Tourner le volant signifie faire pivoter les roues avant autour de leurs axes de pivotement, en vainquant le frottement qui se crée entre la bande de roulement et l’asphalte. Cette résistance croît avec le poids reposant sur le train avant et avec la largeur des pneumatiques, et atteint sa valeur maximale précisément dans la pire des conditions : véhicule à l’arrêt ou presque, lorsque la roue ne roule pas mais frotte sur place. Avec une direction purement mécanique, le seul moyen de rendre l’effort supportable serait d’allonger la démultiplication de direction, c’est-à-dire d’augmenter le nombre de tours de volant nécessaires pour passer d’une butée à l’autre, avec une évidente perte de vivacité. C’est là qu’intervient la direction assistée, un dispositif qui adjoint à la force musculaire du conducteur une force générée par une source d’énergie extérieure, sans toutefois se substituer à lui : la liaison entre le volant et les roues reste mécanique et la voiture demeure dirigeable, quoique au prix d’un effort considérable, même en cas de panne de l’assistance. Au fil de leur évolution, les directions assistées peuvent être regroupées en trois familles :
- Direction assistée hydraulique
- Direction assistée électrohydraulique
- Direction assistée électrique
Direction assistée hydraulique
C’est la solution historiquement adoptée sur les voitures de série et elle est restée dominante jusqu’au début des années 2000. Le système se compose d’une pompe (généralement à palettes), d’un réservoir d’huile, des canalisations correspondantes et d’un boîtier de direction à crémaillère dans lequel sont intégrés un piston et un distributeur. La pompe est entraînée par le vilebrequin au moyen d’une courroie et maintient le circuit constamment sous pression. Le coeur du système est le distributeur rotatif : il est constitué de deux éléments coaxiaux, reliés entre eux par une barre de torsion. Lorsque le conducteur tourne le volant, les roues opposent une résistance et la barre de torsion se déforme élastiquement d’un angle proportionnel à l’effort exercé. Cette petite rotation relative ouvre les conduits qui mettent en communication le refoulement de la pompe avec l’une des deux chambres du cylindre ménagé dans le boîtier de direction, tandis que l’autre chambre est reliée au retour vers le réservoir. Le piston, solidaire de la crémaillère, reçoit ainsi une poussée qui s’ajoute à celle exercée par le conducteur. Une fois la manoeuvre terminée, la barre de torsion revient en position neutre et le distributeur referme les conduits.
L’atout de ce schéma est sa progressivité : la poussée hydraulique est fonction directe du couple appliqué au volant, et l’inertie même du fluide confère à la direction un effet amortisseur apprécié de nombreux passionnés, qui reconnaissent à ces installations un contact avec la route particulièrement communicatif. Le principal défaut est en revanche d’ordre énergétique. La pompe est entraînée par le moteur à chaque instant, y compris lorsque l’on roule en ligne droite et qu’aucune assistance n’est nécessaire, et elle doit être dimensionnée pour la condition la plus exigeante, à savoir la manoeuvre à l’arrêt avec le moteur au ralenti : il en résulte une absorption de puissance parasite présente pendant toute la durée du trajet. À cela s’ajoutent l’encombrement des canalisations, le poids du fluide et la nécessité d’en contrôler périodiquement le niveau et les fuites.
Direction assistée électrohydraulique
La direction assistée électrohydraulique représente l’étape intermédiaire entre les deux philosophies. Le schéma hydraulique reste pour l’essentiel inchangé — distributeur rotatif, cylindre et crémaillère sont les mêmes — mais la pompe n’est plus entraînée par la courroie : elle est actionnée par un moteur électrique, généralement réuni avec le réservoir et le calculateur en un seul groupe compact installé dans le compartiment moteur.
L’avantage est immédiat : le débit de la pompe ne dépend plus du régime de rotation du moteur thermique, mais peut être régulé par l’électronique. Le calculateur, en lisant la vitesse du véhicule et l’activité de la direction, fait fonctionner la pompe à plein débit uniquement pendant les manoeuvres et la maintient à régime réduit ou pratiquement à l’arrêt en marche rectiligne. L’économie d’énergie par rapport à une installation traditionnelle à courroie est substantielle, avec des réductions annoncées par les constructeurs pouvant atteindre environ 75 % de l’énergie absorbée. Une première forme d’assistance variable en fonction de la vitesse devient en outre possible, de même qu’une plus grande liberté d’implantation, puisqu’il n’est plus nécessaire de prévoir une poulie et un cheminement de courroie dédiés. Les limites de l’hydraulique subsistent toutefois : le fluide, les joints d’étanchéité et l’entretien périodique. C’est pourquoi cette solution, répandue surtout entre la fin des années 90 et la première décennie des années 2000, est aujourd’hui principalement employée sur les véhicules utilitaires et sur les applications lourdes, où les forces en jeu sont élevées.
Direction assistée électrique
Dans la direction assistée électrique, ou EPS (Electric Power Steering), l’hydraulique disparaît totalement. L’assistance est fournie par un moteur électrique qui agit sur la transmission de direction par l’intermédiaire d’un réducteur, généralement un couple vis sans fin-roue hélicoïdale ou un ensemble à recirculation de billes commandé par une courroie crantée. À la place du distributeur rotatif se trouve un capteur de couple, qui mesure la torsion de l’habituelle barre élastique ; le calculateur combine ce signal avec la vitesse du véhicule et l’angle de braquage, et détermine à chaque instant le couple d’assistance à délivrer.
Selon la position du moteur électrique, on distingue les principales architectures : sur la colonne (C-EPS), solution économique et compacte typique des voitures de petit gabarit ; sur le pignon du boîtier de direction (P-EPS), y compris en version à double pignon ; et directement sur la crémaillère (R-EPS), adoptée sur les voitures les plus lourdes et les plus puissantes car elle permet de transmettre des forces plus importantes sans solliciter la colonne.
Les avantages sont nombreux. L’absorption d’énergie n’a lieu que lorsque l’on braque, avec des bénéfices sur la consommation chiffrables à quelques points de pourcentage ; l’assistance est librement programmable par logiciel, elle peut donc être généreuse en manoeuvre et progressivement réduite à haute vitesse pour ne pas rendre la direction nerveuse ; le système fonctionne également moteur coupé, condition indispensable pour les voitures dotées du Start&Stop et pour les électriques. Surtout, le moteur électrique étant un actionneur que le calculateur peut commander de façon autonome, l’EPS est le préalable technique des systèmes modernes d’aide à la conduite : maintien dans la voie, stationnement automatique et manoeuvres d’évitement d’urgence agissent tous en appliquant un couple à la direction. Le prix à payer, souvent reproché à ces installations, est un retour d’informations de la route plus filtré que sur les anciens systèmes hydrauliques, même si les algorithmes de contrôle ont progressivement réduit l’écart.
La dernière étape de cette évolution est le steer-by-wire, qui supprime la liaison mécanique entre le volant et les roues en la remplaçant par des signaux électriques et des actionneurs : une solution déjà disponible sur des modèles de série, comme la Lexus RZ, et rendue possible précisément par la maturité atteinte par la technologie électrique.