FR3032678A1

FR3032678A1 - Direction assistee electrique de vehicule, a cremaillere translatee par une piece a galets

Info

Publication number: FR3032678A1
Application number: FR1551325A
Authority: FR
Inventors: Jean Luc Briard
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2015-02-17
Filing date: 2015-02-17
Publication date: 2016-08-19

Abstract

Une direction assistée électrique (DA) équipe un véhicule ayant au moins un train comportant des roues orientables, et comprend une crémaillère (CD), munie de dents (DC) espacées périodiquement et propre à orienter les roues lorsqu'elle est translatée, et une pièce (PD), propre à induire une translation de la crémaillère (CD) lorsqu'elle est entraînée en rotation. Chaque dent (DC) présente au moins une face externe orientée vers une dent voisine et comportant une première partie (P1) concave et une deuxième partie (P2) convexe en forme de portion de cycloïde. La pièce (PD) comprend des galets (GP) placés en cercle en étant espacés d'un même secteur angulaire les uns par rapport aux autres, de forme générale cylindrique circulaire, et propres à engrener les dents (DC) pour translater la crémaillère (CD) lorsqu'ils sont entraînés en rotation.

Description

1 DIRECTION ASSISTÉE ÉLECTRIQUE DE VÉHICULE, À CRÉMAILLÈRE TRANSLATÉE PAR UNE PIÈCE À GALETS L'invention concerne les directions assistées électriques qui équipent certains véhicules, éventuellement de type automobile. La plupart des directions assistées électriques comprennent une crémaillère de direction, munie de dents espacées périodiquement et chargée d'orienter des roues d'un véhicule via des biellettes de direction lorsqu'elle est la translatée, et une pièce, propre à induire une translation de la crémaillère lorsqu'elle est entraînée en rotation par des cardans couplés à la colonne de direction. Cette pièce est fréquemment un pignon, de forme générale cylindrique circulaire et muni de dents ayant généralement une forme curviligne adaptée à celle des dents de la crémaillère. 15 Ce mode de réalisation s'avère relativement onéreux du fait qu'il faut usiner les différentes dents et les espaces inter-dents avec une fraise à trois tailles du fait de leurs dimensions réduites. En outre, les dispersions de localisation et de forme des dents et espaces inter-dents génèrent des petits glissements entre dents qui nuisent 20 au rendement et sont à l'origine d'une usure accélérée et éventuellement de bruits. L'invention a donc notamment pour but d'améliorer la situation. Elle propose notamment à cet effet une direction assistée électrique, destinée à équiper un véhicule ayant au moins un train comportant des roues 25 orientables, et comprenant une crémaillère, munie de dents espacées périodiquement et propre à orienter les roues lorsqu'elle est translatée, et une pièce, propre à induire une translation de la crémaillère lorsqu'elle est entraînée en rotation. Cette direction assistée électrique se caractérise par le fait que : 30 - chaque dent présente au moins une face externe orientée vers une dent voisine et comportant une première partie concave et une deuxième partie convexe en forme de portion de cycloïde, et 3032678 2 - sa pièce comprend des galets placés en cercle en étant espacés d'un même secteur angulaire les uns par rapport aux autres, de forme générale cylindrique circulaire, et propres à engrener les dents pour translater la crémaillère lorsqu'ils sont entraînés en rotation. 5 Cela permet de réduire le coût de fabrication de la direction assistée électrique du fait que les dents de la crémaillère peuvent être avantageusement usinées avec une fraise à deux tailles. La direction assistée électrique selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en l a combinaison, et notamment : - sa pièce peut comprendre douze galets ; la deuxième partie de chaque dent peut être prolongée par une troisième partie sensiblement plane et parallèle à la direction de translation de sa crémaillère ; 15 - chaque galet peut être équipé d'un roulement, par exemple de type dit à billes ou à aiguilles ; - chaque première partie peut être sensiblement en forme de quart de cercle ; - elle peut également comprendre un réducteur cycloïde propre à entraîner 20 les galets. Elle propose également un véhicule, éventuellement de type automobile, et comprenant au moins un train comportant des roues orientables et une direction assistée électrique du type de celle présentée ci-avant et couplée à ces roues. 25 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés (obtenus en CAO/DAO, d'où le caractère apparemment discontinu de certaines lignes et la présence de parties grisées), sur lesquels : la figure 1 illustre schématiquement, dans une vue en perspective, une 30 partie d'un exemple de réalisation d'une direction assistée électrique selon l'invention, - la figure 2 illustre schématiquement, dans une vue de face, une partie 3032678 3 d'une variante de réalisation de la partie de direction assistée électrique de la figure 1, et - la figure 3 illustre schématiquement, dans une vue de face, une partie de la partie de direction assistée électrique de la figure 1. 5 L'invention a notamment pour but de proposer une direction assistée électrique DA destinée à équiper un véhicule ayant au moins un train comportant des roues orientables. Dans ce qui suit, on considère, à titre d'exemple non limitatif, que le véhicule est de type automobile. Il s'agit par exemple d'une voiture. Mais l'invention n'est pas limitée à ce type de véhicule. Elle concerne en effet tout type de véhicule ayant au moins un train comportant des roues pouvant être orientées grâce à une direction assistée électrique. On a schématiquement représenté sur la figure 1 une partie d'un exemple de réalisation d'une direction assistée électrique DA selon l'invention.

Comme illustré, cette partie comprend notamment une crémaillère (de direction) CD et une pièce PD coopérant ensemble. On notera que dans l'exemple non limitatif illustré sur la figure 1, la direction assistée électrique DA comprend également un réducteur cycloïde RC et des galets (ou pions) auxiliaires GA sur lesquels on reviendra plus loin.

La crémaillère CD est chargée d'orienter des roues d'un train d'un véhicule via des biellettes de direction, lorsqu'elle est translatée par la pièce PD. Elle comprend des dents DP qui sont espacées périodiquement et qui, comme cela est mieux illustré sur les figures 2 et 3, présentent chacune au moins une face externe orientée vers une dent voisine et comportant une première partie P1 concave et une deuxième partie P2 convexe et en forme de portion de cycloïde. On notera que la plupart des dents DC de la crémaillère CD présentent deux faces externes opposées l'une à l'autre et orientées respectivement vers deux dents DC voisines.

On notera également que la première partie P1 d'une dent DC est prolongée par la première partie P1 de la dent DC voisine. Par exemple, et non limitativement, la première partie P1 de chaque 3032678 4 dent DC peut être sensiblement en forme de quart de cercle, comme illustré sur les figures 1 à 3. L'espace inter-dents qui est délimité par les premières parties P1 liées de deux dents DC voisines est alors semi-circulaire (en section).

5 Mais d'autres formes concaves peuvent être envisagées, l'objectif de cette forme étant préférentiellement d'empêcher qu'un galet GP de la pièce PD vienne au contact de la face externe de deux dents DC voisines dans le fond de l'espace inter-dents. La pièce PD est propre à induire une translation de la crémaillère CD 10 lorsqu'elle est entraînée en rotation par des cardans qui sont couplés à la colonne de direction du véhicule. Comme illustré sur les figures 1 à 3, cette pièce PD comprend des galets (ou pions) GP qui sont placés en cercle en étant espacés d'un même secteur angulaire les uns par rapport aux autres, qui présentent une forme générale cylindrique circulaire, et qui sont propres à 15 engrener les dents DC pour translater la crémaillère CD lorsqu'ils sont entraînés en rotation. Par exemple, et comme illustré non limitativement sur les figures 1 à 3, la pièce PD peut comprendre douze galets GP. Mais le nombre de galets GP peut être égal à n'importe quelle valeur supérieure ou égale à trois.

20 La forme de la seconde partie P2 des dents DC résulte du raisonnement suivant. Si l'on place un galet d'une pièce rotative en prise dans un espace inter-dents délimité par des empreintes (ici P2) en forme de développante de cercle (ou portion de cycloïde) et que l'on fait tourner cette pièce, la trajectoire du galet en prise est une portion de cycloïde et donc les 25 empreintes en développante de cercle sont translatées de façon constante. Le nombre de galets GP de la pièce PD exerçant à un instant donné une pression sur une dent DC est fonction du nombre total de galets GP équipant cette pièce PD. On notera que lorsque ce nombre total est égal à douze, le nombre de galets GP de la pièce PD exerçant une pression sur une 30 dent DC à un instant donné peut être égal à un ou deux selon la position du galet GP dans l'espace inter-dents. Si un j-ième galet GP est en prise avec les premières parties P1 de 3032678 5 deux dents DC voisines (les n-ième et n+1-ième), alors un j+1-ième galet GP est en prise avec une seconde partie P2 de la n-ième dent DC. Le j-ième galet GP exerce alors une pression sensiblement parallèle à la direction de translation de la crémaillère CD, tandis que le j+1-ième galet GP exerce une 5 pression inclinée d'environ 15° par rapport à la diection de translation de la crémaillère CD. Si l'on considère que l'effort exercé sur la crémaillère CD est également réparti sur les n-ième et n+1-ième dents DC, la n-ième dent DC transmet 50 % de l'effort du couple à la crémaillère CD tandis que la n+1- ième dent DC transmet la projection par rapport à la direction de translation 10 des 50 % restants de l'effort du couple à la crémaillère CD. L'effort total transmis est alors sensiblement égal à 98 % de l'effort exercé par la pièce PD (50 % + (50 %*cos 15 °)). Dès que le j-ième galet GP n'est plus en prise avec les premières parties P1 des n-ième et n+1-ième dents DC, seul le j+1-ième galet GP 15 demeure en prise avec la seconde partie P2 de la n-ième dent DC. Le j+1- ième galet GP exerce alors une pression inclinée d'environ 15° par rapport à la direction de translation de la crémaillère CD. L'effort total transmis est alors sensiblement égal à 96,6 % de l'effort exercé par la pièce PD (100 % *cos (15°)).

20 La variation de l'effort total transmis est alors de 1,4 %, ce qui est très faible et donc acceptable pour de nombreux véhicules. On notera que cette variation peut être réduite en augmentant le nombre de dents DC et de galets G P. Les galets GP, qui induisent la translation de la crémaillère CD, sont 25 entraînés en rotation par une autre pièce de la direction assistée électrique DA, laquelle peut être, par exemple, un réducteur cycloïde RC. La pièce PD à galets GP décrite ci-avant permet en effet avantageusement, lorsqu'elle coopère avec la crémaillère CD décrite ci-avant, de travailler directement avec un réducteur cycloïde RC qui est peu onéreux.

30 Le réducteur cycloïde RC est bien connu de l'homme de l'art. Il est simplement rappelé que dans le cas présent il comprend une pièce d'entraînement de forme générale ronde, munie de lumières (ou 3032678 6 « marguerites ») de forme circulaire, équidistantes et logeant respectivement les parties arrière PRG des galets GP (dont les parties avant PAG coopèrent avec les dents DC), et entraînée par un axe de rotation décentré et colinéaire au centre de la pièce PD portant les galets GP. La pièce d'entraînement peut 5 éventuellement comprendre un bord périphérique muni d'échancrures destinées à la guider dans ses déplacements par rapport à des galets auxiliaires GA fixes. Les galets GP peuvent ainsi avantageusement transmettre directement le mouvement et l'effort à la crémaillère CD. La crémaillère CD décrite ci-avant s'avère peu onéreuse à réaliser du la fait que ses dents DC peuvent être avantageusement usinées avec une fraise à deux tailles similaire à celle utilisée pour réaliser les premières et seconde lumières et échancrures de la pièce d'entraînement du réducteur cycloïde RC. Il en résulte que l'ensemble (crémaillère CD - pièce PD à galets GP) est notablement moins onéreux qu'un ensemble (pignon - crémaillère) de l'art 15 antérieur. On notera qu'il est particulièrement avantageux, bien que cela n'apparaisse pas sur les figures, qu'au moins la partie avant PAG de chaque galet GP soit équipée d'un roulement, par exemple de type dit à billes ou à aiguilles. Cela permet en effet d'obtenir un contact par roulement entre les 20 galets GP et les dents DC de la crémaillère CD plutôt qu'un contact avec glissement, ce qui est favorable au rendement et permet d'éviter une usure accélérée et éventuellement la génération de bruits. De même, il est avantageux, bien que cela n'apparaisse pas sur la figure 1, que chaque galet auxiliaire GA soit équipé d'un roulement, par 25 exemple de type dit à billes ou à aiguilles. Cela permet en effet d'obtenir un contact par roulement plutôt qu'un contact avec glissement entre les galets auxiliaires GA et les éventuelles échancrures de l'éventuel pièce d'entraînement du réducteur cycloïde RC. On notera également que la plupart des dents DC peuvent 30 comprendre deux secondes parties P2 qui se rejoignent en leur sommet (ou crête), comme illustré dans l'exemple de réalisation de la figure 2. Les dents DC sont donc ici « complètes », ce qui permet à chacune d'entre elles de 3032678 7 transmettre beaucoup de mouvement. Mais les sommets (ou crêtes) des dents DC étant relativement fragiles, il est avantageux qu'ils (elles) soient arasé(e)s (ou tronqué(e)s), comme illustré non limitativement sur les figures 1 et 3. Dans cet autre 5 exemple de réalisation la deuxième partie P2 de chaque dent DC est donc prolongée par une troisième partie P3 qui est sensiblement plane et parallèle à la direction de translation de la crémaillère CD. On notera que les crêtes des dents DC étant coupées, ces dernières (DC) ne travaillent que dans une plage où le vecteur force qu'elles subissent est proche de la direction de la translation de la crémaillère CD.

Claims

REVENDICATIONS1. Direction assistée électrique (DA) pour un véhicule ayant au moins un train comportant des roues orientables, ladite direction comprenant une crémaillère (CD), munie de dents (DC) espacées périodiquement et propre à orienter lesdites roues lorsqu'elle est translatée, et une pièce (PD), propre à induire une translation de ladite crémaillère (CD) lorsqu'elle est entraînée en rotation, caractérisée en ce que chaque dent (DC) présente au moins une face externe orientée vers une dent voisine et comportant une première partie (P1) concave et une deuxième partie (P2) convexe en forme de portion de cycloïde, et en ce que ladite pièce (PD) comprend des galets (GP) placés en cercle en étant espacés d'un même secteur angulaire les uns par rapport aux autres, de forme générale cylindrique circulaire, et propres à engrener lesdites dents (DC) pour translater ladite crémaillère (CD) lorsqu'ils sont entraînés en rotation.
2. Direction assistée électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite pièce (PD) comprend douze galets (G P).
3. Direction assistée électrique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que ladite deuxième partie (P2) de chaque dent (DC) est prolongée par une troisième partie (P3) sensiblement plane et parallèle à la direction de translation de ladite crémaillère (CD).
4. Direction assistée électrique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que chaque galet (GP) est équipé d'un roulement.
5. Direction assistée électrique selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit roulement est de type dit à billes ou à aiguilles.
6. Direction assistée électrique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ladite première partie (P1) est sensiblement en forme de quart de cercle.
7. Direction assistée électrique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un réducteur cycloïde (RC) propre à entraîner lesdits galets (GP). 3032678 9
8. Véhicule comprenant au moins un train comportant des roues orientables, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une direction assistée électrique (DA) selon l'une des revendications précédentes.
9. Véhicule selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est de type 5 automobile.