FR3099455A1 - Dispositif de direction par fils a volant escamotable pour vehicules automobiles - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un dispositif de direction par fils pour véhicule automobile, comprenant un premier ensemble (1) formé d’un volant (10) couplé à un moteur (M0) de retour d’effort et relié à un second ensemble (2) porté par une traverse (3) de support d’une planche de bord et connecté électroniquement aux moyens de commande de la direction, caractérisé en ce que ledit premier ensemble (1) comprend, en outre, un élément longitudinal (12) déplaçable en translation relativement audit second ensemble (2), ledit second ensemble comprenant une colonne couplée à un premier moteur (M1) assurant la translation dudit élément longitudinal (12) du premier ensemble (1) et portant de façon pivotante, au moins une biellette haute (23a, 23b) dont une extrémité est articulée sur ladite traverse (3) et au moins une biellette basse (22) montée mobile relativement à ladite colonne sur une embase (24) de support articulée sur ladite traverse (3). Figure 1B

Description

DISPOSITIF DE DIRECTION PAR FILS A VOLANT ESCAMOTABLE POUR VEHICULES AUTOMOBILES
L’invention s’applique au domaine des systèmes de direction pour véhicules automobiles.
Plus particulièrement, l’invention concerne un perfectionnement des systèmes de direction comprenant un dispositif permettant la rétractation du volant ainsi qu’un véhicule autonome ou semi-autonome équipé d’un tel dispositif.
Les systèmes de direction traditionnels intègrent un lien mécanique entre le volant et les roues. Ces systèmes comprennent une colonne de direction assurant la liaison entre le volant et une crémaillère de direction qui permet de braquer les roues en fonction de la trajectoire du véhicule. Cette colonne de direction est généralement fixée à la traverse de planche de bord et se décompose en deux parties : une colonne haute sur laquelle vient se fixer le volant et une colonne basse fixée sur la crémaillère. Les deux colonnes sont habituellement reliées par un cardan.
Un tel système de direction présente plusieurs inconvénients, Ainsi, en cas de choc frontal, la colonne de direction peut pénétrer dans l’habitacle et blesser le conducteur.
En outre, la colonne de direction traverse le tablier situé entre l’habitacle et le compartiment moteur. Cette configuration génère des remontées de bruit moteur vers l’habitable et impose le montage de joints destinés à filtrer les bruits tout en permettant la rotation de la colonne commandant la crémaillère.
La partie haute de la colonne sur laquelle vient se fixer le volant et les commodos est fixe par rapport à la traverse qui supporte la planche de bord. Cette configuration n’offre qu’un débattement de +/- 20mm en hauteur et en profondeur pour permettre au conducteur d’adapter sa position de conduite. Ainsi, cette possibilité de réglage, qui est soit mécanique soit électrique, est très limitée.
Par conséquent, avec un système de direction traditionnel, il s’avère impossible de déplacer le volant et sa colonne de direction avec une amplitude significative afin de libérer de l’espace à l’avant de l’habitacle pour le conducteur.
Or, dans les véhicules autonomes ou semi-autonomes où la conduite est déléguée, le conducteur n’a plus à actionner le volant pour diriger le véhicule et il est alors fort appréciable de pouvoir rétracter le volant afin de libérer de l’espace pour la pratique d’autres activités. Aujourd’hui, avec les systèmes de direction traditionnels qui imposent un lien mécanique entre le volant et la crémaillère, la rétraction du volant n’est pas possible.
Avec les systèmes de direction fonctionnant par fils dits aussi «Steer By Wire», les liaisons mécaniques traditionnelles sont remplacées partiellement ou totalement par des liaisons électriques filaires couplées à des moyens d’assistance électroniques. Le retour d’effort vers le conducteur est assuré par un moteur électrique destiné à exercer un couple sur le volant.
Cet équipement permet de simplifier la conception des véhicules, d’améliorer la sécurité et d’affiner les lois de commande des organes fonctionnels. Un tel système de direction permet d'améliorer significativement l'assistance à la conduite en assurant une démultiplication variable du volant, généralement, en fonction de la vitesse.
Toutefois, dans ce système il existe toujours une colonne de direction mécanique qui relie le volant à la crémaillère mais cette colonne peut être désaccouplée au moyen d’un embrayage.
Le brevet FR2859438B1 décrit un système de direction qui comprend des moyens de commande de la position de la colonne de direction constitués d’un capteur couplé à un moteur unique assurant, d’une part, le réglage de l’inclinaison du volant selon un axe de pivotement transversal et, d’autre part, le réglage de la profondeur du volant selon un axe longitudinal. Toutefois, ce système n’est destiné qu’à l’ajustement et à la mémorisation de la position du volant en fonction de différents modes de conduite mais il ne permet pas l’escamotage complet du volant dans un système de direction « by wire ».
Le brevet EP2583878B1 décrit une colonne de direction pourvue de vis sans fin permettant de régler l’inclinaison ou la profondeur du volant. Cette colonne est destinée à un système de direction traditionnel et ne permet pas d’assurer le dégagement du volant dans un système de direction « by wire ».
Dans ce contexte, la présente invention a pour objectif d’adapter les systèmes de direction du type «Steer By Wire», où il n’existe pas de liaison mécanique entre le volant et la crémaillère de direction, pour y intégrer une cinématique spécifique permettant l’escamotage de l’ensemble volant/moteur de retour d’effort en vue d’une application à des véhicules autonomes ou semi-autonomes où la direction est déléguée à un calculateur de bord.
Ce but est atteint au moyen d’un dispositif de direction par fils pour véhicule automobile, comprenant un premier ensemble formé d’un volant couplé à un moteur de retour d’effort et relié à un second ensemble porté par une traverse de support d’une planche de bord et connecté électroniquement aux moyens de commande de la direction, caractérisé en ce que ledit premier ensemble comprend, en outre, un élément longitudinal déplaçable en translation relativement audit second ensemble, ledit second ensemble comprenant une colonne couplée à un premier moteur assurant la translation dudit élément longitudinal du premier ensemble et portant de façon pivotante, au moins une biellette haute dont une extrémité est articulée sur ladite traverse et au moins une biellette basse montée mobile relativement à ladite colonne sur une embase de support articulée sur ladite traverse.
Selon une caractéristique avantageuse, l’embase de support est couplée à un second moteur assurant le déplacement de la biellette basse relativement à la colonne. De préférence, le second moteur est fixé sur la traverse.
Selon une autre caractéristique, l’embase de support est couplée à un troisième moteur lui-aussi fixé sur la traverse. La fixation de ces deux moteurs sur la traverse permet ainsi de minimiser leur masse suspendue.
Selon des variantes particulières, le premier moteur et le second moteur sont pourvus de réducteurs et de vis sans fin.
Selon une autre variante spécifique, le premier ensemble comprend, en outre, une platine sur laquelle est fixé l’élément longitudinal.
Selon encore une autre variante de l’invention, le second ensemble porte deux biellettes hautes latérales liées entre elles de façon rigide.
De préférence, les biellettes haute et basse sont montées sur le second ensemble, respectivement, en regard du volant et du côté opposé au volant.
Selon encore une autre variante, la colonne est logée dans un caisson sur lequel sont fixée lesdites biellettes.
Un autre objet de l’invention est un véhicule autonome ou semi-autonome, caractérisé en ce qu’il est équipé d’un dispositif de direction présentant les caractéristiques mentionnées ci-dessus.
L’invention permet d’équiper un véhicule automobile autonome ou semi-autonome, équipé d’une direction « by wire », de moyens de rétractation du volant en ménageant ainsi une possibilité de libérer un espace dans l’habitacle pour le conducteur lorsqu’il se trouve déchargé de la conduite.
Les deux premiers moteurs peuvent également servir aux réglages de positionnement du volant afin que le conducteur trouve son mode de conduite optimal.
La cinématique du déplacement du volant assurée par le dispositif de l’invention conduit à une trajectoire parabolique permettant de le rétracter sur une amplitude de débattement d’environ 20cm et de dégager ainsi les genoux du conducteur. Le premier ensemble comprenant le volant et le moteur de retour d’effort vient alors se positionner dans la planche de bord devant le combiné conducteur.
Grâce à l’action combinée des moteurs, cette cinématique comprend trois étapes qui se déroulent en parallèle et offre deux avantages principaux ; un temps de cycle court de la position de conduite à la position rétractée et des trajectoires ascendante et descendante en arc de cercle permettant d’éviter les genoux du conducteur.
En outre, le dispositif de direction « by wire » de l’invention est très compact et ne comporte qu’un seul moteur supplémentaire par rapport à une colonne de direction réglable électriquement.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui va suivre, en référence aux figures annexées et détaillées ci-après.
est une vue en perspective de trois-quarts de l’avant d’un mode de réalisation du dispositif de direction de l’invention.
est une vue en perspective de trois-quarts de l’arrière du mode de réalisation de la figure1A.
est une vue de profil du dispositif de direction des figures 1A et 1B avec le volant en position initiale.
est une vue de profil du dispositif de direction des figures 1A et 1B avec le volant dans une première phase de rétractation.
est une vue de profil du dispositif de direction des figures 1A et 1B avec le volant dans une seconde phase de rétractation.
est une vue de profil du dispositif de direction des figures 1A et 1B avec le volant dans la position finale après la troisième phase de rétractation.
Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur l’ensemble des figures.
Naturellement, les modes de mise en œuvre du procédé de l’invention illustrés par les figures présentées ci-dessus et décrites ci-après, ne sont donnés qu'à titre d’exemples non limitatifs. Il est explicitement prévu que l'on puisse proposer et combiner entre eux différents modes pour en proposer d'autres.
L’invention concerne le domaine de la conduite des véhicules et, plus particulièrement, celui de la direction par fils de ces véhicules dites aussi direction « by wire ».
Avec une direction par fils, les liaisons mécaniques traditionnelles sont remplacées par des liaisons électriques filaires couplées à des moyens d’assistance électroniques.
Dans ce cas, le volant est relié aux organes de direction qui sont en prise avec les roues par une liaison électronique filaire et le retour d’effort vers le conducteur est assuré, par exemple, par un moteur électrique destiné à exercer un couple sur le volant.
Plus précisément et comme illustré, notamment, par les figures 1A et 1B, les dispositifs de direction « by wire » comprennent un premier ensemble 1 formé du volant 10 qui est monté, d’une part, sur un axe rotatif 10a et est couplé, d’autre part, au moteur M0 agissant sur cet axe pour lui appliquer un effort destiné à contrer la rotation du volant 10 en fonction de la vitesse et de la courbure de la trajectoire du véhicule. L’axe 10a est raccordé perpendiculairement à l’arbre du moteur M0, comme illustré par les figures 2A à 2D.
Ce premier ensemble 1 est relié à un second ensemble 2 solidaire de la caisse du véhicule en étant généralement porté par une traverse 3 de support de la planche de bord (non représentée) et connecté électroniquement aux moyens de commande de la direction.
Dans cette configuration, le conducteur dispose alors d’un volant dont l’angle de braquage est assisté et régulé par une démultiplication variable.
L’invention vise à perfectionner et à adapter un tel dispositif de direction pour l’appliquer à des véhicules autonomes ou semi-autonomes (en conduite autonome de niveau 3+ ou 4) avec lesquels la conduite est prise en charge, au moins temporairement, par un calculateur embarqué qui gère, notamment, la direction à la place du conducteur habituel.
Dans ces conditions, il peut s’avérer utile de dégager l’espace situé dans l’environnement du conducteur à l’intérieur de l’habitacle afin de lui laisser plus d’aisance pour pratiquer d’autres activités. Pour atteindre cet objectif, l’invention propose un dispositif de direction « by wire » pourvu de moyens de rétractation ou d’escamotage du volant.
A cet effet et comme illustré par les figures 1A, 1B et 2A à 2D, le premier ensemble 1 du dispositif de direction de l’invention comprend un élément longitudinal 12 déplaçable en translation relativement au second ensemble 2. Le premier ensemble 1 comprend, en outre, une platine 13 sur laquelle est fixé l’élément longitudinal 12 et le moteur M0. Cette platine 13 a ici un profil coudé destiné à incliner l’axe 10a du volant 10 légèrement vers le haut.
Le second ensemble 2 comprend, quant à lui, une colonne 21 couplée à un premier moteur M1 assurant la translation de l’élément longitudinal 12 du premier ensemble 1 et portant de façon pivotante, au moins une biellette haute dont une extrémité est articulée sur la traverse 3 et au moins une biellette basse 22 montée mobile relativement à la colonne 21 sur une embase 24 de support qui est également articulée sur la traverse 3.
Dans le mode de réalisation représenté ici sur les dessins, le second ensemble 2 comprend deux biellettes hautes 23a, 23b montées latéralement de part et d’autre de la colonne 21 et liées entre elles de façon rigide.
Les biellettes haute 23a, 23b et la biellette basse 22 sont montées sur le second ensemble 2, respectivement, en regard du volant 10 et du côté opposé au volant.
L’embase 24 de support est couplée à un second moteur M2 assurant le déplacement de la biellette basse 22 relativement à la colonne 21. De préférence, ce second moteur M2 est fixé sur la traverse 3. Dans le mode de réalisation du dispositif de l’invention représenté sur les figures, la biellette basse 22 coulisse sous l’action du moteur M2 dans une glissière 22a (visible sur la figure 1B) portée par l’embase 24.
Le premier moteur M1 et le second moteur M2 sont tous deux pourvus de réducteurs (non représentés) et de vis sans fin. La colonne 21 est ici matérialisée par la vis sans fin 21a portée par l’arbre de sortie du moteur M1 tandis que l’élément longitudinal 12 du premier ensemble 1 est réalisé sous une forme tubulaire coopérant avec la vis sans fin 21a.
L’embase de support 24 est, en outre, couplée à un troisième moteur M3 lui-aussi fixé sur la traverse 3. La fixation des moteurs M2, M3 sur la traverse 3 permet ainsi de minimiser leur masse suspendue. Le moteur M1 reste, quant à lui, suspendu au second ensemble 2 en étant solidaire d’un caisson 25 et dans lequel est logée la colonne 21. Les deux biellettes latérales 23a, 23b sont fixées de manière pivotante sur les parois du caisson 25.
La cinématique de rétractation du volant 10 mise en œuvre par le dispositif de l’invention est illustrée par les figures 2A à 2D et correspond à une trajectoire parabolique conduisant à écarter le volant d’une distance d’environ 20cm à partir de sa position initiale la plus proche du conducteur (figure 2A). En fin de déplacement (figure 2D), le premier ensemble 1 vient alors se positionner dans la planche de bord devant le combiné du conducteur.
Pour arriver à cette position finale de rétractation, la cinématique se décompose en plusieurs mouvements qui, le cas échéant, peuvent être réalisés conjointement ce qui permet d’effectuer la rétractation (et le redéploiement vers la position de conduite) du volant 10 en un temps très court.
La première étape consiste à déplacer l’élément longitudinal 12 solidaire du volant 10 dans le caisson 25 de la vis sans fin 21a de la colonne 21 au moyen du moteur M1, comme illustré par la figure 2B. Ce déplacement longitudinal a une amplitude d’environ 10cm.
La seconde étape consiste à faire coulisser la biellette basse 22 dans la glissière 22a au moyen de la vis sans fin associée au moteur M2. Ce coulissement provoque le pivotement des biellettes hautes 23a, 23b et le basculement du second ensemble 2 dans le sens de la flèche de la figure 2C en entraînant celui du premier ensemble 1 vers le haut.
La troisième et dernière étape consister à faire pivoter l’embase 24 de support de la biellette basse 22 avec le moteur M3 monté entre l’embase 24 et la traverse 3, comme illustré par la flèche de la figure 2D.
La trajectoire ascendante et descendante du volant 10 entre les positions extrêmes des figures 2A et 2D correspond sensiblement à un arc de cercle dont le rayon permet d’éviter le contact avec les genoux du conducteur.

Claims (10)

  1. Dispositif de direction par fils pour véhicule automobile, comprenant un premier ensemble (1) formé d’un volant (10) couplé à un moteur (M0) de retour d’effort et relié à un second ensemble (2) porté par une traverse (3) de support d’une planche de bord et connecté électroniquement aux moyens de commande de la direction, caractérisé en ce que ledit premier ensemble (1) comprend, en outre, un élément longitudinal (12) déplaçable en translation relativement audit second ensemble (2), ledit second ensemble comprenant une colonne (21) couplée à un premier moteur (M1) assurant la translation dudit élément longitudinal (12) du premier ensemble (1) et portant de façon pivotante, au moins une biellette haute (23a, 23b) dont une extrémité est articulée sur ladite traverse (3) et au moins une biellette basse (22) montée mobile relativement à ladite colonne (21) sur une embase (24) de support articulée sur ladite traverse (3).
  2. Dispositif de direction selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite embase (24) de support de la biellette basse (22) est couplée à un second moteur (M2) assurant le déplacement de ladite biellette basse relativement à ladite colonne (21).
  3. Dispositif de direction selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit second moteur (M2) est fixé sur ladite traverse (3).
  4. Dispositif de direction selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite embase (24) de support est couplée à un troisième moteur (M3) fixé sur ladite traverse (3).
  5. Dispositif de direction selon les revendications 2 et 4, caractérisé en ce que lesdits premier moteur (M1) et second moteur (M2) sont pourvus de réducteurs et de vis sans fin (21a).
  6. Dispositif de direction selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit premier ensemble (1) comprend, en outre, une platine (13) sur laquelle est fixé ledit élément longitudinal (12).
  7. Dispositif de direction selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit second ensemble (2) porte deux biellettes hautes latérales (23a, 23b) liées entre elles de façon rigide.
  8. Dispositif de direction selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les biellettes haute (23a, 23b) et basse (22) sont montées sur le second ensemble (2), respectivement, en regard du volant (10) et du côté opposé audit volant.
  9. Dispositif de direction selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite colonne (21) est logée dans un caisson (25) sur lequel sont fixée lesdites biellettes (22, 23a, 23b).
  10. Véhicule autonome ou semi-autonome, caractérisé en ce qu’il est équipé d’un dispositif de direction selon l’une des revendications précédentes.
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