Brevet FR2768678A1 — publié le 19990326

L'invention concerne un dispositif de pédale de frein, en particulier pour un véhicule à moteur avec freins de roue actionnés électriquement, du type qui détecte avec des capteurs les actionnements d'une pédale de frein, qui est pourvue d'un dispositif élastique, opposant une force de résistance aux forces d'actionnement des freins exercées sur la pédale de frein et comportant une caractéristique élastique non linéaire. Dans les installations habituelles de freinage de véhicules à moteur, la force de freinage est produite par le conducteur par l'intermédiaire de la pédale de frein, généralement amplifiée et transmise par des canalisations hydrauliques sous pression aux cylindres de frein des roues. Dans les installations de freinage actionnées par force extérieure, il n'existe entre l'unité d'actionnement, c'est-à-dire la pédale de frein, et les freins des roues, aucune liaison mécanique, pneumatique ou hydraulique. Le conducteur peut certes, en actionnant la pédale de frein, avoir une influence sur la force de freinage au moyen de dispositifs de commande appropriés, mais sa force musculaire n'est utilisée ni totalement, ni partiellement pour la production de la force de freinage lorsqu'il actionne la pédale de frein. Si l'installation de freinage à force extérieure est commandée électroniquement et si les freins des roues sont actionnés par de l'énergie électrique, un dispositif de pédale de frein spécial est nécessaire pour détecter la demande de décélération du conducteur, les actionnements de la pédale de frein sont détectés par des capteurs et des signaux électriques sont produits, qui sont transmis sous forme électrique à un appareil de commande de frein (DE 196 15 186 Cl; ATZ 98, 1996, Cahier 6, Pages 328 à 332). Dans les systèmes de freinage hydraulique habituels, la caractéristique de la pédale ne peut être modifiée que dans des limites très étroites, car, en raison du couplage hydraulique entre l'unité d'actionnement et les freins des roues, elle dépend de la constitution du système de freinage - c'est-à-dire de la dimension des cylindres de frein des roues, de la disposition de l'amplificateur de force de freinage et du volume de liquide hydraulique. La caractéristique force/course d'une pédale de frein connue pour la commande d'une installation de freinage électrique est produite par un empilement de rondelles-ressorts relié à la pédale de frein par une tige fixée par articulation (DE 195 40 705 Al) . Pour cela, l'empilement de rondelles-ressorts est composé de rondelles-ressorts de caractéristiques différentes. Dans un dispositif de pédale de frein également connu pour installations de freinage électrique (EP 0 708 006 Al) la force de réaction à un actionnement de la pédale de frein est produite par deux ressorts hélicoïdaux de caractéristiques élastiques différentes, qui comprennent une tige de piston reliée par articulation à la pédale de frein. Le but de l'invention est de créer de manière économique un dispositif de pédale de frein qui permet un actionnement des freins favorable du point de vue ergonomique. En outre, sa caractéristique de pédale doit pouvoir être adaptée à chaque type de véhicule à moteur et à chaque application visée. Ainsi, par exemple, on doit pouvoir obtenir, dans un véhicule de sport, une caractéristique de pédale un peu plus dure, exigeant pour la même course de la pédale une force d'actionnement plus élevée que, par exemple, dans une installation de freinage à dominante confortable d'une limousine. Ce problème est résolu selon l'invention par un dispositif de pédale de frein du type précité, caractérisé en ce que, - le dispositif élastique comporte un ressort courbe en forme d'arc, qui est fixé à une de ses extrémités à un support, - le ressort est relié à sa deuxième extrémité de manière articulée à la pédale de frein, et - au ressort, dans sa zone médiane, est opposée une butée, sur laquelle il vient en appui après une excursion partielle. Le dispositif de pédale de frein selon l'invention présente en outre les particularités avantageuses suivantes - la caractéristique élastique du dispositif élastique a une forme progressive; - le ressort a la forme d'un ressort à lames; - la butée forme, avec le ressort, un passage annulaire en forme de coin qui s'élargit en passant de la première à la deuxième extrémité; - la butée a la forme d'un boulon de section transversale ronde; - le ressort a la forme d'un ressort de torsion, disposé coaxialement autour du pivot de la pédale de frein, et la pédale de frein est reliée de manière articulée à une tige d'appui, par laquelle, lorsqu'on actionne la pédale de frein, un ressort héliocoidal fixé au véhicule à moteur par une articulation est comprimé après franchissement d'une course à vide; - le ressort hélicoïdal est en appui contre une butée élastique; - une tige de pression s'appuie par une tête sphérique sur une pièce en forme élastique, qui est comprimée lorsqu'on actionne la pédale de frein après franchissement d'une course à vide; - sa caractéristique force-course progressive a une forme telle que, lors de freinages avec faibles décélérations, un dosage sensible de l'effet de freinage est possible et, pour des freinages avec fortes décélérations, une faible course de pédale supplémentaire est nécessaire. Le dispositif de pédale de frein est pourvu d'un ressort qui oppose une résistance aux forces d'actionnement des freins exercées sur la pédale de frein et qui présente une caractéristique élastique non linéaire, en particulier une caractéristique élastique progressive. Pour cela, il est avantageux que, pour des freinages avec faibles décélérations, c'est-à-dire pour des freinages normaux, la pédale de frein relativement molle au début sur une course de pédale suffisamment longue permette un dosage très sensible de l'effet de freinage. En revanche, pour un freinage d'urgence, la pédale de frein est enfoncée rapidement et reçoit une force de pied élevée. Pour maintenir court le temps de réaction, il est utile que la course de la pédale soit la plus petite possible. La zone molle avec faible force de pédale est parcourue rapidement et ensuite la force de la pédale augmente fortement pour une course très faible de la pédale. De manière avantageuse, le dispositif de pédale de frein est conçu de telle manière que la force de pédale maximale qui doit être appliquée par un conducteur normal se produit pour la course de pédale la plus favorable ergonomiquement. Comme il n'existe aucune liaison mécanique entre la pédale de frein et les freins à actionnement électrique, le toucher de la pédale peut être déterminé librement indépendamment de l'exécution de l'installation de freinage et du type de véhicule. Des exemples de réalisation de l'invention vont être décrits ci-après à l'aide des dessins. La figure 1 représente un premier exemple de réalisation d'un dispositif de pédale de frein selon l'invention; La figure 2 représente un deuxième exemple de réalisation d'un dispositif de pédale de frein; La figure 3 représente un troisième exemple de réalisation d'un dispositif de pédale de frein; La figure 4 représente un quatrième exemple de réalisation d'un dispositif de pédale de frein, plus simple que l'exemple de réalisation selon la figure 3; et Les figures 5 à 7 représentent des exemples de caractéristiques élastiques des dispositifs de pédale de frein selon les figures 1 à 4. Un dispositif de pédale de frein 1 - également appelé transmetteur de valeur de freinage ou simulateur de pédale - comporte un ressort à lames 2 de forme courbe ou semi-circulaire, sur lequel s'appuie une pédale de frein 3. A la force totale exercée par le pied du conducteur sur la pédale de frein 3, est opposée par le ressort à lames 2 une force de résistance ou de réaction. A son extrémité supérieure 4, le ressort à lames 3 est encastré à poste fixe dans un support 5, par exemple sur le châssis du véhicule à moteur ou dans un support de pédales. L'extrémité 4 est, pour cela, introduite dans une rainure de guidage horizontale 6 et fixée par un élément de fixation 7 indiqué schématiquement, par exemple une broche. A la sortie du ressort à lames 2 de la rainure de guidage 6, celle-ci présente une arête arrondie 8 qui empêche l'apparition de pointes de tension dans le ressort à lames 2 à cet endroit-là. A son extrémité inférieure 10, le ressort à lames 2 est relié par une articulation tournante 11 à la pédale de frein 3. C'est là qu'est appliquée la force exercée par le pied sur la pédale de frein 3. La liaison est assurée par une broche cylindrique 12. Pour réduire le frottement entre la broche cylindrique 12 et le ressort à lames 2, on peut introduire un coussinet lisse (par exemple, un coussinet en bronze) ou un palier à roulement (par exemple, un roulement à aiguilles) entre les deux parties. Le frottement peut également être conçu réglable. Comme le ressort à lames 2 présente une caractéristique largement linéaire, une butée 14 est prévue pour le ressort à lames, grâce à laquelle on réalise une caractéristique de pédale progressive. Le ressort à lames 2 touche, après avoir franchi une course de pédale donnée, la butée 14, par laquelle sa flexion libre est ensuite limitée. Ainsi, lorsque l'on continue à actionner la pédale de frein 3, la force de la pédale croît de manière plus que proportionnelle. Pour que le passage à cette augmentation de force progressive se fasse en douceur, la distance entre la butée 14 et le ressort à lames 2 augmente dans le sens de l'extrémité supérieure vers l'extrémité inférieure du ressort à lames 2, les deux parties formant un passage annulaire en forme de coin. A son extrémité supérieure 16, le passage en forme de coin 15 est donc plus étroit qu'à son extrémité inférieure 17. Ainsi, le ressort à lames 2 s'appuie tout d'abord à l'extrémité supérieure (sur le dessin) de la butée 14 et ferme progressivement le passage annulaire en forme de coin 15, lorsqu'on continue d'actionner la pédale. Dès que le passage annulaire 15 est complètement fermé, c'est-à-dire dès que le ressort à lames 2 repose complètement sur la butée 14, la course maximale de la pédale est atteinte. La course de la pédale, qui correspond à l'angle de rotation balayé par la pédale de frein lors de l'actionnement par le conducteur, est détectée par un capteur d'angle de rotation 18, fixé dans un coussinet de pivotement 19, dans lequel est placée la pédale de frein. La force de pédale exercée sur la pédale de frein est détectée par un ou deux capteurs de force 20, qui sont, par exemple, constitués par des jauges extensométriques. Dans une deuxième forme de réalisation d'un dispositif de pédale de frein 21 (figure 2), il est prévu pour le ressort à lames 2 une butée 24, constituée par un simple boulon cylindrique. Lorsqu'on actionne la pédale de frein, la force d'actionnement à appliquer par le pied augmente tout d'abord proportionnellement à la course de la pédale. Si le ressort à lames 2 atteint la butée 24, la flexion libre du ressort à lames est de nouveau restreinte. Ainsi, la force de pédale augmente de manière plus que proportionnelle. Si le diamètre du boulon qui forme la butée 24 est choisi suffisamment grand, il en résulte un commencement en douceur de la progression de la constante élastique, car le ressort à lames 2 n'épouse pas la forme du boulon d'un seul coup. Les autres signes de référence ont la même signification que sur la figure 1. Dans une troisième forme de réalisation d'un dispositif de pédale de frein 26 selon l'invention (figure 3), la force de résistance ou de réaction sur la pédale de frein 27 prend une forme progressive grâce à un dispositif d'appui élastique supplémentaire 28. La force de base est ici encaissée par un ressort de torsion 29, placé coaxialement autour du pivot ou du coussinet de pivotement de la pédale de frein 27. Un bras supérieur 30 du ressort 29 est relié de manière fixe par un support 32 au véhicule à moteur, par exemple à son châssis ou à un support de pédales. Dans le cas le plus simple, le support a la forme d'une plaque de butée. Un bras inférieur 33 du ressort de torsion 29 s'appuie sur une butée 34, prévue sur la pédale de frein 27. Le ressort de torsion 29 lui-même a, par principe, une caractéristique élastique linéaire RDF. Comme le montre la figure 6, la zone initiale de la caractéristique du dispositif de pédale 26 est recouverte par la caractéristique RDF du ressort de torsion 29. La montée progressive souhaitée de la courbe caractéristique ou caractéristique du dispositif de pédale 26 est obtenue par le dispositif d'appui élastique supplémentaire 28. Celui-ci comprend une tige d'appui 36 qui vient en prise obliquement avec la pédale de frein 29, ainsi qu'un logement de ressort 37 lié à cette tige. La force d'appui supplémentaire est appliquée par une articulation tournante 38, par laquelle la tige d'appui 36 est reliée à la pédale de frein 29. A son extrémité supérieure, la tige d'appui 36 dépasse dans le logement de ressort 37, qui est relié par une articulation tournante 40 à un point fixe dans le véhicule à moteur. A la tige d'appui 36, est fixé, par exemple soudé, un disque circulaire 41, qui repose sur un ressort (de compression) hélicoïdal 42. Celui-ci a, dans le logement de ressort 37, un jeu axial 43, ce qui fait qu'il n'agit qu'après avoir parcouru une course à vide donnée. Après un actionnement dépassant la course à vide de la pédale de frein, le ressort hélicoïdal est comprimé par le disque 41, et au maximum jusqu'à ce que toutes les spires du ressort hélicoïdal 42 soient en contact les unes avec les autres. Une augmentation ultérieure de la force de la pédale est rendue possible par une butée élastique 44, constituée par exemple par un disque en caoutchouc 44. L'action de ce disque en caoutchouc 44 sur la caractéristique générale du dispositif de pédale 26 est explicitée sur le diagramme de la figure 7. Pour appliquer la force de compression du ressort hélicoïdal 42 de manière homogène sur le disque élastique 44, une plaque d'appui rigide 46 est introduite entre les deux. Pour mesurer l'actionnement de la pédale, on utilise également ici le ou les capteurs d'angle de rotation 18 et le ou les capteurs de force 20. Un quatrième exemple de réalisation d'un dispositif de pédale de frein 48 selon l'invention (figure 4) représente une variante simplifiée du dispositif de pédale 26 selon la figure 3. Un dispositif d'appui élastique 49 est composé ici d'une pièce en forme élastique 50, par exemple un tampon en gomme ou en caoutchouc, et d'une tige de pression 51. La longueur totale du dispositif d'appui 49 est si faible qu'il peut être monté horizontalement vers l'avant dans le véhicule, par exemple sur son tablier 54. La force antagoniste ou de réaction progressive à la force d'actionnement de la pédale est ici formée dans la pièce en forme élastique 50. La zone initiale de la caractéristique de pédale est également couverte ici par le ressort de torsion 29. Dans cette zone, l'appui par le tampon élastique n agit pas encore, car il existe un jeu axial 55 entre lui et le tablier 54. A l'extrémité gauche de la tige d'appui 51, se trouve une fourche 56, fixée à la pédale de frein 59 par une articulation tournante 58. L'articulation tournante 58 peut être réalisée par une broche cylindrique simple. De la tige de pression 51, la force d'actionnement du frein est transmise par une tête sphérique 60 et une plaque d'appui 61 à la pièce en forme élastique 50. Ainsi, la force axiale est appliquée à celle-ci de manière homogène. La pièce en forme 50 a une forme à symétrie de révolution, elle est percée au centre et comporte sur sa gauche un élargissement conique visible sur le dessin. Elle est montée coulissante sur une broche de guidage 63, fixée au tablier 54, pour ponter le jeu axial. En raison de la géométrie de la pièce en forme élastique 50, le dispositif d'appui élastique 49 a une caractéristique force-course progressive. Plus la pièce en forme 50 est comprimée, plus grande est la surface d'appui du caoutchouc sur la plaque d'appui 61. Ainsi, la force nécessaire augmente plus que proportionnellement. Dans les modes de réalisations décrits du dispositif de pédale selon l'invention, l'amortissement du mouvement de la pédale peut être réglé par le frottement du palier dans les points de suspension respectifs. On peut voir, sur le diagramme de la figure 5, des caractéristiques typiques de dispositif de pédale selon l'invention, et, en particulier, sous la forme de la force appliquée à la pédale en Newton en fonction de la course de la pédale en millimètres. Ce qui est caractéristique, c'est l'augmentation rapide de la force de pédale en fonction de la course de la pédale, comportement qui produit une caractéristique force-course progressive. Une telle caractéristique est très avantageuse pour le dispositif de pédale, car elle permet une facilité d'emploi très adéquate de l'installation de freinage. Comme on l'a déjà dit, la pédale de frein relativement molle au début dans le cas de freinages normaux permet un dosage très sensible de l'action des freins. En revanche, lors d'un freinage d'urgence, la pédale de frein est enfoncée rapidement et appliquée avec une force de pied élevée. Pour maintenir court le temps de réaction, la zone molle est parcourue rapidement avec une faible force de pédale et la force de pédale augmente ensuite fortement pour une très faible course de pédale. De manière adéquate, le dispositif de freinage est adapté de telle manière que la force de pédale maximale qui doit être exercée par un conducteur normal se produit pour la course de pédale la plus favorable ergonomiquement. Comme il n'existe aucune liaison mécanique avec le système de freinage proprement dit, la sensibilité de la pédale peut être indépendante de l'installation de freinage et être réglée indépendamment du type de véhicule. Le diagramme indiqué sur la figure 6 représente une caractéristique d'un dispositif de pédale avec un ressort de torsion. La première zone de la caractéristique est déterminée par la caractéristique du ressort de torsion (également : Elasticité du Ressort de Torsion) RDF. Le diagramme indiqué sur la figure 7 représente la caractéristique élastique du dispositif de pédale 26 de la figure 3. On a porté également ici les valeurs de la force de pédale ou de ressort F en N en fonction de la course de la pédale ou du ressort Z en mm. Les 6 premiers mm représentent la course à vide, qui correspond au jeu axial 43. La zone R1 correspond à la caractéristique élastique du ressort hélicoïdal 42, qui présente une valeur numérique d'environ 150 N/mm, et la zone R2 correspond à la caractéristique élastique du disque en caoutchouc d'une valeur numérique d'environ 2500 N/mm. Grâce au dispositif de pédale selon l'invention, la place dans le véhicule à moteur, qui est nécessaire avec des installations de freinage classiques pour l'amplificateur de force de freinage et le cylindre principal de freinage, est libérée. En outre, le dispositif de pédale peut être réalisé sous forme d'une unité de montage complète. Pour cela, la pédale de frein et tous les autres composants du dispositif de pédale sont fixés à un support. L'ensemble du dispositif peut alors être monté en totalité dans le véhicule à moteur, sans que d'autres raccordements pour l'installation de freinage doivent être montés. Un autre avantage est le comportement nettement amélioré du dispositif de pédale en cas d'accident. Les composants longs et encombrants des installations de freinage habituelles - comme le cylindre principal de freinage, l'amplificateur de force de freinage et la tige de pression entre la pédale de frein et l'amplificateur de force de freinage représentent un potentiel élevé de danger en cas de chocs frontaux, car alors la pédale de frein pénètre fréquemment dans l'habitacle. On ne peut faire obstacle à ce danger dans des installations de freinage classiques qu'avec des coûts considérables. Avec le dispositif de pédale selon l'invention, un tel danger est totalement évité. L'utilisation de trois capteurs - par exemple de deux capteurs de force et d'un capteur de déplacement ou également de deux capteurs de déplacement et d'un capteur de force - garantit une haute sécurité de fonctionnement du transmetteur de valeurs de freinage. En cas de défaillance d'un de ces capteurs, le capteur défectueux peut être identifié sans aucun doute grâce aux deux capteurs restants. Comme, en dehors des capteurs, on n'utilise que des composants mécaniques et que, en outre, pour l'utilisation du dispositif de pédale, on n'a besoin, en dehors de la très faible énergie électrique nécessaire pour l'alimentation des capteurs, d'aucune autre énergie auxiliaire, il en résulte une haute sécurité en cas de défaillance du dispositif de pédale. REVENDICATIONS 1. Dispositif de pédale de frein (1), en particulier pour un véhicule à moteur avec freins de roue actionnés électriquement, qui détecte avec des capteurs (18, 19) les actionnements d'une pédale de frein (3), qui est pourvue d'un dispositif élastique, opposant une force de résistance aux forces d'actionnement des freins exercées sur la pédale de frein (3) et comportant une caractéristique élastique non linéaire, caractérisé en ce que, - le dispositif élastique comporte un ressort courbe en forme d'arc (2), qui est fixé à une de ses extrémités (4) à un support (5), - le ressort (2) est relié à sa deuxième extrémité (10) de manière articulée à la pédale de frein (3), et - au ressort (2), dans sa zone médiane, est opposée une butée (14), sur laquelle il vient en appui après une excursion partielle. 2. Dispositif de pédale de frein selon la revendication 1, caractérisé en ce que la caractéristique élastique du dispositif élastique a une forme progressive. 3. Dispositif de pédale de frein selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ressort (2) a la forme d'un ressort à lames (2). 4. Dispositif de pédale de frein selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la butée (14) forme, avec le ressort (2), un passage annulaire (15) en forme de coin qui s'élargit en passant de la première à la deuxième extrémité (4, 10). 5. Dispositif de pédale de frein selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la butée a la forme d'un boulon (24) de section transversale ronde. 6. Dispositif de pédale de frein selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ressort a la forme d'un ressort de torsion (29), disposé coaxialement autour du pivot de la pédale de frein (27), et en ce que la pédale de frein (27) est reliée de manière articulée à une tige d'appui (36), par laquelle, lorsqu'on actionne la pédale de frein (27), un ressort héliocoïdal (42) fixé au véhicule à moteur par une articulation est comprimé après franchissement d'une course à vide. 7. Dispositif de pédale de frein selon la revendication 6, caractérisé en ce que le ressort hélicoïdal (42) est en appui contre une butée élastique (44). 8. Dispositif de pédale de frein selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une tige de pression (51) s'appuie par une tête sphérique (60) sur une pièce en forme élastique (50), qui est comprimée lorsqu'on actionne la pédale de frein (27) après franchissement d'une course à vide. 9. Dispositif de pédale de frein selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que sa caractéristique force-course progressive a une forme telle que, lors de freinages avec faibles décélérations, un dosage sensible de l'effet de freinage est possible et, pour des freinages avec fortes décélérations, une faible course de pédale supplémentaire (Z) est nécessaire.