Brevet FR2479120A1 — publié le 19811002

La présente invention concerne un procédé et un dispo- sitif pour le freinage d'une roue, notamment d'un aéronef roulant sur le sol, au moyen d'un frein alimenté en fluide sous pression à partir d'une source à pression stable et par l'intermédiaire d'un organe de commande, tel qu'une pédale, actionné volontairement. On sait que, dans un véhicule pour lequel la légèreté est primordiale, il est intéressant d'asservir la pres- sion de freinage à un signal électrique provenant d'une commande à faible puissance et éloignée des organes de puissance. Pour cela, on connaît déjà des dispositifs de freinage dans lesquels ledit signal électrique est appliqué à des servo-vannes commandant le passage du fluide hydraulique entre une source à pression stable d'un tel fluide et les freins. Cependant, de telles servo- vannes sont des organes complexes, c'est-à-dire coûteux et vulnérables; de plus, elles présentent un poids important. La présente invention a pour objet un procédé et un dis- positif de freinage permettant d'éliminer l'utilisation de telles servovannes et donc d'éviter les inconvénients de celles-ci. A cette fin, selon l'invention, le procédé pour le freina- ge d'une roue, notamment d'un aéronef roulant sur le sol, au moyen d'un frein alimenté en fluide sous pression à partir d'une source à pression stable et par l'intermé- diaire d'un organe de commande actionné volontairement, est remarquable en ce que l'on transforme l'actionnement dudit organe de commande en une première suite temporelle d'impulsions électriques de fréquence constante telles que la durée de chacune d'e celles-ci est une fonction croissante de l'amplitude instantanée dudit actionnement, en ce que l'on transforme ensuite ladite première suite d'impulsions en une seconde -2- suite temporelle correspondante d'impulsions de pression dudit fluide, telle qu'à chaque impulsion électrique soit associée une impulsion de pression représentative de celle-ci, en ce qu'on intégre les impulsions de pression de ladite seconde suite afin d'obtenir une pression moyenne et en ce qu'on applique ladite pression moyenne audit frein. Ainsi, cette pression moyenne intégrée est représentative de l'effort du pilote exercé sur ledit organe de commande, c'est-à-dire généralement une pédale. La relation entre cette pression moyenne et la durée de chaque impulsion est fidèle à condition que le récepteur hydraulique ait une loi de raideur constante, ce qui est le cas d'un frein à disquEà serrage hydraulique par exemple,lorsque les disques sont en contact. De préférence; lesdites première et seconde suites sontcons- tituées d'impulsions d'amplitude et de fréquence constantes,mais de largeur variable en fonction de l'amplitude de l'action- nement dudit organe de commande. On remarquera qu'un frein à serrage hydraulique est remarquable en ce qu'il demande d'abord une quantité de fluide à faible pression pour la mise en contact des disques, puis en ce qu'il devient un obstacle de grande raideur à la pression hydraulique. Aussi, il est avan- tageux que l'on prévoit, en dessous d'un certain seuil de pression du fluide dans le frein, la suppression au moins partielle de l'intégration. Ainsi, on peut obtenir une rapide mise en contact des disques, le débit en direction du frein étant important, puis, lorsque les disques sont en contact, le niveau de la pression de frei- nage est asservi par les suites d'impulsions. Avantageusement, le déplacement de l'organe de commande (enfoncement d'unepédale) peut être ressenti par le pilote -3- comme le volume de fluide à déplacer dans le frein, de même que l'effort sur l'organe de commande peut repré- senter la pression appliquée sur frein. Ainsi, la mise en contact des disques peut être commandée dès le premiermouvement de l'organe de commande, et maintenue pendant une course morte qui s'effectue sous effort faible. Puis, la pression au frein peut croître sans retard avec l'effort appliqué suivant une loi agréable au pilote. Un avantage important de l'invention réside en ce que l'organe hydraulique de commande peut être une simple électro-vanne capable d'accepter des ordres en tension continue; par exemple, dans le cas des aéronefs, des ordres de freinage peuvent être envoyés automatiquement en utilisant simplement le 28 Volt continu de bord, sans qu'il soit nécessaire de passer par un organe spécifique. De même, des ordres de défreinage provenant d'un dispo- sitif d'anti-dérapage sont acceptables directement et simplement par coupure d'une ligne électrique du dispo- sitif de commande de niveau de pression. Différents dispositifs de sécurité peuvent être intro- duits dans le circuit électrique: par exemple, on peut limiter la pression maximale à une valeur prédéter- minée inférieure à la pression de génération en utili- sant par exemple un mano-contacteur dont le rôle serait de couper l'alimentation de l'électro-vanne, quand la pression aurait atteint le tarage dudit mano-contacteur. Le système fonctionne alors de façon analogue à son mode normal de fonctionnement mais en boucle fermée. -4- Un dispositif pour la mise en oeuvre de l'invention, comportant un frein alimenté en fluide sous pression à partir d'une source à pression stable et par l'inter- médiaire d'un organe de commande dont l'actionnement volontaire est transformé, par un transmetteur, en un signal analogique fonction de l'amplitude dudit action- nement est donc remarquable en ce qu'il comporte des premiers moyens pour transformer ledit signal analo- gique en une première suite temporelle d'impulsions élec- triques à fréquence constante,telles que la durée de chacune de celles- ci soit une fonction croissante de l'amplitude dudit signal ana- logique, des seconds moyens pour transformer ladite première suite d' impulsions en une seconde suite d'im- pulsions de pression dudit fluide,telle qu'à chaque impul- sion électrique soit associée une impulsion de pression représentative de celle-ci et des moyens d'intégration desdites impulsions de pression de ladite seconde suite. De préférence, lesdits premiers moyens comportent un multi- vibrateur pourvu d'au moins un composant à caractéristi- que variable en fonction de l'amplitude du signal analo- gique. Lesdits seconds moyens peuvent comporter une vanne à trois voies et à deux positions, susceptible de mettre en communication, pour la première desdites positions, le frein et le retour vers ladite source et, pour la seconde desdites positions, le frein et la sortie de pression de ladite source. Avantageusement, cette vanne est constituée par un distributeur à tiroir, ce tiroir étant commandé par un électro-aimant recevant ladite première suite d'impulsions. Les moyens d'intégration peuvent être formés par un ori- fice calibré. Pour réaliser la suppression au moins partielle de l'in- tégration des impulsions de pression, on peut monter, -5- on parallèle sur les moyens d'intégration, une canalisation canpor- tant une vanne coemandée par la pression du fluide dans le frein.Cette vanne peut alors être commandée par un manomètre relié à une prise de pression disposée dans la conduite reliant lesdits seconds moyens au frein. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une vue d'ensemble schématique d'un mode de réalisation du dispositif de freinage selon l'in- vention. Les figures 2a à 2e sont desdiagrammes explicatifs du fonctionnement du dispositif de la figure 1. Le dispositif de freinage selon l'invention, montré par la figure 1, comporte une pédale d'actionnement 1 pouvant tourner autour d'un axe 2 et commandant un transmetteur de pédale 3. Ce transmetteur 3, qui, dans l'exemple représenté, est du type transmetteur de déplacement (mais qui pourrait aussi être du type capteur d'effort) fournit à sa sortie 4 une grandeur électrique E (courant ou tension), qui est une fonction K de l'angle d'enfon- cement O de la pédale 1 (voir la figure 2a). La sortie 4 du transmetteur 3 est reliée à l'entrée de commande 5 d'un générateur 6 susceptibles d'engendrer des signaux rectangulaires d'amplitude constante, mais de largeur et/ou d'espacement variables en fonction de l'amplitude de la grandeur électrique E appliquée à l'entrée de commande 5. Par exemple, comme illustré schématiquement sur la figure 1, le générateur 6 présente la structure d'un multivibrateur dissymétrique, dont la dissymétrie peut être modifiée grâce à la variation de valeur d'un de ses constituants. Dans le présent -6- exemple, on a supposé que l'une des capacités des liaisons croisées était du type condensateur variable et que l'entrée de commande 5 était constituée par l'électrode de polarisation de ce condensateur variable. Ainsi, à la sortie 7 du générateur 6, on obtient des créneaux d'amplitude constante dont la durée et/ou l'espacement sont fonction de l'amplitude de la grandeur E et donc de l'angle d'enfoncement 8 de la pédale 1. Les figures 2b et 2c montrent respectivement en fonction du temps t, le signal en créneaux U obtenu à la sortie 7 du générateur 6 dans le cas o la pédale est enfoncée d'un angle 01 ou 02 Dans le premier cas, les créneaux L, dont l'amplitude est Um, ont une largeur t1 et sont espacés de t2, avec t1 t' ontunelareur'1 21 2 et t' + t' = constante. Le signal d'entrée K peut être prévu (et programmé) pour que l'on puisse faire varier le rapport t t t1 %' k - t2 (ou-t-) de 0 à 100 %. t2 Grâce à une ligne de transmission 8, le signal U apparais- sant à la sortie 7 du générateur 6 alimente,éventuel- lement après amplification et mise en forme,la bobine 9 d'un électroaimant, dont le noyau plongeur 10 est rendu solidaire d'un tiroir coulissant 11 d'un distribu- teur 12. Ce distributeur 12 comporte trois orifices dont le premier,13, est relié à la sortie d'une source 14 de fluide sous pression stable (par exemple comprise entre 50 et 200 bars) et dont le second, 15, est réuni au retour de ladite source. Le troisième orifice 16 est relié, par une conduite 17, au frein 18 associé à une roue 19. Sur la conduite 17 est prévu un trou calibré 20. -7- En position de repos de l'électro-aimant 9, 10, le tiroir 11 est dans la position représentée sur la figure 1 et relie l'orifice 16 avec le retour 15 de la source 14. En revanche, lorsque l'électro-aimant 9,10 est exci- té le tiroir prend la position en pointillés et relie l'orifice 16 avec la sortie 13 de la source 14. Ainsi, à chaque créneau L, l'électro-aimant 9,10 est excité pendant la durée t1 correspondante, de sorte que le tiroir 11 est animé d'un mouvement de coulissement alternatif entre ces deux positions et qu'il en résulte qu'à l'orifice 16 la-pression P du fluide varie tempo- rellement selon des créneaux M synchrones des créneaux L. A chaque créneau L, une certaine quantité q1 de fluide va de la source 14 au frein 18. A cause de l'orifice 20, cette quantité q1 est, au moins en première approximation, proportionnelle à la racine carrée de la différence entre la pression P de la source 14 et la pression moyenne Pm dans le frein, ainsi qu'à la durée t1, de sorte que l'on peut écrire q1 = Pg --Pm x t1 x Cl, o C1 est un coefficient de proportionnalité. En revanche, pendant chaque intervalle entre deux cré- neaux L, l'électro-aimant 9,10 est désexcité et une certaine quantité q2 de fluide va du frein 18 vers le re- tour 15. Cette quantité q2 est approximativement propor- tionnelle à la racine carrée de la pression moyenne Pm dans le frein et à la durée t2, de sorte que q2 V x t2 x C2, o C2 est un coefficient de proportionnalité. La pression Pm se stabilise après plusieurs cycles lorsque q1 = q2 (voir la figure 2e). A ce moment, -8- g/- m x tX 1 =m/4 2 X de sorte que,... C. x k2 t 21 1 on voit donc que, P étant constante, la valeur de la pression moyenne P dans le frein 18 varie avec le m t' rapport k = -. Toutefois, des oscillations autour de t2 la pression moyenne apparaissent en fonction de la raideur du circuit de fluide, de la fréquence des cré- neaux L et de la dimension de l'orifice calibré. On peut envisager d'utiliser des orifices 20 différents pour les quantités q1 allant de la source 14 au frein 18 et pour les quantités q2 allant du frein 18 à la source 14, quoique cela ne soit pas représenté sur les dessins.. Ainsi, en choisissant pour les quantités q2,un orifice de plus grand diamètre que pour les quantités q1, on peut accélérer la réalisation de l'équilibre de la pres- sion P m Par ailleurs, notamment pour accélérer la mise au contact des disques du frein 18, on peut prévoir le shuntage de l'orifice 20. A cet effet, dans une conduite de dériva- tion 21 en parallèle sur l'orifice 20, on dispose une vanne 22 susceptible d'être commandée par un mano- mètre 23, dont la prise de pression 24 est reliée à la conduite 21. Le manomètre 23 maintient la vanne 22 ouverte en dessous d'un certain seuil de pression de la conduite 21, mais commande ladite vanne 22 à la ferme- ture au-dessus dudit seuil. Ainsi, l'orifice 20 est shunté à l'établissement initial de la pression dans le frein 18, de sorte que cet établissement initial peut être rapide.Ensuite, à partir dudit seuil,la vanne 22 se ferme de sorte que le fluide est obligé de passer par l'orifice 20, qui intègre les impulsions de pression de la façon décrite ci-dessus. La fréquence constante desdites impulsions peut par exemple être de 50 Hz. R E V E N D I C A T I O NS 1.- Procédé pour le freinage d'une roue, notamment d'un aéronef roulant sur le sol, au moyen d'un frein alimenté en fluide sous pression à partir d'une source à pression stable et par l'intermédiaire d'un organe de commande actionné volontairement, caractérisé en ce que l'on transforme l'actionnement dudit organe de commande en une première suite temporelle d'impulsions électriques à fréquence constante,telles que la durée de chacune de celles-ci est une fonction croissante de l'amplitude instantanée dudit action- nement, en ce que l'on transforme ensuite ladite première suite d'impulsions en une seconde suite temporelle corres- pondante d'impulsions de pression dudit fluide, telle qu'à chaque impulsion électrique soit associée une impulsion de pression représentative de celles-ci, en ce qu'on intègre les impulsions de pression de ladite seconde suite afin d'obtenir une pression moyenne et en ce qu'on applique ladite pression moyenne audit frein. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites première et seconde suites sont constituées d'impulsions d'amplitude et de fréquence constantes,mais de largeur variable en fonction de l'amplitude de l'actionnement dudit organe de commande. 3.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on prévoit, en dessous d'un certain seuil de pression du fluide dans le frein, la suppression au moins partielle de l'intégration. 4.- Dispositif pour le freinage d'une roue, conformément au procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 3, ce dispositif comportant un frein alimenté en fluide sous pression à partir d'une source à pression stable et par l'intermédiaire d'un organe de commande dont l'actionne- -10- ment volontaire est transformé, par un transmetteur, en un signal analogique fonction de l'amplitude dudit actionnement, caractérisé en ce qu'il comporte des pre- miers moyens pour transformer ledit signal analogique en une première suite temporelle d'impulsions électriques, à fréquence constante telles que la durée de chacune de celles-ci soit une fonction croissante de l'amplitude dudit signal analogique, des seconds moyens pour transformer ladite première suite d'impulsions en une seconde suite d'imnulsions de pression dudit fluide, telle qu'à chaque imoulsion électrique soit associée une impulsion de pression représentative de celle-ci et des moyens d'inté- gration desdites impulsions de pression de ladite seconde suite. 5.Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens comportent un multivibra- teur pourvu d'au moins un composant à caractéristique variable en fonction de l'amplitude du signal analogique. 6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que lesdits seconds moyens comportent une vanne à trois voies et à deux positions, susceptible de mettre en communication, pour la première desdites positions, le frein et le retour vers ladite source et, pour la seconde desdites positions, le frein et la sortie de pression de ladite source. 7.- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite vanne est constituée par un distributeur à tiroir, ce tiroir étant commandé par un électro- aimant recevant ladite première suite d'impulsions. 8.-.Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que lesdits moyens d'intégra- tion sont formés par un orifice calibré. -11- 9.-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que, en parallèle sur lesdits moyens d'intégration, est montée une vanne commandée par la pression du fluide dans le frein. 10.- Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite vanne est commandée par un manomètre relié à une prise de pression disposée dans la conduite reliant lesdits seconds moyens au frein.