Brevet FR2662647A1 — publié le 19911206

Ensemble de freinage à amplification hydraulique La présente invention concerne un ensemble de freinage à amplification hydraulique comprenant au moins un frein à disque comportant une chape, un étrier et un moteur de frein actionné par un fluide sous pression, un maître-cylindre et un dispositif récupérateur de l'énergie dissipée lors du freinage. De tels ensembles sont connus dans la technique Par exemple, FR-A-1 390 259 décrit un tel ensemble dans lequel l'énergie récupérée sert à engendrer une pression appliquée à un fluide incompressible alimentant une chambre additionnelle du maître-cylindre pour amplifier l'effort de freinage. FR-A-2 022 955 décrit également un tel ensemble, mais dans lequel l'énergie est récupérée du déplacement tangentiel des patins de frein lors du freinage. Ces ensembles, outre leur complexité, ont notamment pour inconvénient d'être auto-bloquants, l'énergie récupérée n'étant pas maîtrisée. En outre, la valeur de l'énergie récupérée dépend du coefficient de friction des patins sur le disque et n'est donc constante ni d'un patin à l'autre ni dans le temps. La présente invention a pour but d'obvier à ces inconvénients. Selon l'invention, le dispositif récupérateur d'énergie comprend au moins un cylindre récupérateur d'énergie avec un piston, associé à la chape et à l'étrier, dont la chambre de travail est fluidiquement reliée au moteur de frein Un amplificateur-limiteur hydraulique est connecté entre le cylindre récupérateur d'énergie et le moteur de frein, cet amplificateur- limiteur hydraulique étant contrôlé par la pression du fluide engendrée dans le maître-cylindre. De préférence, l'amplificateur-limiteur hydraulique comporte un premier clapet normalement ouvert interrompant une communication entre le cylindre récupérateur d'énergie et le moteur de frein lorsque la pression du fluide dans le moteur de frein est supérieure à la pression engendrée dans le maître-cylindre multipliée par un rapport d'amplification défini par un rapport de surfaces actives dans l'amplificateur-limiteur hydraulique. De préférence également, l 'ampl ificateur-l imiteur hydraulique comprend un deuxième clapet normalement ouvert interrompant une communication entre le cylindre récupérateur d'énergie et le maître- cylindre dès que la pression dans ce dernier est supérieure à la pression de repos. Il comprend, en outre, un troisième clapet, normalement fermé, mettant en communication le maître-cylindre et le moteur de frein lorsque la pression engendrée dans le maître-cylindre est supérieure à celle engendrée dans le cylindre récupérateur d'énergie. Selon un mode de réalisation, l'étrier est monté à coulissement sur et à rotation autour d'une colonnette solidaire de la chape, cette rotation étant limitée au moins par une partie mobile du cylindre récupérateur d'énergie L'étrier est en appui sur le piston du cylindre récupérateur d'énergie dont le corps est solidaire de la chape. Selon un mode de réalisation, le moteur de frein comporte deux chambres indépendantes de travail dont l'une est directement reliée au maîtrecylindre et l'autre au cylindre récupérateur d'énergie par l'intermédiaire de l 'amplificateur-limiteur hydraulique. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation préférés donnés à titre non limitatif et à laquelle deux planches de dessins sont annexées sur lesquelles La figure i représente schématiquement en vue latérale partiellement écorchée un frein à disque comportant un dispositif récupérateur d'énergie conforme à l'invention La figure 2 représente schématiquement en coupe un amplificateur-limiteur hydraulique conforme à l'invention Les figures 3 et 4 illustrent chacune un mode de connexion d'un ensemble conforme à l'invention; En référence maintenant aux figures, le frein à disque représenté Figure 1 comprend une chape 1 fixée au porte-fusée de la roue ainsi équipée et un étrier 3 chevauchant le disque 5 Un moteur de frein 82 comprenant un piston, applique un patin de frein 9 sur une face du disque 5, tandis que par réaction, l'étrier 3 applique l'autre patin de frein sur l'autre face du disque 5 L'étrier est donc ici du type coulissant Dans ce but, une colonnette 11 solidaire de la chape 1 détermine une surface de coulissement pour l'étrier 3 Un dispositif 15 de récupération d'une partie de l'énergie dissipée lors du freinage est associé à la chape 1 et à l'étrier 3 L'homme du métier comprendra que lors du freinage, il résulte de la friction des patins sur le disque des efforts appliqués à l'étrier 3 et transmis au châssis par l'intermédiaire de la chape 1 Sur l'exemple représenté, l'étrier 3 est libre en rotation autour de la colonnette 11, cette rotation étant limitée, d'une part par une butée 17 et d'autre part par le dispositif 15 de récupération d'énergie. Lorsque le disque 5 tourne dans le sens des aiguilles d'une montre (sur la Figure 1), correspondant à un fonctionnement usuel du véhicule (marche avant), les efforts de freinage sont majoritaires et les plus importants Dans ce but, le dispositif de récupération d'énergie est disposé à droite sur la Figure pour servir d'appui à l'étrier lors du freinage Du fait que l'assistance obtenue n'est pas nécessaire dans l'autre sens, la butée 17 suffit généralement à immobiliser l'étrier 3 mais pourrait être remplacée par un autre dispositif identique ou similaire au dispositif 15 Les positions relatives de la colonnette 11 et du dispositif 15 peuvent permettre d'accroître l'effort appliqué au dispositif 15. Ce dispositif 15 est constitué par un cylindre avec son piston 19 Le corps 21 du dispositif 15 est solidaire de la chape 1 tandis que le piston 19 reçoit l'effort exercé par l'étrier 3 lors du freinage, par exemple par l'intermédiaire d'un poussoir 23 Un ressort de rappel 25, disposé dans la chambre de travail du cylindre repousse l'étrier en position de repos au contact de la butée 17 La chambre de travail du cylindre est reliée fluidiquement à un moteur de frein actionnant le frein par l'intermédiaire d'un amplificateur-limiteur hydraulique, tel que représenté Figure 2, contrôlé par la pression du fluide dans le maître-cylindre. Cet amplificateur-limiteur hydraulique est constitué d'un corps 30 dans lequel est pratiqué un alésage étagé 32 fermé de part et d'autre et o coulisse un piston étagé de façon correspondante 34 Ce piston 34 comprend lui-même un alésage étagé 36 dans lequel coulisse un second piston 38 Trois chambres , 42, 44 sont ainsi définies La chambre 40, fermée par les deux pistons 34 et 38 est connectée par un conduit 46 au maître-cylindre 48 dont elle reçoit le fluide sous pression La chambre 42 définie dans la partie de plus petit diamètre de l'alésage étagé 36, entre les pistons 34 et 38, est connectée au repos au cylindre récupérateur d'énergie 15 par l'intermédiaire d'un conduit 50, d'une gorge 52 pratiquée à la périphérie du piston 34 et d'un perçage 54 Ce perçage 54 est susceptible d'être fermé par le piston 38 dès lors qu'une pression supérieure à la pression de repos s'établit dans la chambre 40 On remarquera qu'un perçage 56 est également pratiqué dans le piston 38 pour mettre en communication les chambres 40 et 42 La chambre 44 est, pour sa part reliée par un conduit 58 au moteur hydraulique actionnant le frein Un passage 60 est prévu pour éviter toute dépression ou surpression dans la chambre 62 définie dans la partie de plus grand diamètre de l'alésage étagé 36 entre les deux pistons 34 et 38 Un conduit 64 relie la gorge annulaire 52 communiquant par le conduit 50 avec le cylindre récupérateur d'énergie 15, et la chambre 44 par l'intermédiaire d'une chambre 74 et d'un clapet constitué, dans l'exemple représenté par une bille 66 disposée dans la chambre 74 et repoussée de son siège 68 solidaire du piston 34, par une aiguille 70 solidaire du bouchon 72 fermant l'alésage 32 et la chambre 44 Un perçage 76 fait communiquer les chambres 42 et 74 par l'intermédiaire d'un clapet normalement fermé constitué dans l'exemple représenté par une bille 78 fermant ce perçage 76 Un ressort 80 judicieusement disposé dans la chambre 74 rappelle les deux billes 66 et 78 en position de repos. Figures 3 et 4, on a représenté deux modes de connexion de l'ensemble selon l'invention Dans le mode de la Figure 3, le maître-cylindre 48 n'est pas directement relié au moteur hydraulique 82 de frein Ce dernier est relié au conduit 58 communiquant avec la chambre 44 Le moteur 82 est de type classique à une seule chambre de travail 84. Dans le mode de réalisation illustré Figure 4, le moteur 82 est du type à deux chambres de travail 86, 88 dont les efforts s'additionnent Un conduit 90 pratiqué dans l'excroissance 92 du corps du moteur permet de faire communiquer la chambre 86 avec le maître-cylindre 48; la chambre 88 est reliée au conduit 58 pour communiquer avec la chambre 44 de l'amplificateur-limiteur hydraulique. Dans tous les cas, le fonctionnement de l'ensemble est le suivant En partant de l'état de repos représenté, lorsque le conducteur du véhicule ainsi équipé appuie sur la pédale de frein alors qu'il roule en marche avant, une pression est engendrée dans le maître-cylindre 48, et est transmise à la chambre 40 de l'amplificateur-limiteur hydraulique Le piston 38 aussitôt coulisse et ferme le conduit 54 Du fait du perçage 56, la pression monte également dans la chambre 42 et le clapet 60 s'ouvre, alimentant en fluide sous pression la chambre 44 par le clapet 66 ouvert, le conduit 58 et le moteur de frein 82 Les patins de frein entrent en contact avec le disque 5 et l'étrier 3 bascule autour de la colonnette 11 pour déplacer le piston 19 du cylindre récupérateur d'énergie 15 La pression engendrée dans la chambre de travail de ce piston est appliquée alors à la chambre 74 par l'intermédiaire du conduit 50, de la gorge 52 et du conduit 64 Lorsque cette dernière pression atteint celle engendrée dans le maître- cylindre 48, la bille 78 vient fermer le perçage 76, et cette pression apparaît dans la chambre 44 Le rapport des diamètres du piston 34 va alors définir ce moment de fermeture du clapet 66, 68, 70 Ce rapport constitue un rapport d'amplification des pressions du maître cylindre 48 et du récupérateur d'énergie 15 On obtient ainsi un contrôle rigoureux de la pression régnant dans le moteur de frein 82 par les ouvertures et fermetures successives du clapet 66, 68, 70, cette pression étant alors égale à celle engendrée dans le maître-cylindre 48 multipliée par le rapport d'amplification cité ci-dessus. Lorsque le conducteur relâche le frein, la pression chute dans les chambres 40 et 42, et les pistons 34 et 38 vont se déplacer vers la droite (Figure 2) sous l'effet de la pression résiduelle dans la chambre 44 Un ressort 94, disposé entre les deux pistons 34 et 36, écarte ceux-ci l'un de l'autre La pression diminuant dans le moteur de frein 82, la pression de réaction dans la chambre de travail du cylindre récupérateur d'énergie baisse également jusqu'à chuter totalement lorsque la communication est rétablie entre les perçages 54 et 56 Lorsque la différence entre les pressions régnant dans les chambres 74 et 44 est supérieure à une valeur déterminée par le tarage du ressort 80, le clapet 66,68,70 s'ouvre, faisant encore décroître la pression du fluide dans le moteur de frein 82 Lorsque l'effet de cette dernière est inférieure à la force exercée par le ressort de rappel 96, le piston 34 est repoussé en butée sur l'épaulement de l'alésage 32 (à gauche Figure 2) et le clapet 66,68,70 est maintenu ouvert Ces opérations assurent un bon défreinage du système. Si le conducteur freine alors que le véhicule est en marche arrière, aucune pression n'est engendrée dans la chambre de travail du cylindre récupérateur d'énergie, l'étrier 3 venant en appui sur la butée 17. Le moteur de frein 82 est alors alimenté comme dans la première partie du fonctionnement décrit ci-avant, aucune amplification de la pression n'ayant alors lieu. L'homme de l'art comprendra qu'un choix judicieux des rapports de surfaces actives est nécessaire pour mettre en oeuvre correctement l'invention, notamment celle du piston 19 par rapport à celle de la chambre de travail 84 ou 88 du moteur de frein 82 reliée à la chambre 44, ainsi que celles du piston étagé 34. Dans un mode de réalisé préféré et testé, ces rapports sont les suivants: * Surface active 19 / surface chambre de travail 84 ou 88 = 1/3 * Rapport des sections du piston étagé 34 = 1/5 On obtient ainsi une amplification hydraulique complètement affranchie des variations du coefficient de friction des patins sur le disque et totalement contrôlée par le conducteur du véhicule. De nombreuses modifications pourront être apportées par l'homme de métier à cet ensemble sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications ci-jointes. Revendications 1 Ensemble de freinage à amplification hydraulique comprenant au moins un frein à disque comportant une chape ( 1), un étrier ( 3), un moteur de frein ( 82) actionné par un fluide sous pression, un maître-cylindre ( 48) et un dispositif ( 15) récupérateur de l'énergie dissipée lors du freinage, caractérisé en ce que le dit dispositif ( 15) comprend au moins un cylindre ( 21) récupérateur d'énergie avec un piston ( 19), associé à la dite chape ( 1) et au dit étrier ( 3), dont la chambre de travail est fluidiquement reliée au dit moteur de frein ( 82), et qu'un amplificateurlimiteur hydraulique est connecté entre le dit cylindre récupérateur d'énergie ( 15) et le dit moteur de frein ( 82), le dit amplificateurlimiteur hydraulique étant contrôlé par la pression du fluide engendrée dans le maître-cylindre ( 48). 2 Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dit amplificateur-limiteur hydraulique comporte un premier clapet ( 66, 68, 70) normalement ouvert interrompant une communication entre le dit cylindre récupérateur d'énergie ( 15) et le dit moteur de frein ( 82) lorsque la pression du fluide dans le dit moteur de frein ( 82) est supérieure à la pression engendrée dans le maître-cylindre ( 48) multipliée par un rapport d'amplification défini par un rapport de surfaces actives dans le dit amplificateur-limiteur hydraulique. 3 Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dit amplificateur-limiteur hydraulique comprend un deuxième clapet normalement ouvert interrompant une communication entre le dit cylindre récupérateur d'énergie ( 15) et le dit maître-cylindre ( 48) dès que la pression dans ce dernier est supérieure à la pression de repos. 4 Ensemble selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dit amplificateur-limiteur hydraulique comprend un troisième clapet ( 78), normalement fermé, mettant en communication le dit maître-cylindre ( 48) et le dit moteur de frein ( 82) lorsque la pression engendrée dans le maître-cylindre est supérieure à celle engendrée dans le cylindre récupérateur d'énergie ( 15). Ensemble selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dit amplificateur-limiteur hydraulique est constitué par un corps ( 30) dans lequel est pratiqué un premier alésage étagé ( 32) o coulisse un premier piston étagé ( 34) manoeuvrant le dit premier clapet ( 66, 68, 70), le dit premier piston ( 34) comprenant un deuxième alésage étagé ( 36) dans lequel coulisse un deuxième piston étagé ( 38) manoeuvrant le dit deuxième clapet. 6 Ensemble selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dit deuxième piston ( 38) est un piston creux mettant en communication les parties étagées du dit deuxième alésage ( 36), l'une des faces du dit deuxième piston recevant la pression engendrée dans le maître-cylindre ( 48) et l'autre forme le dit deuxième clapet. 7 Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dit étrier ( 3) est monté à coulissement sur et à rotation autour d'une colonnette ( 11) solidaire de la dite chape ( 1), la dite rotation étant limitée au moins par une partie mobile ( 23) du dit cylindre récupérateur d'énergie ( 15). 8 Ensemble selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dit étrier ( 3) est en appui sur le dit piston ( 23, 19) du dit cylindre récupérateur d'énergie ( 15) dont le corps ( 21) est solidaire de la dite chape ( 1). 9 Ensemble selon l'une quelconques des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dit moteur de frein ( 82) comporte deux chambres indépendantes de travail ( 86, 88) dont l'une ( 86) est directement reliée au maître-cylindre ( 48) et l'autre ( 88) au dit cylindre récupérateur d'énergie par l'intermédiaire du dit amplificateur-limiteur hydraulique.