Brevet FR3070958A1 — publié le 20190315

«SYSTEME DE DIRECTION DE VEHICULE AUTOMOBILE COMPORTANT DES BIELLETTES MOTORISEES» [0001] La présente invention concerne un système de direction de véhicule automobile, différents procédés de commande de ce système de direction, ainsi qu'un 5 véhicule automobile équipé d'un tel système de direction. [0002] Les véhicules automobiles comportent généralement un système de direction comprenant une crémaillère disposée dans la direction transversale du véhicule, qui coulisse sous l'effet de la rotation d'un pignon relié au volant de direction commandé par le conducteur. 10 [0003] De chaque côté du véhicule une biellette de direction est reliée par des rotules d'un côté à l'extrémité de la crémaillère, et de l'autre côté à un bras lié au porte-moyeu de la roue avant montée sur un pivot sensiblement vertical, afin de réaliser le pivotement de ce porte-moyeu assurant la direction du véhicule. [0004] Le déplacement de la crémaillère directement proportionnel à l'angle de 15 rotation du volant de direction, donne aussi un pivotement des roues défini qui est sensiblement proportionnel à ce déplacement, dépendant de la géométrie du train avant. [0005] Une assistance de direction à commande électrique ou hydraulique, est généralement installée sur le système de direction afin de délivrer sur la crémaillère un 20 effort s'ajoutant à celui fourni par le conducteur. [0006] Pour des raisons de confort ou de sécurité, on peut chercher à modifier la loi de proportionnalité entre la rotation du volant et le pivotement des roues directrices. On réalise notamment une forte démultiplication près de la position centrale afin d'obtenir une petite sensibilité pour les petits angles de braquage de roues à grande vitesse, 25 assurant la sécurité, et une faible démultiplication donnant un braquage plus rapide des roues pour les grands pivotements aux faibles vitesses, notamment pour les manoeuvres du véhicule. [0007] Pour cela, un système de direction variable connu utilise une crémaillère présentant un pas réduit au centre et un pas élargi sur les côtés, en prise avec un 30 pignon particulier pouvant engrener avec cette crémaillère. 2 [0008] Ce système de direction réalise des rapports de démultiplication entièrement figés suivant l'angle du volant, ce qui réduit les possibilités d'utilisation. [0009] Un autre système de direction variable connu utilise un train épicycloïdal à trois éléments, disposé sur la colonne de direction, un des éléments étant relié à un moteur électrique ajoutant un complément de déplacement de la crémaillère par rapport à celui du volant. Ce système est relativement complexe à réaliser, et ajoute un encombrement sur la colonne de direction. [0010] Un autre système de direction variable connu utilise une commande électrique par câble, appelée « steer by wire » en langue anglaise, sans liaison mécanique entre le volant et les roues directrices, comprenant un capteur d'angle de rotation de ce volant, et un actionneur électrique réalisant le pivotement des roues directrices en fonction des données de ce capteur. [0011] La programmation d'un calculateur de commande de la direction permet de réaliser tous types de lois de démultiplication variable, qui peuvent être modifiées en fonction des paramètres de fonctionnement du véhicule. Cependant l'absence de liaison mécanique entre le volant et les roues directrices pose des problèmes de sécurité et de qualification importants, et entraîne des coûts élevés qui font que ces systèmes ne sont pas utilisés sur les véhicules automobiles courants. [0012] Un autre système de direction variable connu, présenté notamment par le document FR-B1-2910425, comporte un ou deux vérins hydrauliques intégrés dans le boîtier de la crémaillère de direction, ajoutant sur chaque extrémité de cette crémaillère reliée à une biellette de direction, un mouvement identique ou deux mouvements indépendants. [0013] Ce système de direction nécessite un boîtier comprenant la crémaillère très 25 différent de ceux existants, présentant un encombrement plus important, ce qui pose des problèmes d'implantation dans le véhicule, et de modification des standards des trains avant des véhicules. [0014] La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure. 30 [0015] Elle propose à cet effet un système de direction de véhicule automobile pour des roues directrices du véhicule, comportant un boîtier de direction contenant une crémaillère se déplaçant dans la direction transversale du véhicule, un volant de 3 direction commandant cette crémaillère, et de chaque côté du véhicule une biellette de direction liée à la crémaillère pour transmettre le déplacement aux roues directrices, ce système étant remarquable en ce qu'au moins une biellette de direction comporte un dispositif motorisé piloté lui donnant une longueur variable. 5 [0016] Un avantage de ce système de direction est qu'en gardant un boîtier de direction similaire à ceux couramment utilisés, sans modifier son implantation et son encombrement dans le véhicule, et en utilisant au moins d'un côté une biellette de direction motorisée, remplaçant des biellettes rigides utilisées précédemment, avec le même type de fixation, par une commande de cette motorisation dépendant d'un 10 programme on peut obtenir différents effets sur la direction, comme une variation de la démultiplication de cette direction. [0017] Ce système de direction peut facilement s'implanter sur différents types de véhicules avec peu de modifications de la structure, ce qui donne de manière économique des nouvelles possibilités de confort et de sécurité pour la conduite des 15 véhicules. [0018] Le système de direction suivant l'invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. [0019] En particulier, chaque biellette motorisée peut comporter une motorisation électrique reliée à un calculateur électronique de contrôle de la direction. 20 [0020] Selon un mode de réalisation, chaque biellette motorisée comporte deux parties coulissant l'une dans l'autre. [0021] Avantageusement, chaque biellette motorisée comporte une rotule à chaque extrémité. Ce type de biellette peut alors s'implanter facilement dans un véhicule à la place des biellettes rigides connues. [0022] L'invention a aussi pour objet un procédé de contrôle d'un système de direction comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes, comportant une étape de commande de l'état des biellettes motorisées par le conducteur, ou par un système de contrôle automatique recevant des informations sur le fonctionnement du véhicule. [0023] En particulier le procédé de contrôle peut commander alternativement un état neutre de la direction mettant les roues directrices parallèles, un état d'ouverture 4 donnant à chaque roue directrice un angle d'ouverture, ou un état de pincement donnant à chaque roue directrice un angle de pincement. [0024] En particulier le procédé de contrôle peut commander une démultiplication plus importante du mouvement entre le volant de direction et les roues directrices, pour 5 des angles de pivotement de ces roues directrices se trouvant dans une plage angulaire centrée sur la position neutre mettant les roues directrices parallèles. [0025] En particulier le procédé de contrôle peut réaliser un pivotement des roues directrices de manière autonome, en l'absence de déplacement de la crémaillère. [0026] En particulier le procédé de contrôle peut modifier le pivotement des roues 10 directrices en fonction du débattement des suspensions du véhicule. [0027] L'invention a de plus pour objet un véhicule automobile comportant un système de direction équipé d'une crémaillère recevant à chaque extrémité une biellette, ce système comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. [0028] L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et 15 avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention, et dans lesquels : - la figure 1 est un schéma en vue de dessus d'un système de direction selon l'invention ; 20 - la figure 2 est une vue du côté arrière d'un berceau avant d'un véhicule automobile comportant ce système de direction ; - la figure 3 présente successivement sur deux côtés un exemple de biellette motorisée pour ce système de direction ; et - les figures 4 et 5 sont des schémas présentant en vue de dessus un train avant 25 comprenant respectivement une ouverture et un pincement des roues avant. [0029] Les figures 1 et 2 présentent un berceau avant de véhicule automobile 18, recevant de chaque côté un triangle inférieur de suspension 20 pour une suspension du type « Mac Pherson », dont l'extrémité est fixée par une rotule inférieure non représentée, à un porte-moyeu 24. 5 [0030] Un amortisseur de suspension 22 disposé verticalement, comporte une base fixée au porte-moyeu 24, et une tige supérieure coulissante 26 fixée sur la caisse du véhicule. Le porte-moyeu 24 dirige la roue avant 44 qu'il supporte, en pivotant autour d'un axe sensiblement vertical passant par l'extrémité supérieure de la tige coulissante 5 26 et la rotule inférieure. [0031] Un boîtier de direction 2 disposé transversalement par rapport à l'axe longitudinal du véhicule représentant le sens de marche, sur le berceau avant 18, comporte à l'intérieur une crémaillère coulissant latéralement, qui est commandée par un pignon 4 relié par une colonne de direction 6 à un volant de direction 8 manoeuvré 10 par le conducteur. [0032] Un moteur électrique d'assistance 10 agit par un pignon 28 sur la crémaillère de direction, pour appliquer sur cette crémaillère une force de déplacement qui s'ajoute à celle délivrée par le conducteur. [0033] De chaque côté du train avant, une biellette de direction motorisée 12 est 15 reliée par une rotule intérieure 14 à une extrémité de la crémaillère de direction, et par une rotule extérieure 16 à un bras lié au porte-moyeu 24, pour transmettre le mouvement latéral de cette crémaillère à la roue avant directrice 44 en faisant pivoter son porte-moyeu. [0034] La biellette motorisée 12 comporte une motorisation électrique commandée 20 par un calculateur électronique de contrôle de la direction du véhicule, recevant différentes informations sur le fonctionnement du véhicule, pour modifier sa longueur au cours du roulage. [0035] La figure 3 présente un vérin électrique 38 pouvant former une biellette de direction motorisée avec un minimum d'adaptation, comportant une partie centrale 30, 25 et une partie extérieure 32 coulissant de manière télescopique sur cette partie centrale, sous l'effet d'une motorisation électrique qui est protégée à l'intérieur de ce vérin. [0036] Un câble électrique de liaison 36 relie la motorisation électrique intérieure au calculateur électronique de contrôle, pour commander cette motorisation. [0037] Les deux extrémités du vérin électrique 38 comportent une liaison 34 30 permettant des pivotements autour d'un axe disposé transversalement par rapport à ce vérin. 6 [0038] Ce type de vérin électrique 38 existant dans le commerce, présentant un diamètre maximum d'environ 50mm, peut développer avec une alimentation électrique de 12V un effort de 450daN, ce qui couvre largement les efforts normaux habituels, en dehors des chocs exceptionnels, transmis par les biellettes de direction qui sont de 5 l'ordre de 300daN. [0039] En variante on peut utiliser tout autre type de motorisation pour la biellette motorisée 12, notamment un vérin hydraulique recevant une pression de fluide extérieur. On peut aussi prévoir une unique biellette motorisée d'un seul côté, ce qui réduit les coûts tout en permettant certains réglages de la direction. 10 [0040] Le système de direction selon l'invention permet de réaliser de nombreuses fonctions de confort ou de sécurité, commandées par le calculateur électronique en réponse à des demandes du conducteur, ou de manière automatique en réponse à des informations sur le fonctionnement du véhicule. La variation de longueur des biellettes motorisées 12 peut être symétrique comme présenté dans les trois exemples qui 15 suivent, ou différenciée suivant les côtés, comme présenté après ces trois exemples. [0041] En particulier le système de direction peut assurer un réglage neutre comprenant un parallélisme des deux roues avant directrices, avec une longueur moyenne de chaque biellette motorisée 12, assurant un mode économie comprenant un faible frottement des pneumatiques donnant la plus faible consommation d'énergie 20 et une moindre usure de ces pneumatiques. [0042] La figure 4 présente des roues avant 44 guidées chacune par un triangle de suspension inférieur 40 et triangle supérieur 42. On a un réglage d'ouverture des roues directrices 44, chaque biellette motorisée 12 réalisant une petite réduction de sa longueur par rapport à sa longueur moyenne, afin de donner à chaque roue un 25 pivotement d'angle O vers l'extérieur du côté avant, formant cette ouverture. [0043] On assure de cette manière une meilleure stabilité du véhicule en ligne droite, en particulier aux grandes vitesses, par exemple supérieure à 160km/h. Cependant cette ouverture ne favorise pas le braquage du véhicule. [0044] La figure 5 présente un réglage de pincement des roues directrices 44, chaque 30 biellette motorisée 12 réalisant une petite augmentation de sa longueur par rapport à sa longueur moyenne, afin de donner à chaque roue un pivotement d'angle P vers 7 l'intérieur du côté avant. On donne au véhicule une possibilité de braquage plus incisif qui lui assure un caractère plus sportif. [0045] Le système de direction peut assurer de manière automatique une variation continue de la démultiplication du pivotement des roues. Dans ce cas pour les petits 5 pivotements des roues directrices, en particulier aux grandes vitesses du véhicule, chaque biellette motorisée 12 agit de son côté pour réduire l'amplitude du mouvement de pivotement commandé par la crémaillère de direction. Pour les grands pivotements des roues directrices, en particulier aux petites vitesses, chaque biellette motorisée 12 agit à l'inverse de son côté pour augmenter l'amplitude du mouvement. 10 [0046] A chaque fois les deux biellettes motorisées 12 agissent en sens inverse, travaillant l'une en augmentation et l'autre en diminution de longueur suivant la direction du tirage, afin de donner un rayon de braquage plus ou moins important aux deux roues directrices 44. [0047] Le système de direction peut améliorer de manière automatique le pivotement 15 individuel de chaque roue 44 dans différentes conditions d'utilisation du véhicule, notamment pour corriger la géométrie donnant le pivotement différencié des roues afin de compenser la différence de rayons de circulation de ces roues, appelée aussi « épure de Jeantaud », en particulier lors du travail des suspensions. [0048] De cette manière on peut obtenir une géométrie parfaite qui assure un 20 minimum d'usure des pneumatiques. [0049] Le système de direction peut assurer aussi avec le contrôle du moteur d'assistance 10, un système redondant de direction du véhicule, notamment pour un véhicule à conduite automatique. [0050] Dans le cas d'une défaillance du système de commande de la crémaillère par 25 son moteur d'assistance 10 réalisant le braquage automatique du véhicule, les deux biellettes motorisées 12 peuvent alors se charger dans une certaine mesure de réaliser le braquage du véhicule indépendamment de cette crémaillère, ce qui assure une sécurité par un doublage de la fonction. [0051] Le système de direction peut aussi assurer de manière automatique des 30 modifications du pivotement des roues en fonction du débattement des suspensions, notamment pour éviter des interférences des pneumatiques avec la carrosserie lors de forts enfoncements de la suspension. De cette manière on peut obtenir dans certaines 8 conditions un pivotement un peu plus important des roues directrices 44 sans risquer d'interférence, ce qui améliore le confort et la sécurité. [0052] Le système de direction peut de plus assurer de manière automatique certaines fonctions de sécurité passive, notamment de correction de trajectoire, 5 s'ajoutant par exemple à un système de contrôle de la trajectoire du véhicule avec un programme de stabilité électronique du type « ESP » (« Electronic Stability Program » en langue anglaise), qui utilise les freins des roues. [0053] D'une manière générale les différents états de la direction peuvent être sélectionnés automatiquement par le calculateur électronique suivant les conditions de 10 roulage, ou choisis par le conducteur suivant le type de conduite qu'il veut adopter. [0054] Le système de direction selon l'invention peut s'installer facilement sur tous types de véhicules, en remplaçant simplement chaque biellette rigide par une biellette motorisée 12 comportant des fixations similaires à ses extrémités, ce qui permet de faire cette transformation de manière rapide et économique, sans modifier l'architecture REVENDICATIONS1. Système de direction de véhicule automobile pour des roues directrices du véhicule (44), comportant un boîtier de direction (2) contenant une crémaillère se déplaçant dans la direction transversale du véhicule, un volant de direction (8) commandant cette crémaillère, et de chaque côté du véhicule une biellette de direction (12) liée à la crémaillère pour transmettre le déplacement aux roues directrices (44), caractérisé en ce qu'au moins une biellette de direction (12) comporte un dispositif motorisé piloté lui donnant une longueur variable. 2. Système de direction selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque 10 biellette motorisée (12) comporte une motorisation électrique reliée à un calculateur électronique de contrôle de la direction. 3. Système de direction selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ce chaque biellette motorisée (12) comporte deux parties (30, 32) coulissant l'une dans l'autre. 15 4. Système de direction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque biellette motorisée (12) comporte une rotule (14, 16) à chaque extrémité. 5. Procédé de contrôle d'un système de direction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de commande 20 de l'état des biellettes motorisées (12) par le conducteur, ou par un système de contrôle automatique recevant des informations sur le fonctionnement du véhicule. 6. Procédé de contrôle selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il commande alternativement un état neutre de la direction mettant les roues directrices (44) parallèles, un état d'ouverture donnant à chaque roue directrice (44) un angle 25 d'ouverture (0), ou un état de pincement donnant à chaque roue directrice (44) un angle de pincement (P). 7. Procédé de contrôle selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il commande une démultiplication plus importante du mouvement entre le volant de direction (8) et les roues directrices (44), pour des angles de pivotement de ces roues 30 directrices (44) se trouvant dans une plage angulaire centrée sur la position neutre mettant les roues directrices parallèles (44). 8. Procédé de contrôle selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'il réalise un pivotement des roues directrices (44) de manière autonome, en l'absence de déplacement de la crémaillère. 9. Procédé de contrôle selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé 5 en ce qu'il modifie le pivotement des roues directrices (44) en fonction du débattement des suspensions du véhicule. 10. Véhicule automobile comportant un système de direction équipé d'une crémaillère recevant à chaque extrémité une biellette (12), caractérisé en ce que ce système de direction est selon l'une quelconque des revendications 1 à 4.