Brevet FR3104534A1 — publié le 20210618

La présente invention a pour objet un carter (16) de crémaillère de direction de véhicule automobile qui comporte un corps (18) tubulaire qui s’étend selon une direction axiale (A), au moins une première patte (20A) de fixation du corps (18) sur un élément structurel d’un véhicule automobile qui est reliée au corps (18), qui s’étend à partir de la paroi périphérique du corps (18), et qui comporte une partie de fixation (24A) qui comporte un point de fixation (26A) du carter (16) sur un élément structurel du véhicule automobile, caractérisé en ce que la première patte (20A) de fixation comporte un tronçon principal de fixation (22A) qui s’étend sensiblement parallèlement à la direction axiale (A), et un tronçon de liaison (23A) qui relie une extrémité proximale du tronçon principal de fixation (22A) au corps (18). Figure pour l'abrégé : 5 CARTER DE CREMAILLERE DE DIRECTION DE VEHICULE AUTOMOBILE Domaine technique de l’invention La présente invention concerne un carter pour un ensemble de crémaillère de direction de véhicule automobile. L’invention concerne plus particulièrement la conception des moyens de fixation du carter ou boîtier de la crémaillère de direction sur la structure de caisse du véhicule automobile. Arrière-plan technique Un ensemble de commande de changement de direction de véhicule automobile comporte une direction du type comportant un arbre de commande de direction actionné par le volant et qui est relié à un mécanisme de direction comportant notamment un ensemble dit de crémaillère de direction. L'invention concerne plus particulièrement, mais non limitativement, une colonne de direction de ce type pour un véhicule automobile, dont la crémaillère de direction est située sensiblement au niveau du mécanisme de différentiel de pont avant, et transversalement en arrière de celui-ci. La boîtier ou carter de la crémaillère de direction est usuellement fixé par au moins deux moyens d’ancrage qui sont espacés transversalement selon l’axe général du carter ou boîtier de la crémaillère de direction, et dont chacun est réalisé sous la forme d’une patte de fixation qui s’étend par rapport au boîtier ou carter selon une direction globalement orthogonale à son axe. Chaque patte de fixation, qui peut être réalisée en une seule pièce par moulage avec le carter ou boîtier, comporte au voisinage de son extrémité libre un trou apte à être traversé par un élément de fixation - tel qu’un organe de liaison fileté – sur un élément structurel du véhicule. L’une des pattes de fixation est proche du point de raccordement entre le pignon de sortie de l’arbre de colonne de direction et le secteur denté de la crémaillère de direction, point qui est lui-même décalé transversalement du fait de la position du poste de conduite dans l’habitacle du véhicule. L’autre des au moins deux pattes de fixation est décalée transversalement à l’opposé, sensiblement symétriquement par rapport à un plan longitudinal et vertical médian du véhicule. En usage normal, la crémaillère de direction reçoit essentiellement des efforts qui lui sont appliqués, à chacune de ses deux extrémités, par une biellette de direction qui relie l’extrémité concernée à un porte-fusée associé. L’usage normal s’entend des sollicitations usuelles résultant du braquage des roues directrices en roulage du véhicule, des manœuvres de parking, ou des sollicitations accidentelles résultant de choc(s) sur les roues portées par les porte-fusée. Ces efforts, éventuellement de choc, qui lui sont appliqués sont transmis au carter ou boîtier de la crémaillère de direction et sont encaissés par les pattes de fixation qui sont conçues et dimensionnées à l’effet d’absorber l’énergie correspondante, sans se rompre, ni se déformer. En d’autres termes, chaque patte de fixation est conçue et dimensionnée pour absorber des chocs latéraux appliqués au carter ou boîtier de la crémaillère de direction. Lors d'une collision violente par l'avant du véhicule, il arrive que le groupe motopropulseur recule dans le compartiment moteur par rapport à la structure du véhicule. On constate alors que le groupe motopropulseur, notamment par le carter du différentiel, vient en contact avec le boîtier ou carter de la crémaillère de direction. La crémaillère de direction - avec son carter ou boîtier fixé à la structure de caisse du véhicule par ses pattes de fixation - offre ainsi une résistance au recul du groupe motopropulseur. En conséquence, elle limite la capacité d’absorption d’énergie du bloc avant du véhicule, notamment en cas de choc accidentel important par l’avant du véhicule. Afin de remédier à cet inconvénient, on pourrait songer à modifier la conception des pattes de fixation du carter ou boîtier de la crémaillère de direction afin que leur résistance à la déformation, voire à la rupture, en cas de choc frontal soit réduite. Mais dans ce cas, on aboutirait aussi à une réduction de la résistance à la déformation des pattes de fixation en cas de choc(s) latéral sur une roue, ou en endurance du carter. Le document FR-A1-2.653.730 propose une conception selon laquelle la crémaillère de direction est fixée à la structure du véhicule par des moyens lui permettant de se déplacer par rapport à cette dernière en cas de collision, le boîtier de la crémaillère étant fixé sur un élément de structure de la caisse du véhicule qui comporte une surface d'appui plane avec laquelle coopère une surface d'appui plane correspondante d'un support de fixation du boîtier de la crémaillère, les deux surfaces étant maintenues en appui mutuel par un organe de liaison fileté dont l'axe passe par ces surfaces et qui est susceptible de s'allonger par déformation plastique pour permettre le déplacement relatif desdites deux surfaces d'appui. La surface d'appui du support de fixation est susceptible de pivoter par rapport à l’autre surface autour d’un axe sensiblement parallèle à l’axe général d’orientation transversale de la crémaillère de direction. Toutefois, une telle solution n’est pas satisfaisante car les possibilités de glissement relatif entre les surfaces d’appui sont les mêmes dans toutes les directions, ce qui a notamment pour effet de nuire à la rigidité et à la solidité de la fixation du carter pou boîtier de la colonne de direction aussi selon la direction transversale correspondant à la direction axiale générale de la crémaillère de direction. Afin de remédier à ces inconvénients, l’invention propose une nouvelle conception d’un carter ou boîtier de crémaillère de direction et de ses pattes de fixation. L’invention propose un carter de crémaillère de direction de véhicule automobile qui comporte : - un corps creux de forme générale tubulaire qui s’étend selon une direction axiale et qui est apte à recevoir une crémaillère de direction qui est montée mobile axialement à l’intérieur du corps ; - au moins une première patte de fixation du corps sur un élément structurel d’un véhicule automobile qui est reliée au corps, qui s’étend à partir de la paroi périphérique du corps, et qui comporte une partie de fixation qui comporte un point de fixation du carter sur un élément structurel du véhicule automobile, caractérisé en ce que la première patte de fixation comporte : - un tronçon principal de fixation qui s’étend sensiblement parallèlement à ladite direction axiale et qui est prolongé en coude par un tronçon de liaison (23A) qui relie une extrémité proximale du tronçon principal de fixation au corps (18) ; - et un élément de faiblesse à l’intérieur du coude. Ainsi, la patte de fixation s’étend globalement en porte-à-faux selon la direction transversale par rapport au corps tubulaire du carter. Le porte-à-faux peut être déterminé de manière à obtenir un compromis pour la résistance de la patte de fixation aux efforts de sollicitation selon la direction transversale et aux efforts de choc selon la direction longitudinale. Selon d’autres caractéristiques du carter selon l’invention : - l’élément de faiblesse appartient à une liste comprenant un creux ou une cavité cylindrique d’axe parallèle à l’axe de courbure du coude. ; - le diamètre de la cavité cylindrique est sensiblement égal à la distance selon l’axe longitudinal entre le bord du tronçon principal de fixation et le bord du corps ; - la distance entre le point de fixation du carter sur un élément structurel du véhicule automobile et le fond de l’élément de faiblesse est supérieure à un seuil minimal ; - la valeur du seuil minimal est supérieur à 10 millimètres, - la partie de fixation est agencée à l’extrémité distale du tronçon principal de fixation ; - le tronçon principal de fixation s’étend depuis son extrémité proximale en direction de l’extrémité axiale la plus proche du carter ; - le tronçon de liaison de la première patte de fixation est relié au carter en un point de liaison qui est adjacent au point de raccordement entre un secteur denté de la crémaillère de direction et un pignon de sortie d’un arbre de colonne de direction associé à la crémaillère de direction ; - le point de raccordement est situé axialement entre le point de liaison et le point de fixation ; - le carter comporte une deuxième patte de fixation du corps sur un élément structurel d’un véhicule automobile qui est décalée axialement par rapport à la première patte de fixation, qui est reliée au corps, qui s’étend à partir de la paroi périphérique du corps, et qui comporte une partie de fixation qui comporte un point de fixation du carter sur un élément structurel du véhicule automobile ; - la conception de la deuxième patte de fixation comporte : -- un tronçon principal de fixation qui s’étend sensiblement parallèlement à ladite direction axiale ; -- et un tronçon de liaison qui relie une extrémité proximale du tronçon principal de fixation au corps ; - le tronçon principal de fixation de la deuxième patte de fixation s’étend depuis son extrémité proximale en direction de l’extrémité axiale la plus proche du carter ; - la deuxième patte de fixation est rectiligne et s’étend selon une direction orthogonale à ladite direction axiale ; - le corps et chaque patte de fixation sont réalisés venus de matière en une seule pièce par moulage. Brève descriptions des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : – la figure 1 est une vue schématique de dessus des principaux composants d’un mécanisme de commande de changement de direction comportant un carter de crémaillère selon l’état de la technique ; – la figure 2 est une vue similaire à celle de la figure 1 ; – la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 1 qui illustre un carter de crémaillère de direction selon un premier mode de réalisation de l’invention ; – la figure 4 est une vue similaire à celle de la figure 3 ; – la figure 5 est une vue de détail à plus grande échelle qui illustre la conception de la première patte de fixation du carter ; – la figure 6 est une vue analogue à celle de la figure 4 qui représente un deuxième mode de réalisation selon l’invention du carter de crémaillère. Description détaillée de l'invention Dans la description qui va suivre, des éléments identiques, similaires ou analogues seront désignés par les mêmes chiffres de référence. On a représenté sur les figures in trièdre X, Y, Z selon la norme utilisé dans la construction des véhicules automobiles avec l’axe X qui correspond à l’axe longitudinal du véhicule et qui est orienté d’avant vers l’arrière, l’axe Y qui correspond à l’axe transversal du véhicule et qui est orienté de la gauche vers la droite et l’axe X qui correspond à l’axe vertical du véhicule orienté du bas vers le haut. E xemple de réalisation selon l’état de la technique On a représenté aux figures 1 et 2 un mécanisme de direction 10 qui comprend notamment un arbre 12 de colonne de direction muni d’un pignon 14 à son extrémité inférieure. Le pignon 14 coopère avec une crémaillère de direction, non représentée en détail qui est montée coulissante axialement dans un carter 16 de crémaillère de direction dont l’axe général A s’étend globalement selon la direction transversale Y. Le carter 1 comporte un corps tubulaire 18. Le carter 16 est muni d’une première patte de fixation 20A et d’une deuxième patte de fixation 20B qui sont espacées transversalement l’une de l’autre. La première patte de fixation 20A s’étend ici globalement selon la direction longitudinale X, vers l’arrière, et ainsi selon une direction orthogonale à l’axe A du carter 18. La première patte de fixation 20A comporte un tronçon principal de fixation 22A qui s’étend depuis la paroi périphérique du corps 18 du carter 16 qui, à son extrémité distale, comporte une partie 24A de fixation sur un élément structurel (Non représenté) de la caisse d’un véhicule automobile. La partie 24A de fixation comporte ici un trou 26A de fixation qui est apte à recevoir par exemple un organe fileté (Non représenté) de fixation. L’extrémité proximale du tronçon de fixation 22A est reliée au corps 18 du carter 16 en un point de liaison qui est adjacent au point de raccordement de la crémaillère dentée avec le pignon 14 de la colonne de direction ; ce point de liaison étant situé axialement entre ce point de raccordement et l’extrémité axiale adjacente la plus proche du carter 16 qui est ici recouverte d’un premier soufflet de protection 28A à travers lequel fait saillie axialement une première biellette de direction 30A. La conception de la deuxième patte de fixation 22B est ici identique à celle de la première patte de fixation et ses parties constitutives sont désignées par les mêmes chiffres de référence indicés « B ». L’extrémité proximale du tronçon de fixation 22B de la deuxième patte de fixation 20B est reliée au corps 18 du carter 16 en un point de liaison qui est voisin de l’extrémité axiale adjacente la plus proche du carter 16 qui est ici recouverte d’un deuxième soufflet de protection 28B à travers lequel fait saillie axialement une deuxième biellette de direction 30B. A titre d’exemple non limitatif, on a représenté à la figure 1 des flèches F1 qui représentent des efforts transversaux de sollicitation appliqués à l’ensemble de crémaillère de direction et qui sont repris sous formes d’efforts F2A et F2B au niveau des parties 24A et 24B de fixation des pattes 20A et 20B de fixation. A la figure 2, et à titre d’exemple non limitatif, on a représenté un effort de choc F3 qui est appliqué au mécanisme de changement de direction, par exemple par le boîtier (Non représenté) du différentiel du groupe motopropulseur qui tend à reculer vers l’habitacle du véhicule et vient percuter le mécanisme au niveau du pignon 14 et donc à proximité de la première patte de fixation 20A du carter 16 de la crémaillère de direction. On a représenté par des flèches F4A et F4B les efforts repris ou encaissés au niveau des parties 24A et 24B de fixation des pattes 20A et 20B de fixation. Premier exemple de réalisation selon l’invention Conformément aux enseignements de l’invention et comme on peut le voir notamment aux figures 3 à 5, la première patte de fixation 20A s’étend globalement parallèlement à l’axe A du carter 16 et elle est décalée en porte-à-faux longitudinalement en arrière. La conception de la deuxième patte de fixation 20B est inchangée par rapport à la conception selon l’art antérieur. Plus précisément, la première patte de fixation 20A comporte un tronçon de liaison 23A qui relie une extrémité proximale du tronçon principal de fixation 22A au corps 18 du carter 16. Le tronçon principal de fixation 22A est ainsi prolongé en coude par le tronçon de liaison 23A qui s’étend vers l’avant vers le corps 18 du carter 16. L’axe de courbure du coude est sensiblement orthogonal à l’axe du tronçon principal 22A et à l’axe du tronçon de liaison 23A. Le tronçon de liaison 23A s’étend depuis la paroi périphérique de l’enveloppe 18 globalement selon une direction orthogonale à l’axe A du carter 16. Le tronçon principal de fixation 22A s’étend depuis le tronçon de liaison 23A et la partie de fixation 24A est agencée à l’extrémité distale du tronçon principal de fixation 22A. Le tronçon principal de fixation 22A s’étend depuis son extrémité proximale en direction de l’extrémité axiale la plus proche du carter 16 qui est entourée par le soufflet 28A. Comme on peut le voir en détail à la figure 5, la dimension axiale du tronçon principal de fixation 22A et le positionnement du tronçon de liaison 23A sont tels que le point PR - de raccordement entre le secteur denté de la crémaillère de direction et le pignon 14 de sortie de l’arbre de colonne de direction associé à la crémaillère de direction - est situé axialement entre le point PL - de liaison du tronçon 23A de liaison au carter 16 - et le point 26A de fixation. La première patte de fixation comprend un élément de faiblesse mécanique en rupture qui est disposé à l’intérieur du coude. De manière préférentielle, l’élément de faiblesse est formé par un creux ou une cavité sensiblement cylindrique dont l’axe est parallèle à l’axe de courbure du coude. De manière préférentielle, le diamètre de cette cavité cylindrique est sensiblement égal ou légèrement supérieur à la distance selon l’axe longitudinal X entre le bord du tronçon principal 22A en vis-à-vis avec le bord du corps 18. Ce diamètre permet de ne pas dégrader la rigidité de l’ensemble et permet de rompre ou de plier lors d’un choc frontal. La distance axiale D entre le point de fixation 26A – qui correspond à l’axe de la vis de fixation sur un élément structurel de la caisse du véhicule – et le point PL de liaison qui correspond au fond du creux ou de la cavité cylindrique du coude de jonction entre le tronçon de liaison et le corps 18 du carter 16 est supérieure à un seuil de l’ordre de 10millimètres, égale de manière préférentielle à 20millimètres. Comme on peut le voir à la figure 2, lorsque des efforts transversaux de sollicitation F1 sont appliqués à la crémaillère de direction, le comportement et la résistance des pattes de fixation 20A et 20B est analogue à celui illustré à la figure 2Par contre, lorsqu’un effort de choc F3 est appliqué au mécanisme de changement de direction, par exemple par le boîtier du différentiel du groupe motopropulseur qui tend à reculer vers l’habitacle du véhicule et vient percuter le mécanisme au niveau du pignon 14 à proximité de la première patte de fixation 20A du carter, les efforts F4A et F4B repris ou encaissés au niveau des parties 24A et 24B de fixation des pattes 20A et 20B de fixation sont tels qu’il se crée un moment M autour d’un axe vertical dans les pattes de fixation 20A et 20B. Ainsi, sans avoir recours à des composants supplémentaires ni à des usinages supplémentaires, le carter 16 avec ses pattes de fixation 20A et 20B offre un bon compromis entre une bonne résistance aux sollicitations transversales usuelles et une fusibilité en cas de sollicitation accidentelle selon la direction longitudinale. Deuxième exemple de réalisation selon l’invention Conformément à ce qui est représenté à la figure 6, la deuxième patte de fixation 20B présente une conception selon l’invention et qui est symétrique de celle de la première patte de fixation 20A par rapport à un plan longitudinal et vertical. Carter (16) de crémaillère de direction de véhicule automobile qui comporte : - un corps (18) creux de forme générale tubulaire qui s’étend selon une direction axiale (A) et qui est apte à recevoir une crémaillère de direction qui est montée mobile axialement à l’intérieur du corps (18) ; - au moins une première patte (20A) de fixation du corps (18) sur un élément structurel d’un véhicule automobile qui est reliée au corps (18), qui s’étend à partir de la paroi périphérique du corps (18), et qui comporte une partie de fixation (24A) qui comporte un point de fixation (26A) du carter (16) sur un élément structurel du véhicule automobile, caractérisé en ce que la première patte (20A) de fixation comporte : - un tronçon principal de fixation (22A) qui s’étend sensiblement parallèlement à ladite direction axiale (A) et qui est prolongé en coude par un tronçon de liaison (23A) qui relie une extrémité proximale du tronçon principal de fixation (22A) au corps (18) ; - et un élément de faiblesse à l’intérieur du coude. Carter (16) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’élément de faiblesse appartient à une liste comprenant un creux ou une cavité cylindrique d’axe parallèle à l’axe de courbure du coude. Carter (16) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le diamètre de la cavité cylindrique est sensiblement égal à la distance selon l’axe longitudinal (X) entre le bord du tronçon principal de fixation (22A) et le bord du corps (18) Carter (16) selon l’une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la distance (D) entre point de fixation (26A) du carter (16) sur un élément structurel du véhicule automobile et le fond de l’élément de faiblesse est supérieure à un seuil minimal. Carter (16) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la valeur du seuil minimal est supérieur à 10 millimètres. Carter (16) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite partie de fixation (24A) est agencée à l’extrémité distale du tronçon principal de fixation (22A). Carter (16) selon la revendication 6, caractérisé en ce que le tronçon principal de fixation (22A) s’étend depuis son extrémité proximale en direction de l’extrémité axiale (28A) la plus proche du carter (16). Carter (16) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tronçon de liaison (23A) de ladite première patte de fixation (20A) est relié au carter (16) en un point de liaison (PL) qui est adjacent au point de raccordement (PR) entre un secteur denté de la crémaillère de direction et un pignon (14) de sortie d’un arbre de colonne de direction associé à la crémaillère de direction. Carter (16) selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit point de raccordement (PR) est situé axialement entre ledit point de liaison (PL) et ledit point de fixation (26A). Carter (16) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte une deuxième patte (20B) de fixation du corps (18) sur un élément structurel d’un véhicule automobile qui est décalée axialement par rapport à la première patte (20A) de fixation, qui est reliée au corps (18), qui s’étend à partir de la paroi périphérique du corps (18), et qui comporte une partie de fixation (24B) qui comporte un point de fixation (26B) du carter (16) sur un élément structurel du véhicule automobile. Carter (16) selon la revendication 10, caractérisé en ce que la conception de la deuxième patte (20B) de fixation comporte : - un tronçon principal de fixation (22B) qui s’étend sensiblement parallèlement à ladite direction axiale (A) ; - et un tronçon (23B) de liaison qui relie une extrémité proximale du tronçon principal (22B) de fixation au corps (18). Carter (16) selon la revendication 11, caractérisé en ce que le tronçon principal (22B) de fixation de la deuxième patte de fixation (20B) s’étend depuis son extrémité proximale en direction de l’extrémité axiale (28B) la plus proche du carter (16). Carter selon la revendication 10, caractérisé en ce que la deuxième patte de fixation (20B) est rectiligne et s’étend selon une direction orthogonale à ladite direction axiale (A). Carter (16) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé ne ce que le corps (18) et chaque patte de fixation (20A, 20B) sont réalisés venus de matière en une seule pièce par moulage.