Brevet FR2858378A1 — publié le 20050204

Frein à friction électromécanique avec auto-amplification L'invention concerne un frein à friction électromécanique avec autoamplification comportant une garniture de friction, un dispositif d'actionnement 5 électromécanique à l'aide duquel, pour le freinage, la garniture de friction est susceptible d'être pressée contre un corps de frein à freiner, et comportant un dispositif mécanique d'autoamplification transformant une force de friction exercée par le corps de frein en rotation, sur la garniture de friction qui est pressée contre le corps de frein lors du freinage, en une force d'application qui presse la 10 garniture de friction contre le corps de frein. L'invention est notamment prévue pour un frein à disque et pour des véhicules automobiles, y compris des motos. On connaît en soi des freins à friction électromécaniques. Ils présentent un dispositif d'actionnement électromécanique et une garniture de friction qui, pour le freinage, est susceptible d'être pressée contre un corps de frein à freiner à l'aide 15 du dispositif d'actionnement. Dans le cas d'un frein à disque, le corps de frein est un disque de frein. Le dispositif mécanique d'actionnement présente généralement un moteur électrique et un engrenage convertisseur de rotation/translation, par exemple en forme d'entraînement à broche, qui transforme un mouvement d'entraînement en rotation du moteur électrique en un mouvement de translation 20 pour presser la garniture de friction contre le corps de frein. Souvent, un démultiplicateur est interposé entre le moteur électrique et l'engrenage convertisseur de rotation/translation. Le document WO 96/03301 divulgue un exemple pour un tel frein à friction. Il est également possible par exemple de remplacer l'entraînement à broche en utilisant une came mobile en rotation en tant 25 qu'engrenage convertisseur de rotation/translation, à l'aide de laquelle la garniture de friction peut être pressée contre le corps de frein. On connaît également des dispositifs mécaniques d'auto-amplification sur des freins à friction électromécaniques, notamment sur des freins à disque. Les dispositifs d'auto-amplification transforment une force de friction exercée par le corps de frein en rotation, sur la garniture de friction qui est pressée contre celui-ci lors du freinage, en une force d'application qui, de manière additionnelle à une force d'application exercée par le dispositif d'actionnement, presse la garniture de friction contre le corps de frein. Seule une partie de la force d'application produite 5 pour le freinage est fournie par le dispositif d'actionnement, la force d'application produite par le dispositif d'actionnement est amplifiée par le dispositif d'autoamplification. En tant que dispositifs mécaniques d'auto-amplification, on connaît des mécanismes à cale qui présentent une surface de cale et qui sont obliques sous un angle par rapport au corps de frein. Lors du freinage, la garniture de friction 10 qui est pressée contre le corps de frein prend appui par l'intermédiaire de la surface de cale. La force de friction exercée sur la garniture de friction par le corps de frein en rotation sollicite le corps de frein en direction d'un intervalle de cale entre la surface de cale et le corps de frein, l'intervalle devenant plus étroit. Un effet de cale produit une force sur la garniture de friction avec une composante 15 de force normale par rapport au corps de frein qui, de manière additionnelle, presse la garniture de friction contre le corps de frein. Le document EP 0 953 785 A2 divulgue un exemple pour un tel dispositif mécanique d'auto-amplification comprenant un mécanisme à cale, le dispositif d'auto-amplification étant formé en tant que frein à disque à enrobage total et présentant un disque annulaire en tant 20 que support de garniture pour des garnitures de friction. Des cales prenant appui par l'intermédiaire de rouleaux montés mobiles en rotation et de façon stationnaire dans un étrier de frein, sont agencées sur un côté arrière du support de garniture, ce côté étant détourné d'un disque de frein. Comme dans le cas des freins à disque à enrobage total, les surfaces de cale du mécanisme à cale peuvent être agencées 25 sur la garniture de friction et/ou de façon stationnaire dans un étrier de frein, par exemple. La surface de cale ne doit pas obligatoirement être une surface plane, elle peut s'étendre sous différents angles par rapport au corps de frein. Ainsi, l'auto-amplification varie lors d'un déplacement de la garniture de friction le long de la surface de cale. Il est possible d'obtenir, par exemple par un grand angle de 30 cale au début du déplacement, un serrage rapide de la garniture de friction au début d'un freinage et ainsi de surmonter rapidement un jeu de desserrage entre la garniture de friction et le disque de frein. Grâce à un angle de cale devenant plus petit, un déplacement croissant de la garniture de friction, c'est à dire une force d'application et de freinage croissante, peut produire une autoamplification plus élevée. On peut désigner un tel mécanisme à cale également par mécanisme à rampe. Les mécanismes à cale ne sont pas les seuls dispositifs mécaniques d'autoamplification connus. On connaît par exemple également des mécanismes à levier comportant un levier d'appui qui porte la garniture de friction pressée contre le corps de frein lors du freinage sous un angle d'appui en oblique par rapport à une normale du corps de frein, et qui exerce ainsi une force d'application additionnelle 10 sur la garniture de friction et produit l'auto-amplification. Le levier d'appui peut être sollicité en pression ou en traction, et il ne doit pas obligatoirement avoir la forme d'un élément en forme de barre mais peut avoir par exemple la forme d'une roue (roue dentée). L'angle d'appui du levier du mécanisme à levier correspond à l'angle de cale de la surface de cale du mécanisme à cale; le mécanisme à levier 15 et le mécanisme à cale peuvent être considérés comme équivalents. Le frein à friction électromécanique avec auto-amplification selon l'invention du type décrit précédemment présente un mécanisme d'enclenchement dans lequel la garniture de friction, lorsqu'elle est pressée contre le corps de frein, s'enclenche de façon à pouvoir être débloquée. Le frein à friction selon l'invention présente 20 l'avantage de maintenir la garniture de friction dans un état enclenché, grâce à quoi une force de friction et de freinage produite est maintenue dans un état sans courant et sans énergie du dispositif d'actionnement. Le frein à friction selon l'invention est ainsi développé en un frein de service et un frein de stationnement (frein de parcage). Le frein à friction est construit de manière à ce que la force de 25 freinage, dans un état enclenché de la garniture de friction, retient de façon sûre un véhicule en stationnement sur une surface en pente et évite que le véhicule roule. Un autre avantage de l'invention est qu'en fonction du type de frein, la réalisation de la fonction de frein de stationnement ne nécessite pas ou seulement un faible coût supplémentaire. La présente invention a également pour objet un frein à, caractérisé en ce que la garniture de friction est susceptible d'être débloquée du mécanisme d'enclenchement à l'aide du dispositif d'actionnement. Au cas où le frein à friction selon l'invention présente un mécanisme à cale ou 5 un mécanisme à rampe en tant que dispositif d'autoamplification, la présente invention prévoit de réaliser le mécanisme d'enclenchement en tant qu'empreinte (ou plusieurs empreintes) dans la surface de cale dans laquelle parvient un appui de la garniture de friction lors du décalage de la garniture de friction le long de la surface de cale, lors d'un actionnement de frein, et qui exerce ainsi l'effet 10 d'enclenchement. Cette réalisation de l'invention présente l'avantage que le coût de fabrication est limité à la réalisation d'une ou de plusieurs empreintes dans la surface de cale. La présente invention a donc également pour objet un frein à friction, caractérisé en ce que le dispositif mécanique d'auto-amplification présente un 15 mécanisme à cale avec au moins une surface de cale qui est en oblique sous un angle par rapport au corps de frein et qui porte la garniture de friction lors du freinage, et que le mécanisme d'enclenchement présente dans au moins l'une des surfaces de cale une empreinte dans laquelle la garniture de friction prend appui lorsqu'elle est pressée contre le corps de frein. La présente invention a également un mécanisme à cale comportant deux surfaces de cale qui, dans des directions opposées l'une à l'autre, sont en oblique sous un angle de cale par rapport au corps de frein. Chaque surface de cale sert ici pour une direction de rotation du corps de frein; le frein à friction présente une auto-amplification dans les deux directions de rotation du corps de frein. Par 25 différents angles de cale des deux surfaces de cale il est possible d'obtenir des autoamplifications de valeurs différentes pour les deux directions de rotation du corps de frein. De plus, la présente invention prévoit une empreinte en tant que mécanisme d'enclenchement pour la garniture de friction seulement dans l'une des deux surfaces de cale. L'empreinte est prévue par exemple dans la surface de 30 cale qui agit lors du freinage, lors d'une conduite en marche arrière. Ainsi, la surface de cale pour la conduite en marche avant est continuellement utilisable sur toute la longueur jusqu'à une force maximale de freinage. La force de freinage nécessaire pour la conduite en marche arrière étant beaucoup moins grande, l'empreinte dans la surface de cale pour la conduite en marche arrière peut être 5 agencée de manière à enclencher la garniture de friction avec une force de freinage inférieure à la force maximale de freinage pour la conduite en marche avant. On peut également prévoir l'empreinte sur un frein à friction, prévu pour l'essieu arrière, dans la surface de cale qui est utilisée pour le freinage lors d'une conduite en marche avant, car les freins de l'essieu arrière produisent seulement 10 une partie d'environ 1/3 à 1/4 de la force de freinage des freins de l'essieu avant. Dans un frein à friction pour un essieu avant l'empreinte est prévue, comme décrit ci-dessus, dans le flanc de cale qui est utilisé pour le freinage lors d'une conduite en marche arrière. Le frein à friction selon l'invention peut être prévu dans toutes ou dans une partie des roues d'un véhicule. La présente invention a également pour objet un frein à friction, caractérisé en ce que la surface de cale sans empreinte présente un serrage de la garniture de friction vers le corps de frein plus grand que la surface de cale, qui présente l'empreinte, jusqu'à l'empreinte. La présente invention a également pour objet un frein à friction, caractérisé en 20 ce que l'empreinte, dans la direction de déblocage, présente au moins à un endroit un angle par rapport au corps de frein qui est plus grand que l'arc tangente d'un coefficient de friction le plus grand possible entre le corps de frein et la garniture de friction. L'invention sera expliquée plus en détail dans ce qui suit en se rapportant à un 25 exemple de réalisation illustré dans le dessin. L'unique figure montre un frein à friction selon l'invention dans un vue en coupe selon une direction radiale à partir d'un axe de rotation imaginaire d'un disque de frein. La figure doit être comprise en tant qu'illustration schématique simplifiée. Le frein à friction selon l'invention illustré à la figure est réalisé en tant que frein à disque 10. Il présente un étrier de frein 12 qui est réalisé sous forme d'étrier flottant, c'est à dire qu'il est mobile en translation transversalement par rapport à un disque de frein 14. Le disque de frein 14 se trouve entre deux 5 garnitures de friction 16, 18 qui sont agencées dans l'étrier de frein 12. L'une des deux garnitures de friction 16 est logée de façon fixe dans l'étrier de frein 12, l'autre garniture de friction 18 est reçue de façon mobile dans l'étrier de frein 12. Pour le freinage, la garniture de friction mobile 18 est pressée contre un côté du disque de frein 14. Une force de réaction déplace de façon connue en soi l'étrier 10 de frein 12, réalisé en tant qu'étrier flottant, transversalement par rapport au disque de frein 14, et par ce fait l'étrier de frein 12 pousse la garniture de friction 16 fixe contre l'autre côté du disque de frein 14, et le disque de frein 14 est freiné par les deux garnitures de friction 16, 18. Le frein à friction 10 présente un dispositif mécanique d'autoamplification 20 15 comportant un mécanisme à double cale 22. Le mécanisme à double cale 22 présente une double cale 24 qui est agencée sur un côté arrière de la garniture de friction mobile 18, ce côté étant détourné du disque de frein 14. La double cale 24 présente deux surfaces de cale 26, 28 qui sont en oblique sous un angle de cale ai, cX2 par rapport au disque de frein 14. Les angles de cale cl, aC2 peuvent avoir la 20 même grandeur ou peuvent être différents. Par l'intermédiaire de rouleaux qui forment des corps de roulement 30, la double cale 24, avec ses surfaces de cale 26, 28, prend appui contre des surfaces de cale antagonistes 32, 34 de l'étrier de frein 12. Les surfaces de cale antagonistes 32, 34 sont parallèles aux surfaces de cale 26, 28. Les surfaces de cale 26, 28 sont orientées en oblique dans des 25 directions opposées l'une à l'autre. Pour le freinage, la garniture de friction mobile 18 est déplacée parallèlement à l'une des deux surfaces de cale antagonistes 32, 34, donc obliquement sous l'angle de cale ac, OC2 vers le disque de frein 14. La garniture de friction mobile 18 est toujours déplacée dans la direction de rotation du disque de frein 14, donc lors 30 d'une conduite en marche arrière dans une direction opposée à la direction lors d'une conduite en marche avant. En raison du déplacement en oblique vers le disque de frein 14, la garniture de friction 18 parvient en appui contre le disque de frein 14. Une force de friction exercée par le corps de frein 14 en rotation, sur la garniture de friction 18 qui est pressée contre celui-ci, sollicite la garniture de 5 friction 18 dans la direction de rotation du disque de frein 14 et donc en direction d'un intervalle de cale entre la surface de cale antagoniste 32, 34 respective et le disque de frein 14, l'intervalle devenant plus étroit. Une force de cale est produite en raison de l'appui de la garniture de friction 18 avec sa surface de cale 26, 28 par l'intermédiaire des corps de roulement 30 contre la surface de cale antagoniste 10 32, 34, la force de cale présentant une composante de force sur la garniture de friction mobile 18 transversalement au disque de frein 14. Cette composante de force est une force d'application qui, de manière additionnelle à une force d'application exercée sur la garniture de friction 18 par un dispositif d'actionnement qui est encore à expliquer, presse la garniture de friction 18 contre 15 le disque de frein 14 et freine ainsi celui-ci. Le dispositif d'auto-amplification 20 transforme donc une force de friction exercée par le disque de frein 14 sur la garniture de friction 18 qui est pressée contre celui-ci lors du freinage, en une force d'application qui presse la garniture de friction 18 contre le disque de frein 14. Seule une partie de la force d'application nécessaire pour le freinage est 20 produite par le dispositif d'actionnement qui est encore à expliquer, le reste de la force d'application résulte de l'effet d'auto-amplification du dispositif d'autoamplification 20. Le frein à disque 10 présente un dispositif d'actionnement électromécanique 36 comportant un moteur électrique 38, une transmission par engrenages 40 et un 25 engrenage à crémaillère 42 à l'aide duquel, pour l'actionnement du frein à disque 10, la garniture de friction mobile 18 est mobile en translation parallèlement aux surfaces de cale antagonistes 32, 34 et peut donc être pressée contre le disque de frein 14. Le moteur électrique 38 présente sur un arbre du moteur 46 un pignon 44 qui engrène avec une grande roue dentée 48. Le pignon 44 et la grande roue 30 dentée 48 se trouvent à un plan imaginaire parallèle à un plan périphérique imaginaire du disque de frein 14, en dehors d'une périphérie du disque de frein 14. Le pignon 44 et la grande roue dentée 48 se trouvent ainsi en dehors d'un plan de coupe du dessin, c'est la raison pour laquelle le pignon 44 et la grande roue dentée 48 sont indiqués par des lignes en tirets. La grande roue dentée 48 est solidaire en rotation sur un arbre 50 qui est agencé mobile en rotation dans l'étrier 5 de frein 12. Une petite roue dentée 52 est également solidaire en rotation de l'arbre 50, et donc avec la grande roue dentée, et engrène avec une crémaillère 54 qui est agencée entre les deux surfaces de cale 26, 28 sur le côté arrière de la double cale, ce côté étant détourné du disque de frein 14. A son centre, la crémaillère 54 est courbée en forme arquée et est parallèle, dans les deux 10 directions, à l'une des deux surfaces de cale 26, 28, respectivement. Ainsi, comme prévu par la construction, la petite roue dentée 52 engrène avec la crémaillère 54 lorsqu'elle déplace la double cale 24 avec la garniture de friction mobile 18 parallèlement à l'une des deux surfaces de cale antagonistes 32, 34 dans l'étrier de frein 12. Le pignon 44 et la roue dentée 48 forment la transmission par engrenages 40, la petite roue dentée 52 et la crémaillère 54 l'engrenage à crémaillère 42 du dispositif d'actionnement 36. L'arbre du moteur 46 et l'arbre 50 desquels la grande roue dentée 48 et la petite roue dentée 52 sont solidaires en rotation, sont parallèles l'un à l'autre et parallèles à un plan défini par le disque de frein 14. Des 20 axes imaginaires des deux arbres 46, 50 mentionnés sont radiaux par rapport à un axe de rotation imaginaire du disque de frein 14. L'une des deux surfaces de cale antagonistes 34 est pourvue d'empreintes 56, dans lesquelles parviennent des corps de roulement 30 lorsque la double cale 24 est déplacée parallèlement à la surface de cale antagoniste 34. Les empreintes 56 25 sont agencées de manière à ce que les corps de roulement 30 parviennent dans les empreintes 56 lorsque les deux garnitures de friction 16, 18 sont pressées par déplacement de la double cale 34 contre le disque de frein 14 avec une force d'application qui produit une force de freinage suffisante pour une fonction de frein de stationnement (frein de parcage). Les empreintes 56 coopérant avec les 30 corps de roulement 30 forment un mécanisme d'enclenchement dans lequel la garniture de friction 18, lorsqu'elle est pressée contre le corps de frein 14, s'enclenche de façon à pouvoir être débloquée. La force de freinage ainsi produite est maintenue dans un état sans courant et sans énergie. Pour débloquer le mécanisme d'enclenchement 30, 56, la double cale 24 est replacée sans sa position initiale à l'aide du dispositif d'actionnement 36. Afin d'augmenter la force de freinage au delà de la force de frein de stationnement, la double cale 24 peut encore être déplacée à l'aide du dispositif d'actionnement 36 de telle sorte que les corps de roulement 30 surmontent les empreintes 56 en direction d'une force d'application et de freinage élevée lorsque 10 ceci est nécessaire ou désiré. Les empreintes 56 ne limitent donc pas la force de freinage lors d'une conduite en marche arrière. Cependant, cette possibilité devrait être limitée à certains véhicules comme les engins de génie civil, les tracteurs, les véhicules sur rail et d'autres véhicules de ce genre, et elle ne doit pas être utilisée pour des véhicules routiers comme des voitures de tourisme, des poids lourds et 15 des motos. La raison en est qu'en cas de défaillance du dispositif d'actionnement 36, le frein à disque 10 se débloque seulement jusqu'à la position de frein de stationnement, les corps de roulement 30 s'enclenchent ensuite dans les empreintes 56. Cependant, un déblocage automatique et complet du frein en cas de défaillance de son dispositif d'actionnement est obligatoire pour les véhicules 20 routiers. Les empreintes 56 sont agencées de manière à ce qu'une force d'actionnement nécessaire pour le déplacement de la double cale 24 jusqu'à l'enclenchement du mécanisme d'enclenchement 30, 56 n'est pas supérieure à une force d'actionnement nécessaire pour le freinage lors d'une conduite en marche avant 25 pour produire une force de freinage maximale. La force de frein de stationnement est donc inférieure à la force de freinage maximale possible lors d'une conduite en marche avant. Cette conception constructive est possible car la force de freinage nécessaire lors la conduite en marche arrière est généralement inférieure à la force de freinage lors d'une conduite en marche avant. - Des flancs latéraux 58 des empreintes 56 dans la direction de déblocage du mécanisme d'enclenchement 30,56 ont une forme pentue de telle sorte que, lors d'une rotation du disque de frein 14 dans la direction de conduite en marche avant, le disque de frein 14 est en rotation entre les garnitures de friction 16, 18, 5 qui sont pressées contre celui-ci, avant que le mécanisme d'enclenchement 30, 56 se débloque. En d'autres termes, la force de frein de stationnement est inférieure à une force nécessaire pour débloquer le mécanisme d'enclenchement 30, 56. Ainsi, pour le cas théorique où le disque de frein 14 est entraîné en rotation pendant que le mécanisme d'enclenchement 30, 56 est enclenché, le mécanisme 10 d'enclenchement 30, 56 n'est pas débloqué mais le disque de frein 14 est rotatif avec un couple qui surmonte la force de friction exercée par les garniture de friction 16, 18 qui sont pressées contre celui-ci. Ce cas ne se présente pas dans la pratique, la force de frein de stationnement est sélectionnée à une valeur si élevée qu'elle empêche de façon fiable qu'un véhicule en stationnement sur une surface 15 en pente ne se mette à rouler. La condition expliquée ci-dessus selon laquelle le mécanisme d'enclenchement 30, 56 ne peut pas être débloqué par la rotation du disque de frein 14 dans la direction de déblocage du dispositif d'enclenchement 30, 56 est obtenue par le fait qu'à aucun endroit, le flanc 58 de l'empreinte 56 dans la direction de déblocage est plus aigu que l'arc tangente du coefficient de 20 friction Itmax le plus grand possible entre la garniture de friction mobile 18 et le corps de frein 14. Il faut tenir compte du fait que le coefficient de friction it est influencé par l'humidité, la température, la saleté etc.; c'est pourquoi il faut prendre le coefficient de friction pmx le plus grand possible comme base de dimensionnement. - 11 Revendications 1. Frein à friction électromécanique avec auto-amplification, comportant une garniture de friction, un dispositif d'actionnement électromécanique à l'aide 5 duquel, pour le freinage, la garniture de friction est susceptible d'être pressée contre un corps de frein à freiner, et comportant un dispositif mécanique d'autoamplification transformant une force de friction exercée par le corps de frein en rotation, sur la garniture de friction qui est pressée contre le corps de frein lors du freinage, en une force d'application qui presse la garniture de friction contre le 10 corps de frein, caractérisé en ce que le frein à friction (10) présente un mécanisme d'enclenchement (30, 56) dans lequel la garniture de friction (18), lorsqu'elle est pressée contre le corps de frein (14), s'enclenche de façon à pouvoir être débloquée. 2. Frein à friction selon la revendication 1, caractérisé en ce que la garniture 15 de friction (18) est susceptible d'être débloquée du mécanisme d'enclenchement (30, 56) à l'aide du dispositif d'actionnement (36). 3. Frein à friction selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif mécanique d'auto-amplification (20) présente un mécanisme à cale (22) avec au moins une surface de cale (26, 32, 28, 34) qui est en oblique sous un angle par 20 rapport au corps de frein (14) et qui porte la garniture de friction (18) lors du freinage, et que le mécanisme d'enclenchement (30, 56) présente dans au moins l'une des surfaces de cale (34) une empreinte (56) dans laquelle la garniture de friction (18) prend appui lorsqu'elle est pressée contre le corps de frein (14). 4. Frein à friction selon la revendication 3, caractérisé en ce que le 25 mécanisme à cale (22) présente deux surfaces de cale (26, 28, 32, 34) qui, dans des directions opposées l'une à l'autre, sont en oblique sous un angle de cale (c, aC2) par rapport au corps de frein (14), et que seule une des deux surfaces de cale - 12 (34) présente une empreinte (56) dans laquelle la garniture de friction (18) prend appui lorsqu'elle est pressée contre le corps de frein (14). 5. Frein à friction selon la revendication 4, caractérisé en ce que la surface de cale (26, 32) sans empreinte (56) présente un serrage de la garniture de friction 5 (18) vers le corps de frein (14) plus grand que la surface de cale (34), qui présente l'empreinte (56), jusqu'à l'empreinte (56). 6. Frein à friction selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'empreinte (56), dans la direction de déblocage, présente au moins à un endroit un angle par rapport au corps de frein (14) qui est plus grand que l'arc tangente d'un 10 coefficient de friction gmax le plus grand possible entre le corps de frein (14) et la garniture de friction (18). :- . , . - -. .$ ::. x-