Brevet FR3056181A1 — publié le 20180323

Système de direction électrohydraulique assistée pilotée électroniquement pour véhicules utilitaires, pompe et boîtier de direction pour un tel système. La présente invention concerne le domaine des systèmes de direction électrohydraulique pilotée électroniquement pour véhicules motorisés. Elle sera particulièrement intéressante pour les véhicules utilitaires, les camions ou les autocars. Cette solution de direction électrohydraulique réunit les avantages d'une direction assistée à la demande contrôlée par électronique et d'un système d'actionnement hydraulique robuste. Un avantage important de cette solution par rapport aux systèmes d'assistance hydraulique est l'indépendance par rapport au moteur de propulsion du véhicule. La puissance disponible pour l'assistance est indépendante du régime moteur et la coupure ce celui-ci n'a pas d'effet préjudiciable sur le fonctionnement de l'assistance à la direction. Les solutions électrohydrauliquess permettent aussi de réaliser des économies de carburant ainsi qu'une réduction des émissions de dioxyde de carbone. Par rapport à une assistance électrique, cette solution permet de répondre à des situations nécessitant des puissances d'assistance élevées, notamment pour des camions ou 25 des autocars. Etat de la technique On connaît par exemple dans l'état de la technique 30 le brevet américain US8584791 décrivant un dispositif de direction assistée hydraulique d'aide à la direction d'un véhicule équipé d'un vérin hydraulique. Il comprend une vanne de régulation de débit, un capteur de couple de direction, un capteur d'angle de braquage, un capteur de vitesse du véhicule, 35 et un calculateur. La vanne de régulation de débit modifie la 3056181 - 2 - quantité d'alimentation / évacuation de fluide hydraulique pour le vérin hydraulique. On connaît aussi la demande de brevet japonais JP2005306317 décrivant une autre solution de direction assistée 5 équipée d'un arbre de direction, un moteur électrique comme un premier moyen auxiliaire de direction relié à l'arbre de direction via un mécanisme de réduction de vitesse, un mécanisme de vis à billes convertissant la rotation de l'arbre de direction pour le déplacement axial, et un secteur denté de 10 verrouillage avec le mécanisme de vis à billes. Le dispositif de direction assistée est pourvu d'un deuxième moteur auxiliaire d'assistance comprenant une partie cylindrique logeant un mécanisme de vis à billes et un circuit d'alimentation hydraulique qui déplace le mécanisme de vis à billes. 15 Inconvénients de l'art antérieur Les solutions de l'art antérieur nécessitent le fonctionnement continu du moteur électrique fournissant la 20 pression hydraulique à un circuit comportant des conduits et au moins une électrovanne ou un distributeur hydraulique piloté alimentant le boîtier de direction. Cela conduit à plusieurs inconvénients. Ces solutions nécessitant la mise en oeuvre d'une pompe électrique, d'un distributeur, d'un accumulateur de pression du fluide hydraulique, d'une ou plusieurs vannes de régulation de débit et des conduits de fluide sous pression se traduisent par un poids élevé. Le circuit hydraulique présente par ailleurs des 30 risques multipliés de fuites du système hydraulique. De plus, ces solutions impliquent la présence d'un arbre de torsion qui pilote mécaniquement l'ouverture des canaux hydrauliques et la circulation du fluide nécessaire à la régulation de l'assistance. Ces organes sont couteux, complexes 35 et volumineux. 3056181 -3 Enfin, le fluide sous pression doit être refroidi en raison de l'échauffement qui se produit lors de sa circulation. Solution apportée par l'invention 5 Afin de répondre à ces inconvénients, l'invention concerne selon son acception sa plus générale un Système de direction électrohydraulique assistée pilotée électroniquement pour véhicules comportant une colonne de direction munie d'un 10 capteur de couple situé en amont d'un boîtier de direction, ledit boîtier de direction contenant une vis sans fin commandant en rotation un arbre à secteur denté ) pilotant le déplacement angulaire d'une bielle de direction, le système comportant en outre une pompe entrainée par un moteur électrique commandant la 15 circulation d'un fluide dans le boîtier de direction caractérisé en ce qu'il comporte en outre un calculateur comportant une entrée pour les signaux délivrés par ledit capteur de couple et/ou les signaux délivrés par un système de conduite autonome et commandant le débit, le sens de rotation et le volume 20 instantané de ladite pompe électrique, le circuit hydraulique ainsi formé fonctionnant en circuit fermé. Le système selon l'invention ne commande le fonctionnement de la pompe électrique que lorsque l'intervention 25 d'une assistance est nécessaire. Pendant le reste du temps, le moteur n'est pas alimenté ou est simplement maintenu en position, ce qui permet de réduire la consommation du système par rapport aux solutions de l'art antérieur. Par ailleurs, la circulation en circuit 30 hydrostatique fermé évite la mise en pression permanente du fluide et les problèmes d'échauffement qui en découle. Avantageusement, le système de direction électrohydraulique assistée selon l'invention comporte un 35 conduit de mise en relation des deux chambres muni d'une vanne maintenue en position fermée (par exemple par un signal 3056181 -4 électrique) et entraînée en position ouverte en cas de défaillance électrique. Dans ce cas de défaillance, le circuit de pompage est court-circuité et les efforts parasites sont minimisés afin de permettre le fonctionnement forcé manuel de la 5 direction. Selon une variante, le calculateur pilote la direction en fonction d'informations indépendantes de la colonne de direction et/ou en l'absence de colonne de direction. 10 Le système selon l'invention permet ainsi de réaliser : - une assistance de direction simple, avec colonne de direction - et/ou une assistance de direction et/ou conduite 15 autonome - et/ou un pilotage autonome uniquement (sans colonne de direction). De manière préférentielle ladite vis sans fin 20 commande ledit arbre à secteur denté par l'intermédiaire d'un écrou-piston formant deux chambres, ladite pompe électrique assurant le transfert du fluide entre lesdites deux chambres du circuit hydraulique. 25 Avantageusement, le système comporte un conduit de mise en relation des deux chambres munies d'une vanne maintenue en position fermée et entraînée en position ouverte en cas de défaillance du système d'assistance. Le système est donc dépourvu d'arbre de torsion commandant mécaniquement le transfert de fluide, contrairement aux systèmes de l'état de l'art où cet arbre de torsion permettant la circulation du fluide est indispensable et entraîne surcout et complexité. 3056181 -5 Le présent système peut avantageusement être dépourvu de lien mécanique entre la colonne de direction et le boîtier de direction. En effet le calculateur peut piloter la direction en 5 fonction d'informations indépendantes de la colonne de direction et/ou en l'absence de colonne de direction. Dans un mode de réalisation alternative, le piston-écrou est dépourvu de fonction hydraulique, l'axe de la vis sans 10 fin étant entrainé en rotation par un moteur hydraulique rotatif alimenté par la pompe hydraulique électrique recevant ses consignes de pilotage du calculateur. Dans un autre mode de réalisation gardant un piston-écrou dépourvu de fonction hydraulique, l'axe du secteur denté 15 est entrainé en rotation par un actionneur hydraulique rotatif alimenté par la pompe hydraulique électrique recevant ses consignes de pilotage du calculateur (5). Dans un autre mode de réalisation, le piston-écrou n'est pas utilisé et la vis sans fin entraine directement en 20 rotation le secteur denté, l'axe de ladite vis sans fin étant entrainé en rotation par un moteur hydraulique rotatif alimenté par la pompe hydraulique électrique recevant ses consignes de pilotage du calculateur. Dans un autre mode de réalisation où le piston-écrou 25 n'est pas utilisé la vis sans fin entraine directement en rotation le secteur denté, l'axe dudit secteur hydraulique étant entrainé en rotation par un actionneur hydraulique rotatif alimenté par la pompe hydraulique électrique recevant ses consignes de pilotage du calculateur. 30 L'invention propose aussi un boîtier de direction destinée à un système de direction électrohydraulique assistée pilotée électroniquement pour véhicules comportant une colonne de direction munie d'un capteur de couple situé en amont d'un boîtier de direction, le système comportant en outre une pompe électrique commandant le transfert du fluide dans deux chambres 3056181 - 6 - dudit boîtier de direction caractérisé en ce qu'il est constitué par un corps creux à l'intérieur duquel se déplace un piston entre deux chambres de volume variable en fonction du volume de fluide injecté ou refoulé par ladite pompe, ledit piston 5 coopérant avec une vis sans fin entraînant un arbre à secteur denté commandant le déplacement angulaire d'une bielle de direction. Description détaillée d'un exemple non limitatif de l'invention 10 La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un exemple non limitatif de l'invention qui suit, se référant aux dessins annexés où : - la figure 1 représente une vue schématique d'un 15 système selon l'invention, - la figure 2 représente une vue schématique du boîtier de direction, - la figure 3 représente une vue schématique du système d'assistance selon un mode particulier de réalisation où 20 le piston-écrou est dépourvu de fonction hydraulique, - la figure 4 représente une vue schématique du système d'assistance selon un autre mode particulier de réalisation où le piston-écrou est dépourvu de fonction hydraulique, 25 - la figure 5 représente une vue schématique du système d'assistance selon un mode particulier de réalisation avec une liaison directe entre la vis sans fin et le secteur denté, - la figure 6 représente une vue schématique du 30 système d'assistance selon un autre mode particulier de réalisation avec une liaison directe entre la vis sans fin et le secteur denté. 35 3056181 - 7 - Description générale du système de direction Le système de direction électrohydraulique assistée décrit à titre d'exemple dans ce qui suit comprend un boitier de 5 direction (1) dont l'arbre d'entrée est couplé mécaniquement à la colonne de direction (2) entraînée par le volant (3). Un capteur de couple (4) est placé sur la colonne de direction (2), entre le volant (3) et le boîtier de direction (1). Ce capteur de couple (4) fournit un signal représentatif 10 des efforts exercés par le conducteur à un calculateur (5). Ce calculateur (5) reçoit des données de divers capteurs et équipements, par exemple un capteur de position de la colonne de direction, un capteur de vitesse du véhicule, ou de mode de conduite sélectionné par le conducteur. Il peut aussi recevoir 15 des données provenant d'un système de conduite autonome (13). Le calculateur (5) fournit les signaux de commande au moteur (6) d'une pompe réversible (7), pour commander le sens de rotation du moteur, le déplacement angulaire et la vitesse. Cette pompe (7) alimente le boîtier de direction (1) par deux 20 conduits (8, 9) alimentant des chambres opposées prévues dans le boîtier de direction. La pompe commande la circulation du fluide entre ces deux conduits formant un circuit fermé, dans les deux sens, avec un débit et un sens déterminé par le calculateur (5) commandant le fonctionnement du moteur électrique (6) de la 25 pompe (7). Un réservoir de fluide (11) alimente le circuit fermé par l'intermédiaire d'un clapet anti-retour (12). Les deux sorties de la pompe sont reliées par un échangeur (10) qui est fermé normalement et qui présente une position ouverte en cas de défaillance électrique. 30 Description détaillée du boîtier de direction La figure 2 représente une vue en coupe d'un exemple de boîtier de direction (1). 35 Il est constitué par un corps étanche (17) creux délimitant un volume cylindrique à l'intérieur duquel se déplace 3056181 -8 un piston (20). Ce corps présente deux orifices raccordés aux conduits (8, 9) de circulation du fluide sous la commande de la pompe (7). Ces ouvertures (8, 9) débouchent dans deux chambres respectivement (18, 19) de part et d'autre du piston (20). En 5 fonction du sens de circulation de la pompe et de la pression, le piston est déplacé à l'intérieur du corps étanche (17). Le piston (20) est pourvu d'une crémaillère (21), qui va transmettre, lors de son déplacement, le mouvement au secteur denté (22) transformant ainsi la translation de la 10 crémaillère (21), en rotation de la bielle de direction (23) entraînée par la roue partiellement dentée (24). Le secteur denté (22) est relié à la bielle (23) qui transmet ainsi l'effort de commande à la timonerie. Le fonctionnement sans assistance est rendu 15 possible, bien que demandant un effort plus important de la part du conducteur grâce à l'échangeur (10) qui s'ouvre et court-circuite le circuit de pompage, annulant la pression hydraulique dans le boitier de direction (1). Il va de soit que le mode sans assistance est un mode de secours. 20 En figure 3 est représenté schématiquement un mode de réalisation où l'écrou-piston (20) est dépourvu de fonction hydraulique et où l'axe de la vis sans fin (25) est directement entrainé en rotation par un moteur hydraulique (14). Ce moteur hydraulique (14) est alimenté par le circuit hydraulique 25 commandé par la pompe (7). Le moteur hydraulique (14) peut réaliser plusieurs tours correspondant au nombre de tours de la colonne de direction. Ce dispositif permet de simplifier le boitier de direction et de déporter le circuit d'assistance ainsi que 30 d'utiliser un moteur hydraulique standard. En figure 4 est représenté schématiquement un autre mode de réalisation où l'écrou-piston (20) est dépourvu de fonction hydraulique et où le secteur denté (22) est directement entrainé 35 en rotation par un actionneur hydraulique (15). Cet actionneur hydraulique (15) est alimenté par le circuit hydraulique 3056181 -9 commandé par la pompe (7). L'actionneur hydraulique (15) présente une course angulaire limitée (typiquement quelques degrés à quelques dizaines de degrés) correspondant à l'amplitude maximale de la bielle de direction (23). 5 Ce dispositif permet de simplifier le boitier de direction et de déporter le circuit d'assistance ainsi que d'utiliser un actionneur hydraulique standard. Il est à noter que cette dernière réalisation sera particulièrement intéressante de par la réalisation plus aisée d'un actionneur 10 hydraulique comparé à un moteur hydraulique. En figure 5 est représenté schématiquement un mode de réalisation où le boitier de direction (1) est dépourvu d'écrou-piston, la vis sans fin (25) étant en relation mécanique directe 15 avec le secteur denté (22) et où l'axe de la vis sans fin (25) est directement entrainé en rotation par un moteur hydraulique (14). Ce moteur hydraulique (14) est alimenté par le circuit hydraulique commandé par la pompe (7). Le moteur hydraulique (14) peut réaliser plusieurs tours correspondant au nombre de 20 tours de la colonne de direction. Ce dispositif permet de simplifier le boitier de direction, en supprimant l'écrou-piston, et de déporter le circuit d'assistance ainsi que d'utiliser un moteur hydraulique standard. 25 En figure 6 est représenté schématiquement un autre mode de réalisation où le boitier de direction (1) est dépourvu d'écrou-piston, la vis sans fin (25) étant en relation mécanique directe avec le secteur denté (22) et où le secteur denté (22) est 30 directement entrainé en rotation par un actionneur hydraulique (15). Cet actionneur hydraulique (15) est alimenté par le circuit hydraulique commandé par la pompe (7). L'actionneur hydraulique (15) présente une course angulaire limitée (typiquement quelques degrés à quelques dizaines de degrés) 35 correspondant à l'amplitude maximale de la bielle de direction (23). 3056181 -10- Ce dispositif permet de simplifier le boitier de direction, en supprimant l'écrou-piston, et de déporter le circuit d'assistance ainsi que d'utiliser un actionneur hydraulique standard. Il est à noter que cette dernière 5 réalisation sera particulièrement intéressante de par la réalisation plus aisée d'un actionneur hydraulique comparé à un moteur hydraulique. REVENDICATIONS1 - Système de direction électrohydraulique assistée pilotée électroniquement pour véhicules comportant un capteur de couple (4) situé en amont d'un boîtier de direction (1), ledit boîtier de direction (1) contenant une vis sans fin (25) commandant en rotation un arbre à secteur denté (22) pilotant le déplacement angulaire d'une bielle de direction (23), le système comportant en outre une pompe (7) entrainée par un moteur électrique (6) commandant la circulation d'un fluide dans le boîtier de direction (1) caractérisé en ce qu'il comporte en outre un calculateur (5) comportant une entrée pour les signaux délivrés par ledit capteur de couple (4) et/ou les signaux délivrés par un système de conduite autonome (13) et commandant le débit, le sens de rotation et le volume instantané de ladite pompe électrique (7), le circuit hydraulique ainsi formé fonctionnant en circuit fermé. 2 - Système de direction électrohydraulique assistée selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite vis sans fin (25) commande ledit arbre à secteur denté (22) par l'intermédiaire d'un écrou-piston (20) formant deux chambres (18, 19), ladite pompe électrique (7) assurant le transfert du fluide entre lesdites deux chambres (18, 19) du circuit hydraulique. 3 - Système de direction électrohydraulique assistée selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'il comporte un conduit (10) de mise en relation des deux chambres (18, 19) munies d'une vanne maintenue en position fermée et entraînée en position ouverte en cas de défaillance du système d'assistance. 4 - Système de direction électrohydraulique assistée 35 selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est dépourvu 3056181 -12- d'arbre de torsion commandant mécaniquement le transfert de fluide. 5 - Système de direction électrohydraulique assistée 5 selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit système est dépourvu de lien mécanique entre une colonne de direction et le boîtier de direction. 6 - Système de direction électrohydraulique assistée 10 selon la revendication 1 caractérisé en ce que le calculateur (5) pilote la direction en fonction d'informations indépendantes de la colonne de direction et/ou en l'absence de colonne de direction. 15 7 - Système de direction électrohydraulique assistée selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'axe de la vis sans fin (25) étant entrainé en rotation par un moteur hydraulique (14) rotatif alimenté par la pompe (7) hydraulique électrique recevant ses consignes de pilotage du calculateur 20 (5). 8 - Système de direction électrohydraulique assistée selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'axe du secteur denté (22) étant entrainé en rotation par un actionneur 25 hydraulique (15) rotatif alimenté par la pompe (7) hydraulique électrique recevant ses consignes de pilotage du calculateur (5). 9 - Système de direction électrohydraulique assistée 30 selon la revendication 1 caractérisé en ce que la vis sans fin (25) entraine directement en rotation le secteur denté (22), l'axe de ladite vis sans fin (25) étant entrainé en rotation par un moteur hydraulique rotatif (14) alimenté par la pompe (7) hydraulique électrique recevant ses consignes de pilotage du calculateur (5). 3056181 -13- 10 - Système de direction électrohydraulique assistée selon la revendication 1 caractérisé en ce que la vis sans fin (25) entraîne directement en rotation le secteur denté (22), l'axe dudit secteur hydraulique étant entrainé en rotation 5 par un actionneur hydraulique (15) rotatif alimenté par la pompe (7) hydraulique électrique recevant ses consignes de pilotage du calculateur (5). 11 - Boîtier de direction destinée à un système de 10 direction électrohydraulique assistée pilotée électroniquement pour véhicules comportant une colonne de direction (2) munie d'un capteur de couple (4) situé en amont d'un boîtier de direction (1), le système comportant en outre une pompe électrique (6) commandant le transfert du fluide dans deux 15 chambres (18, 19) dudit boîtier de direction caractérisé en ce qu'il est constitué par un corps creux à l'intérieur duquel se déplace un piston (20-) entre deux chambres (18, 19) de volume variable en fonction du volume de fluide injecté ou refoulé par ladite pompe, ledit piston (20) coopérant avec une vis sans fin 20 (25) entraînant un arbre à secteur denté (22) commandant le déplacement angulaire d'une bielle de direction (22).