Brevet FR2698336A1 — publié le 19940527

PROCEDE ET DISPOSITIF DE FREINAGE NOTAMMENT POUR CYCLES L'invention concerne le freinage de véhicules et en particulier le freinage de véhicules à deux roues, par action (immmobilsation ou simple ralentissement) sur un élément mobile tel qu'une roue, un disque ou un tambour de freinage. Si l'on considère par exemple le cas des cycles, le dispositif de freinage comprend des poignées fixées au guidon et destinées à commmander l'action de plusieurs pa- tins par l'intermédiaire de câbles ou de tiges Il est pré- vu, en général, un patin de chaque coté d'une roue, chaque paire étant maintenue par un support muni de moyens permet- tant de presser lesdits patins contre les roues afin de contrarier leur rotation, soit pour ralentir, soit pour s'arrêter. Lorsque l'on agit sur les poignées, on provoque le déplacement des patins vers l'élément mobile en rota- tion, jusqu'à ce qu'ils accostent plus ou moins brutalement selon la force avec laquelle on actionne les poignées De toute façon, les patins sont au contact ou pas de l'élément mobile, c'est-à-dire que le premier temps du freinage est une action par tout ou rien. L'ajustement de la force de freinage se fait en pressant plus ou moins les poignées, ce qui provoque sur l'élément mobile une pression plus ou moins énergique. L'effort subi par l'élément mobile en rotation se traduit plus ou moins directement par une action sur la surface de roulage. Or, si la cinématique et sa commande restent constantes sur un engin donné, il n'en est pas de même pour la surface de roulage qui, sauf exception, varie constam- ment: un sol bitumé en bon état est, par endroits, parsemé de graviers; un sol sec a quelques flaques d'eau; de l'herbe rase fait brusquement place à de la boue etc. De ce fait, une action correcte sur le système de freinage à un instant donné devient dangereuse l'instant d'après, sans qu'il soit réellement possible d'ajuster constamment l'action sur les poignées par observation du sol car, de plus, ce qui est vrai pour la roue avant peut ne pas l'être pour la roue arrière. Il en résulte, surtout lorsque l'on commande le freinage de la roue avant, non seulement un risque impor- tant de dérapage et de perte de contrôle, mais également la chute de l'usager, notamment par basculement au-dessus du guidon Ceci est particulièrement dangereux pour les cyclo- moteurs et les vélos tous terrains. Pour remédier au problème du blocage des roues, on connaît dans le cas des véhicules automobiles, le sys- tème de freinage connu dans le commerce sous le nom déposé "ABS" Ce système consiste à prévoir des capteurs sur les disques de freinage qui équipent classiquement les véhi- cules automobiles Ces capteurs ont pour rôle de trans- mettre certaines informations à un circuit électronique afin que les patins de freinage (dits "plaquettes") s'écar- tent du disque de freinage avant blocage de la roue puis reviennent au contact du disque, puis s'écartent à nouveau, etc. Bien entendu, l'alternance de la pression exer- cée sur les patins de freinage pour les mettre au contact du disque ou pas, est très rapide grâce au système d'assis- tance électronique Elle est bien plus rapide que si le conducteur essayait de contrôler lui-même son freinage en appuyant puis en relachant la pédale de frein plusieurs fois de suite, ce que l'on désigne parfois dans la pratique par "freinage en pointillé". Le système de freinage ABS permet ainsi d'éviter le blocage des roues du véhicule et d'obtenir un freinage particulièrement efficace et rapide sur une distance rédui- te. Néanmoins, ce dispositif de freinage ABS n'est pas transposable à tous les cas et notamment aux véhicules à deux roues qui doivent rester légers et bon marché. L'objectif de l'invention est donc de fournir des moyens de freinage permettant d'éviter le blocage brutal d'une roue et donc la chute de l'usager, mais également d'améliorer l'efficacité du freinage en général. A cette fin, l'invention a pour objet un procédé de freinage d'un élément mobile tel qu'une roue, notamment pour véhicule à deux roues, caractérisé en ce que l'on ap- plique un effort sur l'élément mobile au moyen d'au moins un organe de frottement, d'o il résulte une pression qui s'exerce selon une surface de contact donnée, puis qu'à partir d'un seuil prédéterminé de cette pression, on dimi- nue corrélativement la valeur de la surface de contact, sans qu'elle devienne nulle tant qu'un freinage est néces- saire. Selon une caractéristique de ce procédé: on monte l'organe de frottement de manière pi- votante afin qu'il ait tendance, lorsqu'il est en contact avec l'élément mobile et sous l'effet même de la rotation dudit élément mobile, à se déplacer angulairement par rap- port à ce dernier, ce qui entraîne la variation de la va- leur de la surface de contact, l'organe de frottement étant soumis à une force élastique antagoniste d'équilibrage. L'invention a également pour objet un dispositif de freinage notamment pour véhicule à deux roues, du type comprenant au moins un patin de freinage monté mobile entre une position de repos dans laquelle il est maintenu à faible distance d'un élément mobile tel qu'une roue et une position active dans laquelle il est en contact avec ledit élément mobile, des moyens étant prévus pour faire passer chaque patin de la position de repos à la position active et vice versa, caractérisé en ce que chaque patin de frei- nage est en outre monté pivotant entre une position de dé- but de freinage dans laquelle il est parallèle à l'élément mobile et en contact avec celui-ci sensiblement sur toute sa surface nominale et une position dans laquelle ledit pa- tin fait un angle par rapport audit élément mobile et est en contact avec celui-ci selon une surface substantielle- ment inférieure à la surface nominale, un organe élastique antagoniste sollicitant chaque patin vers sa position acti- ve. Selon d'autres caractéristiques de ce dispositif chaque patin est solidaire d'une tige qui est associée à une pièce montée pivotante entre une position initiale dans laquelle le patin est en position active et parallèle à l'élément mobile et une position dans laquelle le patin fait un angle avec ledit élément mobile; la pièce pivotante est associée à des moyens de rappel élastique; les moyens de rappel sont constitués par un ressort; les moyens de rappel sont constitués par une pièce élastique, notamment une pièce pleine en une matière élastomère; les moyens de rappel comprennent des moyens de tarage de la pression exercée sur le patin de freinage; les moyens de rappel sont constitués par un ressort et les moyens de tarage par des organes de réglage de la compression initiale du ressort. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée donnée ci-après à titre d'exemple illustratif et non limitatif ainsi que des dessins dans lesquels: Les figures 1 et 2 sont deux vues schématiques respectivement en prospective et en plan avec coupe par- tielle d'une partie d'un dispositif conforme à l'invention, comprenant un patin de freinage et ses organes de commande associés, en position de repos dans laquelle le patin est à petite distance d'une jante de roue de bicyclette, celle-ci n'étant donc pas freinée. Les figures 3 et 4 sont deux vues schématiques en élévation montrant, par l'avant, le dispositif conforme à l'invention et illustrant le passage de la position neutre à la position active de ce dispositif. Les figures 5 et 6 sont deux vues schématiques respectivement en perspective et en plan avec coupe par- tielle du dispositif des figures 1 et 2 dont le patin de freinage est en position active de début de freinage dans laquelle il est sensiblement parallèle à la jante de roue de bicyclette et en contact avec celle-ci selon toute la surface nominale dudit patin. Les figures 7 et 8 sont deux vues schématiques respectivement en perspective et en plan avec coupe par- tielle du dispositif des figures 1 à 6, montrant ledit dis- positif en position de pivotement, correspondant au soula- gement du freinage. Le dispositif selon l'invention va être décrit ci-après dans le cas d'un cycle tel qu'un vélo tous ter- rains mais, bien entendu,l on peut prévoir d'autres appli- cations telles que les freins à disques ou à tambours, pour tous les véhicules. Par ailleurs, dans la description ci-après on se réfère à un dispositif de freinage qui ne possède qu'un seul patin alors que, généralement, dans la réalité, il y en a deux qui agissent en mâchoire Mais il va de soi que l'invention s'applique à des dispositifs ayant, indistinc- tement, un ou plusieurs patins. En se reportant au dessin, on voit qu'un disposi- tif de freinage conforme à l'invention comprend un boîtier 1 qui présente une partie tubulaire 2 par laquelle il est monté pivotant selon un axe substantiellement horizontal a matérialisé par un pivot fixe 3 faisant partie du cadre d'une bicyclette dont on aperçoit en partie un montant 4. Le boîtier 1 est positionné de telle sorte qu'il soit au voisinage immédiat de la jante 5 d'une roue représentée en fantôme pour ne pas masquer les différents éléments du dis- positif. Autour du pivot 3, se trouve un ressort hélicoï- dal 6 dont les extrémités 7 et 8 rabattues parallèlement à l'axe a sont en butée respectivement contre le montant 4 et contre la partie tubulaire 2 après avoir mis le ressort 6 sous tension, son rôle étant de rappeler le boîtier 1 vers sa position dite "de repos" dans laquelle il est éloigné de la jante de roue 5 Bien entendu, dans la pratique ce mon- tage peut être remplacé par tout autre équivalent à la por- tée de l'homme de métier. A l'opposé du pivot 3, se trouve une chape 10 à laquelle est assujetti un câble 11 aboutissant à une poi- gnée de manoeuvre de type connu (non représentée). Les moyens par lesquels le câble 11 est assujetti au boîtier 1 par la chape 10 et à la poignée de manoeuvre ne font pas partie de l'invention et sont à la portée de l'homme de métier. Le boîtier 1 contient deux pièces mobiles et re- liées l'une à l'autre: une pièce 12 est montée pivotante sur une pièce 13 par un pion circulaire 14 engagé dans une lumière 15 du boîtier 1, cette pièce 13 étant montée cou- lissante par une tige 16 engagée dans une pièce 17 qui lui sert de guide rectiligne, en plus du pion 14 lui-même guidé par la lumière 15 parallèle à l'axe de la tige 16. La pièce 17 a une partie filetée 17 a qui est vis- sée dans un trou taraudé du boîtier 1 et une partie 17 b dont l'intérieur est lisse pour assurer le coulissement de la tige 16 et l'extérieur présente un six pans permettant de manoeuvrer la pièce 17 pour la visser ou la dévisser par rapport au boîtier 1. La pièce pivotante 12 porte un pion circulaire 18 placé dans une lumière rectiligne 19 du boîtier 1, oblique par rapport à l'axe de la tige 16. Un ressort de rappel hélicoïdal 20 est placé au- tour de la tige 16 et prend appui par l'une de ses extrémi- tés 21 contre l'intérieur de la partie tubulaire 17 et par son autre extrémité 22 contre la pièce coulissante 13, de telle sorte que ce ressort 20 est comprimé quand la pièce 13 se rapproche de la pièce 17 et se détend pour solliciter constamment la pièce coulissante 13 vers sa position dans laquelle elle est la plus éloignée de la pièce 17. La pièce pivotante 12 est traversée d'un trou lisse 25 dans lequel s'étend une tige filetée 26 associée à des organes de fixation et de réglage 27 et 28, cette tige étant solidaire d'une monture 29 pour un patin de frei- nage 30 en toute matière voulue, destiné à entrer en contact avec la jante de roue 5. Cette disposition peut avoir des équivalents à la portée de l'homme de métier Par exemple, la matière du pa- tin 30 peut être surmoulée sur un insert solidaire de la tige 26, ce qui élimine la monture 29. Le fonctionnement de ce dispositif est le sui- vant, étant précisé que pour la clarté de l'exposé on considère que la jante de roue est vue en plan, le disposi- tif étant situé latéralement et à la partie supérieure de la jante 5 pour les figures 1, 2 et 5 à 8, tandis que pour les figures 3 et 4, la jante 5 est vue de devant et est verticale, le dispositif étant placé en haut et sur le côté de ladite jante 5: Dans la position de repos représentée sur les fi- gures 1 à 3, le système de freinage est inactif Le ressort 6 sollicite le boîtier 1 pour qu'il demeure stable dans une position angulaire telle que le patin 30 est situé à une petite distance x de la jante 5, position angulaire cen- trée sur l'axe a Le câble 11 est représenté détendu puisque l'usager est censé ne pas agir sur la poignée de manoeuvre. Le ressort 20 repousse la pièce coulissante 13, le pion 14 est à l'extrémité de la lumière 15 la plus éloi- gnée de la pièce 17, ce qui sollicite la pièce pivotante 12 dans une orientation o la tige 26 qu'elle porte s'étende perpendiculairement au plan de la jante 5, le patin 30 ayant sa face active 30 a située obliquement par rapport audit plan de la jante 5 mais en considérant un plan verti- cal (figure 3). En considérant le système vu en plan (figures 1 et 2), la face utile 30 a du patin 30 est parallèle au plan de la jante 5. Lorsque l'usager veut freiner, il actionne la poignée de manoeuvre qui tend le câble 11 selon la flèche Fl et oblige le boîtier 1 à pivoter selon l'axe a, autour du pivot fixe 3. Par ce mouvement angulaire de soulèvement, le boîtier 1 amène le patin 30 au contact de la jante 5 selon toute la surface nominale de la face utile 30 a ou, plus exactement, selon la surface de contact maximale entre la jante 5 et le patin 30 (figures 4 à 6). Par "surface nominale", on entend la surface de la face 30 a telle qu'elle est conçue, c'est-à-dire en te- nant compte des éventuels sillons 30 b dont l'ouverture vient en déduction de la surface pleine théorique résultant du seul contour de la face utile 30 a. Plus l'usager sollicite la poignée de manoeuvre, plus forte est la traction sur le câble 11, plus forte est la pression du patin 30 sur la jante 5, plus énergique est le freinage. Mais, contrairement à ce qui se passe avec les freins connus, aucun blocage de la roue n'est possible. En effet, le frottement de la jante 5 en mouve- ment de rotation contre le patin 30 immobile, a tendance à solidariser la jante 5 et le patin 30: le patin 30 tend à arrêter la jante 5 et celle-ci tend à entraîner le patin 30 selon la flèche F 2 indiquant le sens du mouvement de la jante 5. Naturellement, il ne peut pas y avoir d'arrêt instantané et le patin ne peut pas immobiliser la jante 5. C'est l'inverse qui se produit, c'est-à-dire que le patin est sollicité vers l'avant par la jante 5. Le dispositif conforme à l'invention prévoit, précisément, d'utiliser ce mouvement virtuel et de facili- ter le déplacement du patin 30 dans le sens naturel: en permettant à la pièce 12 de céder sous l'effort de sollici- tation, on permet à la tige 26, à la monture 29 et au patin de pivoter dans un plan horizontal pour faire un angle fl entre la face utile 30 a et le plan de la jante 5, comme cela se voit sur les figures 7 et 8. Ce pivotement du patin 30 ne doit se produire que si la pression sur la jante 5 atteint une valeur prédéter- minée et jugée critique, comme cela ressortira des explica- tions qui suivent. La disposition des lumières 15 et 19 est telle que la pièce 12, quand elle écarte le patin 30, a un mouve- ment non pas circulaire centré sur un seul axe mais un mou- vement sensiblement elliptique, comme l'évoque la flèche F 3, car tout en pivotant dans le sens inverse des aiguilles d'une montre (figures 5 et 6), la pièce 12 avance du fait de l'obliquité de la lumière 19 et provoque la compression du ressort 20 par l'intermédiaire de la pièce coulissante 13 qu'elle pousse En somme, le flèche F 3 évoque la résul- tante des flèches F 4 et F 5 indiquant les sens dans lesquels se déplacent les pions 18 et 14 dans les lumières 19 et 15 (figures 5 et 6). Cette cinématique n'entre en fonctionnement que sous l'effet d'entraînement de la jante 5 et à l'encontre de la résistance du ressort 20 En ajustant la tension de ce ressort 20, on effectue le tarage du dispositif car on coordonne le mouvement de pivotement du patin 30 et une va- leur de pression prédéterminée entre le patin 30 et la jante 5. Pour régler la force d'équilibrage des moyens de rappel, c'est-à-dire pour ajuster la tension initiale du ressort 20, on manoeuvre la pièce 17 au moyen du six pans 17 b afin que la partie 17 a se visse plus ou moins dans le boîtier 1. Plus le ressort 20 est tendu, plus la course de la pièce 13 est courte et plus forte sera la pression maxi- male admise entre la jante 5 et le patin 30. Plus le ressort 20 est lâche, plus la course de la pièce 13 est longue et plus faible sera la pression maximale admise entre la jante 5 et le patin 30. La manoeuvre de la pièce 17 par le six pans 17 b est très simple et il est possible de corriger la tension du ressort 20 pour l'adapter à volonté en fonction de l'état du terrain, des conditions atmosphériques, etc. Avec les dispositifs connus, la pression entre l'élément mobile (la jante 5 en l'occurrence) et le patin de freinage s'exerce librement et peut aller, sans aucune difficulté, jusqu'au blocage de la roue Selon l'invention, le patin 30 s'efface progressivement, au fur et à mesure que la pression augmente, pour maintenir l'effort de frei- nage au-dessous du seuil critique pouvant bloquer la roue. Le pivotement du patin 30 n'est pas brusque et il ne se déplace pas nécessairement en une seule fois selon l'angle fl maximum L'effort antagoniste du ressort 20 est permanent et le patin 30 peut même osciller automatiquement aussi bien dans le sens de l'ouverture de l'angle p que dans le sens de sa fermeture si la pression entre la jante et le patin 30 varie, ce qui se produit, en particulier, lorsque l'état de la surface de roulage change, cas de la pratique du vélo dit "tous terrains" ou "VTT". Lorsque l'effort issu de la rotation de la jante 5 devient plus faible que l'effort d'extension du ressort , celui-ci repousse la pièce 13 dont le pion 14 parcourt la lumière 15 dans le sens de la flêche F 6, ce qui oblige la pièce 12 à se rabattre vers la jante 5, son pion 18 par- courant la lumière 19 selon la flêche F 7. Le mouvement elliptique qui en résulte, dans le sens des aiguilles d'une montre, est évoqué par la flêche F 8 (figures 7 et 8). Le caractère inévitablement schématique et sta- tique des dessins ne doit pas faire oublier que le patin 30 est en une matière relativement élastique, de sorte que l'écartement du patin 30 ne se fait pas strictement selon son arête géométrique avant, comme on pourrait le penser en observant la rigoureuse linéarité de la face 30 a de la fi- gure 8 En réalité, le patin 30 se "déroule" un peu quand il s'écarte de la jante, à la manière d'une semelle de chaussure pendant la marche et il est un peu déformé dans sa partie qui est pressée contre la jante 5, si bien qu'il existe toujours une surface de contact, même très faible, quand l'angle P est maximum. Tant que la pression n'a pas atteint le seuil correspondant au tarage du ressort 20, le patin 30 reste dans la position de serrage maximum représentée sur les fi- gures 5 et 6, de sorte que jamais le freinage n'est infé- rieur à ce qu'il devrait être Il n'y a relâchement du pa- tin 30 que si la pression atteint une valeur élevée et ré- glable et retour au serrage du patin quand cette pression diminue. Quand l'usager cesse d'agir sur la poignée de ma- noeuvre du frein, les pièces mobiles 12 et 13 reprennent leur position de repos des figures 1 à 3 et le ressort 6 ramène le boîtier 1 de la position de la figure 4 à la po- sition de la figure 3. Bien entendu, l'invention s'applique à toutes sortes de freins et pas seulement à ceux des véhicules à deux roues. De même, l'homme de métier sait utiliser des moyens équivalents à ceux qui ont été décrits, tout parti- il culièrement en ce qui concerne les moyens de rappel élas- tique qui, dans la description ci-dessus sont constitués par le ressort 20, mais qui, dans la pratique peuvent être réalisés différemment: on peut substituer au ressort 20 une pièce en élastomère possédant sa propre élasticité, ce qui est le cas des pièces connues dans le commerce sous le nom de "SILENT BLOC" On pourrait également prévoir des moyens pneumatiques et/ou hydrauliques etc Le choix de ces moyens dépend non seulement de considérations de prix mais aussi de poids, d'encombrement et de complexité On n'uti- lisera donc pas strictement la même version pour un "vélo tous terrains" et pour une moto de grosse cylindrée par exemple. L'important étant d'obtenir le rappel du patin 30 (et des éléments qui le portent, ici la tige 26 et la mon- ture 29), les moyens de rappel élastique peuvent être dis- posés autrement qu'entre la pièce coulissante 13 et l'inté- rieur de la pièce 17. REVENDICATIONS 1/ Procédé de freinage d'un élément mobile tel qu'une roue, notamment pour véhicule à deux roues, carac- térisé en ce aue l'on applique un effort sur l'élément mo- bile ( 5) au moyen d'au moins un organe de frottement ( 30), d'o il résulte une pression qui s'exerce selon une surface de contact donnée, puis qu'à partir d'un seuil prédéterminé de cette pression, on diminue corrélativement la valeur de la surface de contact, sans qu'elle devienne nulle tant qu'un freinage est nécessaire. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on monte l'organe de frottement ( 30) de ma- nière pivotante afin qu'il ait tendance, lorsqu'il est en contact avec l'élément mobile ( 5) et sous l'effet même de la rotation dudit élément mobile ( 5), à se déplacer angu- lairement par rapport à ce dernier, ce qui entraîne la va- riation de la valeur de la surface de contact, l'organe de frottement ( 30) étant soumis à une force élastique antago- niste d'équilibrage. 3/ Dispositif de freinage notamment pour cycles, du type comprenant au moins un patin de freinage monté mo- bile entre une position de repos dans laquelle il est main- tenu à faible distance d'un élément mobile tel qu'une roue et une position active dans laquelle il est en contact avec ledit élément mobile, des moyens étant prévus pour faire passer chaque patin de la position de repos à la position active et vice versa, caractérisé en ce que chaque patin de freinage ( 30) est en outre monté pivotant entre une po- sition de début de freinage dans laquelle il est parallèle à l'élément mobile ( 5) et en contact avec celui-ci sensi- blement sur toute sa surface nominale et une position dans laquelle ledit patin ( 30) fait un angle (p) par rapport au- dit élément mobile ( 5) et est en contact avec celui-ci se- lon une surface substantiellement inférieure à la surface nominale, un organe élastique antagoniste ( 20) sollicitant chaque patin ( 30) vers sa position active. 4/ Dispositif selon la revendication 3, caracté- risé en ce cue chaque patin ( 30) est solidaire d'une tige ( 26) qui est associé à une pièce ( 12) montée pivotante entre une position initiale dans laquelle le patin ( 30) est en position active et parallèle à l'élément mobile ( 5) et une position dans laquelle le patin ( 30) fait un angle ( 3) avec ledit élément mobile ( 5). / Dispositif selon la revendication 4, caracté- risé en ce que la pièce pivotante ( 12) est associée à des moyens de rappel élastique ( 20). 6/ Dispositif selon la revendication 5, caracté- risé en ce aue les moyens de rappel sont constitués par un ressort ( 20). 7/ Dispositif selon la revendication 5, caracté- risé en ce que les moyens de rappel sont constitués par une pièce élastique, notamment une pièce pleine en une ma- tière élastomère. 8/ Dispositif selon la revendication 3, caracté- risé en ce que les moyens de rappel ( 20) comprennent des moyens de tarage de la pression exercée sur le patin de freinage ( 30). 9/ Dispositif selon les revendications 7 et 8 ca- ractérisé en ce que les moyens de rappel sont constitués par un ressort ( 20) et les moyens de tarage sont constitués par des organes de réglage ( 17) de la compression initiale du ressort ( 20).