Brevet FR2640927A1 — publié le 19900629

SYSTEME DE FREINAGE POUR UN VEHICULE La présente invention concerne un système de freinage pour un véhicule à l'aide d'au moins un disque de frein ou équivalent dont au moins la piste de friction est réalisée en un matériau tel que des fibres de carbone, présentant un coefficient de frottement qui croît rapidement quand la température au contact de friction dépasse une valeur de seuil prédéterminée, ce dispositif comportant au moins deux organes de serrage des freins distincts mais actionnés simultanément par le conducteur du véhicule. Les freins à disque ont été appliqués à presque tous les véhicules et notamment aux motocycles et un dernier perfectionnement de ce type de frein a consisté à utiliser des disques de frein en fibres de carbone coopérant avec des garnitures de friction également en fibres de carbone. Ce type de frein très performant, parce qu'allégé et résistant à des températures très élevées, s'est heurté à des difficultés dans son application aux motocycles.En effet, le coefficient de frottement du couple de friction: garnitures en fibres de carbone sur disque de frein en fibres de carbone, présente pour des températures de l'ordre de 400 à 4500C dites de transition, d , variations brutales du coefficient de frottement qui, par un effet d'avalanche, passe par exemple de 0,15 à 0,5 pour un très faible échauffement supplémentaire des surfaces de friction en contact. De plus, dans des conditions mouillées, le coefficient de frottement à froid peut descendre en-dessous de 0,1, ce qui constitue pratiquement des conditions d'évanouissement des freins. L'apparition brutale d'un coefficient de friction élevé, de l'ordre de 0,4 à 0,5, met en danger la sécurité des motocycles au cours du freinage, par suite des blocages de roues inévitables provoquant des chutes et des dérapages. Le but de la présente invention est précisément de proposer un système de freinage, applicable de préférence à un motocycle mais aussi à d'autres types de véhicules, et qui soit capable d'éviter, au voisinage de la température de transition des surfaces de friction, que la montée brutale du coefficient de friction ne se traduise par un augmentation brutale corrélative du couple de freinage, conduisant au blocage de la ou les roues freinées. Lorsqu'il est appliqué à un motocycle où le freinage est actionné manuellement roue par roue, ce système de freinage doit également permettre au conducteur de doser continuellement son effort d'application des freins. A cet effet, selon l'invention, le système de freinage comporte en outre un détecteur de la température de la piste de friction dans les organes de serrage ou à l'aval immédiat de ceux-ci et ce détecteur est couplé, via un détecteur de seuil de température, à un organe de desserrage apte à desserrer au moins partiellement et de façon significative l'un des deux organes de serrage des freins, dénommé le premier organe de freinage, lorsque la température de la piste de friction détectée par le détecteur de seuil est voisine de, mais inférieure à, ladite température de seuil et a déclenché, via le détecteur de seuil, un organe de commutation. L'organe de desserrage peut être quelconque mais doit être adapté au type de freins utilisé (hydraulique, pneumatique, mécanique, électrique). Selon un premier mode de réalisation applicable aux freins à pression de fluide, plus particulièrement aux freins hydrauliques, l'organe de desserrage est un distributeur du fluide de serrage des freins dudit premier organe de serrage, comportant une entrée et deux sorties, l'une vers ledit premier organe et l'autre vers la décharge, un organe distributeur à commande électromagnétique tel qu'un clapet étant apte à relier ledit premier organe de serrage soit à un émetteur de pression de freinage actionné par le conducteur du véhicule, soit, lorsque l'organe de commutation est déclenché pour exciter ladite commande électromagnétique, à la décharge avec obturation de l'entrée. Selon un deuxième mode de réalisation applicable aux freins à pression de fluide, plus particulièrement aux freins pneumatiques tels que ceux des véhicules industriels et ferroviaires, l'organe de desserrage est un diviseur de la pression de freinage, à commande électrique par l'organe de commutation, le deuxième organe de freinage étant le cas échéant supprimé. Selon un autre mode de réalisation, lorsque les organes de serrage des freins sont actionnés par une pression de fluide, le premier organe de serrage présente une efficacité proportionnelle à celle de l'autre organe de serrage des freins dénommé le deuxième organe de freinage, mais plus importante que celle de ce deuxième organe de freinage, en utilisant tout moyen adéquat tel que: section de cylindre de frein plus importante, pression de freinage plus importante, garnitures de friction à coefficient de friction plus impor- tant. Selon un autre mode de réalisation permettant au conducteur, notamment au conducteur d'un motocycle, de faire face à des variations de la température du point de transition du coefficient de friction, l'organe de commutation est réglable par le conducteur du véhicule pour lui permettre de faire varier le seuil de température et/ou le seuil de déclenchement de l'organe de commutation.En variante, l'organe d'actionnement de la commande du premier organe de freinage peut coopérer avec au moins un ressort de prédominance apte à réduire la pression de freinage du premier organe de freinage par rapport à celle du deuxième organe de freinage d'une valeur sensiblement constante, le tarage de ce ressort de prédominance étant, par exemple, réglable par le conducteur.~ Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le détecteur de la température de la piste de friction est repoussé par un organe élastique en contact frottant avec la piste de friction, immédiatement à l'aval du premier organe de freinage qui est placé lui-même à l'aval du deuxième organe de freinage, par rapport au sens de rotation normal du disque de freins. Le système de freinage selon l'invention peut comporter un robinet de commutatlon apte à relier le circuit de fluide sous pression de freinage du deuxième organe de freinage, soit uniquement au deuxième organe de freinage, soit simultanément d'une part au deuxième organe de freinage et d'autre part au premier organe de freinage, via l'organe de desserrage. D'autres buts, caractéristiques et avantages apparaS- tront à la lecture de la description de divers modes de réalisation de l'invention, faite à titre non limitatif et en regard du dessin annexé, où: - la figure 1 est-une vue fragmentaire en coupe d'un train avant de motocycle équipé d'un sys tème de freinage selon l'invention repré senté à la figure 2 et appliqué à un disque de frein en fibres de carbone; - la figure , est une vue fragmentaire et schématique du disque de frein en fibres de carbone de la figure 1 combiné à un système de freinage selon l'invention à deux organes de desser rage différents. Le train avant de motocycle représenté à la figure 1 comporte, notamment, un bras de suspension unique 1 qui porte, par l'intermédiaire de roulements à billes ou à rouleaux 4a et 4b, un axe tubulaire rotatif 3 serré sur les roulements 4a, 4b par un écrou 5. Le moyeu 6 d'une roue 7 qui présente une jante 8 sur laquelle est monté un bandage pneumatique 9, est serré sur une partie renforcée 3a de l'axe rotatif 3 par un écrou 10 de manière à réaliser un couplage en rotation ntre, d'une part les têtes ll de vis 12 vissées dans le moyeu 6 en alliage léger et, d'autre part, les dentures 13 d'un flasque 14 solidaire de l'axe tubulaire 3. Les têtes ll des vis 12 sont couplées à leur périphérie à un flasque rigide 15 en forme de cloche et qui supporte, par une couronne cylindrique 1o munie de cannelures externes 17, un disque de frein 18 en fibres de carbone et relativement épais (son épaisseur minimale est supérieure à l cm). Le disque de frein 18 coulisse axialement par ses cannelures intérieures 19 sur les cannelures 17 de la couronne 16 et est chevauché par un étrier de frein unique 20 qui est monté rotatif par des roulements à aiguilles 2 sur le bras unique de suspension 1 et qui est empêché de tourner par une biellette de retenue non représentée. L'étrier 20 présente deux cylindres de frein 21, 22, dans chacun desquels est ménagé un alésage d'axe perpendiculaire à la surface de friction du disque 18 et à l'intérieur duquel se déplace, de façon étanche, un piston de frein respectif (sur la vue en coupe, apparaissent seuls l'alésage 23 et le piston 24). Les chambres de pression respectives délimitées à l'intérieur de l'étrier par les pistons (seule la chambre 25 délimitée par le piston 24 apparaît sur la figure 1) sont reliées par des conduites flexibles 26 et 27 à un émetteur de pression hydraulique de freinage tel qu'un maitre- cylindre de frein simple ou double 28 (voir la figure 2). Au cours d'un freinage, sous l'action de la pression hydraulique régnant dans la chambre 25, le piston 24 repousse une première garniture de friction 29 en matériau fibreux à base de fibres de carbone au contact de la face 30 du disque 18 qui coulisse par ses cannelures 19 sur les cannelures 17 de la couronne 16 pour venir s'appliquer sur une deuxième garniture de friction 31 en appui dans un logement 32 de la face de gauche (selon la figure 1) de l'étrier de frein 20. Le disque de frein 18 est ainsi serré entre les deux garnitures de friction 29 et 31 par la pression hydraulique agissant sur le piston 24 à laquelle s'oppose la force de réaction à l'application des garnitures de friction 29 ou 31 sur les pistes de friction 30 et 30a d disque 18 et la force de réaction de la pièce 33 de liaison des deux faces de l'étrier. Sur la figure 2, on a représenté de façon fragmentaire l'étrier 20 de serrage de frein du disque de frein 18 en matériau fibreux de la figure 1. Cet étrier 20 comporte le premier cylindre de frein 21 relié par la conduite 26 à un premier maltre-cylindre 28a du maltre-cylîndre double, ainsi que le cylindre de frein 22 de plus petit diamètre que le cylindre 21 et qui est relié par la conduite 27 à un deuxième maStre-cylindre 28b du maStre-cylindre double 28. Les poussoirs 34 et 35 des maîtres cylindres 28a et 28b sont actionnés en parallèle par un balancier 36 relié mécaniquement à une pédale de frein unique 37.Conformément à un mode de réalisation de l'invention, un ressort de "prédominance" 38 (normalement précontraint), est interposé autour du poussoir 34 entre le balancier 36 et un rebord d'appui 39 du maître-cylindre double 28. La sortie du premier maStre-cylindre 28a est reliée à la canalisation 26 d'alimentation du cylindre de frein 21 par l'intermédiaire d'une valve ou organe de desserrage 40 comportant un siège d'admission 41 qui débouche sur une chambre d'admission 42 reliée en permanence à une conduite de sortie 43 vers la conduite 26. Une chambre de décharge 44 est normalement obturée par un clapet 45 repoussé en position d'obturation par un ressort 46. Le clapet 45 est relié au noyau 47 d'un électro-aimant 48 relié électriquement à un boîtier électronique 49 de contrôle et de commande pour constituer un organe de commutation. Le boîtier 49 qui comporte un circuit électronique d'excitation de l'électro-aimant 48 est relié électriquement à un détecteur de température 50 qui est normalement repoussé par un ressort (non représenté) au contact de la piste de friction du disque 18, immédiatement à l'aval du cylindre de frein 21, dans le sens de rotation préférentiel du disque 18 (celui de la marche avant pour un motocycle ou un autre véhicule mono-orienté). On remarquera que le cylindre de frein 22 de plus petite section est placé à l'amont du cylindre de frein 21 de grande section, dans le sens de rotation préférentiel représenté par des flèches.Le bottier 49 présente un bouton de correction ou de sensibilité 51 permettant au conducteur du motocycle de faire varier le seuil de température qui provoque le déclenchement du détecteur de seuil électrique ou électronique (non représenté) monté à l'intérieur du bot- tier 49 et déclenchant l'excitation de l'électro-aimant 48 et, par voie de conséquence, l'ouverture du clapet 45 reliant la chambre d'admission 42 à la chambre de décharge 44 reliée, elle, à la décharge 52 (constituée ici par le réservoir de fluide hydraulique du maître-cylindre 28). Un robinet de commutation de fluide 53 permet d'interrompre le circuit de l'organe de desserrage 40 fonctionnant selon un mode tout ou rien et, en ouvrant un robinet de-commutation de circuit annexe 54, d'utiliser un diviseur de pression 55 fonctionnant selon un mode proportionnel à deux réai- mes. Le diviseur 55 est relié par une conduite d'alimentation 56 à la sortie du maitre-cylindre 28a qui peut avantageusement être remplacé (pour les véhicules industriels et ferroviaires, par exemple), par un détendeur de pression d'air comprimé. La conduite 56 est reliée par une canalisation intérieure à une chambre d'admission 57 fermée par un clapet 58 en appui sur un siège annulaire pour isoler une chambre de sortie 59 reliée, via le robinet 54, à la conduite 26. A l'intérieur du diviseur de pression 55, un poussoir tubulaire creux d'alimentation 60 portant un siège à son extrémité ouverte située en face du clapet 58, est reliée à deux membranes élastiques ou pistons d'actionnement 61 et 62, Le piston 61 de petit diamètre délimite une chambre de commande 63 reliée e permanence à la sortie du maître-cylindre ou détendeur 28a, tandis que la chambre intermédiaire 64 située entre les deux membranes 61 et 62 est reliée, d'une part à l'intérieur du poussoir tubulaire 60 et, d'autre part, à la chambre d'admission 42 de la valve de desserrage 40 et à la conduite de sortie 43. Le fonctionnement du système de freinage décrit sur les figures 1 et 2 va maintenant être expliqué. Lorsque le conducteur du motocycle freine à vitesse réduite, par exemple sous la pluie, les cylindres de frein 21 et 22 sont alimentés simultanément en pression de freinage, la pression de freinage du cylindre 21 de plus grand diamètre étant plus faible que celle du cylindre 22, d'une valeur sensiblement constante du fait de la présence du ressort de prédominance 38. Le coefficient de friction carbone-carbone est faible, en particulier sous la pluie, mais la section importante du cylindre de frein 21 rétablit un couple de freinage correct. Si le conducteur du motocycle freine énergiquement à grande vitesse, le robinet de co;rutat; ic 53 étant ouvert tandis que le robinet 54 est fermé pou fonctionner selon un mode tout ou rien, les cylindres de frein 22 et 21 sont alimentés simultanément à des pressions de freinage importantes mais n'exercent d'abord qu'un couple de freinage modéré car le coefficient de frottement reste faible, de l'ordre de 0,1. La pression de freinage un peu plus faible (du fait du ressort de prédominance 38) du cylindre 21 donne cependant lieu à un échauffement plus important du disque de frein 18 au niveau de ce cylindre 21 qu'au niveau du cylindre 22 car le disque est préchauffé par le cylindre de frein 22 placé en amont.Le capteur de température 50 capte ainsi à l'extérieur de l'étrier de frein 20 une température Tc sensiblement égale à la température instantanée au contact entre la garniture de friction appliquée par le cylindre 22 et la piste de friction du disque ae frein 18. Le bouton de réglage 51 du boîtier électronique 49 a, par exemple, réglé le seuil de sens,bilité Ts à 4000C au capteur 50 alors que la température de transition du couple de friction local utilisée entre la garniture de friction appliquée par le cylindre de frein 22 et le disque 18 est, par exemple, T1 = 4450C, la température au capteur 50 étant en dynamique sensiblement égale à la température du disque 18 en face du cylindre de frein 22. Lorsque, le freinage se prolongeant, le capteur 50 enregistre une température Tc supérieure à 4000C, le dépassement du seuil de température dans le boîtier électronique 49 déclenche l'excitation du solénorde de l'électro-aimant 48 constituant, avec le bottier électronique 49, un organe électrique de commutation et la commutation du clapet 45 qui vient obturer le siège d'admission 41 et qui, en se décollant du siège de la chambre de décharge 44, relie celle-ci au réservoir de fluide hydraulique 52 constituant la décharge.La pression du cylindre de frein de grand diamètre 21 disparaît donc rapidement quelque dizaines de millisecondes après le dépassement du seuil de température au capteur 50 mais, pendant ce temps, l'échauffement du contact de friction se poursuit et celui-ci dépasse la température de transition T1 de 4450C, ce qui conduit à un coefficient de friction entre la garniture de friction du cylindre 21 et la piste de friction qui atteint des valeurs aussi élevées que 0,5. Cette substitution maintient ainsi le couple de friction normal souhaité par le conducteur du véhicule.Lorsque la surface du disque se refroidit, le capteur 50 franchit à nouveau, vers le bas, la température Ts de 400"C et l'électro-aimant 48 est désexcité, ce qui rétablit le circuit de pression de freinage représenté sur la figure 2 et permet au conducteur de disposer d'un couple de freinage important au début du freinage. Lorsque l'on utilise des martres cylindres 28a, 28b à commande manuelle, le conducteur est informé de la reprise du freinage par le cylindre de frein 21 car il perçoit un supplément de course brutale à la pédale de frein 37 pour réalimenter le cylindre 21. Lorsque le circuit de freinage est réglé sur le mode diviseur de pression par fermeture du robinet de comuta- tion 53 et ouverture du rcbinet 54, l'évolution des pressions de freinage est lggèrement différente. Au départ d'un freinage à froid, la pression de freinage (qui est par exemple pneumatique et peut être transformée en pression hydraulique par un convertisseur de pression pour actionner des étriers de frein hydrauliques) est admise simultanément à la chambre de commande de 63 et à la chambre intermédiaire 64.La pression de la chambre intermédiaire 64 repousse le poussoir tubulaire 60 vers le bas et ouvre le clapet 58 pour alimenter, via le robinet 54 ouvert, le cylindre de frein 21 avec la pression délivrée au maftre-cylindre ou détendeur 28a, le cas échéant via un convertisseur de pression pneumatique hydraulique. Dès que la température au capteur 50 dépasse le seuil de sensibilité Ts fixé à 400 C dans l'exemple proposé, l'él troaimant 48 est désexcité et relie en fait la chambre intermédiaire 64 à l'échappement ou à la décharge. Le piston 61 de petit diamètre du diviseur 55 fonctionne alors en piston de commande équilibré par le piston 62 de grand diamètre qui fonctionne en piston de réaction. La pression régnant dans la chambre de sortie 59 est alors divisée par rapport à la pression émise au maître-cylindre 28a sensiblement selon le rapport des sections actives des pistons 61 et 62.Cette solution permet de n'utiliser qu'un seul cylindre de frein et de provoquer cependant une diminution important de l'effort d'application des garnitures de friction sur les pistes de friction, cet effort restant proportionnel à l'effort d'actionnement ou de commande des freins par un conducteur de véhicule. Diverses variantes du système de freinage selon l'invention sont possibles. Les maîtres cylindres ou détendeurs de pression 28a et 28b peuvent, chacun, être capables d'alimenter les deux cylindres de frein 21 et 22, par exemple à l'aide d'un robinet de commutation 65 ou être remplacés par un maîtrecylindre ou détendeur unique alimentant les deux cylindres de frein 21 et 22.Les maîtres cylindres ou détendeurs (y compris des détendeurs de pression hydrauliques) 28a, 28b, peuvent être reliés aux cylindres de frein 21 et 22 par l'intermédiaire de valves d'anti-enrayage ou d'anti-blocage 66 à contrôle électronique (non représenté), ces valves desserrant de toute façon les freins dans le cas où, le capteur de température 50 ou le boîtier électronique 49 ne fonctionnant plus, la pleine pression est appliquée au cylindre 22 au-delà de la température de transition T1 au contact de friction. On peut également prévoir plus de deux cylindres de frein et inverser la position des cylindres 21 et 22 par rapport au sens de rotation préférentiel du disque 18 afin de réaliser des effets thermiques particuliers sur le disque de frein 18. Le capteur 50 peut être intégré à la garniture de friction afin de mieux capter la température de friction maximale. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à lthomme de l'art sans que l'on ne s'écart de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Système de freinage pour un véhicule à l'aide d'au moins un disque de frein ou équivalent dont au moins la piste de friction est réalisée en un matériau tel que des fibres de carbone, présentant un coefficient de frottement qui croît rapidement quand la température au contact de friction dépasse un valeur de seuil prédéterminée (Ts), ce dispositif comportant au moins deux organes de serrage des freins distincts, mais actionnés simultanément par le conducteur du véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un détecteur (50) de la température de la piste de friction dans lesdits organes de serrage (21, 22) ou à l'aval immédiat de ceux-ci et en ce que ledit détecteur est couplé, via un détecteur de seuil de température (49), à un organe de desserrage (40, 55) apte à desserrer au moins partiellement et de façon significative l'un (21) des deux organes de serrage des freins, dénommé le premier organe de serrage, lorsque la température de la piste de friction détectée par le détecteur de seuil (49) est voisine de, mais inférieure à, ladite température de seuil (Ts) et a déclenché, via le détecteur de seuil, un organe de commutation (48). 2.- Système de freinage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de desserrage (40) est un distributeur du fluide de serrage des freins dudit premier organe de serrage (21), comportant une entrée et deux sorties: l'une vers ledit premier organe de serrage (21) et l'autre vers la décharge (52), un organe distributeur à commande électromagnétique tel qu'un clapet (45) étant apte à relier ledit premier organe de serrage (21) soit à un émetteur de pression de freinage (28' actionné par le conducteur de véhicule, soit, lorsque l'organe de commutation (48) est déclenché pour exciter ladite commande électromagnétique, à la décharge avec obturation de l'entrée. 3.- Système de freinage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de desserrage (55) est un diviseur de la pression de freinage à commande électrique par l'organe de commutation (48), le deuxième organe de freinage (22) étant, le cas échéant, supprime. 4.- Système de freinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, lorsque les organes de serrage des freins sont actionnés par une pression de fluide1 le premier organe de serrage (21) présente une efficacité proportionnelle à celle de l'autre organe de serrage des freins (22), dénommé le deuxième organe de serrage, mais plus importante que celle de ce deuxième organe de serrage, en utilisant tout moyen adéquat tel que: section de cylindre de frein plus importante, pression de freinage plus importante, garniture de friction à coefficient de friction plus important. 5.- Système de freinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'organe de commutation (48, 49) est réglable par le conducteur du véhicule pour lui permettre de faire varier (bouton 51) le seuil de température et/ou le seuil de déclenchement de l'organe de cornsr.utation (48, 49). 6.- Système de freinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'organe d'actionnement (34, 36) de la commande (28a) du premier organe de freinage (21) coopère avec au moins un ressort de prédominance (38) apte à réduire la pression de freinage du premier organe de freinage (21) par rapport à celle du deuxième organe de freinage (22) d'une valeur sensiblement constante. 7.- Système de freinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le détecteur (50) de la température de la piste de friction est repoussé par un organe élastique en contact frottant avec la piste de friction, immédiatement à l'aval du premier organe de freinage (21) qui est placé lui-même à l'aval du deuxième organe de freinage (22) par rapport au sens de rotation préférentiel du disque de frein (18). 8.- Système de freinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte un robinet de commutation (65) apte à relier le circuit de fluide sous pression de freinage du deuxième organe de freinage (22) soit uniquement au deuxième organe de freinage, soit simultanément d'une part au deuxième organe de freinage (22) et d'autre part au premier organe de freinage (21), via l'organe de desserrage (40, 55).