Brevet FR3113021A1 — publié le 20220204

La présente invention porte sur un système de direction (5) pour véhicule (1) comprenant un habitacle (2), un compartiment moteur (3), un premier élément structurel du véhicule et un deuxième élément structurel du véhicule, ledit système de direction (5) comprenant: - Une colonne de direction (6) comprenant une première (E1) et une deuxième extrémités (E2), ladite première extrémité (E1) étant reliée à un volant (7) présent dans l’habitacle du véhicule (2), la colonne de direction (6) étant fixée sur le premier élément structurel du véhicule (1), - Un module de retour de force (20, 40) étant fixé sur le deuxième élément structurel du véhicule (1), ledit deuxième élément structurel du véhicule (1) étant différent du premier élément structurel, - La deuxième extrémité (E2) de la colonne de direction (6) et ledit module de retour de force (20, 40) étant reliés par au moins un moyen de liaison (9, 41a, 41b, 41c). Figure 2 Système de direction pour véhicule La présente invention concerne un système de direction pour véhicule. La présente invention est particulièrement adaptée à l’industrie automobile. L’industrie automobile se dirige vers le développement de véhicules avec des phases de conduites autonomes, c’est-à-dire des phases de conduites au cours desquelles le conducteur est déchargé de toute action sur le volant. Une des problématiques des véhicules autonomes est notamment d’éviter que le volant tourne lorsque les roues directrices du véhicule tournent. A cet effet, les systèmes de directions conventionnels présents dans les véhicules sont progressivement remplacés par des systèmes de direction sans lien mécanique, également appelés « Steer-by-Wire ». De façon générale, dans un véhicule automobile équipé d'un système de direction de type Steer-by-Wire, aucun lien mécanique n'est présent entre l'organe de commande des roues, à savoir le volant par exemple, et les roues directrices. La traditionnelle colonne de direction est remplacée par des liaisons électriques à même de transmettre des ordres de commande générés à partir de la rotation du volant, à des actionneurs, généralement électriques, qui assurent un contrôle de l'angle de braquage des roues directrices. Dans un système de commande de direction de type Steer-by-Wire, il est nécessaire de reproduire pour le conducteur les sensations de conduite indispensables à la bonne maîtrise d'un véhicule. En effet, les sensations perçues par le conducteur par l'intermédiaire du volant ont une part capitale dans son aptitude à diriger son véhicule. On connait, à ce jour, de nombreux systèmes de direction équipés d'un module de retour d'effort qui a pour principale fonction de délivrer un retour de force sur le volant de telle manière que le conducteur ressente l'état de la route tel que le changement d'adhérence ou autres de la même manière qu'avec un système de direction de véhicule automobile de type mécanique. Ce module de retour d'effort simule ainsi les efforts qui seraient ressentis avec un système de direction mécanique classique. Lorsque le module de retour de force est disposé sur la colonne de direction, il est nécessaire d’avoir de l’espace disponible dans l’habitacle du véhicule, généralement sous le tableau de bord. Des aménagements structurels importants sont nécessaires pour libérer cet espace et répondre aux exigences des constructeurs automobiles. Par exemple, il peut être nécessaire de déplacer le boitier de climatisation, etc. Par ailleurs, le module de retour de force intégré à la colonne de direction alourdit considérablement la colonne de direction et va nécessiter un réaménagement important des éléments dans le véhicule pour pouvoir supporter cette masse supplémentaire notamment la traverse de planche de bord qui supporte habituellement la colonne de direction. En outre, les constructeurs automobiles développent plusieurs véhicules sur une plateforme technique commune pour réaliser des économies d’échelle. Ainsi un même véhicule peut être proposé dans une version équipée d’une direction conventionnelle et dans une version équipée d’une direction steer by wire. Les véhicules équipés spécifiquement d’une direction « steer by wire » perturbent cette plateforme technique commune en y introduisant une diversité. En effet, intégrer une colonne de direction munie d’un module de retour de force dans un véhicule s’avère très contraignant puisque l’espace nécessaire au module de retour de force est généralement occupé par d’autres éléments de la planche de bord comme la climatisation ou des écrans par exemple. De plus, des systèmes de direction Steer-by-Wire doivent également comprendre tous les éléments déjà présents sur un système de direction conventionnel, à savoir un système de réglage du volant en hauteur et profondeur ; l’enfoncement du volant avec absorption d’énergie en cas d’accident ou un système de réglage électrique de la colonne. Enfin, le coût du développement et de l’industrialisation d’un système de direction Steer-by-Wire sont élevés. En effet, ce coût élevé est lié à l’architecture du système ainsi qu’au nombre importants de composants. L’invention a pour but de remédier aux inconvénients précités en proposant un système de direction peu volumineux ; facilement intégrable dans un véhicule, par exemple déjà existant; facilement adaptable à diverses configurations de véhicules et peu coûteux. L’invention a pour objet un système de direction pour véhicule comprenant un habitacle, un compartiment moteur, un premier élément structurel du véhicule et un deuxième élément structurel du véhicule, ledit système de direction comprenant: Une colonne de direction comprenant une première et une deuxième extrémités, ladite première extrémité étant reliée à un volant présent dans l’habitacle du véhicule, la colonne de direction étant fixée sur le premier élément structurel du véhicule, Un module de retour de force étant fixé sur le deuxième élément structurel du véhicule, ledit deuxième élément structurel du véhicule étant différent du premier élément, La deuxième extrémité de la colonne de direction et ledit module de retour de force étant reliés par au moins un moyen de liaison. Le système de direction selon l’invention dont le module de retour de force est, contrairement à l’art antérieur, relié mécaniquement à la colonne de direction par le biais d’un moyen de liaison. Par ailleurs, la colonne de direction et le module de retour de force sont fixés à des éléments distincts du véhicule. Ainsi, le système de direction selon l’invention est facilement intégré dans un véhicule, notamment dans les véhicules déjà existants. En outre, il semble que le système de direction selon l’invention s’adapte facilement à diverses configurations d’habitacle du véhicule. En effet, la colonne de direction et le module de retour de force sont fixés à des éléments distincts du véhicule ce qui permet une intégration facile dans un véhicule, notamment dans les véhicules déjà existants. Selon un mode de réalisation de l’invention, le premier élément structurel est une traverse. On entend par traverse du véhicule, l’élément de la structure du véhicule sur lequel des composants du tableau de bord sont attachés, c’est-à-dire le squelette d'un organisme. De préférence, la colonne de direction est disposée sur cette traverse, également appelé en anglais « crosscar beam ». Sans vouloir être lié à une théorie, il semble que la traverse est adaptée à recevoir la colonne direction, par exemple manuelle ou manuelle à réglage électrique, et à supporter sa masse. Selon un mode de réalisation de l’invention, le deuxième élément structurel est un tablier. On entend par tablier, l’élément qui permet la séparation entre le compartiment moteur et l'habitacle d'une voiture. De préférence, le module de retour de force est disposé sur le tablier du véhicule. En effet, lorsque le module de force est disposé sur le tablier, il semble qu’une plus grande possibilité de configurations est envisagée ce qui permet au système de direction de s’adapter facilement à différents véhicules. Selon un mode de réalisation de l’invention, le module de retour de force est situé dans l’habitacle ou dans le compartiment moteur. En effet, avec le système de direction selon l’invention, plusieurs configurations peuvent-être envisagées ce qui permet au système de direction de s’adapter facilement à différents véhicules. Selon un mode de réalisation de l’invention, le module de retour de force se situe dans le compartiment moteur, le module de retour de force comprend des moyens d’étanchéité tels que des joints caoutchoucs, des colles, des résines qui rendent étanche les différents éléments du module de retour de force. Dans ce mode de réalisation, les moyens d’étanchéité protègent le module de retour de force et isolent l’habitacle du compartiment moteur. En effet, le module de retour de force est relié mécaniquement à la colonne de direction par l’une de ses extrémités si bien que cette extrémité traverse le tablier en direction de la colonne de direction. Des moyens d’étanchéité comme des joints ou des soufflets souples en matière plastique comme des caoutchoucs permettent d’assurer l’étanchéité entre le compartiment moteur et l’habitacle malgré l’orifice nécessaire pour relier mécaniquement le module de retour de force et la colonne de direction. Selon un mode de réalisation de l’invention, lorsque le module de retour de force se situe dans l’habitacle, le module de retour de force est fixé sur le deuxième élément structurel du véhicule via un moyen de fixation. Selon un mode de réalisation de l’invention, le moyen de fixation permet un mouvement en translation et/ou en rotation du module de retour de force. Par exemple, le moyen de fixation est un élément comprenant un arbre mécanique de rotation. Par exemple, l’élément peut comprendre deux pattes séparées par un arbre mécanique, le module de retour de force étant supporté par l’arbre mécanique. Dans ce mode de réalisation, l’arbre mécanique permet une rotation et/ou une translation du module de retour de force de sorte à absorber les mouvements de la colonne de direction, notamment lorsque que la colonne de direction est réglée en hauteur. Selon un mode de réalisation de l’invention, le moyen de liaison comprend au moins un moyen de transmission d'une rotation angulaire ou au moins un moyen de liaison rigide. Par exemple, le moyen de transmission d'une rotation angulaire est un joint de cardan. Le joint cardan peut être simple ou double. Par exemple, le moyen de liaison rigide comprend un ensemble d’arbres cannelés dont au moins un arbre est solidaire de la colonne de direction et dont au moins un autre arbre est solidaire du module de retour de force. Les deux arbres comportent des formes complémentaires aptes à transmettre une rotation angulaire. Dans ce mode de réalisation, la colonne de direction et le module de retour de force sont alignés en permanence selon l’axe des arbres. Selon un mode de réalisation de l’invention, le moyen de liaison comprend en outre un arbre mécanique. Par exemple, l’arbre mécanique est télescopique. L’arbre mécanique peut être disposé entre le moyen de liaison et le module de retour de force. Dans ce mode de réalisation, l’arbre mécanique télescopique permet d’ajuster la distance entre le module de retour de force et la colonne de direction. Selon un mode de réalisation de l’invention, le module de retour de force comprend un moteur électrique, un réducteur et un capteur de couple et/ou d’angle. Par exemple, le réducteur est à roue et vis sans fin, le réducteur comprend des poulies et une courroie, le réducteur est à engrenages, le réducteur est cycloïde ou le réducteur est épicycloïdal. Par exemple, le boitier électronique centrale du véhicule pourra être lié au moteur électrique du module de retour de force. Dans ce mode de réalisation, le boitier électronique central pourra commander le module de retour de force et recevoir des données émanant du module de retour de force. Le moteur électrique et le réducteur du module de retour de force peuvent-être logés, indépendamment l’un de l’autre, dans un boitier, communément appelé « carter », afin d’être protégés. Selon un mode de réalisation de l’invention, le système comprend au moins une butée angulaire par exemple située sur l’axe de la colonne de direction et/ou sur le module de retour de force. Par exemple, la butée angulaire peut être située sur l’axe de la colonne à proximité de l’interface avec le volant. Dans ce mode de réalisation, la butée angulaire permet de limiter la rotation maximum du volant pour ne pas endommager des faisceaux électriques des éléments du volant tels que les airbags, ou les commandes au volant. Selon un mode de réalisation de l’invention, la colonne de direction comprend des moyens pour régler une hauteur, une inclinaison, du volant avant ou pendant que la voiture roule. Par exemple, les moyens pour régler le volant sont des petits moteurs électriques pilotés avec des systèmes à vis sans fin. Dans ce mode de réalisation, le réglage du volant permet d’augmenter le confort du conducteur. L’invention concerne également un véhicule comprenant un habitacle et un compartiment moteur, un premier élément structurel du véhicule et un deuxième élément structurel du véhicule et comprenant un système de direction selon invention. Sans vouloir être lié à un théorie, il semble que le véhicule selon l’invention est facile à produire notamment de par la réutilisation d’éléments existants dans les systèmes de direction conventionnels, c’est-à-dire qui ne sont pas de type Steer-by-Wire, associé à l’ajout d’un module de retour de force pour fournir le système de direction selon l’invention. L’invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à un ou plusieurs modes de réalisation selon la présente invention, donné à titre d’exemples non limitatifs et expliqués avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels : est une vue transversale de l’avant d’un véhicule, est une vue schématique du système de direction selon un mode de réalisation de l’invention, est une vue schématique d’un module de retour de force selon un mode de réalisation de l’invention, est une vue schématique du système de direction selon un autre mode de réalisation de l’invention, est une vue schématique d’un module de retour de force selon un mode de réalisation de l’invention. La illustre un véhicule 1 comprenant un habitacle 2, un compartiment moteur 3. L’habitacle 2 et le compartiment moteur 3 sont séparés par un tablier 4. En références aux Figures 1 et 2, le véhicule 1 peut inclure un système de direction 5, appelé Steer-by-Wire, comprenant une colonne de direction 6 reliée électriquement à des moyens d’orientation (non représentés) des roues directrices du véhicule 1. La colonne de direction peut comprendre une première extrémité E1 et une deuxième extrémité E2. Comme illustré à la , la colonne de direction 6 n’est pas reliée mécaniquement aux moyens de direction des roues directrices du véhicule 1. La colonne de direction 6 est fixée sur un premier élément structurel du véhicule. Dans cet exemple, le premier élément structurel est une traverse 8 de planche de bord qui s’étend dans la direction transversale du véhicule et qui se situe typiquement au niveau ou en avant du pilier A du véhicule. Le système de direction 5 comprend également un module de retour de force 20 qui est fixé sur un deuxième élément structurel du véhicule 1, ce deuxième élément structurel étant distinct du premier. Le deuxième élément structurel du véhicule 1 est par exemple le tablier 4. La première extrémité E1 de la colonne de direction 6 est reliée à un volant 7 présent dans l’habitacle 2 du véhicule 1. La colonne de direction 6 peut comprendre des moyens pour régler la hauteur et/ou l’inclinaison du volant 7. L’angle d’inclinaison α est, par exemple, compris entre 5 et 30°. La deuxième extrémité E2 de la colonne de direction 6 et le module de retour de force 20 sont reliés par exemple par un moyen de liaison 9. Le moyen de liaison 9 peut comprendre un moyen de transmission d'une rotation angulaire. Dans cet exemple, le moyen de transmission d'une rotation angulaire est un double joint de cardan. Dans cet exemple, le module de retour de force 20 est situé dans l’habitacle 2 du véhicule 1 et est fixé sur le tablier 4 du véhicule via un moyen de fixation 21. Les Figures 2 et 3 illustrent un moyen de fixation 21 permettant un mouvement en translation et en rotation du module de retour de force 20. Le moyen de fixation peut comprendre, comme cela est montré les figures deux pattes 22, 23 qui reçoivent un arbre mécanique de fixation 24. Le module de retour de force 20 peut être ainsi supporté par l’arbre mécanique de fixation 24 . Le module de retour de force 20 peut comprendre un moteur électrique 25, un réducteur 26 et un capteur de couple 27. Le réducteur 26, par exemple, est à roue et vis sans fin. Dans cet exemple, le moteur électrique 25 et le réducteur du module de retour de force 26 peuvent-être logés, indépendamment l’un de l’autre, dans un boitier, afin d’être protégés. Dans la , le module de retour de force 20 ainsi que le moyen de fixation sont disposées de manière perpendiculaire par rapport au tablier 4. Dans la , le module de retour de force 20 ainsi que le moyen de fixation 21 sont disposées de manière parallèle par rapport au tablier 4. En effet, le système de direction selon l’invention peut présenter différentes configurations pour s’adapter àntout type de véhicule. La illustre un autre mode de réalisation du système de direction 5 dans lequel le module de retour de force 40 se situe dans le compartiment moteur 3. Dans cet exemple, le module de retour de force 40 peut comprend des moyens de capotage (non représentés) puisqu’il est exposé aux conditions sous capot. La deuxième extrémité E2 de la colonne de direction 6 et le module de retour de force 40 sont reliés par exemple par un moyen de liaison. Le moyen de liaison peut comprendre deux moyens de transmission d'une rotation angulaire 41a, 41b. Dans cet exemple, les moyens de transmission d'une rotation angulaire sont des joints de cardan double. Dans cet exemple, le moyen de liaison peut comprendre, en outre, un arbre 41c. L’arbre mécanique 41c est de préférence télescopique pour absorber les ajustements angulaires de la colonne de direction 6. Le module de retour de force 40 peut comprendre un moteur électrique 42, un réducteur 43 et un capteur de couple et d’angle 44. Dans cet exemple, le réducteur 43 est par exemple à engrenages. Comme on peut le voir sur la , le module de retour de force 40 est disposée de sorte que le moteur électrique 42 se situe vers la partie haute du tablier 4. Dans le , le module de retour de force 40 se situe sur la partie basse du tablier 4. En effet, le système de direction selon l’invention permet de s’adapter à différentes configurations de véhicules en utilisant au mieux l’espace disponible. Le système de direction selon l’invention offre de multiples configurations qui permettent un encastrement et une adaptation dans tout type de véhicule. Par ailleurs, le système de direction est peu couteux et facile à mettre en œuvre sur différentes lignes de production de véhicules à l’échelle industrielle. Système de direction (5) pour véhicule (1) comprenant un habitacle (2), un compartiment moteur (3), un premier élément structurel du véhicule et un deuxième élément structurel du véhicule, ledit système de direction (5) comprenant: - Une colonne de direction (6) comprenant une première (E1) et une deuxième extrémités (E2), ladite première extrémité (E1) étant reliée à un volant (7) présent dans l’habitacle du véhicule (2), la colonne de direction (6) étant fixée sur le premier élément structurel du véhicule (1), - Un module de retour de force (20, 40) étant fixé sur le deuxième élément structurel du véhicule (1), ledit deuxième élément structurel du véhicule (1) étant différent du premier élément, - La deuxième extrémité (E2) de la colonne de direction (6) et ledit module de retour de force (20, 40) étant reliés par au moins un moyen de liaison (9, 41a, 41b, 41c). Système de direction (5) selon la revendication 1, dans lequel le premier élément structurel est une traverse (8). Système de direction (5) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le deuxième élément structurel est un tablier (4). Système de direction (5) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le module de retour de force (20, 40) est situé dans l’habitacle (2) ou dans le compartiment moteur (3). Système de direction (5) selon la revendication 4, dans lequel lorsque le module de retour de force (20, 40) se situe dans le compartiment moteur (3), le module de retour de force (20, 40) comprend des moyens d’étanchéité. Système de direction (5) selon la revendication 4, dans lequel lorsque le module de retour de force (20, 40) se situe dans l’habitacle (2), le module de retour de force (20, 40) est fixé sur le deuxième élément structurel du véhicule (1) via un moyen de fixation (21). Système de direction (5) selon la revendication 6, dans lequel le moyen de fixation permet un mouvement en translation et/ou en rotation du module de retour de force (21). Système de direction (5) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le moyen de liaison comprend au moins un moyen de transmission d'une rotation angulaire (9, 41a, 41b) ou au moins un moyen de liaison rigide. Système de direction (5) selon la revendication 8, dans lequel le moyen de transmission d'une rotation angulaire (9, 41a, 41b) est un joint de cardan. Système de direction (5) selon la revendication 8 ou 9, dans lequel le moyen de liaison comprend en outre un arbre mécanique (41c). Système de direction (5) selon la revendication 10, dans lequel l’arbre mécanique (41c) est télescopique. Système de direction (5) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel le module de retour de force (20, 40) comprend un moteur électrique (25, 42), un réducteur (26, 43) et un capteur de couple et/ou d’angle (27, 44). Système de direction (5) selon la revendication 12, dans lequel le réducteur (26, 43) est à roue et vis sans fin, le réducteur (26, 43) comprend des poulies et une courroie, le réducteur (26, 43) est à engrenages, le réducteur (26, 43) est cycloïde ou le réducteur (26, 43) est épicycloïdal. Système de direction (5) selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel le système de direction (5) comprend au moins une butée angulaire. Véhicule (1) comprenant un habitacle (2) et un compartiment moteur (3), un premier élément structurel du véhicule et un deuxième élément structurel du véhicule et comprenant un système de direction (5) selon l’une quelconque des revendications 1 à 14.