cours de mecanique auto chapitre direction

2. 1 Nécessité d’une direction
2 Quelles exigences doit satisfaire une direction ?
3 Les solutions techniques
4 La direction à crémaillère
5 La direction assistée
6 Résumé
7 Exercice d’évaluation
La direction

3. Nécessité d’une direction.
Au cours de son déplacement, un véhicule automobile est amené à
modifier sa trajectoire pour plusieurs raisons:
Pour répondre à ce besoin, les roues AV du véhicule sont
orientables. Elles tournent au tour de l’axe de pivot et s’oriente
suivant la volonté du conducteur à l’aide du système de direction.
- suivre le tracé de la route
- effectuer des manœuvres
- éviter les irrégularités du sol
- résister à l’influence du vent

4. 2 Quelles exigences doit satisfaire une direction ?
Le conducteur doit pouvoir diriger les roues AV avec précision, sans
effort, sans risque et sans ripage des roues. Pour satisfaire à ces
exigences, le mécanisme de direction doit être:
• sans jeu, pour toujours manœuvrer avec précision
• démultiplié, pour que tout conducteur puisse actionner la direction
aisément
• irréversible (les efforts reçus par les roues ne se répercutent pas au
volant et gêne la conduite)
• éviter le glissement latéral des roues en virage (ripage)
Pour éviter le ripage des roues en virage, il faut que les 4 roues se
déplacent par rapport à un centre instantané de rotation (CIR) commun:

6. 3 Les solutions techniques.
Il existe deux types de mécanisme de direction en mesure de
répondre à ces exigences:
- le boîtier de direction
- la crémaillère
Le boîtier de direction est un mécanisme robuste, qui permet
une démultiplication importante du couple appliqué au volant. Pour
ces raisons, il est couramment utilisé en poids lourds.
Sur les véhicules particuliers, on retrouve surtout des
mécanismes de direction à crémaillère en raison de la légèreté,
du faible encombrement et de la facilité d’adaptation aux roues
indépendantes.

7. Système de direction sur PL

8. Mécanisme de direction à crémaillère sur
véhicule léger

9. 4 La direction à crémaillère.
Lorsque le volant est mis en rotation par le conducteur, le
pignon déplace la crémaillère latéralement. Le rapport de
démultiplication est déterminé à partir du diamètre du pignon.
Mais le mécanisme est réversible. Il est possible d’entraîner le
volant en actionnant la crémaillère (en agissant sur les roues).
Les réactions du sol sur les roues directrices sont donc
perceptibles, mais dans des proportions acceptables.
Pignon
Crémaillère
Principe de
l’engrenage à
Crémaillère

10. Ensemble
mécanisme de
direction
1 Carter
2 Crémaillère
3 Pignon

11. 6 La direction assistée.
Dans la cas où le couple résistant aux roues est trop important le
système d’assistance de direction permet d’améliorer le confort de
conduite.
En fonction de l’année du véhicule, on rencontre à l’heure actuelle
deux modes d’assistance:
- la direction à assistance hydraulique
-la direction à assistance électrique ou électro-hydraulique
- Le premier utilise un vérin hydraulique double effet pour aider
au déplacement de la crémaillère.
- Le deuxième consiste à l’aide d’un moteur électrique à appliquer
un couple supplémentaire sur la colonne de direction ou la
crémaillère. Dans le cas d’une assistance électro-hydraulique, la
pompe hydraulique est remplacée par une pompe électrique, un
vérin double effet actionne la crémaillère.

12. Direction à assistance hydraulique Direction à assistance
électrique

13. 6.1 La direction assistée hydraulique
1 Réservoir d'huile
2 Pompe haute pression
3 Valve rotative
4 Vérin intégré
5 Servo-régulateur
6 Refroidisseur
BP Basse pression
HP Haute pression
Ce type de direction est à assistance variable. Elle agit dans deux cas
précis:
- aide à l’effort de commande pour faciliter les manœuvres, véhicule
arrêté
- durcissement de la direction pour une meilleur précision de conduite,
véhicule en déplacement.

14. Principe de fonctionnement: L’huile (DEXRON) contenu dans le réservoir 1
est mise en pression par la pompe 2 pour alimenter la valve rotative 3.
En fonction de la position du volant, la valve rotative 3 alimente
uniquement le côté droit ou le côté gauche du vérin double effet. Le côté
non alimenté communique avec le circuit BP de retour au réservoir 1 .
La gestion de la HP et de la BP par la valve rotative se fait suivant deux
phases:
 volant en ligne droite
 volant braqué d’un côté
Le volant de direction entraîne simultanément le tiroir 9 et la barre de
torsion 7. Cette barre de torsion est liée au distributeur rotatif 8 à son
extrémité au pignon de crémaillère 6 :
 En ligne droite, aucun effort n’est appliqué sur le volant. La barre de
torsion 7 maintient le distributeur rotatif 8 et le tiroir 9 en position
neutre. Dans cette position, l’huile sous HP provenant de la pompe pénètre
par l’orifice 1, alimente le vérin côté droit et côté gauche. L’orifice de
communication avec le retour au réservoir 2 étant ouvert, la pression est
basse dans le circuit.

15.  Volant braqué d’un côté, l’effort du conducteur sur le volant
déforme la barre de torsion 7. Ce qui a pour effet de déplacer
le tiroir 9 par rapport au distributeur rotatif 8 . La HP alimente
un côté du vérin tant disque l’autre côté du vérin en
communication avec le retour réservoir est en BP .
Dans cette position de la valve rotative, le vérin double effet
déplace la crémaillère pour obtenir un braquage sans effort des
roues.
En cas de défaillance du circuit hydraulique ou arrêt moteur, le
mouvement entre le tiroir 9 et le distributeur rotatif 8 a été
volontairement limité. La liaison mécanique entre le volant et le
pignon de crémaillère est donc toujours assurée.

16. Action du servo-régulateur : Lorsque la vitesse du véhicule
augmente, le servo-régulateur 5 composé d’un moteur pas à pas,
dérive une partie de la HP délivré par la pompe 2 vers le réservoir.
La pression d’assistance chute, ce qui a pour effet de durcir la
direction.
1
2
HP BP
Valve rotative
Vérin double effet
1 Valve rotative
2 Vérin double effet

17. Valve rotative
1 Alimentation HP
2 Retour BP
3 Alimentation côté droit du vérin
4 Alimentation côté gauche du
vérin
5 Corps de valve
6 Pignon de crémaillère
7 Barre de torsion
8 Distributeur rotatif
9 Tiroir

18. Volant en ligne droite Volant braqué d’un côté

19. Information
Vitesse du
véhicule
Calculateur
Moteur
Pas à pas Aiguille
Capteur
de position
Réservoir
Vérin
Valve rotative
Pompe
HP
HP BP Info électrique
Schéma de principe de l’action du servo-régulateur

20. La direction assistée électrique
La direction assistée hydraulique avec ses nombreux constituants
(pompe, circuits...) étant onéreuse et prenant une place importante
dans le compartiment moteur, a motivé une exploration sur des
énergies nouvelles.
Les progrès constants en électricité et en électronique ont alors
orienté les constructeurs japonais et européens vers une assistance
électrique.
Les premières directions assistées électriques (DAE), très utilisées
au Japon, ont fait leur
apparition en Europe, au début des années 90.
La direction assistée électrique variable (DAEV) utilise le courant
électrique comme énergie de travail. Elle est alimentée par
l'alternateur et la batterie, donc il n'y a pas d'interaction directe
avec le moteur thermique. C'est une des différences importantes
avec la direction assistée hydraulique.

22. La DAEV assiste les efforts de direction dès la sollicitation du
volant. Le couple d'assistance est fourni à l'aide d'un moteur
électrique, s'additionnant au couple appliqué par le conducteur au
volant.
Quand un effort apparaît au volant, son image électrique est
présentée au calculateur par l'intermédiaire du capteur de
couple. Ensuite, le calculateur fournit au moteur électrique un
courant d'alimentation en fonction :
du couple imposé au volant
Ä de la vitesse du véhicule.

23. Schéma d’organisation du système
Direction à Assistance Électrique Variable (DAEV)
Ensemble direction assistée électrique
1 Capteur de couple
2 Moteur d'assistance
3 Connecteur alimentation moteur d'assistance
4 Connecteur signal du capteur de couple

24. Un capteur de couple est inséré sur l’axe de la direction entre
l’arbre d’entée du mouvement (côté volant de direction) et
l’arbre de sortie (côté pignon de crémaillère).
Il permet de mesurer en permanence:
 le couple que le conducteur applique au volant de direction
 le sens de rotation du volant de direction

26. Capteur de couple
5 Bobine de mesure fixe par rapport à la colonne de
direction
6 Bobine de référence fixe par rapport à la colonne de
direction
7 Arbre d'entrée côté volant de direction (B)
8 Barre de torsion qui relie l'arbre 7 et l'arbre de
sortie 12 permettant un déplacement relatif de ± 4,5°
9 Bague de détection solidaire de l'arbre d'entrée 7
(côté volante de direction)
10 Bague de détection solidaire de l'arbre d'entrée 7
(côté volante de direction)
11 Bague de détection solidaire de l'arbre d'entrée 12
(côté pignon de crémaillère)
12 Arbre de sortie côté pignon de crémaillère (A)

27. Le capteur de couple est constitué de trois principales parties:
La partie mécanique est constituée d’une barre de torsion qui relie
l’arbre côté volant de direction et l’arbre côté pignon de crémaillère. La
variation angulaire entre les deux arbres est proportionnelle au couple
appliquée par le conducteur. Cette variation est limitée à ±4,5°.
La partie électromagnétique du capteur donne une information de
position angulaire des bagues de détection 10 par rapport à 11, par
conséquent de l’arbre d’entrée par rapport à l’arbre de sortie avec une
précision de ±4,5°.
La partie électronique du capteur transforme cette information de
position angulaire en information de couple avec le principe suivant:
la déformation angulaire de la barre de torsion est proportionnelle au
couple appliqué au volant de direction.
Le capteur de couple possède un second étage de détection et une
bobine 6 dont les informations ne sont modifiées par le déplacement
angulaire des bagues de détection. Cela permet de transmettre au
calculateur une information électrique de référence quelles que soient les
conditions d’environnement (température par exemple)

28. 7 Résumé
1 Nécessité d’une direction
Au cours de son déplacement, un véhicule automobile est amené à
modifier sa trajectoire pour plusieurs raisons:
suivre le tracé de la route
effectuer des manœuvres
éviter les irrégularités du sol
résister à l’influence du vent
2 Quelles exigences doit satisfaire une direction ?
Le conducteur doit pouvoir diriger les roues AV avec précision, sans
effort, sans risque et sans ripage des roues. Pour satisfaire à ces
exigences, le mécanisme de direction doit être:
 sans jeu, pour toujours manœuvrer avec précision
 démultiplié, pour que tout conducteur puisse actionner la direction
aisément
 irréversible (les efforts reçus par les roues ne se répercutent pas
au volant et gêne la conduite)
 éviter le glissement latéral des roues en virage (ripage)

29. 3 Les solutions techniques
Il existe deux types de mécanisme de direction en mesure de répondre à
ces exigences:
le boîtier de direction
la crémaillère
4 La direction à crémaillère

30. 5 La direction assistée
Direction assistée hydraulique
Direction assistée électrique

31. 8 Exercice d’évaluation
1 Que faut-il pour éviter le ripage des roues? Expliquer à l’aide d’un schéma.
2 Compléter la nomenclature.
Il faut que les 4 roues se
déplacent par rapport à un centre
instantané de rotation (CIR)
commun: O
1 Carter
2Crémaillère
3 Pignon

32. 3 Compléter la nomenclature.
1 Réservoir d'huile
2 Pompe haute pression
3 Valve rotative
4 Vérin intégré
5 Servo-régulateur
6 Refroidisseur
BP Basse pression
HP Haute pression
4 Compléter la nomenclature.
Ensemble direction assistée électrique
1 Capteur de couple
2 Moteur d’assistance
3 Connecteur alimentation moteur
d’assistance
4 Connecteur signal du capteur de
couple

38. Le déport
le déport au sol est la distance « d »entre laprojection de l’axe de
pivotement d’une roue etson point de contact au sol

39. Elle regroupe les essieux (c'est à dire les éléments porteurs), les
pneumatiques, la suspension, les freins, et la direction.
LIAISON AU SOL
Actuellement, les essieux avants sont à roues indépendantes, du type pseudo
«Mac Pherson » (triangle inférieur), et sont dotés d'une barre anti-dévers Les
éléments de suspension peuvent être
�des ressorts hélicoïdaux avec amortisseur télescopiques,
􀂾 ou des cylindres hydropneumatiques avec sphères et amortisseurs
intégrés.

42. Liaison au sol
Un véhicule automobile est, le plus souvent, lié au sol par l’intermédiaire de
quatre roues munies de pneumatiques. Elles sont numérotées de 1 à 4.
Les roues ont trois fonctions principales :
• Diriger le véhicule
• Suspendre le véhicule, c’est-à-dire le découpler des irrégularités de la
route
• Transmettre la puissance.
Bien que les roues soient depuis très longtemps suspendues
indépendamment les unes desautres, on parle toujours de train avant et de
train arrière.Le châssis du véhicule supporte les différents organes.
Le plus souvent aussi, la puissance du moteur est transmise aux roues
avant. Par contre le freinage s’effectue sur chacune des roues. Ce système
n’est pas représenté sur les schémas.On ne considère que cette architecture
des plus classiques.
Liaison au sol
Un véhicule automobile est, le plus souvent, lié au sol par l’intermédiaire de
quatre roues munies de pneumatiques. Elles sont numérotées de 1 à 4.
Les roues ont trois fonctions principales :
• Diriger le véhicule
• Suspendre le véhicule, c’est-à-dire le découpler des irrégularités de la
route
• Transmettre la puissance.
Bien que les roues soient depuis très longtemps suspendues
indépendamment les unes desautres, on parle toujours de train avant et de
train arrière.Le châssis du véhicule supporte les différents organes.
Le plus souvent aussi, la puissance du moteur est transmise aux roues
avant. Par contre le freinage s’effectue sur chacune des roues. Ce système
n’est pas représenté sur les schémas.On ne considère que cette architecture
des plus classiques.