Brevet FR3086254A1 — publié le 20200327

ÉQUIPEMENT DE COMMANDE DE DIRECTION POUR VEHICULE AUTOMOBILE [0001] L'invention a trait aux colonnes de direction de véhicule automobile. [0002] La colonne de direction d'un véhicule automobile relie le volant positionné devant le siège du conducteur à la crémaillère de direction de l'essieu avant. Traditionnellement la liaison était uniquement mécanique, à base d'arbres en rotation, de carters et de roues dentées. [0003] Il a été identifié depuis longtemps que la colonne de direction constitue un danger pour le conducteur en cas de collision frontale ou de choc arrière, car d'une part elle peut 10 être projetée vers l'arrière du véhicule et donc vers le corps du conducteur sous l'effet du choc si celui-ci a lieu à l'avant, mais également le corps du conducteur peut par la décélération être projeté contre le volant et la colonne, même si celle-ci n'est pas enfoncée par l'impact. [0004] Ainsi il est connu de réserver un espace de sécurité entre le tablier de la 15 carrosserie et la colonne, en sorte que le tablier même s'il est enfoncé ne projette pas la colonne vers l'arrière, et de mettre en place des agencements télescopiques au sein de la colonne aux fins qu'elle se rétracte en cas de choc, de manière à ne pas blesser le conducteur. [0005] De plus, il est connu d'utiliser des colonnes de direction en deux morceaux, une 20 partie supérieure étant reliée au volant et étant suivie par une partie inférieure reliée à la crémaillère de direction, et faisant un angle avec l'horizontale plus important que la partie supérieure. Les deux parties sont reliées l'une à l'autre par un cardan, qui définit un renvoi d'angle. Il est possible de mettre en place une rétractation sur chacune des deux parties, ce qui constitue une sécurité pour le conducteur : la rétractation du segment inférieur 25 absorbe le recul du tablier lors d'un choc avant, alors que la rétractation du segment supérieur absorbe l'effort qu'exerce la tête du conducteur sur le volant si celle-ci le percute au cours d'une décélération brutale liée à un choc. Le segment supérieur est fixé à la carrosserie, mais un espace est réservé dans le prolongement de ce segment supérieur pour que le tablier ne l'enfonce pas en cas de choc avant. 2 [0006] On développe actuellement des colonnes de direction électriques, au sein desquelles il n'y a plus d'entrainement mécanique de la crémaillère de direction par le volant du conducteur, la commande étant transmise électriquement à un actionneur commandé. Le conducteur tourne son volant qui est relié par son arbre à un moteur de contre-effort qui simule la résistance des roues en contact du sol face à l'effort de rotation du conducteur. [0007] Le moteur de contre-effort occupe un espace conséquent et amène à repenser l'agencement du poste conducteur, même si celui-ci répond à des contraintes et des habitudes de fabrication bien ancrées. De plus il est lourd et peut engendrer des vibrations s'il n'est pas bien fixé. [0008] On connait du document US 2015/0375772 Al un système de direction électrique dans lequel les éléments de la colonne sont attachés par des verrous en sorte de ne pas bouger en cas de collision frontale. [0009] Cela pose un problème en terme d'absorption des chocs et de sécurité du conducteur en cas de collision longitudinale. [0010] Pour résoudre ce problème, il est proposé un équipement de commande de direction pour véhicule automobile comprenant une colonne avec à une première extrémité de la colonne un volant de direction du véhicule automobile (inclus dans l'équipement de commande) couplé en rotation et à une deuxième extrémité de la colonne un moteur électrique couplé en rotation à la colonne (et également inclus dans l'équipement de commande), l'équipement comprenant un montage télescopique de la colonne vis-à-vis du moteur. [0011] Grâce à ces principes, le conducteur est protégé, car le montage télescopique a pour effet de provoquer la rétractation du volant et de la colonne vers le tablier, en protégeant le conducteur, dans les situations de choc longitudinal. [0012] Selon des caractéristiques optionnelles et avantageuses : [0013] - l'équipement comprend de plus un montage télescopique de la colonne vis-à-vis du volant de direction ; cela permet de bénéficier d'une plus grande rétractation en cas de choc longitudinal ; [0014] - la colonne est en un segment linéaire, sans renvoi d'angle ; cela a l'avantage d'une conception plus simple ; 3 [0015] - le montage télescopique de la colonne vis-à-vis du moteur est obtenu par l'insertion d'une extrémité de la colonne dans un rotor creux du moteur, ledit rotor creux et la colonne étant couplés en rotation par la présence de cannelures à leur interface commune ; cela a l'avantage d'une conception simple ; 5 [0016] - l'équipement comprend un arbre portant des cannelures à ses deux extrémités, monté en rotation et télescopiquement à ses deux extrémités ; cela a l'avantage d'une conception simple ; [0017] - l'équipement comprend un carter et un capot de colonne, le moteur étant positionné sur la colonne à distance du carter et du capot ; la colonne est ainsi protégée 10 par le carter et le capot, tout en offrant la rétractation nécessaire à la sécurisation du conducteur. [0018] L'invention propose aussi un véhicule automobile comprenant un équipement de commande de direction, l'équipement étant tel qu'évoqué ci-dessus et la commande de direction étant adressée par voie électrique de l'équipement ou de la colonne aux roues 15 avant, le moteur électrique simulant pour le conducteur la résistance desdites roues au contact du sol. [0019] Le véhicule peut comprendre un tablier entre l'habitacle et un compartiment avant, le moteur étant attaché de plus sur le tablier par des moyens de fixation. Les vibrations sont alors diminuées, et l'espace est mieux utilisé, tout en ne diminuant pas la 20 sécurité du conducteur, puisque la rétractation de la colonne le protège en cas de choc. [0020] Le véhicule peut comprendre un mécanisme de rétractation du volant en phase de conduite autonome par mise en oeuvre du montage télescopique de la colonne vis-à-vis dudit moteur électrique. [0021] L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et 25 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 représente une colonne de direction par liaison mécanique selon l'art antérieur ; 30 - la figure 2 représente un mode de réalisation d'une colonne de direction (électrique) selon l'invention en position pour la conduite ; 4 - la figure 3 représente la colonne de direction de la figure 2 selon l'invention après rétractation dans le cadre d'une collision longitudinale. [0022] En figure 1 on a représenté la colonne de direction 20 selon l'art antérieur, avec une liaison mécanique entre le volant V et l'essieu avant (non représenté). 5 [0023] Le tablier de la carrosserie du véhicule est référencé 10. Il sépare l'habitacle du compartiment moteur à l'avant du véhicule. [0024] Le volant de direction V, manoeuvré par le conducteur est monté sur un arbre de volant 21 qui par l'intermédiaire d'un cardan de volant 22 entraine en rotation la barre de direction 23, formant un angle obtus (renvoi d'angle) avec l'arbre de volant 21, en sorte 10 que l'arbre de volant 21 soit plus proche de l'horizontale que la barre de direction 23. [0025] La barre de direction 23 traverse le tablier 10 et entraine la crémaillère de direction non représentée par l'intermédiaire d'un cardan de bas de colonne 24 transmettant l'effort exercé sur le volant à la crémaillère et aux biellettes de direction. [0026] L'arbre de volant 21 est inséré dans un carter de colonne 25 fixé au tablier 10 par 15 des moyens de fixation 26. Un vide de sécurité VS est présent entre le tablier 10 et l'extrémité de l'arbre de volant 21 opposée au volant (c'est-à-dire le cardan de volant 22) en sorte qu'en cas de collision frontale le tablier 10 éventuellement enfoncé ne projette pas l'arbre de volant 21 contre le conducteur. [0027] Qui plus est ces colonnes de direction par liaison mécanique disposent de deux 20 mécanismes de rétraction qui entrent en fonctionnement en cas de collision longitudinale. Le montage de rétractation Cl absorbe, par un mécanisme d'engagement télescopique, le recul relatif du tablier 10 lors d'un choc frontal, par raccourcissement télescopique de la barre de direction 23, télescopique. [0028] Le montage de rétractation C2 permet l'absorption de l'effort qu'exerce 25 potentiellement, en cas de collision longitudinale, la tête du conducteur venant heurter le volant V, par rétractation par un mécanisme d'engagement télescopique de l'arbre de volant 21 et, par conséquent, du volant V. [0029] En figure 2, on a représenté un équipement de commande de direction pour véhicule automobile selon l'invention, comprenant une colonne de direction 50. 5 [0030] La colonne de direction 50 est une colonne de direction électrique, sans liaison mécanique entre les roues et le volant (colonne dite by wire). Cette colonne 50 fait partie d'un équipement de commande de direction comprenant un volant V de direction à manier par le conducteur et un moteur 40 ayant pour fonction d'opposer un couple au conducteur 5 qui manie le volant V, pour reproduire les sensations de la conduite avec colonne mécanique, c'est-à-dire la résistance des roues au contact du sol. [0031] La commande de direction 50 est quant à elle transmise au mécanisme de direction monté sur l'essieu avant du véhicule par voie électrique, en fonction de l'angle du volant V. 10 [0032] Le volant V est monté sur un arbre de volant 51 dans un carter de colonne 55 et fixé dans l'habitacle par des fixations dissimulées par un capot 56. [0033] Le moteur électrique 40 est lourd et peut, s'il n'est pas solidement fixé, produire des vibrations importantes, dans des modes vibratoires favorisant l'amplitude, dans la colonne 50 et le volant V. 15 [0034] Le moteur 40 est fixé sur le tablier 10 par l'intermédiaire de fixations 42 , et c'est donc le tablier qui porte sa masse. Le moteur 40 est placé, sur l'axe de l'arbre de volant 51, qui est aussi l'axe unique de la colonne 50, à une distance significative du carter de colonne 55 et du capot 56, ce qui permet, en cas de choc, une rétractation importante de la colonne 55, de nature à protéger le conducteur. Ainsi, on peut prévoir une rétractation 20 de 100 mm ou plus, en plaçant le moteur 40 à 100 mm ou plus du capot 56. [0035] Le moteur 40 comprend un stator 401 et un rotor 402 creux, adapté pour accueillir en son intérieur un arbre de liaison 49 à l'extrémité cannelée (cannelures externes 495), s'engageant avec des rainures complémentaires internes au rotor 402 (cannelures internes 410). 25 [0036] L'arbre de liaison 49 est à son autre extrémité monté dans le prolongement de l'arbre du volant 51, et accueilli en l'intérieur de celui-ci qui est creux à l'opposé du volant V, à nouveau à l'aide de cannelures/rainures complémentaires 510 et 490 respectivement sur la face interne de l'arbre du volant 51 et sur la face externe de l'arbre de liaison 49. [0037] Les deux zones de cannelures aux deux extrémités de l'arbre de liaison 49 30 permettent, en série, la transmission de couple et l'entrainement en rotation du volant V vers le moteur 40 et du moteur 40 vers le volant V. 6 [0038] La colonne 50 est en un segment linéaire, sans renvoi d'angle. Elle pourrait être en deux segments avec un renvoi d'angle comme en figure 1, avec un cardan. [0039] Ces deux zones de cannelures permettent aussi la rétractation en cas de choc de l'arbre de liaison 49 dans l'intérieur de l'arbre de volant 51 et dans l'intérieur du rotor 403, 5 par engagement télescopique. En effet, les cannelures internes et externes engagées les unes avec les autres définissent des montages télescopiques de rétractation C10 et C20, de la colonne 50 vis-à-vis du volant V et vis-à-vis du moteur 40. [0040] Le moteur 40 étant positionné sur la colonne 50 à distance du carter 55 et du capot 56, et ne les rencontre que s'il effectue une course significative, offrant une sécurité 10 en cas de choc. Cette course peut éventuellement se faire dissimulée dans un tube de protection (non représenté), qui s'escamote ou se rétracte en cas de choc. [0041] En figure 3, on a représenté la colonne de direction 50 après une collision frontale COL ayant entrainé la rétractation par le montage de rétractation C20 (voir figure 2) de l'arbre de liaison 49 dans le moteur 40. Ainsi, la course du montage de rétractation C20 a 15 amené le volant V plus proche du tablier 10 qu'il ne l'était en figure 2. [0042] Le tablier 10 est déformé et s'est rapproché du volant V, sans pour autant lui transmettre le choc issu de la collision, grâce à la course de l'arbre de liaison 49 dans l'espace de dégagement 43, selon le montage télescopique de rétractation C20. En particulier, le moteur 40 s'est rapproché du capot 56 et du carter 55, et n'est entré en 20 contact avec eux qu'après une course significative permettant de garantir une sécurité importante au conducteur. [0043] L'espace 43 au sein du moteur 40 est maintenant occupé par l'extrémité de l'arbre de liaison 49 qui est entrée de manière télescopique à l'intérieur du moteur 40. [0044] On relève que la colonne de direction 50 est avec cette solution fixée au tablier 10 25 à l'opposé du volant V par l'intermédiaire du moteur 40, et non pas seulement par le carter de colonne 55 et le capot 56. Ainsi, la masse du moteur d'assistance 40 est reprise et supportée en partie par le tablier 10, et l'espace au bout de la colonne de direction à l'opposé du volant V est rentabilisé, sans impacter la sécurité du conducteur. [0045] On relève également que la course de rétractation C20 (figure 2) de la colonne de 30 direction peut être utilisée pour rétracter le volant à distance du conducteur pendant les phases de conduite autonome du véhicule, au cours desquelles le conducteur ne tient pas le volant, l'ordinateur de bord effectuant la conduite par lui-même. 7 [0046] Cela est mis en oeuvre par un mécanisme de rétractation du volant V en phase de conduite autonome utilisant le montage télescopique de rétractation C20 de la colonne 50 (c'est-à-dire ici de l'arbre de liaison 49) vis-à-vis dudit moteur électrique 40. Ce mécanisme peut être mis en oeuvre 5 [0047] La solution proposée offre un rapport d'architecture du poste de pilotage plus avantageux, avec une influence directe sur les quantités de matières utilisées et le poids du véhicule. [0048] La course du montage de rétractation Cl présentée en figure 1 peut être mise en place sur la colonne de direction 50 (référence C10 en figure 2). 10 [0049] Le ratio d'architecture est meilleur que dans les solutions antérieures, ce qui permet d'économiser REVENDICATIONS1. Équipement de commande de direction pour véhicule automobile comprenant une colonne (50), un volant de direction (V) du véhicule automobile couplé en rotation à la colonne (50) à une première extrémité de la colonne (50), et un moteur électrique (40) couplé en rotation à la colonne (50) à une deuxième extrémité de la colonne (50), caractérisé en ce que l'équipement comprend un montage télescopique (C20) de la colonne (50) vis-à-vis du moteur (40). 2. Équipement de commande de direction pour véhicule automobile selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'équipement comprend de plus un montage télescopique (C10) de la colonne (50) vis-à-vis du volant de direction (V). 3. Équipement de commande de direction pour véhicule automobile selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la colonne (50) est en un segment linéaire, sans renvoi d'angle. 4. Équipement de commande de direction pour véhicule automobile selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le montage télescopique de la colonne (50) vis-à-vis du moteur (40) est obtenu par l'insertion d'une extrémité de la colonne (50) dans un rotor creux (402) du moteur (40), ledit rotor creux (402) et la colonne (50) étant couplés en rotation par la présence de cannelures (410, 495) à leur interface commune. 5. Équipement de commande de direction pour véhicule automobile selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'équipement comprend un arbre (49) portant des cannelures (490, 495) à ses deux extrémités, monté en rotation et télescopiquement (C10, C20) à ses deux extrémités. 6. Équipement de commande de direction pour véhicule automobile selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'équipement comprend un carter (55) et un capot (56) de colonne (50), le moteur (40) étant positionné sur la colonne (50) à distance du carter (55) et du capot (56). 9 7. Véhicule automobile comprenant un équipement de commande de direction caractérisé en ce que l'équipement est selon l'une des revendications 1 à 6 et que la commande de direction est adressée par voie électrique de l'équipement aux roues avant, le moteur électrique (40) simulant pour le conducteur la résistance desdites roues au 5 contact du sol. 8. Véhicule automobile selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend un tablier (10) entre l'habitacle et un compartiment avant, le moteur étant attaché de plus sur le tablier par des moyens de fixation (42). 9. Véhicule automobile selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisé en ce 10 qu'il comprend un mécanisme de rétractation du volant (V) en phase de conduite autonome par mise en oeuvre du montage télescopique de la colonne (50) vis-à-vis dudit moteur électrique (40).