FR2852567A1 - STEERING DEVICE COMPRISING A GUIDANCE FORCE SIMULATOR CREATING A GUIDANCE FORCE - Google Patents
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Abstract
Dispositif de direction comportant une poignée de direction fixée à une colonne de direction montée à rotation et coopérant avec un capteur de signal de direction électrique et un simulateur de force de direction générant une force de direction et agissant sur la colonne de direction, ce simulateur étant réalisé sous la forme d'un frein à friction.Le simulateur de force de direction comporte un piston (4) mobile axialement, sollicité par une force dans la direction axiale pour commander la pression surfacique d'au moins une paire de surfaces de friction.Steering device comprising a steering handle fixed to a steering column mounted for rotation and cooperating with an electrical steering signal sensor and a steering force simulator generating a steering force and acting on the steering column, this simulator being The steering force simulator has an axially movable piston (4) biased by a force in the axial direction to control the surface pressure of at least one pair of friction surfaces.
Description
Domaine de l'inventionField of the invention
La présente invention concerne un dispositif de direction comportant une poignée de direction fixée à une colonne de direction montée à rotation et coopérant avec un capteur de signal de direction 5 électrique et un simulateur de force de direction générant une force de direction et agissant sur la colonne de direction, ce simulateur étant réalisé sous la forme d'un frein à friction. The present invention relates to a steering device comprising a steering handle fixed to a steering column mounted for rotation and cooperating with an electric steering signal sensor and a steering force simulator generating a steering force and acting on the column steering, this simulator being produced in the form of a friction brake.
Dans de tels dispositifs de direction il n'y a pas de liaison mécanique entre la colonne de direction et les roues de guidage du véhi1o cule. Au contraire, des signaux électriques du capteur de signal de direction commandent un dispositif d'actionnement électrique ou électrohydraulique couplé aux roues directrices. Cette technologie par câble est par exemple utilisée dans les chariots transporteurs. In such steering devices there is no mechanical connection between the steering column and the guide wheels of the vehicle. On the contrary, electrical signals from the direction signal sensor control an electrical or electro-hydraulic actuating device coupled to the steered wheels. This cable technology is for example used in transport trolleys.
Comme dans de tels dispositifs de direction le conducteur 15 ne perçoit pas de signal en retour au niveau du volant ou de la manette de direction comme force de direction, signal correspondant au mouvement des roues guidées, on utilise un simulateur de force de guidage. As in such steering devices the driver 15 does not perceive a feedback signal at the level of the steering wheel or of the steering lever as steering force, signal corresponding to the movement of the guided wheels, a guiding force simulator is used.
Un dispositif de direction du type défini ci-dessus est décrit dans le document DE 100 33 107 AI. Le simulateur de force de direction 20 ou de guidage appelé dans ce document " élément résistant " a pour fonction de générer une force de guidage variable et pouvant dépendre de différents paramètres de fonctionnement comme par exemple la vitesse de déplacement, la vitesse d'actionnement de la poignée de direction (par exemple du volant) et/ou de l'angle de braquage. Dans un mode de réali25 sation préférentiel, le simulateur de force de direction comporte un fluide électro-rhéologique et/ou magnéto-rhéologique. Un tel dispositif de direction est toutefois relativement compliqué et de ce fait coûteux. A steering device of the type defined above is described in the document DE 100 33 107 AI. The function of steering or guiding force simulator called in this document "resistant element" has the function of generating a variable guiding force and which can depend on different operating parameters such as for example the displacement speed, the actuation speed of the steering handle (for example of the steering wheel) and / or the steering angle. In a preferred embodiment, the steering force simulator comprises an electro-rheological and / or magneto-rheological fluid. Such a steering device is however relatively complicated and therefore expensive.
Le document cité ci-dessus indique en outre qu'en variante on peut utiliser un amortisseur travaillant selon le principe du frottement 30 mécanique et dont la force de friction peut être modifiée par la précontrainte exercée sur les surfaces de friction. D'autres détails concernant la construction d'un tel simulateur de force de guidage ou de direction ne découlent pas de ce document. The document cited above further indicates that, as a variant, it is possible to use a damper working according to the principle of mechanical friction and the friction force of which can be modified by the prestressing exerted on the friction surfaces. Other details concerning the construction of such a guiding or steering force simulator do not follow from this document.
But de l'invention La présente invention a pour but de développer un dispositif de direction ou de guidage du type défini ci-dessus qui soit d'un fonctionnement sûr et d'une construction simple. OBJECT OF THE INVENTION The object of the present invention is to develop a steering or guiding device of the type defined above which is of safe operation and of simple construction.
Exposé de l'invention A cet effet, l'invention concerne un dispositif de direction du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que le simulateur de force de direction comporte un piston mobile axialement, sollicité par une force dans 5 la direction axiale pour commander la pression surfacique d'au moins une paire de surfaces de friction. STATEMENT OF THE INVENTION For this purpose, the invention relates to a steering device of the type defined above, characterized in that the steering force simulator comprises an axially movable piston, urged by a force in the axial direction to controlling the surface pressure of at least one pair of friction surfaces.
La paire de surfaces de friction peut être constituée par des surfaces de friction planes. Toutefois, selon un développement de l'invention, il est avantageux que la paire de surfaces de friction soit de 10 forme conique. Grâce aux surfaces de friction de forme conique et par une conception appropriée de la conicité, on arrive à une course d'actionnement (course de piston) minimale, peu encombrante et simple, pour une force de fonctionnement réduite du simulateur de force de direction tout en permettant d'arriver à une force de direction relativement 15 importante. The pair of friction surfaces can be constituted by planar friction surfaces. However, according to a development of the invention, it is advantageous that the pair of friction surfaces is of conical shape. Thanks to the conical friction surfaces and by an appropriate design of the taper, a minimal, space-saving and simple actuation stroke (piston stroke) is achieved, for a reduced operating force of the steering force simulator all allowing a relatively large steering force to be achieved.
Dans la mesure o les surfaces de friction sont métalliques, le simulateur de force de direction est pratiquement sans usure. As the friction surfaces are metallic, the steering force simulator is practically wear-free.
Le simulateur de force de direction présente avantageusement un cône extérieur et un cône intérieur installé du côté frontal dans 20 le piston, ce cône intérieur étant réalisé pour recevoir le cône extérieur. En principe, il est également possible de prévoir une disposition inversée avec un cône extérieur formé sur le piston. The steering force simulator advantageously has an outer cone and an inner cone installed on the front side in the piston, this inner cone being designed to receive the outer cone. In principle, it is also possible to provide an inverted arrangement with an external cone formed on the piston.
Dans la mesure o le cône extérieur est formé à l'extrémité inférieure de la colonne de direction, il n'est pas nécessaire de fabriquer 25 une pièce séparée à fixer à la colonne de direction. Since the outer cone is formed at the lower end of the steering column, it is not necessary to make a separate piece to be attached to the steering column.
Selon un développement de l'invention, le simulateur de force de direction comporte des moyens coopérant avec le piston pour générer une force de précontrainte ainsi que des moyens pour générer une force de fonctionnement. According to a development of the invention, the steering force simulator comprises means cooperating with the piston to generate a prestressing force as well as means for generating an operating force.
La force de fonctionnement peut agir dans le même sens que la force de précontrainte. On crée ainsi un certain couple de base qui agit toujours lors d'un mouvement de rotation de la poignée de direction tel que par exemple le volant. Un couple supplémentaire créé par la force de fonctionnement est au contraire variable et il est commandé selon un 35 ou plusieurs paramètres de fonctionnement. The operating force can act in the same direction as the prestressing force. This creates a certain basic torque which always acts during a rotational movement of the steering handle such as for example the steering wheel. On the contrary, an additional torque created by the operating force is variable and it is controlled according to one or more operating parameters.
En inversant ce principe, il est également possible que la force de fonctionnement agisse en sens opposé à la force de précontrainte. By reversing this principle, it is also possible that the operating force acts in the opposite direction to the prestressing force.
Ainsi, la colonne de direction et ainsi la poignée de direction sont tout d'abord bloquées par une force de précontrainte relativement importante. Thus, the steering column and thus the steering handle are first blocked by a relatively large prestressing force.
La force de fonctionnement élimine ce blocage et réduit la force de direction à la mesure adaptée à l'état de fonctionnement respectif. The operating force eliminates this blockage and reduces the steering force to the measure adapted to the respective operating state.
La force de précontrainte peut être appliquée d'une manière 5 particulièrement simple par un ressort, notamment un ressort de pression. The prestressing force can be applied in a particularly simple manner by a spring, in particular a pressure spring.
La force de fonctionnement peut être obtenue de manière très simple en sollicitant hydrauliquement le piston. The operating force can be obtained very simply by hydraulically stressing the piston.
Il est également possible de générer la force de fonctionne10 ment en sollicitant mécaniquement le piston, notamment d'une manière électromécanique. It is also possible to generate the operating force by mechanically stressing the piston, in particular in an electromechanical manner.
Il est avantageux qu'un électro-aimant coopère avec le piston, cet électro-aimant étant relié à l'installation de commande et/ou de régulation. En commandant l'électro-aimant à l'aide de l'installation de 15 commande et/ou de régulation on règle de manière précise la force de fonctionnement. It is advantageous for an electromagnet to cooperate with the piston, this electromagnet being connected to the command and / or regulation installation. By controlling the electromagnet with the aid of the control and / or regulation installation, the operating force is precisely adjusted.
Selon un développement avantageux de l'invention, le côté du piston opposé au cône est soumis à l'action d'un ressort de compression et d'une tige de piston dont l'extrémité éloignée de piston est couplée 20 à un premier bras de levier d'un levier monté de manière articulée dont le second bras de levier coopère avec l'électro-aimant. Par un choix approprié du rapport des bras de levier on amplifie la force, ce qui permet d'utiliser un électro-aimant de dimensions relativement petites pour appliquer la force de fonctionnement. According to an advantageous development of the invention, the side of the piston opposite the cone is subjected to the action of a compression spring and a piston rod whose remote end of the piston is coupled to a first arm of lever of an articulated lever whose second lever arm cooperates with the electromagnet. By an appropriate choice of the ratio of the lever arms, the force is amplified, which makes it possible to use an electromagnet of relatively small dimensions to apply the operating force.
Un développement avantageux de l'invention prévoit de commander la force de direction générée par le simulateur de force de direction suivant la vitesse de rotation de la colonne de direction et/ou de la position angulaire d'au moins une roue guidée. An advantageous development of the invention provides for controlling the steering force generated by the steering force simulator according to the speed of rotation of the steering column and / or the angular position of at least one guided wheel.
Cela permet d'obtenir plusieurs effets: en cas de rotation 30 trop rapide du volant, c'est-à-dire si les roues guidées ne peuvent pas suivre suffisamment rapidement le mouvement de rotation de la poignée de direction ou du volant, on peut augmenter d'une manière perceptible la force de direction. Le conducteur reçoit ainsi un signal de retour analogique. This achieves several effects: in the event of too rapid rotation of the steering wheel, that is to say if the guided wheels cannot follow the rotation movement of the steering handle or of the steering wheel quickly enough, it is possible to noticeably increase the steering force. The driver thus receives an analog feedback signal.
Il est en outre possible d'augmenter la force de direction si une roue guidée (ou les deux roues guidées) rencontre une butée. Enfin, on peut commander la force de direction proportionnellement au braquage des roues de direction ou de l'angle de rotation de la poignée ou volant de direction. Ainsi, dans un trajet en courbes, pour de petits rayons de guidage (braquage important) la force de direction augmente. Dans ce cas, par exemple pour un chariot élévateur à fourche, on augmente la sécurité contre le renversement. On peut également influencer de manière supplé5 mentaire la force de direction en fonction de la vitesse de déplacement. It is also possible to increase the steering force if a guided wheel (or both guided wheels) meets a stop. Finally, the steering force can be controlled in proportion to the steering of the steering wheels or the angle of rotation of the handle or steering wheel. Thus, in a curved path, for small guide radii (large turning) the steering force increases. In this case, for example for a forklift, the safety against overturning is increased. The steering force can also be influenced further as a function of the speed of movement.
Dans la mesure o le piston est logé dans un boîtier dans lequel se trouve la colonne de direction, le simulateur de force de direction ne nécessite pas de boîtier séparé. As the piston is housed in a box in which the steering column is located, the steering force simulator does not require a separate box.
De manière avantageuse, le boîtier comporte également le i0 capteur de signal de direction installé par exemple axialement entre deux paliers de roulement prévus pour recevoir la colonne de direction. Advantageously, the housing also includes the i0 direction signal sensor installed for example axially between two rolling bearings provided for receiving the steering column.
Selon un autre développement de l'invention, le boîtier est étanche au liquide au moins au niveau du piston. Cela permet de solliciter de manière très simple le piston avec du liquide hydraulique sous pression 15 et par modulation de pression on commande de façon appropriée la force de fonctionnement. La pression du liquide peut être dérivée d'un circuit équipant de toute façon le véhicule, ce qui limite les moyens à mettre en oeuvre à une installation appropriée pour moduler la pression. According to another development of the invention, the housing is liquid tight at least at the level of the piston. This makes it possible to stress the piston very simply with pressurized hydraulic fluid 15 and by pressure modulation the operating force is appropriately controlled. The pressure of the liquid can be derived from a circuit fitted to the vehicle anyway, which limits the means to be used to an installation suitable for modulating the pressure.
Il est particulièrement avantageux d'appliquer le dispositif 20 de direction ou de guidage selon l'invention à un chariot transporteur car cela permet d'influencer de manière avantageuse le comportement de roulage et la sécurité de déplacement. It is particularly advantageous to apply the steering or guiding device 20 according to the invention to a transport carriage since this makes it possible to advantageously influence the rolling behavior and the movement safety.
Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus 25 détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une coupe d'un dispositif de direction selon l'invention, - la figure 2 est une coupe d'une variante d'un dispositif de direction selon l'invention. Drawings The present invention will be described below in more detail with the aid of an embodiment shown schematically in the accompanying drawings in which: - Figure 1 is a section of a steering device according to the invention , - Figure 2 is a section through a variant of a steering device according to the invention.
Description de modes de réalisation Le dispositif de guidage ou de direction comporte dans le présent exemple de réalisation comme poignée de guidage 1 un volant fixé à l'extrémité d'une colonne de direction 2. Cette colonne est montée dans un boîtier 3 par l'intermédiaire de paliers de roulement non représentés 35 dans les figures; à l'extrémité opposée à celle portant la poignée ou volant de direction 1, elle comporte un cône extérieur 2a, formé. Un capteur de signal de direction, non représenté dans les figures, est installé de préférence dans le boîtier 3. Description of embodiments The guiding or steering device comprises in the present embodiment as guide handle 1 a steering wheel fixed to the end of a steering column 2. This column is mounted in a housing 3 by the intermediate rolling bearings not shown in the figures; at the end opposite to that carrying the handle or steering wheel 1, it comprises an outer cone 2a, formed. A direction signal sensor, not shown in the figures, is preferably installed in the housing 3.
Sous la colonne de direction 2, à l'intérieur du boîtier 3, on a un piston 4 mobile axialement mais bloqué en rotation. La face frontale de ce piston tournée vers la colonne de direction 3 comporte un cône intérieur 4a dans lequel pénètre le cône extérieur 2a de la colonne de direction s 2. Le piston 4 est sollicité par un ressort de compression 5 agissant en direction de la colonne de direction 2. Ce ressort de compression génère une force de précontrainte. Le cône intérieur 2a forme un simulateur de force de guidage ou de direction en liaison avec le piston 4 et le cône extérieur 4a usiné ainsi qu'une installation d'actionnement qui sera décrite 1o ensuite. Suivant l'importance de la pression en surface entre les surfaces de friction coniques générée par la pression axiale exercée sur le piston 4, on pourra tourner plus ou moins facilement ou difficilement le moyen de direction ou volant 1. Une installation de commande et/ou de régulation, subordonnée, coopérant avec l'installation d'actionnement du piston 4, S5 permet de régler de manière précise la force de direction. Under the steering column 2, inside the housing 3, there is a piston 4 movable axially but locked in rotation. The front face of this piston facing the steering column 3 has an inner cone 4a into which the outer cone 2a of the steering column s 2 penetrates. The piston 4 is biased by a compression spring 5 acting in the direction of the column steering 2. This compression spring generates a prestressing force. The inner cone 2a forms a guiding or steering force simulator in connection with the piston 4 and the machined outer cone 4a as well as an actuation installation which will be described 1o next. Depending on the magnitude of the surface pressure between the conical friction surfaces generated by the axial pressure exerted on the piston 4, the steering means or the steering wheel 1 may be turned more or less easily or with difficulty. A control installation and / or regulation, subordinate, cooperating with the actuating installation of the piston 4, S5 allows precise adjustment of the steering force.
Le boîtier 3 rendu étanche au liquide est muni à son extrémité inférieure d'un branchement 6 relié à une conduite hydraulique. Cela permet de solliciter le piston 4 muni d'un joint d'étanchéité (segment de piston) 7, dans le même sens que la force de précontrainte du ressort de 20 compression 5 par une force de fonctionnement hydraulique. The case 3 made liquid tight is provided at its lower end with a connection 6 connected to a hydraulic line. This makes it possible to urge the piston 4 provided with a seal (piston segment) 7, in the same direction as the prestressing force of the compression spring 5 by a hydraulic operating force.
La force de précontrainte et la force de fonctionnement développent une force de direction par l'action de la paire de surfaces de friction, de préférence métalliques et ainsi pratiquement sans usure formées par le cône extérieur 2a et le cône intérieur 4a. Cette force de direc25 tion s'oppose à la force de fonctionnement lorsqu'on tourne la poignée de direction ou volant de direction 1 en produisant ainsi un signal de retour pour l'utilisateur. La force de précontrainte génère une force de guidage petite, toujours active. En plus, on génère hydrauliquement une force de fonctionnement dépendant de différents paramètres. Il peut s'agir par 30 exemple de la fraction de la force de direction dépendant de la vitesse de déplacement et/ou de l'angle de direction et/ou de la vitesse de braquage (détectée par un capteur de signal de direction). Pour varier la force de fonctionnement, on module, à l'aide d'un dispositif approprié, la pression hydraulique agissant sur le piston. The prestressing force and the operating force develop a steering force by the action of the pair of friction surfaces, preferably metallic and thus practically wear-free formed by the outer cone 2a and the inner cone 4a. This steering force is opposed to the operating force when the steering handle or steering wheel 1 is turned, thereby producing a feedback signal for the user. The prestressing force generates a small, still active guide force. In addition, an operating force dependent on different parameters is hydraulically generated. This may for example be the fraction of the steering force depending on the traveling speed and / or the steering angle and / or the steering speed (detected by a steering signal sensor). To vary the operating force, the hydraulic pressure acting on the piston is modulated, using an appropriate device.
Dans la variante du dispositif de direction selon l'invention représentée à la figure 2, le piston 4 générant la force de fonctionnement n'est pas sollicité hydrauliquement en direction de la colonne de direction 2 mais d'une manière électromécanique. In the variant of the steering device according to the invention shown in FIG. 2, the piston 4 generating the operating force is not stressed hydraulically in the direction of the steering column 2 but in an electromechanical manner.
Pour cela, il est prévu un électro-aimant 8 fixé à l'extérieur du boîtier 3 et qui coopère avec une installation de commande et/ou de régulation. Un premier bras de levier 9a d'un levier 9 monté de manière articulée sur le boîtier 3 est couplé à une tige de piston 10 pénétrant 5 axialement dans le boîtier 3 en agissant contre le piston 4. Un second bras de levier 9b du levier 9 est couplé à l'électro-aimant 8. For this, there is provided an electromagnet 8 fixed to the outside of the housing 3 and which cooperates with a command and / or regulation installation. A first lever arm 9a of a lever 9 articulated on the housing 3 is coupled to a piston rod 10 penetrating 5 axially into the housing 3 acting against the piston 4. A second lever arm 9b of the lever 9 is coupled to the electromagnet 8.
La réalisation de la paire de surfaces de friction suivant une forme conique est avantageuse pour actionner le piston 4 par l'électroaimant 8 car il suffit d'une course d'actionnement minimale (la course du 10 piston 4 ou de la tige de piston 10) pour avoir une pression surfacique relativement importante entre le cône intérieur 4a et le cône extérieur 2a et arriver ainsi à une force de direction relativement intense. L'électro-aimant 8 n'aura à exécuter ainsi qu'une course relativement faible, ce qui se répercute avantageusement sur la taille de cet électroaimant et de ce fait 15 sur son coût de fabrication. The realization of the pair of friction surfaces in a conical shape is advantageous for actuating the piston 4 by the electromagnet 8 since a minimum actuation stroke is sufficient (the stroke of the piston 4 or of the piston rod 10 ) to have a relatively high surface pressure between the inner cone 4a and the outer cone 2a and thus arrive at a relatively intense steering force. The electromagnet 8 will only have to execute a relatively short stroke, which has an advantageous effect on the size of this electromagnet and therefore on its manufacturing cost.
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| JP4518379B2 (en) | 2010-08-04 |
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