Brevet FR2539687A1 — publié le 19840727

La présente invention concerne un procédé de commande de la distribution de force de freinage à l'essieu avant et à l'essieu arrière d'un véhicule automobile en fonction de la répartition de charge statique et dynamique sur les essieux et en fonction d'autres grandeurs mesurées tirées du comportement au freinage, dans lequel les grandeurs mesurées utilisées pour la commande sont obte- nues au moyen de capteurs de valeurs de mesure, également appelés "senseurs", et sont combinées et traitées électroniquement, et dans lequel la pression de freinage sur les roues arrière est commandée 1 I) en relation avec la pression de freinage sur les roues avant En outre, l'invention concerne aussi un distributeur de force de frei- nage, notamment pour véhicule automobile, pour mettre en oeuvre ce procédé, ce distributeur comportant: des senseurs pour déter- miner des grandeurs mesurées utilisables pour commander la distri- bution de force de freinage; des circuits électroniques pour combi- ner, traiter et exploiter les signaux des senseurs et pour produire des signaux de commande pour un ou plusieurs modulateurs de la pres- sion de freinage. On connaît déjà un distributeur de force de freinage de ce genre, dans lequel la répartition de charge statique sur les es- sieux du véhicule à l'arrêt est mesurée par des senseurs et mémorisée dans un microcalculateur qui, tenant compte de ces valeurs mesurées, selon une relation mathématique mémorisée, et de la pression mesurée Jans les circuits de l'essieu avant et de l'essieu-arrière, commande la distribution de force de freinage (brevet euro- péen ne EP-Al 062246) Un inconvénient de ce dispositif est que la valeur effective de l'adhérence entre chaussée et roues à l'essieu arrière et à l'essieu avant ne peut exercer aucune influence sur la distribution de force de freinage, de sorte que, pour éviter un excès d freinage dangereux à l'essieu arrière,ila contribution de ce dernier au freinage est en général faible. Les distributeurs de force de freinage habituellement utilisés aujourd'hui se limitent à une régulation, établie une fois pour toutes, faite en fonction de la pression On connaît également de nombreuses variantes de distributeurs de force de freinage opérant en fonction de la charge ou de la décélération Une adaptation satisfaisante n'est obtenue, même au prix d'une grande complication de montage et de réglage, que tout au plus dans l'un des deux cas-limites "véhicule non chargé"/"véhicule chargé", de sorte que, dans de nombreuses conditions de marche, le taux d'utilisation de l'adhérence qu'il serait théoriquement possible d'atteindre à l'essieu avant et à l'essieu arrière n'est en fait pas atteint. L'invention a donc pour but d'améliorer la distribution de force de freinage dans les véhicules automobiles de façon que, dans les deux caslimites "véhicule vide" et "véhicule chargé", et lors de chaque freinage, la distribution de force de freinage soit adaptée, avec une bonne approximation, à la répartition effective des charges dynamiques et statiques L'invention vise également l'obtention de ce résultat au moyen d'un distri- buteur de force de freinage relativement peu compliqué. Selon l'invention, ce but est atteint, avec une surprenante simplicité, par le fait que l'on mesure, directement ou indirectement, le comportement de rotation des roues à l'essieu avant et à l'essieu arrière, ainsi que la décélération longitudinale du véhicule, et l'on en tire le glissement de freinage aux roues avant et arrière, ou d'es valeurs mesurées proportionnelles à ce glissement de freinage, et par le fait qu'à l'aide de la commande et des modulateurs de pres- sion de freinage appropriés, on limite le glissement de freinage des roues arrière à environ 70 à 100 % du glissement de freinage des roues avant, cela en réglant, par modulation de la pression de freinage aux roues arrière, le coefficient de friction aux roues arrière à environ 80 à 100 %, de préférence 85 à 97 %, du coefficient de friction aux roues avant Un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé selon l'invention est tel que les senseurs soient conçus et 3 () agencés pour mesurer le comportement en rotation des roues à l'essieu avant et à l'essieu arrière, et tel que, à l'aide du modulateur, la pression de freinage aux roues arrière puisse etre commandée de façon que, tant que les roues avant ne bloquent pas, le coefficient de fric- tion aux roues arrière soit de 80 à 100 %, et de préférence de 85 à 97 %, du coefficient de friction aux roues avant D'avantageu- ses formes d'exécution du procédé et du dispositif selon l'inven- tion sont également indiquées ci-après. L'invention repose donc sur la reconnaissance du fait que le glissement de freinage à l'essieu avant et à l'essieu arrière d'un véhicule convient particulièrement bien pour commander-la dis- tribution de force de freinage, autrement dit pour concevoir un distributeur de force de freinage efficace et relativement simple à réaliser Les grandeurs de mesure nécessaires peuvent être obtenues avec des senseurs ou capteurs de vitesse classiques, à partir des signaux desquels on peut déduire la décélération et une vitesse de référence, et avec éventuellement un senseur supplémentaire pour mesurer la vitesse de translation du véhicule Des moyens électro- niques traitant et combinant logiquement, de façon classique, les signaux de ces senseurs, engendrent des signaux de commande pour des électrovalves qui commandent directement la part de pression de frei- nage agissant sur l'essieu arrière On arrive ainsi, d'une part, à ce que les roues avant et arrière contribuent à peu près également au freinage du véhicule et, d'autre part, à la certitude que les roues arrière ne pourront se bloquer qu'après les roues avant, ce qui est d'une grande importance pour la stabilité directionnelle du véhicule. Les différents objets et caractéristiques de l'invention seront maintenant détaillés dans la description qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent-: la figure 1, un schéma fonctionnel simplifié, par blocs, d'un mode de réalisation du distributeur de force de freinage selon l'invention; la figure 2 a, un diagramme montrant, dans sa partie droi- te, la relation entre le coefficient de friction (en ordonnées) et le glissement de freinage (S, en abcisses), et dans sa partie gau- che, la relation entre coefficient de friction et freinage (z, en abcisses), ce diagramme illustrant une distribution de force de freinage d'un type connu; la figure 2 b, un diagramme du même type que celui de la figure 2 a, mais appliqué à une commande selon le procédé de l'inven- tion; la figure 3, un diagramme montrant l'évolution, au cours du temps, de la pression de freinage sur une roue avant et sur une roue arrière, dans un cas d'utilisation d'une réalisation selon la figure 1; la figure 4, un diagramme illustrant, selon le même mode que la figure 3, l'évolution de la pression dans un autre type de réalisation de l'invention; la figure 5, un diagramme relatif aux mêmes grandeurs que celui selon la figure 4, mais illustrant un autre mode de réa- lisation, avec limitation de pression en début de blocage; et la figure 6, un schéma fonctionnel simplifié d'un mode de réalisation du distributeur de force de freinage selon l'invention, avec répartition des circuits de freinage "en diagonale". Dans le type-de réalisation de l'invention représenté sur- la figure 1, le distributeur de force de freinage selon l'invention est constitué, pour l'essentiel, par un régulateur 1, par plusieurs senseurs 2, 3 et 4, et par un modulateur de pression de freinage,5, qui dans l'exemple représenté, se compose d'une valve à réponse ràpide, 6, actionnable électromagnétiquement ("électrovalve"), du type à deux positions et deux voies, et d'une valve antiretour 7 pour la chtte rapide de la pression lors du desserrage des freins. Le comportement en rotation des roues de l'essieu avant (O Ri) et des roues de l'essieu arrière (a Ri) est déterminé par les senseurs respectifs 2 et 3 Pour cela, on peut recourir de façon connue, pour chaque senseur, à un capteur de vitesse de rotation inductif, un seul senseur par essieu étant suffisant dans la plu- part des cas Pour mesurer la décélération du véhicule, le senseur 4 peut être réalisé, par exemple, sous la forme d'un senseur élec- tromécanique connu, du type "à translation" Toutefois, une vitesse de référence appropriée peut aussi être formée à l'aide de senseurs de vitesse des roues et, par combinaison adéquate des signaux de ces senseurs, ou par formation de la moyenne des mesures de plusieurs senseurs de vitesse. Les circuits électroniques pour traiter et combiner les signaux des senseurs, et pour engendrer les signaux de commande destinés à la valve d'ouverture/fermeture 6 se trouvent dans le bloc de circuit 1 Pour former les impulsions de cadencement de la commande de la valve d'ouverture/fermeture 6, on peut utiliser un microcalculateur dans le bloc 1. Tant qu'elle est exempte de courant, l'électrovalve 6 selon la figure 1 relie le circuit hydraulique des roues avant, VR, au circuit hydraulique des roues arrière, HR, du système de frei- nage Pour réduire la part de force de freinage attribuée à l'essieu arrière, la valve 6 est fermée de manière pulsatoire, ce qui sera expliqué plus loin en se reportant aux figures 3 et 4. Les valeurs des caractéristiques de freinage, prises comme constantes lors de l'étude de la répartition des forces de freinage, subissent en fait, en pratique, des modifications notables, dues par exemple aux tolérances de réalisation du coefficient de frottement, au vieillissement, à l'encrassement, aux variations de température, etc Il en résulte que la caractéristique de répartition des forces de freinage peut différer notablement de celle initialement calculée. Avec le procédé selon l'invention, ces variations sont toutefois prises en compte car le glissement À des pneumatiques, proportionnel à l'adhérence effective, ou des grandeurs de mesure tirées du glissement des pneumatiques, sont évalués pour commander la répartition des forces de freinage Les figures 2 a et 2 b illustrent ce mode d'action et le progrès atteint. Le diagramme de la figure 2 a s'applique aux distributeurs de force de freinage classiques, avec répartition des forces de freinage entre essieu avant et essieu arrière déterminée une fois pour toutes Dans le cas d'un effort de freinage de, par exemple, z = comme représenté, on observe, à l'essieu avant VR, un coefficient de friction de f VR = 0,46, tandis que, pour l'essieu arrière HR, le coefficient de friction est seulement de f = 0,19, ce coefficient de friction exprimant un rapport entre la force tangentielle et la force r male exercées sur un pneumatique au point de contact avec la surface d E roulement Les points de fonctionnement correspondants sur la courbe cc ficient de friction/glissement, sur la partie droite de la figure 2 a, s donc séparés par un écart notable La contribution de l'essieu arrière 2539687. au freinage est donc relativement faible. Dans le cas d'une distribution des forces de freinage selon les enseignements de l'invention, autrement dit lorsqu'on utilise un distributeur de forces de freinage selon l'invention, comme celui décrit en considérant la figure 1, les deux essieux contribuent presque également au freinage, puisque la part de pression de freina- ge transmise aux roues arrière est régulée de façon que le coeffi- cient de friction à l'essieu arrière ne soit en-dessous de celui i l'essieu avant que d'une valeur prédéterminée, de quelques pour- cent, de préférence de 3 à 15 % Pour une pression de maître-cylin- dre donnée, la distance de freinage est donc notablement plus courte, puisque l'on fait plus fortement appel aux roues arrière, notamment lors des petits freinages. Comme déjà indiqué en décrivant le mode de réalisation selon la figure 1, la variation de la part de pression de freinage attribuée à l'essieu arrière peut être obtenue de façon particuliè- rement simple, mais néanmoins très précise et finement dosable, par une commande rythmée de la valve d'ouverture/fermeture 6 Il en résulte, comme indiqué sur les figures 3 à 5, une montée "pulsée" de la pression PHR aux roues de l'essieu arrière Par variation du rapport d'impulsions des signaux de commande amenés à la valve d'ou- verture/fermeture 6, depuis le bloc de circuit 1, donc par variation de la manoeuvre de la position "ouverture" à la position "fermeture", -on obtient la répartition de pression de freinage désirée sur l'essieu avant et l'essieu arrière. L'évolution, au cours du temps, de la pression de freinage p VR à l'essieu avant, comparativement à la pression de freinage PHR à l'essieu arrière, telle qu'indiquée sur la figure 3, s'applique de préférence aux véhicules dont l'essieu avant comporte des freins à disque et l'essieu arrière des freins à tambour Avec les systèmes de freinage de ce genre, afin d'abréger le processus d'application des freins à tambour en début de freinage, il est recommandé d'admet- tre pendant un temps bref t 1 une montée non ralentie de la pression à l'essieu arrière, depuis l'origine, et de prévoir, seulement alors, une phase d'arrêt de pression t 2 avant la progression pulsa- 2539687. toire de la pression à l'essieu arrière. Dans le cas des véhicules ayant des freins du même genre à l'avant et à l'arrière, une commande de la montée en pression selon la figure 4 est par contre préférable La pression aux roues avant, PVRP croit, là encore, linéairement, proportionnellement à la force à la pédale La pression P aux roues arrière, là encore établie de manière pulsatoire, "suit" par contre la pression aux roues avant avec un décalage dans le temps, et n'atteint qu'à l'ins- tant t 1 H sa valeur constante qui est déterminée par l'électronique, selon les critères choisis. Dans le cas des véhicules ayant des freins du même genre à l'avant et à l'arrière, une commande de la montée en pression selon la figure 4 est par contre préférable La pression aux roues avant, PVR' croît, là encore, linéairement, proportionnellement à la force à la pédale La pression P aux roues arrière, là encore établie de manière pulsatoire, "suit" par contre la pression aux roues avant avec un décalage dans le temps, et n'atteint qu'à l'instant t H sa valeur constante qui est déterminée par l'électronique, selon les critères choisis. En outre, dans un autre mode de réalisation de l'invention, illustré par la figure 5, l'électronique est conçue de façon qu'en cas de décèlement'd'un risque de blocage aux roues avant à l'instant t A instant du début de blocage tout accroissement supplémentaire de la pression PHR à l'essieu arrière, au-delà de PHRO' soit évité. Une tendance au blocage, ou un risqué de blocage, peuvent être déce- lés, par exemple électroniquement, à partir de la variation de vites- se mesurée avec les senseurs 2 et 3, autrement dit à partir du ralen- tissement des roues Si ces valeurs des mesures excèdent un seuil supérieur, cela peut être interprété comme un début de blocage. Si l'accroissement de la pression aux roues arrière est, comme représenté sur les figures 4 et 5, maintenu en retrait par rapport à la pression aux roues avant, la limitation de la montée en pression à l'essieu arrière permet, s'il y a détection d'une ten- dance au blocage des roues avant, d'éviter dans de nombreux cas un blocage des roues arrière Cela est dû à ce que la logique décide déductivement d'interdire la poursuite de la montée en pression à l'essieu arrière Comme, ainsi que déjà décrit, la montée en pres- sion à l'essieu arrière "suit", avec un décalage dans le temps, la pression à l'essieu avant, il en résulte que la roue arrière est encore, à cet instant, éloignée du maximum de la courbe adhérence- glissement de freinage et ne va donc sûrement pas se bloquer. Cette variante du régulateur du glissement de freinage selon l'in- vention est très importante du point de vue de la stabilité direc- tionnelle du véhicule. îo Dans le cas du véhicule symboliquement représenté sur la figure 6, équipé du régulateur de force de freinage selon l'invention, on a prévu deux circuits de freinage hydrauliques qui sont affectés aux roues selon une répartition "en diagonale" Le raccord hydrauli- que 10 sur un maître-cylindre en tandem 9 actionné par la pédale de * 15 frein S conduit directement au cylindre de frein de la roue avant droite, V ht et conduit, via une soupape séparatrice à bille, 12, à la roue arrière gauchr H link De la même façon, le deuxième circuit de freinage va, par le raccord 11, directement à la roue avant gauche Vlinks et, via une électrovalve séparatrice 13, à la roue arrière droite Hht Une valve antiretour 14, pour la chute rapide de la pression lors de desserrage des freins, est montée en parallèle de l'électrovalve 13. Le mode de fonctionnement de l'agencement selon la figure 6 correspond à celui de l'agencement selon la figure 1 Un circuit de combinaison électronique central, 15, comportant ici un micro- processeur, reçoit des signaux correspondant au comportement en ro- tation des roues arrière, ces signaux étant captés par les senseurs 16, 17, et reçoit d'un senseur 18 un signal correspondant à la vitesse moyenne des roues avant et reçoit enfin un signal de décélération produit à l'aide d'un senseur 19 Le senseur 18 est disposé, dans ce cas, sur le mécanisme de différentiel 20 par lequel les roues avant sont entraînées. Lors de l'actionnement des' freins par la pédale 8, la pression aux deux roues avant croît immédiatement Dès que l'électro- valve 13 a été commandée, autrement dit excitée et commutée, la 2539687. montée en pression dans la roue arrière droite Hrechts peut commencer En même temps, par la liaison hydraulique allant de l'é- lectrovalve 13 à la soupape à bille 12, le piston de commande de cette dernière est déplacé, ce qui a pour effet que la roue arrière gauche Hlinks est raccordée au deuxième circuit de freinage. Au lieu de la soupape à bille 12, on peut utiliser une deuxième électrovalve qui est alors commandée elle aussi par le bloc de circuit 15 et qui est opportunément exploitée parallèlement à l'électrovalve 13. En outre, dans de nombreux cas, il peut être avantageux que l'électrovalve 13 soit, tout comme la soupape à bille 12, réalisée en tant que partie intégrante du maître-cylindre en tandem 9. -2539687 REVENDICA Tl ONS 1 Procédé de commande de la distribution de force de freinage à l'essieu avant et à l'essieu arrière d'un véhicule auto- mobile en fonction de la répartition de charge statique et dynami- que sur les essieux et en fonction d'autres grandeurs mesurées tirées du comportement au freinage, procédé dans lequel les gran- deurs mesurées utilisées pour la commande sont obtenues au moyen de senseurs, combinées et traitées électroniquement, et dans lequel la pression de freinage sur les roues arrière est commandée en rela- tion avec la pression de freinage sur les roues avant, à l'aide de modulateurs, caractérisé en ce que l'on mesure, directement ou indirectement, le comportement en rotation des roues à l'essieu avant et à l'essieu arrière, ainsi que la décélération longitudinale du véhicule, et l'on en déduit le glissement de freinage (A) aux roues avant et arrière, ou des valeurs mesurées proportionnelles à ce glissement de freinage, et en ce qu'à l'aide de la commande et de modulateurs de pression de freinage appropriés, on limite le glis- sement de freinage des roues arrière à environ 70 à 100 % du glis- sement de freinage des roues avant, cela en réglant, par modulation de lapression de freinage aux roues arrière, le coefficient de friction (f VR) aux roues arrière à environ 80 à 100 %, de préfé- rence 85 à 97 %, du coefficient de friction (f HR) aux roues avant 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'après la naissance d'une tendance au blocage des roues avant on maintient constante la pression de freinage aux roues arrière. 3 Procédé selon la revendication l ou 2, caractérisé en ce que, lors de la croissance de la pression de freinage, la pression de freinage (P HR) aux roues arrière suit, avec un retard de quelques millisecondes, la pression de freinage (PVR) aux roues avant. 4 Distributeur de force de freinage, notamment pour véhicules automobiles, pour mettre enoeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comportant: des senseurs pour déterminer des grandeurs mesurées utilisables pour commander la distribution de force de freinage; des circuits électroniques pour combiner, traiter et exploiter-les signaux des senseurs et pour pro- 2539687. duire des signaux de commande; et un ou plusieurs modulateurs pour commander la pression de freinage à l'essieu arrière en fonction de la pression de freinage à l'essieu avant et en fonction des signaux des senseurs, caractérisé en ce que les senseurs ( 2, 3, 16, 17,9 18) sont conçus et agencés pour mesurer le comportement en rotation (WVR' MHR) des roues à l'essieu avant (VR) et à l'essieu arrière (HR), et en ce que, à l'aide du modulateur ( 5), la pression de freinage (PHR) aux roues arrière peut être commandée de façon que, tant que les roues avant ne bloquent pas, le coefficient de friction(f HR) aux roues arrière soit de 80 à 100 %, et de préférence de 85 à 97 %, du coefficient de friction (f VR) aux roues avant. Distributeur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il est prévu, en plus, un senseur ( 4) pour mesurer la décéléra- tion longitudinale (-b) du véhicule, senseur dont les signaux de sortie sont combinables, dans le circuit électronique ( 1), aux signaux venant de l'essieu avant (VR) et de l'essieu arrière (HR). 6 Distributeur selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le modulateur ( 5) est constitué, pour l'essentiel, par une électrovalve ( 6, 13) à deux positions et deux voies, à réponse ra- pide, qui, en l'absence de courant, relie le circuit hydraulique relatif à l'essieu avant (VR) à celui relatif à l'essieu arrière (HR), et qui interrompt cette communication après excitation. 7 Distributeur selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le modulateur ( 5) comporte une électrovalve ( 6) à deux posi- tions et deux voies, à réponse rapide, qui, lorsqu'elle est excitée, établit une communication hydraulique entre le circuit relatif à l'avant et le circuit relatif à l'arrière (HR) et qui, lorsqu'elle n'est pas excitée, interrompt cette communication. 8 Distributeur selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le circuit électronique ( 1, 15) pour le traitement des signaux des senseurs et pour produire les signaux de commande, c'est-à-dire les signaux de commande attaquant le modulateur ( 5), contient, comme composant essentiel, un microproces- seur. 9 Distributeur selon l'une quelconque des revendications 4 * 35 à 8, caractérisé en ce qu'il est inséré dans un système de freinage hydraulique à deux circuits avec répartition "en diagonale", la distribution de la pression de freinage dans un premier circuit (Vli k H ht) étant modifiable à l'aide d'une électrovalve ( 13) l inks' Hrechts) à deux positions et deux voies commandée en fonction du glissement de freinage, et la distribution de la pression de freinage dans le deu- xième circuit de freinage (Vrechts, Hlinks) étant modifiable à l'aide d'une soupape séparatrice à bille commandée hydrauliquement en fonction de la pression de freinage dans le circuit de la roue arrière du premier circuit de freinage (Vlinks, Hechts). - -