Brevet FR2803809A1 — publié le 20010720

SERVOMOTEUR PNEUMATIQUE D'ASSISTANCE AU FREINAGE La présente invention se rapporte principalement à un servomoteur pneumatique d'assistance au freinage notamment du type à contrôle d'assistance améliorée. Il est habituel d'amplifier la force qu'un conducteur exerce sur une pédale de frein avec un servomoteur pneumatique (booster en terminologie anglo-saxonne) comportant une chambre avant à volume variable séparée d'un chambre arrière à volume variable par une membrane étanche souple et par une jupe rigide entraînant un piston pneumatique prenant appui par l'intermédiaire d'une tige de poussée, sur le piston primaire d'un maître-cylindre tandem d'un circuit hydraulique de freinage. La chambre avant dirigée vers le maître-cylindre tandem est reliée hydrauliquement à une source de vide alors que la chambre arrière, opposée à la chambre, avant est reliée hydrauliquement, de manière contrôlée par une valve, à une source de fluide propulseur, typiquement de l'air sous pression atmosphérique. Au repos, c'est à dire lorsque le conducteur n'actionne pas la pédale de frein, les chambres avant et arrière sont connectées alors que la chambre arrière est isolée par rapport à la pression atmosphérique. Lors du freinage, on isole tout d'abord la chambre avant par rapport à la chambre arrière, puis on admet de l'air dans la chambre arrière. Malheureusement, lors de l'application de l'effort sur la pédale de frein, l'ouverture brutale de l'alimentation en l'air de la chambre arrière provoque une avancée trop rapide du piston pneumatique. La résistance à l'avancement de ce piston pneumatique est, dans un premier temps très faible. En effet, d'une part, il règne une différence de pression importante entre les chambres avant et arrière du servomoteur et, d'autre part, on rattrape les jeux fonctionnels du maitre-cylindre tandem. Cette avancée rapide du piston pneumatique peut de manière cyclique ouvrir le canal de communication entre la chambre avant et la chambre arrière provoquant un bruit rappelant celui des essuie-glaces mis en action sur un pare brise sec et par conséquent désigné dans la technique par le nom anglo-saxon wiper noise . Ce bruit, bien que normal, est considéré comme très désagréable par les utilisateurs qui craignent un dysfonctionnement du système. De plus, la réouverture du canal de communication entre la chambre avant et la chambre arrière du servomoteur réduit l'efficacité de l'assistance en début du freinage. C'est par conséquent un but de la présente invention d'offrir un servomoteur d'assistance au freinage fonctionnant sans bruit et notamment en minimisant les bruits dits wiper noise . C'est également un but de la présente invention d'offrir un servomoteur pneumatique d'assistance au freinage ayant un très bon rendement. C'est aussi un but de la présente invention d'offrir un servomoteur d'assistance au freinage ayant un très bon rendement. C'est également un but de la présente invention d'offrir un servomoteur d'assistance au freinage présentant une assistance rapide. C'est aussi un but de la présente invention d'offrir un système de freinage comportant un servomoteur d'assistance pneumatique et un maître-cylindre tandem munis de moyens de surassistance en cas de freinage d'urgence du type de ceux décrits dans EP 0662894 et FR 2 751602 présentant une faible dispersion du seuil de déclenchement de moyens de surassistance en cas de freinage d'urgence. Ces buts sont atteints par un servomoteur pneumatique d'assistance au freinage selon l'invention muni de moyens capables de s'opposer à une avance trop rapide du piston pneumatique lors de l'actionnement- du frein, risquant de provoquer une réouverture non désirée du canal de communication entre les chambres avant et arrière du servomoteur d'assistance. Dans un premier exemple de réalisation, le servomoteur selon la présente invention comporte des moyens élastiques, de préférence non linéaires s'opposant à l'avancement du piston pneumatique jusqu'à ce que celui-ci exerce une force prédéterminée. Dans un deuxième exemple de réalisation, un dispositif freine le piston pneumatique par frottement. Toutefois, les deux premiers exemples de réalisation du dispositif selon la présente invention réduisent les performances du servomoteur d'assistance. L'exemple préféré de réalisation, de servomoteur d'assistance selon l'invention comporte des moyens d'isolation temporaire, lors de l'ouverture de la valve d'alimentation de la chambre arrière en air, d'une partie de la membrane disposés dans cette chambre arrière, de manière à limiter temporairement la surface de la chambre arrière sur laquelle s'exerce la pression assurant l'avancement du piston pneumatique. L'avancement du piston assure l'accès de l'air à toute la surface de la membrane pour assurer l'assistance désirée au freinage. Avantageusement, la zone de la chambre arrière alimentée dans un premier temps par l'air correspond à la zone axialement centrale de la chambre arrière. Avantageusement, l'élément de confinement de l'air dans la zone initialement alimentée en air de la chambre arrière est une lèvre, avantageusement co axiale avec la tige de commande et la tige de poussée du servomoteur d'assistance. L'invention a principalement pour objet un servomoteur pneumatique d'assistance au freinage comportant une première chambre à volume variable et une deuxième chambre à volume variable, des moyens d'isolation hermétique, sur commande, de la première chambre par rapport à la deuxième chambre des moyens pour engendrer une différence de pression entre ladite première chambre et ladite deuxième chambre et un piston pneumatique capable d'être entraîné par une différence de pression régnant dans ladite première chambre et ladite deuxième chambre caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens pour ralentir le déplacement initial au début du freinage, du piston pneumatique sans gêner l'efficacité de l'assistance au freinage ultérieur. L'invention a aussi pour objet un servomoteur caractérisé en ce qu'il comporte en outre une tige de commande capable d'être entraînée par le déplacement d'une pédale de frein, ladite tige de commande portant un premier clapet formant lesdits moyens d'isolement hermétique, sur commande de la première chambre par rapport à ladite deuxième chambre ainsi qu'un deuxième clapet assurant l'alimentation de l'une desdites permière chambre et deuxième chambre en fluide d'assistance sous pression, lesdits clapets coopérant avec des éléments dudit piston pneumatique de manière à ce que l'application de la tige de commande sur le piston pneumatique provoque la fermeture du clapet d'isolation hermétique desdites première chambre et deuxième chambre et en ce que les moyens pour ralentir les déplacements initiaux du piston pneumatique empêchent, en début de freinage, le piston pneumatique d'avancer plus vite que la tige de commande pour empêcher, ou tout au moins minimiser, la réouverture dudit premier clapet d'isolement hermétique de la première chambre par rapport à la deuxième chambre. L'invention a également pour objet un servomoteur caractérisé en ce que les moyens pour ralentir le déplacement initial du piston pneumatique comporte des moyens pour diminuer la force initiale d'entraînement du piston pneumatique. L'invention a aussi pour objet un servomoteur caractérisé en ce que les moyens pour ralentir le déplacement initial du piston pneumatique comporte des moyens de confinement du fluide d'assistance sous pression dans une zone de l'une des deux première ou deuxième chambre de manière à diminuer la surface d'application initiale de la différence de pression entre les deux dites chambres. L'invention a également pour objet un servomoteur caractérisé en ce que les moyens pour ralentir le déplacement initial du piston pneumatique comporte une lèvre délimitant en début du freinage une chambre de poussée initiale radialement interne. L'invention a aussi pour objet un servomoteur caractérisé en ce que ladite lèvre est une lèvre assurant une isolation unidirectionnelle permettant, en fin de freinage l'évacuation du fluide d'assistance des deux dites chambres. L'invention a également pour objet un servomoteur caractérisé en ce que la lèvre comporte une première zone inclinée par rapport à un axe du servomoteur et dirigée vers ledit axe et une deuxième zone sensiblement perpendiculaire audit axe. L'invention a aussi pour objet un servomoteur caractérisé en ce qu'il comporte une membrane souple séparant ladite première chambre de ladite deuxième chambre et en ce que ladite lèvre est incorporée à ladite membrane. L'invention a également pour objet un servomoteur caractérisé en ce que la lèvre est reliée à une base de sertissage radialement interne de la membrane. L'invention a aussi pour objet un servomoteur caractérisé en ce qu'en position de repos, la lèvre prend appui sur une paroi de l'une desdites chambres. L'invention sera mieux comprise au moyen de la description ci-après et des figures annexées données comme des exemples non limitatifs et sur lesquelles - la figure 1 est une coupe longitudinale d'un servomoteur d'assistance de type connu ; - la figure 2 est une coupe longitudinale d'un détail de la figure 1 dans une condition de repos ; - la figure 3 est une vue analogue du servomoteur de la figure 1 dans une condition dans laquelle les chambres avant et arrière sont mutuellement isolées alors que la chambre arrière est alimentée en air ; - la figure 4 est une vue analogue dans une condition dans laquelle on assiste à l'ouverture non désirée du canal de communication entre la chambre avant et la chambre arrière ; - la figure 5 est une vue en coupe longitudinale de l'exemple préféré de réalisation d'un servomoteur d'assistance selon la présente invention dans une condition de repos ; - la figure 6 est une vue agrandie d'un détail du servomoteur de la figure 5 ; - la figure 7 est une vue d'un détail de la figure 5 dans une condition d'alimentation en air de la totalité de la surface utile de la chambre arrière du servomoteur. Sur les figures 1 à 7, on a utilisé les même références pour désigner les même éléments. Sur la figure 1, on peut voir un servomoteur 1 pneumatique d'assistance au freinage de type connu comportant une chambre avant 3 séparée par une membrane étanche 5 d'une chambre arrière 7. La membrane 5 repose sur une jupe rigide 9 entraînant un piston pneumatique 11 lors de la variation des volumes des dites chambres. Une tige de commande 13 susceptible d'être entraînée selon la flèche 15 par une pédale de frein (non représentée) prend appui sur un plongeur distributeur 17. Le plongeur distributeur 17, comme on peut mieux le voir sur la figure 2 à 4 commande une valve munie d'un premier clapet 19 d'obturation sur commande d'un canal 21 de communication entre les chambres avant 3 et arrière 7 du servomoteur 1 et un deuxième clapet 23 d'ouverture, sur commande, du canal d'alimentation en air de la chambre arrière 7 dudit servomoteur. La valve comporte en outre un ressort de rappel 25 du clapet et un ressort 27 assurant la fermeture de la valve en l'absence de commande de freinage. Le piston pneumatique 11 entraîne selon la flèche 15' une tige de poussée 29 prenant appui sur un piston primaire d'un maître cylindre tandem (non représenté). Nous allons expliquer ci-après, en référence aux figures 2 à 4 le fonctionnement du servomoteur de type connu. Le système au repos, lorsque le conducteur n'appuie pas sur la pédale de frein est illustré sur la figre 2. Les sièges des clapets 19 et 23 sont décalés axialement de manière à ce que l'avance de la tige de commande 13 selon la flèche 15 commence par fermer le clapet 19 puis ouvre le clapet 23. Pour une position donnée de la tige de commande 13, le clapet 23 s'ouvre et se ferme périodiquement de manière à assurer la position désirée de la tige de poussée 29 et par suite, la pression désirée dans le circuit hydraulique du système de freinage. Au repos, le clapet 19 est ouvert en permanence alors que le clapet 23 est fermé en permanence. Ainsi, une même faible pression règne dans les chambres avant 3 et arrière 7. Lorsqu'on appuie sur la pédale de frein, la tige de commande 13 avance, comme illustré sur la figure 3 et entraîne le plongeur distributeur 17 assurant la fermeture du clapet 19 et l'ouverture du clapet 23. L'air sous pression atmosphérique s'engoufre dans la chambre arrière 7. La différence de pression entraîne la jupe 9, qui, à son tour entraîne le piston pneumatique 11. Dans un premier temps, jusqu'à la compensation de tous les jeux mécaniques au niveau du maître cylindre tandem du circuit hydraulique de freinage, le piston pneumatique ne rencontre pas de résistance notable à l'avancement. Ainsi, comme illustré sur la figure 4, ce piston avance plus vite que ledit plongeur distributeur 17 porté par la tige de commande 13 ce qui provoque l'ouverture non désirée du clapet 19. L'équilibrage des pressions entre les chambres avant 3 et arrière 7 freine le piston permettant au plongeur distributeur 17 de fermer le clapet 19 (situation illustrée sur la figure 3) ce qui permet à son tour l'avancement du piston pneumatique 11 et à un nouveau passage à la situation illustrée sur la figure 4 dans laquelle le clapet 19 est ouvert. Le mouvement cyclique entre les conditions illustrées sur les figures 3 et 4 provoque un bruit dit wiper noise non désiré et, en outre assure une alimentation non désirée de la chambre avant 3 en air réduisant l'efficacité du servomoteur d'assistance pneumatique. Le servomoteur pneumatique d'assistance de freinage 31 selon l'invention diffère du servomoteur 1 de type connu tel qu'illustré sur les figures 1 à 4 en ce qu'il comporte des moyens pour retarder au début du freinage (typiquement avant le rattrapage des jeux mécaniques au niveau du maître cylindre tandem), l'avancement selon la flèche 15' du piston pneumatique 11 de manière à éviter qu'il n'avance plus vite que le plongeur distributeur 17, et par suite, pour empêcher l'ouverture non désirée au cours du freinage du clapet 19 de communication entre les chambres avant 3 et arrière 7 du servomoteur 31 selon l'invention. L'exemple avantageux illustré comporte des moyens 33 de confinement temporaire du fluide alimentant la chambre arrière et assurant l'avancement du piston pneumatique 11. Dans l'exemple préféré illustré sur les figures 5 à 7, le canal d'amenée de fluide, typiquement de l'air à la pression atmosphérique, contrôlé par le deuxième clapet 23 débouche dans la partie centrale de la chambre arrière 7. Ainsi, dans cet exemple non limitatif, les moyens 33 de confinement comportent avantageusement une lèvre d'étanchéité avantageusement concentrique avec l'axe 37 du servomoteur 31 selon la présente invention. La lèvre 35 délimite avec la partie centrale d'une paroi 39 arrière de la chambre arrière 7 une chambre de poussée initiale 41 du piston pneumatique 11. Dans l'exemple préféré illustré sur les figures 5 à 7, la lèvre 35 constitue le prolongement de la membrane 5. Elle est avantageusement réalisée dans le même matériau que le reste de la membrane 5. La membrane souple 5 et la lèvre 35 sont avantageusement réalisées en matériau plastomère, en matériau élastomère ou en leur mélange. Dans l'exemple préféré, on met en oeuvre du caoutchouc SBR ou EPDM ayant, de préférence une dureté comprise entre 60 SHORE A et 65 SHORE A. Dans l'exemple préféré de réalisation, la lèvre 35 comporte une première zone 43 radialement interne, attachée à une base 45 circulaire ou sensiblement circulaire de la membrane 5 et une deuxième zone 47, radialement interne. Dans l'exemple préféré de réalisation, la première zone 43 est inclinée vers l'arrière et vers l'axe 37 d'un angle sensiblement égal à 60 par rapport à l'axe 37 du servomoteur selon la présente invention, alors que la zone 47 est sensiblement située dans un plan perpendiculaire audit axe 37. Cette forme est particulièrement avantageuse dans la mesure où elle permet l'évacuation de l'air de la zone externe 49 de la chambre arrière 7 lors de l'ouverture du clapet 19 alors que la lèvre 35 est appliquée sur la paroi arrière 39. La lèvre 35 joue le rôle d'un clapet unidirectionnel empêchant, lorsqu'elle est appliquée sur la paroi arrière 39, le passage de l'air de la chambre de poussée initale 41 vers la zone externe 49, mais permettant, dans cette même position, l'évacuation de l'air de cette zone externe 49 vers la chambre 41. Nous allons ci-après expliquer le fonctionnement du servomoteur selon la présente invention. Lorsqu'un conducteur désire ralentir ou arrêter son véhicule, il appuie sur une pédale de frein (non représentée) qui transmet une force selon la flèche 15 à la tige de commande 13 qui à son tour assure le déplacement du plongeur distributeur 17. L'avance du plongeur distributeur 17 assure dans un premier temps la fermeture du clapet 19 et par suite l'isolation hermétique de la chambre avant 3 par rapport à la chambre arrière 7. L'ouverture du clapet 23 assurant l'alimentation en fluide sous pression, typiquement en air sous pression atmosphérique de la chambre arrière 7. Toutefois, le canal d'alimentation en air de la chambre arrière débouche dans la chambre 41 de poussée intiale, qui, en début de freinage comme illustré sur les figures 5 et 6 est isolée plus ou moins hermétiquement, d'une zone externe 49 de la chambre arrière 7. Ainsi, au moment de la poussée initiale, après l'ouverture de l'alimentation en air de la chambre arrière dans la zone radialement externe 49 règne une pression inférieure à celle régnant dans la chambre de poussée initiale 41. Avantageusement, la pression dans la zone externe 49 est égale ou sensiblement égale à la basse pression régnant dans la chambre avant 3. La force appliquée sur le piston pneumatique 11 est égale à la force exercée dans la chambre de poussée initiale 41 plus la force exercée par la zone externe 49 diminuées de la force résistante engendrée par la chambre avant 3. Une force est égale au produit de la pression par la surface. Dans l'exemple préféré de réalisation, la pression régnant dans la chambre avant 3 et dans la zone externe 49 est négligeable et la poussée initiale est sensiblement égale au produit de la surface de la projection sur un plan perpendicualire à l'axe 37 de la zone de séparation de la chambre 41 de poussée initiale avec la chambre avant 3. Ainsi, on ajuste la valeur de cette surface pour obtenir la poussée initiale désirée. Le rapport de la surface de la projection sur un plan perpendiculaire à l'axe 37 de la séparation entre la chambre avant 3 et la chambre 41 de poussée initiale avec la surface de la projection sur un plan perpendiculaire à l'axe 37 de la surface de séparation des chambres avant 3 et arrière 7 est par exemple compris entre 0,05 et 0,85 ; avantageusement compris entre 0,1 et 0,9 ; de manière préférée compris entre 0,2 et 0,7 et de manière encore préférée entre 0,25 et 0,5 par exemple égal à 0,25 ; 0,3 ou 0,35. La force réduite exercée initialement sur les pistons pneumatiques 11 permet de réduire sa vitesse d'avancement initiale notamment, avant le rattrapage de jeu du maître cylindre tandem ce qui permet à la tige de commande 13, et par suite au plongeur distributeur 17 de suivre l'avance du piston 11 en empêchant, ou tout au moins en minimisant la réouverture du clapet 19. Après le rattrapage du jeu initial du maître cylindre tandem la tige de poussée 29 ralentit l'avance du piston pneumatique 11 alors que, comme illustré sur la figure 7, l'avance de ce piston décolle la zone 47 de la lèvre 35 de la paroi arrière 39 de la chambre 7 laissant pénétrer le fluide d'assistance, typiquement de l'air sous pression atmosphérique dans toute la chambre arrière 7 et notamment dans la zone radialement externe 49. On bénéficie alors de toute l'assistance désirée sans avoir engendré le bruit d'essui glace et en minimisant ou en de préférence en interdisant le passage de l'air de la chambre 7 à la chambre 3 en début de freinage. Le servomoteur de la présente invention peut équiper tout système de freinage notamment des systèmes de freinage utilisant un maître cylindre simple ou de préférence un maître cylindre tandem. Il est particulièrement avantageux dans le cas de maître système à surassistance en freinage d'urgence tel que décrit dans les demandes de brevet EP 0662894 et FR 2 751602 qui sont inclus par référence. La présente invention s'applique notamment à l'industrie automobile. La présente invention s'applique principalement à l'industrie du freinage. REVENDICATIONS 1. Servomoteur pneumatique d'assistance au freinage comportant une première chambre (3) à volume variable et une deuxième chambre (7) à volume variable, des moyens (19) d'isolation hermétique, sur commande, de la première chambre (3) par rapport à la deuxième chambre (7) des moyens (23) pour engendrer une différence de pression entre ladite première chambre (3) et ladite deuxième chambre (7) et un piston pneumatique (11) capable d'être entraîné par une différence de pression régnant dans ladite première chambre (3) et ladite deuxième chambre (7) caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (33) pour ralentir le déplacement initial au début du freinage, du piston pneumatique (11) sans gêner l'efficacité de l'assistance au freinage ultérieur. 2. Servomoteur selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte en outre une tige de commande (13) capable d'être entraînée par le déplacement d'une pédale de frein, ladite tige de commande portant un premier clapet (19) formant lesdits moyens d'isolement hermétique, sur commande de la première chambre (3) par rapport à ladite deuxième chambre (7) ainsi qu'un deuxième clapet (23) assurant l'alimentation de l'une desdites permière chambre (3) et deuxième chambre (7) en fluide d'assistance sous pression, lesdits clapets (19, 23) coopérant avec des éléments dudit piston pneumatique (11) de manière à ce que l'application de la tige de commande (13) sur le piston pneumatique (11) provoque la fermeture du clapet (19) d'isolation hermétique desdites première chambre (3) et deuxième chambre (7) et en ce que les moyens (33) pour ralentir les déplacements initiaux du piston pneumatique (11) empêchent, en début de freinage, le piston pneumatique (11) d'avancer plus vite que la tige de commande (13) pour empêcher, ou tout au moins minimiser, la réouverture dudit premier clapet (19) d'isolement hermétique de la première chambïe (3) par rapport à la deuxième chambre (7). 3. Servomoteur selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que les moyens (33) pour ralentir le déplacement initial du piston pneumatique (11) comporte des moyens pour diminuer la force initiale d'entraînement du piston pneumatique (11). 4. Servomoteur selon la revendication 3 caractérisé en ce que les moyens (33) pour ralentir le déplacement initial du piston pneumatique (11) comporte des moyens de confinement du fluide d'assistance sous pression dans une zone (41) de l'une des deux première ou deuxième chambre (3, 7) de manière à diminuer la surface d'application initiale de la différence de pression entre les deux dites chambres (3, 7). 5. Servomoteur selon la revendication 4 caractérisé en ce que les moyens (33) pour ralentir le déplacement initial du piston pneumatique (11) comporte une lèvre (35) délimitant en début du freinage une chambre (41) de poussée initiale radialement interne. 6. Servomoteur selon la revendication 5 caractérisé en ce que ladite lèvre (35) est une lèvre assurant une isolation unidirectionnelle permettant, en fin de freinage l'évacuation du fluide d'assistance des deux dites chambres (3, 7). 7. Servomoteur selon la revendication 5 ou 6 caractérisé en ce que la lèvre (35) comporte une première zone (43) inclinée par rapport à un axe (37) du servomoteur (31) et dirigée vers ledit axe et une deuxième zone (47) sensiblement perpendiculaire audit axe (37). 8. Servomoteur selon l'une quelconque des revendications 5 à 7 caractérisé en ce qu'il comporte une membrane souple (5) séparant ladite première chambre (3) de ladite deuxième chambre (7) et en ce que ladite lèvre est incorporée à ladite membrane (5). 9. Servomoteur selon la revendication 8 caractérisé en ce que la lèvre (35) est reliée à une base de sertissage radialement interne (45) de la membrane (5). 10. Servomoteur selon l'une quelconque des revendications 5 â 9 caractérisé en ce qu'en position de repos, la lèvre (35) prend appui sur une paroi (39) de l'une desdites chambres (3, 7).