Installation de commande de véhicules terrestres, marins ou aériens La présente invention concerne une instal- lation de commande de véhicules terrestres, marins ou aériens du genre de celles compor tant un mécanisme d'asservissement hydrau lique mis en action par l'utilisation d'une faible course perdue d'un organe faisant par tie du dispositif actionné par le conducteur.
Le but de l'invention est d'obtenir à la fois une proportionnalité presque exacte entre la force que le conducteur exerce sur ce dis positif, et la pression produite dans le méca nisme l'asservissement, ainsi que la quasi- instantanéité dans l'obtention de cette pres sion proportionnelle.
Ce but est réalisé par le fait que le mé canisme d'asservissement hydraulique com porte au moins une pompe qui débite cons tamment dans une conduite reliée en perma nence à la source de la force d'appoint du mécanisme d'asservissement, cette conduite présentant un branchement dans lequel le passage du liquide et, par suite, la pression dans la source de force d'appoint sont com- mandés par une soupape qui tend à s'ouvrir sous l'effet de la pression du liquide et qui subit en sens inverse l'action d'une force proportionnelle à celle que développe le con ducteur.
De préférence, la soupape qui commande la pression dans la source de force d'appoint est une soupape s'ouvrant dans le sens du courant du liquide et présentant une section de passage telle que la levée nécessaire pour mettre hors d'action la source de force d'ap point, correspond à une course perdue de l'or gane actionné par le conducteur qui est assez faible pour ne pas entraver l'action de la commande.
Le mécanisme d'asservissement est de pré- f érence à double effet, chaque chambre de travail de la source de force d'appoint étant reliée à une pompe particulière par l'inter médiaire d'une conduite présentant un bran chement dans lequel le passage du liquide est commandé par ' une soupape, les deux sou papes étant disposées de manière à s'ouvrir l'une vers l'autre, et un organe de commande rigide, faisant partie du dispositif actionné par le conducteur,
étant disposé entre les deux soupapes et limitant la levée indivi duelle de chaque soupape et la course perdue dans le dispositif actionné par le conducteur.
Dans le cas d'application de l'invention aux véhicules terrestres ou marins, le méca nisme d'asservissement hydraulique sera de préférence actionné par la source d'énergie même de propulsion du véhicule; dans le cas des avions, la sécurité rendra préférable de l'actionner au moyen d'un moulinet aéro dynamique afin que l'appoint de puissance de commande continue à être apporté, même en cas d'arrêt du moteur de l'avion.
Le principe fondamental de l'invention va être tout d'abord schématiquement expliqué sur un mécanisme à levier représenté à. la fig. 1 du dessin annexé; dans le cas de plus grands déplacements angulaires, ce levier pourra être remplacé par des trains d'engre nages comme on le verra plus loin; le prin cipe du fonctionnement n'en sera pas altéré.
Soit, schématiquement, un levier du troi sième genre<I>A</I> B <I>C</I> (fi-. 1) où la. force agis- saute F est appliquée au point intermédiaire B et la résistance P à l'extrémité C; le point d'appui A est légèrement mobile entre deux butées a,,<I>a-.</I> Si la force F agit dans le sens de la flèche<B><I>f,,</I></B> le point<I>A</I> se déplace dans le sens de la flèche f., et vient s'appliquer con tre la butée a2. Ce levier représente ainsi un dispositif d'articulation à libre course limitée.
Ce petit déplacement de A est utilisé pour commander un mécanisme, non représenté sur la fig. 1, qui développe la force d'appoint 31, agissant dans le même sens que F et dimi nuant ainsi le travail à effectuer par le con ducteur.
II va de soi que le levier pourrait aussi bien être du deuxième genre par interversion de la force agissante et de la résistance, et que la force<B>31</B> pourrait théoriquement être appliquée ailleurs qu'au point C; polir le fonctionnement correct de la commande, il y a avantage à. l'appliquer en C, ou à son voi sinage.
Une forme d'exécution de l'objet de l'in vention, ainsi qu'une variante de celle-ci, sont représentées, à, titre d'exemple, au dessin an nexé, dans lequel: La fig. 2 montre une disposition sché matique d'une première forme d'exécution d'une installation dans laquelle la force d'ap point est fournie par un fluide sous pression; la fig. 3 montre, à plus grande échelle, un dispositif à, relais en coupe verticale, la fi-. 4 en élévation latérale avec coupe partielle, et la fig. 5 en coupe horizontale suivant la ligne Z' V à, la fig. 3;
la fi,-. f montre une disposition schéma tique d'une variante de cette forme d'exé cution; la fi'-'. 7 montre une vue extérieure d'une boîte d'engrenages avec parties afférantes; la fig. 8 montre, à plus grande échelle, une coupe axiale verticale, et la fig. 9 une élévation en bout de cette boîte d'engrenages.
Aux fi-. 2 à 9, on a représenté une forme d'exécution, dans laquelle la force d'appoint est fournie par un liquide sous pression, au moyen d'un mécanisme d'asservissement hy draulique, pour la commande à manche à balai, donc à levier unique, d'un avion. Le dispositif à. relais agencé comme mécanisme à levier est représenté aux fig. 3, 4 et 5.
Le dispositif comporte un corps creux fixe 1 en Ï renfermant dans un alésage transver sal deux singes de soupapes 2 et 2' pour les deux têtes des soupapes de commande 3 et 3'. Deux bouchons 4 et 4' viennent bloquer les sièges de soupapes en position et servent en même- temps à l'amenée d'huile sous pres sion. L'extrémité supérieure 5e d'un levier 5 s'engage avec un certain jeu entre les deux têtes des soupapes de commande 3 et 3'.
Ce levier 5, par l'intermédiaire de la douille 6 vissée et ajustée sur lui, s'articule autour de l'axe Bl matérialisé en demi-axes 7 et 7' (fig. 5) supportant la douille 6. La douille 6 a. son extrémité inférieure agencée comme ro tule 6r. Pour obtenir une étanchéité parfaite en même temps qu'une bonne liberté d'articula tion du levier 5 autour de l'axe B1, la douille 6 est soudée à l'extrémité d'un tube flexible 8, dont l'autre extrémité est soudée à un anneau légèrement tronconique 9, bloqué lui- même sur le corps creux 1 grâce à l'écrou 10.
Le levier 5 porte -à son extrémité infé rieure B un axe 11 qui reçoit lui-même les deux leviers jumeaux 12 et 12' commandés par le conducteur par l'intermédiaire d'un tringlage, comme décrit par la suite.
Ce dispositif à relais, désigné par 13 à la fig. 2, est commandé par les deux leviers jumelés 12 et 12' actionnés eux-mêmes -par le manche à balai 14 par l'intermédiaire d'une longue bielle 15 portant à chaque extrémité une articulation .à rotule 15a et 15b respec tivement à faible déplacement angulaire et reliée à l'extrémité supérieure des leviers 12 et 12'. Le manche à balai 14 est fixé à sa.
base sur une rotule ou une articulation car dan ainsi composée: une noix 16 porte deux axes perpendiculaires Z et Z' dont l'un, Z, peut tourillonner dans deux paliers fixes 17 et 17'. Sur l'autre, Z', s'articule une douille 18 solidaire du manche à balai 14. Celui-ci peut ainsi être manouvré dans tous les sens autour du point de croisement des deux axes Z et Z' qui sert de point d'appui. A l'autre extrémité des leviers jumelés 12 et 12' sont articulées: la tige 19 de commande de l'or gane à manoeuvrer, et la biellette 20 qui re çoit l'action de la tige 21 d'un piston 22.
Ce piston 22 coulisse dans un cylindre 23 rem pli d'un fluide sous pression, de l'huile par exemple. Ce fluide est fourni par deux pom pes 24 et 24' qui le puisent dans un réservoir 25 et le refoulent de part et d'autre du piston 22 en même temps que sous les soupapes 3 et 3' dans l'alésage transversal du disposi tif 13.
Dans un but de simplification, le schéma ne représente la commande soulagée que pour une seule manoeuvre du manche à balai 14: celle indiquée par la flèche f à la fig. 2. Pour la manoeuvre dans le sens perpendiculaire, la commande peut se faire grâce à un second dispositif à relais établi sous forme d'une boîte à engrenages 37, dont la description sera faite plus loin, montée sur l'axe Z de la noix 16, boite qui, par l'intermédiaire d'un dispositif à relais similaire à 13 et un autre circuit de fluide,
agira sur le levier 26 chargé d'assurer la commande dans ce sens, par exemple la commande de l'équilibrage trans versal de l'avion.
Le fonctionnement de l'installation repré sentée est le suivant: Le sommet du manche à balai 14 (fig. 2) étant supposé poussé vers la droite dans le sens de la flèche f, le point d'articulation A est lui-même .déplacé vers la droite et le point C du levier 12, 12' prenant point d'appui sur la résistance qu'offre la commande par l'intermédiaire de la tige de commande 19, le point B tend également à se déplacer vers la droite.
Si l'on se reporte maintenant à la fig. 3, on voit que le point B du levier 5 étant solli cité vers la droite, le point d'appui offert par l'axe Bl, par l'intermédiaire de la rotule 6r repousse son extrémité supérieure A vers la gauche et la fait presser sur la soupape de commande 3'.
La circulation de la pompe 24 étant ainsi entravée, la pression augmente dans son tube de refoulement t et dans la chambre de droite du cylindre 23. Les tiges 21 et 20, sous l'ef fet de cette surpression, tirent le point C vers la gauche en venant ainsi ajouter leur effort à celui que fournissait le pilote au point A.
On voit clairement que si le débit des pompes 24 et 24' n'est pas trop fort, et les soupapes de commande 3 et 3' suffisamment larges, la surpression dans la canalisation t sera pratiquement proportionnelle à la pres sion développée au sommet 5e du levier 5, c'est-à-dire à la pression développée par la main du conducteur sur le levier 14. Il en sera de même de la force d'appoint développée au point C par la tige 20.
Il suffira de proportionner convenable ment la surface des soupapes de commande 3 et 3' à la section du cylindre 23 pour avoir entre les forces en _4 et en. C le rapport qu'on désire.
Si la levée des soupapes de commande 3 et 3' est, comme il a été prévu, assez faible, un jeu de quelques dixièmes de millimètres à. l'extrémité de levier 5e ne saurait troubler la précision de la, commande par le pilote; il suffira. pour cela de rendre assez petite la distance B Bl.
Les fig. 6 à 9 montrent une variante de cette forme d'exécution dans laquelle le mé canisme à. libre course est établi sous la forme d'un train d'engrenage au lieu d'un méca nisme à. levier.
Le mécanisme à engrenage 34 susdécrit au sujet d'une commande d'avion va être ici dé crit comme se rapportant à. la commande de direction d'un véhicule automobile lourd. Il comporte un pignon 27 (fig. 8 et 9) solidaire de l'arbre 28 actionné par le conducteur, et qui commande, par l'intermédiaire des deux trains de satellites 29c, et 29h, comprenant chacun deux pignons solidaires de diamètres très peu différents, un deuxième pignon 30 claveté sur l'arbre commandé 31. Cet arbre 31 porte la vis sans fin usuelle 32 qui, par la roue hélicoïdale 33 et des organes inter médiaires appropriés, commandera à la ma nière habituelle, la direction du véhicule au tomobile.
Toutes les roues dentées susmen tionnées tourillonnent folles dans une boîte 34 fermée par un couvercle 35 et munie de coussinets en bronze 36 qui pourraient pré- férablement être des roulements à billes.
Comme représenté aux fi-. 6 et 7, ce mé canisme comporte une plaquette 38, formant levier, par l'intermédiaire duquel il com mande les soupapes du dispositif 13 décrit plus haut, la plaquette 38 étant articulée à l'extrémité inférieure du levier 5 du dispo sitif 13. Sur l'arbre commandé 31 est claveté un pignon 39 qui engrène avec une crémail lère 40 coulissant sur un guide 41. Son extré mité est reliée à la tige 21 du piston 22, dont le cylindre 23 est relié par des canalisations aux pompes 24 et 24' puisant dans un réser voir 25, comme déjà décrit.
Dans ce mode de réalisation, le fonction nement a lieu de la manière suivante (fig. 6 et 8): L'arbre 28 étant mû dans un sens déter miné par le conducteur, soit. le sens de la flèche g sur la fig. 9 et l'arbre 31 résistant à ce mouvement, le point d'engrènement 1 tend à, se mouvoir vers la droite. tandis que le point m forme résistance en développant un effort vers la gauche.
Il en résulte un mouvement pivotant du mécanisme 37 (boîte 34) autour de l'axe médian (31-28) vers la droite dans le sens de la flèche p de la fig. 9 et un mouvement correspondant du levier 5 du dispositif 13, dont les soupapes fonction nent alors de la manière déjà décrite pour admettre le fluide sous pression sur un côté du piston 22 qui fournit alors la force d'ap point agissant sur la crémaillère 40 et. par suite, sur le mécanisme de direction de l'au tomobile.
Il est bien compréhensible que les exem ples qui ont été donnés sont équivalents: levier, palonniers et trains d'engrenages jouent un rôle semblable, avec pour seule dif férence l'amplitude des mouvements angu laires.
L'installation de commande décrite est surtout destinée à l'application de fortes pressions de fluides qui permettent de faire travailler davantage le métal des conduites et réduisent. ainsi le poids de l'ensemble de cette installation. Cet avantage, capital pour les avions, est également fort appréciable pour les véhicules automobiles.
The present invention relates to a control installation for land, sea or air vehicles of the type comprising a hydraulic servo mechanism put into action by the use of a device. small lost travel of a member forming part of the device actuated by the driver.
The object of the invention is to obtain both an almost exact proportionality between the force which the driver exerts on this positive device, and the pressure produced in the servo mechanism, as well as the quasi-instantaneity in the obtaining this proportional pressure.
This object is achieved by the fact that the hydraulic servo mechanism comprises at least one pump which delivers constantly in a pipe permanently connected to the source of the booster force of the servo mechanism, this pipe having a branch in which the passage of the liquid and, consequently, the pressure in the source of additional force are controlled by a valve which tends to open under the effect of the pressure of the liquid and which is subjected in the direction reverses the action of a force proportional to that developed by the driver.
Preferably, the valve which controls the pressure in the source of make-up force is a valve opening in the direction of the flow of the liquid and having a passage section such that the lift necessary to put the source of pressure off. ap point force corresponds to a lost travel of the organ actuated by the driver which is weak enough not to hinder the action of the control.
The servo-control mechanism is preferably double-acting, each working chamber of the booster force source being connected to a particular pump by the intermediary of a pipe having a connection in which the passage liquid is controlled by a valve, the two valves being arranged so as to open towards each other, and a rigid control member, forming part of the device actuated by the driver,
being arranged between the two valves and limiting the individual lift of each valve and the stroke lost in the device actuated by the driver.
In the case of application of the invention to land or sea vehicles, the hydraulic servo-control mechanism will preferably be actuated by the same source of energy for propelling the vehicle; in the case of airplanes, safety will make it preferable to actuate it by means of a dynamic aero reel so that the additional control power continues to be provided, even in the event of the airplane engine stopping.
The fundamental principle of the invention will first of all be schematically explained on a lever mechanism shown at. fig. 1 of the accompanying drawing; in the case of larger angular displacements, this lever can be replaced by gear trains as will be seen below; the operating principle will not be altered.
Let, schematically, be a lever of the third kind <I> A </I> B <I> C </I> (fi-. 1) where the. force acting F is applied at intermediate point B and resistance P at end C; the fulcrum A is slightly mobile between two stops a ,, <I> a-. </I> If the force F acts in the direction of the arrow <B> <I> f ,, </I> < / B> point <I> A </I> moves in the direction of arrow f., And is applied against stop a2. This lever thus represents an articulation device with limited free travel.
This small displacement of A is used to control a mechanism, not shown in fig. 1, which develops the additional force 31, acting in the same direction as F and thus reducing the work to be done by the driver.
It goes without saying that the lever could just as well be of the second kind by reversing the acting force and the resistance, and that the force <B> 31 </B> could theoretically be applied elsewhere than at point C; polish the correct operation of the control, it is advantageous to. apply it in C, or its vicinity.
An embodiment of the object of the invention, as well as a variant thereof, are shown, by way of example, in the accompanying drawing, in which: FIG. 2 shows a schematic arrangement of a first embodiment of an installation in which the boost force is supplied by a pressurized fluid; fig. 3 shows, on a larger scale, a relay device in vertical section, the fi. 4 in side elevation with partial section, and FIG. 5 in horizontal section along the line Z 'V to, FIG. 3;
the fi, -. f shows a schematic arrangement of a variant of this embodiment; the fi'- '. 7 shows an exterior view of a gearbox with related parts; fig. 8 shows, on a larger scale, a vertical axial section, and FIG. 9 an end elevation of this gearbox.
To the fi-. 2 to 9, there is shown an embodiment, in which the additional force is supplied by a pressurized liquid, by means of a hydraulic servo mechanism, for the joystick control, therefore to single lever, of an airplane. The device at. relay arranged as a lever mechanism is shown in fig. 3, 4 and 5.
The device comprises a fixed hollow body 1 by Ï enclosing in a transverse bore two valve monkeys 2 and 2 'for the two heads of the control valves 3 and 3'. Two plugs 4 and 4 'block the valve seats in position and at the same time serve to supply oil under pressure. The upper end 5e of a lever 5 engages with a certain clearance between the two heads of the control valves 3 and 3 '.
This lever 5, by means of the sleeve 6 screwed and adjusted on it, is articulated around the axis B1 materialized in half-axes 7 and 7 '(fig. 5) supporting the sleeve 6. The sleeve 6 has . its lower end arranged as a roller 6r. To obtain a perfect seal at the same time as good freedom of articulation of the lever 5 around the axis B1, the sleeve 6 is welded to the end of a flexible tube 8, the other end of which is welded. to a slightly frustoconical ring 9, itself locked on the hollow body 1 thanks to the nut 10.
The lever 5 carries -at its lower end B an axis 11 which itself receives the two twin levers 12 and 12 'controlled by the driver via a linkage, as described below.
This relay device, designated by 13 in FIG. 2, is controlled by the two twin levers 12 and 12 'themselves actuated by the joystick 14 by means of a long rod 15 carrying at each end a ball joint 15a and 15b respectively low angular displacement and connected to the upper end of the levers 12 and 12 '. The broomstick 14 is attached to its.
base on a ball joint or a joint because dan thus composed: a nut 16 carries two perpendicular axes Z and Z ', one of which, Z, can be journaled in two fixed bearings 17 and 17'. On the other, Z ', is articulated a sleeve 18 integral with the joystick 14. The latter can thus be maneuvered in all directions around the point of intersection of the two axes Z and Z' which serves as a point of support. At the other end of the twin levers 12 and 12 'are articulated: the rod 19 for controlling the organ to be operated, and the rod 20 which receives the action of the rod 21 of a piston 22.
This piston 22 slides in a cylinder 23 filled with a pressurized fluid, oil for example. This fluid is supplied by two pumps 24 and 24 'which draw it from a reservoir 25 and discharge it on either side of the piston 22 at the same time as under the valves 3 and 3' in the transverse bore of the device. 13.
For the sake of simplification, the diagram shows the control relieved only for a single operation of the joystick 14: that indicated by the arrow f in FIG. 2. For the maneuver in the perpendicular direction, the control can be done by means of a second relay device established in the form of a gearbox 37, the description of which will be made later, mounted on the Z axis of the nut. 16, box which, by means of a relay device similar to 13 and another fluid circuit,
will act on the lever 26 responsible for ensuring control in this direction, for example controlling the transverse balancing of the airplane.
The operation of the installation shown is as follows: The top of the broom handle 14 (fig. 2) being assumed to be pushed to the right in the direction of arrow f, the point of articulation A is itself moved. to the right and point C of lever 12, 12 'taking a bearing on the resistance offered by the control by means of control rod 19, point B also tends to move to the right.
If we now refer to fig. 3, we see that the point B of the lever 5 being biased to the right, the fulcrum offered by the axis Bl, through the ball joint 6r pushes its upper end A to the left and makes it press on the control valve 3 '.
The circulation of the pump 24 being thus impeded, the pressure increases in its delivery tube t and in the right chamber of the cylinder 23. The rods 21 and 20, under the effect of this overpressure, pull the point C towards the left, thus adding their effort to that provided by the pilot at point A.
It can be clearly seen that if the flow rate of the pumps 24 and 24 'is not too high, and the control valves 3 and 3' sufficiently wide, the overpressure in the pipe t will be practically proportional to the pressure developed at the top 5e of the lever 5, that is to say to the pressure developed by the hand of the driver on the lever 14. The same will apply to the additional force developed at point C by the rod 20.
It will suffice to adequately proportion the surface of the control valves 3 and 3 'to the section of the cylinder 23 to have between the forces at _4 and at. C the desired ratio.
If the lift of the control valves 3 and 3 'is, as expected, low enough, a play of a few tenths of a millimeter. the 5th lever end cannot interfere with the precision of the control by the pilot; it will suffice. for this to make the distance B Bl small enough.
Figs. 6 to 9 show a variant of this embodiment in which the mechanism to. free stroke is established in the form of a gear train instead of a mechanism. the sink.
The gear mechanism 34 described above in connection with an aircraft drive will be described herein as relating to. the steering control of a heavy motor vehicle. It comprises a pinion 27 (fig. 8 and 9) integral with the shaft 28 actuated by the driver, and which controls, via the two sets of planet wheels 29c, and 29h, each comprising two integral pinions of very small diameters. different, a second pinion 30 keyed on the controlled shaft 31. This shaft 31 carries the usual worm 32 which, through the helical wheel 33 and appropriate intermediate members, will control in the usual way, the direction of the vehicle at tomobile.
All of the aforementioned toothed wheels are idle in a box 34 closed by a cover 35 and provided with bronze bearings 36 which could preferably be ball bearings.
As shown in fi-. 6 and 7, this mechanism comprises a plate 38, forming a lever, through which it controls the valves of the device 13 described above, the plate 38 being articulated to the lower end of the lever 5 of the device 13. On the controlled shaft 31 is keyed a pinion 39 which meshes with a 1st rack 40 sliding on a guide 41. Its end is connected to the rod 21 of the piston 22, the cylinder 23 of which is connected by pipes to the pumps 24 and 24 'drawing from a reservoir see 25, as already described.
In this embodiment, the operation takes place as follows (Fig. 6 and 8): The shaft 28 being moved in a direction determined by the driver, ie. the direction of the arrow g in fig. 9 and the shaft 31 resisting this movement, the point of engagement 1 tends to move to the right. while point m forms resistance by developing an effort to the left.
This results in a pivoting movement of the mechanism 37 (box 34) around the central axis (31-28) to the right in the direction of the arrow p in FIG. 9 and a corresponding movement of the lever 5 of the device 13, the valves of which then function in the manner already described to admit the pressurized fluid on one side of the piston 22 which then provides the boost force acting on the rack 40 and . consequently, on the steering mechanism of the motor vehicle.
It is understandable that the examples which have been given are equivalent: lever, spreaders and gear trains play a similar role, with the only difference being the amplitude of the angular movements.
The control installation described is intended above all for the application of high fluid pressures which allow the metal of the pipes to work more and reduce. thus the weight of the whole of this installation. This advantage, which is essential for airplanes, is also very appreciable for motor vehicles.