Brevet FR2854115A1 — publié le 20041029

Domaine de l'invention La présente invention concerne un servofrein à dépression installé entre la pédale de frein et le maître-cylindre comprenant - un boîtier logeant un piston commandant la tige de poussée du maî5 tre- cylindre, - une valve de contrôle solidaire du piston, - une tige de commande soumise à l'action de la pédale de frein et commandant la valve de contrôle, - un disque de réaction recevant les efforts du piston et de la tige de 10 contrôle. Art antérieur De manière générale, on connaît déjà de multiples réalisations de servofrein à dépression. Ainsi, selon la figure 1, un servofrein à dépression 1, connu s'installe entre la pédale de frein 2 et le maître15 cylindre 3, ces deux moyens n'étant représentés que schématiquement. Le servofrein proprement dit se compose d'un boîtier 4 logeant un piston 5. Ce piston subdivise le boîtier 4 en deux chambres 41, 42 dans lesquelles on crée une pression différentielle transmise au maître-cylindre 3 dans les conditions décrites schématiquement ci-après. Le servofrein 1 comporte également une valve de contrôle 6 solidaire du piston 5 et une tige 7 de commande soumise à l'action de la pédale de frein 2. La tige 7 de commande commande le fonctionnement de la valve de contrôle 6. Un disque de réaction 8 porté par la tige de poussée 9 reçoit les efforts du piston 5 et de la tige 7 de commande. Un ressort de 25 rappel 10 pousse le piston 5 dans sa position de repos représentée à la figure 1. Le boîtier 4 comporte également une prise de dépression 11 débouchant dans la chambre à dépression 42. Au repos, les deux chambres 41, 42 du boîtier 4 communi30 quent et sont soumises à la dépression créée par exemple par le système d'admission du moteur auquel est reliée la prise de dépression. Lorsqu'on actionne la pédale de frein 2, son mouvement est transmis à la tige 7 de commande qui ouvre le double clapet non décrit de manière détaillée, à l'intérieur de la valve de commande 6. Ce clapet assure la double fonction 35 suivante: la mise à l'atmosphère de la première chambre 41 et la coupure de la communication entre la première 41 et la deuxième chambre 42. Dans ces conditions, comme le piston 5 est soumis à la différence entre la dépression régnant dans la deuxième chambre 42 et la pression atmosphérique régnant dans la première chambre 41, il est poussé vers l'avant et cette poussée s'ajoute à la poussée exercée directement sur la tige de poussée 9 par la pédale de frein 2. Ces deux actions sont transmises au disque de réaction 8 qui commande, de façon corres5 pondante, le maître-cylindre et, par suite, l'actionnement des freins. Dans cette réalisation et, de manière générale dans tous les servofreins à dépression connus, le piston 5 est constitué par une pièce de nature complexe composée d'une partie formant moyeu 51 et qui intègre la valve de contrôle 6 et une partie annulaire constituée par une jupe ri10 gide 52 formant le piston proprement dit et recouverte par une membrane souple 53 joint fixé, d'une part à la base de cette jupe rigide 52 sur le moyeu 51 et, d'autre part, à la périphérie du boîtier 4, en général, dans la partie de sertissage 43 dans laquelle on réunit les deux moitiés du boîtier 4. La membrane 53 est un joint déroulant qui permet au piston 5 de se déplacer dans le boîtier 4 sous l'effet de la dépression ou de la force de rappel exercée par le ressort 10, sans toucher le contour du boîtier 4 et en séparant de manière étanche les deux chambres 41, 42 du boîtier 4. Cette réalisation de servofrein a une structure assez compliquée par le nombre des pièces constitutives, en particulier, des pièces associées au piston, à savoir la jupe rigide 52, sa membrane d'étanchéité 53 et le ressort de rappel 10. Enfin, comme le ressort de rappel 10 agit dans la direction opposée au sens d'action du piston 5 sous l'effet de la 25 différence de pression, les effets se retranchent et le dimensionnement du piston doit tenir compte de l'effet antagoniste exercé par le ressort de rappel. La multiplicité des pièces rend la fabrication du servofrein relativement coûteuse tant par les pièces en elles-mêmes que par le temps 30 de montage. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un servofrein à dépression du type indiqué ci-dessus, éliminant un certain nombre d'inconvénients et, en particulier, la complexité de la structure et de 35 l'assemblage du piston, augmentant l'efficacité du servofrein et de permettant une réduction de son encombrement. A cet effet, l'invention concerne un servofrein du type défini ci-dessus caractérisé en ce que le piston est une membrane rigide en forme de surface annulaire, dont - le bord extérieur rigide est fixé de manière étanche au boîtier et le bord intérieur rigide est fixé de manière étanche à la valve et - la partie intermédiaire à développement radial ou annulaire est élastiquement déformable à partir de sa forme au repos, sous l'effet de la différence de pression appliquée entre ses deux faces pour entraîner la valve et la tige de poussée et rappeler cette tige en position de repos à la 10 fin de l'actionnement du frein. Dans ce servofrein, le piston constitué par une seule pièce installée sur la valve de contrôle ou faisant corps avec celle-ci, remplace les trois pièces du servofrein connu, à savoir la jupe rigide, la membrane d'étanchéité et le ressort de rappel. L'étanchéité est assurée directement par le piston puisque son bord extérieur est fixé au boîtier et son bord intérieur est porté par le moyeu du piston, c'est-à-dire la partie centrale munie de la valve de commande. Dans ce piston, seule la partie intermédiaire est déformable élastiquement. Cette déformation se fait à partir de l'état d'équilibre ou de la 20 forme du piston au repos jusqu'à la position extrême de déformation du piston sous l'effet de la différence des pressions appliquées dans les deux chambres de part et d'autre du piston. La caractéristique du ressort constitué par le piston se définit par la forme donnée à la partie intermédiaire élastiquement déforma25 ble. L'augmentation de l'efficacité grâce à la suppression du ressort de rappel permet de réduire la taille du servofrein pour une même assistance au freinage transmise au maître-cylindre. La simplification de la structure du piston facilite également le montage et réduit le temps de production. Le fonctionnement du servo30 frein est également plus efficace car, grâce à la réunion des trois fonctions en une seule pièce, on supprime l'hystérésis de la réponse. Cette hystérésis est nulle dans le servofrein selon l'invention. L'augmentation de son efficacité est augmentée grâce à la suppression de l'effet ballon, qui absorbe une partie non négligeable de l'effort développé dans le servofrein 35 connu. L'efficacité de ce servofrein a également des répercutions importantes sur les systèmes de freinage équipés du système ABS et du système ESP car, lorsque le conducteur relâche la pédale, la transmission de la pression hydraulique est immédiate. Le piston peut être réalisé en matière plastique, ou en métal par exemple en aluminium dopé que l'on met en forme par fluotournage, par filage à froid. Suivant une autre caractéristique avantageuse, la partie intermédiaire du piston comporte au moins une ondulation circulaire et, en fonction de la raideur à donner au ressort du piston, on multiplie le nombre d'ondulations circulaires ou leur dimension. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le piston comporte des ondulations radiales, notamment des plis à profil arrondi, pour créer la partie intermédiaire élastiquement déformable à partir de sa forme au repos. La déformation se fait, dans ce cas, par la déformation et l'ouverture des plis. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le bord extérieur et/ou le bord intérieur de la surface en anneau du piston comporte un renforcement en forme d'anneau périphérique. Cette forme particulière du bord intérieur et/ou du bord extérieur du piston facilite son insertion dans la zone d'assemblage des deux parties de boîte. Cette forme du bord 20 facilite également l'assemblage du piston à la valve de commande par sertissage ou par mise en place dans une gorge périphérique. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de différents exemples de réalisation d'un servofrein à dé25 pression représenté schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un servofrein à dépression, connu, - les figures 2 à 9 montrent des modes réalisation d'un servofrein selon 30 l'invention, * la figure 2 est un schéma de principe du servofrein selon l'invention, * la figure 3 est une vue en coupe d'un premier mode de réalisation du servofrein, * la figure 3A est une demi-coupe du piston de la figure 3, 35. les figures 4, 4A montrent respectivement, une vue de dessus et une vue en coupe partielle d'un second mode de réalisation d'un boîtier de servofrein, * la figure 5 est une vue en coupe schématique d'un autre mode de réalisation d'un boîtier de servofrein, * la figure 6 montre schématiquement et de manière partielle un autre mode de réalisation d'un servofrein, * les figures 7A-7B sont des vues en coupe simplifiées selon AA et BB de la figure 7, * la figure 8 montre en coupe l'assemblage du bord extérieur du piston et des deux parties du boîtier, * la figure 9 montre schématiquement l'assemblage de l'extrémité du 10 maître-cylindre dans l'ouverture d'une partie du boîtier par clipsage, - la figure 10A est une vue en perspective d'un autre mode de réalisation d'un piston, - la figure lOB est une vue de côté du piston de la figure 10A, - la figure 11A est une vue en perspective d'un autre mode de réalisation 15 d'un piston, - la figure 1 1B est une demi-vue en coupe du piston de la figure 1 1A, Description de différents modes de réalisation de l'invention La vue schématique très simplifiée de la figure 2 montre le servofrein à dépression selon l'invention composé d'un boîtier 100 formé 20 de deux coquilles 101, 102 assemblées le long de leur bord extérieur 103. Ce boîtier 100 loge le piston fixé au boîtier et solidaire de la valve de commande 106 constituée elle-même par un tube traversant de manière relativement étanche le palier périphérique 107 porté par la coquille 101 du boîtier. Cette valve de commande 106 comporte des clapets non détaillés. 25 La tige de commande 108 reliée à la pédale de frein 2 traverse la valve de commande 106, actionne les clapets non représentés par des moyens également non représentés et agit également sur le disque de réaction 110 comme cela est schématisé par une flèche (A). Le piston 105 divise le boîtier 100 en deux chambres 111, 30 112. La chambre 112 est directement reliée à la source de dépression par la prise de dépression 113 équipant la coquille 102 alors que l'autre chambre 111 communique avec la chambre 112 à travers la valve de commande 106. Celleci a une double fonction. Sa première fonction est de faire communiquer la chambre 111 avec la chambre 112 en isolant la 35 chambre 1 1 1 de l'atmosphère extérieure de manière à faire régner la même dépression dans les deux chambres 111, 112. L'autre fonction de la valve de commande 106 est de couper la communication entre les deux chambres 111, 112 et de mettre la chambre 111 à l'atmosphère, la chambre 112 restant reliée à la source de dépression. Lorsque le servofrein est actionné, la vanne de commande 106 met à l'atmosphère la chambre 1 1 1, l'autre chambre 110 étant en dé5 pression, si bien que le corps de la valve de contrôle est déplacé par translation (flèche B) et vient dans la position extrême représentée en traits interrompus, entraînée par le piston 105. Le piston 105 agit par l'intermédiaire du corps de la valve de commande 106 sur le disque de réaction 110. Le disque de réaction 10 110 transmet son mouvement à la tige de poussée 114 qui traverse en coulissement l'autre coquille 102 du boîtier et agit sur le maître-cylindre 3 dans les conditions connues et non détaillées ici. Selon l'invention, le piston 105 est une membrane rigide composée d'un bord extérieur rigide 151, non déformable et d'un bord in15 térieur 152 également rigide non déformable. Entre le bord extérieur et le bord intérieur, s'étend une surface annulaire rigide 153, à développement radial ou annulaire dans le domaine élastique. Cette surface annulaire 153 peut se déformer élastiquement à partir de sa forme au repos représentée en traits pleins pour prendre, après déformation et déplace20 ment vers la droite, la forme représentée en traits interrompus. Le développement radial ou annulaire dans le domaine élastique de cette surface annulaire 153 est réalisé par les déformations permanentes de la surface annulaire de la membrane. Ces déformations sont radiales ou circulaires, elles permettent au piston en forme de mem25 brane 105 de se déployer sous l'effet de la différence des pressions à laquelle elle est exposée pour entraîner la tige de poussée 114 et accumuler de l'énergie pour un rappel élastique dans sa position de repos après libération de la pédale de frein et disparition de la différence de pression appliquée sur ses faces. Le boîtier 100 a une forme de lentille notamment biconvexe qui assure la tenue fixe du bord extérieur 152 du piston 105 et permet son mouvement entre ses positions extrêmes. Ainsi, on peut lui donner une section de forme générale triangulaire et non pas sensiblement rectangulaire comme dans les réalisations connues. Cette forme lenticulaire 35 permet un gain de place important par rapport à la forme connue. La position de repos correspond à la forme de la membrane rigide 105 à l'état d'équilibre en l'absence de différence de pression entre ses deux faces. A partir de cette position, lorsqu'une différence de pression est appliquée à la membrane rigide celle-ci se déforme élastiquement au niveau de sa surface annulaire 153 rigide à développement dans le domaine élastique. Cette surface se déploie élastiquement et transmet une poussée à la tige de poussée 114 par son bord intérieur 152 (double flè5 che C). Le mouvement se fait sans allongement d'une quelconque surface élémentaire de la membrane 105 mais uniquement pas " redressement ", ou plus généralement une déformation élastique des surfaces courbes constituant des réserves de surface pour suivre la pous10 sée engendrée par la différence de pression appliquée sur la membrane rigide. Les modes de réalisation décrits ci-après donnent différents exemples de membranes rigides à développement radial et/ou annulaire. La figure 3 montre en coupe un premier mode de réalisation 15 d'un servofrein à dépression; cette figure ne montre que le boîtier et le piston. Le boîtier lOA de section lenticulaire concave/convexe est réalisé par l'assemblage de deux coquilles lOlA, 102A dont l'une est concave et l'autre convexe réunies par leur bord extérieur 103A serti sur le bord extérieur 15 1A en forme de jonc du piston. Le bord intérieur de la coquille arrière lOlA (du côté de la pédale de frein) porte les moyens de guidage et d'étanchéité 107A de la valve 106A alors que le bord intérieur de la coquille avant 102A reçoit le maîtrecylindre 3. Le boîtier iOOA ainsi formé constitue un ensemble rigide 25 pratiquement indéformable vis-à-vis des efforts auxquels il est soumis. Le piston 105A se compose d'un bord intérieur 152A et d'un bord extérieur 152A réunis par une surface annulaires 153A à développement radial, élastiquement déformable. Cette surface annulaires 153A est composée de déformations radiales sensiblement en forme de dièdre ou 30 de banane rejoignant le bord intérieur relié à la valve de commande 106A. Le piston 105A se déploie et se déforme élastiquement entre la position de repos PO et la position d'actionnement maximal Pi; cette dernière position étant représentée en traits pleins. Le contour du boîtier lOA concave/convexe est adapté à la 35 déformation du piston 105A entre sa position de repos PO et sa position déployée Pi de façon à réduire l'encombrement au minimum et, par suite également, le volume des deux chambres l l A, 112A du servofrein. Pour les autres moyens du servofrein, seuls le support du disque de réaction 1 1OA et la tige de poussée 1 14A sont représentés. La figure 3A montre une vue en demi coupe du piston 105B est plus précise que celle représentée de manière simplifiée à la figure 3 et 5 légèrement différente. La surface annulaires 153B du piston est une pièce rigide élastiquement déformable à partir de sa forme de repos telle que représentée. Cette déformabilité élastique de la surface annulaires 153B entre le bord extérieur 151B et le bord intérieur 151A s'obtient grâce des plis radiaux en forme de banane 153B1, B2, B3 constituant un développe10 ment radial élastique permettant un déploiement dans le domaine élastique entre la position de repos et la position active. Alors que dans le mode de réalisation précédent (figure 3), le bord intérieur 151A du piston 105A se situe à droite du plan HH passant par le bord extérieur 152A, ici la position de repos PO est située à gauche de ce plan HH et la position active, 15 selon la course qui doit effectuer la tige de poussée, peut rester de ce côté du plan HH ou traverser le plan HH passant par le bord extérieur 151B. Différentes positions PO, Pi, Pl i sont représentées sur une ligne parallèle à l'axe XX. Le contour du boîtier dépend des positions extrêmes du piston. Le contour sera le plus près possible des positions extrêmes pour ré20 duire l'encombrement. Ses deux coquilles il lB, 1 2B sont représentées en traits interrompus. Les figures 4, 4A montrent une variante de réalisation de la structure de l'une des coquilles 101C du boîtier. Celle-ci est munie de nervures radiales 161C, 162C, par exemple des nervures longues 161C sépa25 rées par des nervures courtes 162C donnant, à cette coquille convexe 101C une grande résistance, nécessaire pour résister aux efforts importants exercés sur la membrane et transmise par celle-ci ainsi que la différence de pression entre la chambre à dépression et la pression atmosphérique. Le bord extérieur est destiné à être serti sur le bord extérieur du piston et le bord intérieur porte un moyen d'étanchéité et de guidage non représenté. Cette forme de coquille du boîtier peut concerner les deux coquilles que celles-ci soient convexes ou concave/convexe. 35 La figure 4A montre la section d'une nervure. La figure 5 montre un autre mode de réalisation du servofrein avec un boîtier bi-convexe 100D, formé de deux coquilles iOlD, 102D et un piston 105D ayant un bord extérieur 151 rigide en forme de jonc serti dans le bord extérieur 103D du boîtier 100D et un bord intérieur rigide 152D relié à la valve de commande 106D. Le piston 105D comporte une surface annulaire rigide à plusieurs ondulations annulaires 153D1, 153D3, 153D4 autour de l'axe XX permettant son développement 5 annulaire entre sa position de repos telle que représentée et la position d'actionnement sous l'effet de la dépression appliquée entre les deux faces de la membrane 105D. La surlongueur ou surface de réserve excédentaire est constituée par les déformations annulaires qui forment ainsi une réserve 10 de surface permettant la déformation élastique sous l'effet de la poussée engendrée par la différence de pression pour suivre le mouvement et revenir en position de repos après disparition de la différence de pression. Selon une variante non représentée, le piston peut ne comporter qu'une ondulation de forme assez importante dans sa surface in15 termédiaire. La figure 6 montre une autre variante de réalisation d'un servofrein selon l'invention, se caractérisant par une forme légèrement différente du boîtier 100E qui a une section globalement triangulaire, formé de deux coquilles 10 lE, 102E ayant chacune une structure en double 20 cône donnant à la section du boîtier 100E, un à tracé polygonal. Les deux bords extérieurs de deux coquilles 10lE, 102E composant le boîtier sont assemblés l'une par l'autre par sertissage 103E par-dessus le bord rigide 151E du piston 105E. Le piston a une surface annulaire 153E formée d'ondulations annulaires 153E1, E2, E3, E4 autour de l'axe XX. moins ac25 centuées que dans le mode de réalisation de la figure 5. Le bord intérieur 152E du piston est engagé dans une rainure périphérique 115E du moyeu 116E du piston faisant partie de la valve de commande 106E. Le boîtier 100E comporte également des vis 117E, 118E pour fixer le boîtier à la carrosserie et recevoir le maître-cylindre. La co30 quille lOlE se prolonge du côté de la valve de commande 106E par une nervure de guidage 119E et un logement 120E pour recevoir le joint 121E du soufflet 122E. La mise en place du bord 152E peut se faire, par exemple, comme le montre la vue en coupe de la figure 7A. Le bord intérieur 151E du piston comporte trois parties en saillie 154E qui traversent des 35 dégagements de forme correspondante réalisés dans le bord du moyeu 115E; la mise en place se fait par une rotation d'une fraction de tour à la manière d'un joint pompier (flèche D) pour assembler le piston par son bord intérieur sur le moyeu. La figure 7B est une vue en coupe au niveau de l'assemblage du boîtier 100E et du soufflet 122E entourant le corps de la valve de contrôle 106E. L'assemblage se fait par sertissage de trois languettes 123E. La figure 8 montre le sertissage des deux bords des deux coquilles 101F, 102F de boîtier par-dessus le bord extérieur 151F en forme d'anneau de section circulaire du piston 105F. La figure 9 est une vue en coupe schématique montrant l'enclipsage du bord 124G rentrant de la coquille droite 102G d'un boîtier 10 105G comme celui de la figure 2 sur une forme correspondante de l'entrée 31 du maître-cylindre 3. La figure 1OA est une vue en perspective d'un piston 105H en forme de membrane selon l'invention, montrant le bord extérieur 151H et le bord intérieur 152H renforcés. Le bord extérieur 151H est constitué 15 par un anneau de section pleine et le bord intérieur, également par un anneau 152H de forme circulaire intérieure dont l'extérieur plus ou moins polygonal, rejoignant la forme de la surface annulaire 153H. Cette surface annulaires 153H est constituée par des déformations radiales 153Hi assimilables à des plis à contours très arrondis pour absorber l'allongement 20 de longueur induit dans le piston par la dépression de part et d'autre du piston dans les deux chambres du boîtier. La figure 10B est une vue de côté montrant la forme du piston 105H qui s'étend de part et d'autre du plan passant par le bord extérieur 151H du piston. Les figures i1 A, 1 1B montrent un autre mode de réalisation d'un piston 1051 à déformation radiale également en forme de plis 1531i à structure très arrondie. Comme le montre la figure 1 1B, les déformations dans ce cas sont relativement aplaties. Le bord intérieur 152I et le bord extérieur 151I du piston sont munis d'un jonc ou anneau plein. Suivant une autre caractéristique avantageuse, les coquilles du boîtier sont en tôle emboutie. REVENDICATIONS 1 ) Servofrein à dépression installé entre la pédale de frein et le maîtrecylindre comprenant - un boîtier logeant un piston commandant la tige de poussée du mai5 tre- cylindre, - une valve de contrôle solidaire du piston, - une tige de commande soumise à l'action de la pédale de frein et commandant la valve de contrôle, - un disque de réaction recevant les efforts du piston et de la tige de 10 contrôle, caractérisé en ce que le piston (105) est une membrane rigide en forme de surface annulaire (153), dont - le bord extérieur rigide (151) est fixé de manière étanche au boîtier 15 (100) et le bord intérieur rigide (152) est fixé de manière étanche à la valve de commande (106) et - la surface annulaire (153) à développement radial ou annulaire est élastiquement deformable à partir de sa forme au repos, sous l'effet de la différence de pression appliquée entre ses deux faces pour entraîner 20 la valve (106) et la tige de poussée (114) et rappeler cette tige (114) en position de repos à la fin de l'actionnement du frein. 2 ) Servofrein selon la revendication 1, caracteérisé en ce que la surface annulaire (153D, 153E) comporte au moins une ondulation annulaire (153D1-D4; 153El-E4). 3 ) Servofrein selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface annulaire (153A, 153B, 153H, 153I) comporte des ondulations radiales, notamment des plis à profil arrondi (53A1-A3, 153B1-B3, 153Hi, 153Ii). 4 ) Servofrein selon la revendication 1, 35 caractérisé en ce que le bord extérieur (151) et/ou le bord intérieur (152) du piston (105) est constitué par un anneau de renforcement. 5 ) Servofrein selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boîtier (100) est formé de deux coquilles (111, 112) assemblés suivant une forme lenticulaire dont le bord extérieur (103) reçoit le bord exté5 rieur (151) du piston (105). 6 ) Servofrein selon la revendication 5, caractérisé en ce que le boîtier (105) a une section lenticulaire mi-convexe ou concave/convexe. 10 7 ) Servofrein selon la revendication 5, caractérisé en ce que les coquilles (101, 102) du boîtier sont en tôle emboutie. 8 ) Servofrein selon la revendication 5, caractérisé en ce que les coquilles (101C, 102C) du boîtier ont des nervures de rigidification (161C, 162C). 9 ) Servofrein selon la revendication 5, caractérisé en ce que les coquilles (101, 102) du boîtier (100) sont assemblées avec le bord extérieur (151) du piston 105).