WO2019186004A1 - Plaque d'engrenement d'un dispositif d'absorption d'energie de colonne de direction - Google Patents
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Abstract
La présente invention se rapporte à une plaque d'engrènement (10) d'un dispositif d'absorption d'énergie de colonne de direction, comprenant une plaque de base (9) formée d'un premier matériau et comprenant une rangée de premières formes d'engrènement (91) s'étendant selon un axe longitudinal (A); la plaque d'engrènement comprend des excroissances latérales (11) surmoulées sur ladite plaque de base de manière à comprendre chacune une surface de butée arrière (92) et/ou une surface d'appui latérale (93).
Description
PLAQUE D’ENGRENEMENT D’UN DISPOSITIF D’ABSORPTION D’ENERGIE DE
COLONNE DE DIRECTION
La présente invention concerne le domaine des colonnes de direction de véhicule. Plus particulièrement, la présente invention concerne une plaque d’engrènement d’un dispositif d’absorption d’énergie, destinée à être montée sur une colonne de direction et agencée de manière à absorber de l’énergie en cas de choc frontal du véhicule.
Les véhicules automobiles actuels sont majoritairement équipés avec un système permettant le réglage du volant en profondeur et en hauteur. Le réglage en profondeur se fait avec un système de tubes télescopiques au niveau de la colonne de direction. Un système de serrage permet en position déverrouillée d’ajuster la position du volant et en position verrouillée de maintenir le volant dans la position désirée.
En situation de choc frontal le système de tubes télescopiques est utilisé pour fournir la course nécessaire à l’absorption d’énergie due au choc du conducteur sur le coussin gonflable de sécurité (ou « air-bag » en langue anglaise) et le volant. Cette course est supérieure à la course de réglage du volant et peut contenir une partie de celle-ci. Un système à friction ou à déformation génère l’effort qui, associé au mouvement, absorbe l’énergie. Ce système nécessite souvent une crémaillère axiale ou plaque d’engrènement permettant le réglage en toute position mais assurant également l’activation du système d’absorption. Cette crémaillère n’est donc utilisée que dans le cas extrême de collision du véhicule.
Cette fonction indispensable peut donc être onéreuse si les éléments qui la composent sont spécifiques, ajoutant autant d’éléments à la colonne de direction, ce qui augmente les coûts de fabrication.
Le problème technique que vise à résoudre l’invention est donc d’optimiser davantage la conception de systèmes d’absorption d’énergie.
A cet effet, un premier objet de l’invention est une plaque d’engrènement d’un dispositif d’absorption d’énergie de colonne de direction, comprenant une plaque de base comprenant une rangée de premières formes d’engrènement permettant l’engrenage d’autres formes d’engrènement avec ces premières formes
d’engrènement. Par exemple, les premières formes d’engrènement peuvent être des trous, permettant donc l’engrènement avec des dents. D’une manière générale, la rangée de premières formes d’engrènement s’étend selon un axe longitudinal.
La plaque d’engrènement selon l’invention comprend en outre des excroissances latérales saillantes de part et d’autre de la plaque de base et de son axe longitudinal, ces excroissances latérales étant surmoulées sur ladite plaque de base de manière à ce que chacune de ces excroissances latérales présente une surface de butée arrière, notamment sensiblement orthogonale audit axe longitudinal, et/ou une surface d’appui latérale par rapport à l’axe longitudinal.
Ainsi, cette plaque d’engrènement est agencée de manière à réaliser d’autres fonctions que celle d’absorption d’énergie en cas de choc frontal.
Elle est destinée à réaliser de manière classique l’absorption d’énergie en cas de choc frontal. Pour cela, elle est destinée à être fixée à un tube supérieur qui coulisse vers et en coopération avec un tube inférieur. Lorsqu’un mécanisme avec un organe d’engrènement est fixé à ce tube inférieur et agencé pour s’engrener avec la plaque d’engrènement. Ce mécanisme et la plaque d’engrènement forment le dispositif d’absorption d’énergie.
Grâce aux surfaces de butées arrière cette plaque d’engrènement va pouvoir réaliser également d’autres fonctions :
- assurer la butée de réglage en étirée du tube supérieur par rapport au tube inférieur, grâce aux surfaces de butée arrière.
Alternativement ou cumulativement, grâce aux surfaces d’appui latérales cette plaque d’engrènement va pouvoir réaliser d’autres fonctions :
- assurer une reprise de couple limitant la rotation de la partie mobile par rapport à la partie fixe de la colonne de direction, grâce aux surfaces d’appui latérales,
- assurer un recentrage de la partie mobile de la colonne de direction par rapport à sa partie fixe, grâce également aux surfaces d’appui latérales.
Ainsi, on diminue le nombre de composants en ayant une pièce commune pour ces fonctions.
Cela permet ainsi de réduire le poids économique des éléments constituant la colonne de direction. Ceci optimise également la phase d’assemblage, où les
manipulations et contrôles sont simplifiés, donc amènent à une réduction des coûts de fabrication.
Enfin, la simplification du concept traduit une augmentation de la précision du produit par une réduction des tolérances et de la quantité de maillons dans les chaînes de cotes nécessaires à la vérification du bon fonctionnement du système dans toutes les conditions.
La plaque d’engrènement selon l’invention peut optionnellement présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
la plaque de base est formée d’un premier matériau et les excroissances latérales sont formées d’un ou plusieurs matériaux ayant un coefficient de friction inférieur à celui du premier matériau ; cela permet de diminuer le bruit dû aux frottements lors du coulissement ; notamment, cela permet d’avoir un coulissement dit « onctueux » lors du réglage ;
le premier matériau est du métal ; il présente une très bonne résistance en cas de choc frontal ;
chaque excroissance latérale comprend une première portion portant la surface de butée arrière et une deuxième portion portant la surface d’appui latérale ;
la première et la deuxième portions sont bi-injectées sur la plaque de base ;
la première portion est en matière plastique, élastomère, mousse ou une combinaison de matières absorbant les vibrations et/ou les frottements ; cela permet notamment d’absorber le bruit lors du contact en fin de course, lors du réglage en profondeur de la colonne de direction dans sa position étirée au maximum ;
la plaque de base comprend des projections latérales autour desquelles est surmoulée au moins la deuxième portion ; ces projection latérales forment des formes intérieures à la deuxième portion, permettant de soutenir les fortes sollicitations sur les excroissances latérales et les surfaces d’appui ;
les surfaces d’appui latérales sont convexes ; cela permet de réduire la surface en contact et de limiter ainsi la friction provoquée par le contact avec un élément de la colonne de direction destinée à recevoir cette plaque d’engrènement,
notamment les parois de serrage, que l’on serre pour immobiliser la colonne de direction à une profondeur donnée ;
au moins l’une des excroissances latérales, notamment au niveau de sa deuxième portion lorsqu’elle en présente une, présente une lame élastique directement reliée à cette excroissance latérale et agencée de manière à entrer en contrainte élastique lorsqu’une force est exercée depuis le dessus de la plaque d’engrènement vers le dessous de celle-ci, le dessous de la plaque d’engrènement étant agencé pour être fixé contre un tube d’une colonne de direction destinée à recevoir cette plaque d’engrènement ; cette lame peut être venue de matière avec la deuxième portion ou supportée par les surfaces d’appui latérales par une forme différente ou de matière plus raide comme du métal;
Un autre objet de l’invention est une colonne de direction comprenant :
une base inférieure destinée à être reliée au châssis d’un véhicule et comprenant des parois de serrage,
un tube supérieur agencé entre ces parois de serrage de manière à être coulissant dans ladite base inférieure, selon un axe de coulissement et entre une position étirée et une position rétractée,
un mécanisme de serrage agencé de manière à serrer les parois de serrage l’une vers l’autre de sorte à immobiliser le tube supérieur dans la base inférieure,
un dispositif d’absorption d’énergie comprenant un organe d’engrènement solidaire de la base inférieure et mobile entre des positions d’engagement et de désengagement.
Selon cet autre objet de l’invention, cette colonne de direction comprend en outre une plaque d’engrènement selon l’invention fixée sur le tube supérieur de manière à ce que :
- ledit axe longitudinal soit sensiblement parallèle à l’axe de coulissement,
- l’organe d’engrènement s’engrène avec lesdites premières formes d’engrènement en position d’engagement et se dégage de ceux-ci en position de désengagement,
- la surface de butée arrière est en contact contre une butée avant de la base inférieure en position étirée, et/ou
- la surface d’appui latérale est à l’écart ou en contact glissant contre des rails longitudinaux fixes par rapport à la base arrière, lorsque les parois de serrages sont desserrées, et est prise en étau par les parois de serrage lorsqu’elles sont serrées.
Ainsi la colonne de direction présente les avantages de la plaque d’engrènement selon l’invention.
La colonne de direction selon l’invention peut optionnellement présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
le deuxième matériau est un matériau apte à absorber des vibrations de ladite butée avant contre ladite surface de butée arrière, selon un axe sensiblement parallèle à l’axe longitudinal, correspondant à une vitesse de déplacement de la surface de butée arrière par rapport à la surface de butée arrière de 0,3 à 0,5 m.s-1 ; cela permet de diminuer les bruits dus aux chocs des butées l’une contre l’autre en fin de course, lorsque la colonne de direction est étirée au maximum ;
les surfaces d’appui latérales sont agencées de manière à ce que et le troisième matériau est un matériau tel que le serrage des parois de serrage contre les surfaces d’appui latérales:
o résiste en friction à un déplacement des surfaces d’appui latérales en glissement contre ces parois de serrage, selon un axe sensiblement parallèle à l’axe longitudinal, et/ou
o résiste à un couple de 300 N.m s’exerçant sur la surface d’appui latérale et tendant à faire tourner le tube supérieur par rapport à la base inférieure.
la base inférieure comprend des rails longitudinaux, contre lesquels la ou les lames sont agencées en contrainte élastique.
Dans l’exemple illustré, les termes « sous », « dessus », « dessous », « inférieur », « supérieur », « avant », « arrière », « devant », « derrière », « vertical », « horizontal », « transversal » se réfèrent, sauf indication contraire, à l’orientation de la plaque d’engrènement selon l’invention ou de la colonne de direction selon l’invention qu’elles sont destinées à avoir une fois montées dans un véhicule.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée des exemples non limitatifs qui suivent, pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés, parmi lesquels :
la figure 1 est une vue en perspective d’une colonne de direction selon l’invention, vue depuis l’arrière, à savoir vers l’avant du véhicule ;
la figure 2 représente une vue de détail de la figure 1 , selon un angle de vue davantage de dessus ;
la figure 3 est une vue éclatée de la figure 1 ;
la figure 4 représente la base inférieure de la colonne de direction de la figure 1 , en perspective, depuis l’avant vers l’arrière du véhicule, avec un agrandissement, placé à droite en figure 4 ;
la figure 5 représente une vue en perspective d’une plaque d’engrènement selon l’invention, ici de la colonne de la figure 1 , vue depuis l’arrière vers l’avant du véhicule;
la figure 6 est une vue éclatée de la figure 5, vue depuis l’avant vers l’arrière du véhicule;
les figures 7 à 9 sont des représentations partielles de la plaque selon la figure 5 coopérant dans la colonne de direction, en position étirée, respectivement vues essentiellement de dessus depuis l’arrière pour les figures 7 et 8 et depuis l’avant pour la figure 9 ;
la figure 10 est une coupe transversale à l’axe de coulissement des tubes permettant de visualiser la coopération des surfaces d’appui latérales et des lames.
La figures 1 à 4, illustrent une colonne de direction comprenant un tube supérieur 1 coulissant par rapport à une base inférieure 2, permettant ainsi d’assurer le réglage en profondeur du volant et la course nécessaire en cas de choc frontal.
Ici, la base inférieure 2 comprend deux parois de serrage dont les surfaces internes forment un tube recevant le tube supérieur 1. La base sera appelée ci- après tube inférieur 2, en raison donc de la forme interne de ses parois de serrage.
Ces tubes 1 , 2 sont reliés à la structure du véhicule par une patte supérieure 3 et une patte pivot 4. Un mécanisme de serrage 5 permet d’immobiliser
par friction la colonne dans la position de réglage choisie. Ce mécanisme comprend un levier 6 lié à une vis de serrage 7.
Une plaque d’engrènement 10 est ici fixée au tube supérieur 1. Elle comprend une plaque de base 9, ici en métal, liée au tube supérieur 1 , par rivetage, vissage, sertissage, soudage ou d’autres moyens de fixation.
Cette plaque de base 9 possède une quantité finie de premières formes d’engrènement, ici formées par de trous 91.
La colonne de direction comprend un dispositif d’absorption d’énergie, présentant un organe d’engrènement, ici un organe denté 8, relié à un organe fusible et/ou déformable du dispositif d’absorption d’énergie. Pour des raisons de clarté du dessin, seul l’organe denté 8 est représenté sur ces figures. L’organe denté 8 est, en position d’engagement, engrené avec certains des trous 91.
Lorsque le dispositif d’absorption est monté sur le tube inférieur 2, en position d’engagement. Le tube supérieur 1 est alors bloqué dans le tube inférieur 2 par serrage et les dents de l’organe denté 8 sont engagées dans les trous 91 de la plaque d’engrènement 10. L’organe denté 8, l’organe fusible et/ou déformable et la plaque d’engrènement 10 forment donc le dispositif d’absorption d’énergie.
Pour régler la position du volant, l’utilisateur actionne le levier 6, entraînant l’organe denté vers une position de désengagement : le système d’engrènement est alors désactivé. Le tube supérieur 1 peut alors coulisser dans le tube inférieur 2.
Une fois le réglage effectué, l’actionnement en sens inverse du levier 6 entraîne l’organe denté en sens inverse, qui s’engrène à nouveau dans les trous 91 de la plaque de base 91.
En cas de choc frontal, des forces s’exercent en des sens opposés respectivement sur la plaque d’engrènement 10 et sur les dents de l’organe denté 8, entraînant une déformation et/ou une rupture d’un élément de déformation dans ce dispositif d’engagement. Cette déformation permet d’absorber au moins une partie de l’énergie d’un choc frontal du véhicule.
L’organe denté 8 peut par exemple être fixé sur la vis de serrage 7 ou à une pièce fixée sur le tube inférieur 2.
Comme illustré dans l’exemple de la figure 5, la plaque d’engrènement 10 selon l’invention, comprend des excroissances latérales 11 , ici surmoulées en plastique sur la plaque de base 9.
Chacune de ces excroissances latérales 11 est formée ici par la bi-injection d’une première portion 12 et d’une deuxième portion 13 sur cette plaque de base 9. Autrement dit dans cet exemple illustré, chaque portion forme une partie d’une excroissance latérale 11.
Chaque excroissance latérale 1 1 présente une surface de butée arrière 92, ici sensiblement orthogonale audit axe longitudinal A et portée par la première portion 12.
Ainsi, comme on peut le voir, une surface de butée arrière 92 est présente de chaque côté de la plaque butée 9 et orientée vers l’arrière de celle-ci, de sorte qu’en position étirée, qui correspond au réglage extrême de réglage axial de la colonne de direction, où le volant est le plus proche du conducteur, les surface de butée arrière 92 rentrent en contact avec le tube inférieur 2 sur des butées avant 21 orientées en opposition au mouvement axial, tel qu’illustré en figures 4 et 7 à 9. Ces butées ont l’avantage de limiter la course. Ce qui confère une fonction supplémentaire à la plaque d’engrènement 9.
Par ailleurs, le matériau de la première portion 12 présente une dureté inférieure à celle du métal formant la plaque de base 9. Cette plaque d’engrènement 9 permet donc également d’absorber le bruit en butée, notamment afin de produire une sensation agréable au conducteur.
De plus, chaque excroissance latérale 11 est prolongée dans l’axe longitudinal A de la plaque d’engrènement 10 par la deuxième portion 13, qui présente ici une surface d’appui latérale 93 sensiblement parallèle à l’axe longitudinal A, sensiblement orthogonale à la surface de butée arrière 92 et portée par la deuxième portion 13.
La deuxième portion 13 est formée, ici, d’un troisième matériau présentant un coefficient de friction inférieur à celui du métal formant la plaque de base 9. Cette plaque d’engrènement 9 permet donc également de résister au serrage par les parois de serrage, notamment de résister à un effort sur le volant et à un couple tendant à faire tourner le tube supérieur 1 par rapport au tube inférieur 2.
Ces surfaces d’appui latérales 93, sont à l’écart des butées arrière 21 de la base inférieure 2, dans une utilisation normale, et sont les zones privilégiées de contact lorsqu’un couple est appliqué sur les parties mobiles telles que le tube supérieur 1. L’effort généré provoquera alors la mise en contact, ou en contrainte, de ces surfaces d’appui 93 sur les éléments supports comme la base inférieure 2, notamment des rails longitudinaux de cette dernière, comme on peut le voir en figure 10.
Enfin, la plaque d’engrènement 10 peut intégrer au moins un brin 94, ici formé d’une lame élastique de base de même matière que la deuxième portion 13, permettant d’exercer sur les éléments fixes comme la base inférieure 2 un léger effort. Notamment, cette lame élastique 94 peut être glissée contre un rail de guidage supérieur longitudinal de la base inférieure 2.
Cet effort a pour fonction de recentrer la position angulaire du tube supérieur 1 par rapport aux éléments supports, à savoir la base inférieure 2 et les pattes 3, et ainsi revenir au jeu initial entre les surfaces d’appuis mentionnées précédemment.
Cette plaque de base 9 peut posséder, comme illustré en figure 6, également une forme intérieure 95, ici formant des projections latérales, permettant de soutenir les fortes sollicitations sur les excroissances latérales 11 , notamment en écrasement. Cette architecture permet alors de renforcer la résistance aux chocs en butée entre les surface de butée arrière 92 de la plaque 9 et les butées avant 21 , lors du réglage axial. Elle permet également de renforcer la résistance à des forts couples entre le tube supérieur 1 et le tube inférieur 2 par l’intermédiaire du contact entre les surfaces d’appui latérales 93 et les éléments support comme le tube inférieur 2, par exemple.
A noter que les excroissances latérales 11 peuvent non seulement être en matière plastique, mais encore en élastomère, mousse ou une combinaison de matières absorbantes de vibrations ou de frottement.
Les surfaces d’appui latérales 93 peuvent également être de forme convexe ou autre permettant de réduire la surface en contact et limiter ainsi la friction provoquée par le contact avec les éléments support.
Les lames 94 peuvent également être dimensionnées pour supporter les forts couples décrits précédemment et supportés par les surfaces d’appui 93 par une forme différente ou de matière plus raide comme du métal.
Dans une idée d’optimisation, le système peut également intégrer une seule lame 94 en privilégiant un côté restant en contact dans une utilisation normale. Ce jeu unilatéral est alors positionné pour supporter les couples les plus importants si une orientation est à privilégier.
L’avantage de l’invention est donc d’intégrer plusieurs matières compatibles afin de répondre à différentes exigences avec un même composant. Chaque matière étant adaptée à des contraintes spécifiques (effort statique, impact à forte vitesse, absorption de bruit...). Ainsi, lors de l’assemblage du système, le composant formé par la plaque d’engrènement est unique. Cela simplifie le montage de la colonne de direction.
A noter que la deuxième portion peut être un matériau, par exemple avec une dureté shore A 85, tel qu'un polyuréthane thermoplastique (encore connu sous le nom de TPU).
L’avantage de l’invention réside également dans le fait d’intégrer le plus de fonctions possibles sur un composant afin de limiter l’impact économique par une réduction du nombre de composants. Cette optimisation permet de réduire :
- le nombre d’outillages et les ressources nécessaires au suivi de ces composants.
la quantité de maillons nécessaires lors de la réalisation des chaînes de cote du système et ainsi, augmenter la précision de l’ensemble ou augmenter les tolérances conduisant à une réduction du coût de fabrication des composants.
- le nombre de composants à assembler et ainsi réduire la quantité d’opérations d’assemblage et ou de contrôle.
Claims
1. Plaque d’engrènement (10) d’un dispositif d’absorption d’énergie de colonne de direction, comprenant une plaque de base (9) comprenant une rangée de premières formes d’engrènement (91 ) permettant l’engrenage d’autres formes d’engrènement avec ces premières formes d’engrènement, la rangée de premières formes d’engrènement s’étendant selon un axe longitudinal, la plaque d’engrènement étant caractérisée en ce qu’elle comprend en outre des excroissances latérales (11 ) saillantes de part et d’autre de la plaque de base et de son axe longitudinal, ces excroissances latérales étant surmoulées sur ladite plaque de base de manière à ce que chacune de ces excroissances latérales présente une surface de butée arrière (92) et/ou une surface d’appui latérale (93) par rapport à l’axe longitudinal (A).
2. Plaque d’engrènement selon la revendication 1 , caractérisée en ce que la plaque de base (9) est formée d’un premier matériau et les excroissances latérales (11 ) sont formées d’un ou plusieurs matériaux ayant un coefficient de friction inférieur à celui du premier matériau.
3. Plaque d’engrènement selon la revendication 2, caractérisée en ce que le premier matériau est du métal.
4. Plaque d’engrènement selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que chaque excroissance latérale (11 ) comprend une première portion (12) portant la surface de butée arrière (92) et une deuxième portion (13) portant la surface d’appui latéral (93), et en ce que la première et la deuxième portions (12, 13) sont bi-injectées sur la plaque de base (9).
5. Plaque d’engrènement selon la revendication 4, caractérisée en ce que la première portion (12) est en matière plastique, élastomère, mousse ou une combinaison de matières absorbant les vibrations et/ou les frottements.
6. Plaque d’engrènement selon l'une quelconque des revendications 4 à 5, caractérisée en ce que la plaque de base (9) comprend des projections latérales (95) autour desquelles est surmoulée au moins la deuxième portion (13).
7. Plaque d’engrènement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les surfaces d’appui latérales (93) sont convexes.
8. Plaque d’engrènement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en qu”au moins l’une des excroissances latérales (11 ) présente une lame élastique (94) directement reliée cette excroissance latérale et agencée de manière à entrer en contrainte élastique lorsqu’une force est exercée depuis le dessus de la plaque d’engrènement vers le dessous de celle-ci, le dessous de la plaque d’engrènement étant agencé pour être fixé contre un tube d’une colonne de direction destinée à recevoir cette plaque d’engrènement.
9. Colonne de direction comprenant :
une base inférieure (2) destinée à être reliée au châssis d’un véhicule et comprenant des parois de serrage,
un tube supérieur (1 ) agencé entre ces parois de serrage de manière à être coulissant dans ladite base inférieure, selon un axe de coulissement et entre une position étirée et une position rétractée,
un mécanisme de serrage (5) agencé de manière à serrer les parois de serrage l’une vers l’autre de sorte à immobiliser le tube supérieur dans la base inférieure,
un dispositif d’absorption d’énergie comprenant un organe d’engrènement solidaire de la base inférieure et mobile entre des positions d’engagement et de désengagement,
caractérisée en ce qu’elle comprend en outre une plaque d’engrènement (9) selon l’une des revendications précédentes fixée sur le tube supérieur (1 ) de manière à ce que :
- ledit axe longitudinal soit sensiblement parallèle à l’axe de coulissement,
- l’organe d’engrènement s’engrène avec lesdites premières formes d’engrènement en position d’engagement et se dégage de ceux-ci en position de désengagement,
- la surface de butée arrière est en contact contre une butée avant de la base inférieure en position étirée, et/ou
- la surface d’appui latérale est à l’écart ou en contact glissant contre des rails longitudinaux fixes par rapport à la base arrière, lorsque les parois de serrages sont desserrées, et est prise en étau par les parois de serrage lorsqu’elles sont serrées.
10. Colonne de direction selon la revendication 9, caractérisée en ce que la plaque d’engrènement (10) est selon la revendication 8, la base inférieure comprenant des rails longitudinaux, contre lesquels la ou les lames (94) sont agencées en contrainte élastique.
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