Brevet FR3027863A1 — publié le 20160506

BOITIER DE DIRECTION POUR VEHICULE AUTOMOBILE COMPORTANT UN ÉLÉMENT FLEXIBLE DE TRACTION DONNANT UNE DÉMULTIPLICATION La présente invention concerne un boîtier de direction pour un véhicule automobile, ainsi qu'un véhicule automobile équipé d'un tel boîtier de direction. Les véhicules automobiles comportent généralement un système de direction comprenant un volant actionné par le conducteur, fixé en haut d'une colonne de direction transmettant le mouvement à un boîtier de direction situé à la base de cette colonne, qui fait pivoter les roues avant du véhicule. Un type de boîtier de direction connu, présenté notamment par le document EP-B1-1813506, comporte une barre transversale comprenant une crémaillère recevant un pignon fixé en bas de la colonne de direction, pour commander le coulissement latéral de cette barre avec la rotation du volant. Ce type de de boîtier nécessite pour la réalisation de l'engrenage de la crémaillère des usinages de qualité élevée, des aciers de forte résistance, et des guidages de ces éléments qui sont précis pour éviter un jeu, ce qui entraîne des coûts élevés. Un autre type de boîtier de direction connu, présenté notamment par le document GB-A-670345, comporte un pignon menant relié à la colonne de direction, qui entraîne une chaîne guidée par des pignons libres, comprenant chacune de ses extrémités qui est fixée de chaque côté d'une barre de direction transversale. La rotation du pignon menant réalise un entraînement de la chaîne qui tire par ses extrémités d'un côté ou de l'autre de la barre transversale, cette barre entraîne à son tour par des biellettes latérales montées sur des rotules, les porte-moyeux des roues directrices. Toutefois un problème qui se pose avec ce type de boîtier de direction, est que la force de traction appliquée sur la chaîne est égale à la force nécessaire pour le coulissement de la barre transversale. On peut avoir dans certains cas, notamment pour les manoeuvres aux basses vitesses, ou si les roues directrices sont calées contre une bordure de trottoir, des efforts importants appliqués sur la chaîne, qui doit alors présenter une résistance élevée pour tenir à l'usure et à la rupture. En particulier la direction étant un élément de sécurité sur les véhicules automobiles, il faut garantir une tenue de ce système dans tous les cas d'utilisation. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure. Elle propose à cet effet un boîtier de direction pour véhicule automobile comprenant une colonne de direction qui entraîne le coulissement d'une barre transversale reliée aux porte-moyeux des roues directrices pour les faire pivoter, caractérisé en ce qu'il comporte un pignon menant relié à la colonne de direction, qui entraîne un élément flexible de traction présentant successivement un engagement sur un pignon mené lié à la barre transversale, puis un ancrage sur un point fixe, cet élément flexible faisant sensiblement un demi-tour sur le pignon mené. Un avantage de ce boîtier de direction est qu'en exerçant un déplacement de l'élément flexible par la rotation du pignon menant, qui peut être notamment une chaîne, le pignon mené étant fixé entre le pignon menant et le point d'ancrage fixe, on obtient un coulissement de ce pignon mené ainsi que de la barre transversale, qui est égale à la moitié de ce déplacement. On a alors un système de palan effectuant une réduction du mouvement, et une multiplication par deux de la force développée sur la barre transversale. La contrainte de traction sur l'élément flexible est alors divisée par deux, cet élément peut être compact, plus léger et moins cher. Le boîtier de direction selon l'invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Selon un mode de réalisation, le pignon menant disposé transversalement entre deux pignons menés, entraîne l'élément flexible de traction qui s'enroule de chaque côté sur un des pignons menés, les extrémités de cet élément flexible revenant l'une vers l'autre, étant fixées au carter. Selon un autre mode de réalisation, le boîtier de direction comporte un pignon intermédiaire fixe disposé transversalement sur le côté du pignon menant, et au moins un pignon mené disposé transversalement entre ces deux premiers pignons, un côté de l'élément flexible faisant sensiblement un demi-tour sur ce pignon intermédiaire, avant de venir sur le pignon mené. Dans ce cas, le boîtier de direction peut comporter un unique pignon 10 mené comprenant des dentures disposées sur deux niveaux recevant chacun un côté de l'élément flexible de traction. Le boîtier de direction peut comporter en variante deux pignons menés disposés l'un à côté de l'autre, chaque côté de l'élément flexible faisant sensiblement un demi-tour sur chaque pignon mené. 15 Avantageusement, le boîtier de direction comporte un moyen assurant une tension permanente sur l'élément flexible de traction. En particulier, le moyen assurant une tension permanente peut comporter un ressort disposé de manière concentrique sur la barre transversale. 20 L'élément flexible de traction peut être notamment une chaîne comprenant des parties guidées par un système de guidage, comportant une section comprenant deux faces intérieures opposées ajustées sur les plaques extérieures des maillons, chaque face présentant une rainure longitudinale recevant de manière ajustée une extrémité des axes de la 25 chaîne. En complément, le boîtier de direction peut comporter deux éléments flexibles de traction superposés et accomplissant le même parcours. L'invention a aussi pour objet un véhicule automobile comprenant un boîtier de direction commandé par le conducteur, qui comporte l'une 30 quelconque des caractéristiques précédentes. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - les figures 1 et 2 sont des schémas d'un boîtier de direction selon l'invention suivant une première version, présenté respectivement en vue de dessus et en vue de face ; - la figure 3 présente un boîtier de direction suivant ce schéma ; - les figures 4 et 5 sont des schémas d'un boîtier de direction selon l'invention suivant une deuxième version, présenté respectivement en vue de 10 dessus et en vue de face ; - la figure 6 présente un boîtier de direction suivant ce schéma ; - les figures 7 et 8 sont des schémas d'un boîtier de direction selon l'invention suivant une troisième version, présenté respectivement en vue de dessus et en vue de face ; 15 - la figure 9 présente un boîtier de direction suivant ce schéma ; - la figure 10 présente un système assurant la sécurité de la chaîne de traction ; - la figure 11 présente l'implantation d'un boîtier de direction sur le train avant d'un véhicule ; 20 - les figures 12 et 13 présentent deux systèmes différents de tension de la chaîne de traction ; et - la figure 14 présente une variante du boîtier de direction suivant la troisième version. Les figures 1, 2 et 3 présentent un boîtier de direction comprenant une 25 barre transversale 2 guidée par des coulisseaux 4 d'un carter de ce boîtier fixé à la caisse du véhicule, comportant à chaque extrémité une biellette latérale 6 reliée à cette barre par une rotule intérieure, qui effectue le pivotement du porte-moyeu de la roue directrice. Un pignon menant 8 fixé en bas de la colonne de direction 12 par 30 l'intermédiaire d'un cardan 10, disposé sur le côté du véhicule recevant le conducteur, entraîne une chaîne formant un élément flexible de traction 14. La chaîne s'enroule ensuite transversalement de chaque côté du pignon menant 8, sur un pignon mené 16 lié à la barre transversale 2 en effectuant dessus sensiblement un demi-tour, puis les extrémités de cette chaîne reviennent l'une vers l'autre, et sont fixées au carter par un moyen assurant une tension permanente 18. Le moyen de tension 18 comporte un ressort appliquant une force permanente sur les deux extrémités de la chaîne 14, afin de la maintenir constamment suffisamment tendue en fonction de l'usure occasionnée par son vieillissement. On obtient par une rotation du pignon menant 8 commandé par le volant de direction, une traction sur la chaîne 14 d'un côté ou de l'autre, qui en prenant appui sur son extrémité fixée au carter, agit sur le pignon mené 16 de ce même côté pour le rapprocher du pignon menant avec une vitesse linéaire égale à la moitié de celle de la chaîne. On réalise ainsi un palan donnant une démultiplication de la vitesse, et une multiplication par deux de l'effort transmis sur la barre transversale 2. Pour obtenir la démultiplication souhaitée entre la rotation du volant de direction et le coulissement de la barre transversale 2, on ajuste simplement le diamètre et le nombre de dents du pignon menant 8. En disposant le pignon menant 8 au plus près de la barre de direction 2, comme présenté figure 3, on obtient un boîtier de direction compacte. On peut en particulier disposer l'ensemble formé par le pignon menant 8 et les deux pignons menés 16 d'un côté ou de l'autre de la barre transversale 2, afin de réaliser une direction pour un véhicule à conduite à droite ou à gauche. Cette première variante du boîtier de direction comportant un pignon menant fixe 8 et deux pignons menés mobiles 16, est relativement simple à réaliser en utilisant une chaîne unique 14. On peut pour cette version appliquer un effort d'assistance sur le pignon menant 8 ou sur la colonne de direction 12 pour l'entraîner en rotation, ou directement sur la barre transversale 2 pour l'entraîner dans son coulissement. Les figures 4, 5, 6 présentent un boîtier de direction comprenant un pignon menant 8 disposé sur le côté du véhicule recevant le conducteur, entraîné par la colonne de direction 12, qui entraîne par une chaîne 14 un pignon intermédiaire 20 fixé au carter et disposé de l'autre côté du véhicule, ainsi qu'un unique pignon mené 22 fixé sur la barre de direction 2, qui est disposé latéralement au milieu de ce boîtier. La chaîne 14 comporte en partant du pignon menant 8, un premier côté 14a qui fait sensiblement un demi-tour sur le pignon mené 22, puis finit par une extrémité fixée au carter vers la droite par un moyen de tension permanent 18. Cette chaîne 14 comporte un deuxième côté 14b qui va sur le pignon intermédiaire 20 avec un petit décalage vers le bas, pour faire sensiblement un demi-tour. Ce deuxième côté 14b revient sur le pignon mené 22 en utilisant des dentures se trouvant décalées en dessous des dentures du premier côté 14a pour l'éviter, pour faire à nouveau sensiblement un demi- tour, puis finit par une deuxième extrémité fixée au carter vers la gauche par un moyen de tension permanent 18. On obtient de la même manière par une rotation du pignon menant 8, une traction sur la chaîne 14 d'un côté ou de l'autre qui en prenant appui sur son extrémité fixée au carter, agit sur le pignon mené unique 22 pour le décaler latéralement d'un côté ou de l'autre, et entraîner le coulissement de la barre latérale 2 supportant ce pignon. On réalise aussi un palan donnant une démultiplication de la vitesse, et une multiplication par deux de l'effort. On a sur cette version un unique pignon mené 22 comportant deux séries de denture décalées axialement. On notera qu'on a une symétrie globale du boîtier de direction. En inversant les rôles des pignons menant 8 et intermédiaire 20, avec une colonne de direction 12 entraînant directement ce pignon intermédiaire, et le pignon menant devenant libre, on réalise de manière simple et avec très peu de modifications du boîtier de direction, un système de direction pour un véhicule comprenant la conduite disposée de l'autre côté. Le pignon mené 22 étant au centre de la barre transversale 2, il ne gêne pas pour réaliser facilement les guidages de cette barre 4 sur ses côtés latéraux. La figure 6 détaille l'assistance de direction comprenant un moteur électrique 30 entraînant directement par un réducteur concentrique 32 à grande démultiplication, le pignon intermédiaire 20. On peut en variante appliquer l'effort d'assistance sur le pignon menant 8, sur la colonne de direction 12, ou directement sur la barre transversale 2. On a pour cette version une possibilité supplémentaire d'entraînement en rotation pour l'assistance, donnée par le pignon intermédiaire 20. Les figures 7, 8, 9 présentent un boîtier de direction similaire au boîtier précédent, comprenant de la même manière un pignon menant 8 et un pignon intermédiaire 20. Toutefois on dispose deux pignons menés 40 fixés transversalement l'un à côté de l'autre au milieu de la barre transversale 2, ce qui permet de disposer leurs dentures dans un même plan. De cette manière l'ensemble de la chaîne 14 reste aussi dans un même plan, ce qui évite de réaliser un changement de niveau entre le pignon menant 8 et le pignon mené 20, qui peut entraîner une usure de cette chaîne. On a de plus en évitant la superposition de la chaîne 14, un carter du boîtier de direction comportant une épaisseur réduite. Par ailleurs on a de la même manière une symétrie globale du boîtier de direction, permettant de réaliser facilement une conduite de chaque côté du véhicule. De plus les deux pignons menés 22 étant au centre de la barre transversale 2, ils ne gênent pas pour réaliser facilement les guidages de cette barre 4 sur ses côtés latéraux. La figure 9 détaille l'assistance de direction qui est similaire, comprenant le moteur électrique 30 entraînant directement par un réducteur concentrique 32 à grande démultiplication, le pignon menant 8. On peut en variante appliquer l'effort d'assistance sur la colonne de direction 12, sur le pignon mené 20, ou directement sur la barre transversale 2. La figure 10 présente un système de guidage 50 de la chaîne 14 assurant la sécurité, recouvrant au moins certaines parties droites ou courbes, comportant une section en forme de « U » qui comprend deux faces intérieures opposées ajustées sur les plaques extérieures des maillons, chaque face comprenant une rainure longitudinale 52 recevant de manière ajustée une extrémité des axes de la chaîne. Un mode de défaillance de la chaîne comporte l'ouverture d'un maillon liée à l'usure des axes et des rouleaux, la plaque extérieure de ce maillon sortant du rivetage réalisé sur chaque extrémité de ces axes. Le système de guidage 50 comprenant un guidage ajusté des plaques extérieures et des axes dans les rainures 52, oblige ces axes à rester alignés dans la rainure, et empêche l'ouverture d'un maillon par la sortie d'une plaque extérieure, malgré une usure prononcée. La figure 11 présente un berceau avant de véhicule 60 recevant le boîtier de direction disposé transversalement, comportant de chaque côté les biellettes latérales 6 guidant chacune par une rotule extérieure 64 un porte- moyeu de la roue. De manière habituelle le boîtier de direction est disposé en-dessous du type d'échappement 62. La configuration générale du berceau avant reste inchangée. La figure 12 présente de chaque côté du boîtier un moyen de tension 18 de l'extrémité de la chaîne 14, pour le boîtier de direction présenté figure 7. Le moyen de tension 18 comporte des ressorts disposés dans le boîtier, de manière concentrique autour de la barre transversale 2, qui appliquent de manière constante une charge de traction sur l'extrémité de la chaîne 14. La figure 13 présente en variante de chaque côté du boîtier, des moyens de tension 18 comportant des ressorts disposés à l'intérieur de la barre transversale creuse 2, qui appliquent de manière constante une poussée sur les axes des pignons menés 40 pour les rapprocher l'un vers l'autre. De cette manière on réalise aussi une tension constante de la chaîne 14. On peut en complément disposer un détecteur sur le système de tension de chaîne, qui en détectant une perte de cette tension envoie un signal permettant d'informer le conducteur de la défaillance de la direction. La figure 14 présente une variante du boîtier de direction présenté figure 7, comportant deux chaînes superposées 14 réalisant le même parcours, montées en parallèle, qui sont en prise sur les différents pignons 8, 20, 40 comportant chacun deux rangées de dentures superposées. De cette manière on divise l'effort sur chaque chaîne par deux, et on augmente la durée de vie de ces chaînes. D'une manière générale le système d'entraînement comprenant une chaîne en prise sur un pignon denté, nécessite des usinages moins précis que pour une denture de crémaillère, et peut être plus économique. On notera que l'élément flexible de traction représenté par la chaîne, peut comporter tout autre moyen de traction comme par exemple une courroie ou un câble, qui peut être en acier ou en textile. Le système de direction peut comporter aussi un capteur de couple, disposé de manière habituelle sur la colonne de direction, avant ou après le cardan, pour piloter les efforts du système d'assistance. REVENDICATIONS1 - Boîtier de direction pour véhicule automobile comprenant une colonne de direction (12) qui entraîne le coulissement d'une barre transversale (2) reliée aux porte-moyeux des roues directrices pour les faire pivoter, caractérisé en ce qu'il comporte un pignon menant (8) relié à la colonne de direction (12), qui entraîne un élément flexible de traction (14) présentant successivement un engagement sur un pignon mené (16, 22, 40) lié à la barre transversale (2), puis un ancrage sur un point fixe (18), cet élément flexible faisant sensiblement un demi-tour sur le pignon mené. 2 - Boîtier de direction selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pignon menant (8) disposé transversalement entre deux pignons menés (16), entraîne l'élément flexible de traction (14) qui s'enroule de chaque côté sur un des pignons menés, les extrémités de cet élément flexible revenant l'une vers l'autre, étant fixées au carter. 3 - Boîtier de direction selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un pignon intermédiaire fixe (20) disposé transversalement sur le côté du pignon menant (8), et au moins un pignon mené (22, 40) disposé transversalement entre ces deux premiers pignons, un côté de l'élément flexible (14) faisant sensiblement un demi-tour sur ce pignon intermédiaire, avant de venir sur le pignon mené. 4 - Boîtier de direction selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte un unique pignon mené (22) comprenant des dentures disposées sur deux niveaux recevant chacun un côté de l'élément flexible de traction (14). 5 - Boîtier de direction selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte deux pignons menés (40) disposés l'un à côté de l'autre, chaque côté de l'élément flexible (14) faisant sensiblement un demi-tour sur chaque pignon mené. 6 - Boîtier de direction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen assurant une tension permanente (18) sur l'élément flexible de traction (14). 7 - Boîtier de direction selon la revendication 6, caractérisé en ce que le moyen assurant une tension permanente (18) comporte un ressort disposé de manière concentrique sur la barre transversale (2). 8 - Boîtier de direction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément flexible de traction est une chaîne (14) comprenant des parties guidées par un système de guidage (50), comportant une section comprenant deux faces intérieures opposées ajustées sur les plaques extérieures des maillons, chaque face présentant une rainure longitudinale (52) recevant de manière ajustée une extrémité des axes de la chaîne. 9 - Boîtier de direction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte deux éléments flexibles de traction (14) superposés et accomplissant le même parcours. 10 - Véhicule automobile comprenant un boîtier de direction commandé par le conducteur, pour agir sur les roues directrices, caractérisé en ce que ce boîtier de direction est réalisé selon l'une quelconque des revendications précédentes.