FR3043048A1 - Volant de direction ergonomique pour vehicule automobile et systeme de commande de direction comportant un tel volant - Google Patents

Abstract

L'invention se rapporte à un volant (1) de direction pour véhicule automobile, comportant : - un support fixe (10) ; - deux poignées (12, 14) latérales articulées sur le support fixe (10), les poignées (12, 14) latérales étant mobiles en rotation chacune autour d'un axe de rotation (21, 23) distinct, les axes de rotation (21, 23) des poignées (12, 14) latérales étant parallèles, les axes de rotation (21, 23) des poignées (12, 14) latérales étant disposés symétriquement par rapport à un plan (P) médian du volant (1), l'axe de rotation (21, 23) de chaque poignée (12, 14) latérale étant situé du côté opposé de la poignée (12, 14) latérale correspondante par rapport au plan médian (P) du volant (1).

Description

La présente invention se rapporte à un volant pour véhicule automobile, et plus particulièrement à un volant pour un véhicule équipé d’un système de direction découplée.

Dans les systèmes de direction classiques, une colonne de direction relie mécaniquement les roues directrices avec le volant.

On assiste toutefois à l’émergence de systèmes de direction découplée, dits « par câbles » (également dénommé « steer-by-wire » ou « drive-by-wire). Ces systèmes ont pour but d’éliminer la liaison mécanique entre les roues directrices et le volant, notamment en vue de faciliter la conception des véhicules, d’améliorer la sécurité passive ou encore d’améliorer les lois de commande du système de direction. Cela permet également un gain de place dans le véhicule, et notamment dans l’habitable.

Ainsi, dans un système de direction découplée, le volant n’est plus relié mécaniquement aux roues directrices. Dans un tel système, le volant est monté rotatif sur un support fixe. Un capteur d’angle de volant est monté sur le support et donne une information de position angulaire du volant. Des actionneurs, qui peuvent être hydrauliques ou électriques, agissent pour positionner les roues directrices en fonction de l’information de position angulaire du volant.

Dans les systèmes de direction découplée connus, on observe que le volant reste utilisé de manière conventionnelle, c’est-à-dire de manière identique à un volant relié mécaniquement aux roues. Plus précisément, on observe que l’angle de braquage maximal des roues est, comme pour les systèmes à colonne de direction, obtenu pour une rotation du volant de 900°. Une telle rotation est en général peu pratique : elle oblige le conducteur à momentanément lâcher le volant d’une main, et également à croiser les mains. De plus, de telles manipulations du volant présentent des risques pour la sécurité du conducteur.

De manière générale, l’utilisation d’un volant classique présente une ergonomie très mauvaise, du fait de la position des membres supérieurs et des manipulations qui sont imposées pour obtenir un braquage conséquent. En particulier, le diamètre relativement peu important du volant impose une pronation et une supination importante des poignets du conducteur, notamment lorsque l’angle de rotation du volant dépasse 45°.

La présente invention a pour but de proposer un volant pour véhicule automobile présentant une ergonomie améliorée. L’invention est plus particulièrement adaptée à une utilisation dans le cadre d’un système à direction découplée. L’invention concerne à cet effet un volant de direction pour véhicule automobile, ce volant comportant : - un support fixe ; - deux poignées latérales articulées sur le support fixe, les poignées latérales étant mobiles en rotation chacune autour d’un axe de rotation distinct, les axes de rotation des poignées latérales étant parallèles, les axes de rotation des poignées latérales étant disposés symétriquement par rapport à un plan médian du volant, l’axe de rotation de chaque poignée latérale étant situé du côté opposé de la poignée latérale correspondante par rapport au plan médian du volant.

Ainsi, dans la configuration conforme à l’invention, les axes de rotation des poignées latérales sont distincts et sont déportés par rapport à un plan médian du volant, ce plan médian correspondant au plan de symétrie des poignées latérales. Plus précisément, l’axe de rotation de la poignée latérale droite (lorsque le volant est vu de face, c’est-à-dire tel que le voit une personne installée sur le siège conducteur) est déporté à gauche du plan médian, tandis que l’axe de rotation de la poignée latérale gauche est déporté à droite de ce plan. Cette configuration permet, à écartement égal des poignées, d’augmenter la distance entre chaque poignée et son axe de rotation respectif. Ainsi, lors de la rotation des poignées, le mouvement de chaque poignée, et donc de chaque main du conducteur, va suivre un cercle de rayon beaucoup plus important que dans le cas d’un volant conventionnel. La trajectoire circulaire suivie par les poignées (et donc par les mains du conducteur) présente donc un plus grand rayon de courbure que dans l’état de la technique. La trajectoire suivie par les mains du conducteur est donc bien plus proche d’une trajectoire rectiligne que pour un volant conventionnel. On améliore ainsi grandement l’ergonomie puisque les mouvements de pronation et de supination des poignets du conducteur sont beaucoup plus réduits.

Le volant selon l’invention est, comme on le verra ci-après particulièrement bien adapté à une utilisation dans le cadre d’un système de direction découplée, mais également à une utilisation dans le cadre d’un système à colonne de direction.

Dans une réalisation, chaque poignée latérale est reliée au support fixe par un bras dont une extrémité est articulée sur le support fixe.

Dans une réalisation, la rotation de l’une des poignées latérales entraîne la rotation de l’autre poignée latérale.

Dans une réalisation, chaque poignée latérale est reliée à une bielle extensible, chaque bielle extensible étant articulée à l’une de ses extrémités sur le bras de la poignée latérale correspondante, et étant articulée à son extrémité opposée sur le support fixe.

Dans une réalisation, les extrémités des bielles extensibles qui sont articulées sur le support fixe sont solidaires en rotation l’une de l’autre.

Dans une réalisation, les extrémités des bielles extensibles articulées sur le support fixe sont solidaires en rotation d’un axe commun, l’axe commun étant monté à rotation dans le support fixe.

Dans une réalisation, au moins une bielle extensible comportent un dispositif de rappel sollicitant les poignées latérales vers leur position de repos.

Dans une réalisation, au moins une bielle extensible comporte un dispositif d’amortissement, tel qu’un amortisseur hydraulique.

Dans une réalisation, le volant comporte au moins une butée limitant l’amplitude du mouvement de rotation des poignées.

Dans une réalisation, la butée est une butée limitant l’extension maximale des bielles extensibles.

Dans une réalisation, chaque poignée latérale comporte un dispositif de commande de l’accélération et un dispositif de commande du freinage.

Dans une réalisation, chaque poignée latérale comporte un dispositif de commande d’un indicateur de direction.

Dans une réalisation, le volant comporte un actionneur électrique, tel qu’un moteur électrique, apte à entraîner en rotation au moins l’une des poignées latérales.

Dans une réalisation, l’actionneur électrique est un moteur électrique dont un arbre de sortie est lié en rotation avec l’un des bras des poignées. L’invention concerne également un système de commande de direction découplée d’un véhicule automobile, comportant un volant tel que défini ci-dessus.

Dans une réalisation de ce système dans laquelle le volant comporte un actionneur électrique, cet actionneur électrique est apte à entraîner en rotation au moins l’une des poignées latérales dans un mode de conduite dit mode autonome, et apte à exercer sur au moins l’une des poignées latérales un couple résistant dans un mode de conduite dit mode manuel. L’invention concerne enfin un véhicule automobile comportant un volant et/ou un système de commande de direction tels que définis ci-dessus. L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée ci-après, faite en référence aux dessins annexés, parmi lesquels : - les figures 1 et 2 représentent un volant conforme à l’invention vu de face, respectivement en position droite et en position tournée ; - les figures 3 et 4 représentent le volant des figures 1 et 2 vu en perspective, respectivement en position droite et en position tournée ; - la figure 5 représente le volant des figures précédentes vu de dessus, dans une configuration dans laquelle le volant est équipé d’un écran ; - la figure 6 représente le volant de la figure 5 vu en perspective.

Les figures 1 à 6 représentent un volant de direction conforme à l’invention. Le volant 1 de direction comporte un support fixe, ou châssis 10 destiné à être fixé dans l’habitacle d’un véhicule, au sein du poste de conduite. Les figures 1 et 3 représentent le volant 1 en position de repos (le volant étant tourné de 0°), tandis que les figures 2 et 4 représentent le volant dans une position de braquage vers la droite (le volant étant tourné d’un certain angle dans le sens horaire). Enfin, les figures 5 et 6 représentent le volant des figures 1 à 4, dans une configuration dans laquelle le volant est équipé d’un écran.

Le volant 1 comporte deux poignées 12, 14 latérales, respectivement une poignée gauche 12 et une poignée droite 14. Les deux poignées 12, 14 sont montées à rotation sur le châssis 10. A cet effet, chaque poignée 12, 14 est solidaire d’un bras 16, 18 dont une extrémité 160, 180 est articulée sur le châssis 10. Dans l’exemple, l’extrémité 160 du bras 16 est montée à rotation sur un arbre 20 solidaire du châssis 10, l’extrémité 180 du bras 18 étant montée à rotation sur un arbre 22 solidaire du châssis 10. Ainsi, le bras 16 de la poignée gauche 12 est mobile en rotation par rapport au châssis 10 autour d’un axe de rotation 21, et le bras 18 de la poignée droite 14 est mobile en rotation par rapport au châssis 10 autour d’un axe de rotation 23.

Conformément à l’invention, les axes de rotation 21, 23 respectifs des poignées 12, 14 latérales sont parallèles et non confondus. Ces axes de rotation 21, 23 sont disposés symétriquement par rapport à un plan médian P du volant, ce plan médian correspondant à un plan de symétrie des poignées latérales 12, 14. En outre, chaque axe de rotation 21, 23 est disposé du côté opposé à la poignée 12, 14 correspondante par rapport au plan médian P. Ainsi, lorsque le volant est vu de face comme sur les figures 1 et 2, l’axe de rotation 21 de la poignée latérale gauche 12 est situé à droite du plan médian P, tandis que l’axe de rotation 23 de la poignée latérale droite 14 est situé à gauche du plan médian P. En d’autre termes, la position des axes de rotation 21, 23 est inversée par rapport à celle des poignées latérales 12, 14. Cette disposition permet, pour un écartement donné des poignées latérales (et notamment pour une distance entre les poignées latérales impliquant un écartement des mains du conducteur analogue à celui d’un volant conventionnel) d’augmenter le bras de levier (ou distance à l’axe) des bras 16, 18 portant les poignées latérales 12, 14, et donc le rayon de courbure de la trajectoire des poignées lors de leur rotation. Comme mentionné plus haut, on obtient ainsi une trajectoire plus proche d’une trajectoire rectiligne que pour un volant conventionnel, ce qui améliore l’ergonomie pour le conducteur, en limitant les mouvement de pronation et de supination de ses poignets.

Afin d’éviter toute interférence entre les bras 16, 18 lors du mouvement de rotation des poignées 12, 14, les extrémités articulées 160, 180 sont décalées l’une par rapport à l’autre selon une direction parallèle à leurs axes de rotation 21, 23, comme visible plus particulièrement sur la figure 5. Ainsi, dans l’exemple des figures 1 à 6, on voit que les extrémités 160, 180 des bras 16, 18 sont situées de part et d’autre d’une partie centrale 110 du support fixe 10. Ainsi, le bras 16 de la poignée latérale gauche 12 se trouve en avant de la partie centrale 110 du support fixe 10 (c’est-à-dire du même côté que les poignées 12, 14), tandis que l’autre bras 18 se trouve en arrière de la partie centrale 110 (c’est-à-dire du côté opposé des poignées 12, 14) par rapport aux poignées 12, 14.

Chaque bras 16, 18 présente une forme générale en «point d’interrogation », les bras 16, 18 étant, en position de repos, inscrits dans un rectangle commun, comme visible notamment sur la figure 5. Ainsi, chaque bras 16, 18 comporte, depuis l’extrémité articulée 160, 180, un segment de déport 162, 182, de direction oblique par rapport aux axes de rotation 21, 23 des bras 16, 18. Chaque segment de déport 162, 182 est prolongé par un segment principal 164, 184, de direction perpendiculaire aux axes de rotation 21,23 des bras 16, 18. Enfin, chaque segment principal 164, 184 est prolongé par un segment d’extrémité 166, 186, de direction parallèle aux axes de rotation 21,23 des bras 16, 18. Dans l’exemple, le segment d’extrémité 186 du bras 18 de la poignée latérale droite 14 se prolonge par un segment de support 188, qui se trouve dans l’alignement du segment principal 164 du bras 16 de la poignée latérale gauche 12. Le segment de support 188 porte la poignée latérale droite 14, tandis que la poignée latérale gauche 12 est portée par le segment principal 164 du bras 16 correspondant. La configuration des bras 16, 18 permet que les deux poignées 12, 14 se trouvent à égale distance de la partie centrale 110 du support 10, en évitant toute interférence entre les bras 16, 18.

Chaque bras 16, 18 est en outre relié au châssis par une bielle 24, 26 extensible. Chaque bielle 24, 26 est articulée à une extrémité sur le support fixe 10, autour d’un axe de rotation distinct de celui du bras 16, 18 correspondant, et, à une extrémité opposée, articulée sur le segment d’extrémité 166, 186 du bras 16, 18 correspondant. Ainsi, la rotation d’une poignée 12, 14 latérale entraîne la rotation et l’extension de la bielle 24, 26 correspondante. Dans l’exemple, les bielles 24, 26 extensibles sont pourvues d’un dispositif de rappel, permettant de solliciter les poignées latérales vers leur position de repos, telle que représentée à la figure 1. Dans l’exemple, le dispositif de rappel de chaque bielle 24, 26 comporte un ressort 25, 27. En complément du dispositif de rappel, on peut prévoir un dispositif d’amortissement. Le dispositif d’amortissement permet notamment d’éviter tout phénomène de rebond lorsque le volant arrive en butée, et permet également de générer une résistance au mouvement de rotation du volant. Avantageusement, la résistance au mouvement augmente avec l’angle de rotation du volant. Dans l’exemple des figures 1 à 5, les bielles 24, 26 extensibles comportent chacune un dispositif d’amortissement sous la forme d’un amortisseur hydraulique 28, 30.

Avantageusement, les poignées 12, 14 sont reliées mécaniquement entre elles afin que la rotation de l’une des poignées entraîne une rotation identique de l’autre poignée. Ainsi, le volant pourra être manipulé d’une main par le conducteur, en entraînant systématiquement la rotation des deux poignées. Dans l’exemple, les poignées 12, 14 sont liées en rotation par l’intermédiaire de leur bielle 24, 26 extensible respective, les bielles 24, 26 étant chacune solidaire en rotation d’un axe commun 32. L’axe commun 32 est monté à rotation dans le support fixe 10. L’axe commun 32 est parallèle aux axes 21,23 de rotation des poignées 12, 14, et situé à équidistance de ces deux axes.

Le volant conforme à l’invention est avantageusement équipé d’une butée permettant de limiter la rotation du volant, par exemple une butée solidaire du support 10 permettant de limiter la rotation des bras 16, 18. Dans l’exemple, cette limitation est obtenue par une butée limitant l’extension des bielles 26, 28. On pourra ainsi limiter la rotation du volant à un angle de 45° ou 90° (l’angle de rotation du volant étant ici par convention l’angle de rotation des bielles 26, 28).

Si le volant conforme à l’invention est utilisé dans le cadre d’un système de direction découplée, il est nécessaire de prévoir un capteur permettant de mesurer une consigne d’angle au volant. Un tel capteur pourra par exemple mesurer l’angle de rotation de l’axe commun 32, ou l’angle de rotation du bras 16, 18 de l’une des poignées latérales. Si le volant conforme à l’invention est utilisé dans le cadre d’un système de direction à colonne de direction, le mouvement de rotation pourra être transmis par l’intermédiaire de l’axe commun 32 par l’intermédiaire du bras d’une des poignées latérales.

On décrit ci-après les éléments permettant d’intégrer le volant conforme à l’invention dans un système de direction découplée autorisant deux modes de conduite différent : un mode autonome et un mode manuel. Dans le mode autonome, le véhicule est piloté sans intervention du conducteur. Dans ce mode, une rotation des roues doit se traduire par une rotation correspondante du volant, sans intervention du conducteur. Dans le mode manuel, le véhicule est piloté par le conducteur lui-même.

Afin de pouvoir mettre en oeuvre les deux modes décrits ci-dessus, le volant 1 de l’exemple des figures 1 à 5 est équipé d’un actionneur 34, dans l’exemple un moteur électrique. Le moteur électrique 34 est fixé au support 10. Sur l’arbre tournant du moteur électrique 34 est montée une roue dentée 36. La roue dentée 36 engrène avec une portion de roue dentée 38. La portion de roue dentée 38 est solidaire en rotation de l’une des poignées 12, 14 latérales. Ainsi, la rotation de l’une des poignées 12, 14 latérales entraînera, par l’intermédiaire de la portion de roue dentée 38 et de la roue dentée 36, la rotation de l’arbre du moteur électrique 34. Inversement, la rotation du moteur électrique 34 entraînera la rotation des poignées 12, 14 latérales. Dans l’exemple, la portion de roue dentée 38 est solidaire en rotation du bras 18 de la poignée latérale droite 14, par l’intermédiaire de l’arbre 22.

Dans le mode de conduite autonome, le moteur électrique 34 sera commandé de manière à entraîner en rotation les poignées latérales lorsque la direction des roues est modifiée. Dans le mode de conduite manuel, la valeur de l’angle de rotation du moteur électrique 34 est mesurée par un capteur intégré, et cette valeur sert de valeur de consigne au système de commande de direction. Par ailleurs, on pourra prévoir que le moteur électrique produise un couple résistant lorsque le conducteur actionne le volant 1, afin de générer une restitution d’effort vers le conducteur. Avantageusement, ce couple résistant sera évolutif en fonction de l’angle de rotation des poignées 12, 14 latérales.

Dans l’exemple des figures 1 à 5, les poignées latérales comportent chacune une palette de commande de freinage 40, 42, et une palette de commande d’accélération 44, 46. Ainsi, il est possible de commander l’accélération et le freinage du véhicule indifféremment de la main droite ou de la main gauche. Par ailleurs, chaque poignée 12, 14 comporte un dispositif de commande d’un indicateur de direction, sous la forme d’un bouton 48, 50. En outre, afin d’améliorer la prise en main, chaque poignée 12, 14, comporte une excroissance 52, 54 formant une surface d’appui pour les pouces du conducteur.

Avantageusement, le volant conforme à l’invention pourra être équipé d’un ou plusieurs accessoires tels qu’un écran 56 (notamment un écran tactile). Dans l’exemple des figures 5 et 6, l’écran 56 est solidaire du support fixe 10.

Claims (17)

1. REVENDICATIONS

   1 - Volant (1) de direction pour véhicule automobile, comportant : - un support fixe (10) ; - deux poignées (12, 14) latérales articulées sur le support fixe (10), les poignées (12, 14) latérales étant mobiles en rotation chacune autour d’un axe de rotation (21, 23) distinct, les axes de rotation (21, 23) des poignées (12, 14) latérales étant parallèles, les axes de rotation (21, 23) des poignées (12, 14) latérales étant disposés symétriquement par rapport à un plan (P) médian du volant (1), l’axe de rotation (21, 23) de chaque poignée (12, 14) latérale étant situé du côté opposé de la poignée (12, 14) latérale correspondante par rapport au plan médian (P) du volant (1).
2. 2 - Volant (1) selon la revendication précédente, dans lequel chaque poignée (12, 14) latérale est reliée au support fixe (10) par un bras (16, 18) dont une extrémité (160, 180) est articulée sur le support fixe (10).
3. 3 - Volant (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la rotation de l’une des poignées (12, 14) latérales entraîne la rotation de l’autre poignée (12, 14) latérale.
4. 4 - Volant (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chaque poignée (12, 14) latérale est reliée à une bielle (24, 26) extensible, chaque bielle (24, 26) extensible étant articulée à l’une de ses extrémités sur le bras (16, 18) de la poignée (12, 14) latérale correspondante, et étant articulée à son extrémité opposée sur le support fixe (10).
5. 5 - Volant (1) selon la revendication précédente, dans lequel les extrémités des bielles (24, 26) extensibles qui sont articulées sur le support fixe (10) sont solidaires en rotation l’une de l’autre.
6. 6 - Volant selon la revendication précédente, dans lequel les extrémités des bielles (24, 26) extensibles articulées sur le support fixe (10) sont solidaires en rotation d’un axe commun (32), l’axe commun (32) étant monté à rotation dans le support fixe (10).
7. 7 - Volant (1) selon l’une des revendications 4 à 7, dans lequel au moins une bielle (24, 26) extensible comportent un dispositif de rappel (25, 27) sollicitant les poignées (12, 14) latérales vers leur position de repos.
8. 8 -Volant (1) selon la revendication précédente, dans lequel au moins une bielle (24, 26) extensible comporte un dispositif d’amortissement (28, 30), tel qu’un amortisseur hydraulique.
9. 9 - Volant (1) selon l’une des revendications précédentes, comportant au moins une butée limitant l’amplitude du mouvement de rotation des poignées.
10. 10 - Volant (1) selon la revendication précédente et selon l’une des revendications 4 à 8, dans lequel la butée est une butée limitant l’extension maximale des bielles (24, 26) extensibles.
11. 11 - Volant (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chaque poignée (12, 14) latérale comporte un dispositif de commande de l’accélération (44, 46) et un dispositif de commande du freinage (40, 42).
12. 12 - Volant (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel chaque poignée (12, 14) latérale comporte un dispositif de commande (48, 50) d’un indicateur de direction.
13. 13 - Volant (1) selon l’une des revendications 2 à 12, comportant un actionneur électrique (34), tel qu’un moteur électrique, apte à entraîner en rotation au moins l’une des poignées (12, 14) latérales.
14. 14. - Volant (1) selon la revendication 13, dans lequel l’actionneur électrique (34) est un moteur électrique dont un arbre de sortie est lié en rotation avec l’un des bras (16, 18) des poignées (12, 14).
15. 15 - Système de commande de direction découplée d’un véhicule automobile, comportant un volant (1) conforme à l’une des revendications précédentes.
16. 16 - Système de commande selon la revendication précédente, comportant un volant conforme à l’une des revendications 13 et 14, l’actionneur électrique (34) étant apte à entraîner en rotation au moins l’une des poignées (12, 14) latérales dans un mode de conduite dit mode autonome, et apte à exercer sur au moins l’une des poignées (12, 14) latérales un couple résistant dans un mode de conduite dit mode manuel.
17. 17 - Véhicule automobile comportant un volant conforme à l’une des revendications 1 à 14, ou un système de commande de direction conforme à l’une des revendications 15 et 16.