Brevet FR3119155A1 — publié le 20220729

Le système (SD3) comprend un barreau de crémaillère (3) et un boîtier de crémaillère (30), le barreau de crémaillère étant monté mobile en translation dans le boîtier de crémaillère, et le boîtier de crémaillère comprenant un boîtier de pignon (32) assurant un engagement par pignon du barreau de crémaillère avec un arbre de direction. Conformément à l’invention, le boîtier de pignon comprend deux pignons (320G, 320D) montés de part et d’autre du barreau de crémaillère et ayant des axes de rotation parallèles, le barreau de crémaillère ayant deux dentures (31G, 31D) engagées respectivement avec les deux pignons, les axes de rotation parallèles étant perpendiculaires à un plan de fixation d’une interface de fixation mécanique du boîtier de crémaillère avec un organe de châssis de véhicule, et les deux pignons ayant chacun des moyens agencés de façon à autoriser un couplage mécanique avec l’arbre de direction. Figure 3 SYSTÈME UNIVERSEL DE DIRECTION À CRÉMAILLÈRE POUR LES VÉHICULES À CONDUITE À GAUCHE ET LES VÉHICULES À CONDUITE À DROITE L’invention concerne de manière générale les systèmes de direction à crémaillère des véhicules tels que les véhicules automobiles. Plus particulièrement, l’invention se rapporte à un système universel de direction à crémaillère conçu pour être monté aussi bien sur les véhicules à conduite à gauche que sur les véhicules à conduite à droite. Pour avoir une offre adaptée au marché mondial, les constructeurs automobiles proposent des véhicules ayant un volant de direction à gauche et des véhicules ayant un volant de direction à droite. Les systèmes de direction à crémaillère avec volant à gauche sont dits « DàG » pour « Direction à Gauche », ou « LHD » pour « Left Hand Drive » en anglais. Les systèmes de direction à crémaillère avec volant à droite sont dits « DàD » pour « Direction à Droite », ou « RHD » pour « Right Hand Drive » en anglais. Les Figs.1 et 2 montrent des systèmes de direction à crémaillère de la technique antérieure. Le système de direction de la , repéré SD1, est un système mécanique classique, sans assistance. Le système de direction de la , repéré SD2, est un système équipé d’une assistance électrique. En référence à la , le système de direction à crémaillère SD1 est ici de type « DàG ». Dans ce système SD1, un barreau de crémaillère 1 est monté mobile en translation, suivant son axe longitudinal, dans un boîtier de crémaillère 10. Le boîtier de crémaillère 10, monté dans un véhicule, s'étend dans la direction droite-gauche du berceau du châssis du véhicule. Les deux extrémités du barreau de crémaillère 1, s'étendant des deux côtés du boîtier de crémaillère 10, sont reliées à des barres de raccordement 11 qui sont couplées mécaniquement avec les roues directrices du véhicule. A proximité d'une partie d’extrémité, le boîtier de crémaillère 10 comprend un boîtier de pignon de direction 12 dans lequel est logé un pignon de direction 130 d’un arbre de direction 13 monté en rotation autour de son axe. L’arbre de direction 13 se prolonge vers un arbre de colonne de direction (non représenté) pour un couplage mécanique avec le volant de conduite du véhicule. Des dents du pignon de direction 130 sont engagées avec des dents de la crémaillère 1. Un dispositif de rattrapage de jeu 14 est monté également dans le boîtier de pignon de direction 12 pour garantir une bonne coopération entre les dents du pignon de direction 130 et celles du barreau de crémaillère 1. Ainsi, dans le système de direction à crémaillère SD1, une rotation du pignon de direction 130, due à une rotation du volant de conduite du véhicule, provoque un déplacement du barreau de crémaillère 1 et une modification de l’angle de braquage des roues directrices. En référence à la , le système de direction à crémaillère SD2 est ici de type « DàD » et comporte des moyens d’assistance. De manière analogue au système SD1, le système SD2 comporte un boîtier de crémaillère 20 dans lequel est logée un barreau de crémaillère (non représentée) aux extrémités duquel sont reliées des barres de raccordement 21. Le boîtier de crémaillère 20 comprend un boîtier de pignon de direction 22 à proximité d'une partie d’extrémité et un boîtier de pignon d’assistance 23 à proximité d'une autre partie d’extrémité. Le boîtier de pignon de direction 22 est analogue au boîtier de pignon de direction 12 susmentionné et renferme un pignon de direction (non représenté), analogue au pignon de direction 130, qui est engagé avec les dents du barreau de crémaillère et actionné en rotation par l’arbre de colonne de direction. Un capteur de couple 220, destiné à la commande de la fonction d’assistance, est agencé également dans le boîtier de pignon de direction 22. Le boîtier de pignon d’assistance 23 est dédié à la fonction d’assistance et comprend un pignon d’assistance (non représenté) qui est engagé avec des dents du barreau de crémaillère et est actionné en rotation par un moteur électrique 24. Le moteur électrique 24 est commandé par un calculateur 240 et délivre un couple moteur d’assistance pour déplacer le barreau de crémaillère. Ce couple moteur d’assistance est déterminé par le calculateur 240 à partir d’une information fournie par le capteur de couple 220, qui est représentative du couple mécanique appliqué par le conducteur sur le volant de direction du véhicule. En référence aux Figs.1 et 2, les boîtiers de crémaillère 10 et 20 sont fixés au berceau du véhicule via des points de fixation correspondant à des oreilles de fixation 15 et 25, respectivement. De manière générale, les boîtiers de crémaillère des systèmes de direction à crémaillère actuels ont des oreilles de fixation qui sont situées d’un même côté, comme visible aux Figs.1 et 2 pour les oreilles de fixation 15 et 25. Dans ces exemples des Figs.1 et 2, les oreilles de fixation 15 et 25 sont situées en avant par rapport au barreau de crémaillère. De plus, l’arbre de direction, tel que l’arbre 13 à la , demande à être incliné par-rapport au plan horizontal et doit être positionné en avant ou en arrière du barreau de crémaillère pour la liaison pignon-crémaillère. De plus, le pignon de direction de l’arbre de direction, qui se situe à gauche sur un système de type « DàG » et à droite sur un système de type « DàD », doit être plaqué contre le barreau de crémaillère au niveau de la liaison pignon-crémaillère, pour une bonne qualité de cette liaison. Un dispositif de rattrapage de jeu, tel que le dispositif 14 à la , est nécessaire pour cela et est agencé perpendiculairement au barreau de crémaillère. Les différentes caractéristiques décrites ci-dessus d’un système de direction à crémaillère de la technique antérieure font qu’il n’est pas possible actuellement de convertir un système de type DàG en un système de type DàG, ou inversement, en pivotant le boîtier de crémaillère d’un angle de 180 degrés. Dans l’état de la technique, les systèmes de direction à crémaillère « DàG » et « DàD » sont donc des systèmes distincts, non interchangeables. Pour un même modèle de véhicule, les constructeurs automobiles doivent concevoir deux systèmes de direction différents, et cela quel que soit le type du système de direction, à savoir, un système mécanique classique, sans assistance, comme celui SD1 de la , ou un système avec assistance électrique, comme celui SD2 de la , ou avec assistance hydraulique. Cela impacte de manière significative les coûts de développement et les temps et de mise au point, et conduit à une plus grande cherté de pièces qui sont spécifiques. Il est souhaitable de proposer un système universel de direction à crémaillère qui apporte une solution aux inconvénients susmentionnés de la technique antérieure, en étant conçu pour être monté aussi bien sur les véhicules à conduite à gauche que sur les véhicules à conduite à droite. Selon un premier aspect, l’invention concerne un système universel de direction à crémaillère de véhicule, comprenant un barreau de crémaillère et un boîtier de crémaillère, le barreau de crémaillère étant monté mobile en translation dans le boîtier de crémaillère, et le boîtier de crémaillère comprenant un boîtier de pignon de direction assurant un engagement par pignon du barreau de crémaillère avec un arbre de direction. Conformément à l’invention, le boîtier de pignon de direction comprend des premier et deuxième pignons de direction montés de part et d’autre du barreau de crémaillère et ayant respectivement des premier et deuxième axes de rotation parallèles, le barreau de crémaillère ayant des première et deuxième dentures engagées respectivement avec les premier et deuxième pignons de direction, les premier et deuxième axes de rotation étant perpendiculaires à un plan de fixation d’une interface de fixation mécanique du boîtier de crémaillère avec un organe de châssis de véhicule, et les premier et deuxième pignons de direction ayant chacun des moyens agencés de façon à autoriser un couplage mécanique avec l’arbre de direction. Selon une caractéristique particulière, les premier et deuxième pignons de direction et les première et deuxième dentures du barreau de crémaillère sont de type hélicoïdal. Selon une autre caractéristique particulière, l’interface de fixation mécanique du boîtier de crémaillère comprend des premier et deuxième points de fixation respectant une relation de symétrie centrale par rapport à un point central de symétrie situé à égale distance des première et deuxième extrémités du boîtier de crémaillère, les premier et deuxième points de fixation et le point central de symétrie étant compris dans le plan de fixation de l’interface de fixation mécanique. Selon encore une autre caractéristique particulière, l’interface de fixation mécanique du boîtier de crémaillère comprend des première et deuxième oreilles de fixation localisées de part et d’autre du barreau de crémaillère et en correspondance respectivement avec les premier et deuxième points de fixation. Selon encore une autre caractéristique particulière, le système comprend un dispositif de rattrapage de jeu agencé dans le boîtier de pignon de direction et coopérant avec l’un des premier et deuxième pignons de direction. Selon encore une autre caractéristique particulière, le système comprend des moyens d’assistance de type électrique et/ou hydraulique. L’invention concerne aussi un ensemble comprenant un système universel de direction à crémaillère tel que décrit brièvement ci-dessus et un organe de châssis de véhicule, typiquement un berceau, comprenant une interface mécanique de fixation ayant un plan de fixation incliné par rapport à l’horizontale sur lequel est monté le boîtier de crémaillère. L’invention concerne aussi un véhicule comprenant un système universel de direction à crémaillère ou un ensemble tel qu’indiqué ci-dessus. D’autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous de plusieurs formes de réalisation particulières de l’invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : La est une vue éclatée en perspective d’un premier système de direction à crémaillère de la technique antérieure. La est une vue en perspective d’un autre système de direction à crémaillère de la technique antérieure. La est une vue de dessus simplifiée d’une forme de réalisation particulière d’un système de direction à crémaillère selon l’invention. La est une vue de côté du système de direction à crémaillère de la . La est une vue en perspective d’un barreau de crémaillère compris dans le système de direction à crémaillère de la . La est une vue extérieure en perspective d’un boîtier de pignon de direction dans un boîtier de crémaillère compris dans le système de direction à crémaillère de la . La est une vue en coupe du boîtier de pignon de direction de la . La est une vue plane en perspective montrant un montage du système de direction à crémaillère de la sur une interface de fixation mécanique à plan incliné d’un berceau de châssis de véhicule. En référence aux Figs.3 à 8, il est maintenant décrit ci-dessous une forme de réalisation particulière SD3 d’un système universel de direction à crémaillère selon l’invention. Le système SD3 est ici un système de direction avec assistance, par exemple, de type électrique. Les différents composants liés à la fonction d’assistance ne sont pas décrits ici, ceux-ci restant analogues à ceux connus et utilisés dans la technique antérieure. Dans les Figs.3 et 4, le système universel de direction à crémaillère SD3 est représenté de manière schématique et simplifiée dans un repère orthogonal XYZ. Les dispositions A et B du système SD3, montré à la en vue de dessus dans le plan XY, correspondent respectivement à une configuration de type « DàG » et à une configuration de type « DàD ». Dans la , le système SD3 est montré en vue de côté, dans le plan XZ, dans la disposition A correspondant à la configuration de type « DàG ». Conformément au concept général de l’invention, la configuration du système SD3 est changée du type « DàG » au type « DàD », et inversement, par une simple rotation de 180 degrés autour d’un axe de rotation AR. Comme bien visible à la , le système universel de direction à crémaillère SD3 comprend notamment un barreau de crémaillère 3 qui est monté mobile en translation, suivant son axe central longitudinal AC, dans un boîtier de crémaillère 30. Les deux extrémités du barreau de crémaillère 3, s'étendant des deux côtés du boîtier de crémaillère 30, sont reliées à des barres de raccordement (non représentées) qui sont couplées mécaniquement avec les roues directrices du véhicule. Conformément à l’invention, le barreau de crémaillère 3 comprend une double denture 31G et 31D. En référence aussi à la , les dentures 31G et 31D sont agencées sur des portions de surface DG et DD, respectivement, du barreau de crémaillère 3, de part et d’autre d’un plan central longitudinal PL comprenant l’axe central longitudinal AC du barreau de crémaillère 3. Dans cette forme de réalisation particulière, les dentures 31G et 31D sont des dentures hélicoïdales. En référence aussi aux Figs.6 et 7, à proximité d'une première partie d’extrémité, le boîtier de crémaillère 30 comprend un boîtier de pignon de direction 32 dans lequel sont logés deux pignons de direction 320G et 320D. Les pignons de direction 320G et 320D sont ici de type hélicoïdal et sont engagés respectivement avec les dentures 31G et 31D du barreau de crémaillère 3, en étant agencés en parallèle de part et d’autre de ce dernier. Les pignons de direction 320G et 320D ont respectivement des axes de rotation de pignon AG et AD qui sont parallèles. Les pignons de direction 320G et 320D ont des sens de rotation inverses, comme illustré par les sens de rotation SG et SD à la , et ont donc des dentures avec des inclinaisons inverses. Ces inclinaisons inverses des dentures des pignons de direction 320G et 320D correspondent à des inclinaisons inverses, montrées à la , des dentures 31G et 31D du barreau de crémaillère 3. Dans le système universel de direction à crémaillère SD3, conformément à l’invention, l’arbre de direction, repéré 33 et visible aux Figs.6 et 7, est monté en prise avec le pignon de direction 320G pour la configuration de type « DàG » et est monté en prise avec le pignon de direction 320D pour la configuration de type « DàD ». En référence plus particulièrement aux Figs.4 et 8, conformément à l’invention, le système universel de direction à crémaillère SD3 comprend des points de fixation PFa et PFb du boîtier de crémaillère 30, correspondant respectivement à des oreilles de fixation 35a et 35b, qui sont positionnés géométriquement conformément à une symétrie centrale par rapport à un point central de symétrie PC, ou autrement dit conformément à une rotation de 180 degrés autour du point PC. Ainsi, les deux oreilles de fixation 35a et 35b, correspondant aux points de fixation PFa et PFb, sont placées de façon diamétralement opposée de part et d’autre du barreau de crémaillère 3. Les points de fixation PFa et PFb et le point central de symétrie PC sont compris dans un plan de fixation FX. Le plan de fixation FX est compris dans l’interface de fixation mécanique du boîtier de crémaillère 30 sur le berceau de châssis 4 du véhicule. Le point central de symétrie PC est situé à égale distance L/2 des extrémités du boîtier de crémaillère 30 qui a une longueur totale L, comme montré à la . Le point central de symétrie PC est compris dans l’axe de rotation AR susmentionné. L’axe de rotation AR est perpendiculaire au plan de fixation FX et est compris dans le plan central longitudinal PL susmentionné intégrant l’axe central longitudinal AC du barreau de crémaillère 3. Les axes de rotation de pignon AG et AD sont également perpendiculaires au plan de fixation FX, comme bien visible aux Figs.8 et 4. En référence plus particulièrement à la , conformément à l’invention, un angle d’inclinaison AI de l’arbre de direction 33 par rapport à la verticale VE peut être obtenu par le montage du boîtier de crémaillère 30 sur un plan de fixation FXI incliné, par rapport à l’horizontale HO, d’une interface mécanique de fixation du berceau de châssis 4. En variante, on notera que dans certaines formes de réalisation du système selon l’invention, les oreilles de fixation 35a, 35b pourront être supprimées dans le boîtier de crémaillère et remplacées, par exemple, par des trous taraudés borgnes ayant des axes dans le plan PL, ou bien par des colliers de fixation rapportés. Dans d’autres formes de réalisation, des oreilles de fixation similaires à celles prévues dans la technique antérieure pourront être conservées, mais en prévoyant une interface mécanique de fixation adaptée dans le berceau, avec des moyens dupliquées (orifices et/ou goujons, par exemple) pour pouvoir fixer le boîtier de crémaillère dans une position correcte pour les deux configurations, « DàG » et « DàD ». Conformément à l’invention, le pignon de direction, 320G ou 320D, qui n’est pas couplé mécaniquement à l’arbre de direction 33, peut avantageusement être mis en œuvre dans un dispositif de rattrapage de jeu (non représenté). Le dispositif de rattrapage de jeu est alors agencé dans le boîtier de pignon de direction 32 et coopère avec le pignon de direction, 320G ou 320D, qui n’est pas couplé mécaniquement à l’arbre de direction 33. Les moyens d’assistance du système universel de direction à crémaillère SD3 sont représentés schématiquement par le bloc 5, en trait interrompu, montré aux Figs.3 et 4. Typiquement, ces moyens d’assistance 5 sont situés à proximité d’une deuxième partie d’extrémité du boîtier de crémaillère 30, à l’opposé de la première partie d’extrémité à proximité de laquelle est située le boîtier de pignon de direction 32. Bien entendu, l’invention ne se limite pas aux formes de réalisation particulières qui ont été décrites ici à titre d’exemple. L’homme du métier, selon les applications de l’invention, pourra apporter différentes modifications et variantes entrant dans le champ de protection de l’invention. Système de direction à crémaillère de véhicule (SD3), comprenant un barreau de crémaillère (3) et un boîtier de crémaillère (30), ledit barreau de crémaillère (3) étant monté mobile en translation dans ledit boîtier de crémaillère (30), et ledit boîtier de crémaillère (30) comprenant un boîtier de pignon de direction (32) assurant un engagement par pignon dudit barreau de crémaillère (3) avec un arbre de direction (33), caractérisé en ce que ledit boîtier de pignon de direction (32) comprend des premier et deuxième pignons de direction (320G, 320D) montés de part et d’autre dudit barreau de crémaillère (3) et ayant respectivement des premier et deuxième axes de rotation parallèles (AG, AD), ledit barreau de crémaillère (3) ayant des première et deuxième dentures (31G, 31D) engagées respectivement avec lesdits premier et deuxième pignons de direction (320G, 320D), lesdits premier et deuxième axes de rotation (AG, AD) étant perpendiculaires à un plan de fixation (FX) d’une interface de fixation mécanique dudit boîtier de crémaillère (30) avec un organe de châssis de véhicule (4), et lesdits premier et deuxième pignons de direction (320G, 320D) ayant chacun des moyens agencés de façon à autoriser un couplage mécanique avec ledit arbre de direction (33). Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits premier et deuxième pignons de direction (320G, 320D) et lesdites première et deuxième dentures (31G, 31D) dudit barreau de crémaillère (3) sont de type hélicoïdal. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite interface de fixation mécanique dudit boîtier de crémaillère (30) comprend des premier et deuxième points de fixation (PFa, PFb) respectant une relation de symétrie centrale par rapport à un point central de symétrie (PC) situé à égale distance (L/2) de première et deuxième extrémités dudit boîtier de crémaillère (30), les premier et deuxième points de fixation (PFa, PFb) et ledit point central de symétrie (PC) étant compris dans ledit plan de fixation (FX) de ladite interface de fixation mécanique. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite interface de fixation mécanique dudit boîtier de crémaillère (30) comprend des première et deuxième oreilles de fixation (35a, 35b) localisées de part et d’autre dudit barreau de crémaillère (3) et en correspondance respectivement avec lesdits premier et deuxième points de fixation (PFa, PFb). Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif de rattrapage de jeu agencé dans ledit boîtier de pignon de direction (32) et coopérant avec l’un desdits premier et deuxième pignons de direction (320G, 320D). Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens d’assistance de type électrique et/ou hydraulique. Ensemble comprenant un système de direction à crémaillère (SD3) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 et un organe de châssis de véhicule (4), caractérisé en ce que ledit organe de châssis de véhicule (4) comprend une interface mécanique de fixation ayant un plan de fixation (FXI) incliné par rapport à l’horizontale (HO) sur lequel est monté ledit boîtier de crémaillère (30). Ensemble selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit organe de châssis de véhicule est un berceau (4) d’un châssis de véhicule. Véhicule comprenant un système de direction à crémaillère selon l’une quelconque des revendications 1 à 6. Véhicule comprenant un ensemble selon la revendication 7 ou 8.