Brevet FR2750188A1 — publié le 19971226

La présente invention concerne un dispositif de détermination de l'épaisseur d'une garniture de frein. Un tel dispositif sert à surveiller l'état des garnitures de frein présentes sur les freins de roue d'un véhicule automobile. Etant donné que, dans tous les freins à friction, les garnitures de frein sont soumises à une usure permanente, une information sur l'épaisseur des garnitures est très importante pour le fonctionnement des freins. A partir de cette information, il est possible de surveiller le maintien d'une épaisseur minimale des garnitures de frein qui est déterminante pour le fonctionnement et la sécurité. Dans un dispositif connu de surveillance d'une garniture de frein, une sonde d'usure comportant plusieurs conducteurs électriques disposés d'une manière espacée de l'un à l'autre s'usent en même temps que la garniture de frein. Le nombre des conducteurs ainsi dégagés qui sont en court-circuit à la masse constitue une mesure de l'usure de la garniture de frein. Chaque court-circuit à la masse fait fondre un fusible et réduit un courant de surveillance (DE 38 18 877 Ai). On connaît aussi un capteur, permettant de déterminer l'épaisseur de garniture et en même temps la température de garnitures de frein, dans lequel il est prévu, disposée sur la garniture de frein, une résistance électrique dont la valeur de résistance est une fonction de sa longueur et à laquelle une résistance électrique est couplée et est à la même masse (DE 42 31 107 Ai). Un tel capteur est relativement complexe, des modifications sont nécessaires sur les garnitures de frein et la matière de la résistance doit correspondre à celle des garnitures en ce qui concerne le comportement à l'usure et résister sans phénomène de vieillissement aux températures élevées se présentant sur la surface de friction. Les conditions de plus en plus sévères imposées aujourd'hui aux systèmes modernes de freinage des véhicules automobiles - telles que par exemple dispositifs antiblocage, régulations de stabilité de conduite, commandes de fonctionnement sur la lancée ou commandes de traction - rendent nécessaires des interventions concernant les freins qui sont sélectives d'une roue à l'autre. Dans des systèmes classiques de freinage, l'intervention concernant les freins sélective d'une roue à l'autre est permise par des pompes hydrauliques et valves électromagnétiques supplémentaires. De tels systèmes de freinage sont toutefois complexes et ne sont pas sans problème. Des interventions concernant les freins sélectives d'une roue à l'autre qui sont plus élégantes et moins complexes sont obtenues avec des systèmes de freinage dans lesquels il est associé à chaque roue un actionneur de frein de roue commandé électriquement qui est intégré dans l'étrier du frein de roue et dans lequel le couple de freinage nécessaire est produit par un moteur de frein. Dans un dispositif connu d'actionnement de frein, un moteur électrique entraîne un piston d'entraînement par l'intermédiaire d'un engrenage réducteur et d'un dispositif de transformation du mouvement de rotation du moteur électrique en un mouvement linéaire. La pression alors produite dans une chambre de fluide agit sur un piston d'application de garniture de frein (DE 42 29 042 Al). Un tel système de freinage est aussi appelé ci-après système ou frein "à freinage par fil" (brake-by-wire). L'invention a pour but de fournir un dispositif, du type défini au préambule, au moyen duquel la mesure d'épaisseur de garniture de frein puisse être exécutée d'une manière fiable et d'une façon peut complexe, notamment dans le cas de freins à commande électrique associés individuellement aux différentes roues. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif, permettant de déterminer,l'épaisseur d'une garniture de frein d'un système de freinage de véhicule automobile comportant des freins de roue prévus sur chaque roue, - dans lequel il est associé à chaque roue un actionneur de frein de roue, actionnant le frein de roue et à commande électrique individuelle, qui comprend un piston hydraulique déplacé au moyen d'un moteur électrique, - dans lequel il est prévu un premier capteur relevant la pression de freinage ou la force de freinage et un second capteur relevant la distance parcourue par le piston hydraulique et - dans lequel l'épaisseur de la garniture de frein est déterminée à partir des signaux de ces deux capteurs. L'invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - l'épaisseur de la garniture de frein est déterminée à l'aide de la distance que le piston hydraulique a parcourue jusqu'à ce qu'une pression de freinage préfixée soit obtenue, - l'actionneur de frein de roue comporte un moteur électrique dont le mouvement de rotation est transformé en un mouvement linéaire du piston hydraulique et la course du piston hydraulique est déterminée à partir de l'angle de rotation du moteur électrique, mesuré par un capteur, et du rapport de transformation faisant passer du mouvement de rotation au mouvement linéaire, l'épaisseur de la garniture de frein qui est déterminée à chaque instant est comparée à une valeur minimale préfixée et, lorsque cette valeur minimale est franchie vers le bas, un signal d'alarme est délivré, - les valeurs mesurées de l'épaisseur de garniture de frein sont rangées en mémoire sur l'étendue d'un intervalle de temps préfixé et, à partir de celles-ci, une valeur moyenne de l'usure de garniture de frein par unité de temps est calculée, - une durée de service restant pour la garniture de frein est déterminée à partir de la valeur moyenne de l'usure de garniture de frein. L'invention a aussi pour objet un procédé, permettant de déterminer l'épaisseur d'une garniture de frein d'un système de freinage de véhicule automobile comportant des freins de roue prévus sur chaque roue, caractérisé en ce que la pression hydraulique ou la force de freinage et la distance parcourue, lors du freinage, par un piston hydraulique ou de freinage produisant la pression d'actionnement de frein sont mesurées et en ce que l'épaisseur de la garniture de frein est déterminée à partir de ces deux valeurs mesurées. Ce procédé peut comporter la caractéristique suivante: - l'épaisseur de la garniture de frein est déterminée à l'aide de la distance que le piston hydraulique ou de freinage a parcourue jusqu'à ce qu'une pression de freinage préfixée soit obtenue. Un avantage de l'invention réside dans le fait que les valeurs d'épaisseur de garniture de frein mesurées peuvent être rangées en mémoire d'une manière simple et qu'il est alors possible de déterminer par extrapolation la durée de service du frein qui peut encore être obtenue. Une visualisation peut alors indiquer au conducteur du véhicule automobile le moment auquel un entretien des freins est nécessaire. On dispose ainsi par ailleurs d'une information sur le comportement du frein à l'usure, cette information permettant de tirer des conclusions sur l'état technique de ce frein (par exemple une usure accrue due à la dureté de la pince de frein ou une usure très faible due à un durcissement des garnitures de frein) ou aussi sur le comportement de conduite. Un exemple de mise en oeuvre de l'invention est exposé ci-après en regard des dessins. On voit: à la figure 1, une représentation schématique d'un système de freinage de véhicule automobile qui est pourvu d'un dispositif conforme à l'invention de détermination de l'épaisseur de garniture de frein et, à la figure 2, en vue en coupe schématique, un actionneur de frein de type électro-hydraulique utilisé dans le système de freinage de la figure 1. Un système de freinage 1 (figure 1), prévu pour un véhicule automobile à quatre roues (qui n'est pas représenté ici plus en détail), comporte quatre freins 2 qui comprennent chacun un disque de frein 3 et un actionneur de frein de roue 4. Les actionneurs de frein de roue 4 sont intégrés chacun dans un étrier de frein 5 associé, c'est-à-dire en étant assemblé avec ce dernier sous forme d'un ensemble structurel unitaire. L'étrier de frein 5 est réalisé sous forme d'un étrier flottant. Lors d'un actionnement de l'actionneur de frein de roue 4, un couple de freinage est exercé sur le disque de frein 3 par l'intermédiaire de garnitures de frein 6. Chaque actionneur de frein de roue 4 dispose d'un circuit électronique de puissance et de commande 8 qu'un appareil de commande 9 associé alimente en signaux de commande, par exemple pour le couple de consigne d'un moteur d'actionneur de frein de roue encore à décrire, et qui transmet à cet appareil de commande 9 des valeurs en réponse, par exemple concernant le couple réel du moteur d'actionneur. Le circuit électronique de puissance et de commande 8 reçoit aussi de l'actionneur de frein de roue 4 des valeurs en réponse, par exemple concernant la vitesse de rotation du moteur ou l'angle de rotation du moteur ou concernant la force d'application des garnitures de frein. Les valeurs de consigne destinées à chaque actionneur de frein de roue sont déterminées par l'unité de commande 9 à partir de valeurs mesurées qui sont fournies par différents capteurs, par exemple un capteur de force 10 et un capteur de distance parcourue 12 dont est pourvu un simulateur de force de pédale 13 qui est actionné par la pédale de frein 14 du véhicule automobile. Le simulateur de force de pédale 13 transforme le mouvement de la pédale de frein 14, c'est- à-dire la force exercée à la manière habituelle par le conducteur et la distance parcourue par la pédale, en signaux électriques qui sont envoyés à l'appareil de commande 9 et représentent des valeurs de consigne pour les freins 2, notamment pour la décélération du véhicule et le couple de rotation ou de freinage devant être appliqué au disque de frein. D'autres signaux de capteur, par exemple de l'accélération transversale ou de la vitesse angulaire de lacet et des vitesses de rotation des roues, sont exploités par l'appareil de commande 9 pour calculer les valeurs de consigne lors d'une intervention de régulations antiblocage ou de stabilité de conduite. Le système de freinage 1 représenté à la figure 1 comprend deux circuits de freinage 16 et 17 qui sont répartis sur l'essieu avant et l'essieu arrière. Une répartition diagonale possible des circuits de freinage qui convient tout aussi bien n'en diffère que par une association modifiée des unités de frein de roue avec les appareils de commande et les alimentations en énergie. Chaque circuit de frein 16, 17 dispose d'un appareil de commande 9 propre et d'une alimentation en énergie propre se présentant sous forme d'une batterie respectivement Bat. 1 et Bat. 2. Les alimentations en énergie et les unités de commande peuvent alors être montées chacune dans un boîtier, mais elles doivent alors être séparées sur le plan fonctionnel. Les lignes d'alimentation sont indiquées en trait épais à la figure 1 et ne sont pas pourvues de flèches, tandis que les lignes de commande sont représentées en traits minces et sont pourvues de flèches correspondant aux sens de passage des signaux. Les deux appareils de commande 9, qui travaillent d'une manière indépendante l'un de l'autre, peuvent communiquer entre eux au moyen d'une ligne de signaux bidirectionnelle et, de ce fait, constater la défaillance d'un circuit de freinage 16 ou 17 dans l'autre circuit de freinage respectif et prendre éventuellement des dispositions de secours appropriées. Le système de freinage peut aussi être complété par un troisième appareil de commande - ici non représenté - qui surveille les deux appareils de commande de circuit de freinage en tant que superviseur. L'actionneur de frein 4 (figure 2), qui, comme déjà indiqué, est monté directement sur l'étrier de frein, est entraîné par un moteur électrique 20 qui est par exemple réalisé sous forme d'un moteur sans balai ou d'un moteur à courant continu à collecteur. Celui-ci est relié à un entraînement linéaire au moyen duquel son mouvement de rotation est transformé en un mouvement de translation d'une vis sans fin 24. Le rotor du moteur électrique 20 constitue un écrou de vis sans fin d'un mécanisme à vis sans fin qui est par exemple réalisé sous forme d'un engrenage épicycloidal à galets, d'un mécanisme à vis sans fin à billes, d'un mécanisme à filetage trapézoïdal ou autres. De tels mécanismes à vis sans fin sont connus en soi (par exemple un écrou fileté d'une seule pièce RGTB de l'INA Lineartechnik oHG) et ne sont donc par représentés dans leurs détails. La force axiale de la vis sans fin 24 déplace un piston hydraulique 26 dans un cylindre 27 qui contient du liquide de freinage et elle produit une pression hydraulique qui est transmise par une conduite de pression 29 au frein de roue (ici non représenté) et qui, dans ce dernier, applique les garnitures de frein 6 sur le disque de frein 3 et produit ainsi un couple de freinage sur le disque de frein. En principe, l'unité d'actionneur constituée de l'unité de puissance et de commande, du moteur électrique et de l'unité vis sans fin-palier peut être utilisée indépendamment du type de la transformation (hydraulique ou mécanique), à condition qu'il soit seulement fait en sorte à cet effet qu'il se présente des rapports de transformation identiques. La réduction de la multiplicité des types qui en résulte réduit les coûts de fabrication et l'importance du maintien en stock des freins. Le dispositif conforme.à l'invention permet, notamment dans des systèmes "à freinage par fil" comportant des actionneurs électro-hydrauliques tels qu'ils sont décrits dans la demande antérieure citée, de déterminer des données précises sur l'épaisseur de garniture de frein et des informations détaillées résultant de ces dernières concernant l'épaisseur effective ou - ce qui est équivalent - l'usure des garnitures de frein (l'épaisseur initiale de garniture de frein moins l'épaisseur mesurée momentanée de garniture de frein est égale à l'usure de garniture de frein), à partir des signaux de capteurs existant en tout état de cause dans le véhicule automobile soit sans que d'autres capteurs soient nécessaires, soit avec uniquement un très faible nombre de capteurs supplémentaires nécessaires. Le dispositif convient non seulement pour des dispositifs de freinage comportant des actionneurs électro- hydrauliques, mais aussi pour de tels systèmes comportant des actionneurs électromécaniques. Dans de tels systèmes de freinage "à freinage par fil", il est prévu, conditionné par le système, un capteur 30 servant à mesurer la pression (ou la force), afin d'assurer une régulation de la pression de freinage préfixée, devant être exercée sur l'actionneur de frein de roue, ou de la force de freinage correspondante. Il importe alors peu que ce capteur mesure directement la pression ou la force ou que ces grandeurs soient déduites d'autres grandeurs existantes (par exemple à partir du courant du moteur électrique) avec la précision nécessaire. Outre la pression ou la force de freinage, la distance parcourue par le piston hydraulique, c'est-à-dire la distance s que ce dernier parcourt lors de l'actionnement du frein, est relevée par un second ou un autre capteur 31. Cela peut par exemple avoir lieu à l'aide du moteur électrique 26 de la manière qui suit: - dans le cas d'un moteur sans balai, un angle de rotation a dont le moteur tourne est déterminé par des capteurs internes pour la commutation électronique (non représentés ici parce que connus en soi), - dans le cas d'un moteur à courant continu à collecteur, l'angle de rotation a peut être déterminé par intégration de la vitesse de rotation obtenue au moyen d'une mesure de la force contre-électromotrice. Si la distance parcourue ne peut pas être déterminée par les capteurs précédemment indiqués, l'angle de rotation est mesuré au moyen d'un simple capteur supplémentaire d'angle de rotation 31. De tels capteurs d'angle de rotation sont disponibles avec un grand choix et à un faible prix et ils peuvent être montés sur le moteur d'une manière simple. Etant donné que tous les capteurs d'angle de rotation simples de ce type ne fournissent qu'une mesure relative (c'est-à-dire la zone angulaire chaque fois parcourue et non pas des positions angulaires absolues), un interrupteur de fin de course 32 est alors encore nécessaire pour fournir, comme signal de référence, la position du piston hydraulique 26 après la mise en service du circuit électronique de commande, c'est-à- dire en général après la mise en service de l'allumage. A partir de l'angle de rotation a et du rapport de transformation p du déplacement de rotation en déplacement linéaire, il est possible de calculer facilement la distance s: s = p *a / 2 s. En raison de la transformation faisant passer du mouvement de rotation du moteur électrique 20 au mouvement linéaire de la vis sans fin 24, la précision de l'angle de rotation ne joue alors qu'un rôle secondaire (dans un agencement typique, 6 d'angle de rotation correspondent à une distance linéaire de 15 Mm). En général, une mesure d'angle de rotation (ou une mesure de vitesse de rotation qui est intégrée pour donner un angle) est relativement simple et économique à réaliser. Dans le système de freinage conforme à l'invention, le signal de distance parcourue est utilisé non seulement pour la détermination de l'usure de garniture de frein, mais aussi en tant que signal de capteur redondant pour la mesure de pression ou de force, afin d'obtenir la sécurité élevée exigée pour un système de freinage. Ainsi, grâce à la mesure de distance, aucun moyen supplémentaire n'existe pour la détermination d'usure de garniture de frein. L'usure de garniture de frein est déterminée de la manière décrite ciaprès à partir des deux signaux de capteur que sont la distance parcourue par le piston et la pression. Lorsque l'usure de garniture de frein croît, la place ou position du piston hydraulique 26 pour laquelle une pression préfixée (par exemple pression = 5 bars) est atteinte lors de l'actionnement du frein se décale plus loin vers l'avant, c'est-à- dire vers la droite à la figure 2. Ce décalage constitue directement une mesure pour l'épaisseur encore restante de la garniture de frein 6 et donc pour l'usure de garniture de frein. En tout état de cause, ce "point de pression" dépend de l'épaisseur initiale de la garniture de frein considérée et de la raideur du système de freinage. Bien que la compressibilité diminue avec l'épaisseur des garnitures de frein, cet effet doit toutefois être négligé pour un bas point de pression. C'est pourquoi on atteint sans difficulté une résolution d'environ 100 Mm pour la détermination de l'épaisseur de garniture de frein. Si l'usure est enregistrée sur l'étendue d'une durée préfixée, il est possible de calculer à partir de là une valeur moyenne de l'usure de garniture de frein par unité de temps ou il est possible, en intégrant la distance parcourue, de déterminer une vitesse d'usure en distance. Pour une épaisseur de garniture de frein connue, il est possible aussi de déterminer à partir de celle-ci une durée de service restante ou une distance à parcourir restante pour les garnitures de frein. Il est possible en outre d'obtenir des éléments suivants d'exploitation: visualisation de l'épaisseur minimale de garniture, - visualisation de la vitesse d'usure, - surveillance de défaillances techniques (par exemple en cas d'usure anormalement élevée ou faible ou en cas d'usure non uniforme sur les différentes roues), - visualisation de la durée restante ou de la distance à parcourir restante jusqu'à la révision des freins, constatation de défauts d'étanchéité dans des systèmes partiellement hydrauliques. L'épaisseur minimale de garniture est constatée en comparant l'épaisseur de la garniture de frein déterminée à chaque instant à une valeur minimale préfixée et en émettant un signal d'alarme en cas de franchissement de cette valeur minimale vers le bas. La valeur minimale est atteinte lorsque le piston hydraulique 26 parvient à la pression préfixée pour un point de distance parcourue s,. Le dispositif décrit précédemment et le procédé décrit comportent les avantages suivants: - aucun capteur supplémentaire n'est nécessaire, ou uniquement un faible nombre de capteurs supplémentaires, - les capteurs éventuellement supplémentaires (interrupteur de fin de course, capteur d'angle de rotation) sont économiques, relativement précis, insensibles aux influences atmosphériques et faciles à monter, - aucune modification structurelle des garnitures de frein 6 n'est nécessaire, - les capteurs installés ne s'usent pas (contrairement aux dispositifs de mesure d'usure connus mentionnés plus haut), - les capteurs supplémentaires participent à l'accroissement de la sécurité de fonctionnement de l'actionneur de frein de roue 4. Liste des repères 1 système de freinage 2 frein 3 disque de frein 4 actionneur de frein de roue, ou organe de réglage étrier de frein 6 garniture de frein 8 circuit électronique de puissance et de commande 9 appareil de commande capteur de force 12 capteur de distance parcourue 13 simulateur de force de pédale 14 pédale de frein moteur électrique sans collecteur 16, 17 circuits de frein 22 écrou de vis sans fin 24 vis sans fin 26 piston hydraulique 27 cylindre 29 conduite de pression capteur de pression, premier capteur 31 capteur de détermination de la distance parcourue s, second ou autre capteur 32 interrupteur de fin de course angle de rotation Bat.1 batterie Bat.2 batterie p rapport de transformation faisant passer du mouvement de rotation au mouvement linéaire s distance parcourue ou course du piston hydraulique 26 s1 point de distance parcourue REVENDICATIONS 1. Dispositif permettant de déterminer l'épaisseur d'une garniture de frein (6) d'un système de freinage de véhicule automobile (1) comportant des freins de roue (2) prévus sur chaque roue, - dans lequel il est associé à chaque roue un actionneur de frein de roue (4), actionnant le frein de roue (2) et à commande électrique individuelle, qui comprend un piston hydraulique (26) déplacé au moyen d'un moteur électrique (20), dans lequel il est prévu un premier capteur (30) relevant la pression de freinage ou la force de freinage et un second capteur (31) relevant la distance parcourue par le piston hydraulique (26) et - dans lequel l'épaisseur de la garniture de frein (6) est déterminée à partir des signaux de ces deux capteurs. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur de la garniture de frein (6) est déterminée à l'aide de la distance (s) que le piston hydraulique (26) a parcourue jusqu'à ce qu'une pression de freinage préfixée soit obtenue. 3. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'actionneur de frein de roue (4) comporte un moteur électrique (20) dont le mouvement de rotation est transformé en un mouvement linéaire du piston hydraulique (26) et en ce que la course (s) du piston hydraulique est déterminée à partir de l'angle de rotation du moteur électrique (20), mesuré par un capteur, et du rapport de transformation faisant passer du mouvement de rotation au mouvement linéaire. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur de la garniture de frein (6) qui est déterminée à chaque instant est comparée à une valeur minimale préfixée et, lorsque cette valeur minimale est franchie vers le bas, un signal d'alarme est délivré. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les valeurs mesurées de l'épaisseur de garniture de frein sont rangées en mémoire sur l'étendue d'un intervalle de temps préfixé et en ce qu'à partir de celles-ci, une valeur moyenne de l'usure de garniture de frein par unité de temps est calculée. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'une durée de service restant pour la garniture de frein est déterminée à partir de la valeur moyenne de l'usure de garniture de frein. 7. Procédé permettant de déterminer l'épaisseur d'une garniture de frein d'un système de freinage de véhicule automobile comportant des freins de roue prévus sur chaque roue, caractérisé en ce que la pression hydraulique ou la force de freinage et la distance parcourue, lors du freinage, par un piston hydraulique ou de freinage produisant la pression d'actionnement de frein sont mesurées et en ce que l'épaisseur de la garniture de frein est déterminée à partir de ces deux valeurs mesurées. 8. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce que l'épaisseur de la garniture de frein est déterminée à l'aide de la distance que le piston hydraulique ou de freinage a parcourue jusqu'à ce qu'une pression de freinage préfixée soit obtenue.