FR2975362A1

FR2975362A1 - DIRECTION WITH RACK OF MOTOR VEHICLE

Info

Publication number: FR2975362A1
Application number: FR1154259A
Authority: FR
Inventors: David Pantale; Francois Fauritte
Original assignee: JTEKT Europe SAS
Current assignee: JTEKT Europe SAS
Priority date: 2011-05-17
Filing date: 2011-05-17
Publication date: 2012-11-23
Anticipated expiration: 2031-05-17
Also published as: FR2975362B1; DE102012104136A1

Abstract

Le système de direction comprend une crémaillère (3) montée coulissante dans un carter de direction principal (2), et une ligne pignon (5) avec un arbre d'entrée (6) lié à la colonne de direction, un pignon de direction (4) en prise avec la crémaillère, et une barre de torsion (7) reliant l'arbre d'entrée au pignon. Des moyens de guidage en rotation (11, 12) sont prévus pour l'arbre d'entrée (6) et pour le pignon (4), ces moyens étant montés dans un même carter auxiliaire (10), logeant la ligne pignon (5) et assemblé au carter principal (2). L'assemblage du carter auxiliaire (10) au carter principal (2) est réalisable par vissage, avec interposition d'une ou plusieurs cales (18).The steering system comprises a rack (3) slidably mounted in a main steering housing (2), and a pinion line (5) with an input shaft (6) connected to the steering column, a steering pinion ( 4) engaged with the rack, and a torsion bar (7) connecting the input shaft to the pinion. Rotating guiding means (11, 12) are provided for the input shaft (6) and for the pinion (4), these means being mounted in the same auxiliary casing (10), housing the pinion line (5). ) and assembled to the main housing (2). The assembly of the auxiliary casing (10) to the main casing (2) is feasible by screwing, with the interposition of one or more shims (18).

Description

La présente invention concerne, de façon générale, les systèmes de direction à crémaillère des véhicules automobiles. Plus particulièrement, cette invention s'intéresse au montage du sous-ensemble dit « ligne pignon », lequel comprend entre autres le pignon de direction qui engrène avec la crémaillère. L'invention s'applique notamment aux directions assistées, de type électrique ou hydraulique, dans lesquelles la ligne pignon comprend aussi un arbre d'entrée relié par l'intermédiaire d'une barre de torsion au pignon de direction. Dans un système de direction à crémaillère de véhicule automobile, un pignon de direction est lié en rotation avec une colonne de direction, manoeuvrée à l'aide du volant de conduite du véhicule, le plus souvent avec l'aide d'une assistance hydraulique ou électrique. Le pignon de direction est en prise avec la crémaillère, montée coulissante en direction longitudinale dans un carter de direction. Les deux extrémités de la crémaillère, extérieures au carter, sont accouplées respectivement à deux biellettes de direction, qui sont elles-mêmes associées respectivement aux roues directrices gauche et droite du véhicule. Ainsi, la rotation du volant dans un sens ou dans l'autre, transmise par la colonne de direction au pignon, est convertie en un mouvement de translation de la crémaillère, qui, par l'intermédiaire des biellettes, provoque l'orientation des roues directrices pour un braquage à droite ou pour un braquage à gauche. Dans un tel système de direction, avec assistance par exemple électrique, la ligne pignon est composée de l'arbre d'entrée directement lié à la colonne de direction, du pignon de direction en prise avec la crémaillère, de la barre de torsion reliant l'arbre d'entrée au pignon de direction, et d'un capteur de couple. Ce sous-ensemble permet de transmettre à la crémaillère et de là aux roues directrices du véhicule le couple de commande exercé par le conducteur sur le volant, tout en détectant la valeur du couple exercé par le conducteur afin de piloter la fonction d'assistance de la direction. The present invention relates, in general, rack steering systems of motor vehicles. More particularly, this invention is concerned with the assembly of the so-called "pinion line" subassembly, which comprises inter alia the pinion gear which meshes with the rack. The invention is particularly applicable to power steering, electrical or hydraulic type, wherein the pinion line also comprises an input shaft connected via a torsion bar to the steering pinion. In a rack-and-pinion steering system of a motor vehicle, a steering pinion is rotatably connected to a steering column, which is operated by means of the steering wheel of the vehicle, most often with the aid of hydraulic assistance or electric. The pinion gear is engaged with the rack, slidably mounted in a longitudinal direction in a steering box. The two ends of the rack, external to the housing, are coupled respectively to two steering rods, which are themselves respectively associated with the left and right steering wheels of the vehicle. Thus, the rotation of the steering wheel in one direction or the other, transmitted by the steering column to the pinion, is converted into a translation movement of the rack, which, via the rods, causes the wheel orientation for right or left steering. In such a steering system, with assistance for example electrical, the pinion line is composed of the input shaft directly connected to the steering column, the pinion gear in engagement with the rack, the torsion bar connecting the input shaft to the steering gear, and a torque sensor. This subassembly makes it possible to transmit to the rack and from there to the steering wheels of the vehicle the control torque exerted by the driver on the steering wheel, while detecting the value of the torque exerted by the driver in order to control the assistance function of the driver. The direction.

Plus particulièrement, en cours d'utilisation, lorsque le conducteur du véhicule applique un couple au volant, ce couple est transmis par la colonne de direction à l'arbre d'entrée de la ligne pignon, qui fait tourner la barre de torsion. Cette barre de torsion se déforme autour de son axe, tout en entraînant en rotation le pignon de direction. Finalement, ce pignon transforme son propre mouvement de rotation en un mouvement de translation de la crémaillère, par l'intermédiaire des dentures respectives en prise dudit pignon et de la crémaillère. Comme on le comprend, un bon guidage en rotation des trois composants de la ligne pignon, que sont l'arbre d'entrée, la barre de torsion et le pignon, est une condition essentielle pour un fonctionnement correct du système de direction, l'idéal étant d'avoir une coaxialité parfaite des axes de rotation de ces trois composants. Un défaut de coaxialité peut provoquer du bruit et une usure prématurée, voire des ruptures de pièces. De plus, l'engrènement des dentures du pignon et de la crémaillère 10 doit être ajusté, ce qui signifie que la distance entre l'axe de rotation du pignon et l'axe longitudinal de la crémaillère doit être maîtrisée. Dans les réalisations habituelles de la ligne pignon, l'arbre d'entrée est guidé en rotation par l'intermédiaire d'un roulement à l'intérieur d'un carter auxiliaire, assemblé sur un carter principal qui loge la crémaillère. Le pignon de 15 direction est guidé en rotation par l'intermédiaire d'un autre roulement dans le carter principal. Ainsi, les guidages en rotation de l'arbre d'entrée d'une part, et du pignon d'autre part, sont assurés par deux pièces différentes, à savoir le carter auxiliaire et le carter principal. La coaxialité des deux guidages dépend donc des tolérances dimensionnelles propres aux deux carters, mais surtout 20 des tolérances d'assemblage entre ces deux carters. Cette conception conduit ainsi à certains risques. La crémaillère est habituellement appliquée de façon permanente contre le pignon de direction par un dispositif dit de « poussoir », qui agit élastiquement sur le dos de la crémaillère pour presser fortement les dentures 25 de la crémaillère contre la denture du pignon. Grâce au dispositif de poussoir, les défauts d'engrènement de la crémaillère avec le pignon peuvent être compensés, en particulier dans le cas où ce poussoir comporte des moyens de réglage, par exemple à vis. La présente invention vise à remédier aux inconvénients 30 précédemment exposés, et elle a donc pour but de fournir une solution résolvant, dans la ligne pignon, le problème de la coaxialité de l'arbre d'entrée et du pignon de direction, tout en facilitant l'ajustement de l'engrènement de ce pignon avec la crémaillère. A cet effet, l'invention a pour objet un système de direction à 35 crémaillère de véhicule automobile, en particulier un système de direction assistée, avec une crémaillère montée coulissante en direction longitudinale dans un carter de direction principal, et avec une ligne pignon comprenant un arbre d'entrée lié à une colonne de direction, un pignon de direction en prise avec la crémaillère, et une barre de torsion reliant l'arbre d'entrée au pignon de direction, des moyens de guidage en rotation étant prévus pour l'arbre d'entrée et pour le pignon de direction, ce système de direction étant essentiellement caractérisé par le fait que les moyens de guidage en rotation respectifs de l'arbre d'entrée et du pignon de direction sont montés dans un même carter auxiliaire, logeant la ligne pignon et assemblé au carter de direction principal. Ainsi, l'arbre d'entrée et le pignon de direction sont guidés en rotation dans une seule et même pièce, ce qui supprime les conséquences néfastes des tolérances d'assemblage et garantit la coaxialité de l'arbre d'entrée et du pignon de direction, donc aussi de la barre de torsion reliant l'arbre d'entrée à ce pignon. De plus, l'intégration de toute la ligne pignon dans un seul et même carter auxiliaire facilite l'assemblage des composants de la ligne pignon, qui peut notamment être ainsi pré-assemblée hors de la chaîne de fabrication, avant d'être fixée au carter de direction principal. Cette conception rend aussi l'ensemble de la ligne pignon aisément démontable, en cas de nécessité. Avantageusement, le carter auxiliaire, logeant la ligne pignon, comporte dans sa zone d'assemblage au carter principal une ouverture ou échancrure rendant le pignon de direction accessible pour son engrènement avec la crémaillère. L'assemblage du carter auxiliaire, logeant la ligne pignon, au carter principal est réalisé par exemple par vissage. More particularly, in use, when the driver of the vehicle applies torque to the steering wheel, this torque is transmitted by the steering column to the input shaft of the pinion line, which rotates the torsion bar. This torsion bar is deformed about its axis, while rotating the pinion direction. Finally, this pinion transforms its own rotational movement into a translation movement of the rack, through the respective teeth in engagement with said pinion and the rack. As can be understood, a good rotational guidance of the three components of the pinion line, which are the input shaft, the torsion bar and the pinion, is an essential condition for the correct operation of the steering system, the ideal being to have a perfect coaxiality of the axes of rotation of these three components. A lack of coaxiality can cause noise and premature wear, even breakage of parts. In addition, the gear meshing of the pinion and the rack 10 must be adjusted, which means that the distance between the axis of rotation of the pinion and the longitudinal axis of the rack must be controlled. In the usual embodiments of the pinion line, the input shaft is guided in rotation by means of a bearing inside an auxiliary housing, assembled on a main casing which houses the rack. The steering pinion is rotated through another bearing in the main housing. Thus, the rotational guides of the input shaft on the one hand, and the pinion on the other hand, are provided by two different parts, namely the auxiliary housing and the main housing. The coaxiality of the two guides therefore depends on the dimensional tolerances of the two housings, but especially on the assembly tolerances between these two housings. This design leads to certain risks. The rack is usually permanently applied against the pinion gear by a device called "push", which acts elastically on the back of the rack to strongly press the teeth 25 of the rack against the toothing of the pinion. Thanks to the pusher device, the meshing defects of the rack with the pinion can be compensated, in particular in the case where the pusher comprises adjusting means, for example screws. The object of the present invention is to remedy the drawbacks previously described, and it is therefore intended to provide a solution solving, in the pinion line, the problem of the coaxiality of the input shaft and the steering pinion, while facilitating adjusting the meshing of this pinion with the rack. To this end, the subject of the invention is a rack-and-pinion steering system of a motor vehicle, in particular a power-assisted steering system, with a rack slidably mounted in the longitudinal direction in a main steering box, and with a sprocket line comprising an input shaft connected to a steering column, a pinion gear in engagement with the rack, and a torsion bar connecting the input shaft to the pinion gear, rotational guiding means being provided for the input shaft and steering gear, this steering system being essentially characterized by the fact that the respective rotational guiding means of the input shaft and the steering pinion are mounted in the same auxiliary housing, housing the pinion line and assembled to the main steering gear. Thus, the input shaft and the pinion are rotated in a single piece, which eliminates the adverse consequences of assembly tolerances and ensures the coaxiality of the input shaft and pinion of direction, so also the torsion bar connecting the input shaft to the pinion. In addition, the integration of the entire pinion line in one and the same auxiliary casing facilitates the assembly of components of the pinion line, which can in particular be pre-assembled off the production line, before being fixed to the main steering gear. This design also makes the entire pinion line easily removable, if necessary. Advantageously, the auxiliary housing, housing the pinion line, has in its assembly area to the main housing an opening or notch making the steering pinion accessible for its meshing with the rack. The assembly of the auxiliary housing, housing the pinion line, to the main casing is made for example by screwing.

Dans un mode de réalisation préférentiel, l'assemblage du carter auxiliaire, logeant la ligne pignon, au carter principal est réalisé avec interposition d'une ou plusieurs cales, de manière à ajuster la distance entre l'axe de la ligne pignon et l'axe longitudinal de la crémaillère. Ainsi, par le choix du nombre et/ou de l'épaisseur des cales, il devient aisé d'ajuster l'engrènement du pignon de direction avec la crémaillère, c'est-à-dire de régler le jeu d'engrènement des dentures respectives du pignon et de la crémaillère. Ceci permet d'envisager une suppression du dispositif de poussoir. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple, une forme d'exécution de ce système de direction à crémaillère. In a preferred embodiment, the assembly of the auxiliary housing, housing the pinion line, the main casing is made with interposition of one or more shims, so as to adjust the distance between the axis of the pinion line and the longitudinal axis of the rack. Thus, by the choice of the number and / or the thickness of the wedges, it becomes easy to adjust the meshing of the pinion with the rack, that is to say to adjust the gear meshing game of the pinion and the rack. This makes it possible to envisage a suppression of the pusher device. In any case, the invention will be better understood with the aid of the description which follows, with reference to the appended schematic drawing representing, by way of example, an embodiment of this rack-and-pinion steering system.

Figure 1 est une vue en perspective, partiellement éclatée, d'un système de direction conforme à l'invention ; Figure 2 est une vue en perspective, à plus grande échelle, de la ligne pignon seule ; Figure 3 est une vue en coupe passant par l'axe de la ligne pignon. En se référant aux figures, un système de direction comprend, montée coulissante en direction longitudinale dans un carter de direction 2, une crémaillère 3 d'axe longitudinal A dont la denture est en prise avec un pignon de direction 4. Le pignon de direction 4 appartient à un sous-ensemble dit « ligne pignon » 5, qui comprend, disposés suivant un même axe B : - Un arbre d'entrée 6, lié en rotation à la colonne de direction (non représentée), - Une barre de torsion 7, reliant l'arbre d'entrée 6 au pignon de direction 4, - Le pignon de direction 4 lui-même. La ligne pignon 5 comprend encore, notamment dans le cas d'un système de direction assistée électrique, un capteur de couple 8 auquel aboutissent des conducteurs électriques 9. Selon l'invention, tous les composants de la ligne pignon 5 sont 20 montés, et le cas échéant guidés en rotation, dans un même carter auxiliaire 10, appliqué et fixé contre le carter principal 2. Le carter auxiliaire 10, de configuration générale tubulaire, loge ainsi les moyens de guidage en rotation de l'arbre d'entrée 6 et du pignon de direction 4. Ces moyens de guidage en rotation sont constitués par des paliers 25 11 et 12, avec roulement à billes ou à aiguilles, montés dans des portées intérieures correspondantes 13 et 14 du carter auxiliaire 10. A hauteur du pignon de direction 4, le carter auxiliaire 10 comporte une zone d'assemblage 15 pour sa fixation contre le carter principal 2 au moyen de vis. Dans cette zone d'assemblage 15, le carter auxiliaire 10 30 présente une ouverture 16 qui rend le pignon de direction 4 accessible, pour son engrènement avec la crémaillère 3. La zone d'assemblage 15 comporte des trous 17 pour le passage des vis de fixation. L'assemblage du carter auxiliaire 10 au carter principal 2 est réalisé, au moyen de ces vis, avec interposition d'au moins une cale 18, 35 également traversée par les vis de fixation. Le choix du nombre et/ou de l'épaisseur des cales 18 permet d'ajuster la distance entre l'axe B de la ligne pignon 5 et l'axe longitudinal A de la crémaillère 3, donc le jeu d'engrènement des dentures respectives du pignon de direction 4 et de la crémaillère 3. La ou les cales 18 prennent place entre la zone d'assemblage 15, d'une part et une portée 19 correspondante formée sur le carter principal 2, d'autre part. Figure 1 is a perspective view, partially exploded, of a steering system according to the invention; Figure 2 is a perspective view, on a larger scale, of the pinion line alone; Figure 3 is a sectional view through the axis of the pinion line. Referring to the figures, a steering system comprises, mounted sliding longitudinally in a steering housing 2, a rack 3 of longitudinal axis A whose teeth are engaged with a steering pinion 4. The steering pinion 4 belongs to a subset called "pinion line" 5, which comprises, arranged along the same axis B: - An input shaft 6, rotatably connected to the steering column (not shown), - A torsion bar 7 , connecting the input shaft 6 to the steering gear 4, - the steering gear 4 itself. The pinion line 5 also comprises, especially in the case of an electric power steering system, a torque sensor 8 to which electrical conductors 9 end. According to the invention, all the components of the pinion line 5 are mounted, and if necessary guided in rotation, in the same auxiliary casing 10, applied and fixed against the main casing 2. The auxiliary casing 10, of tubular general configuration, thus houses the means for guiding rotation of the input shaft 6 and 4. These rotational guiding means are constituted by bearings 11 and 12, with ball or needle bearings, mounted in corresponding inner bearing surfaces 13 and 14 of the auxiliary casing 10. At the height of the steering pinion 4, the auxiliary casing 10 has an assembly zone 15 for fixing it to the main casing 2 by means of screws. In this assembly area 15, the auxiliary casing 10 30 has an opening 16 which makes the steering pinion 4 accessible, for its meshing with the rack 3. The assembly zone 15 has holes 17 for the passage of the screws of FIG. fixation. The assembly of the auxiliary casing 10 to the main casing 2 is made, by means of these screws, with the interposition of at least one shim 18, 35 also traversed by the fixing screws. The choice of the number and / or the thickness of the shims 18 makes it possible to adjust the distance between the axis B of the pinion line 5 and the longitudinal axis A of the rack 3, therefore the meshing clearance of the respective toothing. of the steering pinion 4 and the rack 3. The wedge or wedges 18 take place between the assembly zone 15, on the one hand and a corresponding bearing surface 19 formed on the main casing 2, on the other hand.

L'invention est applicable en particulier à une direction assistée électrique, comme l'illustre la figure 1 en prenant pour exemple celui d'une assistance assurée par un moteur électrique 20 accolé au carter principal 2 et agissant, par l'intermédiaire d'un réducteur, au niveau de la crémaillère 3. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce système de direction à crémaillère qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple, elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. C'est ainsi, notamment, que l'on ne s'écarterait pas du cadre de l'invention : - en modifiant la constitution des moyens de guidage en rotation de 15 l'arbre d'entrée et du pignon de direction, tous types de paliers ou de roulements étant envisageables, - en modifiant les formes et /ou la matière constitutive du carter auxiliaire, logeant la ligne pignon, - en réalisant l'assemblage du carter auxiliaire, logeant la ligne 20 pignon, au carter principal par un moyen autre que vissage, - en destinant l'invention à des systèmes de direction de tout type, en particulier des directions assistées hydrauliques ou électriques avec assistance pouvant agir en tout endroit du système de direction. 25 The invention is applicable in particular to an electric power steering, as illustrated in Figure 1, taking for example that of assistance provided by an electric motor 20 attached to the main casing 2 and acting, via a 3. As is obvious, the invention is not limited to the sole embodiment of this rack-and-pinion steering system which has been described above, for example, it embraces, on the contrary, all variants of implementation and application respecting the same principle. Thus, in particular, it would not deviate from the scope of the invention: - by modifying the constitution of the guide means in rotation of the input shaft and the pinion, all types bearing or bearings being conceivable, - by modifying the forms and / or the constituent material of the auxiliary housing, housing the pinion line, - by carrying out assembly of the auxiliary housing, housing the pinion line, to the main housing by a means other than screwing, - targeting the invention to steering systems of any type, particularly assisted hydraulic or electric power steering that can act anywhere in the steering system. 25

Claims

REVENDICATIONS1. Rack-and-pinion steering system for a motor vehicle, in particular a power-assisted steering system, with a rack (3) slidably mounted longitudinally in a main steering gear (2), and with a pinion line (5) comprising a gear shaft an input (6) connected to a steering column, a steering pinion (4) engaged with the rack (3), and a torsion bar (7) connecting the input shaft (6) to the steering pinion ( 4), rotational guiding means (11, 12) being provided for the input shaft (6) and the steering gear (4), characterized in that the respective rotational guiding means (11, 12) of the input shaft (6) and the steering gear (4) are mounted in the same auxiliary housing (10), housing the pinion line (4) and assembled to the main steering gear (2).

2. Steering system according to claim 1, characterized in that the means for guiding the rotation of the input shaft (6) and the steering gear (4) are constituted by respective bearings (11, 12). with ball or needle bearings, mounted in corresponding inner seats (13, 14) of the auxiliary housing (10).

3. Steering system according to claim 1 or 2, characterized in that the auxiliary housing (10), housing the pinion line (5), has in its assembly area (15) to the main casing (2) an opening or notch (16) making the pinion (4) accessible for meshing with the rack (3).

4. Steering system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the assembly of the auxiliary housing (10), housing the pinion line (5), to the main casing (2) is formed by screwing.

5. Steering system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the assembly of the auxiliary housing (10), housing the pinion line (5), the main casing (2) is made with the interposition of a or more wedges (18), so as to adjust the distance between the axis (B) of the pinion line (5) and the longitudinal axis (A) of the rack (3).