Brevet FR2655933A1 — publié le 19910621

DISPOSITIF DE FREINAGE HYDRAULIQUE DE VEHICULES AUTOMOBILES, PERMETTANT L'ASSISTANCE AU FREINAGE ET L'ANTIBLOCAGE DES ROUES. La présente invention concerne les circuits de freinage hydraulique de véhicules automobiles ou similaires, qui comportent un dispositif d'assistance au freinage et d'antiblocage, avec conservation de la structure originale du circuit hydraulique. Un circuit de freinage conventionnel comprend une pédale de frein, un réservoir à liquide hydraulique, un maître-cylindre, un étrier de frein ou cylindre de roue associé à chacune des roues du véhicule, ainsi que, le cas échéant, un répartiteur de charge sur l'essieu arrière du véhicule. Un tel circuit ne permet pas les fonctions d'assistance au freinage et d'antiblocage. Recherchant ces fonctions d'assistance au freinage et d'antiblocage, on a fait appel à des dispositifs comportant une ou plusieurs sources d'énergie hydraulique à pression constante, équipées d'accumulateurs et régulateurs hydrauliques, d'électrovalves modulantes et d'électrovalves tout ou rien, de réserves de pression, de différents capteurs et d'un grand nombre de conduites hydrauliques. Cet agencement fort complexe a fait disparaître le circuit de freinage conventionnel. La présente invention vise à simplifier les dispositifs d'assistance au freinage et d'antiblocage connus à ce jour et à proposer un système de grande fiabilité. A cet effet, il est proposé, conformément à la présente invention, d'ajouter au circuit de freinage conventionnel un dispositif comportant un actionneur par circuit hydraulique associé à une roue, cet actionneur permettant d'obtenir les fonctions d'assistance et d'antiblocage combinées, d'une façon nettement simplifiée et en toute sécurité. Cet actionneur est, selon l'invention, une pompe hydraulique entraînée par un moteur électrique à deux sens de rotation et disposée dans la conduite comprise entre le maître-cylindre et l'étrier de frein ou cylindre de roue. Cet actionneur permet, suivant le sens de rotation imposé au moteur associé, le réglage de la pression présente à l'étrier de frein ou au cylindre de roue. Ainsi, chacune des pompes agit pour additionner à, ou soustraire de, la pression Pi issue du maître cylindre, une pression P calculée par un calculateur en fonction d'un certain nombre de paramètres. Ainsi, lorsque le véhicule roule sur une route correcte, il est fait en sorte que, lors d'une action de freinage, les pompes servent d'amplificateurs de pression, ce qui correspond au mode "assistance au freinage". Si la route devient incorrecte, une ou plusieurs roues peuvent se trouver au freinage à l'état de blocage faute d'adhérence, ce qui est détecté par des capteurs de vitesse de roues ; il faut alors relâcher la pression sur la (ou les) roue(s) en question pour qu'elle(s) reprenne(nt) son (ou leur) adhérence et tourne(nt) à la vitesse des autres roues, vitesse imposée par le véhicule.Dans ces conditions, il est fait en sorte que la (ou les) pompe(s) fonctionne(nt) en soustracteurs de pression, autrement dit en mode "antiblocage". Ainsi, selon l'invention, le calculateur règle le sens et la vitesse de chaque pompe pour obtenir, lorsque le conducteur appuie sur la pédale de frein, un fonctionnement soit en assistance au freinage, soit un antiblocage, et ce avec le même moyen qu'est la pompe hydraulique précitée. Par ailleurs, il est avantageusement prévu, selon l'invention, qu'une électrovalve soit disposée sur une dérivation entre l'entrée et la sortie de chaque pompe hydraulique, cette électrovalve permettant au dispositif de freinage classique de fonctionner normalement en cas de défaillance de la pompe associée comme cela sera décrit ciaprès. La présente invention a donc pour objet un dispositif de freinage hydraulique de véhicules automobiles ou similaires, comprenant une pédale de frein, un réservoir de liquide hydraulique, un maître-cylindre, un étrier de frein associé à chacune des roues du véhicule, caractérisé par le fait que, dans chaque conduite hydraulique comprise entre le maître-cylindre et un étrier de frein, est disposée une pompe hydraulique actionnée par un moteur électrique à deux sens de rotation, des moyens étant prévus pour actionner lors d'un freinage chaque pompe dans un sens de rotation donné de façon qu'elle fournisse, si la roue correspondante est en adhérence, une pression s'additionnant avec celle fournie par le maître-cylindre, la pression résultante activant l'étrier de frein dans un mode assistance au freinage, et des moyens étant prévus pour actionner chaque pompe dans l'autre sens de rotation, s'il y a perte d'adhérence de la roue associée, de façon qu'elle fournisse une pression se soustrayant de celle fournie par le maitre-cylindre, la pression résultante désactivant l'étrier de frein dans un mode antiblocage. Ainsi, lors d'un freinage, toutes les roues du véhicule sont en mode assistance si l'adhérence est correcte ; dès qu'il y a perte d'adhérence sur une roue, la pompe associée passe en mode "antiblocage". Conformément à un mode de réalisation préféré de l'invention, chaque pompe est une pompe à engrenages et/ou à moteur immergé. De préférence, on choisit des pompes à deux engrenages, l'un en matière plastique compatible avec le liquide hydraulique du circuit, l'autre en métal, actionné par exemple par un moteur synchrone triphasé, autopiloté, immergé, dont le sens de rotation peut être inversé par commande électrique à vitesse variable. Cette vitesse variable est obtenue notamment par un hacheur piloté par trois sondes à effet Hall disposées dans le moteur. Le choix d'une pompe à engrenages présente l'avantage que, si la pompe n'est plus actionnée par son moteur, la pression générée par le maître-cylindre est totalement transmise aux roues sans dégradation notable des performances du système de freinage classique. Le choix d'une pompe à moteur immergé fait disparaître tous problèmes liés à l'étanchéité, facilite le montage et diminue le prix de revient. Le dispositif selon l'invention peut comporter un répartiteur hydraulique répartissant la pression sur les circuits hydrauliques de commande des deux roues arrière. Un tel répartiteur est traditionnel sur les circuits de freinage classiques. Toutefois, si ceux-ci sont équipés du dispositif selon l'invention, le répartiteur hydraulique peut être remplacé par un capteur de position, qui règlera le niveau d'assistance sur les étriers de frein des roues arrière en activant plus ou moins les pompes associées à ces roues. Les moyens de commande de la ou des pompes hydrauliques comprennent avantageusement un capteur d'effort disposé sur la pédale de frein et apte à mesurer l'effort de freinage du conducteur ; un capteur de pression mesurant la pression délivrée à la sortie du maîtrecylindre ; associé à chacune des roues, un capteur de vitesse de roue ; et un calculateur prenant en compte la vitesse dé chaque roue, et la pression issue du maîtrecylindre et correspondant à l'effort de freinage du conducteur. Par ailleurs, selon l'invention, à chaque pompe, est avantageusement associé un circuit de dérivation sur lequel est disposée une électrovalve normalement fermée, des moyens de commande issus du calculateur permettant l'ouverture de cette électrovalve pour déconnecter la pompe associée en cas de défaillance, en redonnant son fonctionnement normal au circuit de freinage conventionnel. Pour mieux illustrer l'objet de l'invention, on va en décrire maintenant, à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, un mode de réalisation représenté sur le dessin annexé. Sur ce dessin - la Figure 1 est un schéma fonctionnel du circuit hydraulique de freinage selon l'invention ; et - la Figure 2 est une coupe longitudinale d'une pompe hydraulique du circuit de la Figure 1, selon II-II de cette figure. Si l'on se réfère à la Figure 1, on voit que l'on a représenté un circuit de freinage d'un véhicule automobile comportant, de façon traditionnelle, une pédale de frein 1 reliée par une tige 2 à un maître-cylindre 3 auquel est associé un réservoir de liquide hydraulique 4. Du maître-cylindre 3, part un conduit hydraulique 5a qui se ramifie en deux branches 5b et 5c desservant respectivement les roues avant et arrière respectivement 6 et 7. La branche 5b se ramifie elle-même en deux branches 5d, chacune étant reliée à l'étrier de frein 8 de la roue avant associée 6, chaque étrier 8 coopérant de façon classique avec un disque de frein 9. La branche 5c sur laquelle se trouve, également de façon traditionnelle, un dispositif 10 de répartition de charge sur l'essieu arrière du véhicule, se ramifie, en aval du dispositif 10, également en deux branches 5e desservant chacune l'étrier de frein 8 d'une roue arrière 7. Sur chacune des deux branches 5d et des deux branches 5e est disposée une pompe électro-hydraulique à engrenages 11 qui est représentée plus en détail sur la Figure 2. Chaque pompe 11 comporte un corps 12 en deux parties 12a et 12b. La partie 12a comprend une paroi latérale 12c raccordée à un fond 12d et elle est susceptible d'être fermée par un couvercle 13 à l'opposé du fond 12c. Le fond 12d comporte une ouverture 14 pour le passage de l'arbre-moteur 15 et une ouverture 16 de communication entre les deux parties 12a et 12b du corps de pompe 12. La paroi latérale comporte, en partie supérieure, une ouverture 17 normalement fermée mais susceptible d'être ouverte pour la purge. L'arbremoteur 15, dont une extrémité est reçue dans le couvercle 13 avec interposition d'un roulement à billes 18, porte le rotor 19 et, entre celui-ci et le couvercle 13, un disque porte-aimants 20 coopérant avec trois sondes à effet Hall disposées à 120 D l'une de l'autre, réglant la position angulaire du rotor 19.Le bobinage du moteur triphasé autosynchrone est représenté en 22, et le chiffre de référence 23 désigne une traversée étanche pour câbles électriques (câble d'alimentation du moteur et câble d'alimentation et de signal des capteurs à effet Hall nécessaires à l'autopilotage du moteur). L'arbre-moteur 15 traverse le fond 12d avec interposition d'un roulement à billes 24, et il est reçu par son autre extrémité dans le couvercle 25 de la partie 12b avec interposition d'un roulement à billes 26. Dans sa région se situant dans la partie 12b, l'arbre 15 porte un engrenage métallique menant 27 coopérant avec un engrenage mené 28, également situé dans la partie 12b et dont l'axe tourne dans des paliers à roulements à billes 29 et 30, se situant respectivement dans le couvercle 25 et dans un prolongement de la paroi 12d. L'engrenage mené 28 est un engrenage en matière plastique compatible avec le liquide hydraulique du circuit. Sur la Figure 2, on remarque, en traits pointillés, la sortie 31 du fluide de commande hydraulique, l'entrée et la sortie de la pompe s'effectuent au droit de la zone de coopération entre les deux engrenages 27 et 28. Sur la conduite 5a, est disposée une branche 32 reliée à un capteur de pression 33. Sur chacune des conduites 5d et sur chacune des conduites 5e, est prévue une dérivation 34 entre l'entrée 35 et la sortie 31 de la pompe 11, une électrovalve 36 étant disposée sur chacune de ces dérivations 34. Sur l'installation de la Figure 1, est également représenté de façon schématique un calculateur 37 capable de prendre en compte - la vitesse du véhicule, ce qui est symbolisé par la flèche 38 - l'indication du capteur de force 39 qui est disposé sur la pédale de frein 1 - la vitesse de chaque roue 6, 7, ce qui est symbolisé par les quatre connexions électriques 40 reliées chacune à un capteur 41 de vitesse de roue coopérant avec une roue dentée 42 reliée mécaniquement à la roue 6 associée ; le capteur 41 est notamment à la réluctance variable ; il peut cependant être réalisé selon tout autre technique ; il délivre une impulsion électrique à chaque passage devant une dent de la roue dentée 42 associée.Ces impulsions électriques sont prises en compte par le calcula teur 37 - la pression issue du maître-cylindre 3 correspondant à l'effort de freinage du conducteur, ce qui est symbolisé par la connexion électrique 43. La commande des pompes 11 par le calculateur 37 est symbolisée par les connexions électriques 44. Lorsque le conducteur exerce un effort sur la pédale de frein 1, le calculateur 37 prend en compte l'indication du capteur de force 39 disposé sur celle-ci. Le maître-cylindre 3 transforme à sa sortie cet effort en pression hydraulique. Celle-ci est mesurée par le capteur de pression 33, et le calculateur 37 prend en compte cette information et va la corréler avec l'information du capteur de force 39. Cette pression hydraulique P;est également répartie à l'entrée des quatre pompes hydrauliques 11 (on considèrera ici que le répartiteur hydraulique de charge 10 est totalement ouvert). Le calculateur 37, qui corrèle l'effort sur la pédale 1 et la pression Pi obtenue à la sortie du maîtrecylindre 3, va, si par ailleurs les vitesses de roue sont égales, ce qui lui est indiqué par les capteurs de roues, commander les pompes hydrauliques 11 dans le sens de rotation requis pour une assistance au freinage, autrement dit sommer la pression issue du maître-cylindre 3 et celle crée par les pompes 11. Cette somme des pressions Pr = Pi + o(Pi, o( étant le coefficient d'assistance déterminé par le calculateur 37, et étant variable en fonction de la vitesse du véhicule automobile, est présente à l'entrée de l'étrier de frein 8. Celui-ci va serrer ses mâchoires et enclenchera le freinage sur le disque. Cet état sera existant tant que durera la pression Pi. Le terme o(Pi de l'équation Pr = Pi + Pi est obtenu par le calculateur 37 grâce au pilotage du moteur 19 entraînant la pompe hydraulique 11 à vitesse variable et à limite de courant. En effet, la fonction de transfert pression délivrée par la pompe ll/couple fourni par le moteur 19 ou son courant est une fonction linéaire. Ceci permet de ne pas utiliser de capteur de pression à la sortie de la pompe 11 pour mesurer Pr et de ne pas effectuer d'asservissement de cette même pression Pr, ou au cas où une non-linéarité de la fonction de transfert décrite précédemment apparaîtrait à cause de l'usure par exemple, le calculateur 37, grâce à la présence des capteurs 41 de vitesse des roues 6, 7 peut corréler les quatre vitesses issues des quatre roues 6, 7 et effectuer la correction s'il y a lieu. En cas de perte d'adhérence, le calculateur 37, qui mesure les vitesses de roues par le capteur 41 et qui les échantillonne cycliquement, va détecter une baisse de vitesse d'au moins une roue 6, 7, par rapport aux autres roues du véhicule, à savoir que la corrélation attendue n'est pas vérifiée ; il va commander le moteur de la ou des pompes 11 associée(s) à la (ou aux) roue(s) en perte d'adhérence dans le sens de la diminution de la pression Pr. Cette correction s'effectuera sur chaque roue tant que sa vitesse sera aussi proche que possible de celle des autres. Le cas extrême envisageable est celui où la pression Pr doit être nulle, auquel cas la pompe 11 changera de sens de rotation. Le calculateur 37 vérifiant la corrélation de Pi avec l'effort exercé sur la pédale, il ne peut y avoir changement de signe de Pi à cause du changement de sens de rotation de la pompe 11. Chaque électrovalve 36, normalement fermée à manque de courant, assure deux fonctions en cas de défaillance (blocage mécanique) de la pompe 11 : - la pompe 11 est inhibée - l'assistance et l'antiblocage sont inactifs mais le dispositif de freinage conventionnel est encore actif. Les lois d'assistance et d'antiblocage sont naturellement reparamétrables par simple changement du logiciel du calculateur 37. L'utilisation de microcontrôleurs est particulièrement recommandée pour la réalisation du calculateur 37. Les sous-programmes de tests sont exécutables dans la phase demise en marche du véhicule, mais aussi en cours de fonctionnement (test des capteurs de roue, des électrovalves, des pompes, du capteur de force et du capteur de pression). Le test du capteur 41 se fait par injection de courant et comparaison avec un seuil prédéterminé. Le test de l'électrovalve 36 et de la pompe 11 s'effectue en commandant la pompe à faible vitesse, l'électrovalve 36 étant désexcitée, en mesurant le courant consommé par le moteur 19 de la pompe 11 et en le comparant à un seuil prédéterminé. Le capteur de force 39 et le capteur de pression 33 fournissent un signal strictement proportionnel. Le calculateur 37 teste cette proportionnalité. Le test de l'état mécanique de chaque pompe 11 se résume à désexciter l'électrovalve associée 36 et commander à faible vitesse, le moteur de la pompe 11. La mesure du courant consommé par le moteur donnera l'information d'état mécanique de la pompe, grâce à une corrélation avec les valeurs de courant mises en mémoire dans le calculateur 37. En conclusion, le dispositif selon l'invention présente les avantages suivants Grâce à la structure modulaire du dispositif suivant l'invention et sa totale compatibilité avec les équipements conventionnels de freinage, il est possible de rendre optionnel le montage de ce dispositif sur le circuit hydraulique de freinage conventionnel des véhicules actuels sans distinction de marque. En cas de défaut de l'ensemble pompe 11 et moteur d'entraînement de celle-ci, il est possible de désactiver le dispositif suivant l'invention par excitation des quatres électrovalves disposées entre sortie et entrée des quatres pompes et d'avertir le conducteur du véhicule. Dans ce cas, le circuit de freinage conventionnel est toujours actif, l'ensemble des opérations de mesures, tests et décisions est conduit par le calculateur 37. On peut également souligner les avantages ciapres : a) La testabilité est renforcée compte-tenu de la présence du calculateur 37, du faible nombre de composants mécaniques et de capteurs. b) La corrélation est effectuée entre la mesure de l'effort exercé sur la pédale 1 et la pression mesurée à la sortie du maître-cylindre 3, les quatres pompes à moteur électrique immergé étant inhibées. c) Essai des quatres pompes 1 avec leurs électrovalves 36 fermées qui permet de tester les états mécaniques et électriques des pompes lorsque celles-ci sont commandées à faible vitesse par mesure du courant consommé par le moteur électrique. d) Contrôle de l'état des quatres capteurs 41 de vitesse de roue à réluctance variable par contrôle de leur bobinage à l'arrêt ou en fonctionnement du véhicule. e) Testabilité dynamique de ces mêmes capteurs 41 de vitesse de roue en fonctionnement par corrélation des quatres mesures des quatres capteurs. f) Contrôle du temps du déroulement du programme en mémoire par chien de garde. g) Le reparamétrage de la loi d'assistance et d'antiblocage est possible grâce au calculateur 37. h) La sécurité est renforcée compte-tenu de la simplicité du dispositif de la présente invention, et en cas de panne des pompes, le système de freinage conventionnel est toujours opérationnel. La présence de la pompe 11 et le fait de la réversibilité de son sens de rotation permettent a) d'obtenir une augmentation ou une diminution de pression à l'entrée de l'étrier de frein très rapide, et b) d'obtenir, si l'on a prévu en outre, associés au calculateur, des moyens de contrôle du relâchement de la pédale de frein, une dépression transitoire à l'entrée de l'étrier de frein dès que le conducteur relâche la pédale de frein, ce qui a pour conséquence de desserrer immédiatement les mâchoires, évitant l'usure des plaquettes. Par ailleurs, l'analyse de la vitesse de rotation maximale de la pompe 11, laquelle évolue normalement dans le temps en fonction de son usure et de l'usure des plaquettes de frein de l'étrier 8, comparée à un modèle mémorisé dans le calculateur 37, déclenchera une alarme et permettra de connaître l'état de ces dernières, et aussi de connaître l'état mécanique de la pompe. Lors d'une action d'assistance, le moteur entraînant chaque pompe 11 est asservi en courant grâce à la fonction de transfert linéaire entre le couple moteur et la pression délivrée par la pompe 11. Si une non-linéarité devait apparaître à cause de l'usure par exemple, le dispositif suivant l'invention garderait son efficacité grâce à la présence des capteurs 41 de vitesse roue et du calculateur 37 ; en effet, une simple corrélation entre vitesse des quatres roues 6, 7 du véhicule permettrait au calculateur 37 d'effectuer la correction nécessaire pour avoir l'égalisation des vitesses de roues. I1 est bien entendu que le mode de réalisation ci-dessus décrit n'est nullement limitatif et pourra donner lieu à toutes modifications désirables, sans sortir pour cela du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de freinage hydraulique de véhicules automobiles ou similaires, comprenant une pédale de frein (1), un réservoir de liquide hydraulique (4), un maître-cylindre (3), un étrier de frein (8) associé à chacune des roues (6, 7), caractérisé par le fait que, dans chaque conduite hydraulique comprise entre le maîtrecylindre (3) et un étrier de frein (8), est disposée une pompe hydraulique (11) actionnée par un moteur électrique à deux sens de rotation, des moyens étant prévus pour actionner lors d'un freinage chaque pompe (11) dans un sens de rotation donné, de façon qu'elle fournisse, si la roue correspondante est en adhérence, une pression s'additionnant avec celle fournie par le maîtrecylindre (3), la pression résultante activant l'étrier de frein associé (8) dans un mode assistance, et des moyens étant prévus pour actionneur chaque pompe (11) dans l'autre sens de rotation, s'il y a perte d'adhérence de la roue associée, de façon qu'elle fournisse une pression se soustrayant de celle fournie par le maître-cylindre (3), la pression résultante désactivant l'étrier de frein associé (8) dans un mode antiblocage. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la pompe (11) est une pompe à engrenages. 3 - Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la pompe (11) est une pompe à moteur immergé. 4 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les moyens de commande de la (ou des) pompe(s) hydraulique(s) comprennent un capteur d'effort (39) disposé sur la pédale de frein (1) et apte à mesurer l'effort de freinage du conducteur ; un capteur de pression (33) mesurant la pression délivrée à la sortie du maître-cylindre (3) ; associé à chacune des roues (6, 7), un capteur de vitesse de roue (41) ; et un calculateur (37) prenant en compte la vitesse de chaque roue (6, 7), et la pression issue du maître-cylindre (3) et correspondant à l'effort de freinage du conducteur. 5 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'il comporte un répartiteur hydraulique (10) répartissant la pression sur les circuits hydrauliques de commande des deux roues arrière (7). 6 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'il comporte un capteur de position. 7 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'à chaque pompe (11) est associé un circuit de dérivation sur lequel est disposée une électrovalve (36) normalement fermée, des moyens de commande issus du calculateur (37) permettant l'ouverture de cette électrovalve (36). 8 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'il comprend, associés au calculateur, des moyens de contrôle du relâchement de la pédale de frein. 9 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'il comprend, associés au calculateur, des moyens d'analyse de la vitesse de rotation maximale de chaque pompe au cours du temps.