FR3001429A3

FR3001429A3 - Dispositif de controle de retractation de colonne de direction

Info

Publication number: FR3001429A3
Application number: FR1350777A
Authority: FR
Inventors: Laurent Guichart
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2013-01-30
Filing date: 2013-01-30
Publication date: 2014-08-01

Abstract

Colonne de direction (10) de véhicule automobile rétractable en cas de choc comprenant : -un tube de transmission (12) connecté à une extrémité basse au châssis du véhicule, -un tube de contrôle (11) coaxial adapté pour coulisser le long du tube transmission lors d'une rétraction de la colonne, Caractérisée en ce que la colonne (10) comporte une pièce tubulaire (15) coaxiale aux deux tubes (11, 12), entourant en partie l'extrémité basse du tube de contrôle (11) et disposée autour de l'extrémité haute du tube de transmission (12) sur la longueur de course de rétraction, et un moyen (16) destiné à amorcer la rupture de ladite pièce tubulaire

Description

DISPOSITIF DE CONTROLE DE RETRACTION DE COLONNE DE DIRECTION Domaine technique de l'invention La présente invention concerne une colonne de direction d'un véhicule automobile. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de rétraction de colonne de direction en cas de choc avec une maîtrise de la rétraction en fonction de l'effort appliqué. L'invention concerne également un moyen de guidage de rétraction de colonne de direction. Etat de la technique Les colonnes de direction de véhicule automobile sont connectées à une extrémité à un arbre intermédiaire lui-même fixé sur un boitier de direction fixé sur le châssis et à l'autre extrémité à un volant. Selon les normes de sécurité, ledit volant comporte un sac gonflable ou airbag qui en cas d'accident, explose et se gonfle pour assurer la protection du conducteur. Le mouvement est accompagné par une rétraction de la colonne de direction et donc d'un éloignement du volant du conducteur afin d'augmenter sensiblement l'espace d'expansion dudit sac gonflable. La rétraction de la colonne de direction est bien connue de l'homme du métier : la rétraction est d'abord initialisée par le gonflage du sac qui exerce une force d'amorçage de l'ordre de quelques milliers de N sur le volant dans l'axe de la colonne, des éléments de la colonne de direction sont alors rompus et la rétraction de la colonne de direction continue avec une résistance bien moindre jusqu'à l'atteinte d'une butée vers le bas du véhicule.

L'objet de l'invention est une colonne de direction de véhicule automobile dont la rétraction est contrôlée avec une course de rétraction bien déterminée en fonction de la force appliquée sur le volant.

En effet, selon la figure 1 présentant une courbe de déplacement longitudinal du volant X et donc de la colonne de direction en fonction de la force d'appui F axial lors de la rétraction de colonne de direction selon l'axe de colonne X, la rétraction comprend trois étapes : - une première étape El où la force axiale d'appui croit rapidement suivant le déplacement de la colonne jusqu'à un seuil de déclenchement, correspondant à des frottements entre des éléments de la colonne de direction et des ruptures de certains composants de ladite colonne, - une deuxième étape E2 consécutive à la première étape où ladite force axiale diminue selon le déplacement axial. La rétraction est déclenchée par une force axiale de déclenchement supérieure ou égale au seuil de déclenchement de la courbe qui correspond à une rupture d'un élément de sécurité fusible pour autoriser la colonne de direction à se déplacer dans la direction demandée. -une troisième étape E3 consécutive à la précédente où la force axiale d'appui reste stable à un niveau seuil durant le restant de la course jusqu'à l'atteinte d'une butée de fin de course pour éviter un enfoncement brutal de la colonne de direction vers le bas du véhicule. La course de rétraction de la colonne de direction doit également être reproductible selon un profil de course déterminé compris entre un profil maximal Max et un profil minimal Min représentant sensiblement un écart de l'ordre de +1- 15% par rapport à une courbe médiane de course, l'écart moyen de la valeur d'effort entre la courbe Max ou la courbe Min avec la courbe médiane étant de l'ordre de +/-500N.. Ladite course peut être reproduite de façon statistiquement probable.

Les colonnes de direction sont généralement composées d'un premier tube cylindrique portant le volant de direction et d'un second tube cylindrique connecté à son extrémité basse à un arbre intermédiaire lui-même fixé sur un boitier de direction fixé au châssis du véhicule (non représenté). Le premier tube est adapté pour entourer en partie l'extrémité haute du second tube. Lors d'un accident ou un crash du véhicule, le premier tube coulisse au-dessus du second tube pour autoriser une rétraction de la colonne. Les deux tubes sont séparés par un espace réduit et contrôlé de façon que le frottement entre les deux tubes nécessite une force axiale pour un coulissement relatif du premier tube autour du second tube. Les diamètres intérieur du premier tube et extérieur du second tube sont donc sensiblement égaux avec une précision variant avec la force de rétraction désirée. Ainsi, de façon connue, le diamètre intérieur du premier tube est fixé à une valeur moyenne (par exemple 45mm) avec une tolérance négative de 0/-0.1 mm et le diamètre extérieur du second tube est fixé à la dite valeur moyenne (45 mm) avec une tolérance positive à 0/+0,1 mm. Il y a donc interférence entre les deux tubes afin d'assurer un niveau de frottement suffisant.

Un tel dispositif nécessite donc des dimensions des diamètres des deux tubes fixées précisément l'une par rapport à l'autre. La publication FR-A 2915950 décrit une colonne de direction de véhicule automobile comprenant un premier tube connectée à un arbre intermédiaire connecté à un boitier de direction fixé au châssis du véhicule, un deuxième tube connecté à un volant de direction et des crantages entre lesdits tubes avec des caractéristiques définies pour que en cas de choc la force de rupture des crans aient une valeur déterminée. Ledit dispositif répond bien à la contrainte d'une force initiale pour amorcer la rétraction mais pas à celle d'une force axiale en palier pour la course restante jusqu'à l'atteinte d'une butée.

Un autre inconvénient est qu'à l'amorçage de la rétraction, les axes des deux tubes peuvent être légèrement décalés l'un par rapport à l'autre, ce qui peut nécessiter un effort plus important pour entrainer le coulissement d'un tube sur l'autre. La course de rétraction peut donc ne pas être répétitive. Bref résumé de l'invention Un but de l'invention est de pallier ces inconvénients et l'invention a pour objet une colonne de direction de véhicule automobile rétractable en cas de choc selon des valeurs d'efforts axiaux d'appui déterminées suivant la course de rétraction de la colonne. Dans ce but, l'invention propose une colonne de direction de véhicule 30 automobile rétractable en cas de choc comprenant : - un tube de transmission connecté à une extrémité basse au châssis du véhicule, - un tube de contrôle qui porte à une extrémité supérieure un volant de direction, coaxial au tube de transmission et adapté pour coulisser le long du tube transmission lors d'une rétraction de la colonne, Caractérisée en ce que la colonne comporte une pièce tubulaire coaxiale aux deux tubes, entourant en partie l'extrémité basse du tube de contrôle et disposée autour de l'extrémité haute du tube de transmission sur la longueur de course de rétraction et un moyen destiné à amorcer la rupture de la pièce tubulaire. Ladite pièce tubulaire permet d'obtenir un contrôle de l'effort lors de la rétraction de la colonne. Les diamètres des tubes de transmission et de contrôle sont donc obtenus avec une moindre précision, présentant un jeu de coulissement plus important pour éviter des frottements importants entre les tubes lors de la rétraction de la colonne. Ledit moyen permet de diminuer l'effort axial nécessaire pour amorcer la rétraction de la colonne. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - la pièce tubulaire est maintenue en contact entre un premier élément de butée solidaire du tube de contrôle et un deuxième élément de butée solidaire du châssis du véhicule. Ainsi, les jeux sont vite rattrapés lors du déplacement de la colonne et la rétraction de la colonne est initialisée par une valeur déterminée d'effort axial sur la colonne. - la pièce tubulaire est en matériau plastique composite. La pièce tubulaire est facile de fabrication et présente ainsi des caractéristiques mécaniques reproductibles. - la pièce tubulaire comporte au moins une couche comportant des fibres longitudinales selon l'axe de la pièce tubulaire. Les fibres longitudinales permettent de contrôler la déformation de la pièce tubulaire sous l'exercice de l'effort axial. la pièce tubulaire comporte au moins une couche comportant des fibres croisées entre elles selon l'axe de la pièce tubulaire. Les fibres croisées participent au contrôle de la rétraction de la colonne suivant les valeurs de l'effort axial exercé sur la colonne. la pièce tubulaire comporte au moins une couche comportant des fibres disposées en hélicoïde. Les fibres disposées en hélicoïde ont pour résultat un croisement desdites fibres et participent donc au contrôle de la rétraction de la colonne suivant les valeurs de l'effort axial exercé sur la colonne. - la pièce tubulaire présente un point de rupture en son extrémité haute en io regard avec le tube de transmission. Ledit point de rupture permet de contrôler la valeur d'effort axial en début de rétraction de la colonne. le moyen destiné à amorcer la rupture de la pièce tubulaire est fixé sur le tube de contrôle et associé au premier élément de butée. le moyen présente une section selon l'axe du tube de transmission en biseau 15 tournée vers la pièce tubulaire. Brève description des figures D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit, fournie à titre d'exemple de réalisation et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : 20 - La figure 1 est une courbe d'effort lors de la rétraction d'une colonne de direction. - La figure 2 est une vue de coupe longitudinale d'une colonne de direction selon l'invention. - La figure 3 est une vue schématique de coupe longitudinale d'une pièce 25 tubulaire selon l'invention. - La figure 4 est une schématique de dessus de la pièce tubulaire selon l'invention.

Description détaillée des figures Les descriptions qui suivent se réfèrent à l'axe longitudinal X d'une colonne de direction. Un sens est utilisé pour préciser le haut H tourné vers le volant de direction (non représenté) et le bas B tourné vers le plancher de caisse du véhicule (non représenté) des éléments de la colonne de direction. Ainsi, la partie supérieure d'un élément est tournée vers le haut H et sa partie inférieure vers le bas B. Dans la suite de cette description, on parlera d'effort axial à propos de l'effort à fournir pour obtenir une rétraction de la colonne tout au long de la course, ce qui est équivalent à la résistance axiale de la colonne ou des éléments composant la colonne lors de la rétraction. Selon la figure 2, une colonne de direction 10 de véhicule automobile comprend un élément tubulaire de transmission 12 présentant une extrémité basse connectée à un arbre intermédiaire lui-même fixé à un boitier de direction 20 fixé au châssis du véhicule (non représenté). Ledit élément tubulaire de transmission 12 est maintenu en son extrémité basse par des moyens de fixation de transmission 13 qui sont de façon préférentielle des brides, au châssis du véhicule (non représenté). La colonne de direction comprend également un deuxième élément tubulaire de contrôle 11 adapté à coulisser le long de l'élément tubulaire de transmission 12, qui porte à une extrémité supérieure un volant de direction (non représenté) comportant de manière connue un sac de gonflage ou airbag (non représenté). Ledit élément tubulaire de contrôle est maintenu en position par des moyens de fixation de contrôle 14 qui sont de manière préférentielle des brides, à la traverse de planche de bord. Le tube de contrôle 11 et le tube de transmission 12 sont préférentiellement en acier. Les brides 13, 14 entourant le tube de transmission et le tube de contrôle peuvent permettre une modification de l'angle de transmission entre l'axe X de la colonne de direction et un axe longitudinal horizontal du véhicule.

De façon préférentielle, une pièce tubulaire 15 entoure en partie l'extrémité basse du tube de contrôle 11 et est disposée autour de l'extrémité haute du tube de transmission 12, la longueur de la pièce tubulaire étant sensiblement supérieure à la course de rétraction de la colonne 10. La pièce tubulaire 15 est disposée entre un élément de butée inférieur lié au châssis du véhicule qui peut être le moyen de fixation de transmission 13 et un deuxième élément de butée lié au tube de contrôle 11. De façon préférentielle, le deuxième élément de butée est une bague 16 en acier entourant le tube de contrôle 11 dont la section présente un biseau tourné vers le bord inférieur du tube de contrôle, ladite bague 16 étant soudée sur le tube de contrôle 11 et la pièce tubulaire 15 étant disposée en appui contre le biseau de ladite bague. La pièce tubulaire 15 est de manière préférentielle en plastique composite tel que de la résine epoxy.

Selon les figures 3 et 4, la pièce tubulaire 15 comprend une couche comportant des fibres disposées de manière longitudinale 17 selon l'axe X de ladite pièce tubulaire 15 pour contrôler la déformation de ladite pièce sous un effort axial, et une couche comportant des fibres croisées 18 pour contrôler la résistance de la pièce tubulaire sous un effort axial. Les fibres longitudinales et croisées sont mises en place avant d'être imprégnées dans une résine. Selon un autre mode de réalisation, la couche contenant des fibres croisées 18 est obtenue par des enroulements hélicoïdaux de fibres. Par exemple, une première fibre est ainsi en place par enroulement hélicoïdal, au moins une deuxième fibre avec un enroulement en sens inverse par rapport à la précédente est ensuite mise aussi en place ce qui a pour effet de croiser les fibres. Les fibres sont ensuite imprégnées dans une résine. Les fibres peuvent être en fibre de carbone ou en fibre de verre et/ou le nombre de couches peut varier en fonction des niveaux d'efforts désirés. Un point de rupture ou de défaillance peut être créé sur un bord axial supérieur de la pièce tubulaire afin d'ajuster l'effort initial de rétraction.

La pièce tubulaire est alors disposée de telle manière que le bord axial supérieur présentant un point de défaillance ou de rupture soit tourné vers le tube de contrôle 11. Le tube de contrôle 11 est disposé dans le prolongement du tube de transmission 12, comportant une partie d'extrémité inférieure entourant en partie le tube de transmission avec un faible jeu radial, sans interférence entre les deux tubes. Lors d'un crash frontal, le sac gonflable explose et augmente en volume provoquant un effort axial sur la colonne de direction 10. Le tube de contrôle 11 coulisse alors sur le tube de transmission 12, entrainant la bague 16. Celle-ci initie la destruction de la pièce tubulaire 15 en matériau plastique composite : la section en biseau de la bague 16 est adaptée à soulever la pièce tubulaire 15 qui se rompt alors sous forme de pétales. L'effort axial de déclenchement de la rétraction de la colonne de direction est égal à l'effort axial nécessaire pour l'amorçage de la rupture de la pièce tubulaire. Tout au long de la rétraction, après l'amorce de la rupture de la pièce tubulaire, la bague 16 s'enfonce dans la pièce tubulaire qui se rompt au fur et à mesure. La couche de fibres disposées longitudinalement 17 contrôle la déformation de la pièce tubulaire ce qui permet de guider le coulissement du tube de contrôle 11 au dessus du tube de transmission 12 et d'éviter des « arcs-boutements » desdits tubes susceptibles d'entrainer un accroissement de l'effort axial. La couche de fibres disposées en croisé 18 permet de contrôler l'évolution de l'effort axial tout au long de la rétraction de la colonne de direction. Les fibres croisées présentent plusieurs croisements sur toute la longueur de la pièce tubulaire 15 qui sont détruits au fur et à mesure du coulissement du tube de contrôle. L'effort de rétraction étant lié à l'effort nécessaire à la rupture des fibres disposées en croisé reste donc stable.

L'effort de destruction de cette pièce tubulaire en matériau composite permet de gérer l'effort de rétraction. La composition de ce tube (matrice, fibres, orientation de celles-ci, nombre de couches...) permet de régler l'effort de rétraction.

La course de rétraction de la colonne de direction 10 est de l'ordre de 100 mm de sorte que le volant de direction vienne au contact ou en appui avec/sur le tableau de bord (non représenté). L'objet de l'invention est atteint : la colonne de direction comprenant la pièce tubulaire peut se rétracter en cas de choc selon une courbe d'effort répondant aux normes de sécurité et l'évolution de l'effort de rétraction suivant la course de rétraction dépend seulement de ladite pièce ce qui permet une reproductibilité. On peut noter que le tube de contrôle 11 peut coulisser à l'intérieur du tube de transmission 12 selon une autre disposition de la colonne de direction 10.

On peut noter également que l'effort de rétraction n'est plus tributaire de la dispersion géométrique des pièces en contact, les deux tubes ne nécessitent donc pas d'interférence entre eux et on peut relâcher les tolérances sur les deux tubes, ce qui entraine une réduction du coût de fabrication de la colonne de direction. De plus, la pièce tubulaire est facile de fabrication et peu onéreuse à base de résine epoxy et de fibres de verre ou de carbone. Elle permet une diminution des coûts de validation et une adaptation facile de la colonne de direction au cahier des charges à l'international pour répondre aux normes US qui imposent d'une part une course de rétraction bien déterminée en fonction de la force axiale appliquée sur le volant lors de la rétraction selon la figure 1 et d'autre part une répétabilité de la rétraction, ou à l'évolution demande NCAP.

Claims

REVENDICATIONS1) Colonne de direction (10) de véhicule automobile rétractable en cas de choc comprenant : -un tube de transmission (12) connecté à une extrémité basse au châssis du véhicule, -un tube de contrôle (11) coaxial adapté pour coulisser le long du tube transmission lors d'une rétraction de la colonne, Caractérisée en ce que la colonne (10) comporte une pièce tubulaire (15) coaxiale aux deux tubes (11, 12), entourant en partie l'extrémité basse du tube de contrôle (11) et disposée autour de l'extrémité haute du tube de transmission (12) sur la longueur de course de rétraction, et un moyen (16) destiné à amorcer la rupture de ladite pièce tubulaire
2) Colonne de direction selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pièce tubulaire (15) est maintenue entre un premier élément de butée (16) solidaire du tube de contrôle et un deuxième élément de butée (13) solidaire du châssis du véhicule.
3) Colonne de direction selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la pièce tubulaire (15) est en matériau plastique composite.
4) Colonne de direction selon l'une quelconque des revendications 1 ou 3, caractérisée en ce que la pièce tubulaire comporte au moins une couche comportant des fibres longitudinales (17) selon l'axe de la pièce tubulaire.
5) Colonne de direction selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la pièce tubulaire comporte au moins une couche comportant des fibres croisées (18) entre elles selon l'axe de la pièce tubulaire.
6) Colonne de direction selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la pièce tubulaire comporte au moins une couche comportant des fibres disposées en hélicoïde (18).
7) Colonne de direction selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la pièce tubulaire (15) présente un point de rupture en son extrémité haute en regard avec le tube de contrôle (11).
8) Colonne de direction selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le moyen (16) destiné à amorcer la rupture de la pièce tubulaire entoure le tube de contrôle (11) et est fixé solidaire audit tube de contrôle.
9) Colonne de direction selon la revendication 8, caractérisée en ce que le moyen (16) présente une section selon l'axe du tube de contrôle en biseau tournée vers la pièce tubulaire (15).
10)Véhicule automobile comportant une colonne de direction rétractable selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.