Brevet FR2053068A1 — publié le 19710416

2677k -1- 2053068 L'invention concerne un dispositif de régulation de la force de freinage pour véhicules, en particulier pour véhicules automobiles, dans lequel chaque roue est munie d'un capteur destiné à indiquer son état de rotation et dont les signaux agissent 5 sur les freins lorsqu'ils passent, par valeurs croissantes ou décroissantes, par des valeurs de seuil déterminées. Des dispositifs de régulation de -freinage de ce type sont connus en soi. Ils ont pour "but de régler le couple de freinage de manière à utiliser le maximum de la force transmis-10 sible entre la roue et la route. De cette manière, on obtient la plus courte distance de freinage dans le cas d'un coup de frein brusque. Il existe pour cela essentiellement deux procédés: dans le premier, on utilise le patinage de la roue (régulation du patinage) et dans le deuxième, son accélération (régulation 15 de l'accélération). Ces deux procédés présentent en commun l'inconvénient de ne fonctionner parfaitement que dans des conditions de roulement bien déterminées pour lesquelles le réglage du régulateur a été établi. Il n'est pas possible, au moyen d^un seul de ces procédés, de tenir compte de toutes les contraintes 20 auxquelles est soumise la roue du véhicule, telles que force de freinage variables, vitesse en virage, freinage en virage et de les utiliser au mieux. Il en résulte les inconvénients particuliers suivants : Etant donné que l'on ne peut dans la pratique effectuer 25 la comparaison exacte de la vitesse de rotation des roues et de la vitesse du véhicule dans la régulation du patinage on s'aide de la comparaison de la vitesse de rotation des différentes roues et on utilise comme standard de comparaison la vitesse de rotation de la roue la plus rapide. L'utilisation d'une telle régu-$0 lation de patinage est affectée : 1) par le temps de réponse des éléments de commande, ce qui se ramène en général à la quantité limitée de fluide de freinage circulant par unité de temps dans les éléments de réglage; 35 2) par la quantité disponible de fluide de freinage, ce qui limite le nombre des processus de régulation, et 3) par le fait que l'état optimal de patinage dépend de la vitesse, de l'accouplement route-pneumatique, de l'envi- 70 26774 2053068 ronneiaent et de l'état du roulement. Il y a une telle dispersion que l'on ne peut indiquer une valeur de consigne valable dans tous les cas. Pour déterminer l'accélération de la roue, on se sert, 5 le plus souvent, dans la régulation d'accélération, de masses inertes actionnant des interrupteurs électriques. Mais, dans ce cas, on ne devrait pas tenir compte des accélérations créée^par le roulement, par exemple les chocs créés par les inégalités de la route ainsi que les accélérations angulaires dues aux varia-10 tions du rayon de roulement. Ces accélérations peuvent cependant entraîner une réponse du dispositif de régulation dans le cas où les valeurs de seuil ne sont pas choisies assez grandes. Si l'on choisit des seuils en conséquence, on risque d'obtenir le blocage lent d'une.roue, c'est-à-dire avec un ralentissement infé-15 rieur aux seuils de réponse. Selon le principe de tels systèmes j il faut qu'un seuil positif d'accélération signale le passage de la roue dans la pbase de réaccélération lors d'une chute de pression du circuit de freinage, créée par le signal de décêlér-ation» lorsque ce seuil est atteint, la chute de pres-20 sion.est stoppée. Mais si, lors de cette chute de pression, il ne se produit pas de réaccélération suffisante (par exemple, en cas de faible adhérence sur verglas ou en cas d'aquaplanning), le signal de baisse dë pression ne s'annule pas. Le frein de roue est alors sans pression et ne transmet plus de force de 25 freinage pendant le reste du freinage. Un tel système ne permet pas d'obtenir la distance de freinage la plus courte et n'évite pas le blocage des roues dans toutes les conditions de la circulation et de la route. L'invention a pour but d'éviter les inconvénients dé-30 crits. Il s'agit en particulier de réaliser une régulation de la force de freinage qui permette de tenir compte, au moins d'une manière approchée, des conditions variables. Selon l'invention, cela est obtenu par le fait que, dans les régulations de la force de freinage du type décrit au 35 début du présent mémoire, on utilise des capteurs qui permettent de capter aussi bien le patinage que l'accélération de la roue et par le fait que les deux grandeurs représentant le patinage et l'accélération sont combinées pour former un signal consti 26774 -3- 2053068 tuant le signal de commande des freins. Par patinage, on désigne l'écart de la vitesse de rotation des roues par rapport à un standard de comparaison qui, dans le cas présent, est constitué pair la vitesse de rotation de la roue la plus rapide. Selon une 5 autre caractéristique de l'invention, la grandeur fournie par le capteur et .proportionnelle à la vitesse de rotation sert à former, d'une part, par comparaison avec un standard de comparaison, la grandeur représentant le patinage et, d'autre part, par différentiation, la grandeur représentant 1'accélération. 10 Par combinaison on désigne selon l'invention toute combi naison électronique possible des deux grandeurs. Ainsi il est concevable d'additionner les deux grandeurs - il s'agit le plus souvent de tensions - pour former une troisième grandeur utilisée comme signal de commande des freins. L'invention donne ce-15 pendant la préférence à une solution selon laquelle les deux grandeurs représentant le patinage et 1*accélération sont comparées séparément aux valeurs de seuil et ce ne sont que les signaux en résultant qui forment ensuite le signal de commande. Pour les capteurs, on peut penser en particulier à des généra-20 trices tachymétriques qui peuvent être constituées par exemple par des génératrices à courant continu ou par des génératrices à courant alternatif suivies de redresseurs. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, chaque roue est munie d'un générateur de fréquence disposé sur la roue ou entraîné par 25 cette dernière. L'invention permet d'éviter les inconvénients décrits ci-dessus. On obtient en particulier une plus grande sensibilité à la réponse si bien que lors d'une diminution lente de la vitesse de rotation d'une roue (faibles signaux d'accélération) 30 les signaux de patinage agissent sur la régulation et on évite dans les cas un blocage de la roue. En outre il n'est plus nécessaire d'atteindre line valeur de réaccélération déterminée pour mettre fin à la baisse de pression dans le cylindre de freinage. 35 " Selon une autre caractéristique de l'invention, à chaque générateur de fréquence est associé un convertisseur fréquence-tension et chacun desdits convertisseurs est relié d'une part, par l'intermédiaire d'une diode, à un point commun de formation 70 26774 2053068 de tension maximale (standard de comparaison) et, d'autre part, en contournant ledit point de tension maximale à un différentiateur. En outre, la tension régnant au point de tension maximale est divisée au moyen de résistances en fonction du rapport de 5 réponse désiré et la tension partielle obtenue est amenée à un amplificateur différentiel monté en interrupteur à seuil. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la sortie de chaque différentiateur alimente en parallèle deux éléments de mesure de fréquence qui sont reliés eux-mêmes, chacun 10 avec un amplificateur différentiel monté en interrupteur à seuil. Il est alors essentiel et avantageux que la mesure de fréquence soit différente pour la décélération et l'accélération, cfest-à-dire que les éléments de mesure de fréquence soient dimensionnés de manière différente. Dans le cas où il n'y a pas besoin d'une 15 mesure différente, il suffit de disposer un élément de mesure de fréquence par différentiateur. L'invention propose en outre d'associer à chaque élément de commande du circuit de freinage un interrupteur à seuil, tel qu'un amplificateur différentiel pour chacun des signaux de 20 patinage, d'accélération et de décélération; les signaux de sortie de ces trois amplificateurs différentiels sont combinés au moyen d'un circuit logique conformément à un organigramme logique. A ce sujet, il faut indiquer que l'on peut disposer des clapets de commande séparés dans le circuit de freinage pour 25 l'admission et l'échappement, ces clapets pouvant être commandés séparément, c'est-à-dire chacun par les trois amplificateurs différentiels précités. Il est aussi possible d'utiliser d'autres . clapets, par exemple des clapets à double position pour lesquels il n'y a évidemment pas besoin de commande séparée. L1 organlgram-30 -me logique est établi de manière que l'on ne délivre un signal de commande que lorsqu'il existe un signal de patinage ou de décélération ou les deux et qu'il n'y ait pas de signal, dans tous les autres cas. Dans le cas d'une commande séparée de clapets d'admission et d'échappement, l'organigramme logique est d'ail-35 leurs en principe le même pour les deux clapets, seuls les seuils sont différents. Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit logique est constitué par des circuits intégrés et se compose 70 26774 -5- 2053068 pour chaque élément de commande d!un circuit ÏTOE à trois entrées et d'un circuit FOR à deux entrées* Bans ce cas, la disposition est telle que la sortie de chaque interrupteur à seuil, c'est-à-dire de chaque amplificateur différentiel, est reliée à une des 5 entrées du circuit FOR à trois entrées dont la sortie est connectée à une des entrées du circuit IIOR à deux entrées dont la deuxième entrée est reliée à l'amplificateur différentiel représentant l1accélération. L'invention est décrite ci-après en détail en se réfé-10 rant au dessin ci-annexé sur lequel : la figure 1 représente en schéma-bloc un dispositif de régulation de la force de freinage selon l'invention (pour simplifier, seule la commande des clapets d'admission a été représentée) ; 15 la figure 2 représente l'organigramme logique; la fi./urê 3 est un diagramme des différentes valeurs de mesure pour expliquer le fonctionnement. Le patinage d'une roue par rapport aux autres indique la tendance au blocage de cette roue. Le dépassement de cer-20 taines valeurs de seuil du patinage caractérise le comportement de la roue. Il n'est donc pas nécessaire de mesurer la valeur instantanée du patinage, mais il suffit d'avoir l'indication du passage à ces valeurs de seuil. Pour obtenir ces valeurs de seuil du patinage, il faut 25 effectuer une comparaison. Pour cela, il est nécessaire tout d'abord de disposer pour chaque roue d'une tension proportionnelle à sa vitesse de rotation. On dispose donc sur chaque roue un capteur constitué par un générateur de fréquence (resp. G2, et G^_). Celui-ci est en principe constitué par une géné-50 ratrice à courant alternatif comportant un nombre élevé de pôles et dans lequel ce n'est pas l'amplitude de la tension fournie, mais sa fréquence qui est représentative de sa vitesse de rotation. Les impulsions fournies par le capteur sont tran^Drmôes dans des convertisseurs fréquence-tension PSU^ à FSU^. On voit sur la figure 1 que les signaux de vitesse de rotation fournis par les convertisseurs ÎTSÏÏ^ à PSU^ sont amenés par 1'intermédiaire de diodes à à un point UM pour former uiife tension maximale. 70 26774 —6— 2053068 La tension en ce point est déterminée par la roue tournant le plus vite. Cette tension maximale constitue le standard de comparaison pour le patinage de chaque roue. Cette tension est divisée au moyen de résistances et d'une part, W,.^ 5 et d'autre part dans le rapport désiré et amenée à l'entrée d'amplificateurs différentiels à DV^. Le rapport de divi sion peut être différent pour chaque essieu afin de tenir compte de la répartition de charge sur les essieux. En outre, le signal vitesse de rotation est envoyé en 10 contournant le point de tension maximale à la deuxième entrée des amplificateurs différentiels DY^ à DV^. Les amplificateurs différentiels servent de comparateurs et ils sont montés en interrupteurs à seuil. A la sortie d'un tel amplificateur on obtient donc un si-gnaléi la roue considérée atteint par rapport à 15 la roue la plus rapide (standard de comparaison) une valeur de patinage déterminée par le rapport des résistances et d'une part et et ¥^ d'autre part. Le signal de sortie de l'amplificateur différentiel est un signal logique à deux niveaux. Lorsque les clapets d'échappement non représentés doivent être 20 commandés séparément, il y a encore le même dispositif avec dfeutres valeurs de seuil. La tension proportionnelle à la vitesse de rotation fournie par le convertisseur donne- par différentiation électrique l'accélération angulaire de la roue. Dans ce "but les convertis-25 seurs IPSU^ à FSU^ sont reliés en contournant le point de tension maximale à des différentiateurs D^ à D^. Le signal de sortie de ces derniers n'est pas encore utilisable, car il existe des variations de vitesse angulaire à haute fréquence, et ce pas seulement pendant le patinage. Mais ces variations ne doivent pas 30 être prises en considération pour la délivrance du signal. C'est pourquoi il faut introduire une mesure de la fréquence de manière que : 1) la partie haute fréquence de la courbe d'accélération doit avoir une faible influence sur la régulation et, 35 2) c'est seulement une certaine courbe d'accélération qui provoque l'élaboration du signal. Dans ce but, les différentiateurs D^ à sont reliés chacun à des éléments de mesure de la fréquence ïg/j/p ^3^2 ^ 70 26774 -7- 2053068 ^B4-1 ~ "^B4-2' *^es éléments P-g^ à servent à mesurer la décé lération et les éléments Pg,^ ^ "^B42 3?°™? que tenir compte de points de vue différents, ces éléments sont di-mensionnés de manière différente. La sortie de ces éléments est 5 reliée à des amplificateurs différentiels correspondants DY^2-DV^j^ à A la sortie des amplificateurs différentiels DY^i2 à DV^2 q.ui fonctionnent en interrupteurs à seuil on dispose d'un signal logique à deux niveaux pour la décélération et à celle des amplificateurs différentiels à d'un signal 10 logique à deux niveaux pour l'accélération. Pour commander les éléments de commande, tels que les clapets d'admission E^ à E^, on dispose ainsi de trois signaux logiques, à savoir le patinage s^ à s^, -la décélération v^^ à v^ et l'accélération b^ à 1. Ces signaux sont combinés entre 15 eux en respectant certaines conditions au moyen d'un circuit logique. Sur la figure 2 est représenté l'organigramme logique de cette combinaison. Sur ce dernier, les symboles ont la signification suivante : 0 : absence du signal 20 L : présence du signal. Pour les clapets d'admission représentés à titre d'exemple, 0 désigne la position "fermé" et L la position "ouvert". . Sur l'organigramme de la figure 2 est indiqué le processus logique correspondant à la figure 3 non encore décrite selon 25 lequel par exemple la présence d'un patinage ou d'une décélération entraîne l'excitation du clapet. Par ailleurs la présence d'une accélération supprime l'influence de la décélération ou du patinage. Le circuit logique est constitué par des éléments lo-30 giques remplissant les fonctions de l'organigramme. Dans le cas considéré, on utilise un circuit NOR, ÏTOR^ à UOR^, à trois entrées et un circuit UOR, N0R^2 à ®"0R^2, à deux entrées. Les amplificateurs différentiels DV^, DY/]2 ei: ^13 soirfc reliés aux trois entrées du circuit NOR^ dont la sortie est connectée à une 35 entrée du circuit U0R/j2« En outre l'amplificateur différentiel DV^ esi/telié à la deuxième entrée du circuit HQR,^. Le processus d'une telle régulation est représenté figure 3 qui comporte trois parties indiquant : 70 26774 -8- 2053068 - la partie 3a, le diagramme de la vitesse de rotation d'une roue,, ainsi que les états des clapets; - la partie 3b» le diagramme correspondant de l'accélération avec les seuils de commande, et 5 - la partie 3c, le diagramme correspondant du patinage également avec les seuils de commande. Si l'on considère le comportement d'une roue qui a tendance à se "bloquer, on voit figure 3a le comportement prévu pour le freinage ainsi que la vitesse de rotation maximale et 10 les seuils de patinage. La figure 3b montre l'allure de l'accélération et la figure 3c celle du patinage. Sur ces deux dernières figures, les seuils de réponse des clapets sont représentés par des parallèles à l'axe des temps. Quand on commence à freiner la roue, la décélération augmente (figure 3b) et dé-15 passe au point le seuil du clapet d'admission qui se ferme. On évite donc une augmentation supplémentaire de la pression dans le circuit de freinage. La roue continue cependant à ralentir si bien que la décélération augmente encore et dépasse au point Pg le seuil de réponse dû clapet d'échappement. Celui-ci 20 est commandé et s'ouvre, c'est-à-dire que la pression tombe dans le circuit de freinage. Entre temps, le patinage a également dépassé le seuil de réponse des clapets, mais cela reste sans effet r car les clapets ont déjà été commandés» Après l'ouverture du clapet d'échappement, la roue est 25 réaccélérée par la route et sa vitesse de rotation augmente de nouveau. Il en résulte une accélération angulaire de la roue qui dépasse au point P^ le seuil de réponse du clapet d'échappement qui se ferme de nouveau. Cela évite une diminution supplémentaire de la pression dans le circuit de freinage, naturellement 30 la roue continue d'accélérer si bien qu'au point P^ on dépasse également le seuil de réponse du clapet d'admission qui s'ouvre. La pression dans le circuit augmente alors de nouveau et le freinage recommence. La roue est freinée de nouveau et son accélération fait place à une décélération. Au point P^, on dépasse 35 pax valeurs décroissantes le seuil de réponse du clapet d'admission qui se ferme et la pression reste constante jusqu'à ce que, siu point Pg (figure 3c), le seuil de réponse s^ du clapet d'admission soit atteint par valeurs décroissantes et que ce dernier s* ouvré. 26774 2053068 La phase suivante de la régulation s'effectue en principe exactement comme la première*. Dans ces deux premières phases, on voit que les seuils de patinage sont toujours atteints après les seuils de décélération, si "bien que le patinage ne 5 joue un rôle eue lors de la réouverture du clapet d'admission. Si l'on examine la troisième phase, on constate (figure J"b) que les seuils de réponse des clapets ne sont pas du tout atteints par L'accélération lors de la réaccélération. Cela signifie que legéignaux d'accélération ne remettent pas le frein en marche. 10 La roue continue donc à accélérer et le patinage diminue. C'est pourquoi aux points A et B les seuils de réponse des deux clapets sont atteints et la commande est reprise. Les freins sont donc de nouveau prêts pour d'autres phases de régulation. Un dispositif de sécurité est adjoint à la régulation 15 de la force de freinage. Il a pour "but de surveiller le fonctionnement de la régulation. En cas d'incident, même concernant le dispositif de sécurité, la régulation est déconnectée de manière que les freins du véhicule puissent fonctionner normalement. " Ce dispositif de sécurité est réalisé- sous la forme d'un 20 circuit électrique logique agissant sur la liaison entre les transistors de puissance et les éléments de commande, tels que des clapets électromagnétiques, ledit circuit amenant les éléments de commande au repos lorsqu'il est excité. Les signaux de commande des clapets, qui dans l'exemple représenté figure 1 25 sont disponibles aux points à (et également ceux des clapets d'échappement non représentés), peuvent être utilisés pour surveiller le dispositif de régulation. Si,tous les capteurs et l'appareil de régulation sont en "bon état, il n'y a aucune tension sur les points à K^. S'il se produit une régulation 30 lors d'un freinage, il y a des clapets de commandés. Du fait de la fréquence des phases de 'régulation, cette commande est de courte durée, s'il existe à un des points-à IC^ une tension continue, cela indique qu'il y a un défaut dans le dispositif de régulation. C'est ce critère qui est utilisé par la logique de 35 sécurité, par exemple pour supprimer l'alimentation électrique des clapets électromagnétiques. La mise hors service de l'installation de régulation après le début d'un freinage peut entraîner des conditiong&e 70 26774 -10- 2053068 roulement critiques. C'est pourquoi il est nécessaire de surveil 1er- déjà lorsque l'on roule sans freiner. Du fait que le dispositif de régulation fonctionne indépendamment de la commande des freins, on peut effectuer une surveillance constante sui-5 vant le principe précité. Par des mesures appropriées, on évite que, lorsqu'une ou plusieurs roues patinent -fortement sous l'effet de l'entraîne ment du moteur, le dispositif de sécurité agisse. Comme élément de décision logique on peut par exemple prendre la présence si-10 multanée d'une tension sur les clapets des roues non motrices lorsque l'on n'actionne pas le frein. Une autre possibilité de surveillance consiste à soumettre le régulateur de manière ininterrompue à un programme d'essai lorsque- les freins ne sont pas actionnés. 15 Le programme d'essai effectue une simulation des si gnaux de vitesse de rotation alternativement pour chaque roue et évalue de manière continue la réponse du régulateur (par exemple au moyen des tensions aux points à K^). 26774 -11- 2053068 - REVENDICATIONS - 1 - Dispositif de régulation de la force de freinage pour véhicules, en particulier pour véhicules automobile^ dans lequel chaque roue est munie d'un capteur destiné à indiquer 5 son état de rotation et dont les signaux agissent sur les freins lorsqu'ils passent, par valeurs croissantes ou décroissantes, par des valeurs de seuil déterminées, caractérisé par le fait qu'on utilise des capteurs qui permettent de capter aussi "bien le patinage que l'accélération de la roue et par*le fait que les 10 deux grandeurs représentant le patinage et l'accélération sont combinées pour former ion signal constituant le signal de commande des freins. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la grandeur fournie par.le capteur et propor- 15 tionnelle à la vitesse de rotation sert à former, d'une part, par comparaison avec un standard de comparaison, la grandeur représentant le patinage et, d'autre part, par différentiation, la grandeur représentant l'accélération. 3 - Dispositif selon une des revendications 1 ou 2, 20 . caractérisé par le fait que les deux grandeurs représentant le patinage et l'accélération sont comparées séparément aux valeurs de seuil et ce ne sont que les signaux en résultant qui forment ensuite le signal de commande. 4- - Dispositif selon une des revendications 1 à 3, ca-25 ractérisé par le fait que chaque roue est munie d'un générateur de fréquence disposé sur la roue ou entraîné par cette dernière. 5 - Dispositif selon la revendication 4-, caractérisé par le fait qu'à chaque générateur de fréquence est associé tin convertisseur fréquence-tension et chacun desdits converti s seurs 30 est relié d'une part, par l'intermédiaire d'une diode, à un point commun de formation de tension maximale (standard de comparaison) et, d'autre part, en contournant ledit point de tension maximale à un différentiateur. 6 - Dispositif selon la revendication 55 caractérisé 35 par le fait que la tension régnant au point de tension maximale est divisée au moyen de résistances en fonction du rapport de réponse désiré et la tension partielle obtenue est amenée à un amplificateur différentiel monté en interrupteur à seuil. 70 26774 -12- 20^5068 7 - Dispositif selon une des revendications 4 à 6, caractérisé par le fait que la sortie de chaque différentiateur alimente en parallèle deux éléments de mesure de fréquence qui sont reliés eux-mêmes chacun avec un amplificateur différentiel 5 monté en interrupteur à seuil. 8 - Dispositif selon la revendication 7» caractérisé par le fait que les éléments de mesure de fréquence sont différents pour la décélération et l'accélération. 9 - Dispositif selon une des revendications 1 à 8, 10 caractérise par le fait que l'on associe à chaque élément de commande du circuit de freinage un interrupteur à seuil, tel qu'un amplificateur différentiel, pour chacun des signaux de patinage, d'accélération et de décélération et par le fait que les signaux de sortie de ces amplificateurs différentiels sont 15 combinés au moyen d'un circuit logique conformément à un organigramme . . .10 - Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que lé circuit logique est constitué par des circuits intégrés et se compose pour chaque élément de commande 20 d'un circuit ÏTOR à trois entrées et d'un circuit ÏTOR à deux entrées.. 11 - Dispositif selon une des revendications 9 ou 10, caractérisé par le fait que la sortie de chaque interrupteur à seuil, c'est-à-dire de chaque amplificateur différentiel, est 25 reliée à une des entrées du circuit N0R à trois entrées dont la sortie est connectée à une des entrées du circuit H0R à deux entrées dont la deuxième entrée est reliée à l'amplifieateur différentiel représentant l'accélération. 12 - Dispositif selon une des revendications 1 à 11, ca-30 ractérisé par le fait qu'il comporte un dispositif de sécurité destiné à la surveillance continue de la régulation et qui s'oppose à la transmission des signaux aux éléments de commande, tels que des clapets, lorsqu'il existe des signaux défectueux. 13 - Dispositif selon la revendication 12, caractérisé 35 par le fait que le dispositif de sécurité est constitué par un circuit électrique logique agissant sur la liaison entre les transistors de puissance et les -éléments de commande, tels que des clapets électromagnétiques, ledit circuit amenant les élé 70 26774 -13- 2053068 ments ds commande au repos lorsqu'il est excité. 14 - Dispositif selon uns des revendications 1 à 13, caractérisé par 1s fait que le régulateur est soumis de manière continue lorsque les freins ne sont pas actionnés à un programm 5 d'essai dont les signaux simulés de vitesse de rotation engendrent des signaux de régulation qui sont surveillés de manière continue par un dispositif de sécurité.