Brevet FR3100789A1 — publié le 20210319

SYSTEME DE VOLANT DE DIRECTION ELECTRIQUE DE VEHICULE COMPORTANT DES BUTEES MOBILES Système de volant de direction électrique de véhicule automobile, comportant un volant (2) fixé sur un axe (4), comprenant un capteur délivrant une information sur la position de ce volant permettant de commander une motorisation d’un boîtier de direction, un élément mobile (12) relié par une transmission mécanique à l’axe du volant (4), réalisant une course (C) liée à la rotation du volant (2), et un dispositif comprenant deux butées mécaniques mobiles (26) limitant la course maximum (C) de l’élément mobile (12) chacune dans une direction, équipé d’un actionneur (20) permettant de déplacer ces butées (26). Figure pour l’abrégé : Figure 2 SYSTEME DE VOLANT DE DIRECTION ELECTRIQUE DE VEHICULE COMPORTANT DES BUTEES MOBILES La présente invention concerne un système de volant de direction électrique de véhicule automobile, ainsi qu’un véhicule automobile équipé d’un tel système de volant et un procédé de fonctionnement de ce système. Un type de crémaillère de direction connu, présenté notamment par le document FR-A1-2843576, comporte une crémaillère commandée par un volant de direction, coulissant dans un boîtier de direction disposé suivant l’orientation transversale du véhicule, recevant à chaque extrémité une biellette de direction articulée réalisant le pivotement du porte-moyeu d’une roue pour assurer la direction du véhicule. Le carter comporte de chaque côté une butée pivotante commandée par un actionneur, qui permet dans certaines conditions de limiter le coulissement de la crémaillère dans les deux directions. De cette manière, en particulier si on pose des chaînes sur les roues directrices, on peut limiter leurs pivotements pour prendre en compte l’encombrement plus important des roues équipées des chaînes. Par ailleurs, il est connu de réaliser des commandes de direction par câbles électriques, appelées aussi « Steer-by-wire » en langue anglaise, comportant un capteur d’angle du volant qui enregistre la demande du conducteur, pour piloter une motorisation électrique du boîtier de direction assurant le pivotement des roues. Dans ce cas on n’a plus de liaison mécanique entre le volant et les roues. Ce type de commande de direction à liaison électrique comporte généralement un moteur électrique lié à la rotation du volant, assurant un retour d’effort variable sur ce volant donnant au conducteur une réponse à son action, pour faciliter la conduite. De plus ce type de commande peut comporter des lois variables de démultiplication entre la rotation du volant et le pivotement des roues, en particulier en fonction de la vitesse du véhicule, pour obtenir par exemple une démultiplication plus faible aux basses vitesses facilitant les manœuvres et une démultiplication plus élevée aux grandes vitesses favorisant la précision de direction. Une rotation du volant se fait généralement suivant environ un tour à un tour à un tour et demi de chaque côté de la position centrale. Ce type de loi variable est facile à réaliser, en nécessitant seulement des adaptations des logiciels de commande de la motorisation. Par ailleurs pour ces directions électriques il est nécessaire de prévoir des butées de fin de course du volant de direction, limitant sa rotation totale en rapport avec le pivotement des roues de manière à empêcher une rotation du volant allant au-delà du mouvement réalisé par les roues. Ces butées sont nécessaires en particulier pour former des repères indiquant au conducteur qu’il atteint les limites de pivotement, le forçant à repartir dans l’autre sens ce qui permet de garder une fonction univoque entre la position du volant et la position des roues, et assure le confort de conduite. Sans ces butées le conducteur pourrait continuer la rotation du volant au-delà du braquage maximal, en retrouvant ensuite difficilement la position du volant par rapport à celle des roues. La position du volant n’est alors plus de manière certaine représentative de la position réelle de la crémaillère, ce qui pose des problèmes de sécurité. De plus le volant comporte un connecteur rotatif permettant une mesure angulaire, comprenant un angle de rotation maximum, en l’absence de butées on pourrait dépasser cet angle ce qui pose des problèmes de réalisation du connecteur. Les butées de fin de course réglables disposées sur la crémaillère, présentées par le document de l’art antérieur cité ci-dessus, ne conviennent pas car il faut en fin de course pouvoir arrêter directement le volant et non la crémaillère, en particulier après l’arrêt du véhicule et la coupure du contact. Pour réaliser ces butées de fin de course sur le volant, une solution connue consiste à former une transmission mécanique entraînée par le volant, qui déplace un élément mobile comportant une butée de fin de course dans chaque direction. Toutefois ce type de butée fixe ne convient pas pour une direction à loi variable de démultiplication, car l’angle total de rotation du volant est variable aussi. Une autre solution connue consiste à utiliser le moteur électrique de retour d’effort, pour lui commander un couple important de retenue en fin de course empêchant le conducteur de dépasser cette position. Toutefois alors que ce type de moteur délivre normalement un couple sur le volant d’environ 10Nm pour restituer fidèlement le retour d’effort que l’on a sur les véhicules à direction mécanique conventionnelle, il doit alors délivrer un couple d’environ 40Nm correspondant à l’effort maximum généralement appliqué par le conducteur, pour réaliser cette fonction de butée que le conducteur ne pourra dépasser. Ce couple élevé nécessite un dimensionnement du moteur et de son électronique de commande entraînant des coûts importants, ainsi qu’une masse et un encombrement conséquents qui rendent plus difficile leurs intégrations dans le véhicule. La présente invention a notamment pour but d’éviter ces problèmes de l’art antérieur. Elle propose à cet effet un système de volant de direction électrique de véhicule automobile, comportant un volant de direction fixé sur un axe, comprenant un capteur délivrant une information sur la position de ce volant permettant de commander une motorisation d’un boîtier de direction, caractérisé en ce qu’il comporte un élément mobile relié par une transmission mécanique à l’axe du volant, réalisant une course liée à la rotation du volant, et un dispositif comprenant deux butées mécaniques limitant la course maximum de l’élément mobile chacune dans une direction, équipé d’un actionneur permettant de déplacer ces butées. Un avantage de ce système de volant est que de manière simple, avec l’actionneur déplaçant les butées en fonction de la démultiplication totale entre le volant et la course du boîtier de direction, on obtient dans chaque cas une limitation de la rotation totale du volant correspondant précisément à celle du pivotement des roues en fonction de la démultiplication choisie. En choisissant un actionneur comprenant par exemple une transmission du mouvement aux butées par un système mécanique transmettant le mouvement de manière irréversible, ces butées peuvent alors recevoir un effort important appliqué par le conducteur sur le volant bloqué par cette irréversibilité du mouvement, en utilisant un actionneur de faible puissance nécessaire uniquement pour leurs déplacements, qui est économique. Le système de volant de direction électrique selon l’invention peut comporter de plus une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. En particulier, l’élément mobile peut présenter une course qui est linéaire. Dans ce cas, avantageusement l’élément mobile constitue une crémaillère. Avantageusement, le système comporte une démultiplication disposée entre l’axe du volant et un pignon d’entraînement de la crémaillère. En particulier, la démultiplication peut comporter un pignon fixé sur l’axe du volant, entraînant une roue présentant un diamètre supérieur, fixée sur l’axe du pignon d’entraînement de la crémaillère. Avantageusement, le système comporte une transmission du mouvement de l’actionneur aux butées par un système mécanique transmettant le mouvement de manière irréversible. Avantageusement, les butées mobiles se déplacent suivant un mouvement symétrique par rapport à un plan médian fixe. Dans ce cas, avantageusement le système comporte une double vis entraînée en rotation par l’actionneur, présentant de chaque côté un filetage en sens inverse, recevant sur chacun de ses côtés un écrou lié à une butée mobile. L’invention a aussi pour objet un véhicule automobile équipé d’une direction électrique, remarquable en ce qu’elle comporte un système de volant comprenant l’une quelconque des caractéristiques précédentes. L’invention a de plus pour objet un procédé de commande du système de volant du véhicule automobile, remarquable en ce qu’il déplace les butées mobiles en fonction de la démultiplication entre la rotation du volant et le pivotement des roues directrices qui est variable, de manière à bloquer cette rotation dans les deux directions juste après le pivotement maximum des roues. L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d’exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : est un schéma présentant en coupe dans un plan vertical passant par l’axe du volant, un système de volant selon l’invention ; et est un schéma vu du côté arrière de ce système de volant. Les figures 1 et 2 présentent un volant de direction 2 fixé sur un arbre 4 comportant un pignon menant 6 à son extrémité se trouvant suivant la direction arrière indiquée par la flèche AR. Une roue menée 8 fixée sur un axe parallèle 16 en dessous du pignon menant 6, engrenant avec ce pignon menant, comporte un diamètre plus important de manière à réaliser une démultiplication du mouvement de rotation venant du volant 2. L’axe 16 de la roue 8 tourné vers le côté arrière, comporte à son extrémité arrière un pignon d’entraînement 10 d’une crémaillère 12 disposée horizontalement en-dessous de ce pignon d’entraînement, formant un élément mobile symétrique par rapport à un plan médian fixe P passant par l’axe 16 du pignon d’entraînement 10. On réalise de cette manière par une rotation du volant 2 une première démultiplication du mouvement entraînant la roue 8, puis une deuxième démultiplication par le pignon d’entraînement 10 présentant un diamètre plus petit que celui de la roue, pour réaliser une course transversale de la crémaillère 12 qui est une fonction linéaire de la rotation du volant. On obtient avec les démultiplications successives une course réduite de la crémaillère 12, à partir d’une rotation complète du volant 2 qui dans le cas d’une démultiplication maximum par la direction électrique entre ce volant et le pivotement des roues, peut accomplir environ un tour et demi de chaque côté de sa position centrale. Un capteur non représenté, permet de mesurer la rotation du volant 2, afin de commander une motorisation entraînant une crémaillère générant le pivotement des roues directrices du véhicule. Un moteur électrique lié à la rotation du volant 2, non représenté, applique un retour d’effort variable sur ce volant en fonction des conditions de conduite. Une double vis 22 disposée parallèlement à la crémaillère 12, comportant un actionneur central électrique 20 l’entraînant en rotation, présente de chaque côté un filetage inversé comprenant un même pas, recevant un écrou 24 bloqué en rotation supportant une butée 26. Une rotation de la double vis 22 entraînée par l’actionneur 20, réalise simultanément un écartement ou un rapprochement des deux butées 26 portées par les écrous 24 suivant un déplacement maximum D, pour présenter un écartement maximum X entre ces butées qui restent symétrique par rapport au plan médian P. Les butées 26 limitent de chaque côté la course maximum de la crémaillère C, mesurée à partir de sa position centrale, en permettant pour ces deux côtés une rotation symétrique du volant 2. Les démultiplications en série entre le volant 2 et la crémaillère 12 donnent une course réduite de cette crémaillère, pour former un ensemble compact permettant de le loger avec les pignons 6, 10 et la roue 8 dans un volume restreint protégé par un capot 14. Le fonctionnement du système de volant de direction électrique selon l’invention est le suivant. En fonction du rapport de démultiplication réalisé par la direction électrique, entre la rotation du volant 2 et le pivotement des roues directrices, on adapte l’écartement X des butées 26 de manière à bloquer la rotation de ce volant dans les deux directions, juste après le pivotement complet des roues. En particulier pour un roulage à basse vitesse avec une direction peut démultipliée facilitant les manœuvres, et un volant 2 réalisant par exemple un tour de chaque côté, l’écartement X et minimum pour arrêter ce volant une fois ce tour effectué d’un côté ou de l’autre. Pour un roulage aux vitesses élevées avec une direction fortement démultipliée donnant une plus grande précision de conduite, et un volant 2 réalisant par exemple un tour et demi de chaque côté, l’écartement X est maximum pour arrêter le volant après ces rotations. Avantageusement en choisissant pour la double vis 22 un pas suffisamment réduit donnant une forte démultiplication avec une transmission de mouvement irréversible, une poussée axiale importante sur les butées 26 venant de la crémaillère 12 n’entraîne pas de rotation de cette double vis, les butées restant bloquées. L’actionneur 20 peut alors présenter une puissance réduite pour son mouvement, et couper sa consommation de courant à l’arrêt sans appliquer de couple, ce qui permet d’obtenir à la fois une faible consommation de courant et un dimensionnement limité de l’actionneur et de son système électronique de commande. On obtient de manière simple et efficace, avec un coût modéré, une limitation de la rotation du volant 2 s’adaptant automatiquement à toutes les démultiplications de la direction électrique. En variante l’élément mobile pourrait être un pignon ou un secteur denté effectuant une rotation autour d’un axe en fonction de la position du volant 2, par l’intermédiaire d’une démultiplication lui donnant une rotation maximum complète inférieure à un tour, qui est limitée des deux côtés par des butées mobiles 26. Système de volant de direction électrique de véhicule automobile, comportant un volant (2) fixé sur un axe (4), comprenant un capteur délivrant une information sur la position de ce volant permettant de commander une motorisation d’un boîtier de direction, caractérisé en ce qu’il comporte un élément mobile (12) relié par une transmission mécanique à l’axe du volant (4), réalisant une course (C) liée à la rotation du volant (2), et un dispositif comprenant deux butées mécaniques mobiles (26) limitant la course maximum (C) de l’élément mobile (12) chacune dans une direction, équipé d’un actionneur (20) permettant de déplacer ces butées (26). Système de volant selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’élément mobile (12) présente une course qui est linéaire. Système de volant selon la revendication 2, caractérisé en ce que l’élément mobile (12) constitue une crémaillère. Système de volant selon la revendication 3, caractérisé en ce qu’il comporte une démultiplication disposée entre l’axe du volant (4) et un pignon d’entraînement de la crémaillère (10). Système de volant selon la revendication 4, caractérisé en ce que la démultiplication comporte un pignon (6) fixé sur l’axe du volant (4), entraînant une roue (8) présentant un diamètre supérieur, fixée sur l’axe du pignon d’entraînement de la crémaillère (10). Système de volant selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte une transmission du mouvement de l’actionneur (20) aux butées (26) par un système mécanique transmettant le mouvement de manière irréversible, Système de volant selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les butées mobiles (26) se déplacent suivant un mouvement symétrique par rapport à un plan médian fixe (P). Système de volant selon la revendication 7, caractérisé en ce qu’il comporte une double vis (22) entraînée en rotation par l’actionneur (20), présentant de chaque côté un filetage en sens inverse, recevant sur chacun de ses côtés un écrou (24) lié à une butée mobile (26). Véhicule automobile équipé d’une direction électrique, caractérisé en ce que la direction électrique comporte un système de volant selon l’une quelconque des revendications précédentes. Procédé de commande du système de volant d’un véhicule automobile selon la revendication 9, caractérisé en ce qu’il déplace les butées mobiles (26) en fonction de la démultiplication entre la rotation du volant (2) et le pivotements des roues directrices qui est variable, de manière à bloquer cette rotation dans les deux directions juste après le pivotement maximum des roues.