Brevet FR2796024A1 — publié le 20010112

La présente invention concerne de façon générale le refroidissement des freins de véhicules automobiles, et plus particulièrement des freins à disques. Plus précisément, l'invention concerne un dispositif de freinage pour un véhicule terrestre susceptible d'emmagasiner une quantité variable d'énergie cinétique, ce dispositif comprenant un convertisseur d'énergie, tel qu'un frein à disque, transformant sélectivement une partie au moins de l'énergie cinétique du véhicule en énergie thermique et évacuant au moins par conduction, convection ou rayonnement l'énergie thermique issue de la conversion. L'invention concerne également un procédé de freinage utilisant une dissipation d'énergie thermique. I1 est bien connu que l'échauffement des freins pendant leur fonctionnement, notamment en cas de freinage d'urgence à grande vitesse ou de freinage de retenue du véhicule le long d'une descente très longue et/ou très abrupte, diminue considérablement l'efficacité du freinage. De surcroît, l'éventualité d'une élévation de température importante limite les possibilités d'application de disques de frein en aluminium et fait naître le risque d'une vaporisation du liquide de frein, dont résulte un dysfonctionnement grave du frein. C'est pourquoi il est traditionnellement admis que les freins doivent être dimensionnés pour pouvoir assurer un freinage normal y compris dans des conditions de freinage extrêmes, alors qu'en réalité de telles conditions ne se rencontrent que très rarement dans la durée de vie d'un véhicule. Dans ce contexte, l'invention a précisément pour but d'éliminer au moins la nécessité d'un sur-dimensionnement des freins, dont l'utilité ne se manifeste que dans de rares occasions seulement. A cette fin, le dispositif de freinage de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend également des moyens de refroidissement opérant sélectivement une pulvérisation d'un liquide de refroidissement sur une partie au moins du convertisseur d'énergie. Ce dispositif comprend par exemple des moyens de commande des moyens de refroidissement, propres à détecter une situation de freinage intense ou prolongé et à déclencher une pulvérisation du liquide de refroidissement par les moyens de refroidissement. Les moyens de refroidissement peuvent comprendre un réservoir préexistant sur le véhicule, et utiliser, comme liquide de refroidissement, un liquide contenu dans le réservoir préexistant et déjà utilisé pour une première application, telle que le lavage de glace. Dans ce cas, le réservoir préexistant comprend en général une première pompe puisant le liquide contenu dans le réservoir, pour la première application de ce liquide, à un premier niveau du réservoir, et il est avantageux de prévoir que les moyens de refroidissement comprennent une seconde pompe puisant, en tant que liquide de refroidissement, le liquide contenu dans le réservoir à un second niveau du réservoir, inférieur au premier niveau. Dans le cas, qui correspond à l'application privilégiée de l'invention, où le convertisseur d'énergie est un frein à disque, les moyens de refroidissement peuvent pulvériser le liquide de refroidissement sur une face au moins du disque s'il s'agit d'un disque plein, et/ou dans les canaux de refoidissement du disque si ce dernier présente des ailettes de refroidissement délimitant de tels canaux. Le dispositif de freinage de l'invention peut aussi avantageusement comprendre des moyens de contrôle propres à fournir un signal représentatif de l'état de fonctionnement des moyens de refroidissement. Ces moyens de contrôle comprennent, par exemple, un déflecteur propre à recevoir une partie au moins du liquide de refroidissement pulvérisé, et un capteur électrique, tel qu'un capteur d'humidité, propre à fournir, pour élaborer le signal représentatif de l'état de fonctionnement des moyens de refroidissement, un signal représentatif de l'état d'humidité du déflecteur . L'invention concerne également un procédé de freinage pour un véhicule terrestre susceptible d'emmagasiner une quantité variable d'énergie cinétique, ce procédé comprenant une étape de conversion énergétique consistant à transformer une fraction au moins de la quantité d'énergie cinétique emmagasinée en un accroissement d'énergie thermique d'un tampon calorifique embarqué, et une étape de dissipation comprenant une opération consistant à dissiper l'accroissement d'énergie thermique par au moins un premier flux thermique s'établissant depuis le tampon calorifique vers un système thermodynamique externe au véhicule, ce procédé étant essentiellement caractérisé en ce que l'étape de dissipation comprend une opération consistant à dissiper l'accroissement d'énergie thermique également par un second flux thermique s'établissant depuis le tampon calorifique vers une substance de refroidissement susceptible de subir un changement d'état endothermique en passant d'un premier état à un second état, cette substance de refroidissement étant embarquée sur le véhicule et soumise au second flux thermique dans son premier état. Pour une plus grande efficacité du procédé, la substance de refroidissement est soumise au second flux thermique en quantité renouvelée, la substance de refroidissement passée dans son second état pouvant être rejetée hors du véhicule. La substance de refroidissement utilisée est par exemple un liquide, le changement d'état pouvant être une transition de phase telle qu'une vaporisation. D'autres 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, dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique en coupe partielle d'un frein à disque utilisant l'enseignement de l'invention; - la figure 2 est une vue schématique en coupe partielle de moyens de refroidissement utilisables dans un dispositif conforme à l'invention; - la figure 3 est une vue schématique en coupe partielle de moyens de contrôle utilisables dans un dispositif conforme à l'invention; et - la figure 4 est une vue schématique de dessus des moyens de contrôle illustrés à la figure 3. L'invention concerne un dispositif de freinage destiné à un véhicule terrestre susceptible de circuler à une vitesse variable, donc d'emmagasiner une quantité variable d'énergie cinétique, ce dispositif comprenant essentiellement un frein tel qu'un frein à disque 1 propre à convertir, à la demande, une partie au moins de l'énergie cinétique du véhicule en une quantité équivalente d'énergie thermique qui se trouve ensuite évacuée par conduction, convection et/ou rayonnement dans l'atmosphère environnante. Dans ce processus, le frein 1 constitue donc, à la fois, un convertisseur d'énergie cinétique en énergie thermique, et un tampon calorifique embarqué destiné à stocker temporairement l'énergie thermique issue de la conversion, l'atmosphère environnante assurant la fonction d'un système thermodynamique externe au véhicule, suffisamment vaste pour absorber sans saturation ni variation notable de température l'énergie thermique temporairement stockée dans le frein 1, et notamment dans le disque 11. L'invention propose, en plus de ce flux thermique qui s'établit entre le frein 1 et l'atmosphère, d'établir un second flux thermique entre le frein 1, et notamment le disque 11, et une substance de refroidissement susceptible de subir un changement d'état endothermique lorsqu'elle passe d'un premier état à un second état, cette substance de refroidissement étant embarquée sur le véhicule et soumise au second flux thermique dans son premier état. Dans le mode de réalisation illustré, l'invention comprend par exemple des moyens de refroidissement 2, incluant une tubulure 22 et une buse 23, pour pulvériser un liquide de refroidissement 20 sur une partie au moins du frein 1, de préférence sur le disque 11, en cas de freinage intense ou prolongé. L'invention comprend également des moyens de commande 3, incluant par exemple un capteur de température 31 et un circuit logique 32, pour détecter une situation de freinage intense ou prolongé et déclencher une pulvérisation du liquide de refroidissement 20 par les moyens de refroidissement 2. La pulvérisation peut ainsi être déclenchée par un signal électrique P issu d'une porte logique ET constituant le circuit logique 32, cette porte 32 ne délivrant le signal P qu'à réception, à la fois, d'un signal F par exemple issu du contacteur de feux d'arrêt et indiquant qu'un freinage est en cours, et d'un signal T+ issu du capteur de température 31 et indiquant que la température du frein 1 est trop élevée. De nombreuses variantes sont néanmoins possibles, le capteur de température 31 pouvant notamment être remplacé par un calculateur utilisant des signaux de vitesse du véhicule et de pression d'actionnement du frein pour estimer la température de ce dernier. Par souci d'optimisation, les moyens de refroidissement 2 peuvent comprendre un réservoir 21 pré existant sur le véhicule, par exemple le réservoir de liquide lave-glace, et utiliser, comme liquide de refroidissement 20, le liquide contenu dans ce réservoir préexistant 21. Dans ce cas, le réservoir préexistant 21 comprend en général une première pompe 211 qui puise le liquide 20 à un premier niveau 201. I1 est alors utile, pour augmenter la sécurité de fonctionnement des moyens de refroidissement, de prévoir une seconde pompe 212 qui puise, en tant que liquide de refroidissement, le liquide 20 contenu dans le réservoir à un second niveau 202 du réservoir, inférieur au premier niveau 201. En effet, dans la mesure où le liquide lave-glace fait l'objet d'une utilisation régulière, son absence est rapidement mise en évidence par le conducteur du véhicule, qui refait donc rapidement le plein du réservoir 21. En outre, même si le liquide contenu dans le réservoir 21 fait défaut pour son utilisation en tant que liquide lave-glace, le liquide contenu entre les niveaux 202 et 201 constitue une réserve disponible pour l'utilisation de ce liquide dans son application au refroidissement. La pompe 212 est sélectivement commandée par le signal P, c'est-à-dire qu'elle est mise en marche à réception du signal P, et que le liquide 20 ainsi pompé et acheminé jusqu'à la buse 23 par la tubulure 22 est pulvérisé sur le disque 11. Dans le cas, illustré à la figure 1, où le frein est un frein à disque utilisant un disque 11 ventilé, c'est- à-dire un disque présentant des canaux tels que 112 délimités par des ailettes de refroidissement telles que 113, le liquide de refroidissement 20 est de préférence pulvérisé au moins dans les canaux de refroidissement 112, ce liquide passant à l'état de vapeur 200 dans ces canaux. Néanmoins, le liquide de refroidissement 20 peut aussi être pulvérisé sur une face 111 au moins du disque 11, cette solution étant notamment utilisable lorsque le frein à disque comporte un disque plein et non un disque ventilé. Le dispositif de l'invention peut aussi comprendre des moyens de contrôle 4 propres à fournir un signal S représentatif d'un état de fonctionnement des moyens de refroidissement 2. Dans le mode de réalisation illustré, ces moyens de contrôle 4 comprennent essentiellement un déflecteur 41, un capteur électrique 42, et un circuit logique 43. Comme le montrent les figures 3 et 4, le déflecteur 41 est disposé entre la buse 23 et le disque 11 de manière à recevoir une partie au moins du liquide de refroidissement 20 lorsque ce dernier est pulvérisé sur le disque. Le capteur 42 est par exemple constitué par un capteur d'humidité, comprenant des électrodes 421 et 422 disposées sur le déflecteur 41 supposé réalisé en un matériau isolant, ce capteur 42 étant relié aux électrodes 421 et 422 par un faisceau électrique 423 et étant propre à fournir, en tant que signal de sortie, un signal H dépendant de la résistance électrique entre les électrodes 421 et 422, et donc représentatif de l'état d'humidité du déflecteur 41. Le circuit logique est, dans l'exemple illustré, réalisé par une porte logique OU EXCLUSIF INVERSE, qui élabore le signal S, représentatif de l'état de fonctionnement des moyens de refroidissement, à partir du signal H reçu du capteur 42 et du signal T+ reçu du capteur 31, le signal S indiquant ainsi un défaut de fonctionnement des moyens de refroidissement 2 lorsque le déflecteur 41 est humide alors que la température du frein est normale, ou lorsque le déflecteur 41 est sec alors que la température du frein est anormalement élevée. REVENDICATIONS 1. Dispositif de freinage pour un véhicule terrestre emmagasinant une quantité variable d'énergie cinétique, ce dispositif comprenant un convertisseur d'énergie (1) transformant sélectivement une partie au moins de l'énergie cinétique du véhicule en énergie thermique et évacuant au moins par conduction, convection ou rayonnement l'énergie thermique issue de la conversion, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de refroidissement (2) opérant sélectivement une pulvérisation d'un liquide de refroidissement (20) sur une partie au moins du convertisseur d'énergie (1). 2. Dispositif de freinage suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commande (3) des moyens de refroidissement (2), propres à détecter une situation de freinage intense ou prolongé et à déclencher une pulvérisation du liquide de refroidissement (20) par les moyens de refroidissement (2). 3. Dispositif de freinage suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement (2) comprennent un réservoir (21) pré existant sur le véhicule, et utilisent, comme liquide de refroidissement (20), un liquide contenu dans le réservoir préexistant et déjà utilisé pour une première application, telle que le lavage de glace. 4. Dispositif de freinage suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le réservoir préexistant (21) comprend une première pompe (211) puisant le liquide (20) contenu dans le réservoir, pour la première application de ce liquide, à un premier niveau (201) du réservoir, en ce que les moyens de refroidissement (2) comprennent une seconde pompe (212) puisant, en tant que liquide de refroidissement, le liquide (20) contenu dans le réservoir à un second niveau (202) du réservoir, et en ce que le second niveau (202) est inférieur au premier niveau (201). 5. Dispositif de freinage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le convertisseur d'énergie (1) est un frein à disque et en ce que les moyens de refroidissement (2) pulvérisent le liquide de refroidissement sur une face (111) au moins du disque (11). 6. Dispositif de freinage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le convertisseur d'énergie (1) est un frein à disque utilisant un disque (11) présentant des canaux (112) délimités par des ailettes de refroidissement (113), et en ce que les moyens de refroidissement (2) pulvérisent le liquide de refroidissement (20) dans les canaux de refoidissement (112) au moins. 7. Dispositif de freinage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de contrôle (4) propres à fournir un signal (S) représentatif d'un état de fonctionnement des moyens de refroidissement (2). 8. Dispositif de freinage suivant les revendications 2 et 7, caractérisé en ce que les moyens de contrôle (4) comprennent un déflecteur (41) propre à recevoir une partie au moins du liquide de refroidissement (20) pulvérisé, et un capteur électrique (42), tel qu'un capteur d'humidité, propre à fournir, pour élaborer le signal (S) représentatif de l'état de fonctionnement des moyens de refroidissement, un signal (H) représentatif de l'état d'humidité du déflecteur . 9. Procédé de freinage pour un véhicule terrestre emmagasinant une quantité variable d'énergie cinétique, ce procédé comprenant une étape de conversion énergétique consistant à transformer une fraction au moins de la quantité d'énergie cinétique emmagasinée en un accroissement d'énergie thermique d'un tampon calorifique embarqué (1), et une étape de dissipation comprenant une opération consistant à dissiper l'accroissement d'énergie thermique par au moins un premier flux thermique s'établissant depuis le tampon calorifique vers un système thermodynamique externe au véhicule, caractérisé en ce que l'étape de dissipation comprend une opération consistant à dissiper l'accroissement d'énergie thermique également par un second flux thermique s'établissant depuis le tampon calorifique vers une substance de refroidissement susceptible de subir un changement d'état endothermique en passant d'un premier état à un second état, cette substance de refroidissement étant embarquée sur le véhicule et soumise au second flux thermique dans son premier état. 10. Procédé de freinage suivant la revendication 9, caractérisé en ce que la substance de refroidissement est soumise au second flux thermique en quantité renouvelée. 11. Procédé de freinage suivant la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que la substance de refroidissement passée dans son second état est rejetée hors du véhicule. 12. Procédé de freinage suivant l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que la substance de refroidissement est un liquide. 13. Procédé de freinage suivant l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que le changement d'état est une transition de phase. 14. Procédé de freinage suivant la revendication 13, caractérisé en ce que la transition de phase est une vaporisation.