Brevet FR2986765A1 — publié le 20130816

La présente invention se rapporte à un système de direction d'une roue d'un véhicule, notamment de type électrique ou hybride combinant l'utilisation d'un moteur électrique et d'un moteur thermique. De manière plus générale, la présente invention vise le domaine de 5 l'entraînement d'un véhicule et plus particulièrement d'un tel véhicule électrique ou hybride. Dans de tels véhicules, au moins une machine électrique tournante qui est susceptible de fonctionner en moteur, et éventuellement en générateur, peut participer à l'entraînement, en traction ou en propulsion, du véhicule. 10 De manière conventionnelle, la machine électrique tournante est alimentée par une batterie d'accumulateurs occupant à bord du véhicule un espace non négligeable et représentant une masse importante. Par ailleurs, les véhicules concernés sont fréquemment des véhicules à usage essentiellement urbain de petite taille et de poids minimisé, 15 ce dernier ayant un impact important sur la consommation électrique globale dudit véhicule. Ainsi, il existe un besoin général d'optimiser le poids de tout système embarqué , ainsi que l'espace qu'il occupe dans le véhicule. L'un des systèmes embarqués pouvant faire l'objet d'une telle 20 optimisation est le système de direction des roues du véhicule. Dans un système de direction classique, il existe une liaison mécanique entre une commande de direction (volant et colonne de direction) et un actionneur de direction (boîtier de direction - crémaillère - porte-moyeu). Cette liaison entraîne la présence d'arbres d'entraînement et d'engrenages 25 traversant plusieurs zones du véhicule. Le système de direction nécessite en outre généralement l'utilisation de biellettes de direction entre la crémaillère et le porte-moyeu permettant d'orienter ce dernier et occupe donc un espace important à l'avant du véhicule. 30 On connaît de nombreux systèmes dits de moteurs-roue visant à intégrer le maximum de fonctionnalités dans la roue elle-même, ceci afin de réduire les éléments de transmission. On pourra notamment se reporter aux systèmes Active Wheel développés par la société Michelin ou au système eCorner ® développé par la 35 société Siemens VDO par exemple. Bien que présentant des avantages indéniables connus, ces systèmes présentent toutefois quelques inconvénients, et notamment quant à l'intégration d'un système électrique de direction qui pose des difficultés de dimensionnement. En effet, au niveau de la roue, la distance de levier disponible pour orienter la roue est extrêmement réduite. Dans le cas des moteurs-roue, il convient en outre de faire pivoter l'ensemble du bloc moteur-roue, ce qui représente un poids plus important à faire pivoter. Il s'ensuit qu'en termes de puissance, au niveau de la roue, un moteur électrique de direction devra pouvoir développer un couple moteur élevé et aura une vitesse de rotation relativement faible par rapport à la roue. Il s'ensuit qu'un moteur électrique relativement important, encombrant et lourd est nécessaire. On notera également que la mise en place d'un tel moteur augmentera de manière non négligeable la masse non suspendue. En outre, la plupart des moteurs électriques présentent un rapport vitesse/couple qui n'est pas approprié et doit être réduit par l'intermédiaire d'un réducteur. La présence de ce réducteur augmente la masse et l'encombrement de l'ensemble. La présente invention vise à proposer un système de direction pour 20 roue de véhicule électrique répondant en tout ou partie aux problèmes précédemment évoqués. Pour ce faire, la présente invention se rapporte à un système de direction d'une roue d'un véhicule comprenant au moins un dispositif de liaison entre un châssis dudit véhicule et un porte-moyeu de ladite roue, caractérisé 25 en ce que le dispositif de liaison comprend au moins un arbre de liaison au châssis et au moins une jambe de direction, destinée à être reliée audit porte-moyeu de la roue, et montée mobile en rotation autour d'un axe sensiblement longitudinal dudit arbre de liaison. Bien qu'illustré dans un contexte de véhicule électrique, il convient 30 de noter que la présente invention est applicable à tout type de direction d'un véhicule. Ainsi, en prévoyant un dispositif de liaison de la roue au châssis au moins partiellement rotatif, il est possible d'orienter la roue directement depuis sa jambe de liaison sans avoir besoin de recourir à une liaison excentrée de 35 bielles sur le porte-moyeu. Avantageusement, le dispositif de liaison forme une jambe de suspension. Pour ce faire, on prévoira notamment que l'arbre et la jambe sont mobiles en translation de manière télescopique l'un à l'intérieur de l'autre. De cette manière, le système de direction pourra être combiné avec le dispositif de suspension du véhicule de manière à encore réduire son encombrement. Préférentiellement, l'arbre de liaison est équipé d'un moyen de liaison cardan au châssis. Une telle liaison permet d'accommoder les mouvements relatifs entre la roue et le châssis. De manière préférentielle, la jambe de direction est associée à un 10 moteur électrique d'entraînement en rotation autour de l'axe de l'arbre de liaison. Avantageusement, le moteur d'entraînement est associé à un capteur de position permettant son pilotage en position. Il pourra notamment s'agir d'un codeur de position, dans le cas d'un moteur autopiloté, ou encore 15 d'un système compte-tour utilisable avec un moteur pas-à-pas (boucle de pilotage). Préférentiellement, le moteur électrique entraîne la jambe de direction par l'intermédiaire d'au moins un réducteur. Préférentiellement encore, le réducteur est un réducteur 20 harmonique de type dit « harmonic drive ». D'autres types de réducteurs sont bien évidemment envisageables, notamment un réducteur de type « cyclo ». De manière avantageuse, le dispositif de liaison est au moins partiellement creux. La mise en oeuvre d'un dispositif de liaison creux permettra le passage éventuel d'arbres de transmission, câbles, et autres éléments. 25 Avantageusement, le système comprend un codeur d'asservissement en position de la roue. La présente invention se rapporte également à un véhicule, notamment de type électrique ou hybride, comprenant au moins une roue équipée d'un système de direction selon l'invention. Bien évidemment, 30 l'invention n'est pas limitée à un véhicule automobile à quatre roues, mais peut éventuellement équiper des véhicules à trois roues, voire deux roues. Par ailleurs, il n'est pas limité à des véhicules automobiles, mais peut viser tout véhicule à roues directionnelles. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la 35 description détaillée qui suit en regard du dessin annexé dans lequel : - la figure 1 est une représentation schématique d'une roue de véhicule électrique équipée d'un système de direction selon l'invention, - la figure 2 est une représentation schématique en coupe transversale du système de la figure 1, - la figure 3 est une vue éclatée du système de la figure 1, - la figure 4 est une vue schématique en coupe transversale de l'ensemble motoréducteur du système de la figure 1. La figure 1 représente une roue 104 de véhicule électrique équipée 10 d'un système de direction selon l'invention. Plus précisément, le système de direction s'appuie sur une architecture de suspension de la roue 104 de type McPherson, comprenant une jambe de suspension assurant la liaison de la roue à un châssis. Le but du système de direction selon l'invention est d'orienter la 15 roue 104 par pivotement autour de son axe de suspension à partir d'une source d'énergie électrique et permettant une gestion électronique. Un tel système permet de diriger un véhicule en actionnant indépendamment les roues et en supprimant toute liaison mécanique entre une commande de direction et l'actionneur de direction (moteur électrique). 20 Par ailleurs, un tel contrôle de la direction des roues permet une amplitude de direction, ou braquage, extrêmement importante, potentiellement de 360°. On notera qu'en outre, il est bien évidemment possible d'équiper chaque roue du véhicule d'un tel système de direction, et non seulement les 25 roues avant comme sur la plupart des véhicules actuels. Cela peut être particulièrement intéressant pour permettre un stationnement facilité du véhicule en milieu urbain en orientant simplement les roues dans une direction sensiblement perpendiculaire à un axe longitudinal du véhicule. Plus précisément, le système de direction selon l'invention permet 30 un mouvement de rotation entre une jambe de direction 100 reliée à la roue 104, et plus particulièrement à un porte-moyeu 103 de ladite roue 104, et un arbre cannelé 67 en liaison cardan avec le châssis du véhicule et pouvant être actionné par l'intermédiaire d'un motoréducteur situé dans la jambe de direction 100 à l'intérieur d'un carter de support 101. 35 Conformément au mode de réalisation représenté, l'ensemble motoréducteur comprend un moteur de direction 50 composé classiquement d'un stator 52 et d'un rotor 51, et un réducteur 53 composé d'un arbre d'entrée 54, d'une sortie 55 et d'un support 56. Le stator 52 du moteur de direction 50 est en liaison complète avec le carter de support 101 motoréducteur et un carter 102 de support moteur. Le rotor 51 du moteur de direction 50 est en liaison complète avec un arbre d'entrée 54 du réducteur 53. Le support 56 du réducteur 53 est fixe en rotation par rapport au support de liaison cardan, lui-même lié au châssis du véhicule. La sortie 55 du réducteur 53 est en liaison complète avec le carter 10 de support 101 motoréducteur, ce qui permettra la rotation de la jambe de direction. Par ailleurs, une pièce fusible 63 est prévue pour protéger le groupe motoréducteur 50, 53 dans le cas de couples crête critiques issus d'un choc ou d'un blocage entre la roue 104 et un obstacle de la route. 15 Afin de permettre l'amortissement et la suspension du véhicule, on notera que l'arbre cannelé 67 est monté mobile en translation à l'intérieur de la jambe de direction 100. Une douille à billes 64 permet un guidage fiable en translation. La douille à billes 64 est en liaison glissière avec l'arbre cannelé 67, lui-même en liaison complète avec le support de liaison cardan. 20 Le support 56 du réducteur 53 est en liaison complète avec la pièce fusible 63, elle-même en liaison complète avec une douille à bille 64 de la jambe de direction 100. L'ensemble constitué de la pièce fusible 63 et de la douille à billes 64 est guidé en rotation par rapport au carter de liaison glissière de la jambe de 25 direction 100 et au carter de support 101 motoréducteur par un palier lisse 69 et un roulement 65. Les cannelures aménagées sur la surface extérieure de l'arbre cannelé 67 permettent de bloquer la rotation de la pièce fusible 63 et du support du réducteur 56, tout en permettant la translation de la jambe de 30 direction 100 et de la roue 104. L'ensemble constitué du rotor 51 de moteur de direction 50, de l'arbre d'entrée 54 du réducteur 53 et d'une bague 59 est guidé en rotation par rapport aux carters de support 101 motoréducteur et de support moteur 102 par un roulement 61 et par un roulement interne du réducteur (non représenté). 35 Ainsi, comme mentionné précédemment, le système selon l'invention permet de réaliser la direction des roues sans utiliser de biellettes de direction comme c'est l'usage dans l'art antérieur et, par voie de conséquence, de libérer l'espace qui leur est usuellement dédié. Afin de pouvoir piloter la direction de la roue 104, le système comporte un codeur 57 de moteur de direction et un codeur 66 5 d'asservissement de position de la roue 104. Le codeur du moteur de direction 57 permet de mesurer la position angulaire absolue du rotor 51 par rapport au stator 52. Le codeur 66 d'asservissement de la position de la roue permet de mesurer la position angulaire du carter de liaison glissière de la jambe de 10 direction 100 par rapport à une douille à billes 64 de ladite jambe de direction 100. Le codeur du moteur de direction 57 est composé d'une partie fixe 57a liée au carter de support 102 moteur par l'intermédiaire d'une bague 58 et d'une rondelle 60, et d'une partie rotative 57b liée à la bague 59. 15 Un capteur de couple (non représenté ici) mesure le couple entre la jambe de direction 100 et l'arbre cannelé 67 relié au châssis. Il est utilisé pour remonter l'information de ressenti de la route à l'utilisateur, ainsi qu'à prévenir d'un fort couple. Le réducteur 53, l'arbre cannelé 67, les codeurs 57 et 66, ainsi que 20 le moteur de direction 50 utilisés dans ce système, peuvent être pleins ou à arbre creux pour permettre éventuellement le passage de câbles, d'arbres tournants, de systèmes de suspensions ou de structures, non représentés ici. On pourra notamment prévoir le passage d'un arbre de transmission destiné à l'entraînement de la roue. 25 Bien que l'invention ait été décrite avec un exemple particulier de réalisation, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. 30 Liste des Références 50 Moteur électrique de direction 51 Rotor de moteur de direction 52 Stator de moteur de direction 53 Réducteur 54 Arbre d'entrée du réducteur 5 Sortie du réducteur 56 Support du réducteur 57 Codeur du moteur de direction 58 Bague 59 Bague 60 Rondelle 61 Roulement 62 Rondelle 63 Pièce fusible 64 Douille à billes 65 Roulement 66 Codeur d'asservissement de la position de roue 67 Arbre cannelé 68 Palier lisse 69 Palier lisse 100 Jambe de direction (carter de liaison glissière) 101 Carter de support motoréducteur 102 Carter de support moteur 103 Carter porte moyeu 104 Roue REVENDICATIONS1. Système de direction d'une roue (104) d'un véhicule comprenant 5 au moins un dispositif de liaison entre un châssis dudit véhicule et un porte-moyeu (103) de ladite roue, caractérisé en ce que le dispositif de liaison comprend au moins un arbre de liaison (67) au châssis et au moins une jambe de direction (100), destinée à être reliée audit porte-moyeu de la roue, et montée mobile en rotation autour d'un axe sensiblement longitudinal dudit 10 arbre de liaison. 2. Système de direction selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de liaison forme une jambe de suspension. 15 3. Système de direction selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'arbre de liaison (67) est équipé d'un moyen de liaison cardan au châssis. 4. Système de direction selon l'une quelconque des revendications 20 1 à 3, caractérisé en ce que la jambe de direction (100) est associée à un moteur électrique (50) d'entraînement en rotation autour de l'axe de l'arbre de liaison (67). 5. Système de direction selon la revendication 4, caractérisé en ce 25 que le moteur d'entraînement (50) est associé à un capteur de position (57) permettant son pilotage. 6. Système de direction selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le moteur électrique (50) entraîne la jambe de 30 direction (100) par l'intermédiaire d'au moins un réducteur (53). 7. Système de direction selon la revendication 6, caractérisé en ce que le réducteur (53) est un réducteur harmonique. 8. Système de direction selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le dispositif de liaison (67, 100) est au moins partiellement creux. 9. Système de direction selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend un codeur d'asservissement (66) en position de la roue (104). 10. Véhicule comprenant au moins une roue (104), caractérisé en 10 ce que ladite roue est équipée d'un système de direction selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.