Brevet FR2855574A1 — publié le 20041203

Frein à friction avec auto-amplification mécanique et procédé pour son actionnement L'invention se rapporte à un frein à friction avec auto-amplification mécanique pour un véhicule automobile, comportant une garniture de friction qui est articulée 5 avec faculté de pivotement sur un élément d'appui qui est articulé à son tour avec faculté de pivotement sur une contre-butée et qui, pendant l'opération de freinage, porte la garniture de friction sous un angle d'appui incliné par rapport à un corps de frein à freiner, et comportant un dispositif d'actionnement au moyen duquel l'élément d'appui est mobile en pivotement et la garniture de friction est ainsi 10 susceptible d'être appliquée contre le corps de frein. De plus, l'invention se rapporte à un procédé pour faire fonctionner un tel frein à friction. On connaît un tel frein à friction du document DE 101 05 752 Ai. Le frein à friction connu est réalisé sous forme de frein à disque à actionnement électromécanique. Il comprend une garniture de friction qui est articulée avec 15 faculté de pivotement sur un élément d'appui qui est articulé à son tour avec faculté de pivotement sur une contre-butée dans un étrier de frein. Pour actionner le frein à friction, l'élément d'appui est mobile en pivotement, ce à quoi la garniture de friction venant prendre appui contre un disque de frein qui forme un corps de frein. L'élément d'appui porte la garniture de friction sous un angle 20 d'appui incliné par rapport au disque de frein. Grâce à l'appui incliné de la garniture de friction, une force de friction exercée par le disque de frein en rotation sur la garniture de friction provoque une composante de force transversalement au disque de frein, c'est-à-dire une force d'application par laquelle la garniture de friction est pressée contre le disque de frein. Ainsi, une 25 partie de la force d'application à fournir pour le freinage est fournie par l'élément d'appui, et seulement la partie résiduelle de la force d'application doit être fournie par un dispositif d'actionnement. Par conséquent, l'élément d'appui peut être compris comme dispositif d'auto-amplification. L'angle d'appui sous lequel l'élément d'appui porte la garniture de friction de manière incliné par rapport au disque de frein détermine un niveau de l'auto-amplification. Si l'angle d'appui est variable, le niveau de l'auto-amplification est donc également variable et réglable. L'invention a donc principalement pour objet un frein à friction du type décrit précédemment caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de réglage par lequel 5 on peut régler une distance de la contre-butée par rapport au corps de frein. Lorsque le frein à friction est réalisé sous forme de frein à disque comportant un étrier flottant, le dispositif de réglage peut être agencé, de manière similaire à un dispositif de rattrapage d'usure, sur un côté du disque de frein détourné d'une première garniture de friction, ledit disque formant le corps de frein, et il peut 10 déplacer une deuxième garniture de friction transversalement au disque de frein; par le terme "transversal", on entend également un mouvement avec une composante transversale au disque de frein. De cette manière, la distance de la contre-butée par rapport au disque de frein formant le corps de frein est réglée indirectement. Le frein à friction conforme à l'invention n'est cependant pas limité 15 à de tels freins à disque, mais on peut le réaliser par exemple également sur des freins à disque à étrier fixe ou encore sur d'autres modes structurels de freins, tels que des freins à tambour; dans ce cas, dû à la construction, la distance de la contrebutée par rapport au corps de frein doit être réglée directement. L'élément d'appui du frein à friction conforme à l'invention n'est pas forcément 20 sollicité en pression, il peut également être sollicité en traction. Dans ce cas, la construction et la fonctionnalité du dispositif d'auto-amplification comprenant l'élément d'appui restent sensiblement inchangées. Grâce au réglage de la distance entre la contre-butée et le corps de frein, on peut modifier l'angle d'appui sous lequel l'élément d'appui porte la garniture de 25 friction inclinée par rapport au corps de frein pendant l'opération de freinage. De cette manière, on peut faire varier et régler le niveau de l'auto-amplification. Même en cas de modification du coefficient de friction entre la garniture de friction et le corps de frein, on peut en permanence régler une autoamplification qui est proche d'une limite de blocage. Par conséquent, pour appliquer la garniture 30 de friction, le dispositif d'actionnement doit fournir une force d'actionnement comparativement faible. On peut donc utiliser un dispositif d'actionnement de puissance comparativement faible léger et de petites dimensions, qui devrait cependant assurer une vitesse de réglage élevée pour une dynamique élevée. Par contre, le dispositif de réglage devrait pourvoir fournir une force de réglage 5 importante, pour pouvoir faire varier la distance entre la contre-butée et le corps de frein et ainsi également l'auto-amplification même en cas de force d'application élevée de la garniture de friction contre le corps de frein. A cet effet, il suffit d'une vitesse de réglage faible pour le dispositif de réglage qui peut donc également présenter une puissance comparativement faible. L'invention présente donc l'avantage de permettre un frein à friction à dynamique élevée (vitesse de serrage) et à force de freinage importante, allant jusqu'au blocage, tout en présentant un dispositif d'actionnement et un dispositif de réglage de puissances comparativement faibles. Le dispositif de réglage selon la présente invention est réalisé de préférence de 15 façon autobloquante; dans ce cas, on entend également une inversion du dispositif de réglage vers un état d'arrêt. Ainsi, le dispositif de réglage garde de façon inchangée sa position une fois occupée, sans avoir besoin d'être alimenté en courant électrique. Selon la présente invention, il est également prévu une limitation de l'angle de 20 pivotement de l'élément d'appui. Ainsi, le frein à friction peut être serré au moyen du dispositif de réglage et il forme donc un frein de stationnement. La présente invention a également pour objet un frein à friction, caractérisé en ce que le frein à friction est un frein à disque comportant un étrier flottant, qui présente une deuxième garniture de friction sur un côté, détourné de ladite 25 première garniture de friction, du disque de frein formant le corps de frein, et en ce que le dispositif de réglage déplace la deuxième garniture de friction transversalement au disque de frein. La présente invention a également pour objet un procédé pour actionner un frein à friction qui présente un dispositif mécanique d'autoamplification avec un auto-amplification variable selon la présente invention, caractérisé en ce que l'auto-amplification est réglée de telle sorte que le frein à friction peut être freiné avec la force d'actionnement maximale jusqu'à une limite de blocage. La présente invention a également pour objet un procédé pour actionner un 5 frein à friction qui présente un dispositif mécanique d'autoamplification avec un auto-amplification variable selon la présente invention, caractérisé en ce que l'auto-amplification est modifiée pendant une opération de freinage si un coefficient de friction entre la garniture de friction et le corps de frein se modifie. La présente invention a également pour objet un procédé, caractérisé en ce 10 qu'au bout du freinage, l'auto-amplification est ramenée en direction de son niveau initial en fonction du temps. Dans ce qui suit, l'invention sera expliquée plus en détail en se rapportant à un exemple de réalisation illustré dans la figure unique montrant une coupe transversale par rapport à un corps de frein d'un exemple de réalisation 15 schématique et simplifié d'un frein à friction. Le frein à friction conforme à l'invention illustré dans le dessin est réalisé sous forme de frein à disque 10. Il comprend un étrier de frein 12 qui est réalisé sous forme d'étrier flottant, c'est-à-dire qu'il est mobile transversalement à un disque de frein 14 qui forme un corps de frein. Dans l'étrier de frein 12 sont agencées une 20 première garniture de friction 16 et une deuxième garniture de friction 18 entre lesquelles se trouve le disque de frein 14. La première garniture de friction 16 prend appui contre l'étrier de frein 12 via un levier d'appui. Par l'intermédiaire d'un coussinet à tourillon 22, la première garniture de friction 16 est articulée avec faculté de pivotement sur une extrémité 25 du levier d'appui 20 tournée vers le disque de frein 14. Le levier d'appui 20 prend appui à son tour avec faculté de pivotement sur l'étrier de frein 12 au moyen d'un coussinet à tourillon 24. Ce coussinet à tourillon 24 forme une contre-butée pour le levier d'appui 20 sur l'étrier de frein 12 et il sera également désigné en tant que tel dans ce qui suit. En général, on peut désigner le levier d'appui 20 également par élément d'appui. Le levier d'appui 20 forme un dispositif d'auto-amplification du frein à disque 10, qui sera expliqué encore plus en détail dans ce qui suit dans le cadre du fonctionnement du frein à disque 10. Pour son actionnement, le frein à disque 10 comprend un dispositif 5 d'actionnement 25 qui comprend un moteur électrique 26 avec un pignon 28 qui engrène avec un segment de roue dentée 30 agencé à une extrémité du levier d'appui 20 éloignée de la première garniture de friction 16. Un segment de roue dentée 30 signifie qu'une denture ne s'étend pas sur un cercle entier, mais seulement sur un tronçon limité en arc de cercle. Dans le dessin, la denture du 10 segment de roue dentée 30 se trouve sur un côté du levier d'appui 20 détourné de l'observateur et elle est donc symbolisée par des lignes en tirets. Dans la zone du segment de roue dentée 30, le levier d'appui 20 est réalisé en forme de marteau pour loger le segment de roue dentée. Le pignon 28 du moteur électrique 28 est recouvert en majeure partie par le segment de roue dentée 30 et il est donc 15 également symbolisé par des lignes en tirets. Pour actionner le frein à disque 10, le levier d'appui 20 est pivoté au moyen du moteur électrique 26, suite à quoi la première garniture de friction 16 vient prendre appui contre le disque de frein 14 et est poussée contre celui-ci. Ceci sera expliqué encore plus en détail plus loin dans le cadre du fonctionnement du frein à disque 10. L'étrier de frein 12 comprend deux butées 32 contre lesquelles viennent buter les extrémités du segment de roue dentée 30 du levier d'appui 20 lorsque le levier d'appui 20 est pivoté en correspondance. Les butées 32 forment une limitation de l'angle de pivotement pour le levier d'appui 20, elles délimitent un angle de pivotement du levier d'appui 20 dans les deux sens de pivotement. La deuxième garniture de friction 18 est déplaçable transversalement au disque de frein 14 au moyen d'un dispositif de réglage 34. Le dispositif de réglage 34 comprend un moteur électrique 36 qui est réalisé sous forme de moteur dit à arbre creux, c'est-à-dire qu'il comprend un arbre creux 38 qui forme son rotor. Des enroulements de stator du moteur électrique 36 du dispositif de réglage 34 sont 30 désignés par la référence 40. Un écrou 42 est monté à force dans l'arbre creux de manière à être solidaire en rotation dans l'arbre creux 38 du moteur électrique 36 et il engrène avec une vis 44. L'écrou 42 et la vis 44 forment un dispositif d'entraînement vis-écrou 46 pour transformer un mouvement rotatif du moteur électrique 36 en un mouvement en translation pour déplacer la deuxième garniture 5 de friction 18 transversalement au disque de frein 14, qui est agencée à une extrémité de la vis 44 tournée vers le disque de frein 14. Le dispositif d'entraînement vis-écrou 46 est réalisé de façon autobloquante. L'écrou 42 du dispositif d'entraînement vis-écrou 46 prend appui avec possibilité de rotation sur l'étrier de frein 12 via un palier axial à billes 48. Etant donné que l'étrier de frein 12 est réalisé sous forme d'étrier flottant et est mobile transversalement au disque de frein 14, en déplaçant la deuxième garniture de friction 18 au moyen du dispositif de réglage 34, on peut régler une distance entre le disque de frein 14 et le coussinet à tourillon 24 au moyen duquel le levier d'appui 20 est articulé avec faculté de pivotement sur l'étrier de frein 12. 15 Comme déjà mentionné, le coussinet à tourillon 24 forme la contre-butée du levier d'appui 20 sur l'étrier de frein 12. Fondamentalement, pour actionner le frein à disque 10, on peut presser au choix l'une des deux garnitures de friction 16, 18 contre le disque de frein 14. L'autre garniture de friction respective 16, 18 est poussée contre le disque de frein 20 14 par une translation transversale de l'étrier de frein 12, en raison de la réalisation de l'étrier de frein 12 sous forme d'étrier flottant. On a prévu l'actionnement du frein à disque 10 par pivotement du levier d'appui 20 au moyen du moteur électrique 26. Lorsque la première garniture de friction 16 prend appui contre le disque de frein 14 en rotation, le disque de frein 14 exerce une force de friction 25 sur la première garniture de friction 16 parallèlement au disque de frein 14. Par le support de la première garniture de friction 16 au moyen du levier d'appui 20 situé sous un angle d'appui a incliné par rapport au disque de frein 14, la force de friction exercée par le disque de frein 14 en rotation sur la première garniture de friction 16 provoque une force d'application de la garniture de friction 16 contre le 30 disque de frein 14, en supplément d'une force d'application fournie par pivotement du levier d'appui 20 au moyen du moteur électrique 26. I1 résulte une auto-amplification, une partie seulement de la force d'application nécessaire pour le freinage doit être fournie par le moteur électrique 26. Le niveau de l'autoamplification dépend de l'angle d'appui c; plus l'angle d'appui ca est petit, plus l'auto-amplification est grande. L'angle d'appui ax est réglé transversalement au disque de frein 14 par un mouvement de la deuxième garniture de friction 18 au moyen du dispositif de réglage 34, et suite au déplacement de la deuxième garniture de friction 18 transversalement au disque de frein 14, on règle ou on fait varier finalement la 10 distance du coussinet à tourillon 24, formant la contre-butée pour le levier d'appui sur l'étrier de frein 12, et le disque de frein 14, comme on l'a expliqué cidessus. Conformément à l'invention, au moyen du dispositif de réglage 34, l'autoamplification du frein à disque 10 est réglé à une valeur élevée pour pouvoir actionner le frein à disque 10 avec une faible force d'actionnement et avec une 15 faible énergie d'actionnement au moyen du moteur électrique 26. Dans ce cas, on maintient une distance de sécurité par rapport à un auto-blocage du frein à disque 10, qui mènerait à un blocage du disque de frein 14. On peut donc réaliser le dispositif d'actionnement 25 avec une puissance comparativement faible. De préférence, il présente une vitesse de mouvement élevée pour pouvoir serrer et 20 desserrer rapidement le frein à disque 10 et pour modifier rapidement la force de freinage. Etant donné que l'auto-amplification du frein à disque 10 peut être adaptée à des coefficients de friction différents au moyen du dispositif de réglage 34, il n'est pas nécessaire de réaliser le dispositif d'actionnement 25 avec des réserves de puissance élevées pour des coefficients de friction faibles entre la 25 première garniture de friction 16 et le disque de frein 14, par exemple en cas de pluie ou d'échauffement. Etant donné que le dispositif d'entraînement vis-écrou 46 du dispositif de réglage 34 est autobloquant, il ne faut alimenter le dispositif de réglage 34 en courant électrique que pour déplacer la deuxième garniture de friction 18. Pour 30 pouvoir faire varier le dispositif de réglage 34 même lorsque le frein à disque 10 est actionné avec une force de serrage importante, on réalise cette de variation de préférence avec une force de réglage élevée, donc en particulier avec une démultiplication importante du dispositif d'entrainement vis-écrou 46. Etant donné que la course de réglage est faible, il suffit de prévoir une vitesse de 5 mouvement comparativement faible du dispositif de réglage 34 et on peut alors le réaliser également avec une puissance comparativement faible. Si l'on s'attend à priori à un coefficient de friction plus faible entre la première garniture de friction 16 et le disque de frein 14, par exemple par temps de pluie, le dispositif de réglage 34 établit dès le début une auto-amplification plus élevée, 10 c'est-à-dire que l'angle d'appui ca est réglé par une distance plus importante entre le coussinet à tourillon 24, formant la contre-butée pour le levier d'appui 20, et le disque de frein 14, donc finalement par éloignement de la deuxième garniture de friction 18 du disque de frein 14. Si le coefficient de friction augmente pendant l'opération de freinage par exemple par séchage, l'auto-amplification est réduite en 15 augmentant l'angle d'appui ax par déplacement de la deuxième garniture de friction 18 vers le disque de frein 14 au moyen du dispositif de réglage 34. Le levier d'appui 20 est pivoté de façon synchrone avec le mouvement de la deuxième garniture de friction 18 au moyen du dispositif d'actionnement 25. Si le coefficient de friction entre la première garniture de friction 16 et le disque de frein 14 se 20 réduit pendant une opération de freinage par exemple par échauffement du disque de frein 14 et de la première garniture de friction 16, l'angle d'appui ca est réduit par éloignement de la deuxième garniture de friction 18 depuis le disque de frein 14, et l'auto-amplification du frein à disque 10 est ainsi augmentée. Dans ce cas également, le levier d'appui 20 est pivoté en correspondance par le dispositif 25 d'actionnement 25 afin de compenser le mouvement de la deuxième garniture de friction 18. On peut constater une réduction ou une augmentation du coefficient de friction pendant une opération de freinage par une réduction ou par une augmentation de la force de freinage sans modification de la force d'actionnement du frein à disque 30 10. On peut constater une réduction ou une augmentation de la force de freinage par une réduction ou par une augmentation de la décélération d'un véhicule freiné, accompagnée d'une réduction plus lente ou plus rapide de la vitesse de rotation de la roue. On peut constater ceci à l'aide de capteurs de vitesse de roue qui existent dans des véhicules munis d'une régulation d'anti-blocage (ABS). Les véhicules 5 comprenant un contrôle de dynamique de trajectoire présentent un capteur d'accélération au moyen duquel on peut mesurer la modification de la décélération lors du freinage. S'il n'y a aucun des capteurs mentionnés, on peut prévoir un capteur de force de freinage sur le frein à disque 10 (ce qui n'est pas illustré). Si le coefficient de friction s'est modifié pendant une opération de freinage et 10 que le dispositif de réglage 34 a donc été modifié, on prévoit de ramener le dispositif de réglage 34 à sa valeur initiale en fonction du temps, conformément à un développement de l'invention. Le temps de retour est basé sur une estimation par exemple du refroidissement du disque de frein 14 ou la sollicitation de celui-ci par temps de pluie. En cas d'inversion du sens de roulement (passage vers une conduite en marche arrière), que l'on peut constater par exemple également au moyen de capteurs de sens de rotation ou par engagement d'une marche arrière, la deuxième garniture de friction 18 est éloignée du disque de frein 14 au moyen du dispositif de réglage 34 et le levier d'appui 20 est pivoté, au moyen du dispositif d'actionnement 25, au20 delà de sa position perpendiculaire au disque de frein 14 dans un sens d'appui incliné opposé au sens de rotation inversé du disque de frein 14. Ensuite, la deuxième garniture de friction 18 est de nouveau rapprochée vers le disque de frein 14. Pour réaliser une fonction de frein de stationnement, le levier d'appui 20 est 25 pivoté aussi loin que nécessaire pour prendre appui contre l'une des butées 32 et le frein à disque 10 est serré au moyen du dispositif de réglage 34 qui, grâce à sa réalisation avec une force de réglage élevée, est capable de fournir une force de freinage suffisamment élevée pour réaliser la fonction de frein de stationnement. Grâce à la réalisation autobloquante du dispositif d'entraînement visécrou 46 du 30 dispositif de réglage 34, la force de freinage appliquée reste maintenue même dans l'état sans courant du dispositif de réglage 34 (et du dispositif d'actionnement 25). Le levier d'appui 20 peut être pivoté contre la butée 32 au moyen du moteur électrique 26 ou du dispositif de réglage 34. Revendications 1. Frein à friction avec auto-amplification mécanique pour un véhicule automobile, comportant une garniture de friction qui est articulée avec faculté de 5 pivotement sur un élément d'appui qui est articulé à son tour avec faculté de pivotement sur une contre-butée et qui, pendant l'opération de freinage, porte la garniture de friction sous un angle d'appui incliné par rapport à un corps de frein à freiner, et comportant un dispositif d'actionnement au moyen duquel l'élément d'appui est mobile en pivotement et la garniture de friction est ainsi susceptible 10 d'être appliquée contre le corps de frein, caractérisé en ce que le frein à friction (10) comprend un dispositif de réglage (34) au moyen duquel peut être réglée une distance de la contre-butée (24) par rapport au corps de frein (14). 2. Frein à friction selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de réglage (34) est autobloquant. 3. Frein à friction selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément d'appui (20) comprend une limitation d'angle de pivotement (32). 4. Frein à friction selon la revendication 1, caractérisé en ce que le frein à friction (10) est un frein à disque comportant un étrier flottant (12), qui présente une deuxième garniture de friction (18) sur un côté, détourné de ladite première 20 garniture de friction (16), du disque de frein (14) formant le corps de frein, et en ce que le dispositif de réglage (34) déplace la deuxième garniture de friction (18) transversalement au disque de frein (14). 5. Procédé pour actionner un frein à friction qui présente un dispositif mécanique d'auto-amplification avec un auto-amplification variable selon l'une 25 quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'auto-amplification est réglée de telle sorte que le frein à friction (10) peut être freiné avec la force d'actionnement maximale jusqu'à une limite de blocage. - 12 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'autoamplification est modifiée pendant une opération de freinage si un coefficient de friction entre la garniture de friction (16) et le corps de frein (14) se modifie. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'au bout du freinage, 5 l'auto-amplification est ramenée en direction de son niveau initial en fonction du temps.