DIRECTION ASISTEE
I - INTRODUCTION :
La commande de direction des véhicules impose au conducteur de vaincre par l’intermédiaire du volant le couple de pivotement dû à l’action du sol sur les roues directices.
Pour cela il est nécessaire de transmettre le mouvement donné à la colonne de direction aux biellettes de commande des roues. Différents systèmes peuvent être utilisés :
- systèmes vis-écrou
- roues et vis sans fin
- pignon crémaillère.
Ce dernier principe est utilisé sur les véhicules de tourisme et les poids lourds.
Du système adopté dépendent non seulement la stabilité du véhicule, mais encore le confort et la sécurité des passagers. C’est un organe essentiel.
Pour être parfaite une direction doit répondre aux impératifs suivants :
- la sécurité
- la douceur
- la précision
- l’irréversibilité
- la stabilité
- la fixité ou compatibilité de la direction et de la suspension.
II - ASSISTANCE :
Les directions commandées par un système pignon-crémaillère peuvent être :
- traditionnelles : l’énergie nécessaire au pivotement des roues directices est fournie par le conducteur. Ce type de mécanisme, simple convient lorsque le poids du véhicule est relativement faible.
- assistées hydrauliquement : lorsque la charge sur l’essieu avant devient importante l’énergie nécessaire au pivotement des roues est fournie pour une part variable par un vérin hydraulique.
Plus la vitesse est faible plus l’assistance est importante ce qui a pour avantage, en particulier, de faciliter les manoeuvres de parcage ou la conduite sur les routes sinueuses.
Ces directions assistées peuvent être classées en plusieurs groupes :
- direction avec distributeur à centre ouvert : en position neutre le fluide circule librement. La pression dans le circuit d’utilisation est réglée en faisant varier le débit à l’aide d’un régulateur dont le rôle est double : assurer un débit à peu près constant quel que soit le régime du moteur et permettre une assistance importante pour les manoeuvres à grand débattement angulaire. Dans ce cas il faut remarquer que le débit est prépondérant, la pompe débite en permanence dans le circuit. Pour ce type de directions l’asservissement est réalisé généralement en effort.
- direction avec distributeur à centre fermé : en position neutre le fluide ne circule pas. La direction est verrouillée hydrauliquement, le conducteur ne ressent pas les effefts de l’action de la route sur la direction. Cette solution impose un vérin différentiel.
Le mode de commande du distributeur permet aussi de classer les différents directions. Le distributeur peut être asservi en angle ou en effort.
DIRECTION ASSISTEE A RAPPEL ASSERVI : CITROËN
La maquette est proposée par la société : ACTIA BP4215 31432 Toulouse cedex 04
La direction assistée étudiée est utilisée sur les véhicules « haut de gamme », elle est du type distributeur à centre fermé dont la commande est asservie en angle.
L’ensemble comprend :
- une partie de mise en pression du fluide hydraulique constituée :
d’un réservoir à la pression atmosphérique
d’une pompe à pistons axiaux
d’un accumulateur dont la pression de stockage du fluide est comprise entre 14 et 17,5 MPa
- un bloc de commande, un distributeur
- un vérin de direction
- un régulateur centrifuge
1- CARACTERISTIQUES :
Direction par pignon et crémaillère assistée hydrauliquement :
- Rapport de démultiplication 1/17,5
- Nombre de tours de volant, de butée à butée 3,26
- Diamètre de braquage : entre murs 12,50 m
entre trottoirs 11,60 m
- Parallélisme (pincement des roues vers l’avant, en position normale route 1 à 4 m
La conception de la direction à RAPPEL ASSERVI améliore la sécurité en conduite rapide et à basse allure, permet d’accroître la rapidité d’évolution et augmente le confort de conduite par la suppression de réactions.
La direction CX est du type pignon crémaillère assistée hydrauliquement comprenant trois fonctions différentes :
I - Assistance
II - Durcissement de la direction en fonction de la vitesse du véhicule
III - Asservissement du rappel
BOITIER DE DIRECTION ASSISTEE
A VIS A BILLES
Cette direction assistée est conçue pour les poids lourds dont la charge maximale admissible sur l’essieu directeur est de 7000 daN.
Caractéristiques :
- le rapport de réduction entre le volant et l’arbre de direction 5 est de 1 / 24,2
- le pas de la vis est de 14 mm
- la pression maximale de la pompe d’alimentation est de 100 bars.
PHASES DE FONCTIONNEMENT :
ZONE 1 : (de A à B)
Dans cette zone, il n’y a pas assistance hydraulique, la direction fonctionne comme une direction ordinaire jusqu’à un effort tangentiel sur le volant de 0,8 daN.
ZONE 2 : (de B à C) Zone d’utilisation normale
Dans cette zone, l’effort tangentiel à fournir sur le volant peut varier de 0,8 à 3 daN.
Pour une action tangentiel de 3 daN sur le volant, l’assistance hydraulique fait que sur l’arbre de direction le couple total est égal à 2,5 fois le couple provenant de l’action manuelle.
ZONE 3 : (de C à D) Zone d’utilisation intensive
Dans cette zone, l’effort tangentiel à fournir sur le volant peut varier de 3 à 12,4 daN.
Pour cette action tangentiel de 12,4 daN sur le volant, l’assistance hydraulique fait que sur l’arbre de direction le couple total est égal à 6,8 fois le couple provenant de l’action manuelle.
ZONE 4 : (de D à E) Zone de dépassemant de capacité
Le point D correspond à l’assistance maxi pour une pression de 100 bars.
I - FONCTION ASSISTANCE :
A - Commande hydraulique de crémaillère (vérin) :
Description :
La crémaillère est liée au piston de la commande hydraulique (vérin).
Soit S la surface du piston dans la chambre 1 et S/2 sa surface (par construction) dans la chambre 2.
Fonctionnement :
L’équilibre de la direction est obtenu lorsque les forces F et F1 qui s’exercent sur chaque face du piston sont égales :
soit F = S  HP/2 = F1 = S/2  HP
HP : pression de fonctionnement du circuit hydraulique (variable de la pression de conjonction à la pression de disjonction)
Le déplacement de la crémaillère (d’où assistance) est assuré par une modification de pression à l’intérieur de la chambre 1 soit :
- retour du liquide au réservoir  HP/2 diminue
- admission de liquide  HP/2 diminue.
B - Bloc de commande :
Description :
Le bloc de commande, situé sous le volant, comporte un tiroir distributeur (T 1) qui, dans sa position d’équilibre hydraulique assure dans la chambre 1 les pressions nécessaires à l’équilibre du piston d’assistance.
Le bloc de commande est également constitué par :
- un arbre de commande en liaison avec le volant (P 1)
- un arbre de sortie en liaison avec le pignon de crémaillère (P 3)
- deux plateaux (P 4 et P 2) porte-biellettes (b)
- un verrouillage de sécurité (g).
La commande mécanique est assurée par la liaison, en rotation, de l’arbre de commande (P 1) et du pignon (P 3) après annulation du jeu J.
La liaison entre les pignons (P 2 et P 4) est réalisée par des biellettes à rotules.
Fonctionnement :
Braquage :
Dans le jeu permis « J » , l’arbre P.1 entraîne en rotation le plateau P.4. Le pignon P.3 et le plateau P.2 sont alors fixes ( liés mécaniquement au pignon de crémaillère ). Les biellettes b agissent en palonnier, se déplacent entraînant en translation le tiroir T.1.
- Déplacement vers le bas : chambre 1 du vérin alimenté en HP.
- Déplacement vers le haut : chambre 1 du vérin en communication avec le retour au réservoir.
Retour à la position d’équilibre :
Le déplacement de la crémaillère entraîne en rotation son pignon de commande, le pignon P.3 et le plateau P.2
Le plateau P.4 étant alors fixe, le plateau P.2 agit sur les biellettes b qui ramènent le tiroir T.1 en position d’équilibre.
REMARQUE:
La crémaillère est vérrouillée hydrauliquement pour toutes les positions de braquage, d’ou grande stabilité directionnelle du véhicule.
C’est une condition importante au point de vue de sécurité. Le braquage ne peut être influencé par :
- une différence de freinage sur la roue droite et la roue gauche,
- l’éclatement d’un pneu, par la rencontre d’un pneu avec un obstacle important, un terrain meuble, une flaque d’eau , etc. . .
II - DURCISSEMENT DU BRAQUAGE
en fonction de la vitesse du véhicule :
Le durcissement de la direction est obtenu par un effort mécanique variable, venant s’appliquer sur l’arbre de commande A .
a) Principe mécanique:
L’arbre de commande P.1 est en prise avec le pignon P5.
Le pignon P.5 est solidaire d’une came H sur laquelle, un piston F, muni d’un galet G, applique un couple plus ou moins important suivant :
- l’angle de rotation de l’arbre de commande P.1 (effet de l’excentrique)
- la pression exercée sur le piston F (pression variable obtenue à partir d’un régulateur centrifuge )
Ligne droite :
L’effort du piston F s’exerce dans le creux de la came H et tient à garder le véhicule en ligne droite.
Au braquage :
Le point de contact came-galet situé hors de l’axe passant par les centres O et O’ provoque alors un couple qui s’oppose à la volonté du conducteur, donc durcissement.
b) Régulateur centrifuge :
Situé sur le cadre de l’essieu avant et entraîné mécaniquement (flexible) par le couple cylindrique de la boîte de vitesses.
Description :
Il est constitué par :
• un ensemble comportant un corps avec masselottes (M) et ressorts,
• un levier de commande (L)
• un tiroir distributeur (T.2)
Fonctionnement :
• Le tiroir distributeur T.2 est lié au levier L.
• Les masselottes M entraînées en rotation, (soumise à l’effet centrifuge ) provoquent le basculement du levier L.
• L’ enfoncement variable du tiroir du distributeur T.2 permet alors la modulation de la pression agissant sur le piston du cylindre de came.
REMARQUE :
Afin de permettre la fonction de rappel asservi, le régulateur centrifuge délivre une pression de 20 bars (+/- 5 bars), lorsque le véhicule est à l’arrêt, (moteur tournant)
III - ASSERVISSEMENT DU RAPPEL :
Le rappel asservi est une combinaison des deux fonctions précédentes, la fonction durcissement commandant la fonction assistance.
a) Principe mécanique:
Après braquage, le conducteur lache le volant:
- Le piston F, exerçant un couple sur la came H, provoque la rotation de celle-ci.
- Le pignon P.5 solidaire de la came entraîne l’arbre de commande P1
- La rotation de l’arbre de commande P.1, transmise au plateau P.4 entraîne le basculement du tiroir distributeur T.1, d’où déplacement de la crémaillère.
Ce mouvement est stoppé lorsque le galet G atteint le creux de la came H (annulation du couple ). La direction est alors en « ligne droite ».
REMARQUE : La pression ne s’exerce sur le piston F qu’au travers d’un régulateur à débit variable; ceci afin de freiner le retour de la direction en position « ligne droite »
b) régulateur à débit variable:
Description :
Il est constitué par :
- un corps dans lequel coulisse un piston (F)
- une chemise (A) avec trou calibré (I) coulissant sur la partie centrale du corps percé de petits orifices (D)
- un ressort (B) agissant sur la chemise,
- un clapet et son ressort ©
Fonctionnement :
Position neutre ou ligne droite
Dans cette position de repos,la pression délivrée par le régulateur règne dans toutes les chambres 1-2-3
Le ressort (B) est sous tension et la chemise (A) ferme les orifices D du corps.
Le ressort (B)) étant sous tension, le débit possible à travers le trou calibré (I) est nul
Position braquage: le recul du piston F provoque:
- le retour du liquide au travers du clapet C ouvert,
- la compression du ressort B qui repousse la chemise A découvrant les orifices D
Position rappel :
- le liquide passe par le canal E (clapet C fermé), et par le trou calibré I, provoquant ainsi le recul de la chemise A
- la chemise A comprimant alors légèrement le ressort B, revient lentement obturer les orifices D au fur et à mesure du déplacement du piston F
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