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BRETBB D'INTENTION Procédé pour la direction d'un véhicule et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
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Déaa DüF0ü8 Demande de brevet suisse en sa faveur du 24 janvier 1944
Afin qu'un véhicule à roues, en particulier un tracteur agricole, puisse réaliser fréquemment des virages de très courts rayons, l'on a déjà proposé de renforcer l'effet du braquage des roues avant par un freinage de la roue motrice intérieure.au virage. Mais il est très difficile, sinon impossible, de proportionner exactement ce
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freinage à l'angle de,'braquage des roues avant, c'est-àdire all rayon de courbure décrit par le véhicule.
Si le freinage n'est pas très bien proportionné au braquage, il en résulte des efforts considérables sur les roues avant et sur leur essieu, qui obligent de renforcer la solidité de ces pièces, sans qu'on puisse même les garantir contre des ruptures. L'on a aussi proposé de commander le braquage de la ou des roues avant par le moyen d'engrenages réversibles, et de disposer ces roues de façon qu'elles s'orientent d'elles-*@ou lors d'un virage. Pour effectuer un virage de court rayon, on lâche le volant de direction et l'on ne se sert que du freinage sur la roue motrice intérieure. Cela complique la tâche du conducteur et augmente la difficulté de la conduite du véhicule.
Enfin l'on a proposé de ne diriger le véhicule que par le freinage des roues motrices, en laissant les roues avant complètement libres de s'orienter d'elles-Mêmes lors d'un virage. Mais alors sur une route ou en ligne droite, il est très difficils, ou même impossible de maintenir une direction stable du véhicule, surtout si celui-ci est soumis à des efforts latéraux variables, comme c'est le cas d'un tracteur agricole remorquant une charme ou une faucheuse.
La présente invention a pour but d'éliminer ces divers inconvénients, tout en donnant an véhicule le double avantage d'une direction stable en ligne droite ou sur la route par le braquage des roues avant, et d'une direotion permettant les virages sur un rayon minimum par le freinage de la roue motrice intérieure, le tout obtenu
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successivement et automatiquement par la seule rotation du volant de direction.
L'invention a pour objet un procédé qui consiste à commander par la rotation du volant de direction d'abord le braquage des roues avant, puis après qu'un certain an- gle de braquage a été obtenu, à actionner le frein corres- pondant à la roue motrice intérieure au virage, en même temps que les roues avant sont automatiquement libérées de l'action du volant, et qu'étant disposées spécialement pour cela, elles s'orientent dès lors d'elles-mêmes d'a- près le rayon de courbure décrit par le tracteur sous l'effet du freinage plus ou moins énergique de sa roue motrice intérieure.
L'invention comprend également un dispositif réalisant la mise en oeuvre de ce procédé appliqué à un véhicule dont les roues avant peuvent pivoter chacune au- tour d'un axe sensiblement vertical, placé dans son plan de rotation et en avant de son centre, et où le braquage de ces roues avant à droite ou à gauche de leur position neutre de marche en avant en ligne droite est commandé au moyen des leviers, bielles ou engrenages usuels par la rotation à droite ou à gauche du volant de direction.
Le dispositif en question est caractérisé par le fait que d'une part des moyens mécaniques sont prévus pour inter- rompre automatiquement la liaison entre le volant de di- rection et les roues avant, dès que le braquage de ces dernières à atteint un certain angle, de par exemple 25 à 35 , à droite ou à gauche de leur position neutre, tan-
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dis que d'autre part,'le volant de direction comporte un dispositif de commande, tel que par exemple un doigt ou une came, prévu pour que la rotation ultérieure du. volant le fasse agir, après cette interruption, sur le levier de commande du frein correspondant à la roue arrière intérieu- re au virage amorcé par le braquage des roues avant.
La présente invention permet donc au conducteur du véhicule d'obtenir une marche stable en ligne droite et des virages de grand rayon aussi bien que des virages de rayon minimum sans qu'il ait à s'occuper lui-même de la commande des organes qui réalisent ces virages, braquage des roues avant ou freinage des roues motrices, puisque ces deux moyens de commande se succèdent et se remplacent automatiquement l'un par l'autre par la seule rotation plus ou moins accentuée du volant de direction. Mais en plus de cet avantage concernant la facilité de conduite du véhicule, la présente invention réalise un progrès technique très important, car elle permet d'alléger consi- dérablement le poids reposant sur l'essieu avant.
En effet, l'expérience montre que pour un petit angle de braquage des roues avant, de par exemple 25 à 35 , il suffit d'un faible poids d'adhérence sur ces roues pour assurer la di- rection, c'est-à-dire pour que ces roues braquées entrai- nent bien le véhicule dans le sens où elles sont orientées.
Tandis que pour un grand angle de braquage, il faut les charger d'un poids considérable pour les empêcher de glis- ser en avant. Or, dans un véhicule construit d'après l'in-
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vention revendiquée, ce grand angle de braquage ne peut se produire, à cause de l'interruption automatique de la liaison mécanique entre le volant de direction et les roues avant après un petit angle, par exemple après 30 ; de sorte que grâce à l'invention on pourra répartir le poids du véhicule de façon à décharger l'essieu avant d'une grande partie de son poids d'adhérence et à surehar- ger d'autant l'essieu arrière.
Pour un tracteur où les roues arrière exercent une traction qui est directement proportionnelle à leur charge, il s'agit bien là d'un progrès très important.
L'invention peut par exemple être appliquée à un véhicule dont l'axe de rotation de chaque roue avant est rendu solidaire, au moyen d'un bras-oblique, d'un arbre sensiblement vertical placé dans le plan de roulement de la roue et en avant du centre de celle-ci. Dans un tel véhicule, cet arbre vertical peut être momentanément verrouillé dans un moyeu sensiblement vertical fixé à l'extrémité antérieure d'un bras horizontal placé au-dessus de la roue et dirigé d'arrière en avant lorsque le tracteur avance en ligna droite.
Ce bras peut pivoter à son extrémité arrière dans une chape verticale solidaire de l'extrémité de l'essieu avant, et placée sensiblement à l'aplomb du point de contact de la roue avec le sol lorsque l'arbre vertical demeure verrouillé dans son moyeu, de srorte que, tant que ce verrouillage est maintenu, toute rotation du bras horizontal à droite ou à gauche de sa position neutre entraine d'un même mouvement angulaire la roue avant cor-
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respondante.
L'invention peut également être appliquée à un véhicule dans lequel la rotation du volant de direction à droite ou à gauche est transmise par les moyens usuels au bras horizontal articulé dans la chape de l'essieu, et commande ainsi le mouvement de ce bras à droite ou à gauche de sa position neutre.
Dans ce cas, un dispositif de commande peut être présrtc pour que lorsque le bras horizontal a décrit un angle donné, par exemple de 25 à 35 à droite ou à gauche de cette position neutre, le verrou qui verrouillait l'arbre vertioal porté par le moyeu fixé à l'avant du bras soit automatiquement retiré de son encoche, de orte que l'arbre puisse dès cet instant tourner librement dans le moyeu du bras horizontal, et qu'en conséquence la roue avant puisse s'orienter librement d'elle-même sans plus être commandée par le volant de direction.
Le verrou qui verrouille l'arbre vertical porté par le moyeu fixé à l'avant du bras horizontal peut être retiré de son encoche an .moment voulu par l'effet d'une came fixée rigidement à la chape de l'essieu avant ou à l'essieu lui-même, et qui reste par conséquent fixe dans l'espace lorsque le bras horizontal décrit un mouvement angulaire à droite ou à gauche de s a position neutre.
La rotation de l'arbre vertical peut être commandée au moyen d'un accouplement à olabots par un levier entraîné lui-même, au moyen des organes de transmission usuels par la rotation du volant de direction, un dispositif de commande pouvant être prévu pour que l'accouplement à
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griffes se désaccouple automatiquement dès que l'arbre a effectué un pivotement d'un angle donné, par exemple de 25 à 35 de chaque e8té de sa position neutre.
L'accouplement à griffes peut se désaccoupler au moment voulu par l'effet d'une came ou d'un chemin de roulement circulaires, fixés rigidement à la ohape de l'essieu. avant ou à l'essieu lui-même, et par conséquent restant fixes dans l'espace lorsque l'arbre vertical effectue un pivotement dans la chape.
L'arbre du volant de direction peut porter un pignon denté qui engrène avec une roue dentée de plus grand diamètre clavetée sur un arbre secondaire, cet arbre secondaire portant un doigt qui peut venir en contact après un certain déplacement angulaire avec l'un ou avec l'autre de deux leviers articulés à l'une de leurs extrémités sur cet arbre secondaire, et dont l'autre extrémité libre ac- tionne un frein commandant l'une ou 11' autre des roues arrière motrices du véhicule.
La démultiplication de la paire pignon-roues dentées de l'arbre du volant de direction et de l'arbre secondaire, et la largeur du doigt porté par ce dernier peuvent être telles, que pendant l'angle donné de 25 à 35 où le volant de direction commande directement le braquage des roues avant, le doigt tourne à vide sans entrer en contact avec les leviers des freins (fig.
3), tandis qu'au contraires, aussitôt que le volant de direction ne commande plus le braquage des roues avant, par suite du déverrouillage ou du désaccouplement de J'arbre vertical de ces roues,
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le doigt bute contre undes levier de freins et commande dès lors le freinage de la roue motrice correspondante, laquelle sera précisément la roue motrice intérieure au virage amorcé par le braquage préalable des roues avant, à cause du changement de sens de rotation obtenu par la susdite paire pignon-roues dentées (fig. 4).
Le dessin annexé représente schématiquement aux figures 1 à 4 tan exemple du dispositif pour la mise en oeu- vre du procédé, appliqué à un tracteur agricole.
Les figures 5 à 10 représentent un autre exemple de ce même dispositif, appliqué au même tracteur.
La figure 1 est une vue latérale en élévation du tracteur du premier exemple, la roue arrière de gauche étant enlevée, pour plus de clarté ;
La figure 2 est la vue en plan de ce même tracteur;
La figure 3 est la même vue en plan, mais le tracteur y est représenté au moment où ses roues avant sont braquées d'un angle de 20 environ;
La figure 4 est la même vue en plan, lorsque le tracteur pivote autour de sa roue arrière droite; vue
La figure 5 est une/partielle latérale en élévation de la partie avant du tracteur du deuxième exem- ple;
La figure 6 est la vue par devant en élévation de la partie du tracteur représentée dans la fig. 5.
Ces deux fig. 5 et 6 représentent le tracteur en position de marche en avant et en digne droite;
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La. figure 7 est de nouveau une vue partielle la- térale en élévation de la partie avant du tracteur, et la figure 8 est la vue par devant en élévation de la partie représentée dans la fig. 7. Ces deux fig. 7 et 8 représen- tent le tracteur en position de virage d'un court rayon au- tour du centre de sa roue arrière de droite.
La figure 9 est une vue de détail en perspective cavalière du mécanisme de commande de la roue avant gau- che, dans sa position de la fig. 8.
La figure 10 est une vue de détail en perspective cavalière du même mécanisme de commande de la roue a- vaut gauche, mais dans sa position de la fig. 6.
Dans l'exemple des fig. 1 à 4, 1 représente le motenr, 2 la botte contenant l'embrayage, les engrenages des vitesses et le différentiel, 2 et 3' les roues arrière motrices, 4 les roues avant et 5 le châssis du tracteur.
L'on voit dans les fig . 1, 2 et 3 qu'à l'avant du châssis 5 est articulé 1µ.essieu avant 6 qui se termine à ses deux extrémités par une chape 7. A cette chape est articulé un bras horizontal 8 passant au-dessus de la roue avant, et terminé par un moyeu .2. sensiblement verti- cal. Ce bras n'est pas représenté dans les vues en plan, afin de les rendre plus claires. Dans ce moyeu, peut tour- ner un arbre vertical 10, relié par un bras oblique 11 à l'axe horizontal 12 de chaque roue avant. L'arbre vertical
10 est solidaire d'un disque 13 portant une encoche 14.
Dans cett encoche pénètre un verrou 15, qui est pressé dans l'encoche par un ressort 16, et qui est guidé par le
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tube 17 solidaire du bras horizontal 8. A son extrémité arrière, le verrou 15 porte une roulette 18 qui passe de- vant une came double 19. Cette came est solidaire de la chape 7, et par conséquent elle reste fixe dans l'espace lorsque le bras 8 et le verrou 15 tournent autour de l'axe de la chape 7. Les deux bras 8, à gauche et à droite, sont commandés au moyn des organes usuels, soit au moyen des leviers 20, 21 et 22 et des bielles 23 et 24 (fig. 2), par la roue à vis sans fin 25, la vis sans fin 26 et le volant de direction 27.
D'autre part un pignon denté 28, solidai- re de l'arbre du volant de direction engrène avec une roue dentée 29 clavetée sur un arbre secondaire 30. Cet arbre secondaire porte un doigt 31 qui peut entrer en contact, après un certain parcours mort, avec l'un ou avec l'autre des leviers 32 et 32'. Ces deux leviers pivotent à l'une de leurs extrémités sur l'arbre secondaire 30, et leur ex- trémité libre commande, par l'intermédiaire des tringles 33 et 33', et des leviers 34 et 34' l'action des freins 35 et 35' qui correspondent chacun à l'une des roues ar- rière 3. et 3' du tracteur. Au lieu d'être montés sur les roues, ces freins pourraient être montés sur les axes du différentiel qui sont en général distincte des axes des roues arrière, dans les tracteurs agricoles.
Lorsque le doigt 31 n'est pas en contact avec l'un des leviers 32, 32', ces derniers reposent sur les butées fixes 36, 36' qui sont représentées schématiquement sur la fig. 2 seule- ment, et qui permettent de régler facilement le jeu des ¯freins 35, 35' .
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Dans les fig. 2 et 3, les verrous 15 pénétrant dans les encoches 14 des disques 13, immobilisent en con- séquence les arbres 10 dans les moyeux 9. Il en résulte qu'à chaque mouvement angulaire des bras horizontaux 8, commandés à la manière usuelle par le volant de direction 27, correspond un même mouvement angulaire des roues avant Ces mouvements angulaires des roues sont facili- tés par le fait que les chapes 7 de l'essieu avant autour desquelles oscillent les bras 8 sont placées dans la verti- cale du point de contact des roues avant avec le sol. Donc les roues avant pivotent sur ce point de contact, sans avoir à supporter d'effort latéral de glissement.
Dans les fig. 2 et 3, les verrous avec leur guide et leur ressort n'ont été représentée que sur la roue droite, de façon que la came 19, solidaire de la chape de l'essieu, appa- raisse mieux. L'on voit clairement dans la fig.3 que pour un angle de braquage, de par exemple 20 , les roulettes 18 ne sont pas encore déplacées par la eame double 19, et que par conséquent les verrous 15 bloquent encore les disques 13 solidaires des arbres verticaux 10. D'autre part, le doigt 31 n'est pas encore en contact, dans la fig.
3, avec le levier 32' qui commande le frein 35'. Mais si, à partir de la position représentée à la fig. 3, l'on continue à tourner à droite le volant de direction 27, l'on arrivera à la position représentée à la fig. 4. Ici le doigt 31 est entré en contact avec le levier 32', a poussé ce levier en avant et a serré le frein 35' , ce qui oblige -le traoteur à pivoter autour du centre 37 de la roue ar-
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rière droite 3'. Or, ce pivotement peut s'effectuer sans aucun effort latéral de glissement sur les roues avant, parce que celles-ci sont devenues libres an même moment, de s'orienter exactement selon le rayon de virage du tracteur.
En effet, dès que les bras 8 ont été braqués de plus de 30 , par exemple, les cames 19 agissant sur les roulettes 18 des verrous 15 ont retiré ces verrous en dehors des encoches 14 des disques 13. Les arbres 10 étant déverrouillés, il peuvent dès lors librement tourner dans les moyeux 9 des bras 8, lesquels restent fixes dans l'espace puisqu'ils sont commandés par le volant de direction, qui bute sur le frein 35' après , l'avoir serré. Les roues avant s'orienteront alors d'elles-mêmes, exactement comme les roulettes d'un fauteuil, puisque leurs axes 12 sont reliés par les bras obliques 11 aux arbres verticaux 10, placés dans leur plan de rotation et en avant d'elles.
Le tracteur pivotera donc autour du centre 37 de sa roue arrière droite avec la plus grande facilité, et sans même que le conducteur s'aperçoive qu'il le dirige par le freinage d'une roue arrière et non plus par le braquage des roues avant.
Les roues avant ne supporteront aucun effort spécial du fait de ce pivotement sur place. On pourra donc donner à ces roues avant, ainsi qu'à leur essieu, un poids relativement léger, et qui suffira pour leur donner l'adhérence requise lors des braquages inférieurs à 30 ou 35 , comme le prouve l'expérience. D'ailleurs, si les roues avant étant braquées venaient à glisser en avant sur un terrain -,particulièrement glissant, il suffirait de tourner un peu
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plus le volant de direction pour obtenir par le freinage de la roue arrière le virage voulu. L'on peut en effet, par un moindre effort sur ce volant, freiner seulement un peu la roue arrière sans la bloquer, et l'on effectuera alors un virage du rayon plus ou moins grand que l'on désire.
L'on obtient ainsi, grâce au nouveau procédé revendiqué, premièrement une direction.permettant avec la plus grande aisance les virages sur place, autour du centre d'une des roues arrière, et secondement un allègement considérable du poids devant reposer sur les roues avant. De sorte que l'on pourra sans risques reporter ce poids sur les roues arrière, où il est directement utilisé pour leur adhérence, c'est-à-dire pour l'effort de traction utile du tracteur.
Après le virage, dès que le tracteur a repris sa marche en avant, les roues avant redeviennent parallèles aux roues arrière, et les verrous 15 enclenchent de nouveau les disques 13, sous l'effet des ressorts 16.
Dans les fig. 5 à 10, les mêmes chiffres de références désignent les mêmes parties que dans les fig. 1 à 4. Contrairement au dispositif des fig. 1 à 4, le bras o- blique 11 est solidaire d'un arbre sensibement vertical 38 qui peut pivoter dans une chape 39, laquelle est ici directement fixée à l'extrémité de l'essieu, avant. L'arbre vertical 38 est de nouveau placé dans le plan de rotation de la roue avant, non pas an-dessus du point de contact de cette roue avec le sol, mais sensiblement en avant de ce point de contact, quand le tracteur se dirige en avant, comme dans la fig. 5. Sur l'arbre 38 et à l'intérieur
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de la chape, est clavetée une moitié 40 d 'un embrayage à griffes, dont l'autre moitié 41 peut tourner autour de la partie supérieure de l'arbre 38.
Pour simplifier les figu- res, l'on a représenté cet embrayage à griffes comme ne comportant que deux dents à 180 l'une de l'autre, la moi- tié 40 de l'embrayage comportant les alvéoles creuses, et la moitié 41 comportant les dents proprement dites qui viennent prendre place dans ces alvéoles. Naturellement l'embrayage pourrait comporter un plus grand nombre de dents. La partie 41 de l'embrayage est commandée par un levier 42 qui est articulé à l'extrémité de la bielle 24, laquelle est commandée par le volant de direction de la manière usuelle. La partie 41 de l'embrayage est constam- ment pressée par un ressort 43, qui tend à faire embrayer la partie 41 avec la partie 40.
Mais cet embrayage, qui est représenté comme accoupli dans les fig. 5,6 et 10, n'est possible que si deux roulettes 44, 44', qui sont so- lidaires de la partie 41 de l'embrayage, se trouvent en face de la partie creuse d'une came ou rampe circulaire 45, qui est rigidement fixée à la chape 39. L'on voit que c'est le cas dans les figo 5,6 et 10. La roue avant, dans ces trois figures, est donc solidarisée avec le levier de com- mande 42, grâce à l'embrayage à griffes 40, 41 qui est en position embrayée. Le creux de la came ou rampe 45 est assez large pour que la roue avant puisse être braquée à gauche ou à droite d'un certain angle, par exemple de 25 à 35 à gauche ou. à droite de sa position neutre de marche en avant, sans que l'embrayage soit débrayé.
Mais à
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partir de cet angle, les 'cadettes 44 montent sur la partie convexe de la came ou rampe, comme on le voit alairement dans les fig. 7, 8 et 9, et désaccouplent la partie 41 de l'embrayage d'avec la partie 40, Dès cet instant, la roue avant devient libre de s'orienter d'elle-même comme la roulette d'un fauteuil, car son arbre vertical de pivotement 38 devient fou dans la chape 39, ayant eessé d'être commandé par le levier 42 soumis au volant de direction. S'est ce que montrent les fig. 7et 8, qui représentent le tracteur pivotant en marche avant autour de sa roue motrice de droite.
Après le virage, le volant de direction ayant repris sa position angulaire primitive dès que le tracteur est reparti en avant en ligne droite, l'embrayage à griffes s'embraye de lui-même sous l'effet du ressort 43 et la position de la fig. 5 se rétablit d'elle-même. La roue avant de droite porte exactement le même embrayage à olabots, et le braquage de la moitié supérieure mobile de son embrayage est commandé par le braquage de: la moitié supérieure de l'embrayage de la roue de gauche, au moyen des leviers et de la bielle usuels.
Il est bien entendu que, dans ce second exemple, les roues avant, quand on les braque à gauche ou. à droite, sont obligées de tourner autour de leur point d'appui sur le sol, car leur adhérence au sol et leur frottement contre lui les empêchent complètement de glisser latéralement à gauche ou à droite et de pivoter autour de leur arbre vertical 38. C'est donc cet arbre qui sera déplacé à gauche ou. à droite, lors d'un braquage, et avec lui tout
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l'essieu. avant et l'avant du véhicule. Ce déplacement ne rencontre aucune difficulté, grâce au différentiel dont les roues arrière du véhicule sont nécessairement manies.
L'une des roues arrière tourne légèrement en avant, l'autre légèrement en arrière, et tout l'avant du véhicule est déplacé à gauche on à droite, de manière que les roues avant pivotent sur leur point de contact avec le sol, et prennent leur position de braquage dans le sens désiré.
Il est évident que l'on pourrait imaginer d'au- tres dispositifs mécaniques pour interrompre automatiquement la liaison entre le volant de direction et les roues avant, dès que le braquage de ces dernières a atteint un certain angle, et pour réaliser ainsi le procédé revendiqué. Les deux dispositifs ci-dessus n'ont été décrits qu'à titre d'exemples particulièrement simples de deux de ces nombreux mécanismes.