Brevet FR2820101A1 — publié le 20020802

Servomoteur pneumatique d'assistance de freinage avec loi de freinage pour freinage brusque La présente invention a pour objet un servomoteur pneumatique d'assistance de freinage avec loi de freinage pour freinage brusque. L'invention a pour but de prévenir des défauts de comportement des conducteurs au moment où ces conducteurs exercent une action de freinage. D'une manière plus générale l'invention vise à fournir une assistance plus puissante en cas de freinage brusque. Un servomoteur pneumatique d'assistance de freinage comporte dans son principe une chambre avant à volume variable séparée d'une chambre arrière également à volume variable par une cloison formée par une membrane étanche et souple et par une plaque-jupe rigide. La jupe rigide entraîne un piston pneumatique prenant appui, par l'intermédiaire d'une tige de poussée, sur un piston primaire d'un maître cylindre d'un circuit hydraulique de freinage, typiquement un maître cylindre tandem. La chambre avant, placée du côté du maître cylindre, est reliée pneumatiquement à une source de vide. La chambre arrière, opposée à la chambre avant et placée du côté d'une pédale de frein, est reliée pneumatiquement, 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 lorsqu'un conducteur n'appuie pas sur la pédale de frein, les chambres avant et arrière sont connectées entre elles 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. Cette admission d'air a pour effet de propulser la cloison et de mettre en oeuvre l'assistance de freinage pneumatique. Les problèmes rencontrés lors des freinages, notamment des freinages brusques sont liés au comportement erratique des conducteurs. En effet au moment où un conducteur doit réaliser un freinage brusque, il porte son pied brutalement sur la pédale de frein. On observe que, statistiquement, ce conducteur est effrayé par la brutalité du freinage qui résulte de son action, notamment instinctivement il craint le dérapage, et on observe qu'il relâche, ne serait-ce qu'une fraction de seconde, l'effort de son pied sur la pédale. Puis son cerveau analysant la gravité du phénomène confirme l'ordre d'appui et le conducteur appuie cette fois franchement sur la pédale, ou fige son application dans l'état, sur toute la durée du freinage, augmentant alors la distance d'arrêt. Entre temps, le véhicule n'a pas été freiné pendant la fraction de seconde, ce qui entraîne en général la percussion du véhicule contre un obstacle. Dans d'autres situations, le freinage d'urgence entraîne, avec la puissance de l'effort appliqué, une fatigue du conducteur qui conduit elle-même à un relâchement de l'appui sur la pédale de frein. Puis le conducteur se ressaisit, fait un effort supplémentaire et appuie à nouveau. Entre temps évidemment le véhicule n'a pas été freiné. Dans d'autres situations, au freinage d'urgence suit une hésitation du conducteur avant qu'il ne se convainque qu'il faille vraiment freiner. Dans tous les cas la fraction de seconde d'absence de freinage de l'ordre de quelques centièmes de secondes à une seconde apparaît statistiquement comme une cause majeure des accidents. Dans l'invention on cherche à résoudre ce problème en conférant au circuit de freinage une intelligence telle que ce phénomène est évité, ou du moins réduit de façon à limiter les accidents. Le principe de l'invention consiste d'une part à reconnaître quels sont les freinages qui nécessitent cette intervention intelligente, et quels sont ceux pour lesquels l'action du conducteur doit être seule prise en compte. Dans l'invention ce choix est fait sur le caractère brusque du freinage. On verra comment on arrive, avec la rapidité de l'action exercée par le conducteur, à séparer les premiers cas des seconds. Comme deuxième principe, dans l'invention, dans le cas où le freinage intelligent est nécessaire, ce freinage est maintenu, sans nécessairement être maintenu avec autant de force qu'en provoque le premier appui du conducteur sur la pédale. Autrement dit ce maintien du freinage se produit avec un relâchement ultérieur. Ce relâchement ultérieur est postérieur au relâchement du pied du conducteur. Il y a donc un retard au relâchement. De ce fait lors du second appui, le frein n'est pas complètement relâché et le travail effectué par le conducteur est alors moins grand, et l'opération de freinage est plus immédiate. Pour arriver à ce résultat deux voies sont possibles. Soit on utilise une commande électronique, qui agit sur un circuit hydraulique de freinage agissant en assistance de freinage complémentaire. Soit on agit sur l'assistance pneumatique elle-même, celle qui normalement intervient en premier. Dans ce cas, préféré, un mécanisme simple est mis en oeuvre pour aboutir à ce résultat. Ce mécanisme simple a l'avantage d'avoir une longue durée de vie avant que l'usure n'en altère le fonctionnement. Plus précisément dans ce cas, le mécanisme préconisé comporte dans les organes de transmission de l'effort de freinage, de préférence dans les organes de transmission de l'effort de freinage assisté, un dispositif à cliquet dont le cliquet ne s'enclenche que si l'effort est brusque. Ce caractère brusque résulte d'une différence d'inertie des différentes parties du servofrein. Dans un exemple, une tige de commande directement mise en mouvement par le pied du conducteur a une inertie plus faible que le piston pneumatique. Il en résulte un déplacement relatif entre cette tige de commande et ice piston pneumatique. Le cliquet qui est au départ dans une première position contrainte entre ces deux pièces quand elles sont au repos peut alors s'engager entre elles pour les maintenir ensuite écartées dans la position qu'elles atteignent quand elles sont soumises aux efforts brusques. L'écart maintenu sert ensuite à maintenir le freinage. Ce maintien du freinage est cependant provisoire. Si le pied est ré-appuyé immédiatement, ce maintien provisoire du freinage est mis à profit. Si par contre le retrait de l'appui du pied sur la pédale se confirme, la cloison entre les chambres reprend sa place naturellement. Au moment de cette reprise de place, le déplacement de l'une ou l'autre de ces pièces est utilisé pour désengager le cliquet. L'invention a donc pour objet un servomoteur pneumatique d'assistance de freinage comportant - une chambre avant connectable à une source de vide, - une chambre arrière connectable à une arrivée haute pression, - une cloison mobile étanche entre les deux chambres, - un piston pneumatique d'assistance, - une tige de frein, - un circuit hydraulique de freinage, - un plongeur emporté par la tige de frein et en réaction avec le circuit hydraulique de freinage, - un dispositif pour admettre un fluide haute pression dans la chambre arrière au moment d'un freinage, - le plongeur comportant un palpeur en réaction directe avec le circuit hydraulique de freinage et un distributeur, le palpeur et le distributeur étant mobiles l'un par rapport à l'autre, caractérisé en ce que - le palpeur comporte une cavité sur une paroi externe, et - un cliquet est disposé entre la paroi externe du palpeur et une paroi interne du piston pneumatique, à proximité de la cavité. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci ne sont présentées qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent : - Figure 1 : une vue en coupe générale d'un servomoteur pneumatique d'assistance de freinage utile pour mettre en oeuvre l'invention ; - Figures 2 et 3 : des représentations schématiques de l'état du plongeur de l'invention, selon que le servomoteur pneumatique d'assistance de freinage est d'une part au repos ou en application normale (dite ici lente), ou d'autre part en application rapide (brusque). La Figure 1 montre un servomoteur pneumatique d'assistance de freinage avec une loi de freinage pour freinage brusque conforme à l'invention. Ce servomoteur pneumatique d'assistance de freinage comporte une chambre avant 1 connectable par une prise 2 à une pompe à vide non représentée. Typiquement la pompe à vide peut être constituée par une prise des gaz d'admission d'un moteur à essence d'un véhicule. Pour un véhicule avec un moteur diesel, on utiliserait une pompe à vide externe. Le servomoteur pneumatique d'assistance de freinage comporte également une chambre arrière 3 connectable, par exemple par une valve 4, à une arrivée 5 haute pression : typiquement de l'air à pression ambiante. Le servomoteur pneumatique d'assistance de freinage comporte par ailleurs une cloison mobile 6 munie habituellement d'une jupe rigide et d'une membrane étanche. La membrane empêche la communication pneumatique entre les deux chambres. La cloison 6 est percée d'un orifice étanche 7 pour laisser passer un équipage mobile 8. L'équipage 8 est relié mécaniquement d'une part par une tige de commande de frein 9 à une pédale de frein, et d'autre part à un circuit 10 hydraulique de freinage. Le principe de l'assistance procuré par un tel servomoteur pneumatique d'assistance de freinage est le suivant. Sous l'action de la tige 9, l'équipage mobile 8 plonge dans la chambre arrière en dégageant la valve 4 par laquelle l'air ambiant s'introduit dans la chambre arrière 3. L'air ambiant exerce alors une pression sur la cloison 6 qui entraîne, en complément de l'action d'un appui 11 solidaire de la tige 9, l'équipage mobile 8 de manière à ce qu'une extrémité 12 de ce dernier actionne le circuit hydraulique de freinage 10. L'invention est, dans le cas présent d'une solution mécanique, principalement caractérisée par la structure de l'équipage mobile. Dans un premier temps on va décrire une réalisation préférée de cet équipage mobile, et on expliquera ensuite comment certaines variantes de réalisation peuvent s'en déduire. La partie représentée du circuit hydraulique 10 montre un maître cylindre 13 avec d'une manière connue un ensemble de clapets et une chambre principale cylindrique de pression 14. Le fluide hydraulique sous pression. dans la chambre 14 est distribué aux freins par le reste du circuit 10 qui n'est pas représenté. Les figures 2 et 3 montrent l'équipage mobile 8, et en particulier le plongeur de cet équipage mobile. Le plongeur comporte un palpeur 15 qui à une forme cylindrique circulaire creuse. Le palpeur 15 comporte ainsi un mur périphérique 16 élevé au-dessus d'un socle 17. Un distributeur 18 ayant une forme de révolution possède un téton 19 qui s'engage en coulissement dans la cavité définie par le mur périphérique 16 du palpeur 15. Le distributeur 18 possède, à une extrémité opposée au téton 19, une cavité 20 définie par un mur périphérique 21. Le mur périphérique 21 est surmonté d'une collerette 22 destinée à venir prendre appui sur une valve 23. La valve 23 permet, selon la position d'enfoncement de la tige 9, de mettre en oeuvre l'assistance pneumatique. Pour celle-ci, si la tige 9 est manoeuvrée en direction de l'équipage mobile 8, la collerette 22 du distributeur 18 s'éloigne du contact de la valve 23. Dans ces conditions de l'air admis par un orifice d'entrée 24 du servomoteur peut pénétrer dans une première chambre de distribution 25, présente entre le mur périphérique 21 du distributeur 18 et une cloison externe 26 du servomoteur. Par la première chambre 25, l'air peut pénétrer dans la chambre arrière 3. En entrant dans la chambre arrière, l'air sous pression atmosphérique déplace la cloison mobile 6, laquelle entraîne un piston pneumatique 27 en direction du circuit hydraulique de freinage. Le piston pneumatique 27 est solidaire d'une couronne de reprise 28 qui entoure le socle 17 du palpeur 15. La couronne de reprise 28 et le socle 17 occupent par ailleurs la totalité de la surface supérieure d'un disque de réaction 29 (par exemple en caoutchouc) qui repose de l'autre côté de la tête 30 d'une tige de poussée 31. Si le freinage n'est pas trop brusque, les positions de ces différentes pièces restent relativement inchangées. En effet, l'appui à la tige de frein 9 sur le distributeur 18, lequel repousse le palpeur 15, a tendance à faire entrer le socle 17 de ce palpeur 15 dans le disque 29. Cependant, cet appui a également pour objet d'ouvrir la valve 23, laquelle en autorisant la pénétration de l'air provoque l'appui de la couronne de reprise 28 sur le disque 29, à la périphérie du socle 17. Dans ces conditions, tout l'ensemble tige de commande 9, distributeur 18, palpeur 15, piston pneumatique 27, disque 29, et tige de poussée 31 se déplace comme s'il s'agissait d'une pièce unique rigide. On comprend néanmoins qu'il existe une différence d'inertie entre la tige 9, le distributeur 18, le palpeur 15, et le disque de réaction 29 d'une part, et le piston pneumatique 27 et la couronne de reprise 28 et d'autre part. Il est donc possible, selon l'invention, de déformer cet ensemble dont on a dit plus haut qu'il s'était comporté comme un ensemble rigide en cas de freinage lent ou normal, ou en tous cas pas brusque. Sur la figure 3 on a montré ce qui se produisait lors de l'application d'un effort brusque sur la tige de la commande 9. Dans ce cas, le socle 17 du palpeur 15 a commencé à s'enfoncer dans le disque 29 avant que l'air introduit dans la chambre 3 ait pu commencer à actionner le piston pneumatique 27. Par conséquent la couronne de reprise 28 est montée relativement à ce palpeur 15. En correspondance, le mur périphérique 16 s'est enfoncé par rapport au piston 27. Autrement dit, de la figure 2 à la figure 3, la position du mur périphérique 16 est modifiée par rapport au piston 27. On se sert alors de cette modification relative des différentes pièces de l'équipage mobile pour engager un cliquet. Dans un exemple préféré, ce cliquet est formé d'une part d'une cavité 32 (figure 2) ménagée dans le mur 16. D'autre part, ce cliquet comporte ici une bille 33, de préférence un jeu de plusieurs billes, en particulier de trois billes à 1200 autour du mur périphérique 16. En troisième lieu, le cliquet est formé par une face inclinée 34 du piston pneumatique 27. La réalisation d'une cavité, d'un jeu de cavités, et même de préférence pour simplifier la fabrication d'une gorge dans le mur périphérique 16 ne présente pas de difficulté. La réalisation des billes 33 n'en présente pas non plus. La réalisation d'une face conique interne dans le piston pneumatique 27 est de préférence obtenue par l'ajout d'une pièce intermédiaire 35 qui a globalement la forme d'une cloche conique avec des flancs 36 verticaux et en décalage étagé, et avec un sommet 37 ouvert. La cloche 35 est par ailleurs sertie à l'intérieur du piston pneumatique 27 au moyen d'un joint étanche 38 évitant des fuites pneumatiques. Le sommet de la cloche 35 est disposé du côté de la tige 9 alors que la base de la cloche 35 est disposée du côté de la tige 31. Le sommet de la cloche 35 présente près de l'ouverture 37 une forme conique, et forme ainsi la face inclinée 34 d'appui de la bille 33. Les billes 33 sont trop grosses pour pouvoir passer dans l'espace restant, dans l'ouverture 37, et situé à la périphérie du sommet du mur 16. Les billes 33 sont par ailleurs repoussées vers la face conique 34 et vers le mur 16 par l'intermédiaire d'une douille 39 munie de lumières telles que 40. Les lumières 40 sont circulaires et très peu plus grandes que les diamètres des billes 33, ou des parties de ces billes qui y sont engagés. La douille 39 est solidaire d'une collerette 41 placée à la partie supérieure de cette douille 39. Un ressort 42 prend appui d'une part sous la collerette 41 et d'autre part sur le piston 27, en particulier sur la cloche 35. Le ressort 42 est comprimé et repousse la collerette 41 en direction de la tige 9. Ce faisant, les lumières 40 tirent alors les billes 33 vers l'ouverture conique 37 de la cloche 35. Elles ne peuvent néanmoins s'en échapper du fait du trop grand rétrécissement. Néanmoins l'effort des lumières 40 et la réaction des faces coniques 34 de la cloche 35 repoussent les billes 33 en direction du mur périphérique 16. On notera par ailleurs que les billes 33 sont ainsi démunies de degré de liberté axial par rapport au piston 27. Lors d'un freinage brusque, le déplacement relatif du palpeur 15 par rapport au piston 27, donc par rapport à la face 34 amène la bille 33 à être en regard de la cavité 32 (de préférence une gorge 32). Lorsque la cavité 32 vient se placer en regard de la bille 33, le ressort 42, les lumières 40 et la face conique 34 poussent alors la ou les billes à s'engager dans la ou les cavités 32 (ou la gorge correspondante). C'est ce qui se produit lorsqu'un conducteur a appuyé rapidement sur la pédale de frein. Deux solutions se présentent ensuite. Soit le conducteur maintient son pied sur la pédale soit, situation qu'on cherche à contrarier, il retire brutalement son pied. Dans le premier cas (qui ne correspond pas à la figure 3), la valve 23 a quand même été dégagée de la collerette 22 de sorte que le piston 27 a pu commencer à fournir un effort d'assistance au freinage. Dans ce cas, une partie de la force de réaction provenant du circuit hydraulique 10, et transmise par le disque 29 de réaction, est reprise par le piston pneumatique, réduisant du fait l'effort à fournir par le conducteur. La figure 3 montre plutôt ce qui se passe lorsque postérieurement à ce freinage brusque, l'action du pied sur la pédale de frein est brutalement et totalement ou partiellement enlevée. Dans ces conditions, le distributeur 18 recule parce qu'il est entraîné irrémédiablement en retrait par la tige 9 a laquelle il est fixé. Dans ce cas, fa collerette 22 repousse la valve 23 pour que celle-ci permette une communication de la première chambre de distribution 25 avec une deuxième chambre de distribution 43. Cette deuxième chambre de distribution 43 est en relation avec la chambre avant 1. Ce faisant la chambre arrière 3 est à nouveau soumise au vide par le vide existant dans la chambre avant 1 avec laquelle elle communique. Au cours de ce retrait néanmoins, l'effort de freinage transmis normalement par la tige 9 est repris par l'intermédiaire de la gorge 32, des billes 33 et du chanfrein 34 de la cloche 35. Dans ces conditions, le socle 17 du plongeur 15 continue à exercer sur la tige 31 un effort qui normalement aurait cessé. On constate alors que le téton 19 a coulissé dans la cavité interne au mur périphérique 16 comme si le plongeur 18 devait en être désengagé. Donc dans un premier temps le téton 19 s'est porté contre le socle 17 puis, du fait du retrait de l'action sur la pédale de frein, ce téton 19 s'est retiré. La mise au vide de la chambre arrière 3 ainsi que l'effort exercé par un ressort de renvoi 44 tend alors à repousser le piston 27 vers l'arrière progressivement. Ce retrait progressif est cependant de nature à maintenir un freinage provisoire (et décroissant) permettant d'être réexploité si le conducteur réappuie à nouveau sur la pédale de frein. Si le freinage brusque n'est pas suivi du tout de reprise de freinage, la remontée du piston pneumatique 27 en direction de la tige 9 provoque une butée de la collerette 41 contre une clef 45 butant sur ou solidaire de la cloison externe 26 du servomoteur. La clef 45 se présente ainsi comme une console munie d'une ouverture 46 par laquelle passe le corps du plongeur 18. Dans ce but, ce corps du plongeur 18 possède, du côté du téton 19 une autre collerette 41 de sorte que la clef 45 sert également à maintenir, en flottement, le distributeur 18. La clef 45 peut elle-même être flottante. Il importe seulement qu'en position de retrait, d'une part elle bute sur la cloison 26 et d'autre part qu'elle déverrouille le cliquet. Au moment où la collerette 41 vient en butée contre la clef 45, le ressort 42 est comprimé, la lumière 40 descend par rapport au piston 27, forçant alors la bille 33 à sortir de la gorge 32 pour que le servomoteur revienne à la position de la figure 2. Dans le cas où un coup de freinage brusque a été accompagné d'un freinage maintenu, tout le freinage s'effectue alors que le cliquet est verrouillé. Le cliquet n'est déverrouillé qu'en fin de freinage comme indiqué ci-dessus. La réalisation du cliquet sous la forme de billes telles que 33 est un mode préféré. Néanmoins il serait possible, du fait qu'il y a un déplacement relatif de deux pièces, l'extrémité de la tige 9 d'une part et le palpeur 15 d'autre part, de prévoir un autre système d'engagement de type à cliquet. Par exemple, le mur périphérique 16 et l'ouverture 37 de la cloche 35 pourraient être munis chacun d'une crémaillère souple autorisant l'enfoncement du palpeur 15 par rapport à la cloche 35. Dans ce cas, la clef 45 devrait avoir un effet d'écartement des dents de ces crémaillères, à moins que l'utilisation ne soit du type à usage unique. Le système présenté avec les billes possède l'avantage d'être très fiable d'une part, et de supporter des efforts très puissants sans déformation des pièces qui le constituent. De ce point de vue, on s'arrangera pour que, lors du retrait du téton 19, la longueur de ce téton 19 soit telle que ce téton 19 continue à exercer une réaction à l'intérieur du mur périphérique 16 pour vaincre la pression exercée par la bille 33 sur ce mur 16 au moment du maintien de l'écart des pièces entre elles. La forme de la gorge 32 ainsi que celle de la face inclinée 34 sont prévues pour s'adapter aux diamètres des billes 33. En particulier ces surfaces sont incurvées pour présenter des cônes d'absorbance incluant les normales à ces surfaces au contact des billes 33 On pourrait plutôt que d'avoir un téton sur le distributeur et des murs périphériques sur le palpeur avoir l'inverse, des murs périphériques sur le distributeur et un téton dans le palpeur. Dans ce cas, les billes 33 porteraient sur la base de ce téton du palpeur. Le plongeur comporte ainsi deux pièces, le distributeur 18 et le palpeur 15. Seule une de ces pièces, le palpeur 15, est toujours en réaction directe avec le circuit hydraulique de freinage par l'intermédiaire du disque de réaction 29. Le distributeur 18 n'est en réaction avec le circuit hydraulique de freinage que lors des appuis sur la pédale, normaux ou brusques ou lors des retraits lents de la pédale. Par contre lors des retraits brusques (figure 3) le distributeur n'est plus en réaction directe avec le circuit hydraulique de freinage. REVENDICATIONS 1-Servomoteur pneumatique d'assistance de freinage comportant - une chambre avant (1) connectable à une source de vide (2), - une chambre arrière (3) connectable à une arrivée haute pression, - une cloison mobile (6) étanche entre les deux chambres, - un piston pneumatique d'assistance (27), - une tige de frein (9), - un circuit hydraulique (10) de freinage, - un plongeur (15,18) emporté par la tige de frein et en réaction (29) avec le circuit hydraulique de freinage, - un dispositif (23) pour admettre un fluide haute pression dans la chambre arrière au moment d'un freinage, - le plongeur comportant un palpeur (15) en réaction directe (29) avec le circuit hydraulique de freinage et un distributeur (18), le palpeur et le distributeur étant mobiles l'un par rapport à l'autre, caractérisé en ce que - le palpeur comporte une cavité (32) sur une paroi externe (16), et - un cliquet (33,34) est disposé entre la paroi externe du palpeur et une paroi interne du piston pneumatique, à proximité de la cavité. 2-Servomoteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cavité est en forme de gorge. 3-Servomoteur selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que la paroi interne du piston pneumatique est conique (35,34). 4-Servomoteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le palpeur et le distributeur coulissent (16,19) l'un dans l'autre. 5-Servomoteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le distributeur coulisse dans le palpeur. 6-Servomoteur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le cliquet comporte un jeu de billes. 7-Servomoteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le maintien de la bille est assuré par un douille (39), munie d'une lumière (40) et d'une collerette (41) et d'un ressort (42) prenant appui sur le piston pneumatique et sur la collerette. 8-Servomoteur selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte une clé qui (45) vient en appui sur la collerette. 9-Servomoteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que la clé est flottante. 10-Servomoteur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le palpeur est en réaction directe avec le circuit hydraulique de freinage par l'intermédiaire d'un disque de réaction (29).