densité (rapport mesuré entre le module d'élasticité et la densité, ligne 4 de la figure 3) - résistance et densité (rapport mesuré entre la résistance à la traction et la densité, ligne 5 de la figure 3) 25 [022] Les rapports favorables entre résistance et densité et entre rigidité et densité des matériaux plastiques permettent également de réduire le poids de la colonne de direction, ce qui constitue le principal intérêt de l'invention. En effet, la réduction de la masse peut réduire la consommation de combustible du véhicule. Une colonne de direction moins lourde avec la 30 même prestation en fréquence offre la possibilité de réduire les bruits parasites et de diminuer la rigidité et la masse de la traverse planche-de-bord ou autres éléments du carrossage. [23] Ce tableau révèle donc que les éléments en polyamides renforcés, tels que ceux qui sont présentés, sont plus performants que les éléments en s aluminium ou en acier en termes d'élasticité, de résistance à la traction ou encore de densité. [24] De plus, le tableau de la figure 2 révèle que le point de fusion du polyamide renforcé avec des fibres de verre est suffisamment élevé pour l'application de colonne de direction puisqu'il dépasse 200°C. io [025] Les éléments de colonne de direction fabriqués en matériaux plastiques constituent donc un intérêt important pour améliorer les propriétés mécaniques du système. De plus, les éléments en matière plastique réalisés par injection présentent un procédé de fabrication plus simple que les éléments de métal réalisés par emboutissage, soudage et/ou moulage. Par ls rapport aux procès d'emboutissage, l'injection présente moins de déchets de fabrication et la finition des éléments est meilleure, avec moins de bavures, ce qui entraine des meilleures conditions de sécurité de montage du véhicule. La possibilité d'utiliser des coulisseaux dans les moules des éléments plastiques de la colonne de direction réduit les investissements en 20 outillage de la ligne de production en cas de diversité de pièces. La fabrication d'éléments en matière plastique permet également l'utilisation de matériaux verts, tel que les renforts en fibres naturelles par exemple, ce qui peut impacter positivement le respect environnementale de la production. [26] Ce processus de fabrication permet également de faire varier plus 25 facilement la forme de l'élément afin d'augmenter sa résistance et de proposer des nouveaux degrés de liberté pour les éléments de la colonne de direction et ses interfaces avec des attachements, comme demi-gaine, commandes du système électrique, Jeu Verrou. [27] Le tableau de la figure 3 regroupe plusieurs mesures concernant 30 l'impact de la forme d'un élément en plastique sur sa rigidité. La colonne B présente 8 formes différentes numérotées de 0 à 7 dans la colonne A. La ligne 0 dévoile un élément de longueur 2in et de largeur T. La ligne 1 est un exemple classique de choix effectué sur des éléments métalliques pour améliorer leurs rigidités : augmenter l'épaisseur de l'élément. Ainsi le second élément présent une largueur double par rapport à l'élément précédent, ce qui a pour effet d'augmenter de 1000/0 le poids du second élément (colonne s E) et de 7000/0 sa rigidité (colonne F). [028] Le tableau de la figure 3 montre cependant que la rigidité d'un élément plastique peut être améliorée par la création d'une ou plusieurs nervures sur l'élément. Ainsi plusieurs nervures sont considérées pour les lignes 2 à 7, et la colonne C indique la taille de la nervure alors que la io colonne D indique le rapport entre la hauteur de la nervure et l'épaisseur de l'élément. Les nervures ainsi crées sur l'élément plastique permettent d'améliorer grandement la rigidité de celui-ci et avec seulement une faible augmentation du poids. Par exemple, pour la ligne 4, la rigidité augmente de 3490/0 alors que le poids augmente seulement de 12.5°/O. ls [029] Ainsi, il est possible d'obtenir une meilleure distribution des tensions mécaniques sur un élément de la colonne de direction, tout en réduisant le poids de l'élément avec des prestations en fréquence et une rigidité mécanique similaire aux colonnes de direction classiques. [30] Cette flexibilité géométrique offre des perceptives d'améliorations 20 du processus d'assemblage du véhicule et du moyen de réglage de la position du volant et du système d'absorption d'énergie (choc mannequin). Il serait également envisageable de réduire le nombre d'éléments de la colonne de direction et l'encombrement des éléments. [31] Un nouveau processus de réalisation des éléments de la colonne 25 de direction en utilisant des matières plastiques permet de réduire le nombre d'éléments de l'ensemble final en réduisant les coûts de production. Cela permet également d'améliorer le système de réglage de la position du volant, et par conséquence, du niveau de confort du véhicule. 2s REVENDICATIONS1. Système de colonne de direction pour véhicule automobile comprenant : s - un arbre de transmission (11) apte à transmettre le couple de braquage du volant aux roues du véhicule et - un corps de colonne (12) disposé autour de l'arbre de transmission, ledit corps de colonne comprenant : - un support pour fixation à la traverse de planche-de-bord et io - une structure (21) de soutenance de l'arbre de transmission (11), caractérisé en ce que l'arbre de transmission (11) et/ou ledit support pour fixation à la traverse de planche-de-bord et/ou ladite structure (21) de soutenance de l'arbre de transmission (11) est en matière plastique. ls 2. Système de colonne de direction selon la revendication 1, caractérisé en ce que la colonne de direction comporte un système de réglage de position du volant. 3. Système de colonne de direction selon la revendication 1, 20 caractérisé en ce que la colonne de direction est dépourvue d'un système de réglage de position du volant. 4. Système selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la matière plastique est du type polyamide. 5. Système selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la matière plastique est renforcée avec des fibres de verre. 6. Système selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que 30 la rigidité de la colonne de direction est ajustée en plaçant une ou plusieurs nervures sur un ou plusieurs éléments de la colonne de direction. 7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que le ou les nervures sont placées perpendiculairement à l'axe suivant lequel le ou les 35 éléments subissent une contrainte mécanique de rigidité. 8. Véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte un système de colonne de direction selon l'une des revendications 1 à 7.