Brevet FR2714006A1 — publié le 19950623

l " Système de freinage hydraulique pour véhicules routiers, notamment des voitures particulières " Etat de la technique La présente invention concerne un système de freinage hydraulique pour véhicules routiers, notamment des voitures particulières, avec un frein de service actionné par une force extérieure en agissant sur une pédale de frein et un frein auxiliaire actionné par la force musculaire, avec un maître-cylindre10 de frein comportant deux chambres de pression et un piston intermédiaire susceptible d'être déplacé contre l'action d'un ressort et avec un réservoir de liquide de frein, avec une première conduite d'un circuit de freinage, con- duite allant du réservoir de liquide de frein à au moins un cylindre de frein de roue et à laquelle est raccordée une source de pression de service, avec une seconde conduite reliant le ou les cylindres de frein de roue du circuit de freinage avec le réservoir de liquide de frein, avec un agencement de soupapes pour la modulation de pres- sion dans au moins un cylindre de frein de roue, agencement consistant en une soupape d'admission sur la première con- duite et une soupape d'échappement sur la seconde conduite, avec une troisième conduite partant de la première chambre de pression côté pédale du maître-cylindre de frein et rac- cordée au circuit de freinage, conduite sur laquelle est disposée une première soupape d'arrêt actionnée électroma- gnétiquement et devenant passante lorsqu'elle est privée de courant. Par le document DE 40 29 793 Ai, on connaît déjà un tel système de freinage dans lequel, au début du frei- nage, la première soupape d'arrêt dans le circuit de frei- nage reste dans sa position passante, de sorte que par actionnement de la pédale de frein, le liquide de frein est expulsé de la chambre de pression du maître-cylindre de frein et la pression de freinage est établie dans le cylin- dre de frein de roue. La pédale de frein a alors une dévia- tion qui est déterminée principalement par l'air se trouvant dans le frein de roue ainsi que par son élasticité et l'élasticité de la conduite de frein. La caractéristique progressive en général souhaitée de la pédale, c'est-à-dire une résistance réduite sur la pédale au début de la course de celle-ci et augmentant progressivement lorsque la dévia- tion augmente, est cependant discontinue dans ce système de freinage connu du fait qu'à partir d'un seuil de pression prédéfini, la première soupape d'arrêt commute dans sa po- -20 sition d'arrêt et l'actionnement par une force extérieure du frein de service devient efficace. La pédale de frein n'effectue alors plus de course notable lorsque sa sollici- tation par le conducteur augmente. Mais il est souhaitable qu'aussi bien lors de l'actionnement du frein de service que lors de l'actionnement du frein auxiliaire, on obtienne une caractéristique de pédale à peu près identique. Avantages de l'invention Dans le système de freinage selon l'invention: le ressort coopérant avec le piston intermédiaire est réalisé sous la forme d'un ressort simulateur du déplace- ment déterminant la caractéristique de la pédale; - la troisième conduite est raccordée à la deuxième con- duite entre la soupape d'échappement ou de sortie, deve- nant passante lorsqu'elle est privée de courant, de l'agencement de soupapes et le réservoir de liquide de frein; - sur la deuxième conduite se trouve, entre le raccordement de la troisième conduite et le réservoir de liquide de frein, une deuxième soupape d'arrêt actionnée électromagnétiquement et prenant sa position d'arrêt lorsqu'elle est privée de courant; - à la deuxième conduite du circuit de freinage est raccor- dée, entre la première soupape d'arrêt et la deuxième soupape d'arrêt, une quatrième conduite partant de la deuxième chambre de pression du côté opposé à la pédale du maître-cylindre de frein; - lorsque le frein de service est en action, la première soupape d'arrêt prend sa position d'arrêt actionnée élec- tromagnétiquement et la deuxième soupape d'arrêt prend sa position de passage actionnée électromagnétiquement; - lorsque le frein auxiliaire est en action, les deux sou- papes d'arrêt restent dans leur position privée de cou- rant. Le système de freinage selon l'invention définie ci-dessus, présente l'avantage que le ressort forme la ca- ractéristique de la pédale lors du mode de fonctionnement du système de freinage en tant que frein de service action- né par une force extérieure, auquel cas, sur toute la zone d'action, on obtient une course constante de la pédale et une évolution de la force du ressort sans variation brus- que. Tandis qu'alors le liquide de frein est expulsé de la seconde chambre de pression du maître-cylindre de frein dans le réservoir de liquide de frein, la première chambre de pression reste séparée du circuit de freinage par la première soupape d'arrêt, de sorte qu'un allongement d'une importance inadmissible de la course de la pédale est évi- té. Lors du relâchement du frein, l'énergie captée par le ressort est complètement restituée à la pédale de frein. Si par contre, du fait de la défaillance du frein de service le frein auxiliaire est en action, alors les deux chambres de pression du maîtrecylindre de frein com- muniquent par la troisième et la quatrième conduite et le5 piston intermédiaire est équilibré en pression, c'est-à- dire que lors d'un actionnement de la pédale de frein, le piston intermédiaire conserve sa position de départ et le liquide de frein n'est expulsé que de la chambre de pres- sion côté pédale. La caractéristique de la pédale n'est pas10 dans ce cas influencée par le ressort, évitant une prolon- gation indésirable de la course de la pédale. La course disponible de la pédale peut en conséquence être complète- ment utilisée pour l'expulsion du liquide de frein hors de la chambre de pression côté pédale. Ceci permet avantageu- sement de maintenir à une faible dimension le diamètre du maître- cylindre de frein et, du fait des forces d'actionne- ment réduites en conséquence, de réduire en diamètre un am- plificateur de force d'un frein à dépression éventuellement prévu, ou même d'y renoncer complètement.20 Des compléments avantageux et des améliorations du système de freinage indiqué ci-dessus font l'objet d'au- tres caractéristiques de l'invention. En prévoyant que le ressort est réalisé sous la forme d'une structure cylindrique creuse, en élastomère avec des cellules à pores fermés remplies de gaz, qui en- toure équiaxialement le piston intermédiaire et prend appui d'un côté contre celui-ci et de l'autre côté contre le car- ter du maître-cylindre de frein, on peut obtenir d'une fa- çon simple et peu coûteuse une caractéristique de pédale qui peut être modifiée dans une large étendue en modifiant les caractéristiques de l'élastomère ainsi que le nombre et la grandeur des cellules. Grâce à un complément de l'invention dans lequel le ressort prend appui par ses faces frontales contre une collerette du piston intermédiaire et contre un redan d'alésage du carter du maître-cylindre de frein, et remplit un espace annulaire entre le piston intermédiaire et le carter du maître-cylindre de frein, l'espace de montage prévu dans le cylindre de frein principal est complètement5 utilisé. Un autre complément de l'invention concerne l'utilisation pour le ressort d'un matériau particulière- ment approprié, tel que du polyuréthanne. Dessins Un exemple de réalisation de l'invention est re- présenté d'une façon simplifiée sur les dessins ci-joints et va être exposé plus en détail dans la description ci- après. Dans les dessins: La figure 1 est un schéma de branchement d'un système de freinage hydraulique. La figure 2 montre en coupe longitudinale un maî- tre-cylindre de frein disposé dans le système de freinage. Description de l'exemple de réalisation Un système de freinage hydraulique désigné sur la figure 1 par 10 et dont seulement un circuit de freinage 11 est représenté, sert aussi bien de frein de service action- né par une force externe que de frein auxiliaire actionné par la force musculaire pour un véhicule routier, notamment une voiture particulière. Les éléments essentiels du sys- tème de freinage 10 sont un maître-cylindre de frein 12 susceptible d'être actionné par une pédale, des freins de roue 13 et 14 du circuit de freinage 11, une servosource de pression 15, des agencements de soupape 16 et 17 pour modu- ler la pression dans les cylindres de frein de roue 13 et 14, un agencement de soupapes 18 pour commuter le mode de fonctionnement du système de freinage comme frein de ser- vice ou bien comme frein auxiliaire et un appareil électro- nique de commande 19. Le système de freinage 10 a une première conduite 21 qui part d'un réservoir de liquide de frein 22 du maî- tre-cylindre 12 et qui se ramifie en deux branches 21.1 et 21.2 aboutissant aux cylindres de frein de roue 13 et 14. De ceux-ci partent des branches de conduite 23.1, 23.2 d'une seconde conduite 23 également en communication avec le réservoir de liquide de frein 22. Une troisième conduite 24 relie une première chambre de pression 25 du maître- cylindre 12 et la deuxième conduite 23. En outre, il est prévu une quatrième conduite 26 entre une seconde chambre de pression 27 du maître-cylindre 12 et la deuxième con- duite 23. Sur la première conduite 21 se trouve une pompe haute pression 30 de la servosource de pression 15. La pompe haute pression 30 aspire le liquide de frein dans le réservoir 22 du maître-cylindre 12 et le refoule à un ni-15 veau de pression élevé dans un accumulateur de pression 31 raccordé en aval de la pompe à la première conduite 21. Pour surveiller la pression dans l'accumulateur de pression 31, il est prévu un détecteur de pression 32 raccordé à la première conduite 21. En aval de la pompe haute pression 30 et de l'accumulateur de pression 31, se trouve sur la première conduite 21 une soupape d'arrêt 33 sous la forme d'un distributeur à tiroir à 2/2 voies avec une position de fermeture actionnée par ressort et une po- sition de passage actionnée électromagnétiquement. L'agencement de soupapes 16 est constitué d'une soupape d'entrée ou d'admission 36 disposée sur la branche 21.1 de la conduite 21 et d'une soupape de sortie ou d'échappement 37 placée sur la branche 23.1 de la deuxième conduite 23. La soupape d'entrée 36 et la soupape de sortie 37 sont réalisées sous la forme de distributeurs à étran- glement avec deux ouvertures de raccordement. L'une des po- sitions terminales externes de la soupape d'entrée 36 est une position de fermeture actionnée par ressort et l'autre position terminale externe est une position de passage com- mandée électromagnétiquement. La soupape de sortie 37 a, comme position terminale externe, une position de passage actionnée par ressort et une position de fermeture comman- dée électromagnétiquement. L'agencement de soupapes 17 as- socié au cylindre de frein de roue 14 a la même constitution. Côté frein de roue, il est en outre prévu respectivement un capteur de pression 38 et 39 pour la sur- veillance de la pression dans les cylindres de frein de roue 13 ou 14. Les cylindres de frein de roue 13 et 14 se trou- vant dans le circuit de freinage 11 sont associés à des freins de roue non représentés de l'essieu avant du véhi- cule. Un deuxième circuit de freinage comprenant des freins de roue de l'essieu arrière du véhicule n'est pas représen- té sur la figure 1. Il peut être raccordé d'une part à la servosource de pression et d'autre part au réservoir 22 du maître-cylindre 12 et comprendre des agencements de soupa- pes pour la modulation de la pression dans les freins de roue de l'essieu arrière. Sur la troisième conduite 24 du système de frei- nage, se trouve une première soupape d'arrêt 41 sous la forme d'un distributeur à tiroir à 2/2 voies avec une posi- tion de passage commandée par ressort et une position d'ar- rêt commandée électromagnétiquement. La première soupape d'arrêt 41 est contournée par une conduite de dérivation 42 sur laquelle est disposée une soupape de retenue 43 pas- sante dans le sens allant des cylindres de frein de roue 13, 14 vers le maître-cylindre 12. A la troisième conduite 24 est en outre raccordé, côté maître-cylindre, un détec- teur de pression 44 pour détecter la pression produite dans la première chambre de pression 25 du maître-cylindre de frein 12. Une deuxième soupape d'arrêt 46 se trouve sur la deuxième conduite 23 entre le réservoir de liquide de frein 22 et le raccordement de la troisième conduite 24 à la deuxième conduite 23. La deuxième soupape d'arrêt 46 est également, comme la première soupape d'arrêt 41, un distri- buteur 2/2 mais avec sa position d'arrêt commandée par res- sort et sa position de passage commandée électromagné- tiquement. La quatrième conduite 26 venant de la deuxième5 chambre de pression 27 du maître-cylindre de frein 12 est raccordée à la seconde conduite 23 entre la première sou- pape d'arrêt 41 et la deuxième soupape d'arrêt 46. Le maître-cylindre de frein 12 est susceptible d'être commandé par une pédale de frein 48. Celle-ci agit par l'intermédiaire d'une tige de commande 49 sur un piston qui limite la première chambre de pression 25 côté pé- dale. L'actionnement de la pédale de frein 48, ferme un contacteur 51 de feux de stop, tandis que le déplacement de la tige de commande 49 est susceptible d'être capté par un15 détecteur de course 52. Comme on peut le voir sur la coupe longitudinale du carter 53 du maître- cylindre de frein 12 représentée à plus grande échelle sur la figure 2, dans un alésage cylindrique 54 fermé par le piston 50 se trouve un piston intermédiaire 55 séparant les deux chambres de pres- sion 25 et 27. Ce piston intermédiaire est d'une façon con- nue couplé avec le piston 50 de façon à pouvoir se déplacer longitudinalement, tandis qu'un ressort de pression 56 logé dans la première chambre de pression 25 maintient les deux pistons 50 et 55 à une distance prédéfinie l'un de l'autre lorsque la pédale de frein 48 n'est pas actionnée. Le piston intermédiaire 55 est muni, à peu près dans le milieu de son extension longitudinale, d'une colle- rette 59 qui s'étend radialement presque jusqu'à la péri- phérie interne d'un élargissement de diamètre 60 de l'alésage cylindrique 54. L'élargissement de diamètre 60 est délimité par rapport à la seconde chambre de pression 27, par un redan d'alésage 61. Le piston intermédiaire 55 et sa collerette 59 d'une part ainsi que l'élargissement de diamètre 60 de l'alésage cylindrique 54 et le redan d'alé- sage 61 d'autre part délimitent une chambre annulaire 62 dans laquelle est logé un ressort 63. Celui-ci à la forme d'un cylindre circulaire creux et remplit complètement la chambre annulaire 62. Le ressort 63 entoure concentrique- ment le piston intermédiaire 55 et prend appui d'une part contre celui- ci et d'autre part contre le carter 53 du maî- tre-cylindre de frein. Le ressort 63 est constitué par un élastomère tel que du polyuréthanne, et est réalisé avec des cellules à pores fermés remplies de gaz, de préférence des microcellules. Le ressort 63 détermine la caractéristi- que de la pédale lors du mode de fonctionnement du système de freinage 10 en frein de service. Enfin, le piston inter- médiaire 55 est en outre étanché vis-à-vis de la seconde chambre de pression 27 par un joint d'étanchéité 64. La pompe 30, les soupapes 33, 36, 37, 41, 46, les détecteurs 32, 38, 39, 44, 52 et le contacteur de feux de stop 51 sont reliés électriquement à l'appareil de commande 19. Celui-ci exploite les signaux du contacteur et des dé- tecteurs et commute ou commande la pompe et les soupapes selon un algorithme prédéfini. Le système hydraulique de freinage 10 fonctionne comme suit: Lorsque le frein de service est apte à fonction- ner, l'accumulateur de pression 31 est chargé et les soupa- pes de la servosource de pression 15, les agencements de soupape 16, 17 et 18 prennent la position indiquée. Par ac- tionnement de la pédale de frein 48, le contacteur de feux de stop 51 est fermé de sorte que l'appareil de commande 19 détecte la demande de freinage. L'appareil de commande 19 commute la première soupape d'arrêt 41 dans la position d'arrêt et la seconde soupape d'arrêt 46 dans la position de passage. En outre, l'appareil de commande 19 amène les soupapes d'échappement 37 des agencements de soupape 16 et 17 dans la position d'arrêt. L'enfoncement de la pédale de frein 48 est surveillé par le détecteur de trajet 52. La tige de commande 49 provoque un déplacement du piston 50 qui, du fait que la soupape d'arrêt 41 et la soupape de re- tenue 43 sont fermées, est transmis par la colonne hydrau- lique dans la chambre de pression 25 sur le piston intermédiaire 55. Celui-ci expulse du liquide de frein en5 provenance de la seconde chambre de pression 27 par la deuxième soupape d'arrêt 46 ouverte, dans le réservoir de liquide de frein 22. Simultanément le ressort simulateur de trajet 63 est comprimé par le piston intermédiaire 55 ce qui se traduit par une augmentation de la pression dans la10 première chambre de pression 25. Cette pression est détec- tée par le détecteur de pression 44 et convertie par l'ap- pareil de commande 19 en signaux de commutation ou signaux de commande pour la soupape d'arrêt 33 ainsi que pour les soupapes d'admission 36 des agencements de soupape 16 et 17. En fonction du signal du détecteur de pression 44, la pression de freinage dans les cylindres de frein de roue 13 et 14 du circuit de freinage 11 est établie et surveillée par les détecteurs de pression 38 et 39. Si la pression dans la première chambre de pression 25 diminue, alors20 l'appareil de commande 19 envoie dans le réservoir de li- quide de frein 22, au moyen de la soupape d'échappement 37, du liquide de frein en provenance des cylindres de frein de roue 13 et 14. Dans le second circuit de freinage non re- présenté du système de freinage 10 les freins de roue sont actionnés de la même manière. Dans le cas du fonctionnement précédemment décrit du système de freinage 10 en frein de service, le ressort simulateur de trajet 63 détermine la caractéristique de la pédale car le liquide de frein enfermé dans la première chambre de pression 25 est incompressible et, en conse- quence, le ressort de pression 56 n'est pas bandé, et parce qu'en outre le liquide de frein peut être expulsé de la se- conde chambre de pression 27 sans résistance notable par le piston intermédiaire 55. Le ressort 63 enfermé dans la chambre annulaire 62 oppose au piston intermédiaire 55 une ll résistance qui résulte d'une part de la déformation de la structure en élastomère et d'autre part de la compression du gaz dans les cellules. Il en résulte une évolution pro- gressivement croissante de l'effort d'actionnement lorsque la course d'actionnement augmente. Lorsque la pédale de frein 48 est déchargée, l'énergie emmagasinée dans le res- sort 63 est restituée complètement et le ressort reprend son volume initial. Le liquide de frein expulsé de la cham- bre de pression 27 est remplacé à partir du réservoir 22. Si le frein de service est défaillant, alors les soupapes du système de freinage 10 restent dans la position indiquée et le frein auxiliaire devient efficace. La servo- source de pression 15 ne peut pas injecter du liquide de frein dans les cylindres de frein de roue 13 et 14. Au lieu de cela, par l'actionnement de la pédale de frein 48, du liquide de frein est expulsé de la première chambre de pression 25 du maître-cylindre de frein 12. Des quantités partielles de liquide de frein parviennent, à partir de la seconde conduite 23, par la première soupape d'arrêt 41 ou- verte et les soupapes d'échappement 37 ouvertes des agence- ments de soupape 16 et 17, dans les cylindres de frein de roue 13 et 14 o elles rendent la pression de freinage ef- ficace. La pression obtenue dans la première chambre de pression 25 est transmise par la quatrième conduite 26 éga-25 lement dans la seconde chambre de pression 27. Comme ainsi une égalité de pression règne sur les deux faces frontales du piston intermédiaire 55, celui-ci n'effectue aucun dé- placement. Il y a seulement expulsion du liquide de frein de la première chambre de pression 25. Lorsque le frein auxiliaire est opérationnel la caractéristique de la pédale est déterminée d'une part par la contrainte du ressort de pression 56 et d'autre part par l'effort antagoniste que le circuit de freinage 11 oppose à l'effort de la pédale. Dans ce cas également, une progressivité de l'augmentation de l'effort est donnée par la course de la pédale. Dans le cas de l'exemple de réalisation décrit ici, ce freinage auxiliaire n'est efficace que sur le cir- cuit de freinage 11 associé à l'essieu avant du véhicule. Cela est suffisant pour pouvoir, en cas de défaillance du5 frein de service, amener le véhicule en le conduisant avec précaution dans un atelier pour la remise en état du sys- tème de freinage. R E V E N D I C A T I O N S 1) Système de freinage hydraulique (10) pour vé- hicules routiers, notamment des voitures particulières, comprenant un frein de service actionné par une force exté-5 rieure en agissant sur une pédale de frein (48) et un frein auxiliaire actionné par la force musculaire, un maître- cylindre de frein (12) comportant deux chambres de pression (25, 27) et un piston intermédiaire (55) susceptible d'être déplacé contre l'action d'un ressort (63) et un réservoir de liquide de frein (22), une première conduite (21) d'un circuit de freinage (11), allant du réservoir de liquide de frein (22) à au moins un cylindre de frein de roue (13) et à laquelle est raccordée une source (15) de pression de service, une seconde conduite (23) reliant le ou les cylin- dres de frein de roue (13) du circuit de freinage (11) avec le réservoir de liquide de frein (22), un agencement de soupapes (16) pour moduler la pression dans au moins un cylindre de frein de roue (13), agencement consistant en une soupape d'entrée (36) sur la première conduite (21) et une soupape de sortie (37) sur la seconde conduite (23), une troisième conduite (24) partant de la première chambre de pression (25) côté pédale du maître-cylindre (12) et raccordée au circuit de freinage (11), conduite sur laquelle est disposée une première soupape d'arrêt (41) ac- tionnée électromagnétiquement et devenant passante lors- qu'elle est privée de courant, système hydraulique de freinage caractérisé par les parti- cularités suivantes: - le ressort (63) coopérant avec le piston intermédiaire (55) est réalisé sous la forme d'un ressort simulateur du déplacement déterminant la caractéristique de la pédale. - la troisième conduite (24) est raccordée à la deuxième conduite (23) entre la soupape de sortie (37), devenant passante lorsqu'elle est privée de courant, de l'agence- ment de soupapes (16), et le réservoir de liquide de frein (22); - sur la deuxième conduite (23) se trouve, entre le raccor- dement de la troisième conduite (24) et le réservoir de liquide de frein (22), une deuxième soupape d'arrêt (46) actionnée électromagnétiquement et prenant sa position d'arrêt lorsqu'elle est privée de courant; - à la deuxième conduite (23) du circuit de freinage (11) est raccordée, entre la première soupape d'arrêt (41) et la deuxième soupape d'arrêt (46), une quatrième conduite (26) partant de la deuxième chambre de pression (27) du côté opposé à la pédale du maître- cylindre de frein (12); - lorsque le frein de service est en action, la première soupape d'arrêt (41) prend sa position d'arrêt actionnée électromagnétiquement et la deuxième soupape d'arrêt (46) prend sa position de passage actionnée électromagnétique- ment; - lorsque le frein auxiliaire est en action, les deux sou- papes d'arrêt (41, 46) restent dans leur position privée de courant. 2) Système de freinage hydraulique selon la re- vendication 1, caractérisé en ce que le ressort (63) est réalisé sous la forme d'une structure cylindrique creuse en25 élastomère avec des cellules à pores fermés, remplies de gaz, qui entoure équiaxialement le piston intermédiaire (55) et prend appui d'un côté contre celui-ci et de l'autre côté contre le carter (53) du maître-cylindre de frein. 3) Système de freinage hydraulique selon la re- vendication 2, caractérisé en ce que le ressort (63) prend appui par ses faces frontales contre une collerette (59) du piston intermédiaire (55) et contre un redan d'alésage (61) du carter (53) du maître-cylindre de frein, et remplit un espace annulaire (62) entre le piston intermédiaire (55) et le carter (53) du maître-cylindre de frein. 4) Système de freinage hydraulique selon la re- vendication (2) caractérisé en ce que le ressort (63) est constitué de polyuréthanne.