FR2827561A1 - Fixed hub steering column for motor vehicle, has control shaft with steering wheel mounted at end and having fixed electrical connections - Google Patents
Fixed hub steering column for motor vehicle, has control shaft with steering wheel mounted at end and having fixed electrical connections Download PDFInfo
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Abstract
Description
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Colonne de direction à moyeu fixe
La présente invention concerne une colonne de direction de véhicule automobile, et a plus particulièrement trait aux connexions mécaniques reliant le volant, son moyeu central et l'arbre de commande de la direction. Steering column with fixed hub
The present invention relates to a motor vehicle steering column, and more particularly relates to the mechanical connections connecting the steering wheel, its central hub and the steering control shaft.
Traditionnellement, une colonne de direction est essentiellement composée d'un tel arbre, à l'une des extrémités duquel se trouve le volant de direction, lequel entoure classiquement un moyeu central dans lequel sont regroupés des équipements dont la particularité commune est d'être tributaire de la circuiterie électrique du véhicule. Ainsi en va-t-il par exemple de l'avertisseur sonore, d'éventuelles commandes électriques ou de l'airbag de protection. Traditionally, a steering column is essentially composed of such a shaft, at one end of which is the steering wheel, which conventionally surrounds a central hub in which are grouped equipment whose common feature is to be dependent vehicle electrical circuitry. This is the case, for example, with the horn, any electrical controls or the protective airbag.
Dans les configurations connues, le moyeu central est solidaire du volant, et donc animé d'un mouvement de rotation à chaque fois qu'on manipule le volant. In known configurations, the central hub is integral with the steering wheel, and therefore driven in a rotational movement each time the steering wheel is manipulated.
Cette rotation est évidemment retransmise à l'arbre de commande de la direction, qui est en général fixé à la base du moyeu central. Les liaisons électriques avec le reste du véhicule que présentent les équipements de ce dernier sont alors réalisées à l'aide d'un contact tournant. Celui-ci comprend cependant un nombre limité de fils, autorisant de 10 à 12 fils de connexions au maximum, parmi lesquelles 4 à 5 sont occupées par les liaisons nécessaires au fonctionnement de l'airbag. This rotation is obviously transmitted to the steering control shaft, which is generally fixed at the base of the central hub. The electrical connections with the rest of the vehicle presented by the latter's equipment are then made using a rotating contact. However, this includes a limited number of wires, allowing a maximum of 10 to 12 connection wires, of which 4 to 5 are occupied by the connections necessary for the operation of the airbag.
Or, la tendance est actuellement à l'intégration d'un nombre croissant de fonctions au niveau du moyeu central, ce qui conduit les constructeurs à rationaliser l'utilisation de ce nombre limité de connexions, en procédant en particulier à des codages électroniques pour en tirer le meilleur parti. Cette solution ne permet cependant pas de multiplier les liaisons dans de bonnes conditions, et la limite supérieure du nombre d'équipements connectables dans le moyeu est par conséquent assez vite atteinte. Le coût économique généré par la complexité croissante des moyens de codage nécessaires est de plus non négligeable. However, the trend is currently to integrate an increasing number of functions at the central hub, which leads manufacturers to rationalize the use of this limited number of connections, in particular by carrying out electronic codings to make the most. This solution does not however allow to multiply the connections in good conditions, and the upper limit of the number of connectable equipment in the hub is therefore quickly reached. The economic cost generated by the increasing complexity of the coding means required is moreover not negligible.
L'utilisation d'un contact tournant peut par ailleurs être un obstacle à la mise en oeuvre de certaines fonctions pourtant également électriques, comme le chauffage du volant, qui nécessitent par exemple des courants plus forts que ceux qui sont transmis dans les fils du contact tournant pour les autres fonctions assurées au niveau du moyeu central. Il faut alors soit utiliser des contacts frottants, qui compliquent sensiblement la structure de la colonne et son coût, soit utiliser un ruban particulier à gros fils, d'utilisation difficile et sans guère de souplesse. The use of a rotating contact can moreover be an obstacle to the implementation of certain functions, however also electrical, such as the heating of the steering wheel, which require for example stronger currents than those which are transmitted in the wires of the contact. turning for the other functions performed at the central hub. It is then necessary either to use rubbing contacts, which considerably complicate the structure of the column and its cost, or to use a particular ribbon with large wires, of difficult use and without much flexibility.
Outre ses limitations électriques, le contact tournant présente quelques inconvénients en terme de liaison mécanique. Le ruban intégrant les fils de In addition to its electrical limitations, the rotary contact has some drawbacks in terms of mechanical connection. The ribbon integrating the wires of
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connexion est par exemple calculé à l'origine notamment en fonction du nombre de tours de rotation du volant, nombre qui est souvent déterminé en fonction du véhicule et que l'on ne peut guère augmenter dans de trop grandes proportions du fait de la structure et du fonctionnement du contact toumant. Il n'est dès lors pas possible de fabriquer un volant unique adaptable sur plusieurs modèles de véhicules, et guère envisageable d'augmenter sensiblement le nombre de rotations de la direction si le constructeur décide d'aménager dans son véhicule une pseudo direction assistée en adoptant la démultiplication du couplage mécanique. connection is for example originally calculated in particular as a function of the number of turns of the steering wheel, a number which is often determined according to the vehicle and which can hardly be increased in too large proportions due to the structure and operation of the rotary contact. It is therefore not possible to manufacture a single steering wheel adaptable to several vehicle models, and hardly possible to significantly increase the number of steering rotations if the manufacturer decides to fit a pseudo power steering in his vehicle by adopting the reduction in mechanical coupling.
Des frottements et vibrations affectent de plus le contact tournant, conduisant à augmenter le niveau de bruit à la manipulation du volant alors que l'évolution actuelle en terme de confort tend à la diminution, voire à la suppression des nuisances sonores dans l'habitacle. Friction and vibrations also affect the rotating contact, leading to an increase in the noise level when handling the steering wheel, while the current development in terms of comfort tends to decrease, or even eliminate noise pollution in the passenger compartment.
La présente invention remédie à ces inconvénients, en proposant une structure de colonne de direction s'affranchissant du contact tournant, supprimant ainsi toutes les limitations fonctionnelles précitées. The present invention overcomes these drawbacks by proposing a structure of a steering column which is freed from rotary contact, thus eliminating all of the above-mentioned functional limitations.
Plus précisément, l'invention, qui concerne comme mentionné auparavant une colonne de direction pour véhicule automobile, comportant essentiellement un arbre de commande de la direction à l'une des extrémités duquel se trouve un volant de direction entourant un moyeu central auquel sont intégrés des équipements reliés électriquement au reste du véhicule, du type airbag et organes de commande électrique, est caractérisée à titre principal en ce que ledit moyeu central est fixe par rapport au volant, les liaisons électriques avec les éléments qui l'occupent étant réalisées au moyen de connexions fixes. More specifically, the invention, which relates as previously mentioned to a steering column for a motor vehicle, essentially comprising a steering control shaft at one end of which is a steering wheel surrounding a central hub which are integrated equipment electrically connected to the rest of the vehicle, of the airbag and electrical control type, is mainly characterized in that said central hub is fixed relative to the steering wheel, the electrical connections with the elements occupying it being made by means of fixed connections.
Une partie des bénéfices de cette solution s'apprécie sur un plan strictement économique, l'aspect technique étant cependant également déterminant, en terme d'avance procurée à la colonne de direction de l'invention par rapport à
s ses devancières. Part of the benefits of this solution are assessed on a strictly economic level, the technical aspect being however also decisive, in terms of the advance provided to the steering column of the invention compared to
s his predecessors.
Au titre du gain technique, on peut par exemple noter que la tendance actuelle est de rééquilibrer la répartition de la localisation des fonctions accessibles depuis le tableau de bord. Avec le temps, les véhicules deviennent en effet de plus en plus sophistiqués, et certains constructeurs font face à un engorgement des panneaux centraux des tableaux de bord. On a ainsi recensé jusqu'à 65 boutons et organes de commande chez un constructeur dans cette zone, au surplus pour un modèle non haut de gamme. La nécessité d'une rationalisation et d'une nouvelle répartition s'impose donc de plus en plus. In terms of technical gain, we can for example note that the current trend is to rebalance the distribution of the location of functions accessible from the dashboard. Over time, vehicles are becoming more and more sophisticated, and some manufacturers are facing a bottleneck in the central panels of the dashboards. We have thus identified up to 65 buttons and controls at a manufacturer in this area, in addition for a non-high-end model. The need for rationalization and redistribution is therefore becoming more and more evident.
L'existence de liaisons fixes, sans limitation contraignante de leur nombre, permet d'implanter dans le moyeu central du volant de plus en plus de boutons correspondant à des fonctions auparavant localisées de manière dispersée sur The existence of fixed links, without restricting the number thereof, means that more and more buttons can be installed in the central hub of the steering wheel corresponding to functions previously located dispersed over
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le tableau de bord. Elle revient de plus à supprimer toute électronique car on travaille à nouveau en niveaux de tension, et les codages ne sont donc plus nécessaires. L'incidence économique en résultant est dès lors considérable. the dashboard. It also amounts to removing all electronics because we are working again in voltage levels, and coding is therefore no longer necessary. The resulting economic impact is therefore considerable.
L'absence de restriction dans le choix du diamètre des fils de connexion permet également d'implémenter des fonctions telles que le chauffage du volant sans modification de la structure électrique. The absence of restrictions in the choice of the diameter of the connection wires also makes it possible to implement functions such as heating the steering wheel without modifying the electrical structure.
La liaison mécanique devient enfin beaucoup plus silencieuse, car les frottements et vibrations introduites par le contact tournant n'existent plus. La possibilité d'une démultiplication mécanique telle que mentionnée auparavant s'avère alors tout à fait possible, sans limitation particulière. Il devient par conséquent envisageable de construire des colonnes de direction transgammes, c'est-à-dire qui ne nécessitent pas d'adaptations aux différents modèles de véhicules. The mechanical connection finally becomes much quieter, because the friction and vibrations introduced by the rotary contact no longer exist. The possibility of a mechanical reduction as mentioned previously then proves to be entirely possible, without particular limitation. It therefore becomes possible to construct cross-steering columns, that is to say which do not require adaptations to the different vehicle models.
Le nombre de boutons, manettes, etc... à liaison électrique, et plus généralement le nombre d'équipements disposés jusqu'ici dans le tableau de bord et que l'on peut à présent implanter dans le volant, plus précisément dans son moyeu central, est donc appelé à croître, l'exploitation de cette zone pouvant à présent être entreprise sans commune mesure avec la situation passée. Il est à noter que ceci permet non seulement de réorganiser les fonctions par rapport à leur localisation actuelle, mais également d'augmenter leur nombre dans le volant, sans pénaliser l'ergonomie de l'ensemble, bien au contraire. Le périmètre interne au volant peut d'ailleurs même s'enrichir en déplaçant certaines fonctions qui étaient à l'origine prises en charge par le bloc sous volant, du type manette des feux clignotants, etc. The number of buttons, joysticks, etc ... with electrical connection, and more generally the number of equipment arranged so far in the dashboard and which one can now implant in the steering wheel, more precisely in its hub central, is therefore expected to grow, the exploitation of this area can now be undertaken without commensurate with the past situation. It should be noted that this allows not only to reorganize the functions in relation to their current location, but also to increase their number in the steering wheel, without penalizing the ergonomics of the assembly, quite the contrary. The internal perimeter of the steering wheel can even be enriched by moving certain functions that were originally supported by the block under the steering wheel, such as the lever for the flashing lights, etc.
Il devient également possible d'introduire dans le moyeu les équipements qui peupleront la voiture de demain, du type ordinateurs, dispositifs multimédia, etc. Cela est d'autant plus vrai que l'airbag nécessité par un volant à moyeu fixe sera plus petit que les airbags classiques et libèrera par conséquent de l'espace. Cette réduction de taille s'explique notamment par le fait que le moyeu, d'un volume qui ne bénéficie en général pas de symétrie de révolution, ne tourne plus, et est donc plus facile à"couvrir"en cas d'accident. It also becomes possible to introduce into the hub the equipment that will populate the car of tomorrow, such as computers, multimedia devices, etc. This is all the more true since the airbag required by a fixed-hub steering wheel will be smaller than conventional airbags and therefore free up space. This reduction in size is explained in particular by the fact that the hub, of a volume which generally does not benefit from symmetry of revolution, does not rotate any more, and is therefore easier to "cover" in the event of an accident.
Selon l'invention, l'arbre de commande de la direction est sectionné en deux tronçons distincts de manière à ménager un espace libre au niveau de chaque extrémité sectionnée, lesdits tronçons étant mécaniquement reliés pour transmettre le déplacement du volant, le tronçon relié à ce dernier permettant le passage des liaisons électriques, qui débouchent au niveau de la séparation. According to the invention, the steering control shaft is sectioned into two separate sections so as to provide a free space at each sectioned end, said sections being mechanically connected to transmit the movement of the steering wheel, the section connected to this the latter allowing the passage of electrical connections, which lead to the level of the separation.
En fait, un des problèmes particuliers posés par la connectique électrique se situe dans l'évacuation des fils de liaison de la colonne de direction. Celle-ci étant traditionnellement d'une seule pièce, et tournante, il était jusqu'ici impossible In fact, one of the particular problems posed by electrical connection is located in the evacuation of the connecting wires from the steering column. This one being traditionally in one piece, and rotating, it was until now impossible
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d'envisager l'exploitation desdits fils sans recourir à un contact tournant. Dans la structure de l'invention, les liaisons électriques sont à présent disponibles au niveau de la séparation entre les deux tronçons distincts de la colonne de direction. Il est donc possible de les utiliser comme la plupart des autres faisceaux de câbles ou de fils des systèmes électriques du véhicule, d'une manière statique, avec les avantages correspondants. to consider the exploitation of said wires without using a rotating contact. In the structure of the invention, the electrical connections are now available at the separation between the two separate sections of the steering column. It is therefore possible to use them like most other bundles of cables or wires of the vehicle's electrical systems, in a static manner, with the corresponding advantages.
Plus précisément, le tronçon fixé au volant est constitué d'un manchon creux dans lequel est disposé coaxialement un tube fixe dont l'une des extrémités débouche au niveau de la séparation entre les deux tronçons d'arbre de direction, ledit tube étant creux et véhiculant les liaisons électriques. More specifically, the section fixed to the steering wheel consists of a hollow sleeve in which a fixed tube is arranged coaxially, one of the ends of which opens at the separation between the two sections of steering shaft, said tube being hollow and carrying electrical connections.
Ce tube sert de protection aux conducteurs, dont les extrémités situées dans le moyeu sont raccordées directement aux équipements qu'il contient, alors que l'autre extrémité est en général reliée à un connecteur coopérant avec un connecteur correspondant fixé au bâti du véhicule. This tube serves as protection for the conductors, the ends of which located in the hub are connected directly to the equipment it contains, while the other end is generally connected to a connector cooperating with a corresponding connector fixed to the vehicle frame.
Selon une possibilité, la liaison mécanique entre les deux tronçons de l'arbre de direction est réalisée au moyen d'engrenages décalant au moins une fois l'axe de rotation du tronçon relié au volant, selon un axe parallèle à ce dernier. According to one possibility, the mechanical connection between the two sections of the steering shaft is produced by means of gears shifting at least once the axis of rotation of the section connected to the flywheel, along an axis parallel to the latter.
Plusieurs configurations de décalage sont évidemment possibles, et notamment les solutions dans lesquelles les deux tronçons ne sont pas coaxiaux. Several offset configurations are obviously possible, and in particular the solutions in which the two sections are not coaxial.
Dans la plupart des cas cependant, les deux tronçons de l'arbre de direction sont coaxiaux, deux paires identiques d'engrenages réalisant deux décalages successifs inverses de l'axe de rotation, la distance séparant lesdites paires constituant ledit espace intermédiaire séparant lesdits tronçons, au niveau duquel sortent les liaisons électriques. La liaison mécanique décalée est bien entendu réalisée par ces engrenages. In most cases, however, the two sections of the steering shaft are coaxial, two identical pairs of gears making two successive reverse offsets of the axis of rotation, the distance separating said pairs constituting said intermediate space separating said sections, where the electrical connections come out. The offset mechanical connection is of course produced by these gears.
La question du choix des engrenages dépend bien entendu du rapport de démultiplication que l'on veut donner à la transmission du mouvement. The question of the choice of gears obviously depends on the gear ratio that we want to give to the transmission of the movement.
Classiquement, ce rapport est égal à 1. Ainsi, de préférence, les engrenages de chaque paire sont identiques. Conventionally, this ratio is equal to 1. Thus, preferably, the gears of each pair are identical.
Il est à noter que le tube creux permettant le passage des conducteurs, et équipant le tronçon fixé au volant, peut avoir une autre fonction que celle de véhiculer lesdits conducteurs. Il comporte à cet effet, à son extrémité côté volant, un embout de fixation au moyeu central, permettant par exemple une fixation sans outil de ce dernier, garantissant la solidarisation de ces éléments, et leur immobilité par rapport au véhicule. It should be noted that the hollow tube allowing the passage of the conductors, and equipping the section fixed to the steering wheel, can have another function than that of conveying said conductors. It has for this purpose, at its end on the flywheel side, a fitting for fixing to the central hub, allowing for example a tool-less fixing of the latter, ensuring the joining of these elements, and their immobility with respect to the vehicle.
D'une manière générale, la séparation de l'arbre de direction en deux tronçons permet comme expliqué ci-dessus la mise en oeuvre d'une structure dans laquelle le moyeu central d'un volant est fixe par rapport au volant In general, the separation of the steering shaft into two sections allows, as explained above, the implementation of a structure in which the central hub of a steering wheel is fixed relative to the steering wheel
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proprement dit, ce qui simplifie considérablement l'ensemble des problèmes électriques posés par l'existence des divers équipements intégrés au volant. proper, which considerably simplifies all of the electrical problems posed by the existence of the various pieces of equipment integrated into the steering wheel.
L'invention va à présent être décrite plus en détail, en référence aux figures annexées, pour lesquelles : - la figure 1 est une vue en perspective d'une colonne de direction selon la présente invention ; - la figure 2 est une vue en perspective vue sous un angle différent, montrant de manière plus précise le jeu d'engrenages ; - la figure 3 est une coupe de la colonne de direction selon l'invention ; et - la figure 4 est une vue éclatée de cette dernière. The invention will now be described in more detail, with reference to the appended figures, for which: - Figure 1 is a perspective view of a steering column according to the present invention; - Figure 2 is a perspective view viewed from a different angle, showing more precisely the set of gears; - Figure 3 is a section of the steering column according to the invention; and - Figure 4 is an exploded view of the latter.
En référence aux figures 1 et 2, le volant (1) est relié via ses branches (2) à une collerette (3) elle-même fixée à la colonne de direction, qui porte la référence générale (C). Cette collerette (3) est notamment fixée à un premier tronçon (4) de l'arbre de commande de la direction (voir figure 3) et elle recouvre de plus le bloc des commandes sous volant (5). Referring to Figures 1 and 2, the steering wheel (1) is connected via its branches (2) to a flange (3) itself fixed to the steering column, which bears the general reference (C). This flange (3) is notably fixed to a first section (4) of the steering control shaft (see FIG. 3) and it also covers the steering wheel control unit (5).
Ce premier tronçon (4) est creux, et prend par conséquent la forme d'un manchon (14) qui entoure un tube (6), également creux, dont l'extrémité située à l'intérieur des branches (2) du volant (1) constitue un embout de fixation (7) d'un moyeu central du volant (non représenté), par exemple par clipsage. Ce moyeu central intègre des équipements réalisant un certain nombre de fonctions nécessitant des liaisons électriques avec le reste du véhicule. A son extrémité éloignée du volant (1), le tronçon (4) de l'arbre de commande de la direction comporte un premier engrenage (8), coopérant avec un engrenage (9) dont l'axe de rotation est décalé et parallèle à l'axe de la colonne de direction. Un second engrenage (10) coaxial à ce dernier entraîne quant à lui un engrenage (11) solidarisé à l'extrémité du second tronçon (12) de l'arbre de commande de la colonne de direction, et coaxial à l'engrenage (9). This first section (4) is hollow, and therefore takes the form of a sleeve (14) which surrounds a tube (6), also hollow, the end of which is located inside the branches (2) of the steering wheel ( 1) constitutes a fixing end piece (7) of a central hub of the steering wheel (not shown), for example by clipping. This central hub incorporates equipment performing a certain number of functions requiring electrical connections with the rest of the vehicle. At its end remote from the flywheel (1), the section (4) of the steering control shaft comprises a first gear (8), cooperating with a gear (9) whose axis of rotation is offset and parallel to the axis of the steering column. A second gear (10) coaxial with the latter drives a gear (11) secured to the end of the second section (12) of the control shaft of the steering column, and coaxial with the gear (9 ).
Les engrenages (8,9, 10,11) n'ont pour but que de créer un espace intermédiaire (13) dépourvu de tout élément mécanique directement relié à la colonne de direction, et dans lequel débouche l'extrémité libre du tube (6). The gears (8,9, 10,11) are only intended to create an intermediate space (13) devoid of any mechanical element directly connected to the steering column, and into which the free end of the tube (6 ).
C'est vers cet emplacement que sont véhiculés les fils électriques issus du moyeu central du volant (1), qui sont extraits à cet endroit du volume de ladite colonne. L'espace intermédiaire (13) est en fait créé par une entretoise, ou plus précisément deux demi-entretoises chacune d'une pièce avec les engrenages (10,11), qui les séparent. It is towards this location that the electrical wires from the central hub of the steering wheel (1) are transported, which are extracted there from the volume of said column. The intermediate space (13) is in fact created by a spacer, or more precisely two half-spacers each in one piece with the gears (10,11), which separate them.
Comme cela est apparent en figure 1, l'espace intermédiaire (13), ainsi que les deux tronçons (6,12) de l'arbre de commande, sont recouverts par un manchon externe (14) dans lequel est pratiquée une fenêtre radiale (voir figure 4) permettant la connexion avec les engrenages (9,10) périphériques. Des As is apparent in FIG. 1, the intermediate space (13), as well as the two sections (6, 12) of the control shaft, are covered by an external sleeve (14) in which a radial window ( see figure 4) allowing connection with the peripheral gears (9,10). of the
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bagues (15 et 16) sont fixées autour du manchon (14), et dotées d'excroissances radiales dans lesquelles est disposé l'arbre (17) portant les engrenages (9 et 10). rings (15 and 16) are fixed around the sleeve (14), and provided with radial protuberances in which the shaft (17) carrying the gears (9 and 10) is arranged.
A l'inverse de la portion (4) de l'arbre de direction relié au volant, la portion (12) n'est pas creuse, et elle est centrée à l'intérieur du manchon (14), dans lequel elle est évidemment libre en rotation. Unlike the portion (4) of the steering shaft connected to the steering wheel, the portion (12) is not hollow, and it is centered inside the sleeve (14), in which it is obviously free to rotate.
Ce manchon (14) comporte au moins un orifice (18) permettant l'évacuation des fils par l'orifice (20) du tube creux (6) qui les véhicule préalablement depuis le moyeu du volant vers l'espace de séparation (13). A ce niveau, l'extrémité du tube (6) est fixée au manchon (14) via la pièce (19). This sleeve (14) comprises at least one orifice (18) allowing the evacuation of the wires through the orifice (20) of the hollow tube (6) which conveys them beforehand from the hub of the steering wheel to the separation space (13) . At this level, the end of the tube (6) is fixed to the sleeve (14) via the part (19).
Bien entendu, l'exemple ci-dessus ne peut pas être considéré comme exhaustif de l'invention, qui englobe également les variantes de formes et de configuration à la portée de l'homme de l'art. Of course, the above example cannot be considered as exhaustive of the invention, which also encompasses the variants of shapes and configuration within the reach of those skilled in the art.
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