Brevet FR2801856A1 — publié le 20010608

L'invention se rattache au secteur technique des dispositifs de freinage pour tous types de véhicules, tels que voitures, motocyclettes, avions... Une des pièces essentielles d'un dispositif de freinage est constituée par le maître cylindre relié hydrauliquement aux organes de freinage en tant que tels, à disques ou à tambours et accouplés à un ou des organes actionneurs, manoeuvrables à la main ou aux pieds, en fonction du type de véhicule considéré. Ainsi, de manière essentielle, le maître cylindre de frein comprend un cylindre relié hydrauliquement au circuit de freinage et accouplé à une partie du véhicule. Le cylindre reçoit un piston accouplé à l'organe actionneur, lui-même actionné sur une partie du véhicule. L'action de freinage a pour but de créer une décélération du véhicule suivi ou non de l'arrêt total de ce dernier. Notamment, il est apparu important de pouvoir doser la décélération correspondant par exemple au ralentissement nécessaire du véhicule pour aborder un virage. Ce dosage résulte essentiellement du déplacement de l'effort sur l'organe actionneur de freinage (levier ou pédale). Il en résulte une réaction qui est la valeur de la décélération susceptible d'être ressentie de différentes manières par le conducteur. En réalité, cette valeur de la décélération est très difficile à apprécier. Par exemple, cette valeur de la décélération peut être perçue directement par une sensation du phénomène d'accélération horizontale dans le corps de l'utilisateur, ou directement en intégrant la diminution de la vitesse perçue par le défilement du paysage ou bien encore, indirectement, en appréciant la variation d'assiette du véhicule considéré due à la 2 2801856 composante horizontale de l'accélération, le véhicule ayant tendance à plonger de l'avant. Cette réaction est la plus utilisée pour le dosage des freins, mais se trouve entachée d'erreurs. En effet, à décélération égale, la plongée du véhicule, varie en fonction de son chargement, du réglage de la suspension d'autres phénomènes. Pour obtenir la décélération recherchée, le conducteur agit sur l'organe de freinage provoquant une réaction de son véhicule. Pour obtenir la réaction désirée, le conducteur est obligé de modifier plusieurs fois l'action exercée sur l'organe de freinage, pour obtenir la décélération souhaitée. Le résultat obtenu n'est donc pas immédiat. Ce temps de réponse est, par conséquent, susceptible de faire perdre de nombreux mètres sur une distance d'arrêt. 1 5 Lorsque le conducteur est suffisamment expérimenté et qu'il connaît bien son véhicule, le pilote détermine, par apprentissage, l'effort précis qu'il doit appliquer sur l'organe actionneur, pour obtenir la décélération souhaitée. Dans ce cas, le résultat est instantanée, mais la chaîne de commande doit être fidèle. A défaut, le résultat ne sera pas celui escompté par le conducteur. Il en résulte que le conducteur va donc apprendre à utiliser son système de freinage ou à déterminer expérimentalement la course et l'effort nécessaires sur l'organe actionneur de freinage pour obtenir la décélération souhaitée. Cet apprentissage se fait naturellement et inconsciemment. 3 2801856 Le freinage idéal est donc d'avoir une liaison parfaitement linéaire entre la course de l'organe actionneur et la décélération et entre l'effort exercé sur l'organe actionneur et la décélération. Depuis de nombreuses années, d'importants progrès techniques dans le domaine du freinage ont été réalisés. Ainsi le passage de la commande à câbles à la commande hydraulique, puis du frein à tambour au frein à disque, à permis d'accroître la fidélité du freinage. La puissance et l'endurance des freins ont été améliorées. De même, sont apparus sur le 1 o marché, de nombreux systèmes aptes à éviter tout blocage intempestif des roues. Toutefois, aucun effort particulier n'a été fait pour améliorer la fidélité du système. Au contraire, la généralisation des freins assistés, notamment dans les voitures, tend à dégrader la fidélité en introduisant un temps de réponse à une variation de l'effort dans l'organe actionneur, pour une décélération égale. Aucune amélioration technique significative n'a été apportée au niveau du maître cylindre. Le problème posé dans un maître cylindre considéré comme idéal, est de pouvoir transformer l'effort sur l'organe actionneur en pression dans le circuit de freinage de manière proportionnelle à la montée en pression et au relâchement dudit organe actionneur. En pratique, la précision du dosage de freinage est largement dégradée par l'apparition de nombreux frottements, notamment au niveau des joints, des articulations sur paliers lisses, des pistons dans l'alésage du cylindre... 4 2801856 On renvoie aux figures 1 et 2 qui montrent la courbe d'hystérésis résultant des mesures effectuées sur un banc d'essai et correspondant à des maîtres cylindres de conception classique, montés sur des motos de grosses cylindrées. La figure 1, correspond à un maître cylindre radial, tandis que la figure 2 correspond à maître cylindre axial. La courbe qui apparaît en traits forts, correspond à la pression mesurée, tandis que la courbe en traits pointillés, correspond à la pression théorique. Sur ces courbes, en abscisse, est indiqué en daN, l'effort exercé sur le levier, tandis qu'en ordonnée, est indiquée, en bars, la pression exercée. Si l'on considère une pression de 15 bars correspondant approximativement à une décélération de 0,7 G, la courbe d'hystérésis met en évidence que les frottements internes nuisent de manière significative à la fidélité des couples efforts - pressions. Il apparaît que sur les deux modèles évalués, l'erreur entre l'effort au levier, et la montée en pression et la descente en pression, peut aller jusqu'à 43 %, dans le cas du maître cylindre axial et jusqu'à 57 %, dans le cas du maître cylindre radial. A noter que le décalage au départ de la course correspond à un ressort de rappel du piston du maître cylindre, trop important mais nécessaire pour combattre les frottements en retour. Ces courbes montrent que le pilote ne peut pas ajuster la décélération avec précision. Surtout, il ne peut pas diminuer la pression dans le circuit, 2801856 étant donné qu'il devra relâcher de manière importante l'effort, pour diminuer un peu la pression. Ces problèmes obligent les pilotes de compétitions à pomper sur le levier ou la pédale de frein, afin de pouvoir toujours se recaler sur la courbe de montée en pression, de sorte que la courbe de descente en pression n'est jamais utilisée. Cette technique dite de pompage consiste à exercer un effort sur le levier ou la pédale de freins et à relâcher immédiatement cet effort, cela de manière successive et continue. Il est claire que cette technique de pilotage n'est pas accessible au conducteur de base qui va se trouver surpris par une décélération sans cesse différente, pour le même effort appliqué au levier ou sur la pédale de frein. Il est donc difficile, voire impossible, de ressentir et de doser correctement le freinage. 1 5 Cette non maîtrise du freinage conduit inévitablement à des décélérations inadaptées pouvant avoir des conséquences dommageables, y compris lorsque le véhicule est équipé d'un système d'anti-blocage des roues, qui a tendance à augmenter les distances d'arrêts. Le problème étant ainsi clairement posé, et afin de remédier aux inconvénients précités, il est apparu nécessaire de pouvoir éliminer ou tout au moins diminuer de manière significative, les frottements directs ou indirects au niveau du maître cylindre. Le problème étant ainsi posé, il a été conçu et mis au point un maître cylindre de freins pour véhicule comprenant un cylindre relié hydrauliquement au circuit de freinage et accouplé à une partie du véhicule, 6 2801856 ledit cylindre recevant un piston accouplé à un organe actionneur du type levier ou pédale, lui même articulé sur une partie du véhicule, remarquable en ce que les moyens d'accouplement du cylindre et du piston sont déterminés pour que les efforts exercés sur ledit piston par l'organe actionneur soient toujours dans l'axe dudit cylindre afin d'être soumis à aucun effort radial, de sorte que l'effort axial est intégralement converti en pression dans le circuit. Avantageusement, les moyens d'accouplement sont aptes à assurer un montage oscillant de l'ensemble du cylindre - piston. Le problème posé de supprimer ou tout au moins diminuer de manière significative les frottements, est résolu en ce que les moyens d'accouplement sont constitués par des axes d'articulation montés en 1 5 combinaison avec des roulements. Les axes avec leur roulement sont montés dans des agencements complémentaires d'articulation formés d'une part, à l'une des extrémités du cylindre et de la partie correspondante du véhicule et, d'autre part, à l'une des extrémités du piston et de la partie correspondante de l'organe actionneur. Toujours en ayant pour objectif de diminuer les frottements au niveau du maître cylindre et de son environnement, l'organe actionneur est articulé sur la partie correspondante du véhicule, au moyen d'un axe monté en combinaison avec un roulement. L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: 7 2801856 Les figures 1 et 2 montrent les courbes d'hystérésis obtenu dans le cas de maîtres cylindres selon l'état de la technique. La figure 3 montre la courbe d'hystérésis obtenue dans le cas de maître cylindre selon les caractéristiques de l'invention. Les figures 4, 5 et 6 sont des vues en coupe, à caractère schématique, montrant le montage oscillant du maître cylindre selon les caractéristiques de l'invention, dans le cas o le piston est commandé par un levier articulé (cas d'une motocyclette par exemple); à la figure 4 aucun effort n'est exercé sur le levier; à la figure 5 un effort intermédiaire est exercé sur le levier; à la figure 6, un effort maximum est exercé sur le levier. La figure 7 est une vue du type de celle illustrée aux figures 4, 5 et 6 et dans le cas o le piston est assujetti à un organe actionnaire du type pédale (cas d'un véhicule automobile notamment). La figure 8 est une vue en coupe transversale considérée selon la ligne 8.8 de la figure 6. La figure 9 est une vue en coupe transversale considérée selon la ligne 9.9 de la figure 6. Le maître cylindre comprend un cylindre (1) à l'intérieur duquel est monté coaxialement un piston (2). Le cylindre (1) est relié par tout moyen connu et approprié, au circuit hydraulique du système de freinage en tant que tel. Le piston (2) présente des gorges (2a) et (2b) ou autres agencements susceptibles de recevoir des joints d'étanchéité (3). L'éventuel ressort de rappel ou autre du piston (2) n'est pas représenté. Selon une caractéristique à la base de l'invention, l'extrémité (la) du cylindre (1), située à l'opposé de l'autre extrémité à partir de laquelle 8 2801856 déborde le piston (2), est articulée d'une manière oscillante sur une partie du véhicule tel qu'un carter (4) ou autre, en fonction du type de véhicule considéré. Par exemple, le montage oscillant du cylindre (1), par rapport à l'élément support (4), s'effectue au moyen d'un axe (5) monté en combinaison avec un roulement (6). L'extrémité (la) constitue un nez arrondi monté entre les deux ailes d'une chape que présente une partie de l'élément support (4). L'ensemble de l'axe (5) avec son roulement (6) est monté transversalement pour assurer l'accouplement oscillant dudit nez (la) dans la chape dudit élément support (4). Selon le même principe, la tige (2c) du piston (2), est accouplée de manière articulée à une partie appropriée d'un organe actionneur (7), qui peut être constitué par un levier, dans le cas d'une motocyclette (figures 4, 5 et 6) ou par une pédale, dans le cas d'un véhicule automobile (figure 7). De la même façon que pour le cylindre (1), le montage articulé du piston (2) par rapport à l'organe actionneur (7), s'effectue au moyen d'un axe (8) en combinaison avec un roulement (9). L'organe actionneur (7) est, quant à lui, actionné sur une partie fixe du véhicule considéré, au moyen d'un axe (10), en combinaison avec un roulement (1 1). Le montage articulé du piston (2) par rapport à l'organe actionneur (7) et de l'organe actionneur (7) par rapport à la partie du véhicule, peut s'effectuer de la même façon que pour le cylindre (1), par des agencements sous forme de chape. Compte tenu de ces dispositions et comme le montrent notamment les figures 4, 5 et 6, l'effort exercé par le levier (7) (ou la pédale) sur le piston (2), sont transmis de manière coaxiale au cylindre (1), afin que ledit piston ne soit soumis à aucun effort radial. Il en résulte que l'effort axial, est intégralement converti en pression dans le circuit hydraulique. Ce montage oscillant du cylindre notamment, permet donc de supprimer les frottements et d'obtenir comme le montre la figure 3, une courbe d'hystérésis o, comparativement à l'état de la technique, l'erreur de dosage est ramenée à sensiblement 14 %. Des essais ont ainsi démontrés que selon les caractéristiques de l'invention, il suffit d'exercer un effort d'environ 6,2 daN pour obtenir 15 bars, alors qu'avec les maîtres cylindres, selon l'état de la technique, pour obtenir la même pression de 15 bars, il est nécessaire d'exercer un effort d'environ 7,8 daN. Compte tenu de ces caractéristiques, il en résulte également, pour l'utilisateur, un retour d'information (ce qui est très important dans le cas d'un pilote de moto) très largement supérieur à un maître cylindre de l'état 1 5 de la technique. En effet, le frottement plaquettes - disques, génère de légères vibrations qui sont retransmises au maître cylindre, par le liquide de frein. Selon l'état de la technique, ces vibrations sont amorties par le mouvement de coulissement du piston, alors que de telles vibrations sont directement transmises au niveau du levier, avec les caractéristiques du maître cylindre, selon l'invention. Le pilote peut ainsi ressentir instantanément et précisément, l'efficacité des freins et ressentir également lorsque le frottement disques - plaquettes est perturbé. A noter que dans le cas d'une motocyclette, la commande du maître de cylindre du levier peut s'effectuer par l'intermédiaire d'un basculeur 2801856 susceptible de présenter un système de réglage d'écartement du levier, afin de pouvoir adapter le maître cylindre à chaque taille de la main. Les avantages ressortent bien de la description. 1 1 2801856 REVENDICATIONS -1- Maître cylindre de freins pour véhicule comprenant un cylindre (1) relié hydrauliquement au circuit de freinage et accouplé à une partie du véhicule, ledit cylindre (1) recevant un piston (2) accouplé à un organe actionneur (7) du type levier ou pédale, lui même articulé sur une partie du véhicule, caractérisé en ce que les moyens d'accouplement du cylindre (1) et du piston (2) sont déterminés pour que les efforts exercés sur ledit piston (2) par l'organe actionneur (7), soient toujours dans l'axe dudit cylindre afin d'être soumis à aucun effort radial de sorte que l'effort axial est intégralement converti en pression dans le circuit. -2- Maître cylindre selon la revendication 1, caractérisé en ce que les 1 5 moyens d'accouplement sont aptes à assurer un montage oscillant de l'ensemble cylindre (1) - piston (2). -3- Maître cylindre selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens d'accouplement sont constitués par des axes d'articulation (6-8) montés en combinaison avec des roulements (7-9). -4- Maître cylindre selon la revendication 3, caractérisé en ce que les axes (6-8) avec leur roulement (7-9), sont montés dans des agencements complémentaires d'articulation formés d'une part, à l'une des extrémités du cylindre (1) et de la partie correspondante du véhicule et, d'autre part, à l'une des extrémités du piston (2) et de la partie correspondante de l'organe actionneur (7). 12 2801856 -5- Maître cylindre selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe actionneur (7) est articulé sur la partie correspondante du véhicule, au moyen d'un axe (10) monté en combinaison avec un roulement ( 11).