Brevet FR2768680A1 — publié le 19990326

L'invention concerne un actionneur de frein, comprenant un moteur électrique, un dispositif de conversion pour transformer le mouvement rotatif du moteur électrique en un mouvement linéaire et un mécanisme hydraulique pour transmettre le mouvement linéaire du dispositif de conversion à un piston d'avance d'un frein. La densité croissante du trafic routier exige des systèmes qui contribuent d'une part à la sécurité et d'autre part au soulagement du conducteur. La tendance dans l'industrie automobile va dans le sens de ce qu'on appelle la conduite autonome. À l'avenir, le conducteur doit être assisté par des systèmes dits "par fil" et être déchargé par des systèmes intelligents en de nombreuses situations de conduite. Une condition préalable essentielle pour la réalisation de tels systèmes est la possibilité de les piloter électriquement. Dans les systèmes de freinage connus, on utilise principalement des dispositifs de transmission et d'amplification hydrauliques ou pneumatiques, par lesquels le conducteur d'un véhicule applique directement la consigne pour l'action d'un frein de roue. Afin de permettre des interventions de freinage indépendantes du conducteur avec de tels systèmes, par exemple pour une régulation de la distance séparant le véhicule d'un véhicule qui le précède, pour un système antiblocage, un système de régulation antipatinage ou analogues, il faut, à côté de l'alimentation nécessaire en fluide sous une pression relativement élevée, de nombreux composants, par exemple des vannes et analogues. Pour cette raison, on connaît depuis un certain temps des freins de roues pouvant être actionnés électriquement, qui permettent non seulement un pilotage direct des freins, mais nécessitent aussi, en particulier, beaucoup moins de pièces que les systèmes de freinage hydrauliques ou pneumatiques. Par le document DE 195 19 308 Ai par exemple, on connaît un actionneur de frein avec un mécanisme possédant un moteur électrique en tant qu'élément moteur, un dispositif de conversion pour transformer le mouvement rotatif du moteur électrique en un mouvement linéaire et un mécanisme hydraulique pour transmettre le mouvement linéaire du dispositif de conversion à une garniture de friction d'un frein. On obtient ce résultat, pour ce qui concerne le mécanisme hydraulique, combiné à un dispositif de conversion réalisé sous la forme d'une broche filetée, par le fait que l'écrou de broche est relié mécaniquement au moteur électrique, la broche proprement dite est reliée mécaniquement à un piston hydraulique du mécanisme hydraulique et le moteur électrique est équipé d'un arbre creux pour permettre la course de la broche. Le piston hydraulique de cet actionneur de frein est installé dans une chambre hydraulique fermée. Cet actionneur a l'avantage d'une construction compacte, mais un problème est que, dans le cas d'un autoblocage du mécanisme, le conducteur et son environnement sont exposés au danger du maintien du frein à la position serrée ou appliquée, d'o résulterait une situation dangereuse ne pouvant plus être maîtrisée. Afin d'obtenir, sur un frein de roue électro- mécanique, au moyen d'un moteur électrique, différentes vitesses de réglage et différentes forces d'application d'un dispositif d'application, on a prévu, sur un autre frein de roue, décrit dans le document DE 43 12 524 Ai, des embrayages manoeuvrables par voie électromagnétique. Dans le cas de ce frein de roue aussi, l'application du frein est obtenue par une commande à broche. Le côté problématique de ce frein est également l'autoblocage du mécanisme. De plus, un tel frein nécessite un grand nombre de composants coûteux et fréquemment sensibles aux dérangements. Il s'y ajoute qu'avec de tels mécanismes, les forces maximales d'application nécessaires sur les garnitures du frein de roue ne peuvent pas être fournies en beaucoup de cas. Il est également problématique, enfin, que les mécanismes employés dans ces freins réagissent à des forces perturbatrices, des forces transversales par exemple, et possèdent seulement une médiocre aptitude au réglage dynamique. En outre, de tels mécanismes ne sont pas utilisables en beaucoup de cas en raison du manque de place sur de nombreux supports de roues. L'invention vise donc à perfectionner un actionneur de frein, du type générique indiqué au début, de manière à permettre, par des composants aussi peu sensibles aux dérangements que possible et dans un espace très petit, une avance pilotable électriquement d'un frein, à différentes vitesses d'avance et sous différentes forces d'application. Pour y parvenir, le couple relativement faible d'un moteur électrique doit être transformé en une grande force axiale pour l'avance des garnitures de frein. Conformément à l'invention, on obtient ce résultat, avec un actionneur de frein du type décrit au début, par le fait que le mécanisme hydraulique possède au moins deux pistons hydrauliques axialement déplaçables, indépendamment l'un de l'autre, dans une chambre hydraulique, dont un premier piston peut être actionné directement par le moteur électrique par l'intermédiaire d'un premier élément d'entraînement du dispositif de conversion et dont le second piston peut être actionné, par l'intermédiaire d'un second élément d'entraînement du dispositif de conversion pouvant être entraîné par le premier élément d'entraînement, à l'aide d'un élément d'accouplement commandé. Grâce au fait que deux pistons hydrauliques sont prévus, dont un premier est actionnable par le moteur électrique par l'intermédiaire d'un premier élément d'entraînement et dont le second est actionnable par un second élément d'entraînement pouvant lui-même être entraîné à l'aide d'un élément d'accouplement par le premier élément d'entraînement, on peut non seulement obtenir des vitesses d'actionnement différentes, mais aussi, en particulier, des forces d'actionnement différentes, forces que les deux pistons hydrauliques, conçus comme des pistons primaires, exercent sur le piston d'avance, lui-même conçu comme un piston hydraulique secondaire. Quant au principe, l'élément d'accouplement est réalisable de manières très diverses. Afin de permettre en particulier un pilotage électrique de façon simple, un mode de réalisation avantageux prévoit que l'élément d'accouplement soit un embrayage à friction électro- magnétique, qui est pilotable ou peut être commandé par voie électrique. De même, quant au principe, le mouvement rotatif du moteur électrique peut être transformé de manières très diverses en un mouvement de translation. Un mode de réalisation particulièrement avantageux, car demandant peu de pièces et facile à mettre en oeuvre, prévoit la coordination aux pistons hydrauliques de commandes à broches qui peuvent être actionnées par les éléments d'entraînement. Afin de permettre différentes vitesses d'avance, il est préférable que les filetages de broche des commandes à broches présentent des pas différents. Dans le but d'obtenir, en plus, différentes forces d'application d'une manière qui soit techniquement réalisable aussi simplement que possible, un mode de réalisation avantageux prévoit que les pistons hydrauliques présentent des faces utiles différentes, exerçant des forces différentes sur le piston d'avance. Il va cependant de soi que les pistons hydrauliques puissent également avoir des faces utiles identiques. Dans ce cas, on peut obtenir des forces différentes par la commande individuelle ou collective des pistons hydrauliques, ce qui permet d'exercer deux forces différentes sur le piston d'avance. En prévoyant des faces utiles différentes sur eux, les différents actionnements possibles des pistons hydrauliques autorisent, en principe, l'obtention de trois forces d'actionnement différentes. En ce qui concerne la disposition des pistons hydrauliques, les exécutions les plus variables sont concevables. Une exécution avantageuse prévoit la juxta- position des pistons hydrauliques. Un autre mode de réalisation, autorisant en particulier une construction très compacte, prévoit l'emboîtement l'un dans l'autre des pistons hydrauliques. Les exécutions les plus diverses sont également concevables pour ce qui concerne la réalisation des éléments d'entraînement. Un mode de réalisation avantageux prévoit que le premier élément d'entraînement soit un premier disque en prise avec un filetage de broche extérieur du premier piston hydraulique et présentant un filetage de broche intérieur central, disque qui engrène par une denture extérieure avec un pignon calé sur l'arbre de sortie du moteur électrique. Ce disque denté extérieurement fait partie, en raison de sa réalisation, d'un mécanisme de démultiplication sous la forme d'un réducteur à engrenage droit, qui transmet la rotation de l'arbre de sortie du moteur, en la démultipliant, à une commande à broche, laquelle transforme à son tour la rotation qui lui est transmise en un déplacement axial du premier piston hydraulique. En particulier en vue d'une construction très compacte, il est avantageux de prévoir dans ce cas que le second élément d'entraînement soit un second disque disposé parallèlement au premier disque et présentant un filetage de broche extérieur, réalisé sur un prolongement cylindrique formé sur l'avant de ce second disque, freinage qui est en prise avec un filetage de broche intérieur du second piston hydraulique, l'élément d'accouplement, formé en particulier par l'embrayage à friction électromagnétique, étant installé entre le premier et le second disque. Afin que les paliers du premier et du second disque puissent également être très compacts, il est préférable que le premier et le second disque soient supportés rotatifs l'un sur l'autre et, respectivement, d'un côté sur une moitié d'un carter contenant l'ensemble du dispositif de conversion et le mécanisme hydraulique, et de l'autre côté sur un guide des pistons hydrauliques. Dans le but de garantir en particulier une fonction de secours de l'actionneur de frein s'il se produit par exemple un autoblocage des commandes à broches des deux pistons hydrauliques, la chambre hydraulique est reliée à un réservoir raccordable par une soupape pouvant être commandée indépendamment du moteur électrique et de l'accouplement. Ainsi, par exemple dans le cas d'une défaillance du moteur électrique ou de l'embrayage à friction, le rappel des pistons hydrauliques est rendu possible du fait que la soupape, pouvant être commandée séparément, ouvre le réservoir, ce qui permet le reflux de liquide hydraulique. D'un autre côté, l'ouverture de la soupape permet de produire l'écoulement de liquide hydraulique à partir du réservoir dans la chambre hydraulique, par exemple afin de compenser des phénomènes d'usure de disques de frein ou de garnitures de frein. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de quelques exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que du dessin annexé, sur lequel - la Figure 1 est une coupe axiale d'un exemple de réalisation d'un actionneur faisant appel à l'invention; et - la Figure 2 représente schématiquement, en coupe et avec un arrachement partiel, un réservoir destiné à contenir du fluide hydraulique pour l'actionneur représenté sur la Figure 1, réservoir qui peut être raccordé par une soupape. L'actionneur représenté sur la Figure 1 et destiné à un frein de roue d'un véhicule automobile comprend un carter formé de deux moitiés 14 et 15, à la moitié 15 duquel est fixé, sur une bride, un moteur électrique 2. Le carter 14, 15 contient un dispositif de conversion possédant deux éléments d'entraînement sous la forme de deux disques 3, 4 disposés parallèlement et pouvant être tournés par le moteur électrique 2. Le premier disque 3 porte une denture extérieure par laquelle il engrène avec un pignon 2a calé sur l'arbre de sortie du moteur électrique 2. Le pignon 2a et le disque 3 constituent ainsi un mécanisme de démultiplication sous la forme d'un réducteur à engrenage droit. Le disque 3 présente, en outre, un filetage de broche intérieur, disposé au centre et orienté axialement, qui est en prise avec un filetage de broche extérieur 10a d'un piston 10. Le filetage de broche intérieur du disque 3 et le filetage de broche extérieur lOa du piston 10 forment ensemble une première commande à broche, par laquelle un mouvement rotatif du disque 3 est transformé en un déplacement axial du premier piston 10. Le second disque 4, monté parallèlement au premier disque 3 et supporté rotatif sur celui-ci par l'intermédiaire de roulements 7, présente, sur un prolongement cylindrique formé à l'avant de ce disque, un filetage de broche extérieur 4a qui est engagé dans un filetage de broche intérieur d'un second piston 11, de sorte qu'un mouvement rotatif du second disque 4 provoque un déplacement axial du second piston 11. Tandis que le premier disque 3 est mû directement par le électrique 2 et génère ainsi, de la façon décrite ci- dessus, un déplacement axial du piston 10, le second disque 2 est entraîné en rotation par le premier disque 3 par l'intermédiaire d'un élément d'accouplement, plus particulièrement d'un embrayage à friction à commande électrique. Dans ce but, on a prévu, près de la périphérie du second disque 4, au moins un électroaimant 9, de forme annulaire par exemple, qui, lorsqu'il est excité par un courant électrique, établit une liaison par friction entre le premier 3 et le second disque 4 à l'aide d'une pièce d'accouplement 5. L'embrayage à friction électromagnétique 9, 5 peut être commandé, par un appareil de commande (non représenté), indépendamment de l'alimentation du moteur électrique. Cette disposition permet, en cas de besoin, le déplacement axial du second piston 11 par le second disque 4 et la commande à broche qui lui est coordonnée. Ainsi que cela ressort de la Figure 1, le premier disque 3 est supporté rotatif sur le demi-carter par un palier 6, un roulement à billes par exemple, alors que le second disque 4 est supporté rotatif sur un guide-piston 12 par un palier 8, par exemple de nouveau un roulement à billes. On obtient de cette manière une construction très compacte et comportant aussi peu de pièces que possible. Entre le piston 11 et le guide-piston 12, de même qu'entre le piston 11 et le piston 10, on a monté des joints d'étanchéité 20 permettant le coulissement relatif étanche des deux pistons 10, 11 l'un dans l'autre et du piston 11 dans le guide-piston 12. Les pistons hydrauliques 11 et 12 représentés sur la Figure 1 possèdent des surfaces utiles différentes, de sorte que le piston d'avance 1 peut être sollicité, par l'actionnement de ces deux pistons hydrauliques 11, 12, par des forces de grandeurs différentes. Dans le but d'obtenir des vitesses d'avance différentes, les commandes à broches, coordonnées aux deux pistons 10, 11, possèdent des filetages intérieurs et extérieurs ayant des pas différents. Il est préférable de faire en sorte que la commande à broche coordonnée au second piston hydraulique 11 permette une application rapide et que la commande à broche coordonnée au premier piston hydraulique 10 présente, par contre, un rapport de réduction élevé, ce qui autorise une application plus forte à l'aide de ce piston 10 plus petit. Une "avancée complète" du premier piston 11, jusque contre le piston d'avance 1, permet une action mécanique sur ce dernier et, par conséquent, un actionnement de frein de stationnement. Dans ce cas, le volume de la chambre hydraulique 21, dans laquelle se trouvent les deux pistons hydrauliques 10 et 11, doit être réduit. On obtient ce résultat par l'ouverture, au moyen d'une soupape 17, d'un réservoir 18, dans lequel peut être refoulée une partie du liquide hydraulique se trouvant dans la chambre 21. La soupape 17 permet plus exactement, par l'excitation de son électroaimant 17a, d'ouvrir un canal 16 entre le réservoir 18 et la chambre 21 par le déplacement d'un obturateur 17c à l'encontre d'un ressort de rappel 17b. Il est possible en plus d'actionner la soupape 17 lorsqu'il est souhaitable de produire un écoulement de liquide hydraulique à partir du réservoir 18 dans la chambre 21, par exemple afin de remplir de fluide hydraulique un supplément de volume créé dans la chambre 21, par exemple à la suite d'une usure du ou des disques de frein ou des garnitures de frein. La chambre hydraulique 21 et le réservoir 18 ont de préférence un remplissage à vie, de sorte que l'actionneur de frein décrit dans ce qui précède, de même que le frein dans lequel il est mis en oeuvre, sont des composants "secs", donc particulièrement respectueux de l'environnement. R E V E N D I C A T I O N S 1. Actionneur de frein, comprenant un moteur électrique (2), un dispositif de conversion pour transformer le mouvement rotatif du moteur électrique (2) en un mouvement linéaire et un mécanisme hydraulique pour transmettre le mouvement linéaire du dispositif de conversion à un piston d'avance (1) d'un frein, caractérisé en ce que le mécanisme hydraulique possède au moins deux pistons hydrauliques (10, 11) axialement déplaçables, indépendamment l'un de l'autre, dans une chambre hydraulique (21), dont un premier piston (10) peut être actionné directement par le moteur électrique (2) par l'intermédiaire d'un premier élément d'entrai- nement du dispositif de conversion et dont le second piston (11) peut être actionné, par l'intermédiaire d'un second élément d'entraînement du dispositif de conversion pouvant être entraîné par le premier élément d'entraînement, à l'aide d'un élément d'accouplement commandé. 2. Actionneur de frein selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément d'accouplement est un embrayage à friction électromagnétique (9, 5). 3. Actionneur de frein selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que des commandes à broches, pouvant être actionnées par les éléments d'entraînement, sont coordonnées aux pistons hydrauliques (10, 11). 4. Actionneur de frein selon la revendication 3, caractérisé en ce que les commandes à broches présentent des filetages de broches ayant des pas différents. 5. Actionneur de frein selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les pistons hydrauliques (10, 11) présentent des surfaces utiles différentes. 6. Actionneur de frein selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les pistons hydrauliques (10, 11) sont juxtaposes. 7. Actionneur de frein selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les pistons hydrauliques (10, 11) sont emboîtés l'un dans l'autre. 8. Actionneur de frein selon la revendication 7, caractérisé en ce que le premier élément d'entraînement est un premier disque (3) en prise avec un filetage de broche extérieur (10a) du premier piston hydraulique (10) et présentant un filetage de broche intérieur central, disque qui engrène par une denture extérieure avec un pignon (2a) calé sur l'arbre de sortie du moteur électrique (2). 9. Actionneur de frein selon la revendication 8, caractérisé en ce que le second élément d'entraînement est un second disque (4) disposé parallèlement au premier disque et présentant un filetage de broche extérieur (4a), réalisé sur un prolongement cylindrique formé à l'avant de ce second disque, filetage qui est en prise avec un filetage de broche intérieur du second piston hydraulique (11), l'embrayage à friction électro- magnétique (9, 5) étant installé entre le premier (3) et le second disque (4). 10. Actionneur de frein selon la revendication 9, caractérisé en ce que le premier (3) et le second disque (4) sont supportés rotatifs l'un sur l'autre et, respectivement, d'un côté sur une moitié (15) d'un carter contenant l'ensemble du dispositif de conversion et le mécanisme hydraulique, et de l'autre côté sur un guide (12) des pistons hydrauliques (10, 11). 11. Actionneur de frein selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la chambre hydraulique (21) est reliée à un réservoir (18) raccordable par une soupape (17) commandée indépendamment du moteur électrique (2) et de l'élément d'accouplement.