FR2570666A1 - Systeme de direction assistee electriquement pour automobiles - Google Patents

Abstract

SYSTEME DE DIRECTION ASSISTEE ELECTRIQUEMENT 100 POUR VEHICULE COMPRENANT UN CIRCUIT DE COMMANDE 50 FOURNISSANT UN SIGNAL D'AMPLITUDE DE COUPLE SA ET UN SIGNAL DE DIRECTION DU COUPLE SDR, SDL, DEPENDANT D'UN SIGNAL DE SORTIE VR, VL PROVENANT D'UN MECANISME DE DETECTION DU COUPLE 4, 9. CE MECANISME DETERMINE L'AMPLITUDE ET LA DIRECTION DU COUPLE D'ENTRAINEMENT QUI S'APPLIQUE A L'ARBRE D'ENTREE 101 RELIE A UN VOLANT DE DIRECTION 8, ET ALIMENTE UN MOTEUR ELECTRIQUE 5 QUI FOURNIT UN COUPLE AUXILIAIRE A L'ARBRE DE SORTIE 3 AGISSANT SUR LA ROUE ENTRAINEE. CE MECANISME FOURNIT UN COURANT D'INDUIT IO CORRESPONDANT AU SIGNAL D'AMPLITUDE DU COUPLE SA ET AU SIGNAL DE DIRECTION DU COUPLE SDR, SDL. L'ARBRE D'ENTRAINEMENT 101 COMPREND UN PREMIER ARBRE 1 RELIE AU VOLANT DE DIRECTION 8, UN SECOND ARBRE 2 RELIE AVEC LE PREMIER ARBRE 1, ET UN TROISIEME ARBRE 3 DE SORTIE RELIE AU SECOND ARBRE 2. LE MECANISME DE DETECTION DU COUPLE 4, 9 COMPREND UN MECANISME DE DETECTION DE LA DIRECTION DU COUPLE 4, INTERPOSE ENTRE LE PREMIER ARBRE 1 ET LE SECOND ARBRE 2, ET UN MECANISME DE DETECTION DE L'AMPLITUDE DU COUPLE 9, INTERPOSE ENTRE LE SECOND ARBRE 2 ET LE TROISIEME ARBRE 3. APPLICATION AUX DIRECTIONS ASSISTEES DE VEHICULES.

Description

M0666

SYSTEME DE DIRECTION ASSISTEE ELECTRIQUEMENT

POUR AUTOMOBILES

La présente invention est relative & un système de direction 'pour automobiles. Elle est plus précisément relative & un système de direction assistée électriquement

pour automobiles.

Du fait des problèmes liés au système d'assistance hydraulique équipant la direction des automobiles, dont la structure était compliquée, différents systèmes d'assistance électrique & la direction des automobiles sont

apparus depuis quelques années.

Ces systèmes d'assistance électrique comprenaient tous un arbre d'entrée qui était l'arbre d'entraînement, connecté & un volant de direction; un arbre de sortie interconnecte à l'arbre d'entrée par un mécanisme de timonerie du type approprié, et & la colonnette d'assemblage de la roue & entratner; un moteur électrique fournissant un couple auxiliaire & l'arbre de sortie; un mécanisme de détection du couple pour détecter l'amplitude et la direction du couple d'entratnement applique & l'arbre d'entrée; et un circuit de commande alimentant le moteur électrique avec un courant d'induit d'une amplitude et d'un sens correspondant & un signal de détection provenant du

mécanisme de détection du couple.

Dans les systèmes directement assistés de ce type, lorsque le volant de direction était utilise pour braquer, le couple auxiliaire adéquat était appliqué à l'arbre de

sortie, simplifiant ainsi les opérations de braquage.

Comme exemple de direction électriquement assistée, on peut citer le système décrit dans la demande de brevet japonaise No 59-70257 (déposée le 20 avril 1984), et le système décrit dans la demande de brevet Japonaise No

59-227560 (déposée le 20 décembre 1984.

Dans le système décrit par la première demande de brevet, le mécanisme de timonerie était du type vérin à crémaillère -2- et le mécanisme de détection du couple était constitué par un extensombtre fixe sur l'arbre d'entrée. En réponse & un signal de sortie provenant de l'extensombtre, ce système de direction assistée produisait un signal de direction du S couple et un signal d'amplitude du couple représentant le sens dans lequel le couple d'entratnement était appliqué & l'arbre d'entrée, ainsi que l'amplitude de ce couple d'entraînement. Simultanément, en réponse & ces signaux représentatifs de ce couple, le système envoyait au moteur électrique le courant d'induit de l'amplitude et du sens nécessaires, afin de fournir le couple auxiliaire adéquat &

l'arbre de sortie.

Dans le système décrit par la seconde demande de brevet, le mécanisme de timonerie était du type arbre sans fin et écrou à bille. L'arbre d'entrée était interconnecté par l'intermédiaire d'une barre de torsion à l'arbre de sortie, alors que le mécanisme de détection du couple comprenait un élément coulissant de résistance variable fixe sur l'arbre d'entrée et un ensemble de fiche fixé sur l'arbre de sortie, l'ensemble de fiche étant mis en contact glissant avec l'élément coulissant de résistance variable. Ce système de direction assistée produisait également, en réponse au signal de sortie provenant du mécanisme de détection du couple de type résistance coulissante, un signal de direction du couple et un signal d'amplitude du couple. Simultanément, en réponse & ces signaux représentatifs du couple, le système envoyait le courant d'induit au moteur électrique, comme dans le cas du premier brevet. A cet égard, dans les deux exemples de demandes de brevets japonaises precitées, les signaux de direction et d'amplitude du couple étaient produits sur la base du signal de sortie provenant du mécanisme de détection du couple, c'est-à-dire qu'une paire de signaux représentatifs du couple étaient générés conformément & un signal de

détection provenant d'une source de signal unique.

En général, dans un véhicule dont la roue avant doit *tre entratnée, si l'on change la direction alors que le véhicule roule en ligne droite, la roue avant est tournée depuis la position neutre dans la direction voulue en actionnant un volant. Cette opération conduit & une

trajectoire courbe.

Dans une telle trajectoire courbe, basée sur le parallélisme des roues du train avant ainsi que sur le couple de rappel lié aux déformations des pneumatiques, le moment de giration à angle droit s'applique aux roues avant, avec une forte tend nce & ramener les roues avant dans la

position neutre.

Dans le cas d'un vehicule dont le système de direction est de type ordinaire, c'est-à-dire qu'il ne reçoit aucun couple auxiliaire, lorsque l'intensité des forces d'entratnement appliquées au volant par les mains du conducteur est progressivement réduite à zéro, pendant que le véhicule est sur une trajectoire courbe, les roues avant doivent bouger avec le moment de giration à angle droit, afin d'approcher progressivement de la position neutre, pour finalement y revenir. Au moment précis o les roues avant sont ramenées dans la position neutre, le véhicule reprend

une trajectoire en ligne droite.

On assiste fréquemment & ce type de modification de la trajectoire lorsqu'un véhicule équipé d'un système de

direction ordinaire tourne au coin d'une rue.

Par ailleurs, si l'on suppose qu'un véhicule est équipé de l'un des deux systèmes de direction assistée électriquement décrits dans les demandes de brevets japonaises précitées, on pourrait étudier son comportement lorsqu'il revient & une trajectoire en ligne droite après

avoir effectué un virage. La description qui va suivre est

celle d'un exemple de cas o le véhicule revient en ligne

droite après avoir effectué un virage à droite.

-4- Au moment o le véhicule tourne & droite, les mains du conducteur appliquent des forces d'entratnement au volant, ce qui tend à provoquer une rotation dans le sens des aiguilles d'une montre. Dans ces conditions, du fait que l'intensité des forces d'entratnement est pratiquement réduite & zéro en un temps relativement court parce que le volant est progressivement rel&ché ou légèrement retenu, le train avant tend & revenir rapidement à la position neutre, par l'effet du moment de giration à angle droit-qui est appliqué & la roue avant tournée vers la droite, avec une tendance à tourner de la même façon vers la gauche, ou dans le sens contraire & celui des aiguilles d'une montre, lorsqu'on

regarde par dessus le conducteur.

Dans le même temps, l'arbre de sortie du système de direction assistée, auquel le moment de giration & droite est transmis sous la forme d'un couple de sens contraire à celui des aiguilles d'une montre, va rapidement se mettre à tourner dans ce même sens contraire à celui des aiguilles d'une montre. Cette rotation de l'arbre de sortie correspond à la rotation dans le sens des aiguilles d'une montre de l'arbre d'entrée par rapport à l'arbre de sortie, de telle sorte que le mécanisme de détection du couple détecte un mauvais couple d'entratnement qui serait appliqué & l'arbre d'entrée dans le sens des aiguilles d'une montre. Donc, un couple auxiliaire d'une certaine amplitude provenant du moteur électrique est transmis dans

le sens des aiguilles d'une montre à l'arbre de sortie.

Ceci provoque une légère rotation des roues avant vers la droite, et de ce fait, un retard quant au retour à la

position neutre des roues avant aussi bien que du volant.

Ce problème résulte de la composition du système de direction assistée électriquement décrit dans les demandes de brevets japonaises précitées, dans lequel le signal de direction du couple et le signal d'amplitude du couple étaient produits en fonction d'un signal de détection -5-

provenant du mécanisme de détection du couple.

La présente invention a eété réalisée dans le but de résoudre ce problème des systèmes classiques de direction

assistée électriquement pour les véhicules.

Dans la présente invention, on trouve un système de direction assistée électriquement (100) pour un véhicule équipé d'une roue & entratner, qui comprend un volant de direction (8)l un arbre d'entratnement (101) connecté au volant (8); un arbre de sortie (3) dont le fonctionnement est interconnecte & la roue; un moteur électrique (5) pour fournir un couple auxiliaire à l'arbre de sortie (3)> un mécanisme de détection du couple (4,9) pour détecter la direction et l'amplitude du couple d'entraînement qui s'applique à l'arbre d'entratnement (101); et un circuit de commande (50) qui génère un signal de direction du couple (Sdr, Sdl) et un signal d'amplitude du couple (Sa), basés sur un signal de sortie (Sdr, Sdl, VR, VL) provenant du mécanisme de détection du couple (4,9) pour alimenter un moteur électrique en courant d'induit (Io), du sens et de l'amplitude nécessaires pour correspondre à la fois au signal de direction du couple (Sdr, Sdl) et au signal d'amplitude du couple (Sa). Dans ce système, l'arbre d'entraînement (101) comprend un premier arbre (1) connecté au volant (8); un second arbre (2) interconnecte avec le premier arbre (1); et un troisième arbre (3) qui est l'arbre de sortie (3) interconnecté avec le second arbre (2). Le mécanisme de détection du couple (4,9) est constitué par un mécanisme de détection de la direction du couple (4) interposé entre le premier arbre (1) et le second arbre (2) et étudié pour détecter le couple d'entraînement lorsqu'il s'applique à l'arbre d'entraînement (101), et par un mécanisme de détection de l'amplitude du couple (9), interposé entre le second arbre (2) et le troisième arbre (3) et étudié pour détecter l'amplitude du couple d'entraînement lorsqu'il s'applique à

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l'arbre d'entratnement (101).

Donc, la présente invention vise & présenter un système de direction assistée électriquement pour un véhicule ayant une roue entratnee, qui peut être la roue avant; ce système faisant que lorsque le véhicule revient à une trajectoire en ligne droite après avoir effectué un virage, les roues et le volant de direction peuvent revenir rapidement et sans heurt & la position neutre même lorsque l'intensité des forces d'entrainement, telles qu'elles sont appliquées au volant, est pratiquement réduite & zéro en un temps très court par le relachement ou quelquefois le

non-rel&chement de la poignée de direction.

Les caractéristiques, objets et avantages de la présente invention présentes précedemment et dans la suite

du texte seront précises dans la description détaillée qui

va suivre relative & un mode de réalisation de l'invention, en regard des figures annexées dans lesquelles La Fig. 1 est une vue en perspective d'un système de direction assistée électriquement pour automobile selon le mode de réalisation choisi pour la présente inventioni La Fig. 2 est une vue en perspective agrandie d'un mécanisme de détection de la direction du couple dans la direction assistée de la Fig. 1l; La Fig. 3 est une vue partielle agrandie d'une coupe longitudinale de l'axe de l'arbre d'entratnement, du mécanisme de détection de la direction du couple de la Fig. 2; La Fig. 4A est une vue en coupe d'un élément essentiel du mécanisme de deétection de la direction du couple, pris sur la ligne 4A-4A de la Fig. 3! Les Figs. 4B et 4C sont respectivement la vue en plan et la vue de profil d'un élément tubulaire de détection de la direction du couple dans le mécanisme de détection de la Fig. 4AI -7- La Fig. 5 est une vue en transparence d'un profil en long de l'axe de l'arbre d'entratnement du mécanisme de détection de l'amplitude du couple dans le système de direction assistée de la Fig9. 1; La Fig. 6 est le plan de montage du circuit de commande du système de direction assistée de la Fig. 1; Les Figs. 7A-1 & 7A-4, comme les Figs 7B-1 & 7B-3 sont des graphiques représentant les courbes caractéristiques de sortie de différents circuits composant le circuit de commande de la Fig. 61 La Fig. 8 est le schéma électrique du circuit d'entraînement du moteur électrique dans le circuit de

commande de la Fig. 6.

Dans la description de la Fig. 1, la référence

portant le numéro 100 est celle de la totalité du système de direction assistée électriquement selon le mode de réalisation adopté pour la présente invention, ce système étant appliqué à un véhicule ayant deux roues à

entraîner: la roue avant gauche et la roue avant droite.

La direction assistée 100 comprend un premier arbre 1 équipé d'un volant de direction 8 fixé sur son extrémité supérieure, un second arbre 2 interconnecté & l'extrémité inférieure du premier arbre 1 par une barre de torsion décrite ultérieurement, et un troisième arbre 3 interconnecté au second arbre 2 par une autre barre de torsion décrite plus loin. Entre le premier arbre 1 et le second arbre 2 est interposé un mécanisme de détection de la direction 4 qui détecte la direction du couple

d'entratnement appliquée & l'arbre d'entratnement 101.

Entre le second arbre 2 et le troisième arbre 3 est interposé un mécanisme de détection de l'amplitude 9 qui

détecte l'amplitude du couple d'entratnemrent.

Au milieu de l'arbre 2 est fixé un pignon 7 de grand diamètre en prise avec un pignon 6 de diamètre inférieur, lequel est fixé sur l'arbre de sortie rotatif 5a du moteur - 8 - électrique 5 commandé par la conduite d'une manière décrite plus loin. Lorsque le moteur 5 est alimenté en énergie pour démarrer, le couple électromagnétique qu'il développe est transmis, par l'intermédiaire des pignons 6 et 7 comme puissance d'assistance & l'arbre 2, en étant réduit par la vitesse de rotation, c'est-a-dire que le couple auxiliaire correspondant est fourni à l'arbre

d'entratnement 101.

Par ailleurs, le troisième arbre 3 est interconnecté, par un joint universel 10, & un arbre intermédiaire 11, qui est lui-même connecté, par un autre joint universel 12, A un pignon (non illustré) assembles dans une crémaillère de direction 13 de type vérin à crémaillère. La crémaillère de direction 13 est équipée de deux- sections de crémaillère transversales 13a et 13b, à droite et & gauche, interconnectées par une colonnette d'assemblage & une paire de bras à rotules <non illustré) pour, respectivement, la roue avant droite et la roue avant gauche. Dans la Fig. 1, la référence s'applique A un boitier de circuit de commande dans lequel sera logé le circuit de commande 50 décrit plus loin, qui reçoit les signaux de détection Sdr, Sdl, ainsi que les sorties VR et VL provenant respectivement du mécanisme 4 de détection de la direction et du mécanisme 9 de détection de l'amplitude

du couple d'entratnement appliqué à l'arbre d'entrée 101.

Les signaux de détection Sdr, Sdl, VR et VL sont traités par le circuit de commande 50, d'une façon décrite ultérieurement, pour obtenir le courant d'induit Io A

envoyer au moteur électrique 5 comme signal de commande.

La Fig. 2 est une vue en perspective agrandie du mécanisme 4 de détection de la direction du couple, qui inclut la barre de torsion qui interconnecte coaxialement les arbres 1 et 2 l'un avec l'autre, la barre de torsion étant désignée par la référence 15. De plus, comme il -9 apparait A la Fig. 3, qui est une coupe longitudinale d'une partie essentielle du mécanisme 4, les arbres 1 et 2 fixés de manière & pouvoir pivoter de part et d'autre du véhicule sont emboités l'un dans l'autre, et couplés, de manière que le premier arbre! est prolongé & son extrémité inférieure, par un embout tournant autour d'un axe par l'intermédiaire d'un roulement & aiguilles 16 dans une ouverture axiale de l'extrémité de la face opposée du second arbre 2; la partie circon-frentielle de cette ouverture est formée par une paire de sections radiales 2a, 2a prolongée par une paire de sections radiales la, la fonctionnant comme des bras de la partie inférieure du premier arbre 1. Autour de ces éléments des arbres 1 et 2 emboités les uns dans les autres, est fixé un élément tubulaire coulissant axialement 17, fait dans un matériau non-conducteur de l'électricité. L'élément tubulaire 17 a une paire de trous allongés 17a, 17b coupés radialement pour être symétriques l'un à l'autre par rapport & l'axe de l'arbre d'entratnement 101, comme illustré aux Figs. 4A à 4C, l'ensemble de trous allongés 17a étant formé à la droite et à la gauche de l'arbre 101, et incliné dans le profil de l'axe, l'autre ensemble de trous allongés étant formé aux extrémités supérieures et inférieures de l'arbre 101 de façon à être parallèles à l'axe. Dans chacun des trous inclinés 17a est insérée l'une des broches de la paire de broches radiales 18, 18 fixée au premier arbre 1, et dans chacun des trous parallèles l7b, l'une des broches de la paire de broches radiales 19, 19

fixée au second arbre 2.

En fonction de ceci, lorsqu' un couple d'entraInement est appliqué au volant 8 et que l'arbre 1 doit tourner dans le sens A des aiguilles d'une montre ou dans le sens B contraire à celui des aiguilles d'une montre sur la Fig. 1, le couple d'entratnement est transmis à l'arbre 2 par la barre de torsion 15. Dans le même temps, à

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cause de la charge imposée & l'arbre 2 provenant du coté de la crémaillère de direction 131apparait un déphasage ou un écart angulaire entre les arbres 1 et 2, ce qui fait que l'élément tubulaire 17, maintenu dans les trous allongés 17a, 17b par les broches radiales 18, 19 tel que décrit précédemment, se déplace dans la direction de l'axe de l'arbre d'entratnement 101. En d'autres termes, comme l'arbre 1 doit tourner dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens contraire & celui des aiguilles d'une montre par rapport à l'arbre 2, développant ainsi entre les deux un écart angulaire relatif, l'élément tubulaire 17 doit se déplacer axialement dans la direction

C ou D de la Fig. 2.

Conformément & ceci, dans la mesure o aucun couple d'entratnement n'est appliqué à l'arbre 1, l'élément tubulaire 17 doit etre maintenu dans une position originale, c'est-& dire dans une position axiale prédéterminée sur l'arbre d'entratnement 101, alors que les broches radiales 18,19 sont logées respectivement dans la partie longitudinale centrale des trous allongés 17a, 17b

de l'élément 17.

Aux deux extrémités axiales de l'élément tubulaire 17, se trouve une paire de contacts de fin de course 20, 21 ayant une paire d'éléments fonctionnant comme des commutateurs 20a, 21a conçus pour être mis en marche en fonction des mouvements axiaux de l'élément 17, de telle façon que lorsque cet élément doit se déplacer dans la direction C ou D jusqu'à ce qu'il excède une limite axiale à une distance prédéterminée de la position initiale, le contact 20 ou 21 est actionné pour être fermé; par là même, le couple d'entratnement appliqué à l'arbre 1 détecte la

direction du mouvement.

Les signaux de détection Sdr, Sdl mentionnés précédemment sont donnés en fonction des positions ouverte ou fermée des contacts 20, 21 pour alimenter le circuit de

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commande 50. Plus précisément, parmi les signaux de détection Sdr, Sdi, un signal Sdr responsable de la détection de la rotation du couple dans le sens des aiguilles d'une montre, est produit par le contact 20, et a un état déterminé de "marche" ou "d'arrêt" aiternativement. Il en résulte que, lorsque l'arbre l dêvelone un écart angulaire avec l'arbre 2,plus grand que le déphasage avec le couple d'entratnement en rotation dans le sens des aiguilles d'une montre et appiique au volant 8, l'élément tubulaire 17 se déplace au-delà de la limite axiale dans la direction C, puis le signal de direction du couple Sdr passe en position de "marche", alors qu'autrement il reste en position #arrêt". De la même façon, l'autre signal Sdl est responsable de la détection de la rotation du couple dans le sens contraire A celui des aiguilles d'une montre et est produit par le contact 21 a un état déterminé de marche ou d'arrêt, alternativement, de telle sorte nue contrairement au signal Sdr précédent, lorsque l'élément tubulaire 17 doit se déplacer au-delà de la limite axiale dans la direction D, le signal de direction du couple Sdl passe en position "marchera, alors qu'autrement il reste en

position "arret".

On va maintenant décrire la constitution du mécanisme 9 de détection de l'amplitude du couple interposé entre l'arbre 2 et l'arbre 3, en seréférant à la Fig. 5, qui

est une vue en coupe longitudinale du mécanisme 9.

L'arbre 2 et l'arbre 3 sont coaxialement interconnectés- l'un avec l'autre par la barre de torsion mentionnée précédemment, portant la référence 30S, alors qu'ils sont emboités, pour être couplés l'un avec l'autre par une structure d'engagement mutuel semblable à celle représentée aux Figs. 4A a 4C et utilisée entre les arbres 1 et 2. De plus, on trouve également autour des parties respectives mutuellement fixées des arbres 2 et 3, un élément tubulaire 33 coulissant axial-ement, analogue a

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l'élément tubulaire 17. Cet élément tubulaire 33 a de chaque coté une paire de trous allongés inclines 33a mis en prise avec une paire de broches radiales fixées sur l'arbre 2, et à ses extrémités supérieures et inférieures une paire de trous allongés parallèles mis en prise avec une paire de

broches radiales fixées sur l'arbre 3.

En fonction de ceci, tU't-comm-pour l'élément tubulaire 17 dans le mécanisme 4 de détection de la direction du couple, lorsque l'arbre 2 doit tourner dans le sens des aiguilles d'une montre par rapport & l'arbre 3, développant ainsi entre les deux un déphasage ou un écart angulaire relatif, l'élément tubulaire 33 du mécanisme 9 de détection de l'amplitude du coupledoit alors se déplacer axialement dans la direction C' de la Fig. 5, & une position et une distance différentes de la position initiale, et correspondant à l'écart angulaire relatif. Au contraire, lorsque l'arbre 2 tourne dans le sens contraire à celui des aiguilles d'une montre, l'élément tubulaire 33 doit de la

même façon se déplacer dans la direction D' de la Fig. 5.

Conformément & ceci, dans la mesure o aucun couple d'entraînement n'est transmis par le volant 8 à l'arbre 2, l'élément tubulaire 33 doit être maintenu dans une position d'origine, c'est-&-dire dans une position axiale

prédéterminée sur l'arbre d'entraînement 101.

Par contre, par opposition & l'élément tubulaire 17 qui est un élément isolant, l'élément tubulaire 33 est fait

d'un matériau magnétique.

De plus, autour de cet élément est disposé un transformateur différentiel 40 de configuration cylindrique qui est fixé & une pièce (non illustré) du véhicule. Dans le transformateur différentiel 12 sont installés un enroulement primaire unique 40a et une paire d'enroulements secondaires 40b, 40c. L'enroulement primaire 40a reçoit un signal en courant alternatif Sac provenant du circuit de commande 50 ou plus précisément d'un oscillateur 51, par

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l'intermediaire d'un assemblage élémentaire de bobine 52 (voir Fig. 6). Les enroulements secondaires 40b, 40c produisent les signaux de détection VR, VL mentionnés précédemment, qui doivent être respectivement transmis au circuit de commande 50, ou plus précisément être envoyés à

une paire de redresseurs 53a, 53b (voir Fig. 6).

Conformément & ceci, dans la mesure o, aucun couple n'étant appliqué à l'arbre 2, aucun déphasage n'apparait entre les arbres 2 et 3, l'élément tubulaire 33 doit être maintenu dans une position axiale centrale du

transformateur différentiel 40.

En se référant à la Fig. 6, on décrira dans la suite du texte la constitution ainsi que la fonction du circuit de commande 50 qui doit fournir le courant d'induit Io au moteur électrique 5/ d'après les signaux respectifs de détection Sdr, Sdl, VR et VL provenant du mécanisme 4 de détection de la direction du couple et du mécanisme 9 de

détection de l'amplitude du couple..

Comme celA a été mentionné plus haut, le circuit de commande 50 comprend l'oscillateur 51 fonctionnant avec l'assemblage élémentaire de bobine 52 pour fournir à l'enroulement primaire 40a du transformateur différentiel, le signal de courant alternatif Sac. Lorsque l'enroulement primaire 40a est excité, les enroulements secondaires 40b, 40c du transformateur 40 reçoivent l'énergie nécessaire pour produire les signaux de détection VR, VL comme paire de signaux en courant alternatif d'une fréquence prédéterminée. Les signaux de sortie VR, VL doivent être d'une amplitude uniforme alors que l'élément tubulaire magnétique 33 reste & sa position initiale. Lorsque cet élément 33 est déplacé dans la direction C' ou D', les signaux de sortie VR, VL provenant des enroulements secondaires 40b, 40c ont une amplitude croissante du coté ou l'élément 33 s'approche, et une amplitude décroissante,

du coté opposé, c'est-A dire du coté o il s'en va.

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Dans chacune des Figs. 7A-1 A 7A-4 et 7B-1 & 7B-3, l'axe des abscisses représente le déplacement axial de l'élément tubulaire 33, alors que l'origine 0 correspond & sa position initiale ou neutre: l'abscisse positive correspond aux mouvements dans la direction C' de la Fig. 5, c'est-à-dire & un couple d'entratnement tournant dans le sens des aiguilles d'une montre; l'abscisse négative correspond aux mouvements dans la direction D' de la Fig. 5, c'est-à-dire & un couple d'entrainement tournant dans le sens contraire

& celui des aiguilles d'une montre.

Les caractéristiques décrites des enroulements secondaires 40b, 40c du transformateur différentiel 40 sont illustrés par les Figs. 7A-1, 7B-1. La Fig. 7A-1 représente un exemple de courbe caractéristique du signal de sortie VR provenant de l'enroulement secondaire 40b, et la Fig. 78-1 un exemple de courbe caractéristique du signal de sortie VL

provenant de l'enroulement secondaire 40c.

Les signaux de sortie VE, VL provenant des enroulements secondaires 40b, 40c sont tout d'abord redressés par les redresseurs 53a, 53b,les ondulcations sont éliminées par une paire de filtres passe-bas 54a, 54b, afin de produire une paire de signaux filtrés, respectivement VRo, VLo. Le signal de sortie VRo provenant du filtre passe-bas 54a et le signal de sortie VLo provenant du filtre passe-bas 54b, qui ont des courbes caractéristiques représentées en exemple sur les figures 7A-2 et 7B-2, sont envoyés & une paire de soustracteurs a, 55b, o ils sont traités par une paire d'opérations de soustraction de telle sorte que, au soustracteur 55a, VR 1 = VRo - VLo, étant donné que VR I devient pratiquement égal & zéro quand VRo < VLo. Il en résulte que les soustracteurs a et 55b ont des signaux de sortie VRI, VLI dont les courbes caractéristiques sont respectivement représentées en

exemple aux Figs. 7A-3, 7B-3.

Conformément à ceci, le transformateur différentiel

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est connecté de telle sorte que, lorsque l'élément tubulaire 33 est déplacé de sa position initiale dans la direction C' de la Fig. 6, c'est&-dire vers l'enroulement secondaire 40b, l'amplitude du signal VR I augmente de façon rigoureusement linéaire à partir de zéro, proportionnellement au déplacement de l'élément 33; lorsque l'élément 33 est déplacé de sa position initiale dans la direction D' de la Fig. 6, c'est-A-dire vers l'enroulement secondaire 40c, l'amplitude du signal VL I augmente de façon rigoureusement linéaire à partir de zéro, proportionnellement au déplacement de

l'élément 33.

Par ailleurs, le circuit de commande 50 n'est alimenté en énergie que par une seule source de tension de polarité positive (non illustré), sauf pourles sources de tension de l'oscillateur 51 et de l'assemblage élementaire de bobine 52. Pour ces raisons, chacun des soustracteurs a, 55b a un signal de sortie prévu pour être voisin de zéro volt du coté de la tension positive lorsque la borne d'entrée. négative est alimentée par un signal d'entrée représentant une tension moins grande que celle

d'un signal d'entrée envoyé à la borne d'entrée positive.

De plus, si l'on se réfère à la Fig. 6, les signaux de sortie VR 1, VL 1 des soustracteurs 55a, 55b sont tous deux envoyés à un circuit analogique OR 56, o ils sont synthétisés pour produire un signal Sa. Ce signal Sa, dont la courbe caractéristique est semblable A celle donnée en exemple A la Fig. 7A-4, est employé comme signal d'amplitude du couple pour controler l'amplitude du courant d'induit Io;ce courant alimente le moteur * électrique 5, de telle sorte que - l'amplitude du courant d'induit Io est directement proportionnelle t celle du signal Sa, come on

le verra plus loin.

Le signal de sortie Sa produit par le circuit OR 56 est envoyê au circuit de comîmande du omteur lectr-ique 57, qui regoit aussi les signaux de sortie Sd^^ Sdl>ppovenant

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du mécanisme 4 de détection de la direction du couple, comme signaux de direction du couple. Dans le circuit de commande du moteur 57, les signaux Sa et Sdr, Sdl sont traités d'une façon qui sera décrite plus loin/de manière A produire un courant d'induit Io qui sera envoyé au moteur

électrique 5.

Par ailleurs, A la Fig. 6 on trouve sous la référence 5b, 5b les balais de charbon de commutation du moteur électrique 5; la référence 5c, représente un rotor

utilisé comme armature du moteur 5.

Si l'on se réfère maintenant & la Fig. 8, qui est le schéma électrique du circuit de commande du moteur électrique 57, le circuit 57 sera décrit en fonction des commandes qu'il envoie au moteur électrique 5;en fonction du signal d'amplitude du couple Sa et des signaux de

détection du couple Sdr, Sdl.

En premier lieu, on va décrire la commande de

direction tournante du rotor du moteur 5.

Comme on le voit à la Fig. 8, le circuit de commande du moteur 57 est équipé d'une source de courant continu 61, fournissant un courant continu; ce courant sera utilisé comme courant d'induit Io, il est fourni par l'intermédiaire d'un contacteur de ligne 62 et d'un fusible 63 au circuit de commande de la direction 64,étudié pour déterminer le sens de la conduction du courant d'induit Io. Le circuit de commande de la direction 64 comprend quatre commutateurs de relais 65, 66, 67, 68, dont l'action 'marche-arrpt est commandée par quatre bobines d'excitation 65a, 66a, 67a, 68a, les commutateurs de relais 65, 66, 67, 68 étant interconnectés dans un pont ayant des bornes de sortie a, b connectées aux balais 5b du moteur électrique 5. Les bobines d'excitation 65a, 66a, 67a, 68a des commutateurs de relais 65, 66, 67, 68, sont connectées à une ligne 70 équipée d'une borne d'entrée 69 qui reçoit le signal de direction du couple Sdr, et & une autre ligne 72 équipée

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d'une autre borne d'entrée 71, qui reçoit le signal de direction du couple Sdl. La connection des bobines 65a, 68a avec les lignes 70, 72 est réalisée dans le même sens que le sens de conduction, alors que la connection des bobines 66a, 67a avec les lignes 70, 72 est inversée; il en ré+ sulte que lorsque le signal de direction Sdr envoyé à la borne 69 est de "marche", les commutateurs 66, 67 s'ouvrent et simultanément, les commutateurs 65, 68 se ferment. Au contraire, lorsque le signal de direction Sdl envoyé & la borne 71 est de "marche", les commutateurs 65, 68 s'ouvrent

et simultanément les commutateurs 66, 67 se ferment.

Il en résulte que la direction du courant d'induit Io est sélectionnée pour aller de la borne a vers la borne b, ou de la borne _b vers la borne a. Plus précisément, lorsque le signal de direction Sdr est "marche", seuls les commutateurs de relais 65, 68 sont fermés, de telle sorte que le courant continu provenant de la source électrique 61 est envoyé au moteur électrique 5 par l'intermédiaire d'une borne c d'un pont du commutateur 65 et de la borne a, puis est renvoyé du moteur 5 au commutateur 68 par l'intermédiaire de la borne b. Au contraire, lorsque le signal de direction Sdl est "marche", seuls les commutateurs de relais 66, 67 sont fermés, de telle sorte que le courant continu provenant de la source électrique 61 est envoyé au moteur électrique 5 par l'intermédiaire de la borne c, du commutateur 67 et de la borne b, puis est renvoyé du moteur au commutateur 66 par l'intermédiaire de la borne a. Par ailleurs, à chacun des commutateurs de relais 65, 66, 67, 68 est connecté en parallèle un circuit de protection 73, composé d'une diode, d'une résistance, et d'un condensateur, afin d'éviter toute décharge d'étincelles liée aux actions de "mise en marche-arrêt" des commutateurs

à 68.

Le circuit de commande du moteur inclut également un circuit de commande d'amplitude 747 qui commande

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l'amplitude du courant d'induit Io. Le circuit de commande

74 fournit un signal décrit plus loin, envoyé à un circuit à transis-

tor 75 composé d'un ensemble de trois transistors de haute puissance/ connectés en série; dans le circuit 75, on commande l'amplitude du courant Io proportionnellement au

signal d'entrée.

Dans le circuit de commande de l'amplitude, qui est équipé d'une borne 76 pour recevoir le signal d'amplitude du couple Sa, ce signal Sa est divisé par une résistance 77 selon la tension nécessaire puis est envoyé & un amplificateur 78, o il est amplifié de façon & obtenir le signal mentionné précédemment envoyé au circuit à transistor 75. Par conséquent, le courant d'induit aIo qui alimente le moteur électrique 18 a une amplitude proportionnelle & la tension du signal d'amplitude du couple Sa, de telle sorte que l'arbre 2 reçoit un couple auxiliaire d'une amplitude

proportionnelle au signal d'amplitude Sa.

Le circuit de commande de l'amplitude 74 inclut également un amplificateur non-inverseur 79, un filtre passe-bas 80, et un circuit 81 de protection contre les surintensités. L'amplitude du courant d'induit ola est détectée par une résistance 83, sous la forme d'un signal de tension, qui est ensuite renvoyé par l'intermédiaire de l'amplificateur non-inverseur 79 et du filtre passe-bas vers l'amplificateur 78, et vers le transistor 82, dans le circuit 81 de protection contre les surintensités le transistor 82 étant connecté en parallèle avec la résistance 77. Le circuit étant ainsi conçu, lorsque le courant d'induit Io

atteint un stade de surintensité, le transistor 82 fonc-

tionne interrompant la fourniture du signal d'amplitude Sa & la résistance 77, ce qui évite que le courant Io ne soit envoyé au moteur électrique 5 avec une intensité excessive.

Comme la description suivante va permettre de le

comprendre, dans le circuit de commande du moteur 57, le

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courant d'induit aIo qui alimente le moteur électrique 5 a son amplitude commandée par le signal Sa d'amplitude du couple provenant du circuit OR 56, et son sens de conduction par les signaux Sdr, Sdl de détection du couple, provenant du mécanisme de détection de la direction du couple 4. Il apparaitra également que,-dans ce système, quand on ferme l'un des contacts de fin de course 20 ou 21 du mécanisme de détection de la direction du couple 4, le courant d'induit Io alimente le moteur électrique 5 dans le sens de conduction déterminé dans le circuit de commande 50; l'intensité du courant d'induit Io est déterminée par. les signaux de détection VR, VL fournis par le transformateur différentiel 40 en fonction

de l'amplitude du couple concerné.

Par ailleurs, dans ce mode de réalisation, la barre de torsion 15 qui relie le premier et le second arbres 1

et 2, a une force de rappel, dans le sens de torsion, in-

férieure à celle de la barre de torsion 30 qui

relie le second et le troisième arbres 2, 3.

Par conséquent, dans le cas o le conducteur fait augmenter depuis zéro, l'intensité des forces d'entrainement appliquées au volant 8, ce qui tend & produire une rotation dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens contraire A celui des aiguilles d'une montre, auiun des contacts de fin de course 20 ou 21 n'est fermé, ce qui laisse le moteur électrique 5 non alimenté.; l'écart angulaire relatif entre les arbres 1 et 2

devient plus grand que l'écart entre les arbres 2 et 3.

Dans la suite de ce texte, on décrira la fonction du

système 100 de direction assistée électriquement.

A cet égard, à chaque fois que le volant 8 est manoeuvré d'une manière ordinaire, le circuit de commande fonctionne; avec le méceanisme 4 de détection de la direction du couple et le mécanisme 9 de détection de l'amplitude du couple. Ce circuit envoie au moteur ôlectrique 5

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le courant d'induit Io d'amplitude et de sens de conduction adéquats, de telle sorte que le couple auxiliaire adéquat est fourni & l'arbre 2, c'est-à-dire & l'arbre d'entratnement 101, et donc transmis & l'arbre intermédiaire 11i, facilitant ainsi l'opération

d'entraînement pour le conducteur.

Pour une meilleure compréhension de la fonction du système de direction assistée, on décrira tout d'abord la phase o le véhicule équipé de ce système 100 passe d'une trajectoire en ligne droite à un virage à droite, puis la phase oc ce véhicule revient & la trajectoire en ligne droite. Dans cette trajectoire, le volant 8 est maintenu dans une position neutre, sans écart angulaire relatif développé entre les arbres 1 et 2, ni entre les arbres 2 et 3, laissant ainsi les deux éléments tubulaires 17, 33 des mécanismes 4, 9 de détection de la direction et de l'amplitude du couple dans leur position initiale, de telle sorte que le moteur électrique n'est pas du tout mis en

fonctionnement.

A partir de là, lorsque des forces d'entratnement sont appliquées pour entrainer la rotation du volant dans le sens des aiguilles d'une montre, il s'ensuit un écart angulaire relatif D 12 développé entre les arbres 1, 2, ce qui provoque le déplacement de l'élément tubulaire 17 dans la direction C, et au moment précis o cet élément 17 dépasse la limite axiale prédéterminée, le contact de fin de course 20 est mis en marche. A ce moment, entre les arbres 2 et 3 apparait un écart angulaire relatif D 23 plus petit que l'écart angulaire D 12, alors que le signal d'amplitude du couple Sa a une tension correspondant à

l'écart angulaire D 23.

A cet égard, si l'on ne se limite pas à un tel cas, le signal d'amplitude du couple Sa a une valeur proportionnelle au couple d'entraînement qui s'applique &

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l'arbre d'entrainement 101.

Parce que le contact de fin de course 20 est en position de marche, le signal de direction du couple Sdr qu'il produit devient alors "marche". Ainsi, le circuit de commande 50 alimente le moteur électrique 5 en courant d'induit Io,qui doit avoir une intensité proportionnelle à la valeur du signal d'amplitude du couple Sa, et dans un sens de conduction correspondant & la rotation du moteur 5 dans le sens des aiguilles d'une montre. Au moteur 5 est alors développé le couple électromagnétique correspondant qui doit être transmis & l'arbre 2, comme couple auxiliaire tournant dans le sens des aiguilles d'une montre, par l'intermédiaire démultiplicateur comprenant un pignon 6 de petit diamètre et un pignon 7 de grand diamètre. La rotation de l'arbre d'entrainement 101 qui en résulte est transmise sous forme de couple & la crémaillère de direction 13 par l'arbre intermédiaire 11, ce qui fait que les roues avant sont entrainées du coté droit, et que le

véhicule tourne à droite.

Dans cette situation de virage & droite, lorsque l'intensité des forces d'entrainement appliquées au volant est ramenée pratiquement & zéro en un temps relativement courtpar le relâchement ou le non relâchement du volant 8, les barres de torsion 15, 30/fonctionnent positivement pour ramener rapidement les arbres 1, 2, 3,à leur position initiale, o il n'y a aucun écart angulaire relatif entre

les uns et les autres.

A cet égard, par le fonctionnement de la barre de torsion 15, l'écart angulaire relatif entre les arbres 1 et 2 peut relativement facilement être réduit & zéro, coupant ainsi le signal de direction du couple Sdr, ce qui fait que le courant d'induit Io est nul, et provoque l'arrêt du

moteur électrique 5.

Par ailleurs, du fait du moment de giration & droite décrit, chacune des roues avant tend & revenir rapidement &

7066&

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la position neutre. Ce moment de giration & droite est transmis & l'arbre 3, qui doit dès lors tourner rapidement à gauche c'est-à-dire dans le sens contraire & celui des aiguilles d'une montre, lorsque l'on regarde vers les arbres 1, 2. Une telle rotation à gauche de l'arbre 3 correspond & la rotation à droite de l'arbre 2, par rapport & l'arbre 3, et à partir de là le mécanisme de détection de l'amplitude du couple 9 détecte un mauvais couple d'entrainement s'appliquant & l'arbre 2 dans le sens des aiguilles d'une montre, donnant une certaine valeur

supérieure & zéro au signal d'amplitude du couple Sa.

Simultanément, la rotation rapide vers la gauche de l'arbre 3 est transmise à l'arbre 2 par la barre de torsion 30, tout en tendant & être ultérieurement transmise aussi &

l'arbre 1 par la barre de torsion 15.

A cet égard, dans la mesure o le volant 8 est pratiquement libre de toute force d'entrainement, la charge qui devra être supportée par la barre de torsion 15 dépend uniquement d'un très petit moment d'inertie dû au poids du volant 8 et de l'arbre 1. De plus, au cas o l'arbre 2 tourne dans le sens contraire & celui des aiguilles d'une montre quand on le regarde vers l'arbre 1, l'arbre 1 devra lui aussi tourner dans le sens contraire à celui des aiguilles d'une montre pratiquement

intégralement avec l'arbre 2.

Pour être plus précis, l'arbre 1 doit légèrement tourner vers la gauche par rapport à l'arbre 2. Quoi qu'il en soit, avec cette légère rotation relative vers la droite de l'arbre 1, l'élément tubulaire 17 du mécanisme de détection de la direction du couple 4 ne sera pas déplace dans la direction Cy tant que le contact de fin de course 20 ne reviendra pas en position marche". Ainsi, le signal de direction du couple Sdr reste en position "arret" En conséquence, même lorsque dans le circuit de

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commande 50, le signal VR I dépendant du signal de sortie VR provenant du mécanisme de détection de l'amplitude du couple 9? a une certaine valeur supérieure à zéro, donnant ainsi une certaine valeur supérieure à zéro au signal d'amplitude du couple Sa, le signal de direction du couple Sdr laissé en position 0arret" tel que décrit précédemment garde le courant d'induit la à un niveau zéro, de façon que le moteur électrique 5 ne se remette pas à tourner vers la droite. O10 Il en résulte que chacune des roues avant, de même que le volant/ reviennent rapidement et sans heurts à la

position neutre.

Pour le véhicule équipé du système 100 de direction assistée électriquement on obtiendra aussi le même résultat lorsque l'intensité des forces d'entrainement appliquées au volant 8 est pratiquement réduite à zéro en un temps très court/ par le relâchement ou le non relâchement du volant1 afin de ramener le véhicule d'un

virage à gauche à une trajectoire en ligne droite.

Comme on le comprendra aisément, dans ce mode de réalisation, lorsque l'écart angulaire relatif entre les arbres 1, 2 est développé de façon à obtenir une valeur excédant un déphasage prédéterminé, les sections la en forme de bras de l'arbre I sont mises bout & bout avec des sections en coupe 2a de l'arbre 2, ce qui fait que les arbres 1 et 2 doivent tourner intégralement l'un avec l'autre. Ce concept assure une fiabilité intégrale du système de direction assistée 100. On obtient la même fiabilité dans la zone o les arbres l et 2 sont emboitês

l'un dans l'autre.

Par ailleurs, dans ce mode de réalisation, le couple électromagnétique développé par le moteur électrique 5 est transmis à l'arbre 2 comme couple auxiliaireo A cet gard, ce couple auxiliaire devrait plutot @tre Mppliqué a XR'arbre

3 ou a l'arbre intermédiaire 11.

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De plus, dans ce mode de réalisation le mécanisme de timonerie dans la crémaillère de direction est du type vérin & crémaillère. Dans une modification préférentielle, on pourrait utiliser un type volontaire de mécanisme de timonerie, étant donné que le moment de giration & droite des roues avant entrainéees est transmis mécaniquement au

coté de l'arbre d'entraînement.

Enfin, dans ce mode de réalisation, la force de rappel de la barre de torsion 15 est inférieure à celle de la barre de torsion 30. On pourrait avantageusement modifier le rapport de la force de rappel en changeant de façon adéquate la distance depuis la position initiale de l'élément tubulaire 17 jusqu'à la limite axiale o les

contacts de fin de course 20 ou 21 sont fermés.

Bien que l'on ait décrit ce qui est actuellement considéré comme le mode de réalisation préférentiel de l'invention, on comprendra que la présente invention peut être réalisée sous d'autres formes spécifiques sans qu'en soient perdus l'esprit ou les caractéristiques essentielles. C'est pourquoi le présent mode de réalisation doit être considéré & tous égards comme étant illustratif et non restrictif. La portée de cette invention est

indiquée par les revendications annexées plutot que par la

description.

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Claims (4)

REVENDICATIONS

1. système de direction assistée électriquement (100), pour un véhicule équipé d'une roue à entratner, comprenant un volant de direction (8); un arbre d'entratnement (101) connecté au dit volant (8); un arbre de sortie (3) dont le fonctionnement est interconnecté & la roue; un moteur électrique (5) pour fournir un couple auxiliaire au dit arbre de sortie (3); un mécanisme de détection du couple (4,9) pour détecter la direction et l'amplitude du couple d'entratnement qui s'applique au dit arbre d'entratnement (101); et un circuit de commande (50) qui génère un signal de direction du couple (Sdr, Sdl) et un signal d'amplitude du couple (Sa), basé sur un signal de sortie (Sdr, Sdl, VR, VL) provenant dudit mécanisme de détection du couple (4, 9) pour alimenter ledit moteur électrique en courant d'induit (Io), du sens et de l'amplitude nécessaires pour correspondre à la fois au dit signal de direction du couple (Sdr, Sdl) et audit signal d'amplitude du couple (Sa), caractérisé en ce que ledit arbre d'entratnement (101) comprend un premier arbre (1), connecté audit volant (8), un second arbre (2) interconnecté avec ledit premier arbre (1) et un troisième arbre (3) qui est l'arbre de sortie (3) interconnecté avec ledit second arbre (2), ledit mécanisme de détection du couple (4, 9) étantconstitué par un mécanisme de détection de la direction du couple (4) interposé entre ledit premier arbre (i1) et ledit second arbre (2) pour détecter ledit couple d'entratnement lorsqu'il s'applique audit

arbre d'entratnement (101).

2. système de direction assistée électriquement

d'après la revendication i caractérisé en ce que ledit couple.-

auxiliaire du moteur électrique (5) est appliqué au dit

second arbre <2).

3. système de direction assistée électriquement d'après la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier arbr

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(1) et ledit second arbre (2) sont reliés l'un avec l'autre par un premier élément élastique (15)j ledit second arbre (2) et ledit troisième arbre (3) sont reliés l'un avec l'autre par un second élément élastique (30), ledit premier élément élastique (15) ayant une force de rappel

inférieure & celle dudit second elément élastique (30).

4. Un système de direction assistée électriquement d'après la revendicationIcaractérisé en ce que ledit arbre de sortie (3) est interconnecté avec la roue par un mécanisme

de timonerie de type vérin à crémaillère (13).