Brevet FR2545053A1 — publié le 19841102

DISPOSITIF DE FREINAGE A ACTIONNEMENT MECANIQUE La présente invention a pour objet un dispositif de frei- nage, notamment pour véhicules automobiles, comprenant un moteur de frein muni d'un dispositif d'actionnement mécanique de type rotatif incluant, de préférence, un mécanisme du genre vis-et-écrou à pas dit réversible, et un vérin de commande relié par un moyen de transmission de force audit dis positif d'actionnement. Le brevet français NI 1 340 290 illustre un dispositif de freinage de ce genre, dans lequel le moyen de transmission de force, qui convertit le mouvement de translation rectiligne de l'organe de sortie du vérin de commande en un mouvement angulaire de la vis du dispositif dfac- tionnement mécanique du moteur de frein, est constitué par un système clam sique à tige et manivelle Même en admettant que l'effort engendré dans le vérin de commande soit constant sur toute la longueur de course de la tig E du piston, un tel dispositif de freinage présente l'inconvénient d'appli- quer un couple variable à la vis du dispositif d'actionnement en raison de la modification progressive du bras de levier effectif de la manivelle qui y est attachée En outre, la rotation qu'il est possible de communiquer à la vis du dispositif d'actionnement est pratiquement limitée à un angle de 600 à 900 au maximum, ce qui peut s'avérer insuffisant pour certaines ap- plications. Le problème ci-dessus évoqué de la non-constance du couple appliqué à la vis du dispositif d'actionnement du moteur de frein s'aggra- ve encore lorsqu'on utilise comme vérin de commande, non plus un vérin à action directe, mais un vérin du type dit "cylindre à ressort" dans lequel un puissant ressort est normalement maintenu comprimé par un piston ou autre organe soumis à l'action d'un fluide sous pression et se détend en libérant un effort moteur lorsque cesse l'action de ce fluide En effet, dans ce genre de vérin qui est souvent installé sur des véhicules lourds comme moyen de freinage de secours ou de stationnement, l Veffort moteur développé par le ressort décroît appréciablement au fur et à mesure de sa détente alors qu'il serait au contraire souhaitable de disposer d'un effoi constant, voire même accru, au fur et à mesure du serrage du frein Cet effet s'ajoute à celui de la réduction du couple appliqué à la vis qui ré. sulte de la diminution progressive du bras de levier de la manivelle, ccm me exposé ci-dessus. La présente invention se donne en conséquence pour but d'a- méliorer les performances d'un tel dispositif de freinage, soit en rendant le couple appliqué à l'organe rotatif du dispositif d'actionnement du mo- teur de frein indépendant de la course de l'organe de sortie du vérin de commande, soit, plus généralement, en le soumettant à toute autre loi de variation désirée autre que celle qui découle de l'affaiblissement de l'effort moteur du ressort au cours de sa détente et/ou de la diminution progressive du bras de levier effectif de la manivelle. L'invention se donne également pour but d'accroître appré- ciablement l'angle de rotation maximal qu'il est possible de communiquer, dans un tel dispositif de freinage, à l'organe rotatif du dispositif d' actionnement du moteur de frein; ceci peut notamment permettre d'augmen- ter le jeu de garde des garnitures du frein, ou encore d'accroître la pression exercée sur celles-ci en cours de freinage grâce à une réduction du pas de la vis du mécanisme moteur. Ces buts sont atteints, conformément à l'invention, et dans un dispositif de freinage du genre défini ci-dessus, grâce au fait que le moyen de transmission de force interposé entre le moteur de frein et le vérin de commande comprend un organe en forme de came solidaire de l'or- gane rotatif du dispositif d'actionnement mécanique du moteur de frein, et un organe souple de transmission (câble ou chaîne par exemple) attaché à l'une de ses extrémités à l'organe de sortie du vérin de commande et tenu enroulé à son autre extrémité sur ledit organe en forme de came, le profil de cette dernière étant déterminé de manière à ce que le couple appliqué à l'organe rotatif du dispositif d'actionnement mécanique du mo- teur de frein suive une loi de variation désirée en fonction de la course de l'organe de sortie du vérin de commande Dans la majorité des applica- tions, le profil de la came sera dessiné de manière à assurer la constance du couple appliqué à l'organe rotatif du dispositif d'actionnement sur une partie au moins de la course de l'organe de sortie du vérin de commande. Dans une forme préférentielle de réalisation, l'organe en forme de came est constitué par un secteur de poulie calé sur un arbre so- lidaire de l'organe rotatif du dispositif d'actionnement mécanique du mo- teur de frein, ce secteur de poulie étant pourvu d'une gorge dans laquelle est reçue l'extrémité de l'organe souple de transmission et dont le rayon croit de façon continue entre le point de pénétration dudit organe dans la gorge en position de repos et le point d'attache de son extrémité Rien ne limitant à priori l'angle d'ouverture dudit secteur, on conçoit aisément 2545 CE 3 qu'il soit possible de donner toute valeur souhaitée à l'angle maximal de rotation de l'organe rotatif du dispositif d'actionnement du moteur de frein, jusqu'alors limité à quelque 9 Q O; il devient même possible, en don- nant à la gorge une conformation hélicoïdale, de porter cet angle à plus de 3600 si de besoin L'invention offre encore l'avantage supplémentaire de permettre une attaque oblique du dispositif d'actionnement du moteur de frein, à condition de prévoir à cet effet sur le secteur de poulie une gorge convenablement inclinée. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparat- tront plus clairement à la lecture de la description suivante d'une forme préférentielle de réalisation, donnée à simple titre d'exemple illustratif et avec référence aux dessins ci-annexés, en lesquels-: La figure 1 représente en vue cavalière et coupe longitu- dinale un moteur de frein, d'un type en lui-même connu, utilisable dans le cadre de la présente invention; la figure 2 -est un diagramme illustrant la loi idéale de variation de l'effort développé par le piston du moteur de frein de la fi- gure 1 en fonction de sa course lors de l'actionnement du frein; la figure 3 montre en coupe longitudinale un vérin de com- mande, d'un type en lui-même connu, mais pourvu d'un organe de sortie mo- difié pour la mise en oeuvre de l'invention; la figure 4 est un diagramme illustrant la loi réelle de variation de l'effort disponible sur l'organe de sortie du vérin de la fi- gure 3 en fonction de sa course au fur et à mesure de la détente du ressort la figure 5 montre en vue cavalière une forme de réali- sation préférentielle de l'invention; la figure 6 montre en élévation et coupe longitudinale l'organe en forme de came utilisé dans le dispositif de l'invention la figure 7 est une vue en coupe transversale de ce même organe, suivant la ligne VII-VII de la figure 6; et la figure 8 illustre une variante de réalisation de l'or- gane en forme de came des figures 6 et 7. Le dispositif de freinage selon l'invention se compose es- sentiellement d'un moteur de frein tel que celui représenté à la figure 1 des dessins, d'un vérin de commande tel que celui de la figure 3, et d'un moyen de transmission de force tel qu'illustré aux figures 5 à 8. Le moteur de frein 10 de la figure 1 a déjà été décrit par la Demanderesse dans son brevet français NI 1 317 919, et l'on se conten- tera, pour cette raison, de rappeler succinctement qu'il s'agit d'un moteur de frein à disque comprenant à la fois un dispositif d'actionnement hy- draulique constitué d'un piston 12 et d'un cylindre 14, et un dispositif d'actionnement mécanique utilisable notamment comme frein de stationnement, ce dispositif de type rotatif incluant une vis 16 à pas dit réversible qui coopère avec une douille ou écrou 18 freinée en rotation par un ressort 20 lorsqu'un mouvement de rotation est communiqué à la vis 16 au moyen d'un levier d'actionnement extérieur 22, la vis qui est immobilisée axialement oblige la douille-écrou 18 elle-même bloquée en rotation à se mouvoir axialement en repoussant le piston 12 en direction du disque de frein Le ressort 20 fait en outre partie d'un mécanisme de rattrapage automatique d'usure, ainsi qu'il est expliqué dans le brevet précité. Le diagramme de la figure 2 illustre la loi idéale de varia- tion de l'effort F que devrait développer le piston 12 en fonction de sa course L lors d'une manoeuvre d'actionnement du frein, quelle que soit la nature du dispositif utilisé à cet effet De O à Lo, le déplacement du pis- ton ne sert qu'à compenser le jeu de garde des garnitures de friction par rapport au disque de frein, et aucun effort moteur n'est nécessaire si 1 ' on excepte celui, négligeable, que requiert la compensation des frottements. Le segment de course L, Li correspond à la mise en pression des garnitures sur le disque, l'effort moteur souhaité passant durant ce temps de 0 à FI. Enfin,tout déplacement supplémentaire éventuel du piston, par exemple jus- qu'en L 2, ne sert plus qu'à compenser l'usure progressive des garnitures, l'effort qu'il développe étant maintenu à la valeur Fl. Le vérin de commande 30 représenté à la figure 3 est du type dit "cylindre à ressort" qui est souvent monté sur les véhicules lourds comme moyen de freinage de secours ou de stationnement Il se com- pose essentiellement d'un cylindre 32 qu'un orifice 34 permet de relier à une source d'air comprimé, d'un piston 36 monté coulissant à l'intérieur dudit cylindre, d'un organe de sortie 38 associé à ce piston et guidé en coulissement par un palier 40, et d'un puissant ressort 42 interposé en- tre le piston et le fond d'un boîtier 44 prolongeant le cylindre, Le des- sin représentel'appareil en position normale de fonctionnement: le cylin- dre 32 étant maintenu sous pression, le piston 36 est repoussé vers la gauche en appui contre l'extrémité du palier 40 et comprime ce faisant le ressort 42, tandis que l'organe de sortie 38 dépasse au maximum du boîtier 44 Lorsque le conducteur du véhicule désire actionner le frein, il agit sur un organe de commande qui interrompt l'alimentation du cylindre 32 en air comprimé et le purge à l'atmosphère: le ressort 42 se détend alors en repoussant le piston 36 vers la droite et en rentrant à l'intérieur du boîtier 44 l'organe de sortie 38 qui, par l'intermédiaire d'un moyen de transmission de force restant à définir, transmet au moteur de frein asso- cié au vérin 30 l'effort moteur développé par le ressort Sur la représen- tation de la figure 3, l'organe de sortie 38 du vérin, qui est classique- ment constitué par une simple tige de piston, est remplacé par un embout tubulaire d'ancrage d'textrémité de câble, cet embout étant lui-même muni d'un manchon fileté 46 permettant de régler la tension du câble. Le diagramme de la figure 4 montre commnent varie l'effort de traction F recueilli sur l'organe de sortie 38 en fonction de sa course L, en prenant pour position d'origine O celle qui est représentée à la fi- gure 3 On voit que, par suite de la détente progressive du ressort 42, l'effort décroît linéairement d'une valeur F 2 à une valeur F 3, ceci en sup posant le ressort encore partiellement comprimé lorsque l'organe de sortie parvient en bout de course (position L 3). Le rapprochement des diagrammes des figures 2 et 4 montre à l'évidence l'inadaptation des caractéristiques du vérin de commande 30 à l'objectif reeherché d'une qualité de freinage idéale au moyen du moteur de frein 10, puisque l'effort disponible est maximum au moment o il pour- rait être nul et s'affaiblit par contre sensiblement lorsqu'on souhaite- rait le voir s'accroître Cette inadéquation du moyen de commande à l'obj E tif recherché s'aggrave encore du fait de la nécessaire conversion de l'el fort de traction linéaire disponible sur l'organe de sortie 38 du vérin ei un couple de rotation appliqué à la vis 16 du moteur de frein, lequel cou- ple conditionne seul en définitive la poussée exercée sur le piston 12 et donc sur les garnitures de friction; en effet, le bras de levier effecti: décroît selon une loi sinusoïdale au fur et à mesure de la rotation du 11 vier d'actionnement 22, ce qui, même à effort de traction supposé constan entraine une réduction correspondante du couple appliqué à la vis 16. L'invention permet de résoudre ce problème grâce à une coa ception particulière du moyen de transmission de force reliant le vérin de commande 30 au moteur de frein 10 Comme le montre la figure 5 des des sins, ce moyen de transmission de force se compose essentiellement d'un o gane 50 en forme de came calé sur l'axe de la vis, ou plus généralement d l'organe rotatif du mécanisme d'aetionnement du moteur de frein, cet orga se substituant au levier d'actionnement 22, et dtun organe souple de tran mission 52 constitué par le câble attaché à l'organe de sortie 38 du véri de commande Dans la forme de réalisation représentée, l'organe 50 est cons- titué par un secteur de poulie pourvu d'une gorge 54 dans laquelle vient s'enrouler ltextrémité libre du câble 52, l'ancrage de cette extrémité pou- vant s'effectuer de façon classique à la sortie de la gorge au moyen d'un embout de câble 56 et d'un taquet de retenue 58 Comme le montre la figure 6, le rayon au fond de la gorge 54 croît de façon continue entre le point de pénétration du câble 52 en position de repos (ce point coincidant alors avec l'entrée de la gorge) et le point d'attache de son extrémité à la sor- tie de la gorge Plus précisément, le profil de la came peut être constitué de trois sections successives: de l'entrée de la gorge au point marqué "X" sur la figure 6, le rayon au fond de la gorge est minimal et varie assez peu, cette zone correspondant à un mouvement d'avance rapide du pis- ton du moteur de frein destiné à la compensation du jeu-de garde des gar- nitures de friction (segment OL, du diagramme de la figure 2); du point "X" au point "Y" le rayon à fond de gorge, et donc le bras de levier du système de transmission augmentent rapidement, ce qui permet non seulement de compenser la réduction progressive de l'effort moteur disponible sur 1 ' organe de sortie du vérin de commande, mais encore d'accroître le couple appliqué à la vis du mécanisme d'actionnement du moteur de frein pendant que le piston parcourt le segment Lo L, du diagramme de la fig(ire 2; du: point "Y" à la sortie de la gorge, enfin, l'accroissement du rayon à fond de gorge est plus modéré et ne sert plus qu'à compenser la réduction pro- gressive de l'effort moteur délivré par le vérin de commande par suite de la détente du ressort et à maintenir constant le couple appliqué à la vis du mécanisme d'actionnement alors que le piston du moteur de frein s'en- gage sur le segment LL 2 du diagramme de la figure 2 Il devient ainsi pos- sible, grâce à la modulation du bras de levier du système de transmission au fur et à mesure du déroulement du câble, d'obtenir une loi de variation de la pression de freinage en fonction de la course du piston qui corres- pond à la courbe tracée en traits mixtes sur la figure 2 et se rapproche sensiblement de la courbe idéale figurée en traits pleins Il doit être toutefois entendu que d'autres lois de variation pourraient être envisagées pour des applications particulières et obtenues, sans sortir du cadre de l'invention, en dessinant en conséquence le profil de la came matérialisée par le fond de la gorge 54 du secteur de poulie 50. Dans l'exemple de réalisation représenté à la figure 6 des dessins, le secteur de poulie 50 est prévu pour un angle maximum de rotation 25455 3 de l'ordre de 900 qui parait suffisant pour les applications courantes. Rien n'empêche cependant, dans le cadre de l'invention, de prévoir s'il est nécessaire des valeurs supérieures: 1800, 2700, voire même une rota- tion complète ou davantage Il suffit pour cela d'accroître en conséquen- ce l'angle d'ouverture du secteur de poulie ou, dans le dernier cas, d'y substituer une poulie complète à gorge légèrement hélicotdale L'invention permet ainsi, pour des applications qui le requièrent, d'appliquer à la vis du mécanisme d'actionnement du moteur de frein des rotations d'ampli- tude très supérieure à ce qu'il est possible d'obtenir avec les systèmes de transmission classiques à tige et manivelle. De même, alors que l'exemple de réalisation illustré aux figures 5 à 7 suppose que l'axe du vérin de commande 30 et le câble de transmission 52 soient contenus dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe du moteur de frein 10, l'invention peut tout aussi bien s'accommo- der d'une certaine inclinaison de ce plan, pourvu que le secteur de poulie soit conçu en conséquence La figure 8 illustre schématiquement un tel secteur de poulie 60 dont la gorge 64 présente, en plus de son profil en forme de came tel que décrit ci-dessus à propos du secteur de poulie 50, une inclinaison d'environ 200 par rapport à la normale, permettant de re- cevoir et de guider un câble (non figuré) qui attaquerait le moteur de frein sous cette même inclinaison Cette faculté supplémentaire offerte par l'in- vention peut, dans certains cas, faciliter le montage du vérin de commande sans qu'il soit nécessaire de recourir à des poulies intermédiaires de ren- voi. REVENDICATIONS 1 Dispositif de freinage, notamment pour véhicules automo- biles, comprenant un moteur de frein muni d'un dispositif d'actionnement mécanique du type rotatif utilisable par exemple comme moyen de secours ou de stationnement et incluant de préférence un mécanisme du genre vis-et- écrou à pas réversible, et un vérin de commande relié par un moyen de trans- mission de force audit dispositif d'actionnement, ce vérin incluant lui- mkme un ressort qui est normalement maintenu comprimé par un organe soumis à l'action d'un fluide sous pression et qui se détend en exerçant un effort de traction sur ledit moyen de transmission lorsque cesse l'action de ce fluide, caractérisé par le fait que le moyen de transmission de force com- prend un organe ( 50) en forme de came solidaire de l'organe rotatif ( 16) du dispositif d'actionnement mécanique du moteur de frein ( 10), et un orga- ne souple de transmission ( 52) attaché à l'une de ses extrémités à l'or- gane de sortie ( 38) du vérin de commande ( 30) et tenu enroulé à son autre extrémité sur ledit organe en forme de came, le profil de cette dernière étant déterminé de manière à ce que le couple appliqué à l'organe rotatif du dispositif d'actionnement mécanique du moteur de frein suive une loi de variation désirée en fonction de la course de l'organe de sortie du vé- rin de commande. 2 Dispositif de freinage selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que le profil de la came est dessiné de manière à assu- rer une croissance rapide, puis la constance du couple appliqué à l'organe rotatif du dispositif d'actionnement sur une partie au moins de la course de l'organe de sortie du vérin de commande. 3 Dispositif de freinage selon la revendication 2, carac- térisé par le fait que l'organe en forme de came est constitué par un sec- teur de poulie ( 50) calé sur un arbre solidaire de l'organe rotatif du dis- positif d'actionnement mécanique du moteur de frein, ce secteur de poulie étant pourvu d'une gorge ( 54) dans laquelle est reçue l'extrémité de l'or- gane souple de transmission ( 52) et dont le rayon croît de façon continue entre le point de pénétration dudit organe dans la gorge en position de repos et le point d'attache ( 58) de son extrémité ( 56). 4 Dispositif de freinage selon la revendication 3, carac- térisé par le fait que le profil de la gorge ( 54) comporte trois sections successives, à savoir une première section dans laquelle le rayon ne croît que lentement à partir de sa valeur minimale, une seconde section dans la- quelle il augmente rapidement, et une troisième section dans laquelle il ne croit plus que lentement jusqu'à sa valeur maximale. Dispositif de freinage selon la revendication 3 ou 4, caractérisé par le fait que la gorge ( 54) présente en outre un faible pas d'inclinaison par rapport à l'axe du moteur de frein afin de permettre à l'angle d'ouverture du secteur de poulie ( 50) d'atteindre ou de dépasser une valeur de 3600. 6 Dispositif de freinage selon la revendication 3 ou 4, caractérisé par le fait que la gorge ( 64) présente en outre un pas d'in- clinaison notable par rapport à l'axe du moteur de frein afin de permettre au secteur de poulie ( 60) de recevoir un organe souple de transmission attaquant le moteur de frein sous un angle différent de 900.