DISPOSITIF INTERNE DE COLONNE DE DIRECTION A ROULEMENT EXCENTRIQUE
Domaine technique
La présente invention se rapporte à un dispositif interne de colonne de direction de véhicule destiné à faciliter la conduite dans les courbes en modifiant l’alignement des roues avant et arrière du véhicule.
Ce système est particulièrement conçu pour s’adapter à tout type de direction et peut être monté sur des colonnes de direction existantes ou intégrée dans la réalisation de colonne de direction de nouveaux véhicules ou autres engins. Plus particulièrement, le dispositif selon l’invention est configuré pour remplacer les roulements du mécanisme à l’intérieur de colonne de direction traditionnels préférablement sans devoir changer l’axe de la colonne de direction.
Le dispositif comporte un roulement à rotule excentrique disposé préférablement sur la partie supérieure de l’axe de la colonne de direction et d’un roulement à rotule concentrique placé préférablement sur la partie inférieure de l’axe de la colonne de direction.
Etat de la technique
Les mécanismes internes des colonnes de direction de véhicules sont principalement réalisés par G utilisation de roulements concentriques de manière à induire une rotation parfaitement coaxiale entre le mouvement de rotation du guidon et celui de la roue selon l’axe de la colonne de direction. L’angle d’inclinaison ou angle de chasse de la colonne de direction est également fixe.
Il existe cependant plusieurs inventions décrite dans US3866946A, EP1841640B1 destinées à pouvoir modifier l’angle d’inclinaison ou angle de chasse de la colonne en utilisant deux roulements concentriques placés dans deux frettes ou éléments de maintien excentrés. Ces systèmes permettent ainsi d’ajuster l’angle d’inclinaison ou angle de chasse longitudinal de la colonne de direction en fonction de l’excentricité des frettes ou éléments de maintien des roulements.
Selon l’invention US3866946A, l’inclinaison de l’axe de guidage de colonne de direction est réalisée par deux éléments de roulements comprenant chacun une ouverture excentrique opposée à l’autre de 180° qui restent fixes dans l’axe longitudinal du véhicule formé par les roues avant et arrière. Selon l’invention EP1841640B1, l’inclinaison de l’axe de guidage de colonne de direction est réalisée par des éléments réglables permettant d’ajuster l’angle de chasse de la colonne de direction de manière prédéfinie sans devoir démonter les éléments de fixations et de guidage de l’axe de colonne de direction.
L’inclinaison transversale de l’axe de guidage la colonne de direction reste toutefois fixe ou statique pour un jeu de frettes, éléments de maintien installés ou réglage d’angle défini aux deux extrémités de l’axe de colonne de direction.
Selon ces inventions, durant la conduite en ligne droite et en courbe, l’axe de guidage de la colonne de direction reste aligné dans le plan longitudinal des roues avant et arrière du véhicule, il est par conséquent impossible de faire varier l’angle d’inclinaison transversal de guidage de la colonne dynamiquement durant la conduite en courbe ou virage.
Le principal problème rencontré durant la conduite c’est que lors d’une courbe, la roue avant du véhicule pivote selon l’axe de la colonne direction qui n’est généralement pas vertical. Dans le cas d’un véhicule deux-roues, cela force le conducteur à devoir faire basculer le véhicule latéralement pour engager correctement le véhicule dans la trajectoire oblique selon la courbe à suivre. Ce mouvement facilite ainsi le changement de direction du véhicule mais l’angle fixe de la colonne de direction limite l’inclinaison possible du véhicule ce qui s’avère dangereux lorsque le pilote s’incline trop ou lors d’un évitement brutal car la roue avant croche sur la route et le pilote perd le contrôle du véhicule.
Divulgation de l’invention Un but principal de la présente invention est donc de proposer un dispositif interne de colonne de direction permettant de déplacer transversalement, toute ou en partie, de l’axe de guidage de la colonne de direction, préférablement de la roue avant, simultanément avec de la rotation du guidon ce qui remédie aux inconvénients de l’art antérieur.
A cet effet, la présente invention concerne plus particulièrement un dispositif interne de colonne de direction, du type mentionné plus haut, caractérisé en ce que le système comporte au moins une partie de l’axe de colonne de direction placé, en lien ou préférablement solidaire, de manière excentrique, et/ou optionnellement oblique, dans un élément de guidage rotatif tel qu’un roulement ou palier.
La présente invention concerne également un roulement ou palier à rotule destiné à être solidairement fixé sur l’axe de la colonne de direction de manière excentrique.
La présente invention concerne également un roulement ou palier concentrique destiné à être solidairement fixé sur l’axe de la colonne de direction de manière oblique. Grâce à ces caractéristiques, le dispositif permet de modifier dynamiquement l’angle d’inclinaison transversal de l’axe de guidage de la colonne de direction ou de le décaler latéralement lors de la rotation de l’axe de la colonne de direction sans devoir changer les éléments de guidage de la colonne de direction. Il est conçu de manière à pouvoir remplacer les roulements existants sur les colonnes de direction permettant ainsi de bénéficier des avantages sans devoir changer la colonne de direction.
Le système est conçu de manière à être robuste, interchangeable et possiblement réversible afin de garantir la sécurité et éviter toute maintenance.
Brève description des dessins La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description des exemples donnés, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 est une vue de dessus du roulement à rotule excentrique;
La figure 1 a représente une vue selon la coupe A-A de la figure 1 ; - La figure lb représente une vue de dessus schématique de l’alignement de la roue avant et arrière d’un véhicule
La figure 2 représente une vue en coupe de face du dispositif interne de la colonne de direction en position droite;
La figure 2a représente une vue en coupe de face du dispositif interne de la colonne de direction en position de rotation;
La figure 3 représente une vue en coupe de face du dispositif interne de la colonne de direction en position de rotation d’une deuxième variante de l’invention;
La figure 4 représente une vue en coupe de face du dispositif interne de la colonne de direction en position de rotation d’une troisième variante de l’invention;
La figure 5 représente une vue en coupe de face du dispositif interne de la colonne de direction en position de rotation d’une quatrième variante de l’invention;
La figure 6 représente une vue en coupe de face du dispositif interne de la colonne de direction en position de rotation d’une cinquième variante de l’invention;
La figure 7 représente une vue en coupe de face du dispositif interne de la colonne de direction en position de rotation d’une sixième variante de l’invention;
La figure 8 représente une vue en coupe d’un palier à rotule excentrique;
La figure 9 représente une vue en coupe de face du dispositif interne de la colonne de direction en position de rotation d’une septième variante de l’invention;
La figure 10 représente une vue en coupe de face du dispositif interne de la colonne de direction en position de rotation d’une huitième variante de l’invention;
La figure 11 représente une vue en perspective de profil du dispositif interne de la colonne de direction dont les roulements ne sont pas coaxiaux et sont sortis de la colonne de direction, d’une neuvième variante de l’invention;
La figure lia représente une vue de face de la figure 11
La figure 11b représente une vue selon la coupe A- A de la figure l ia
La figure lie représente une vue de profil de la figure 11
La figure 1 ld représente une vue selon la coupe B -B de la figure lie
Modes de réalisation de l’invention
Selon les figures 1, la, lb, 2, 2a, le dispositif interne de colonne de direction (9) selon un premier mode de réalisation, tel qu’illustré notamment par la figure 2, comporte un élément à rotule excentrique (1), préférablement sous forme de roulement ou palier, un élément à rotule concentrique (20), préférablement sous forme de roulement ou palier, placés sur un axe de colonne de direction (10). L’élément à rotule excentrique (1) comporte préférablement une
ouverture (4) placée excentriquement, dans la bague intérieure (3), sur l’axe (14) par rapport au centre (17) de l’élément à rotule excentrique (1) dans laquelle l’axe de la colonne de direction (10) est maintenu solidairement.
Les éléments (1, 10, 20) du dispositif interne de colonne de direction (9) sont placés dans un tube creux (non-illustré) généralement appelé colonne de direction et qui fait normalement partie du cadre du véhicule.
Les tubes de fourches (non illustrés) sont solidairement fixés sur les supports de maintien des tubes (non illustrés), eux-mêmes fixés solidairement avec la partie inférieure et supérieure de l’axe de colonne de direction (10) selon une exécution commune dans la construction de colonne de direction de véhicule deux-roues.
L’élément à rotule excentrique (1) comprend préférablement des rouleaux (5) placés autour d’une bague intérieure (3) et maintenus en place par une bague extérieure (2). Les rouleaux (5) sont solidairement reliés entre et peuvent librement pivoter le long du profil (6) de la bague extérieure (2). Selon la figure lb, la roue avant (96) est alignée avec la roue arrière (97) selon l’axe longitudinal du véhicule (93). Dans une configuration normale de véhicule deux-roues, le pivotement de la roue avant, par rotation sur l’axe de guidage de la colonne de direction, se fait sur l’axe longitudinal du véhicule (93) au point de contact (94) entre le pneu et la route.
Selon les figures lb, 2 et 2a, en position de conduite droite, l’axe de rotation (30’) de l’axe de la colonne de direction (10) est « coaxial » dans le plan transversal (95) à l’axe longitudinal du véhicule (93) avec l’axe de rotation (30) commun de l’élément à rotule excentrique (1) et l’élément à rotule concentrique (20), correspondant à l’axe de guidage de colonne de direction normal. L’axe de la colonne de direction (10) pivote au maximum transversalement d’un angle (B), représenté par les axes (30, 30’) lors de la rotation de l’axe de la colonne de direction (10) formé par le déplacement excentrique de l’ouverture (4), solidarisée préférablement par une clavette (8) avec l’axe de la colonne de direction (10) et le maintien de l’axe de la colonne de direction (10) dans l’élément à rotule concentrique (20).
Le changement transversal d’angle de 0 à (B) ainsi produit sur l’axe de guidage la colonne de direction, en tournant le guidon du véhicule, permet de modifier dynamiquement l’alignement
des roues avant et arrière (gauchissement) selon l’axe (93’) durant les courbes en conduite ce qui rend le véhicule plus maniable. Le désaxage entre les axes (93) et (93’) produit un décalage (98) de la roue avant en rotation (96’) sur la route avec la roue arrière (97) selon l’angle de 0 à (B) dépendant de la longueur de la fourche et du diamètre des roues ainsi que de l’angle de rotation de l’axe de la colonne de direction (10). Le décalage (98) ainsi obtenu peut être soit du côté correspondant au changement de trajectoire du véhicule ou à son opposé selon si la position de l’ouverture (4) est placée excentriquement d’un côté ou de l’autre du centre (17), par lequel passe normalement l’axe de rotation de l’axe de colonne de direction (10), qui est lui-même normalement coaxial avec l’axe de guidage de la colonne direction. Selon les réglages choisis dans la conception de l’invention, le décalage (98) résultant du désaxage des roues au sol est préférablement compris de 0 à 20mm. La conduite est alors améliorée dans les courbes et la sécurité augmentée lors d’évitement.
Variantes de l’invention Selon une autre variante non illustrée, la position de l’élément à rotule concentrique (20) sur l’axe de la colonne de direction (10) peut être intervertie avec l’élément à rotule excentrique
(1).
La figure 8 illustre un palier à rotule (81) avec une ouverture (84) excentrique placée dans la bague intérieure (83) qui peut remplacer l’élément à rotule excentrique (1). Selon une deuxième variante de l’invention, illustrée sur la figure 3, l’axe de la colonne de direction (10) est solidarisé et placé sur sa partie supérieure dans un élément à rotule excentrique (31) et sur sa partie inférieure dans un élément à rotule excentrique (320) opposé à 180°. Lors de la rotation de l’axe de la colonne de direction (10), les deux mouvements excentriques opposés font pivoter l’axe de la colonne de direction (10) transversalement, au maximum, d’un angle (B), représenté par les axes (30, 30’), créant ainsi le décalage (98) tel que précédemment décrit.
Selon une troisième variante de l’invention, illustrée sur la figure 4, l’axe de la colonne de direction (10) est solidarisé et placé en oblique sur sa partie supérieure dans un élément de roulement excentrique (41) et sur sa partie inférieure dans un élément à rotule concentrique (420). Lors de la rotation de l’axe de la colonne de direction (10), le mouvement excentrique sur la
partie supérieure dans l’élément élément de roulement excentrique (41) fait pivoter l’axe de la colonne de direction (10) transversalement, au maximum, d’un angle (B), représenté par les axes (30, 30’), créant ainsi le décalage (98) tel que précédemment décrit.
Selon une quatrième variante de l’invention, illustrée sur la figure 5, le dispositif interne de colonne de direction (59) comprend un axe de colonne de direction (510) formé par une partie oblique (510’) coaxiale sur la liaison (511) avec une seconde partie (510”). La partie de l’axe de colonne de direction (510”) est placée dans un élément de roulement concentrique (51) et sa seconde partie (510’) placée et fixée solidairement dans un élément à rotule excentrique (520). Lors de la rotation de l’axe de la colonne de direction (510), le mouvement excentrique sur la partie (510’) suit l’oblique entre les deux parties (510’, 510”) de l’axe de la colonne de direction (510) formant, au maximum, un angle (B) transversal, représenté par les axes (30, 30’), créant ainsi le décalage (98) tel que précédemment décrit.
Selon une cinquième variante de l’invention, illustrée sur la figure 6, le dispositif interne de colonne de direction (69) comprend un axe de colonne de direction (610) formé par une partie oblique (610’) désaxée sur la liaison (611) avec une seconde partie (610”). La partie de l’axe de colonne de direction (610”) est placée dans un élément de roulement concentrique (61) et sa seconde partie (610’) placée dans un élément à rotule concentrique (620). Lors de la rotation de l’axe de la colonne de direction (610), le mouvement excentrique sur la partie (610’) suit l’oblique entre les deux parties (610’, 610”) de l’axe de la colonne de direction (610) formant, au maximum, un angle (B) transversal, représenté par les axes (30, 30’), créant ainsi le décalage (98) tel que précédemment décrit.
Selon une sixième variante de l’invention, illustrée sur la figure 7, le dispositif interne de colonne de direction (79) comprend un axe de la colonne de direction (710) formé par une partie oblique (710’) coaxiale sur la liaison (711) avec une seconde partie (710”). La partie de l’axe de colonne de direction (710”) est placée dans un élément de roulement excentrique (71) et sa seconde partie (710’) placée dans un élément de roulement (720) en oblique. Lors de la rotation de l’axe de la colonne de direction (710), le mouvement excentrique sur la partie (710’) suit l’oblique entre les deux parties (710’, 710”) de l’axe de la colonne de direction (710) formant, au maximum, un angle (B) transversal, représenté par les axes (30, 30’), créant ainsi le décalage (98) tel que précédemment décrit.
Selon une septième variante de l’invention, illustrée sur la figure 9, le dispositif interne de colonne de direction (99) comprend un axe de la colonne de direction (910) formé par une partie oblique (910’) coaxiale sur la liaison (911) avec une seconde partie oblique (910”). La partie de l’axe de colonne de direction (910”) est placée dans un élément de roulement concentrique (91) en oblique et sa seconde partie (910’) placée dans un élément de roulement (920) en oblique. Lors de la rotation de l’axe de la colonne de direction (910), les mouvements obliques sur les parties (910’, 910”) de l’axe de la colonne de direction (910) forment, au maximum, un angle (B) transversal, représenté par les axes (30, 30’), créant ainsi le décalage (98) tel que précédemment décrit.
Les liaisons (511, 611, 711, 911) peuvent être réalisées sous forme d’assemblage par soudure, usinage, cardan ou tout au moyen adapté.
Selon une huitième variante de l’invention, illustrée sur la figure 10, le dispositif interne de colonne de direction (1099) comprend un axe de colonne de direction (1910) formé par une partie (1910’) décentrée sur la liaison (1911) avec une seconde partie (1910”). La partie de l’axe de colonne de direction (1910”) est placée dans un élément de roulement concentrique (191) et sa seconde partie inférieure (1910’) placée dans un élément de roulement (920) de manière excentrique et parallèle à la partie (1910”). Lors de la rotation de l’axe de la colonne de direction (1910), le décalage entre les parties (1910’, 1910”) de l’axe de la colonne de direction (1910) déplace transversalement/latéralement, au maximum, de la distance (1930), l’axe de guidage la colonne de direction (1099) de manière similaire aux précédentes variantes de l’invention. Dans ce cas, le décalage (98) est égal à la distance (1930) car il n’y a pas de pivotement de l’axe de guidage de la colonne de direction mais une translation transversale/latérale direct de celui-ci. Cela s’avère particulièrement utile pour assurer un décalage (98) indépendant des éléments comme la longueur de fourche ou le diamètre des roues. Dans cette variante, l’angle de chasse n’est pas affecté par l’invention ce qui peut aussi être souhaité selon la dynamique du véhicule recherchée.
Selon une neuvième variante de l’invention, illustrée sur les figures 11 à l ld, le dispositif interne de colonne de direction (109) comprend un axe de la colonne de direction (110) placé à une extrémité dans un élément à rotule concentrique (120) et à sa seconde extrémité dans une ouverture (104) placée excentriquement dans la bague intérieure (113) d’un roulement concentrique (101) dont ses éléments externes ne sont pas illustrés.
Lorsque les deux éléments de roulements (101, 120) sont placés de manière coaxiale dans la colonne de direction, l’axe de guidage normal de la colonne de direction forme avec l’axe de la colonne de direction (110) un angle (B), représenté par les axes (30, 30’).
Une rotule (124) placée sur l’axe de la colonne de direction (110) est positionnée dans l’ouverture (104) et comprend au moins un méplat (134) permettant de faire pivoter solidairement l’axe de la colonne de direction (110) avec la bague intérieure (113) lors de sa rotation autour de l’axe (30).
Un manchon (non illustré) vient préférablement se fixer la partie supérieure (144) de l’axe de colonne de direction (110) de manière à permettre son installation sur le véhicule et s’adapter facilement à différents modèles de colonnes de direction.
Lorsque l’axe de la colonne de direction (110) est en position de conduite en ligne droite, l’angle (B) n’a pas d’influence sur l’alignement transversal de la roue avant avec la roue arrière du véhicule. Lorsque l’axe de la colonne de direction (110) pivote pour se diriger à droite ou à gauche, l’angle (B) désaxe transversalement la roue avant de la roue arrière du véhicule ce qui crée ainsi le décalage (98) tel que précédemment décrit et induit le « gauchissement » ou mouvement de vrille souhaité pour améliorer la tenue de route du véhicule,
Selon plusieurs variantes d’exécution de l’invention, les modifications et/ou adjonctions suivantes peuvent être apportées aux modes de réalisation tels que précédemment décrits: - Chaque élément de roulement fixe ou à rotule (1, 31, 41, 51, 61, 71, 91, 101, 120, 320,
420, 520, 620, 720, 920) peut être réalisé sous forme de roulement à billes, roulements à rouleaux, roulements à aiguilles, palier ou selon tout autre moyen similaire.
- Chaque élément à rotule peut être formé par un roulement à rotule concentrique ou tout autre type de mécanisme permettent la rotation et le pivotement de l’axe de la colonne de direction (10, 110, 510, 610).
- L’ouverture (4) peut avoir n’importe quelle forme telle que par exemple, ronde, carrée, rectangulaire, ovale ou selon n’importe quel profil géométrique.
- Lorsque l’ouverture (4) est ronde, son maintien solidaire avec le roulement à rotule excentrique (1) peut être réalisé avec une clavette ou tout autre moyen mécanique.
- Les éléments de roulement ont préférablement un diamètre extérieur inférieur à 80 mm.
- L’ouverture (4) a préférablement une section supérieure 1 cm2.
- L’épaisseur des éléments de roulement est préférablement supérieure à 5 mm.
- La distance entre les éléments de roulement supérieur et inférieur de l’axe de colonne de direction est préférablement supérieure à 50 mm.
- L’excentricité de l’axe (14), distance (15) ou distance (1930) entre l’axe de rotation des éléments de roulement (1, 31, 41, 51, 61, 71, 101, 320, 420, 520, 620, 720) et la position relative de l’ouverture (4, 84, 104) recevant toute ou partie de l’axe de la colonne de direction (10, 110, 510, 710, 1910) est préférablement supérieure à 2 mm.
Dans une variante non-illustrée, l’axe de colonne de direction ou l’une de ses parties peut être réalisé de manière à faire directement partie de la bague intérieure (3, 83, 113) d’au moins un des éléments de roulement précédemment décrits. Dans ce cas, l’axe de colonne de direction n’est plus détachable de l’ouverture (4, 84, 104) ce qui peut s’avérer utile pour réduire les coûts de production ou réaliser des mécanismes de colonne de direction spéciaux.
Dans une autre variante non-illustrée, tout ou partie de l’axe de colonne de direction peut avoir n’importe quel type de section, ronde, ovale, carrée, rectangulaire ou selon n’importe quel profil géométrique.
Dans une autre variante non-illustrée, l’axe de colonne de direction peut être réalisé de
Bien que l’invention soit décrite selon plusieurs modes de réalisation, il existe d’autres variantes qui ne sont pas présentées et qui peuvent également être des combinaisons ou partie des variantes précédemment décrites. La portée de l’invention n’est donc pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment.