Brevet FR3016152A1 — publié le 20150710

MÉCANISME DE FREIN A FRICTION ET COLONNE DE DIRECTION ASSOCIEE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [0001] La présente invention concerne un système de direction qui prévoit un mode de fonctionnement à dégradation contrôlée pendant une transition entre un mode de direction autonome et un mode de direction commandé par le conducteur, en particulier en situation d'urgence. ÉTAT DE LA TECHNIQUE [0002] Pour traiter la question d'une transition volontaire ergonomique et intuitive d'un mode de direction autonome à une direction manuelle, il a été suggéré dans le document US 2013 002416 de prévoir un système de direction de véhicule avec un volant à interface autonome mobile d'une première position à une deuxième position et une unité de commande électronique de conduite autonome configurée pour recevoir un signal indiquant que le volant à interface autonome a été déplacé de la première position à la deuxième position et pour initialiser un changement de fonctionnement du véhicule entre le mode de direction manuel et le mode de direction autonome en réponse à la réception du signal. Cependant, ce système n'aborde pas la question d'une transition en toute sécurité du mode de direction autonome au mode de direction commandé par le conducteur ou manuel à l'initiative de l'unité de commande électronique de conduite autonome, par exemple en situation d'urgence. [0003] Dans un contexte un peu différent, le document US 6,580,989 divulgue un système de direction dit hybride qui peut sélectivement fonctionner dans l'un des trois modes suivants : direction électrique, direction assistée électronique (EPAS) et direction manuelle. Le système de direction électrique comprend un système d'interface conducteur (DIS), un système à actionneurs de roues en contact avec la route (RWAS) et un contrôleur pour surveiller et mettre en oeuvre une stratégie de commande préférée. Le système de direction fonctionne normalement en mode direction électrique. En alternative, le fonctionnement dans le mode EPAS et dans le mode manuel est déterminé par un contrôleur en réponse à un dysfonctionnement dans une partie quelconque du DIS ou du RWAS. Dans le mode EPAS et le mode manuel, le contrôleur amène un mécanisme d'embrayage à embrayer, créant ainsi une liaison mécanique entre l'élément dirigeable et le système de crémaillère. En mode EPAS, soit l'actionneur de roue en contact avec la route, soit le générateur de couple de réaction est disponible pour assister l'opération de direction. Alternativement, en mode manuel, aussi bien le DIS que le RWAS sont désactivés et le véhicule peut être dirigé par des moyens entièrement mécaniques. Etant donné que le conducteur doit tenir le volant dans l'ensemble des trois modes de fonctionnement, aucune mesure particulière ne doit être prise au moment de la transition entre les différents modes de direction. [0004] En conséquence, il existe un besoin de moyens permettant d'assurer une transition en toute sécurité d'une direction autonome à une direction commandée par le 10 conducteur dans un véhicule lorsque le conducteur ne se rend pas compte de l'imminence de cette transition. RESUME DE L'INVENTION [0005] Selon un aspect de l'invention, il est prévu un système de direction 15 comprenant un arbre de direction et un mécanisme de freinage déplaçable entre une position désengagée et une position engagée pour verrouiller angulairement l'arbre de direction, dans lequel le mécanisme de freinage comprend un dispositif de neutralisation de sorte qu'un couple externe non destructif appliqué à l'arbre de direction au-dessus d'un seuil donné lorsque le mécanisme de freinage se trouve dans la 20 position engagée entraîne une rotation de l'arbre de direction. Pendant une transition d'un mode de direction autonome à un mode de direction commandé par le conducteur, le mécanisme de freinage peut être déplacé à la position engagée pour verrouiller angulairement l'arbre de direction relié mécaniquement aux roues en contact avec le sol pendant que le conducteur reprend le contrôle du volant. Une fois les mains du 25 conducteur sur le volant, le véhicule peut être dirigé en appliquant au volant un couple au-dessus du seuil du dispositif de neutralisation. [0006] Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif de neutralisation comprend un premier élément de friction et un deuxième élément de friction en prise par friction l'un avec l'autre dans la position engagée. Le seuil de couple pour neutraliser 30 le mécanisme de freinage est donné par la pression entre les premier et deuxième éléments de friction. Selon un mode de réalisation, le premier élément de friction est non rotatif par rapport à l'arbre de direction, au moins dans la position engagée. Le deuxième élément de friction est non rotatif par rapport au mécanisme de freinage dans la position engagée. Le deuxième élément de friction peut être rotatif par rapport au mécanisme de freinage dans la position désengagée et arrêté par rapport au mécanisme de freinage (et donc à un tableau de bord du véhicule) pour engager le frein. [0007] Selon un mode de réalisation préféré, un mécanisme de rappel est prévu pour engager le premier et le deuxième élément de friction l'un avec l'autre. Le mécanisme de rappel comprend de préférence au moins un ressort de rappel pour appliquer une force de rappel prédéterminée à au moins l'un des premier et deuxième éléments de friction. La force de rappel prédéterminée est de préférence telle que les premier et deuxième éléments de friction commencent à patiner suite à l'application d'un couple au moins égal au seuil de couple. Le seuil de couple est de préférence supérieur à 1 Nm et inférieur à 13 Nm. Une butée réglable fixée dans une position réglable par rapport à l'arbre de direction peut être prévue pour charger le ressort de rappel. Un mécanisme particulièrement compact peut être obtenu si le ressort de rappel est un ressort hélicoïdal enroulé sur l'arbre de direction. [0008] Comme on le comprendra facilement, le système peut être ajusté de diverses manières avant d'être installé dans le véhicule pour définir un seuil de couple souhaité pour le dispositif de neutralisation : on peut modifier le matériau des éléments de friction. Si un ressort de rappel est prévu, on peut modifier la rigidité du ressort. La manière la plus simple pour adapter le seuil de couple sans changer aucune des pièces du système de direction consiste toutefois à changer l'emplacement de la butée réglable. [0009] Selon un mode de réalisation, le mécanisme de freinage comprend un premier élément de freinage, un deuxième élément de freinage et un actionneur, pour 25 engager les premier et deuxième éléments de freinage l'un avec l'autre dans la position d'arrêt. L'actionneur est de préférence un actionneur électromécanique. [0010] Selon un mode de réalisation, au moins l'un des premier et deuxième éléments de freinage comprend une interface annulaire en contact avec l'autre des premier et deuxième éléments de freinage dans la position engagée. [0011] Selon un aspect de l'invention, les premier et deuxième éléments de freinage sont engagés positivement l'un avec l'autre dans la position engagée. En particulier, au moins l'un des premier et deuxième éléments de freinage peut comprendre une interface annulaire avec un certain nombre de saillies et/ou de creux répartis sur une circonférence de l'interface annulaire. [0012] Selon un autre aspect de l'invention, les premier et deuxième éléments de freinage sont en prise par friction l'un avec l'autre dans la position engagée. [0013] Selon un mode de réalisation, le dispositif de neutralisation comprend un embrayage à friction comprenant un premier élément de friction non rotatif par rapport à l'arbre de direction et un deuxième élément de friction non rotatif par rapport à une interface annulaire d'un élément de freinage annulaire du mécanisme de freinage. Le système de direction peut en outre comprendre un roulement entre l'élément de freinage annulaire et l'arbre de direction. [0014] Selon un autre aspect de l'invention, il est prévu un système de direction comprenant un arbre de direction, un mécanisme de freinage déplaçable entre une position désengagée et une position engagée pour verrouiller angulairement l'arbre de direction dans plusieurs positions d'arrêt, et un dispositif de neutralisation pour permettre une rotation de l'arbre de direction suite à l'application d'un couple externe non destructif à l'arbre de direction au-dessus d'un seuil donné lorsque le mécanisme de freinage est dans la position engagée. [0015] Selon un autre aspect de l'invention, il est prévu un procédé de commande d'un système de direction pour véhicule pendant une transition d'un mode de fonctionnement autonome à un mode manuel, dans lequel un arbre de direction est arrêté dans une position effective à l'issue du mode de fonctionnement autonome et jusqu'à ce qu'un conducteur applique manuellement un couple au-dessus d'un seuil donné au volant. DESCRIPTION DES FIGURES [0016] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront plus clairement de la description suivante de modes de réalisation spécifiques de l'invention, fournis à titre d'exemples non limitatifs seulement, et représentés sur les dessins annexés, où : - la figure 1 illustre un système de direction selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue isométrique d'une colonne de direction du système de direction de la figure 1; - la figure 3 est une vue éclatée d'une partie du système de direction des figures 1 et 2, montrant l'assemblage d'un système de freinage sur la colonne de direction ; - la figure 4 est une vue éclatée plus détaillée du système de freinage de la figure 3 ; - la figure 5 est une coupe d'un arbre de direction et du système de freinage de la figure 3 ; - la figure 6 est une coupe d'un mode de réalisation en variante du système de freinage ; - la figure 7 illustre un mode de réalisation en variante du système de direction. [0017] Des numéros de référence correspondants font référence à des pièces identiques ou correspondantes sur chacune des figures. DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION PREFERES [0018] En référence à la figure 1, un véhicule est muni d'un système de direction 10 comprenant un volant 12, un arbre de direction 14, un pignon d'attaque 16 qui tourne avec l'arbre de direction 14 et s'engrène avec une crémaillère 18 pour déplacer des biellettes de direction 20 reliées à des roues directrices au contact avec le sol 22. Le volant 12 est connecté à l'arbre de direction par un mécanisme d'embrayage 26 mécanique ou électrique. Un moteur de direction 28 est connecté à l'arbre de direction et commandé par une unité de commande de direction 30. Des capteurs de rotation et/ou de couple 32, 34 sont prévus sur le volant 12 et l'arbre de direction 14 et connectés à l'unité de commande 30. De ce fait, ce système de direction 10 est connu d'après le document US 2013 002416. [0019] Le système de direction 10 est en outre muni d'un mécanisme de freinage à friction 36, qui est illustré en détail sur les figures 2 à 5. Le mécanisme de freinage 36 comprend un actionneur 38 reçu dans un logement d'actionneur 40 serré avec une bride 42 en forme de C sur un tube de protection 44 dans lequel est monté l'arbre de direction 14 pour tourner autour d'un axe de direction 100. L'actionneur 38, qui peut être d'une construction adéquate quelconque, fait avancer et reculer un verrou cranté 46 contre une douille dentée 48 dans une direction radiale par rapport à l'axe de direction 100. Un roulement à aiguilles 50 est prévu pour guider la douille dentée 48 en rotation autour de l'axe de direction 100. La douille dentée 48 est frettée sur une bague de roulement extérieure du roulement à aiguilles. La douille dentée présente une première face plane annulaire 52 en contact par friction avec une bague de butée plate 54 frettée sur l'arbre de direction 14, et une deuxième face annulaire 56 opposée à la première face annulaire 52. Un ressort de compression 58 est chargé entre la deuxième face annulaire 56 et une rondelle d'appui réglable 60 qui est connectée à l'arbre de direction 14 par frettage à la bonne distance de la bague de butée 54 pour obtenir une force axiale souhaitée à travers le ressort de compression 58 à l'interface entre la bague dentée 48 et la bague de butée 54. Comme le comprendra l'homme du métier, le mécanisme de freinage ne confère aucune poussée axiale à l'arbre de direction puisque aussi bien la rondelle d'appui réglable que la bague de butée reposent sur l'arbre de direction. [0020] Un commutateur 62 peut être prévu pour permettre au conducteur de commuter entre un mode de direction commandé par le conducteur et un mode de direction autonome. Ce commutateur 62 peut se trouver sur le tableau de bord ou être 25 intégré au volant 12, par exemple comme divulgué dans le document US 2013 002416. [0021] Dans le mode de direction commandé par le conducteur et dans le mode de direction autonome, le mécanisme de freinage est désengagé, c'est-à-dire le verrou cranté 46 est dégagé de la douille dentée 48 qui peut tourner avec la bague de butée 54, le ressort de compression 58, la rondelle d'appui réglable 60 et l'arbre de direction 14 30 comme un ensemble. [0022] Dans le mode de direction commandé par le conducteur, l'embrayage 26 est embrayé et le volant 12 est connecté mécaniquement à l'arbre de direction 14 et aux roues en contact avec le sol 22. Le moteur 28 peut être utilisé ou non comme un dispositif d'assistance pour compléter le couple fourni par le conducteur au niveau du volant 12. [0023] Dans le mode de direction autonome, l'embrayage 26 est débrayé et le moteur 28 applique un couple d'entraînement à l'arbre de direction 14 indépendamment de la position du volant 12. Dans le mode de direction autonome, le conducteur peut reprendre au moins le contrôle partiel de la direction en tournant le volant 12 d'un angle prédéterminé qui est détecté par le capteur 32. Un retour haptique (par exemple un clic) peut être prévu pour informer le conducteur du fait que sa demande de reprendre le contrôle partiel ou total du système de direction 10 a été enregistrée et exécutée. Diverses stratégies de transition peuvent être configurées en réponse à l'entrée du conducteur et de divers autres paramètres du véhicule : l'embrayage 26 peut rester débrayé ou non, et si ce n'est pas le cas, le moteur 28 peut être utilisé ou non comme un dispositif de direction assisté. [0024] Si par ailleurs le mode de direction autonome doit être interrompu d'urgence à l'initiative de l'unité de commande de direction 30, par exemple en raison d'un dysfonctionnement du moteur 28 ou d'un capteur, avant que le conducteur n'ait eu le temps de reprendre le contrôle de la direction, l'unité de commande de direction autonome génère une alarme pour informer le conducteur et engage en même temps de nouveau l'embrayage 26 et le mécanisme de freinage 36. Le verrou cranté 46 vient en prise avec la douille dentée 48 de façon à en empêcher la rotation. La douille dentée 48 est sollicitée par le ressort de compression 58 chargé en prise par friction avec la bague de butée plate 54 et empêche la rotation de l'arbre de direction 14. Par conséquent, la transmission à crémaillère 18, 16, les biellettes de direction 20 et les roues en contact avec le sol 22 restent dans la position adoptée au début de la transition, pour laisser au conducteur le temps de reprendre le contrôle du volant 12. Dès que le conducteur confère un couple au volant 12, le capteur 32 détecte le couple appliqué et l'unité de commande dégage le verrou cranté 46 pour libérer l'arbre de direction 14. Cependant, si le verrou cranté 46 devait rester en prise, par exemple en raison d'un dysfonctionnement du capteur 32, de l'actionneur 38 ou de l'unité de commande 30, le conducteur peut neutraliser le mécanisme de freinage 36 en appliquant un couple qui est supérieur au couple de friction nominal résultant de la force axiale du ressort de compression 58 sur la douille dentée 48 pour manoeuvrer le véhicule jusqu'à un arrêt total dans un mode à dégradation contrôlée. Pendant cette manoeuvre, le mécanisme de freinage 36 reste engagé, ce qui signifie que le conducteur doit continuellement surmonter le couple de friction nominal du mécanisme de freinage. De ce fait, le couple de friction nominal du mécanisme de freinage doit de préférence être à la fois d'une grandeur suffisante pour empêcher la rotation de l'arbre de direction avant que le conducteur n'ait saisi le volant et suffisamment faible pour permettre au conducteur de tourner le volant. [0025] Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 6, le mécanisme de freinage 36 est installé sur une douille 70 pour créer un module indépendant. La douille 70 peut être frettée ou soudée sur l'arbre de direction 14. [0026] Dans le mode de réalisation de la figure 7, le mécanisme de freinage 36 est inséré dans un système de direction 10 sans embrayage, comprenant un volant 12, un arbre de direction 14, un pignon d'attaque 16 qui tourne avec l'arbre de direction 14 et s'engrène avec une crémaillère 18 pour déplacer des biellettes de direction 20 reliées aux roues directrices en contact avec le sol 22. Un moteur de direction 28 est connecté à l'arbre de direction et commandé par une unité de commande de direction 30. Le volant 12 est connecté à un moteur à rétroaction 80. Des capteurs de rotation et/ou de couple 32, 34 sont prévus sur le volant 12 et sur l'arbre de direction 14 et connectés à l'unité de commande 30. [0027] Diverses autres modifications sont envisagées. En fonction de l'espace d'installation disponible, le ressort de compression 58 peut être remplacé par une rondelle Belleville. Le roulement 50 pour guider la douille dentée peut être d'un type quelconque, par exemple un roulement à billes avec ou sans cage ou un palier lisse pour obtenir une réduction de poids ou répondre à des contraintes d'espace. Une mise au point peut être obtenue par une sélection correcte des matériaux et de la rugosité de surface ou du coefficient de friction au niveau de l'interface de friction entre la bague de butée plate 54 et la douille dentée 48. En particulier, on peut utiliser du plastique, du caoutchouc, de la céramique et/ou une résine organique ainsi que l'acier. La rondelle d'appui et/ou la bague de butée réglable(s) peut/peuvent être remplacée(s) par des écrous si l'arbre est prévu pour un filetage externe. Ceci permet une mise au point très précise du couple de patinage. REVENDICATIONS1- Système de direction, comprenant un arbre de direction et un mécanisme de freinage déplaçable entre une position désengagée et une position engagée pour verrouiller angulairement l'arbre de direction, dans lequel le mécanisme de freinage comprend un dispositif de neutralisation de telle sorte qu'un couple externe non destructif appliqué à l'arbre de direction au-dessus d'un seuil de couple donné lorsque le mécanisme de freinage est dans la position engagée entraîne une rotation de l'arbre de direction. 2- Système de direction selon la revendication 1, dans lequel le mécanisme de freinage comprend un premier élément de friction et un deuxième élément de friction en prise par friction l'un avec l'autre dans la position engagée. 3- Système de direction selon la revendication 2, dans lequel le premier élément de friction est non rotatif par rapport à l'arbre de direction dans la position engagée. 4- Système de direction selon la revendication 3, dans lequel le deuxième élément de friction est non rotatif par rapport au mécanisme de freinage dans la position engagée. 5- Système de direction selon la revendication 4, dans lequel le deuxième élément de friction est rotatif par rapport au mécanisme de freinage dans la position désengagée. 6- Système de direction selon la revendication 4, comprenant en outre un mécanisme de rappel pour engager l'un avec l'autre par friction le premier élément de friction et le deuxième élément de friction. 7- Système de direction selon la revendication 6, dans lequel le mécanisme de rappel comprend au moins un ressort de rappel pour appliquer une force de rappel prédéterminée à au moins l'un des premier et deuxième éléments de friction. 8- Système de direction selon la revendication 7, dans lequel la force de rappel prédéterminée est telle que les premier et deuxième éléments de friction commencent à patiner suite à l'application d'un couple supérieur au seuil de couple. 9- Système de direction selon la revendication 7, comprenant en outre une butée réglable pour charger le ressort de rappel, la butée réglable étant fixée dans une position réglable par rapport à l'arbre de direction. 10 10-Système de direction selon la revendication 7, dans lequel le ressort de rappel est un ressort hélicoïdal enroulé autour de l'arbre de direction. 11-Système de direction selon la revendication 1, dans lequel le seuil de couple est supérieur à 1 Nm et inférieur à 13 Nm. 15 12-Système de direction selon la revendication 1, dans lequel le mécanisme de freinage comprend un premier élément de freinage, un deuxième élément de freinage, et un actionneur engager l'un avec l'autre les premier et deuxième éléments de freinage dans la position engagée. 20 13-Système de direction selon la revendication 12, dans lequel l'actionneur est un actionneur électromécanique. 14-Système de direction selon la revendication 12, dans lequel au moins l'un des 25 premier et deuxième éléments de freinage comprend une interface annulaire en contact avec l'autre des premier et deuxième éléments de freinage dans la position engagée. 15-Système de direction selon la revendication 12, dans lequel les premier et 30 deuxième éléments de freinage sont engagés positivement l'un avec l'autre dans la position engagée. 16-Système de direction selon la revendication 15, dans lequel au moins l'un despremier et deuxième éléments de freinage comprend une interface annulaire avec un certain nombre de saillies et/ou creux répartis sur une circonférence de l'interface annulaire. 17-Système de direction selon la revendication 12, dans lequel les premier et deuxième éléments de freinage sont engagés l'un avec l'autre par friction dans la position engagée. 18-Système de direction selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de neutralisation comprend un premier élément de friction non rotatif par rapport à l'arbre de direction et un deuxième élément de friction non rotatif par rapport à une interface annulaire d'un élément de freinage annulaire du mécanisme de freinage. 19-Système de direction selon la revendication 18, comprenant en outre un palier entre l'élément de freinage annulaire et l'arbre de direction. 20-Système de direction, comprenant un arbre de direction, un mécanisme de freinage déplaçable entre une position désengagée et une position engagée pour verrouiller angulairement l'arbre de direction dans plusieurs positions d'arrêt, et un dispositif de neutralisation pour permettre une rotation de l'arbre de direction suite à l'application d'un couple externe non destructif à l'arbre de direction au-dessus d'un seuil donné lorsque le mécanisme de freinage se trouve dans la position engagée. 21-Procédé d'assemblage d'un système de direction, comprenant les étapes consistant à : assembler un mécanisme de freinage sur une colonne de direction de façon à être déplaçable entre une position désengagée et une position engagée pour arrêter l'angle d'un arbre de direction, dans lequel le mécanisme de freinage comprend un dispositif de neutralisation, et ajuster le dispositif de neutralisation de telle sorte qu'un couple externe non destructif appliqué à l'arbre de direction au-dessus d'un seuil de couple donné lorsque le mécanisme de freinage se trouve dans la position engagée entraîne une rotation de l'arbre de direction.