FR2487767A1 - Hydraulically assisted vehicle power steering - includes worm drive with ball joint between input and output shafts - Google Patents

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Abstract

The hydraulically assisted power steering for a vehicle includes a worm wheel drive (8,9) with the worm mounted on an input shaft connected with the steering wheel. This rotates against a worm wheel (9) inside a hollow block connected by a spherical joint with a pin (10) carrying the ball (101) attached to a piston rod (11) with a piston of each end. These pistons move a drive in the steering linkage. Hydraulic fluid under pressure acts on a joint on the input shaft. This forms an angle collector for a positive or negative force applied by the steering wheel for the direction of the assisting force, applied by the spherical joint.

Description

La présente invention se rapporte à des ensembles de direction assistée pour véhicules et, plus particulierements à des ensembles de direction du type à vis globique et galet, avec valve hydraulique de détection montée sur l'arbre d'entrée et poussée par vérin hydraulique sur l'arbre de sortie. The present invention relates to power steering assemblies for vehicles and, more particularly to steering assemblies of the ball screw and roller type, with hydraulic detection valve mounted on the input shaft and pushed by hydraulic cylinder on the output shaft.

De tels ensembles sont bien connus et pour illustrer l'art antérieur, l'on citera les brevets US. 2.688.258 et 2.858.805. Such assemblies are well known and to illustrate the prior art, mention will be made of the US patents. 2,688,258 and 2,858,805.

Selon le brevet US. 2.688.258, la poussée du piston du vérin est transmise à arbre de sortie par l'intermédi- aire d'une bielette, selon le brevet US. 2.858.805, la poussée du piston du vérin est transmise à l'arbre de sortie par 1'intermédiaire d'un pignon coopérant avec une crémaillère. According to the US patent. 2,688,258, the thrust of the cylinder piston is transmitted to the output shaft by means of a connecting rod, according to the US patent. 2.858.805, the thrust of the piston of the jack is transmitted to the output shaft by means of a pinion cooperating with a rack.

Ces liaisons mécaniques destinées à transformer la poussée linéaire du piston en un couple de rotation sont relativement complexes et coûteuses à fabriquer. These mechanical connections intended to transform the linear thrust of the piston into a torque are relatively complex and expensive to manufacture.

Suivant l'invention, la liaison mécanique entre le (ou les) pistons (1 - 2) procurant l'effort d'assistance et l'arbre de sortie (6) du bottier de direction s'effectue au moyen d'une rotule (10) emboltee librement dans un trou de forme cylindrique (61) ménagé dans ledit arbre. Ce dispositif permet une liaison particulièrement robuste, facile à réaliser avec la précision nécessaire à un fonctionnement.sans jeu et d'une utilisation extrémement fiable. According to the invention, the mechanical connection between the piston (s) (1 - 2) providing the assistance force and the output shaft (6) of the steering boot is effected by means of a ball joint ( 10) freely embolished in a cylindrical hole (61) formed in said shaft. This device allows a particularly robust connection, easy to carry out with the precision necessary for an operation.without play and of an extremely reliable use.

Suivant un mode d'exécution préféré de l'invention, pour un angle (a ) de débattement maximum de l'arbre de sortie de l'ordre de 450 de part et d'autre de sa position "ligne droite", l'angle (ss ) entre l'axe de l'arbre de sortie et l'axe de la rotule, ainsi que l'angle (t ) entre 1'axe de l'arbre de sortie et l'axe du trou cylindrique de réception de la rotule, ont une valeur comprise entre 200 et 50 et, de préférence, de l'ordre de 350.  According to a preferred embodiment of the invention, for an angle (a) of maximum deflection of the output shaft of the order of 450 on either side of its "straight line" position, the angle (ss) between the axis of the output shaft and the axis of the ball joint, as well as the angle (t) between the axis of the output shaft and the axis of the cylindrical hole for receiving the ball, have a value between 200 and 50 and, preferably, of the order of 350.

L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée ci-après, relative à une forme d'exécution préférée. The invention will be better understood with the aid of the detailed description below, relating to a preferred embodiment.

Au dessin annexé
La figure 1 représente une coupe partielle de l'ensemble de direction dans un plan perpendiculaire à 1'arbre de sortie et passant par l'axe de l'arbre d'entrée et,
La figure 2 est une vue en coupe partielle selon 1-1 de la figure 1, c'est-à-dire dans un plan perpendiculaire à l'arbre d'entrée et passant par liaxe de l'arbre de sortie considéré dans la position ligne droite.In the attached drawing
FIG. 1 represents a partial section of the steering assembly in a plane perpendicular to the output shaft and passing through the axis of the input shaft and,
Figure 2 is a partial sectional view along 1-1 of Figure 1, that is to say in a plane perpendicular to the input shaft and passing through the axis of the output shaft considered in the position straight line.

A la figure 1, on a représenté en trait plein l'ensemble de direction dans sa position "ligne droite" et l'on a schématisé en trait mixte la position atteinte par certaines pièces en position "virage". In FIG. 1, the steering assembly is shown in solid line in its "straight line" position and a line diagram shows the position reached by certain parts in the "bend" position.

L'ensemble représenté comporte deux pistons (1) et (2) travaillant en opposition, alimentés par une pompe hydraulique (associée à un réservoir 30) par l'intermédiaire d'une valve d'assistance (4) et des canalisations /21) et (31 Cette valve détecte l'écart angulaire - positif ou négatif - créé par le conducteur du véhicule entre l'arbre d'entrée(5Jlié au volant de direction, et l'arbre de la vis globiquel8)de transmission manuelle.Suivant le signe de l'écart, la valve transmet la pression à l'un ou l'autre des pistons, selon le sens de rotation désiré de l'arbre de sortie(61. Pour mémoire, une liaison angulaire (7) avec jeu et limitation rigide de course (par exemple selon le principe du joint de Oldham) entre 7'- arbre d'entrée(5) et l'arbre de vis globiquet8)au travers de la valve d'assistance permet de préserver en permanence la fonction classique de direction manuelle; fonction nécessaire (entre autre) dans le cas où un incident ferait tomber intempestivement la pression d'assistance. The assembly shown comprises two pistons (1) and (2) working in opposition, supplied by a hydraulic pump (associated with a reservoir 30) via an assistance valve (4) and pipes / 21) and (31 This valve detects the angular deviation - positive or negative - created by the driver of the vehicle between the input shaft (5J connected to the steering wheel, and the shaft of the global screw 8) of manual transmission. sign of the deviation, the valve transmits the pressure to one or other of the pistons, according to the desired direction of rotation of the output shaft (61. For the record, an angular connection (7) with play and limitation rigid stroke (for example according to the Oldham seal principle) between 7 ′ - input shaft (5) and the globic screw shaft 8) through the assistance valve makes it possible to permanently preserve the classic function of manual steering; necessary function (among other things) in the event that an incident inadvertently lowers the assisting pressure this.

Les parties du dispositif qui viennent d'être mentionnées sont réalisées de manière traditionnelle et il est inutile d'en donner une description plus détaillée. The parts of the device which have just been mentioned are produced in a traditional manner and it is unnecessary to give a more detailed description.

La particularite essentielle du dispositif reside dans le fait que la liaison mécanique entre les pistons (1) et (2) et l'arbre de sortie(6)est réalisée au moyen d'une rotule (10).  The essential feature of the device resides in the fact that the mechanical connection between the pistons (1) and (2) and the output shaft (6) is achieved by means of a ball joint (10).

Le pied de la rotule est solidarisé à une entre toise(11)qui lie de façon invariable les deux pistons entre eux; l'axe de la rotule est perpendiculaire à l'axe des deux pistons et il fait un angle ((3 ) avec l'axe de l'arbre de sortie; la tête sphérique(l0l) de la rotule est emboîtez dans un trou (61), autorisant un glissement sans jeu, dont l'axe fait un angle () avec l'axe de l'arbre de sortie et se trouve dans le plan de symétrie de l'arbre de sortie du côte opposé au galet. The foot of the ball joint is secured to a spacing (11) which invariably links the two pistons together; the axis of the ball joint is perpendicular to the axis of the two pistons and it makes an angle ((3) with the axis of the output shaft; the spherical head (l0l) of the ball joint is fitted into a hole ( 61), allowing sliding without play, the axis of which forms an angle () with the axis of the output shaft and is in the plane of symmetry of the output shaft on the side opposite the roller.

Lorsqu'une tres grande résistance à l'usure ou bien un très faible frottement sont recherchés, ce trou cylindrique sera realisé dans une bague rapportee en matériau approprié. When very high wear resistance or very low friction are desired, this cylindrical hole will be made in an attached ring of suitable material.

Lorsque l'un des pistons (1) et (2) se déplace vers le centre du boitier sous l'effet de la pression hydraulique, l'entretoise (11)entraine la rotule (10) qui entraîne elle-même l'arbre (6)en rotation. When one of the pistons (1) and (2) moves towards the center of the housing under the effect of hydraulic pressure, the spacer (11) drives the ball joint (10) which itself drives the shaft ( 6) in rotation.

On a représenté en trait plein la position de l'arbre de sortie de la rotule et des pistons qui correspond au déplacement du véhicule en ligne droite et en trait mixte, la position qui correspond au virage maximum possible dans une certaine direction. The position of the output shaft of the ball joint and of the pistons which corresponds to the displacement of the vehicle in a straight line and in phantom is shown in solid line, the position which corresponds to the maximum possible turn in a certain direction.

L'angle(a)de débattement désiré de l'arbre de sortie est, de façon classique, pour un boîtier à galet et à vis globique, de 450 de part et d'autre de la position "ligne droite". The angle (a) of the desired deflection of the output shaft is, conventionally, for a roller and global screw housing, 450 on either side of the "straight line" position.

Ce débattement est obtenu à partir d'un mouvement de la rotule qui combine une translation parallèle à l'entre- toise (elle-même perpendiculaire à l'arbre de sortie) et une rotation de faible amplitude autour de l'axe commun de l'entretoise et des pistons. On notera qu'un tel mouvement suppose que les pistons soient montes de façon à autoriser leur rotation en même temps que leur translation, ce qui est le cas, par exemple, dans un vérin classique de forme cylindrique. This movement is obtained from a movement of the ball joint which combines a translation parallel to the spacer (itself perpendicular to the output shaft) and a rotation of small amplitude around the common axis of l 'spacer and pistons. Note that such a movement assumes that the pistons are mounted so as to allow their rotation at the same time as their translation, which is the case, for example, in a conventional cylinder of cylindrical shape.

Au cours de ce mouvement l'axe de la rotule fait un angle (8)legerement variable (de 5 à 100 pour la course totale) avec celui de l'arbre de sortie. During this movement the axis of the ball joint makes a slightly variable angle (8) (from 5 to 100 for the total stroke) with that of the output shaft.

L'expérience montre que dans l'encombrement ha bituel, pour des angles ( (3 ) et ( )inférieurs à 200, le dé- gagement entre l'entretoise (11)et l'arbre de sortie(6) (figure 2) devient insuffisant; par suite d'un blocage, l'angle ( a ) de debattement maximum possible devient alors nettement inférieur à.450.  Experience shows that in the usual space requirement, for angles ((3) and () less than 200, the clearance between the spacer (11) and the output shaft (6) (Figure 2) becomes insufficient; as a result of a blockage, the maximum possible angle of travel (a) becomes significantly less than 450.

Pour des angles ( ss) et ( ), supérieurs à 50 , il y a aussi réduction de l'angle de débattement ( a) maximum possible, par suite de l'échappement de la rotule, de son logement cylindrique aux points extrêmes du débattement. For angles (ss) and (), greater than 50, there is also a reduction in the maximum possible angle of travel (a), due to the escape of the ball joint, from its cylindrical housing at the extreme points of the travel .

Pour des angles ( S) et ( Y) de l'ordre de 35 , on obtient le meilleur compromis entre un faible encombrement du boîtier et le maximum de débattement possible. For angles (S) and (Y) of the order of 35, the best compromise is obtained between a small size of the housing and the maximum possible clearance.

L'orientation de l'axe du trou cylindrique (angle W) devra être choisie de façon à être globalement voisine des valeurs de ( (3 ) correspondant aux orientations prises par la rotule en cours de fonctionnement, soit ( & légèrement superieur à la valeur prise par l'angle ( ) dans la position ligne droite. The orientation of the axis of the cylindrical hole (angle W) must be chosen so as to be generally close to the values of ((3) corresponding to the orientations taken by the ball joint during operation, ie (& slightly greater than the value taken by the angle () in the straight line position.

L'angle (γ) de la face d'ouverture du trou cylindrique avec l'axe de l'arbre de sortie sera de préférence de l'ordre de 60 pour optimiser--les conditions de transmission des efforts aux points de debattement maximum de l'arbre de sortie. The angle (γ) of the opening face of the cylindrical hole with the axis of the output shaft will preferably be of the order of 60 to optimize - the conditions of transmission of the forces at the points of maximum deflection of the output shaft.

Il va de soi que diverses variantes d'execution du montage décrit et représente pourront être imaginées par l'homme de l'art, sans s'écarter de l'esprit de l'invention. It goes without saying that various variants of the assembly described and shown can be imagined by those skilled in the art, without departing from the spirit of the invention.

En particulier, l'ensemble des deux pistons travaillant en opposition, pourra être remplacé par un seul piston disposé dans une chambre à double effet, comme indique dans le brevet US 2.858.805, la chambre, côté tige, pouvant de plus, être remplacée par l'ensemble du boîtier mécanique que l'on mettrait sous pression. In particular, the assembly of the two pistons working in opposition, can be replaced by a single piston arranged in a double-acting chamber, as indicated in US Pat. No. 2,858,805, the chamber, on the rod side, which can moreover be replaced by the entire mechanical housing that would be pressurized.

L'organe de démultiplication de l'effort manuel exerce sur le volant, ici constitue par la vis globique, le galet et son arbre de support (S), pourra être remplacé par tout dispositif équivalent, par exemple un dispositif com- portant une vis à recirculation de billes.  The manual effort reduction member exerts on the steering wheel, here constituted by the overall screw, the roller and its support shaft (S), can be replaced by any equivalent device, for example a device comprising a screw recirculating balls.

Claims (3)

REVENDICATIONS 1. Dispositif de direction assistée comprenant : un arbre d'entree (5) lié à un volant de direction; un arbre de sortie (6) mécaniquement lié aux roues directrices du véhicule; un organe de démultiplication de l'effort manuel appli qué au volant, comportant un moyen de liaison angulaire avec jeu et limitation rigide de course (7) entre l'arbre d'entrée (5) et l'axe d'un organe rotatif intermediaire (8); des moyens (4) de détection de l'écart angulaire, positif ou négatif, entre l'arbre d'entrée (5) et ledit axe intermediaire; un récepteur hydraulique linéaire (1 - 2); des moyens (3 - 21 31) d'amener un fluide sous pression audit recepteur pour obtenir son déplacement dans un sens ou dans l'autre, en fonction du signe de l'écart angulaire; et un organe convertisseur de mouvement assurant la liaison mecanique entre ledit récepteur et arbre de sortie; caractérisé en ce que ledit organe convertisseur de mouvement comporte une rotule (10) emboîtée librement dans un trou cylindrique (61) ménage dans ledit arbre de sortie (6). 1. Power steering device comprising: an input shaft (5) linked to a steering wheel; an output shaft (6) mechanically linked to the steering wheels of the vehicle; a member for reducing the manual effort applied to the steering wheel, comprising an angular connection means with play and rigid stroke limitation (7) between the input shaft (5) and the axis of an intermediate rotary member (8); means (4) for detecting the angular difference, positive or negative, between the input shaft (5) and said intermediate axis; a linear hydraulic receiver (1 - 2); means (3 - 21 31) for supplying a fluid under pressure to said receiver to obtain its displacement in one direction or the other, as a function of the sign of the angular deviation; and a motion converter member ensuring the mechanical link between said receiver and output shaft; characterized in that said motion converter member comprises a ball joint (10) freely fitted into a cylindrical hole (61) housed in said output shaft (6). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour un angle ( a ) de débattement de l'arbre de sortie de l'ordre de 45" de part et d'autre de sa position "ligne droite", l'angle ( ss ) entre l'axe de la rotule et celui de l'arbre de sortie et l'angle(Y )entre l'axe du trou cylindrique et celui de l'arbre de sortie ont une valeur comprise entre 20 et 500 et, de préférence, de l'ordre de 35".  2. Device according to claim 1, characterized in that for an angle (a) of displacement of the output shaft of the order of 45 "on either side of its position" straight line ", the angle (ss) between the axis of the ball joint and that of the output shaft and the angle (Y) between the axis of the cylindrical hole and that of the output shaft have a value between 20 and 500 and, preferably around 35 ". 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérise en ce que l'angle ( 6 ) de la face d'ouverture du trou avec l'axe de l'arbre de sortie (6) est de l'ordre de 60".  3. Device according to claim 2, characterized in that the angle (6) of the opening face of the hole with the axis of the output shaft (6) is of the order of 60 ".
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Citations (3)

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US2682778A (en) * 1950-07-15 1954-07-06 Ross Gear & Tool Co Power steering gear
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FR1305375A (en) * 1960-03-12 1962-10-05 Zahnradfabrik Friedrichshafen Servo-assisted steering, in particular for motor vehicles

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