Brevet FR2847629A1 — publié le 20040528

Frein électromécanique L'invention concerne un frein électromécanique pour un véhicule automobile avec une unité d'actionnement avec laquelle une plaquette de freins à friction peut être pressée contre un corps de freinage susceptible d'être tourné et devant être freiné; l'unité d'actionnement présentant un moteur électrique et un engrenage de transformation d'un mouvement de rotation en un mouvement de translation. En outre, l'invention concerne un procédé pour le réglage du jeu fonctionnel de freins selon la présente invention et une roue libre pour des freins de ce type. Des freins électromécaniques sont en fait connus sous des formes différentes. Ils présentent une unité d'actionnement avec un moteur électrique et un engrenage de transformation de rotation / translation au moyen duquel, une plaquette de freins à friction peut être pressée sur un corps de frein devant être freiné, par exemple sur un tambour de frein ou un disque de frein. Un engrenage de réduction peut être interconnecté au moteur électrique et l'engrenage de transformation transformation d'un mouvement de rotation en un mouvement de translation. Des engrenages à vis sont utilisés souvent en tant qu'engrenage de transformation transformation d'un mouvement de rotation en un mouvement de translation. Il existe d'autres possibilités pour transformer un mouvement de rotation du moteur électrique ou d'un engrenage de réduction placé en aval dudit moteur en un mouvement de translation pour presser la plaquette de freins à friction contre le corps de frein; on peut par exemple utilisé une came à cet effet. Des freins électromécaniques de ce type sont connus du document DE 199 45 543 Ai. Pour réaliser une fonction de frein d'arrêt, les freins connus présentent un dispositif d'arrêt susceptible d'être commuté et appelé roue libre avec lequel dispositif un rotor d'un moteur électrique peut être arrêté. Pour être commuté, le dispositif de frein d'arrêt présente un aimant électrique bistable avec lequel un corps de blocage peut être amené en contacte de forme avec deux anneaux qui par ailleurs tourneraient en sens inverse et bloque ainsi une rotation des anneaux l'un par rapport à l'autre. C'est l'état de mise en marche du dispositif de frein d'arrêt dans lequel le dispositif de frein d'arrêt bloque la rotation du moteur électrique dans les deux directions de rotation et empêche ainsi un actionnement et un desserrage des freins électromécaniques. Dans un état de mise hors service, le corps de blocage est hors contact d'un des deux anneaux du dispositif de frein d'arrêt de manière à ce que les anneaux du dispositif de frein d'arrêt puissent être tournés librement l'un par rapport à l'autre. Le moteur électrique est ainsi susceptible de tourner et les freins électromécaniques peuvent être actionnés et desserrer. Les freins électromécaniques conformes à l'invention présentent une roue libre monostable et commutable qui permet dans un état de mise en marche, un actionnement des freins et bloque le desserrage des freins. Dans un état de mise hors service, la roue libre permet aussi bien un actionnement qu'un desserrage des freins. L'état de mise en marche de la roue libre est instable, c'est-à-dire que la roue libre s'enclenche d'ellemême dans un état de mise hors service lorsqu'il n'est pas maintenu dans un état de mise en marche. L'état de mise hors service de la roue libre est stable. La roue libre peut être également maintenue dans un état de blocage, dans un étant de service par un couple agissant en direction de blocage de la roue libre. L'invention présente l'avantage que la roue libre peut être mis hors service du fait de sa réalisation monostable au moyen du moteur électrique de l'unité d'actionnement, en ce que le moteur électrique est alimenté en courant dans une direction d'actionnement (direction de serrage) des freins électromécaniques. Il en résulte une dynamique de freinage plus élevée lorsque la roue libre est mis en service lors de freins électromécaniques desserrés; les freins électromécaniques peuvent être actionnés immédiatement en direction de serrage sans que la roue libre soit auparavant mis hors service. Un autre avantage de l'invention est une force de blocage tendant vers l'infini de la roue libre; la roue libre maintenant en état de service des forces d'actionnement élevées à volonté du frein électromécanique. Un avantage supplémentaire est que la roue libre ne présente pas d'encoches et que le frein électromécanique est donc susceptible de bloquer de façon continue dans toutes les directions. L'invention peut être réalisée dans des modes de conception de freins différents comme par exemple, des freins à disque, des freins à tambour, des freins à lamelles ou des freins à griffes. La présente invention a également pour objet un frein électromécanique caractérisé en ce que l'unité d'actionnement est sans autoblocage. La présente invention a également pour objet un frein électromécanique caractérisé en ce que le frein présente un élément de ressort de rappel qui appuie sur le frein en direction d'une position de desserrage. La présente invention a également pour objet un frein électromécaniques, caractérisés en ce que les freins présentent une autoamplification. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la roue libre est formée en tant que roue libre de blocage. Les roues libres de blocage sont réalisées en tant que roues libres à rouleau de blocage ou à corps de blocage. Ils travaillent en grande partie sans bruit et avec de plus grandes vitesses de commutation que par exemple, les roues libres à encliquetage. Tout d'abord, on augmente la force de blocage ou le couple de blocage. Les roues libres à rouleau de blocage présentent des corps susceptibles de tourner l'un par rapport à l'autre dont l'espace intermédiaire se rétrécit sous la forme de cale dans une direction de manière à ce que les rouleaux de blocage bougent en direction de la fente en forme de cale plus étroite utilisée lors d'une rotation dans une direction et bloquent contre une autre rotation l'un vers l'autre des corps. Les roues libres à corps de blocage présentent des pistes concentriques de leurs corps susceptibles de bouger l'un par rapport à l'autre; c'est pourquoi les corps de blocage ne sont pas ronds. Le procédé conforme à l'invention prévoit une mise en service de la roue libre lors du desserrage du frein électromécanique, de manière à ce qu'un jeu fonctionnel prédéterminé apparaisse. La roue libre est mis en service avant d'atteindre le jeu fonctionnel souhaité car il présente une course morte jusqu'au blocage. Le procédé présente l'avantage d'un réglage d'usure simple La présente invention a également pour objet une roue libre commutable, caractérisé en ce que la roue libre est monostable et permet une rotation vers une direction de rotation dans un état de service et bloque contre une rotation dans la direction de rotation inverse, en ce qu'il permet une rotation dans les deux directions de rotation dans un état hors service; l'état de service étant instable et l'état hors service étant stable. L'invention sera décrite plus en détail à l'aide d'un mode de réalisation représenté sur les dessins. Ceux-ci montrent: Figure 1, une représentation schématique d'un frein électromécanique conforme à l'invention; et Figures 2a et 2b, une roue libre en coupe transversale., susceptible d'être commutée, du frein de la figure 1 dans un état hors service (figure 2a) et dans un état en service (figure 2b). Le frein 10 représenté sur la figurel conforme à l'invention est formé en tant que frein électromécanique et présente une autoamplification mécanique. Il est prévu pour l'utilisation dans des véhicules automatiques. Le frein 10 présente un étrier de frein 12 dans lequel est disposé une plaquette de freins à friction 14 fixe et une plaquette de freins à friction 16 mobile. Les plaquettes de freins 14, 16 se trouvent des deux côtés d'un disque de frein 18 qui forme un corps de frein rotatif et devant être freiné. Le frein 10 présente une unité d'actionnement 20 électromécanique qui est logée dans un boîtier 22. L'unité d'actionnement 20 comprend un moteur électrique et un entrainement par vis à billes en tant qu'engrenage de transformation de rotation / translation. Un engrenage de réduction, notamment un engrenage planétaire peut être interconnecté au moteur électrique et l'entraînement par vis à billes. Les parties de l'unité d'actionnement 20 sont logées dans le boîtier 22 et ne peuvent donc pas être vues sur le dessin. La broche 24 d'entraînement par vis à billes de l'unité d'actionnement 20 est reliée à la plaquette de freins à friction 16 mobile de façon à résister à la traction et à la pression de manière à pouvoir être coulissée avec l'unité d'actionnement 20 de la plaquette de freins à friction 16 de façon parallèle par rapport au disque de freins 18 ou pour être plus précis, de façon parallèle par rapport à une ou deux rampes 32 qui restent à décrire, de biais selon un angle aigu par rapport au disque de freins 18. Dans le mode de réalisation représenté et décrit de l'invention, la plaquette de freins à friction 16 peut être coulissée dans les deux directions de façon parallèle par rapport au disque de freins 18; la broche transfère des forces de traction et de pression sur la plaquette de freins à friction 16. La construction du frein 10 n'est pas obligatoire, on connaît par exemple, également des freins électromécaniques qu'il est possible d'utiliser dans lesquels la plaquette de freins à friction 16 peut être coulissée dans une autre direction, notamment de façon transversale par rapport au disque de freins 18 (non représenté). Le frein 10 présente un mécanisme de rampe double 26 pour la formation d'une autoamplification qui l'on appelle souvent aussi mécanisme de cale double. Le mécanisme de rampe double 26 comprend une cale double 28 qui est disposée de façon fixe sur un des côtés arrière de la plaquette de freins à friction 16 orienté vers le disque de frein 18, ainsi qu'une rampe double 30 correspondante disposée dans l'étrier de frein 12 et qui est orientée vers un disque de frein 18. La rampe double 30 présente deux rampes 32 qui s'étendent de biais selon un angle aigu par rapport au disque de frein 18 avec des inclinaisons opposées. La rampe double 28 s'appuie avec deux surfaces de cale 34 sur les rampes 32. Des rouleaux 35 destinés à réduire la friction sont disposés entre les rampes 32 et les surfaces de cale 34. En poussant la cale double 28 avec le dispositif d'actionnement 20, la cale double 28 glisse avec une de ses deux surfaces de cale 34 le long de la rampe associée 32 de la rampe double 30. La plaquette de freins à friction 6 mobile est bougée de biais vers le disque de freins 18 et pressée contre celui-ci. Une force de réaction pousse l'étrier de frein 12 de façon transversale par rapport au disque de freins 18 de manière à ce que la plaquette de freins à friction 14 fixe se trouve pressée contre l'autre côté du disque de freins 18 et freine ledit disque. La cale double 28 est toujours poussé dans la direction de rotation du disque de freins 18. Une force de friction exercée par le disque de frein 18 en rotation, lors du freinage, sur la plaquette de frein à friction 16 mobile exerçant une pression contre ledit disque de frein, applique une force contre la cale double 28; ladite force étant parallèle par rapport au disque de frein 18 en direction d'une fente de cale, se rétrécissant, entre la rampe 32, la cale double 28 se déplaçant sur et le long de ladite rampe, et le disque de frein 18. On amplifie de cette manière la force de pression de la plaquette de frein à friction 16 contre le disque de frein 18. Des éléments de ressort de rappel 36 accrochés sur l'étrier de frein 12 et la cale double 28 déplacent la cale double 28 et avec celle-ci la plaquette de freins à friction 16 mobile vers l'arrière vers la position de départ, lorsque l'unité d'actionnement 20 est sans courant. L'entraînement par vis à billes est réalisé de manière réversible pour permettre un rappel du frein 10 dans la position de sortie par les éléments de ressort de rappel 36. Une roue libre 38 susceptible d'être commutée est fixée sur le boîtier 22 de l'unité d'actionnement 20 par contacts surfaciques, laquelle roue libre agit sur un arbre de moteur 40 du moteur électrique de l'unité d'actionnement 20. La roue libre 38 est représenté sur les figures 2a et 2b. La roue libre 38 est formée en tant que roue libre à rouleaux de blocage; elle comporte des rouleaux de blocage 42 qui sont disposés autour de l'arbre moteur 40. L'arbre moteur 40 est circulaire et disposé de façon coaxiale dans un anneau de blocage 44 qui est disposé de façon fixe dans un boîtier 46 de la roue libre 38. L'anneau de blocage 44 présente pour chaque rouleau de blocage 42 une poche 48 sur son côté interne. Il s'agit ici de renfoncements sur le côté interne de l'anneau de blocage 44 qui s'étendent de façon tangentielle dans une direction circonférentielle vers la circonférence interne de l'anneau de blocage 44 jusqu'à déboucher dans la circonférence interne et qui se terminent sur leur autre extrémité dans la direction circonférencielle avec une courbure correspondant au rayon des rouleaux de blocage 42. La surface tangentielle de la poche 48 forme une surface de blocage 50 et la courbure d'une butée 52 pour les rouleaux de blocage 42. Une cage de rouleaux 54 est disposée entre l'arbre moteur 40 et l'anneau de blocage 44, laquelle cage de rouleaux relie les rouleaux de blocage 42 ensemble et dans la direction de la circonférence, maintient les rouleaux l'un par rapport à l'autre à une distance égale. La cage de rouleaux 54 présente des éléments de ressort de desserrage 56 qui sont formés comme des languettes de ressort et pressent les rouleaux de blocage 42 vers l'extérieure contre l'anneau de blocage 44. La roue libre 38 présente en tant que mécanisme de commutation, un aimant électrique 58 avec lequel un poussoir 60 peut être bougé de façon radiale vers l'intérieur en direction de l'arbre moteur 40. Un des rouleaux de blocage 42 se trouve entre une des extrémités avant du poussoir 60 et de l'arbre moteur 40. L'aimant électrique 58 est monostable; dans un état sans alimentation en courant, le poussoir 60 est levé du rouleau de blocage 42, comme cela est représenté sur la figure 2a par un ressort de rappel qui n'est pas visible sur le dessin. C'est un état hors service de la roue libre 38 dans lequel l'arbre moteur 40 peut être tourné librement dans les deux directions de rotation. Dans le cas d'une roue libre 38 hors service, le frein 10 peut être librement actionné (susceptible d'être contraint) et desserré. Pour mettre en service la roue libre 38, l'aimant électrique 58 est alimenté en courant, le poussoir 60 bouge de façon radiale sur l'arbre moteur 40 et presse la roue de blocage 42 se trouvant entre lui et l'arbre moteur 40 contre la circonférence de l'arbre moteur 40 (figure 2b) . Dans une direction, l'arbre moteur 40 peut être tourné librement, c'est- à5 dire, dans la direction o l'arbre moteur 40 fait rouler les rouleaux de blocage 42 en direction de la butée 52. Dans l'autre direction, dans la direction de rotation représentée sur la figure 2b, l'arbre moteur 40 fait rouler les rouleaux de blocage 42 sur les surfaces de blocage 50 des poches 48. Comme un espace intermédiaire entre les surfaces de blocage 50 et l'arbre moteur 40 est plus petit dans cette direction que le diamètre des rouleaux de blocage 42, les rouleaux de blocage 42 bloquent l'arbre moteur 40 fixement. Une force de serrage est ainsi augmentée avec un couple amplifié de manière à ce que l'arbre moteur 40 se trouve bloqué de façon sre dans cette direction de blocage citée. Le roulement des rouleaux de blocage 42 est initialisé par le rouleau de blocage 42 se trouvant entre le poussoir 60 et l'arbre moteur 40, lequel rouleau de blocage presse à partir du poussoir 60 contre la circonférence de l'arbre moteur 40. La cage de rouleaux 54 permet que les rouleaux de blocage 42 restant bougent ensemble avec ce rouleau de blocage 42 et fassent partie de l'étape de blocage. La direction du roue libre 38 est prévue dans la direction de contrainte du frein 10, la direction de blocage dans la direction de desserrage. Il est également possible de former des poches 48 de l'anneau de blocage 44 avec des surfaces de serrage 50 dans les deux directions de rotation (non représentées) de manière à ce que la roue libre 38 bloque dans un état de service dans les deux directions de rotation. On peut également prévoir une deuxième roue libre, orientée dans une direction inverse pour pouvoir bloquer le moteur électrique de l'unité d'actionnement 20 dans la direction de rotation opposée. La roue libre 38 est monostable; dans le cas d'aimants électriques 58, il est hors service. Il reste en outre, dans l'état de blocage représenté sur la figure 2b aussi longtemps qu'un moment agit en direction de blocage sur l'arbre moteur 40. Une rotation brève de l'arbre moteur 40 dans la direction de roue libre opposée, desserre la roue libre 38. Avec la roue libre 38 conforme à l'invention, on obtient une fonction de frein d'arrêt du frein 10 électromécanique. A cet effet, on actionne le frein 10 avec l'unité d'actionnement 20 et la roue libre 38 est mise en service pendant ou à la fin de l'actionnement. Puis, l'unité d'actionnement 20 est mise hors service et une brève rotation de retour de l'arbre moteur 40 amène la roue libre 38 dans l'état de blocage représenté sur la figure 2b du fait de l'élasticité du frein 10 actionnée. L'alimentation en courant de l'aimant électrique 58 peut être stoppé; le couple appliqué sur l'arbre moteur du fait de la tension mécanique du frein 10 actionné en direction de blocage, maintient la roue libre 38 dans son état en service, bloqué. Une force de freinage appliquée reste maintenue dans le cas d'un frein 10 non alimenté en courant. Pour desserrer, le moteur électrique du dispositif d'actionnement 20 est alimenté en courant brièvement en direction de sollicitation de manière à ce que l'arbre moteur 40 tourne d'un angle faible en direction de roue libre, ce qui permet à la roue libre 38 monostable de changer vers son état hors service dans lequel l'arbre moteur 40 peut être tourné librement dans les deux directions de rotation. La mise en service de la roue libre 38 a lieu de préférence par une alimentation en courant de façon pulsionnelle de l'aimant électrique 58. Notamment lors de la formation de la roue libre 38 décrite plus haut avec des surfaces de serrage 50 pour les deux directions de rotation, l'aimant électrique 58 sera alimenté de façon pulsionnelle et non de façon permanente. Pour desserrer la roue libre 38, le moteur électrique de l'unité d'actionnement 20 sera alimenté en courant de façon indépendante de la direction de rotation du disque de frein 18 toujours en direction de la roue libre, même lorsque celle-ci (dans le cas d'un trajet en arrière) est la direction de desserrage du frein 10. Conformément à l'invention, un jeu fonctionnel du frein 10 est réglé avec la roue libre 38 susceptible d'être commutée. Lors du desserrage du frein 10, la roue libre 38 est mise en service lorsque la plaquette de freins à friction 16 est levée du disque de frein 18 ou levée un peu. La roue libre 38 bloque contre une rotation supplémentaire de l'arbre moteur 40 en direction de desserrage et ainsi contre un autre desserrage du frein 10. Un jeu fonctionnel entre les plaquettes de freins à friction 14, 16 et le disque de freins 18 ne s'agrandit pas par l'usure des plaquettes de freins à friction 14, 16 mais reste constant. La cale double 28 n'est pas repoussée jusqu'à sa position de départ de sorte que le jeu fonctionnel ne s'agrandit pas. Comme les éléments de ressort de rappel 36 sont appliqués sur la cale double 28 en direction de sa position de départ et donc l'arbre moteur 40 du moteur électrique de l'unité d'actionnement 20 par l'entraînement par vis à billes sans autoblocage en direction de desserrage, les éléments de ressort de rappel 36 provoquent un couple de rotation en direction de desserrage sur l'arbre moteur 40, lequel couple maintient la roue libre en présence d'aimants électriques 58 non alimentés en courant dans la position de blocage. Lors d'un nouvel actionnement du frein 10, le moteur électrique de l'unité d'actionnement 20 desserre la roue libre 38. On souligne, que le réglage du jeu fonctionnel a lieu avec la même roue libre 38 qui agit également sur la fonction du frein d'arrêt. REVENDICATIONS 1. Frein électromécanique pour un véhicule automobile avec une unité d'actionnement avec laquelle une plaquette de frein à friction peut être pressée contre un corps de freinage susceptible d'être en rotation et devant être freiné; l'unité d'actionnement présentant un moteur électrique et un engrenage de transformation d'un mouvement de rotation en un mouvement de translation, caractérisés en ce que les freins (10) présentent une roue libre (38) monostable et commutable qui permet un actionnement des freins (10) dans un état de service et empêche un desserrage des freins (10), laquelle roue libre permet un desserrage et un actionnement du frein (10) dans un état hors service et dont l'état de service est instable et dont l'état hors service est stable. 2. Frein électromécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité d'actionnement (20) est sans autoblocage. 3. Frein électromécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le frein (10) présente un élément de ressort de rappel (36) qui appuie sur le frein (10) en direction d'une position de desserrage. 4. Freins électromécaniques selon la revendication 1, caractérisés en ce que les freins (10) présentent une autoamplification (26). 5. Frein électromécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la roue libre (38) est formé en tant que roue libre de blocage. 6. Frein électromécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la roue libre (38) présente plusieurs éléments de blocage (42) qui sont reliés entre eux et bougent donc ensemble. 7. Frein électromécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la roue libre (38) présente au moins un élément à ressort de dégagement (56) qui est appliqué sur des éléments de blocage (42) de la roue libre (38) en direction d'une situation de non blocage. 8. Frein électromécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la roue libre (38) ferme dans un état de service dans les deux directions de rotation. 9. Procédé pour régler le jeu fonctionnel d'un frein électromécanique qui présente une roue libre commutable qui empêche un desserrage des freins dans un état de service, caractérisé en ce que la roue libre (38) sera en service lors du desserrage du frein (10) dès lors que l'on atteint le jeu fonctionnel prévu. 10. Roue libre commutable, caractérisé en ce que la roue libre (38) est monostable et permet une rotation vers une direction de rotation dans un état de service et empêche une rotation dans la direction de rotation inverse, en ce qu'il permet une rotation dans les deux directions de rotation dans un état hors service, l'état de service étant instable et l'état hors service étant stable. 11. Roue libre selon la revendication 10, caractérisé en ce que la roue libre (38) présente plusieurs éléments de blocage (4) qui sont reliés entre eux et bougent ainsi ensemble. 12. Roue libre selon la revendication 10, caractérisé en ce que la roue libre (38) présente au moins un élément à ressort de dégagement (56) qui est appliqué l'élément de blocage (42) de la roue libre (38) en direction d'une position de non blocage.