Brevet FR2633886A1 — publié le 19900112

1. DESCRIPIION a) Dispositif d'amplification et d'antiblocage hydromécanique des roues lors du freinage psr force induite controlée. b) L'objet de l'invention concerne le frein 9 disque et è tambour. Il est caractérisé en ce qu'il assure l'amplification par autoserrage à partir de la force initiale émanant d'un maître cylindre non asservi ainsi que son autolimitation de façon purement hydromécanique . Le principe d'autoserrage per effet d'enroulement étant exclus dans le cas du frein è tambour. Ce dispositif est basé sur l'exploitation des forces tangentielles appa- raissant lors du freinage per suite du contact pneu-sol en utilisant sa réaction, reçue par les organes de friction rendus mobiles, pour assurer l'amplification et l'antiblocage des roues lors du freinage. L'optimisation du freinage est réalisée quelles que soient les conditions physiques de la liaison roue-sol, en marche avant comme en marche srri- ère. Suffisant à l'arrêt, il retrouve sa fonction amplificatrice lors de la sollicitation du véhicule su déplacement dans une déclivité. Choque roue étant isolée est indépendante pendant le freinage. c) Technique sntérieure. Amplificstion Celle-ci 8 présenté différents systèmes pour pallier su manque de puissance du freinage à savoir l'utilisation de sources de pression supérieure ou inférieure à le pression atmosphérique pour agir psr ltentremise de membranes ou pistons de fort diamètre pour assister le conducteur.Le frein à disque ne permettant aucune amplificationintrinsèque de par sa conception. Le frein à tambour, qui présente toutefois cet avantage dans le cas de mâchoires dites comprimées, a le grave défaut d'être incontrolable, présentant de plus une forte assymétrie au freinage en fonction du sens du déplacement, de plus sensible à la température. Des variantes à segments multiples sont des comprois. Le frein dit autostable ou thermostable ne comportant que des mâchoires tendues" n'est efficace que dans la mesure où il est fortement assisté. Il présente également une forte assymétrie. Ces dispositifs sont sous la tutelle d'une source secondaire d'énergie; complexes, ils pénalisent le rendement. Notons pour mémoire le procédé par emprunt direct de la force motrice par friction. L'sssistance par ressort préchargé à action différée a même été utilisée. Antiblocaqe Le contrôle du freinage encore appelé 'tantiblocage" utilise généralement des dispositifs électro-mécaniques comportant capteurs magnétiques sur roues et trasmission ainsi que des électrovannes pour interpréter les variations de vitesse angulaire en les comparant électroniquement à un référentiel mis en mémoire. Citons encore le principe utilisant les forces inertielles d'une masse tournante concentrique au moyeu pour agir mécaniquement sur l'admission du fluide aux cylindres récepteurs dès l'amorce d'un glissement. Citons également le dispositif de contrôle 9 pressions différentielles roue à roue ou essieu à essieu intervenant en agissant sur le servofrein dès l'sppsri- tion du glissement ou en fonction de la charge. Le problème technique posé a toujours consisté à vouloir concilier la puissance de freinage et sa limitation. La solution proposée concilie ces différents aspects et les résoud avec simplicité. d) Freinage par effet induit controlé : exposé de 1 invention La solution proposée consiste à exploiter la force de réfaction due à l'action de freinageen prélevant sa composante tangentielle par les organes de friction ou leur support relativement mobiles en translation pour agir sur un cylindre "transducteur" disposé au dessus de l'étrier et tangent au disque dans le cas de figure présenté page 1/3 Celui-ci mis en pression agira sur le cylindre recepteur de freinage auquel il est relié, le transformant en vérin multaplicateur de le force initiale émanant du martre cylindre non asservi. Amplificotion : Elle est ainsi obtenue par effet induit. Ceci est rendu possible par l'adoption d'une surface de piston plus faible pour le transducteur. Transducteur et vérin sont à leur tour reliés en parallèle à une chambre de précharge cloisonnée par une soupape. Cette soupape, en se fermant à une pression prédéterminée (pression d'amorçage), suite à l'activation du maître cylindre, a pour fonction d'isoler ce dernier du transducteur et du vérin qui deviennent autonomes et réciproquement soumis. La précharge est maintenue pendant les phases transitoires liées à la modulation du freinage.ellene disparait qu'après le relachement de la pédale de frein. Antiblocage Ce concept entraine implicitement la dépendance de la puissance de freinage au facteur d'adhérence pneu-sol. La force tangentielle de réaction reçue par le transducteur et traduite en pression dans le vérin assure un couple de freinage induit qui ne peut théoriquem-nt dépasser voire atteindre celui dont il est issu. I1 entrain le relachement du vérin suivant ce postulat dès l'apparition d'un glissement dû à une perte d'adhérence. L'optimisation du freinage est assurée quelles que soient les conditions physiques du contact de la roue avec le sol. Dispositions Partant de ce principe fondamental des adaptations sont possibles en fonction des caractéristiques de construction propres aux véhicules. Elles se distinguent par la disposition du transducteur radialement, orthogonalement ou tangentiellement au plan du disque ou du tambour. Elle commande par renvoi soit par étrier pilote indépendant du bloc principal. La chambre de précharge peut être intégrée au transducteur. L'indépendance au freinage de chaque roue est. totale pendant toutes les phases de fonctionnement.L'introduction dans le freinage par tambour du transducteur implique le montage dit "tendu" des segments de frein il est créolisé. Cette configuration lui assure une efficience comparable au frein à disque, ceci dans les deux sens de marche. Dessin2/3 Le déplacement relatif des organes de frictionsera falicité par le garnissage des surfaces non freinantes de toute matière à haut pouvoir glissanttel que graphite ou produit de synthèse, soit par billes ou galets. Dans les phases d'autodéfreinage le dégagement des dits organes sera facilité par leur micro perforation à coeur ou leur rainurage.Ce dernier procédé est applicable aux surfaces frottantes du disque comme du tambour, ceci afin de les soustraire à l'action de plscage de la pression atmosphérique retardateur de.tout décollement dans les périodes d'auto dé freinage. Cestion du freinage : l'action amplificatrice peut être régentée suivant convenance par l'inflexionde la courbe d'efficacité. le point d'amorçage étant déterminé par le rapport des surfaces respectives des pistons . vérin. transducteur(tangente ) Cette disposition s'applique aus deux types de freins.( G décélation maximum! Amortissement Il consiste en l'interposition entre transducteur et vérin d'une soupape amortisseur unidirectionnel agissant par laminage de la veine liquide pour assurer la progressivité de l'action d'amplification en étalant dans le temps la phase d'amor- çage les conséquences d'un éventuel coup de bélier.Une soupape à action differen telle peut être envlsayée, le relachement du freinage dans les phases transi toires n'étant en rien affecté.L'activation du transducteur par étrier pilote indépendant du bloc de freinage principal comme sus indiqué permet d'obtenir des résultats semblables par le choix de la classe d'amplification liée au rap port des surfaces actives vérin trasducteur. soit par l'utilisation pour les garnitures de matériaux de structures differentes. L'adaptation d'un étrier pilote adjacent à l'étrier principal sans modification de ce dernier. peut se faire pour les vehicules équipés classiuement. f) Fonctionnement La compréhension du sujet peut être facilitée par l'étude préalable de l'ana- logie page 3/1 Phase 1 : Pour l'exemple type présenté : action de la part du conducteur sur -la pédale de frein. Elle est généralement intuitive et mal controleei Celle-ci se traduit par la mise en pression du circuit de freinage propre à chaque roue et la fermeture de la soupape S de sa chambre de précharge isolée à partir d'une valeur prédéterminée par le tarage du ressort (R1) Cette soupape présente une surface amont supérieure à la surface aval dans des proportions définies interdisant son ouverture en dehors du relachement de la pédale de frein.La chambre ainsi isolée est en communication directe avec le vérin (V) lui même en dérivation avec le cylindre transducteur(@R). Ce dernier est obturé à ses deux extrémités par des pistons libres (P1 et P2) maintenus å distance par un ressort (R2). Le cylindre transducteur fixe est solidaire du porte moyeu. Dessin 18 Phase 2 : Sous l'action de la pression régnant dans la chambre CH les pistons P1 et P2 du tranducteur TR prennent appui sur des butées ( B1 B1'-B2B2') émergeant aux extrémités des plaquettes de friction (f i et F2).L'établissement de la pression sur le transducteur IR s'accompagne de celle du vérin de freinage V qui, de ce fait, applique les dites plaquettes sur le disque de contre friction D Phase 3 : Amplification du freinage Le disque en rotation entraîne les plaquettes tangentiellement.Cet entrainement résulte de la réaction liée aux forces de contact pneu-sol qui lui sont retransmises. Les butées B2 B2 situées en amont dans le sens de rotation viendront pousser le piston libre P2 qui déplacera la colonne liquide du transducteur TR. Celle-ci à son tour poussera le piston libre P1 qui. pendant son déplacement. viendra rencontrer une butée fixe B3 dégagée par la translation des plaquettes et ses butées associées B1 et B1'. Phase 4 : La colonne liquide pincée entre le piston P2 et d'autre part la butée B3 réagira en renforçant l'action du cylindre récepteur de freinage en faisant un vérin V (justification du symbole V). Condition essentielle de ce renforcement. la section utile des pistons du tranducteur IR doit être plus faible que celle du récepteur V. Le renforcement de l'action du vérin V entraine ipso facto l'sugments- tion de la force d'entrainement des plaquettes et par contre réaction l'amplifica- tion du freinage par autoserrage. Si une analogie peut être proposée elle ne peut trouver de meilleur exemple que l'amorçage d'une dynamo fonctionnant à circuit ouvert et excitée plein champ Phase 5 : L'antiblocage ou limitation de l'action de freinage découle des consi dérations précédentes. Si, pour une couse aléatoire, telle que perte d'adhérence de la roue ou rebond, le couple résistant , et par réciprocité le couple antagoniste, venait à être modifié il s'ensuivrait un relachementdes forces appliquées aux pistons P1 P1' ou P2 P2' entrainant une baisse de pression dans le transducteur TR et une évolution des pressions inversement proportionnelles dans le vérin V asservi d'où limitation quasi instantanée de l'action de freinage interdisant tout blocage intempestif. Ce phénomène se manifeste dans la phase de décélération de la roue conséquence de l'accélération de sa vitesse linéaire relative au sol, dans les phases de transi- tions qui sont quasi permanentes lors du freinage. Toute entrée dans la zone critique de blocage est exclue conformément aux principes énoncés (graphes joints Fï9 6-7 page 3/3. Un retour à l'état normal d'adhérence entraînera la remise en pression du vérin V tbujours en situation de réamorçage, l'action-de la soupape S ne s'étant pas relachée. Phase 6 : Fin d'activation de la pédale de frein par le conducteur. La pression exercée sur la face d'entrée de le soupape S cesse. La soupape se soulève sous l'action du ressort R1 cie la chambre CH, le vérin V et le transducteur TR se retrouvent dans-la situation initiale d'avant freinage. Application au frein à tambour : Identique dans le fonctionnement, le système décrit permet l'autoserrage en exclu ant le classique effet d'enroulement. le segment de frein se trouvant, en marche avant comme en marche arrière. dans la configuration "tendue" son activation pouvant se faire par vérin médiant ou d'extrémité ne perturbant en rien sa translation limitée par le transducteur 1R devenu point d'appui. Ce dernier peut etre dissocié en deux éléments reliés par canalisation et disposés de part et d'autre. Comportement au freinage Au vu des exigences de conduite définies par le constructeur l'adaptation du comportement est possible progressivité : Llle est réalisable par l'interposition facultative entre transducteur et vérin d'utile soupape de progressivité SP à effet unidirectionnel asisant par lamnage de la veine liquide. la modification de la tengante de l'an- gle (pente d'amplification) en étant la conséquence. Les effets du coup de bélier sont ainsi évités. La présence de cette soupape n'affecte en rien la phase de défreinage.Son fonctionnement par action différentielle est envisagée ; elle n'intervient dans ce cas, qu'à la suite d'écarts d'adhérence roué-sol déterminés avec pour corol- laire la limitation de la fréquence des interventions automatiques. Pilotage par étrier secondaire: Monté indépendament du bloc principal de freinage qui reste classique. il agit directement sur le transducteur TR suivant les modal i- tés de montage déjà décrites, son intervention sur l'étrier principal pouvant égaye ment se faire au travers de la soupape de progressivité SP. Interviennent également dans la détermination de la pente d'amplification, la proprité de friction des maté riaux retenus et le rapport de surface des garnitures de l'étrier pilote et de l'étrier principal. Ce type de fonctionnement est l'analogue hydromécanique de la dynamo dite compound. I1 permet de situer le point d'amorçage C en fonction des caractéristiques définies. La symétrie du freinage est assurée dans les deux sens de marche.A l'arrêt, la précharge d'amorçage est suffisante pour garantir l'immobilisation du véhicule. Tout déplacement dû à la déclivité entraine le processus précedemment décrit.La perforation intégrale des plaquettes ou des segments de frein ainsi que le rainurage des surfaces frottantes (disque ou tambour) évite l'effet de placage dû à la pression atmosphérique en permettant la pénétration de l'air. Le décollement des organes de friction en phase de défreinage en est facilité. Le système proposé est autoserrant antibloquant et thermostable dans les deux versions, les roues indépendantes dans la globalité de cette fonction L'originalité de l'invention ci-dessus explicitée tient à ce que, pendant toute l'action de freinage. le circuit de chaque roue est en "état astable" . Cette situation hydrostatique particalière est paradoxalement' mise ici à profit pour assurer l'efficience du freinage et la stabilité de la trajectoire, les forces engendrées agissant. soit pour faire basculer le système vers une amplification du freinage, soit pour le réduire en fonction de la qualité du contact pneusol. Analogie Cas de la dynamo shunt : Dans le cas de ce générateur. la tension fournie ne peut etre optimale par le seul effet du champ magnétique rémanant. Pour son amorçage,l doit etre assisté par un bobinage renforçateur monté en dérivation aux bornes de l'induit générateur de f.e.m. La dérivation ainsi assdrée entraine, par le jeu des actions réciproques, I'.ug- mentation du rlux el l'amorçage de la machine. Cette rondition n'est toutefois po.;- sible que si la résistance R' r : force electromotrice induite i : intensité dans l'inducteur " " R = R inducteur tangente de l'angle graphe page 19 5 L'entretien du courant interne nécessite la fourniture d'énergiemécanique pour son entrainement en rotation P = Ui force contre électro dynamique. freinage par effet induit controlé Son homologue hydromécanique s'explique de la façon suivante : la rémanence est remplacéedans ce cas par la mise en pression limitée du vérin V et du tranducteur TR permise par la soupape S de la chambre CH, le vérin V représentant l'induit. Le glissement des organes de friction agissant à leur tour sur le transducteur qui est homologue de l'inducteur. L'amorçage puis l'amplification de la pression initiale sont réalisés si le rapport #' S t section du piston récepteur V s : section du piston du transducteur TR Le couple d'entrainement de la roue lors du freinage est l'équivalent de celui nécessaire à l'entrainement de l'induit de la dynamo. Ce couple est générateur du freinage. Analogie page 3/3 fig. 3-4-5-6. légende ir : inducteur it : induit TR : transducteur S : surface de piston du vérin V s : surface de piston du transducteur TR OF : organes de friction am : amorçage # : : rapport de surface des pistons de V et TR E : f.e.m. induite i : courent d'excitation Cr : couple résistant (fonction de l'adhérence) Gam : point d'amorçage de l'autoserrage G :point de décélération maximun du véhicule Zam : zone d'amorçage possible Ze : zone d'efficacité Vr/s, vitesse relative roue-sol # : vitesse angulaire de la roue(# : blocage) REVENDICA-TIONS I) Dispositif hvdromécanique de freinage amplificateur et antiblocage des roues pour frein à disque et à tambour où chaque roue est indépendante pendant le freinage, caracterisé en ce qu'apurés commande, un mattre cylindre non asservi (MC) agit sur un vérin (V) et un transducteur (TR) liés hydrauliquement au travers d'une chambre d'isolement et de précharge (CH).Par réaction les forces tangentielles appliquées à la roue lors du freinage sont transmises aux organes de friction (FI et F2) puis au transducteur (TR), de plus faible section que celle du vérin (V) entrat nant la multiplication de la force initiale ( autoserrage ) et en ce qu'une perte d'adhérence de la roue se traduit par le relachement de l'action du transducteur (TR) sur le vérin (V) évitant le blocage (antiblocage). 2) Dispositif selon 1R revendication I caractérisé en ce que pour assurer l'autonomie des roues au freinage, la chambre d'isolement (CH) interposée entre le martre cylindre (XC) détermine une pression d'amorçage sur l'associa- tion vérin (V) - transducteur (TR). Cette chambre d'isolement et de précharge d'amorçage est réalisée sous 1R forme d'une soupape dont la surface amont est supérieure à la surface aval dans un rapport tel qu'elle ne peut s'ouvrir qu'après le relachement de la pédale de frein. 3) Dispositif selon les revendications I et 2 caractérisé en ce que le transducteur (TR) disposé en dérivation du vérin (V) est obturé à ses deux extrémités par des pistons libres (PI et P2) maintenus à distance par un ressort (R2), ceux-ci prenant appui sur des butées (B1, BI')(B2, B2') faisant saillie aux extrémités des plaquettes de friction (FI - F2). 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que, lors du freinage, les butées (B2.B2') par l'intermédiaire du piston (P2) déplacent la colonne liquide du transducteur (TR) donc le piston libre (PI) qui rencontre alors la butée fixe (B3) dégagée par la translation des plaquettes et ses butées associées (BI . BI'): il y a donc renforcement de l'action du cylindre récepteur (V) qui agit tel un vérin par suite du coin cement de la colonne liquide entre P2 et B3. 5) Dispositif suivant l'une des revendications ià4 caractérisé en ce que la section utile des piston du transducteur est plus faible que celle du vérin récepteur. il est générateur de la force de freinage induite dans les deux sens de rota tion des roues. 6) Dispositif suivant l'une des revendications I à 5 caractérisé en ce qu'en cas de perte d'adhérence, le relachement des forces de réaction résultant du contact roue-sol, appliquées aux pistons PI et P2, provoque un abaissement de la pression dans TR donc dans le vérin V. Il y a limitation instantanée du freinage. 7) Dispositif suivant l'une des revendications I à 6 caractérisd en ce qu'une sou pape de progressivité (SP) à effet unidirectionnel agissant par laminage de la veine liquide, soit par effet différentiel, tempère l'action de TR sur Y, la phase de freinage n'étant pas affectée. 8) Dispositif suivant l'une des revendications ià 7 caractérisé en ce que pour un frein à tambour le transducteur TR est divisé en deux éléments reliés par une canalisation (C), les forces appliquées aux segments de frein se faisant par vérin unique ou multiple. 9) Dispositif suivant l'une des revendications I à 8 caractérisé en ce qu'un système de freinage classique, ou en première monte, peut être transformé en l'équipant d'un étrier secondaire muni d'un ensemble (V-TR-CE) pour piloter le précepteur traditionnel. IO) Dispositif suivant l'unedes revendications I à 9 caractérisé en ce que des matériaux antifriction ou, billes, aiguilles, galets sont disposés entre les faces non freinantes des organes en mouvement relatif afin de faciliter leur glissement, leur décollement par entrée d'air suite à la microperfora tion ou le rainurage des surfaces de friction ou de contre-réaction.