Brevet FR2736606A1 — publié le 19970117

SERVOMOTEUR PNEUMATIQUE A VALVE ADDITIONNELLE La présente invention concerne les servomoteurs pneumatiques, du type de ceux qui sont utilisés pour fournir une assistance au freinage des véhicules automobiles. De tels servomoteurs sont bien connus depuis longtemps dans la technique automobile. De façon classique, ils comportent une enveloppe, séparée de façon étanche par au moins une structure de cloison mobile en une chambre avant reliée en permanence à une source de basse pression, et une chambre arrière reliée sélectivement à la chambre avant ou à une source de haute pression par un clapet actionné par une tige de commande susceptible de s'appuyer, par l'intermédiaire de la face avant d'un plongeur, sur la face arrière d'une tige de poussée solidaire d'un disque de réaction lorsqu'une différence de pression entre les chambres avant et arrière, engendrée par l'ouverture du clapet, s'exerce sur la cloison mobile et entraîne un piston pneumatique mobile par rapport à l'enveloppe et portant le clapet. S'ils ont un fonctionnement généralement satisfaisant, ces servomoteurs présentent néanmoins quelques inconvénients. C'est ainsi que lors d'un freinage, le passage offert à l'air atmosphérique, constituant par exemple la source de haute pression, vers la chambre arrière est réduit, ce qui ralentit le mouvement de l'air en direction de la chambre arrière et accroît le temps de réponse du servomoteur. Différents compromis ont été proposés pour que ce temps de réponse soit acceptable pour des freinages dits normaux ou seul un ralentissement du véhicule est désiré. Cependant, ce temps de réponse est toujours beaucoup trop important lors d'un freinage énergique, où le conducteur désire l'arrêt immédiat du véhicule, et où une intervention rapide de l'assistance au freinage est nécessaire. La présente invention a donc pour but de proposer un servomoteur pneumatique du type rappelé plus haut, dont le temps de réponse soit le plus court possible pour des freinages énergiques, sans altérer par ailleurs le fonctionnement normal du dispositif de freinage, et en employant des moyens fiables et peu onéreux. Dans ce but, selon l'invention, une communication entre la chambre arrière du servomoteur et la source de haute pression est établie lorsqu'un effort d'entrée appliqué à la tige de commande est supérieur à une valeur prédéterminée Selon un mode de réalisation préféré, une telle communication est établie par au moins une valve additionnelle. De façon avantageuse, cette valve additionnelle peut être disposée sur une partie de l'enveloppe du servomoteur délimitant la chambre arrière, et comporter un premier et un second sièges de valve formés dans un boîtier et coopérant respectivement avec un premier et un second clapets dont l'ouverture et la fermeture sont commandées par un axe. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels - La Figure l est une vue en coupe d'un servomoteur pneumatique d'assistance au freinage réalisé conformément à la présente invention, et - Les Figures 2 à 6 sont des vues en coupe à plus grande échelle de la valve additionnelle équipant le servomoteur de la Figure 1, représentée à plusieurs stades de fonctionnement. La Figure 1 représente une coupe d'un servomoteur d'assistance au freinage, désigné dans son ensemble par la référence 100, prévu pour être placé de façon habituelle entre la pédale de frein (non représentée) d'un véhicule et le maître-cylindre 200 commandant le circuit de freinage hydraulique (non représenté) de ce véhicule. Par convention, on appelle "avant" du servomoteur la partie de ce dernier tournée vers le maître-cylindre et "arrière" du servomoteur la partie tournée vers la pédale de frein. Sur la Figure 1, L'avant est ainsi à gauche et l'arrière à droite, et sur les Figures 2 à 6, L'avant est en bas et l'arrière en haut. Dans la mesure où l'invention ne concerne qu'un perfectionnement apporté aux servomoteurs pneumatiques d'assistance au freinage, et où la constitution générale et le fonctionnement de ces derniers sont bien connus de l'homme de l'art, ces servomoteurs ne seront rapidement décrits ici que pour permettre une compréhension totale du perfectionnement que représente l'invention. Le servomoteur 100 comprend lui-même une enveloppe rigide 10 séparée en une chambre avant 12 et une chambre arrière 14, de façon étanche, par une cloison mobile 16 comprenant une membrane 18 et une jupe rigide 20 solidaire d'un piston pneumatique 22 mobile à l'intérieur de l'enveloppe 10. La chambre avant 12, dont la face avant est fermée de façon étanche par le maîtrecylindre 200, est en permanence raccordée à une source de dépression (non représentée) à travers un raccord 24. La pression dans la chambre arrière 14 est contrôlée par un clapet 26, commandé par une tige de commande 28 reliée à l'arrière à une pédale de frein (non représentée) et à l'avant à un plongeur 30. Lorsque la tige de commande 28 est en position de repos, en l'occurrence sollicitée vers l'arrière, le clapet 26 permet la communication entre les deux chambres 12 et 14 du servomoteur. La chambre arrière 14 étant alors soumise à la même dépression que la chambre avant 12, le piston 22 est repoussé en arrière, en position de repos, par un ressort 32. Lors d'un freinage, l'actionnement de la tige de commande 28 vers l'avant a pour effet, dans un premier temps, de déplacer le clapet 26 de façon qu'il isole l'une de l'autre les chambres 12 et 14 puis, dans un deuxième temps, de déplacer ce clapet de façon qu'il ouvre la chambre arrière 14 à la pression atmosphérique. La différence de pression entre les deux chambres alors ressentie par la membrane 18 exerce sur la cloison mobile 16 une poussée qui tend à la déplacer vers l'avant et à lui permettre d'entraîner le piston 22 qui se déplace à son tour, le ressort 32 se comprimant. L'effort de freinage exercé sur la tige de commande 28, ou "force d'entrée" et l'effort d'assistance au freinage, ou "force d'assistance", résultant de la poussée de la cloison mobile 16, sont alors appliqués ensemble suivant l'axe X-X' de la tige de commande 28 sur un disque de réaction 34 solidaire d'une tige de poussée 36, et se conjuguent pour constituer la force d'actionnement du piston primaire 38 du maître-cylindre 200. La chambre arrière 14, qui communiquait auparavant avec la chambre avant 12 et se trouvait donc sous une pression réduite, aspire donc l'air à la pression atmosphérique à travers le passage de valve de faible section entre le clapet 26 et le siège de valve formé à l'extrémité arrière du plongeur 30. Il s'ensuit donc une entrave importante au passage de l'air, limité par la section du passage de valve 26-30 et par l'environnement du clapet 26, et il en résulte donc un temps de réponse important, qui, s'il est peu sensible dans un freinage où seul le ralentissement du véhicule est désiré, peut devenir prohibitif lors d'un freinage énergique dans un cas d'urgence. La présente invention remédie à cet inconvénient, en prévoyant d'admettre dans la chambre arrière 14 du servomoteur une quantité d'air supplémentaire par rapport à celle qui est normalement admise par l'ouverture du clapet 26, lorsqu'une action de freinage énergique est initiée par le conducteur du véhicule. Comme on le voit sur la Figure 1, une valve additionnelle 300 est installée sur la partie arrière de l'enveloppe 10 du servomoteur, qui délimite la chambre arrière 14. Elle est par exemple disposée dans un boîtier 54 inséré de façon étanche dans un prolongement cylindrique 56 de l'enveloppe 10 dirigé vers l'arrière. Cette valve additionnelle est représentée à plus grande échelle sur les Figures 2 à 6 auxquelles il va maintenant être fait référence. Sur la Figure 2, on voit la valve additionnelle 300 dans la position qu'elle occupe lorsque le servomoteur 100 est en position de repos. Le boîtier 54 est formé avec deux sièges de valve 58 et 60, dirigés respectivement vers l'avant et vers l'arrière, et de même diamètre. Le siège de valve 58 est susceptible de coopérer avec un clapet 62 solidaire d'un axe central 64, lui même solidaire d'une coupelle 66. Un ressort de compression 68 est disposé entre la coupelle 66 et le clapet 62 pour solliciter ce dernier vers l'arrière par rapport à l'axe 64. Un ressort de compression 70 est disposé entre un épaulement 72 du boîtier 54 et la coupelle 66 pour solliciter cette dernière vers l'avant. On pourra former la partie avant du boîtier 54 avec des nervures axiales 73 pour guider la coupelle 68 dans ses mouvements et éviter qu'elle ne se décentre. Un support 74 est susceptible de coulisser sur l'axe 64, entre une butée arrière 76 et une butée avant 78, un ressort de compression 80 étant disposé entre la butée avant 78 et le support 74 pour solliciter ce dernier vers l'arrière. La butée arrière 78 est située, dans cette position, légèrement en arrière du clapet 62, de façon à former également une butée pour ce clapet. Le support 74 est solidaire d'un clapet 82 susceptible de coopérer avec le siège de valve 60. Un embout 84 (Figure 1) est disposé à l'arrière du boîtier 54, cet embout étant relié à une électrovalve 90 à deux voies et deux positions, permettant ou interdisant la communication avec la source de haute pression, en l'occurrence l'air à la pression atmosphérique. Enfin, un capteur 92, par exemple une jauge de contrainte, est disposé sur la tige de commande 28, pour mesurer l'effort d'entrée auquel elle est soumise de la part du conducteur du véhicule. Un circuit électronique simple E reçoit en entrée le signal issu de cette jauge de contrainte, et fournit en sortie un courant d'excitation de l'électrovalve 90 fonction du signal présent à son entrée. Il est bien clair qu'une situation de freinage d'urgence se traduit toujours par un effort d'entrée, mesuré sur la tige de commande, supérieur à une valeur prédéterminée. Il est donc plus facile d'utiliser un capteur d'effort sur cette tige. Cependant, le caractère d'urgence du freinage peut être déterminé par d'autres capteurs. On pourra par exemple utiliser un capteur de vitesse de déplacement de cette tige, ou un capteur de pression sur la pédale de frein, ou encore un signal fourni par tout dispositif approprié tel qu'un radar anti-collision. On pourra même utiliser une combinaison de ces différents signaux pour obtenir un signal réellement représentatif du caractère d'urgence du freinage. Quel que soit le capteur utilisé, lorsque l'effort d'entrée sur la tige de commande 28 est inférieur à une valeur prédéterminée, l'électrovalve 90 adopte, sous la commande du circuit E, une position dans laquelle elle interdit la communication entre l'embout 84 et l'air atmosphérique. Le servomoteur fonctionne alors de la façon décrite plus haut. C'est la situation correspondant à un freinage de ralentissement normal du véhicule. Par contre, lorsque l'effort d'entrée est supérieur à cette valeur prédéterminée, pour laquelle il est apparent que le conducteur freine énergiquement pour obtenir un arrêt d'urgence de son véhicule, le circuit E commande alors le basculement de l'électrovalve 90 dans la position représentée sur la Figure 1, où elle permet à l'air atmosphérique de parvenir jusqu'à l'embout 84. Les temps de réponse de la jauge de contrainte 92, du circuit électronique E et de l'électrovalve 90 peuvent être estimés comme négligeables par rapport à celui du servomoteur, et on peut considérer que, selon l'intensité de l'effort d'entrée, la conception générale du servomoteur et la précontrainte du ressort 32, I'état du servomoteur à cet instant est identique à ou très voisin de la position de repos représentée sur la Figure 1. Si le servomoteur est encore dans la position de repos lors du basculement de l'électrovalve 90 dans son état passant, la cloison mobile 16 est en position extrême arrière sous la sollicitation du ressort 32, la chambre 14 ayant alors son volume minimal, et la cloison mobile 16 vient en appui sur l'extrémité avant de l'axe 64 qui, par l'intermédiaire de la coupelle 66, applique le clapet 62 sur son siège 58, à l'encontre de l'action exercée par les ressorts 68 et 70, dont la somme des précontraintes au repos est inférieure à celle du ressort 32. L'effort d'entrée, appliqué sur la tige de commande 28, commande le fonctionnement du clapet 26 pour qu'il ouvre à l'atmosphère, après une course prédéterminée, la chambre arrière 14 du servomoteur, qui était jusqu'alors isolée de la chambre avant 12. Une différence de pressions s'installe dans les chambres 12 et 14, et engendre une force d'assistance sur la jupe rigide 20, qui entraîne alors vers l'avant le piston pneumatique 22. La valve 300 prend alors la position représentée sur la Figure 3, où l'on voit que l'équipage mobile constitué de l'axe 64, du support 74 et du clapet 82, de la coupelle 66 et du clapet 62 s'est déplacé en bloc pour suivre la cloison mobile 16. L'équipage mobile se déplace sous l'effet du ressort 70, le ressort 68 sollicitant le clapet 62 vers l'arrière jusqu'à ce qu'il vienne en appui contre la butée 78. On voit donc que le passage de valve 58-62 s'ouvre, alors que le passage de valve 6082 est lui aussi ouvert. De l'air à la pression atmosphérique peut donc parvenir directement dans la chambre arrière 14 en empruntant le trajet indiqué par la flèche F sur la Figure 3, cet air venant s'ajouter à celui qui est admis par le clapet 26 du servomoteur. Il en résulte que la pression dans la chambre 14 peut alors augmenter relativement rapidement, en fonction des sections des passages de valve 60-82 et 58-62. Le mouvement de l'équipage mobile se poursuit jusqu'à ce que le clapet 82 vienne en appui sur son siège 60, interrompant alors l'arrivée d'air dans la chambre arrière 14 par la valve additionnelle 300. C'est la situation représentée sur la Figure 4. La fermeture du passage de valve 60-82 intervient après une course L de l'équipage mobile, définie principalement par la distance D entre les butées 76 et 78 de l'axe 64. Cette course L peut être prédéterminée pour obtenir tout afflux d'air supplémentaire désiré dans la chambre arrière 14, de façon à apporter au conducteur toute l'assistance possible dans son freinage d'urgence. D'autre part, pour les raisons évoquées plus haut, si le servomoteur n'était déjà plus dans sa position de repos lors du basculement de l'électrovalve 90 dans son état passant, c'est à dire si la cloison mobile 16 a déjà légèrement avancé, la valve 300 a alors à ce moment la position représentée sur la Figure 3. Ainsi, dès que l'électrovalve 90 est dans son état passant, de l'air à la pression atmosphérique est admis dans la chambre arrière 14, venant s'ajouter à celui qui est admis par le clapet 26. La valve 300 a alors un fonctionnement conforme à celui qui vient d'être décrit, lorsqu'elle était initialement dans sa position de repos. Puis, la cloison mobile 16, en continuant d'avancer, perd le contact avec l'axe 64, et l'équipage mobile reste dans la position représentée sur la Figure 4, et le fonctionnement du servomoteur 100 est alors conforme à celui qui a été décrit plus haut quand le conducteur du véhicule continue d'appuyer sur la pédale de frein au cours d'un freinage de ralentissement normal du véhicule. Cependant, la pression dans la chambre arrière 14 ayant augmenté beaucoup plus vite que si le clapet 26 avait été seul à y faire parvenir de l'air à la pression atmosphérique, la pression dans le maître-cylindre et dans le circuit de freinage a augmenté elle aussi beaucoup plus vite, fournissant ainsi au conducteur l'effort de freinage qu'il recherchait dans une situation d'urgence. Lorsque le conducteur relâche son effort sur la pédale de frein, il en résulte une diminution de la force d'entrée, et corrélativement une diminution de la force d'assistance, par diminution de la différence de pression entre les chambres 12 et 14. La cloison mobile 16 revient donc en arrière sous l'action du ressort 52 devenue prépondérante, et elle reprend contact avec l'axe 64, comme on l'a représenté sur la Figure 5. En poursuivant son mouvement vers l'arrière, cet axe 64 comprime, par l'intermédiaire de la coupelle 66, le ressort 68, jusqu'à ce que le clapet 62 vienne en appui sur son siège 58. Pendant ce mouvement, le passage de valve 60-82 reste fermé. En effet, le clapet 82 reste en appui sur son siège 60, car il est soumis, sur sa face arrière, à la pression atmosphérique, et sur sa face avant, à la basse pression régnant dans cette phase de fonctionnement dans la chambre arrière 14, et la précontrainte et la raideur du ressort 80 n'étant pas suffisantes pour vaincre la force engendrée sur le clapet 82 par cette différence de pressions. Le ressort 80 se comprime ainsi pendant que le clapet 62 revient en appui sur son siège 58. A la fin du mouvement de retour de la cloison mobile 16 en position de repos, les deux passages de valve 58-62 et 60-82 sont donc fermés, et la valve occupe la position représentée sur la Figure 6. Le volume 84 situé entre les deux clapets 62 et 82 étant toujours sous pression réduite, il est nécessaire d'appliquer un effort mécanique sur le clapet 82 pour provoquer sa réouverture. Cet effort mécanique est fourni par la cloison mobile 16 qui, en fin de course de retour, continue à repousser l'axe 64, jusqu'à ce que la coupelle 66 vienne en appui sur la face avant du clapet 62. Pendant ce mouvement final, la butée 78 est éloignée de la face arrière du clapet 62, elle vient au contact du support 74 et le sollicite vers l'arrière, forçant ainsi la réouverture du passage de valve 60-82. Le ressort 80 peut alors retourner le support 74 et le clapet 82 dans leur position de repos initiale, de sorte que la valve 300 reprend la position représentée sur la Figure 2. On voit donc bien que la valve additionnelle 300 permet d'admettre une quantité d'air supplémentaire dans la chambre arrière du servomoteur quand l'électrovalve 90 relie l'embout 84 à l'air atmosphérique, c'est à dire quand elle est commandée par le circuit E ayant détecté une situation de freinage d'urgence. Il s'ensuit que le temps de réponse du servomoteur peut être réduit dans des proportions importantes dans ces conditions extrêmes. De plus, la conception de la valve 300 est particulièrement simple, ce qui la rend fiable et peu onéreuse. Son fonctionnement est purement mécanique et automatique, I'axe 64 jouant le rôle d'un capteur de position de la cloison mobile 16 pour commander le fonctionnement de la valve. De même, le circuit électronique E est un simple circuit de détection de seuil, que l'on sait fabriquer à faibles coûts, et l'électrovalve 90 est à deux voies et deux positions, elle fonctionne en tout ou rien, et ressort donc d'une technologie parfaitement maîtrisée. On pourra donner à la valve 300, et en particulier aux diamètres des sièges de valve 58 et 60, toute dimension voulue pour déterminer la section offerte au passage de l'air en direction de la chambre arrière, ce qu'il n'est pas possible de faire avec le clapet 30 du servomoteur sans en augmenter les dimensions de façon prohibitive. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui a été décrit, mais elle est susceptible au contraire de recevoir de nombreuses modifications qui apparaîtront à l'homme du métier. C'est ainsi, par exemple, que l'invention pourra avantageusement être appliquée à des servomoteurs du type tandem ou à chambre additionnelle, où le volume d'air des chambres arrière est plus important que sur le servomoteur simple qui a été décrit, et donc où le temps de réponse en cas de freinage d'urgence est plus long. On pourra également disposer plusieurs valves additionnelles 300 sur l'enveloppe arrière du servomoteur, ces valves additionnelles étant toutes reliées à la même électrovalve, ou chacune à une électrovalve particulière, les électrovalves étant commandées en parallèle par le circuit électronique E, ou séquentiellement en fonction du degré d'urgence détecté par différents capteurs. En variante, on pourra réunir la valve additionnelle et l'électrovalve en un seul composant. REVENDICATIONS 1. Servomoteur pneumatique d'assistance au freinage (100), comportant une enveloppe (10), séparée de façon étanche par au moins une structure de cloison mobile (16) en une chambre avant (12) reliée en permanence à une source de basse pression, et une chambre arrière (14) reliée sélectivement à la chambre avant (12) ou à une source de haute pression par un clapet (26) actionné par une tige de commande (28) susceptible de s'appuyer, par l'intermédiaire de la face avant d'un plongeur (30), sur la face arrière d'une tige de poussée (36) solidaire d'un disque de réaction (34) lorsqu'une différence de pression entre les chambres avant (12) et arrière (14), engendrée par l'ouverture du clapet (26), s'exerce sur la cloison mobile (16) et entraîne un piston pneumatique (22) mobile par rapport à l'enveloppe (10) et portant le clapet (30), caractérisé en ce qu'une communication entre la chambre arrière (14) du servomoteur (100) et la source de haute pression est établie lorsqu'un effort d'entrée appliqué à la tige de commande (28) est supérieur à une valeur prédéterminée. 2 - Servomoteur pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la communication entre la chambre arrière (14) du servomoteur (100) et la source de haute pression est établie par au moins une valve additionnelle (300). 3 - Servomoteur pneumatique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la valve additionnelle (300) est disposée sur une partie de l'enveloppe (10) du servomoteur (100) délimitant la chambre arrière (14) et comporte un premier (58) et un second (60) sièges de valve formés dans un boîtier (54) et coopérant respectivement avec un premier (62) et un second (82) clapets dont l'ouverture et la fermeture sont commandées par un axe (64). 4 - Servomoteur pneumatique selon la revendication 3, caractérisé en ce que la position axiale de l'axe (64) dans le boîtier (54) est déterminée par la position de la cloison mobile (16) dans l'enveloppe (10) du servomoteur (100), I'axe (64) étant formé avec une première (78) et une seconde (76) butée entre lesquelles peur coulisser un support (74) solidaire du second clapet (82), le support (74) étant sollicité vers l'arrière par un ressort (80) en appui sur la première butée (78). 5 - Servomoteur pneumatique selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'axe (64) est solidaire d'un coupelle (66) sollicitée vers l'avant par un ressort (70) en appui sur le boîtier (54). 6 - Servomoteur pneumatique selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un ressort (68) en appui sur la coupelle (66) sollicite vers l'arrière le premier clapet (62) en appui sur le premier siège de valve (58) ou sur la première butée (78). 7 - Servomoteur pneumatique selon la revendication 4, caractérisé en ce que la fermeture du second clapet (82) est commandée par l'axe (64) et maintenue par une différence de pressions s'exerçant sur ses faces avant et arrière. 8 - Servomoteur pneumatique selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une électrovalve (90) est interposée entre la valve additionnelle (300) et la source de haute pression. 9 - Servomoteur pneumatique selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'électrovalve (90) est commandée par un dispositif(E,92) sensible à l'effort appliqué à la tige de commande (28). 10 - Servomoteur pneumatique selon la revendication 9, caractérisé en ce que le dis positif(E,92) sensible à l'effort appliqué à la tige de commande (28) comporte un capteur (92) disposé sur la tige de commande (28) et un circuit (E) de détection de seuil.