Brevet FR3063476A1 — publié le 20180907

DIRECTION DE VEHICULE AUTOMOBILE COMPORTANT UNE ELASTICITE AXIALE ENTRE LES BIELLETTES ET LA CREMAILLERE La présente invention concerne un dispositif de direction pour un véhicule automobile, ainsi qu'un véhicule automobile équipé d'un tel dispositif de direction. Les véhicules automobiles comportent à l'avant un système de direction, comprenant généralement une crémaillère disposée transversalement commandée par le volant de direction, recevant à chaque extrémité une biellette qui entraîne en rotation le moyeu d'une roue avant autour de son pivot de direction. La biellette comporte à chaque extrémité une rotule permettant de suivre les mouvements de la direction et ceux de la suspension du véhicule. Un type de biellette de direction connu, présenté notamment par le document US-B2-7296802, comporte un soufflet de protection en élastomère fixé d'un côté sur le boîtier de la crémaillère de direction et de l'autre côté sur la tige de la biellette, afin de recouvrir entièrement l'extrémité de la crémaillère qui peut sortir plus ou moins de son boîtier en fonction de l'angle de braquage des roues. Le soufflet de protection comporte suivant sa longueur différentes raideurs afin de maintenir une bonne position permettant d'assurer une protection du mécanisme intérieur du boîtier ainsi que de la rotule comportant de la graisse. Par ailleurs il est connu de disposer sur un élément de la suspension ou de la direction du véhicule maintenant une roue avant, une certaine élasticité réagissant à un effort transversal appliqué par la route sur le pneumatique de la roue à l'extérieur d'un virage, afin de provoquer un léger contre-braquage de cette roue qui tend à stabiliser le véhicule. Une solution connue pour une suspension comportant un triangle inférieur fixé par deux articulations espacées longitudinalement sur un berceau du véhicule, notamment pour une suspension du type « Mac 3063476 2 Pherson », consiste à donner une élasticité transversale à l'articulation arrière. Toutefois un problème se pose pour obtenir avec cette élasticité à la fois une flexibilité suffisante donnant le contre-braquage recherché, et une 5 raideur assez importante lui permettant de résister à des contraintes sur la roue dans la direction longitudinale, afin d'éviter des déformations non souhaitables de ce train. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces problèmes de l'art antérieur. 10 Elle propose à cet effet un dispositif de direction de véhicule automobile comportant une crémaillère présentant à chaque extrémité une biellette de direction reliée à cette crémaillère par une liaison comprenant une rotule, ce dispositif étant remarquable en ce que la liaison entre la biellette et la crémaillère présente un jeu axial limité, et en ce qu'il comporte un système 15 élastique prenant appui d'un côté sur la crémaillère et de l'autre côté sur la biellette, maintenant au repos le jeu axial dans une position centrale. Un avantage de ce dispositif de direction est qu'en calculant la raideur du système élastique, on obtient de manière simple une liaison entre la biellette et la crémaillère disposant d'une élasticité dans les deux directions, 20 permettant d'obtenir le léger contre-braquage nécessaire dans les virages sous l'effet de la réaction de la route sur le pneumatique, assurant la stabilité du véhicule. De plus l'élasticité disposée sur la biellette de direction réagit peu aux contraintes longitudinales appliquées sur la roue, ce qui maintient la 25 géométrie du train avant dans des chocs longitudinaux sur cette route. Le dispositif de direction selon l'invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, la raideur axiale du système élastique est comprise 30 entre 150 et 500daN/mm. Avantageusement, le jeu axial de chaque côté de la position centrale est compris entre 0,5 et 1,5mm. 3063476 3 Avantageusement, le système élastique comporte un élastomère. Dans ce cas, avantageusement l'élastomère entoure complètement la crémaillère. En particulier, l'élastomère peut comporter à l'intérieur des gorges 5 annulaires engagées sur des disques liés à la biellette et à la crémaillère, qui assurent une fixation du système élastique. Avantageusement, le système élastique fait partie d'un soufflet de protection. Avantageusement, le système élastique comporte un élastomère 10 thermoplastique comprenant un copolymère à blocs du type copolyester thermoplastique, ou à blocs éther-ester. Selon un mode de réalisation, le jeu axial est formé entre la crémaillère et un embout supportant la rotule, par un coulissement axial d'une tige de cet embout ajusté dans un perçage disposé à l'extrémité de la crémaillère. 15 L'invention a de plus pour objet un véhicule automobile équipé d'un système de direction comportant un dispositif de direction comprenant l'une 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 20 donnée à titre d'exemple et de manière non limitative, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue de dessus d'une suspension avant d'un véhicule automobile comportant un dispositif de direction selon l'art antérieur 25 - la figure 2 est une vue de détail de ce dispositif de direction ; - la figure 3 est une vue de détail en coupe axiale de l'extrémité de la crémaillère de ce dispositif de direction ; et - les figures 4, 5 et 6 sont des vues en coupe axiale d'une extrémité de la crémaillère d'un dispositif de direction selon l'invention, présentée 30 successivement avec la biellette axialement dans une position centrale de repos, dans une position sortie et dans une position rentrée. 3063476 4 Les figures 1, 2 et 3 présentent un triangle de suspension 2 d'une suspension du type Mac Pherson, comportant une articulation avant 6 et une articulation arrière 8 sensiblement alignées suivant la direction longitudinale du véhicule, fixées sur un berceau avant 4 du véhicule. 5 Un support de roue recevant une roue avant 12 est fixé sur un amortisseur 10 disposé sensiblement verticalement 10, relié à l'extrémité extérieure du triangle de suspension 2 par une rotule. Un boîtier de direction 14 disposé transversalement dans le véhicule, fixé sur le berceau avant 4 par des vis, comporte à l'intérieur une crémaillère 10 30 coulissant transversalement. Chaque extrémité de la crémaillère 30 reçoit par l'intermédiaire d'une rotule intérieure une biellette de direction 18 comportant un réglage en longueur serré par un contre-écrou 20, qui est elle-même reliée au support de roue par une rotule extérieure. 15 Un soufflet en élastomère 22 forme un manchon fixé d'un côté sur le boîtier de direction 14 et de l'autre côté sur la biellette 18, enferme entièrement l'extrémité de la crémaillère 30 ainsi que la rotule intérieure afin de permettre tous les débattements tout en protégeant ces systèmes qui sont lubrifiés des projections d'eau et de poussière. 20 Chaque extrémité de la crémaillère 30 comporte un perçage axial 26 taraudé, recevant une tige filetée 28 vissé dans ce perçage d'un embout 32 comprenant une coupelle recevant la rotule intérieure de la biellette 18. Ce montage de la rotule intérieure 34 sur la crémaillère 30, assure la sécurité de la direction en devant résister aux chocs reçus sur la roue 12. 25 La force F1 dirigée vers l'intérieur du véhicule, appliquée par réaction par la route sur la roue 12 dans un virage vers la gauche, génère une force F2 sur l'articulation arrière 8 qui se comprime légèrement en induisant le petit contre-braquage désiré de cette roue avant. La figure 4 présente un embout 32 recevant la rotule intérieure 34, 30 comportant vers l'intérieur du véhicule une tige 28 cylindrique lisse, qui est ajustée dans un perçage 26 lisse aussi de l'extrémité de la crémaillère 30. 3063476 5 La tige cylindrique 28 de l'embout 32 comporte suivant un diamètre une fente transversale 36 qui s'étend sur une petite longueur axiale, recevant de manière ajustée une goupille transversale 38 engagée dans un perçage diamétral de l'extrémité de la crémaillère 30. 5 De cette manière l'embout 32 peut coulisser axialement de chaque côté avec un petit jeu par rapport à une position centrale de repos présentée sur cette figure 4, limité de chaque côté par la goupille 38 venant aux extrémités de la fente transversale 36. L'ajustement précis de la tige cylindrique 28 dans le perçage 26 permet 10 un coulissement sans jeu latéral, de manière à obtenir une rigueur du guidage axial de la rotule 34, et d'éviter des usures sur les éléments coulissants. En variante le système de limitation du coulissement par la goupille 38 ajustée dans la fente transversale 36, peut être remplacé par tout autre 15 système permettant un coulissement limité. On peut notamment prévoir des joncs d'arrêt de chaque côté pour arrêter un coulissement. La figure 5 présente la rotule 34 entièrement sortie vers l'extérieur du véhicule, après un coulissement suivant un jeu J1. La figure 6 présente la rotule 34 entièrement rentrée vers l'intérieur du 20 véhicule, après un coulissement suivant un jeu J2. Un soufflet de protection en élastomère 22 présenté en partie supérieure des figures 4 à 6, entoure la crémaillère 30 ainsi que la biellette de direction 18, en enfermant à l'intérieur les mécanismes mobiles pour les protéger. 25 Le soufflet de protection 22 comporte successivement en partant du côté extérieur du véhicule, une partie articulée 44 qui couvre la rotule 34, une partie intermédiaire coulissante 48 à forte raideur qui relie cette rotule à l'extrémité de la crémaillère 30, et une partie coulissante à faible raideur 52 qui relie cette extrémité de la crémaillère au boîtier de direction 14. 30 La partie articulée 44 comporte du côté extérieur du véhicule un contour serrant la biellette de direction 18, et de l'autre côté une première gorge 3063476 6 annulaire 46 tournée vers l'axe, qui reçoit à l'intérieur de manière serrée un disque 40 entourant l'embout 32. La partie articulée 44 permet grâce à des soufflets non représentés, tous les débattements angulaires de la biellette 18 autour de sa rotule 5 intérieure 34. La partie coulissante à faible raideur 52 comporte du côté extérieur du véhicule une deuxième gorge annulaire 50 tournée vers l'axe, qui reçoit à l'intérieur de manière serrée un disque 42 entourant la crémaillère 30, et comporte de l'autre côté un contour ajusté autour du boîtier de direction 14. 10 La partie coulissante à faible raideur 52 comporte une raideur suffisamment faible et une capacité d'expansion élevée grâce à des soufflets non représentés, permettant de suivre le coulissement axial complet de la crémaillère 30 d'une butée à l'autre. La partie intermédiaire 48 à forte raideur, fixée à chaque extrémité de 15 manière rigide sur l'extrémité de la crémaillère 30 et sur l'embout 32 de la rotule 34, comporte une raideur élevée assurant un rappel du petit coulissement axial de cet embout à l'intérieur des jeux J1, J2 permis par la fente transversale 36, vers une position centrale de repos. La forte raideur de la partie intermédiaire 48 constitue un système 20 élastique qui s'oppose au coulissement de l'embout 32 par rapport à la crémaillère 30, en permettant sous l'effet d'une force transversale venant de la force de réaction du sol F1 sur la roue extérieure 12 dans un virage, une petite compression donnant le contre-braquage recherchée de cette roue. Avantageusement la partie intermédiaire 48 présente une raideur 25 comprise entre 150 et 500 daN/mm, ce qui donne une valeur de contre- braquage optimisée. Une course totale dans chaque direction de l'embout 32 par rapport à la crémaillère 30 inférieure à 1,5mm, et avantageusement de 1mm, est suffisante pour en fonctionnement normal ne pas atteindre ces courses maximum. 30 Avantageusement on réalise le soufflet 22 par un moulage d'un élastomère thermoplastique, comportant un copolymère à blocs du type copolyester thermoplastique, ou à blocs éther-ester présentant une facilité de 3063476 7 fabrication, et une bonne tenue à la fatigue, à la température ainsi qu'aux agents chimiques présents. On peut utiliser notamment un élastomère thermoplastique connu sous l'appellation commerciale « Hytrel ». On notera que le soufflet 22 réalisant en même temps la protection et le 5 système élastique de la fonction de contre-braquage, permet d'utiliser un composant déjà existant sur les véhicules en l'adaptant, ce qui évite de prévoir des pièces supplémentaires, un encombrement additionnel, et d'ajouter des coûts importants. REVENDICATIONS1 - Dispositif de direction de véhicule automobile comportant une crémaillère (30) présentant à chaque extrémité une biellette de direction (18) reliée à cette crémaillère (30) par une liaison comprenant une rotule (34), caractérisé en ce que la liaison entre la biellette (18) et la crémaillère (30) présente un jeu axial limité (J1, J2), et en ce qu'il comporte un système élastique (48) prenant appui d'un côté sur la crémaillère (30) et de l'autre côté sur la biellette (18), maintenant au repos le jeu axial dans une position centrale. 2 - Dispositif de direction selon la revendication 1, caractérisé en ce que la raideur axiale du système élastique est comprise entre 150 et 500daN/mm. 3 - Dispositif de direction selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le jeu axial (J1, J2) de chaque côté de la position centrale est compris entre 0,5 et 1,5mm. 4 - Dispositif de direction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système élastique (48) comporte un élastomère. 5 - Dispositif de direction selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élastomère entoure complètement la crémaillère (30). 6 - Dispositif de direction selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élastomère comporte à l'intérieur des gorges annulaires (46, 50) engagées sur des disques (40, 42) liés à la biellette (18) et à la crémaillère (30), qui assurent une fixation du système élastique (48). 7 - Dispositif de direction selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le système élastique (48) fait partie d'un soufflet de protection (22). 8 - Dispositif de direction selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le système élastique (48) comporte un élastomère 30 thermoplastique comprenant un copolymère à blocs du type copolyester thermoplastique, ou à blocs éther-ester. 3063476 9 9 - Dispositif de direction selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le jeu axial (J1, J2) est formé entre la crémaillère (30) et un embout (32) supportant la rotule (34), par un coulissement axial d'une tige (28) de cet embout (32) ajusté dans un perçage 5 (26) disposé à l'extrémité de la crémaillère (30). 10 - Véhicule automobile équipé d'un système de direction, caractérisé en ce que ce système comporte un dispositif de direction selon l'une quelconque des revendications précédentes.