Brevet FR2855137A1 — publié le 20041126

INSTALLATION DE FREINAGE EQUIPEE D'UN SIMULATEUR, POUR VEHICULE, ET SIMULATEUR POUR UNE TELLE INSTALLATION. L'invention est relative à une installation de freinage hydraulique pour véhicule, du genre de celles qui comportent, pour actionner des freins de roues - un système de freinage de service à énergie extérieure; - un système de freinage de secours à énergie musculaire; - un organe de commande manuelle dont l'avance actionne le système de freinage de service ou, en cas de défaillance de ce dernier, le 10 freinage de secours; - un maître-cylindre avec au moins un piston dont le déplacement est assuré par l'organe de commande manuelle; - au moins une valve de sécurité permettant soit d'isoler le maître- cylindre des freins de roues lorsque le freinage de service 15 fonctionne normalement, soit, en cas de défaillance du freinage de service, de relier le maître-cylindre à au moins un frein de roue; - un simulateur de sensation de freinage pour opposer à l'avance de l'organe de commande manuelle, lors d'un freinage de service à énergie extérieure, une réaction reflétant le déroulement du freinage, ce simulateur 20 comprenant un cylindre dans lequel peut coulisser un piston de simulateur soumis d'un côté à une pression de liquide de frein provenant du maîtrecylindre et, du côté opposé, à une force antagoniste. Une installation de4freinage de ce type est connue, par exemple d'après FR-2 772 706. Dans une telle installation, lors d'un fonctionnement normal en mode de freinage de service, le maître-cylindre est isolé des freins de roues et le liquide contenu dans le maître-cylindre ne peut refluer vers les freins. Grâce au simulateur de sensation qui permet un transfert du liquide de frein, l'organe de commande manuelle, par exemple pédale de frein, 30 conserve une course normale d'actionnement, dépendante de la force exercée. Les installations connues donnent relativement satisfaction en permettant de créer une loi de variation de la force à exercer sur l'organe de commande manuelle, en fonction de la course, qui procure à l'utilisateur 35 une sensation semblable à celle qui serait obtenue si la pression de liquide dans les freins de roues résultait directement de la pression provenant du maître-cylindre et de l'effort musculaire sur la pédale de frein. Toutefois, dans la plupart des installations connues, la loi de variation de la force à exercer sur l'organe de commande manuelle est 5 déterminée principalement par un moyen de rappel élastique, généralement formé par un ressort, prévu dans le simulateur et la loi de variation ne peut pas être modifiée de manière simple et rapide. Pour diverses raisons, en particulier selon le type de voiture, il est souhaitable de pouvoir intervenir sur cette loi de variation notamment en 10 fonction de la course et/ou de la vitesse de déplacement de l'organe de commande manuelle. Pour un même type de voiture, il peut être souhaitable également de modifier aisément et rapidement la loi de variation de la force antagoniste, selon les conditions d'utilisation de la voiture. L'invention a pour but, surtout, de fournir une installation de freinage qui réponde mieux que jusqu'à présent aux diverses exigences rappelées cidessus et qui, notamment, permette de modifier rapidement et aisément la loi de variation de la force à exercer sur l'organe de commande manuelle en fonction de la course et/ou de la vitesse de déplacement de cet 20 organe de commande manuelle. Selon l'invention, une installation de freinage hydraulique pour véhicule, du genre défini précédemment, est caractérisée par le fait que: - le cylindre du simulateur de sensation contient un liquide électro-rhéologique dont la viscosité dépend du champ électrique auquel il 25 est soumis; - un passage de section réduite est prévu entre piston et cylindre du simulateur pour permettre un écoulement freiné lors du déplacement du piston dans le cylindre du simulateur; - et que des moyens de liaison électrique sont prévus pour 30 appliquer entre le piston et le cylindre du simulateur une tension électrique qui dépend de la course de la commande manuelle, l'ensemble étant tel que la viscosité du liquide électrorhéologique augmente avec la course et/ou la vitesse de déplacement de la commande manuelle. De préférence, le piston du simulateur comprend une tête cylindrique de grand diamètre solidaire d'une tige coaxiale de plus petit diamètre maintenue et guidée en coulissement dans un logement de diamètre correspondant, la tête du piston coulissant dans un alésage à distance réduite de la paroi de l'alésage et sans contact avec cette paroi. La tête du piston du simulateur comporte de préférence sur sa surface cylindrique des rainures parallèles aux génératrices, pour l'écoulement du liquide électro-rhéologique d'un côté à l'autre du piston. Le piston du simulateur est réalisé en un métal conducteur de l'électricité, de même que la paroi de l'alésage entourant la tête du piston, tandis que la paroi du logement servant de guidage à la tige du piston, est isolée électriquement de la paroi de l'alésage contenant la tête du piston, 10 une haute tension électrique étant appliquée à la tige du piston et à la tête, tandis que la paroi de l'alésage est reliée à la masse. La haute tension électrique, déterminant le champ électrique auquel est soumis le liquide électro-rhéologique, est avantageusement commandée par un calculateur qui détermine cette tension en fonction de 15 divers paramètres, en particulier déplacement et vitesse de déplacement de l'organe de commande manuelle et pression du liquide à la sortie du maîtrecylindre. Lorsque la tête du cylindre comporte des rainures longitudinales, une couche isolante de matériau diélectrique peut être prévue autour de la 20 surface extérieure de la tête de piston pour coulisser contre la paroi de l'alésage. Le système de freinage de service comprend généralement une pompe, entraînée par des moyens moteurs, propre à débiter du liquide sous une pression dépendant de la course et/ou de la vitesse de déplacement de 25 l'organe de commande manuelle, vers les freins de roues. Le liquide sous pression refoulé par le maître-cylindre, est envoyé dans le logement de la tige du piston de simulateur et agit sur l'extrémité de cette tige. Le refoulement de la pompe d'assistance peut être relié au 30 cylindre de simulateur du côté opposé à la tige, tandis que la chambre située du côté de la tige est reliée au frein de roue, de sorte que la pression du liquide débitée par la pompe s'applique dans le cylindre du simulateur du côté de la tête de piston opposé à la tige. Une conduite de dérivation peut être prévue pour relier la sortie de la pompe au frein de roue. 3,5 La pompe du système de freinage de service est avantageusement entraînée par un moteur à courant continu dont la vitesse est commandée par un calculateur en fonction de la course et/ou de la vitesse de déplacement de l'organe de commande. L'invention est également relative à un simulateur de sensation de freinage propre à opposer à l'avance d'un organe de commande manuelle une réaction reflétant le déroulement d'un freinage, ce simulateur 5 comprenant un cylindre dans lequel peut coulisser un piston de simulateur soumis d'un côté à une force dépendant de la pression du maître-cylindre et, du côté opposé, à une force antagoniste dépendant de la course et/ou de la vitesse de la commande, caractérisé par le fait que: - le cylindre du simulateur contient un fluide électro-rhéologique 10 dont la viscosité dépend du champ électrique auquel il est soumis; - un passage de section réduite est prévu entre piston et cylindre pour pennettre un écoulement freiné de liquide; - et que des moyens de liaison électrique sont prévus pour permettre d'appliquer entre piston et cylindre du simulateur une tension 15 électrique. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées cidessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'un exemple de réalisation décrit en détail avec référence aux dessins annexés, mais qui n'est nullement 20 limitatif. Sur ces dessins: Fig.1 est un schéma simplifié d'une installation de freinage pour véhicule selon l'invention; Fig.2 est une vue en perspective avec parties arrachées du simulateur selon l'invention; et Fig.3 est une coupe partielle à plus grande échelle du simulateur. En se reportant à Fig. 1, on peut voir une installation 1 de freinage hydraulique pour véhicule automobile comprenant un système de freinage de service A alimenté en liquide sous pression par une centrale hydraulique 2 à énergie extérieure, et un système de freinage de secours B à énergie 30 musculaire. La centrale hydraulique 2 comprend une pompe 3 entraînée par un moteur 4, de préférence un moteur électrique. La pompe 3 foumrnit du liquide sous pression à une ligne d'alimentation principale 5. L'aspiration de la pompe 3 est reliée par une conduite 6 à un réservoir 7 de liquide hors 35 pression ou bâche. Une électrova]ve EV3 à deux positions "ouvert-fermé" est installée sur la conduite 6. La ligne 5 de liquide sous pression est reliée en parallèle, par des conduites respectives telles que 5a, aux freins de roue tels que 8a. Une électrovalve EV2 à deux positions "ouvert / fermé" est installée sur chaque conduite telle que 5a. L'installation comprend un organe de commande manuelle D, généralement constitué par une pédale de frein 9, et un maître-cylindre 10 dans lequel peut coulisser un piston 11, ou un piston primaire et un piston secondaire non détaillés. La pédale 9 est liée au piston 1 1 par une tige 12 dont une extrémité est articulée sur la pédale. La sortie du maître-cylindre 10 est reliée par une canalisation 13 munie d'une électrovalve EV1 de sécurité, ou d'arrêt, à au moins une conduite Sa de frein de roue 8a. Selon l'exemple de Fig.1 la liaison 13 - Sa s'effectue par l'intermédiaire d'une chambre de simulateur M de sensation de freinage décrit plus loin. Un capteur 14 de la course de la pédale 9 est prévu pour envoyer un signal électrique représentatif du déplacement de la pédale à une borne d'entrée d'un calculateur C. Le capteur 14 permet d'obtenir une information sur l'amplitude du déplacement de la pédale 9 ainsi que sur sa vitesse de déplacement. Un capteur de pression 15 est branché sur la canalisation 13 entre la sortie du maître-cylindre 10 et l'électrovalve EV1 pour fournir un signal électrique représentatif de la pression de sortie du maître-cylindre, envoyé sur une autre entrée du calculateur C. Le simulateur M d'actionnement de frein permet d'opposer à 25 l'avance de la pédale de frein 9 une réaction reflétant le déroulement du freinage lorsque ce dernier est assuré par le système A. Le simulateur M comprend un cylindre 16 avec un alésage 17 de diamètre relativement grand dans lequel peut coulisser la tête 18 d'un piston 19 comportant une tige 20 coaxiale à la tête 18, mais de plus petit 30 diamètre. La tige 20 est guidée dans un logement cylindrique 21 solidaire du corps 16 de simulateur. La tige 20 coulisse de manière étanche dans ce logement 21 grâce à un joint 20a disposé dans une gorge annulaire de la tige. L'extrémité de la tige 20 éloignée de la tête 18 délimite une chambre 35 22 de volume variable reliée par une canalisation 23 directement à la sortie du maître-cylindre 10. 22 de volume variable reliée par une canalisation 23 directement à la sortie du maître-cylindre 10. Le logement 21 est réalisé dans une partie du corps 16 de simulateur qui est isolée électriquement du reste du corps 16 par une 5 couche I, schématiquement représentée. Une haute tension électrique HT peut être appliquée à la tige 20 par une liaison électrique 24 commandée par le calculateur C, tandis que la partie restante du corps 16 de simulateur, séparée par la couche isolante I de la zone du logement 21, est reliée à la masse par une liaison 25. Le guidage de la tige 20 est prévu de telle sorte que la surface cylindrique extérieure de la tête 18 du piston 19 reste à distance de la surface de l'alésage 17 et détermine un espace annulaire h (Fig.3) de dimension radiale réduite. En variante, on peut prévoir une couche isolante sur la paroi de l'alésage 17 afin de permettre un guidage de la tête 18. La différence de potentiel entre la tête 18, qui se trouve à la même tension élevée HT que la tige 20, et la paroi de l'alésage 17 reliée à la masse, crée un champ électrique à orientation essentiellement radiale dans l'espace h. Les lignes équipotentielles, dans une section transversale, sont constituées par des cercles tels que E (Fig.3) dont le centre est situé sur 20 l'axe géométrique du piston 19. La tête de piston 18 comporte sur sa surface extérieure cylindrique des rainures longitudinales 26, à section transversale sensiblement rectangulaire, parallèles aux génératrices du cylindre et régulièrement réparties sur toute la périphérie. L'alésage 17 est divisé, par la tête 18, en 25 deux chambres 27, 28. La chambre 27 est située du côté de la tige 20, les canalisations 13 et 5a étant reliées à cette chambre dans l'exemple de Fig. 1. La chambre 28 est située du côté de la tête 18 opposé à la tige 20. Un ressort de rappel 29 est disposé dans cette chambre 28 entre la tête 18 et le fond de l'alésage 17, une isolation électrique étant prévue au moins à l'une 30 des extrémités du ressort 29 pour maintenir la différence de potentiel entre la tête 18 et le corps 16 du simulateur. L'alésage 17 du simulateur M contient un liquide électrorhéologique L dont la viscosité dépend du champ électrique auquel il est soumis. La viscosité de L est une fonction croissante du champ électrique. 35 Un exemple de liquide électro-rhéologique correspond à la référence LID 3354, ayant une masse volumique de 1460 kg.m L'espace h et les rainures 26 constituent un passage de section réduite entre la tête 18 de piston et l'alésage 17 permettant un écoulement freiné du liquide L d'un côté de la tête 18 à l'autre, lors du déplacement du piston 19 dans l'alésage 17. Selon la variante de réalisation de Fig.1l, toute l'installation de freinage 1 utilise le liquide électro-rhéologique L stocké dans la bâche 7. La ligne principale de sortie de la pompe 3 est reliée à la chambre 28 et, par une dérivation 30, directement à la ligne 5a. La vitesse de rotation du moteur 4 entraînant la pompe 3 est 10 commandée par le calculateur C par l'intermédiaire d'une liaison électrique 31 de préférence selon une commande PMW de telle sorte que la vitesse du moteur 4 augmente avec la vitesse d'enfoncement de la pédale 9, afin d'assurer une augmentation plus rapide de la force de freinage par le système A. Généralement l'installation de freinage est équipée d'un système ABS (anti-blocage des roues) qui comprend, pour chaque frein de roue tel que 8a une électrovalve EV4 à deux positions " ouvert / fermé " disposée sur une conduite 32 reliant le frein de roue 8a (en aval de l'électrovalve EV2) à l'aspiration de la pompe 3, par l'intermédiaire d'un clapet anti20 retour 33. Une capacité basse pression 34 est branchée sur la section de conduite comprise entre l'électrovalve EV4 et le clapet 33. Ceci étant, le fonctionnement de l'installation de freinage est le suivant. Lorsque le système de freinage de service A fonctionne 25 normalement, dès que le conducteur agit sur la pédale de frein 9, l'électrovalve EV 1 se ferme, EV3 s'ouvre et le moteur 4 est mis en marche de sorte que la pompe 3 débite du liquide sous pression. L'électrovalve EV2 est en position ouverte tandis que EV4 reste en position fermée. Le liquide sous pression refoulé du maître-cylindre 10 arrive, par 30 la conduite 23, dans la chambre 22 et agit sur l'extrémité de la tige 20 de petite section. Le piston 19 a donc tendance à se déplacer de la droite vers la gauche selon Fig.l. La résistance à l'avance du piston 19 est créée par l'écoulement freiné de liquide L électro-rhéologique dans l'espace 35 annulaire h et dans les rainures 26 de la tête de piston 18. Cette résistance à l'avancement du piston 18, et donc de la pédale 9 de frein, dépend du champ électrique appliqué entre la surface du piston 18 et la paroi de l'alésage 17 qui l'entoure. La loi de variation de cette tension électrique HT en fonction de l'enfoncement de la pédale 9 est 5 déterminée par le calculateur C, programmé à cet effet. La tension HT augmente avec le degré d'enfoncement de la pédale 9 et avec la vitesse d'enfoncement de cette pédale. Selon le schéma de Fig. l, une fraction du débit de la pompe 5 passe dans l'alésage 17 et une autre fraction va directement à la 10 canalisation 5a par la conduite de dérivation 30. L'écoulement de liquide de la chambre 28 vers la chambre 27 crée une force de rappel sur le piston 18 de la gauche vers la droite de sorte que le ressort de rappel 29 peut avoir des dimensions réduites, de même que la section transversale de la tête 18 et de l'alésage 17 dans lequel il se déplace. Dans le cas o le système ABS intervient par suite d'une détection d'un blocage d'une roue, l'ouverture de la valve EV4 est commandée par le calculateur du système ABS et la capacité 34 commence à se remplir en liquide. Selon une variante de réalisation, la canalisation de dérivation 30 20 serait supprimée et tout le débit de liquide provenant de la pompe 3 traverserait les rainures 26 et l'espace h entre la tête 18 et l'alésage 17. Selon une autre variante, la sortie de la pompe 3 serait reliée uniquement à la valve EV2 par la canalisation 30, et isolée de la chambre 28. Dans une telle variante, le retour du piston rainuré 18 de la gauche vers 25 la droite de Fig. lI devrait être assuré par le ressort 29 seul qui devrait donc avoir des dimensions plus importantes. La section transversale de la tête 18 devrait être aussi plus importante pour créer une résistance suffisante à l'enfoncement de la pédale 9. Jusqu'à présent on a considéré que le liquide de toute l'installation 30 de freinage est un liquide électro-rhéologique L. Selon une variante, la présence de liquide électro-rhéologique pourrait être limitée au simulateur M dont l'alésage 17 ne serait plus relié aux canalisations 13 et 5a, ni à la canalisation 5. Le simulateur M, du point de vue hydraulique, constituerait un système indépendant contenant le 35 liquide électro-rhéologique dans les chambres 27 et 28. La canalisation 13 serait reliée directement à la canalisation Sa tandis que la sortie 5 de la pompe 3 serait reliée par la conduite 30 à la canalisation 5a. Le liquide de l'installation de freinage serait un liquide hydraulique classique qui agirait dans la chambre 22 en restant séparé du liquide électrorhéologique des chambres 27 et 28. En cas de défaillance du système de freinage de service A, le calculateur C commande l'ouverture de l'électrovalve EV1, et le freinage de secours est assuré par le système B; la pression de liquide provenant du maîtrecylindre 10 agit directement dans le frein de roue 8a. Quelle que soit la réalisation, l'invention permet de programmer 10 les modifications de la loi effort / course de la pédale de frein 9 et d'adapter cette loi en fonction du type du véhicule ou même en fonction du conducteur. Pour cela, il suffit d'agir sur la loi de variation de la tension électrique HT programmée dans le calculateur C, sans avoir à modifier les composants de l'installation de freinage. Il est possible de permettre à 15 l'utilisateur de choisir et / ou de modifier la loi de variation, dans des limites qui seraient fixées par construction. REVENDICATIONS 1. Installation de freinage hydraulique pour véhicule comportant, pour actionner des freins de roues: - un système de freinage de service (A) à énergie extérieure; - un système de freinage de secours (B) à énergie musculaire; - un organe de commande manuelle (D) dont l'avance actionne le système de freinage de service (A) ou, en cas de défaillance de ce dernier, le 10 freinage de secours (B); - un maître-cylindre (10) avec au moins un piston (11) dont le déplacement est assuré par l'organe de commande manuelle; - au moins une valve de sécurité (EV1) permettant soit d'isoler le maîtrecylindre (10) des freins de roues (8a) lorsque le freinage de service (A) 15 fonctionne normalement, soit, en cas de défaillance du freinage de service, de relier le maître-cylindre (10) à au moins un frein de roue (8a); - un simulateur (M) de sensation de freinage pour opposer à l'avance de l'organe de commande manuelle (D), lors d'un freinage de service à énergie extérieure, une réaction reflétant le déroulement du freinage, ce simulateur 20 comprenant un cylindre (16) dans lequel peut coulisser un piston de simulateur (19) soumis d'un côté à une pression de liquide de frein provenant du maître-cylindre et, du côté opposé, à une force antagoniste, caractérisée par le fait que - le cylindre (16) du simulateur de sensation contient un liquide électro25 rhéologique (L) dont la viscosité dépend du champ électrique auquel il est soumis - un passage (h) de section réduite est prévu entre piston (19) et cylindre (16) du simulateur pour permettre un écoulement freiné lors du déplacement du piston dans le cylindre du simulateur; - et que des moyens de liaison électrique (24, 25) sont prévus pour appliquer entre le piston (19) et le cylindre (16) du simulateur une tension électrique (HT) qui dépend de la course de la commande manuelle, l'ensemble étant tel que la viscosité du liquide électro-rhéologique augmente avec la course et/ou la vitesse de déplacement de la commande 35 manuelle (D). 2. Installation de freinage selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le piston (19) du simulateur comprend une tête cylindrique (18) de grand diamètre solidaire d'une tige coaxiale (20) de plus petit diamètre maintenue et guidée en coulissement dans un logement (21) de diamètre correspondant, latête (18) du piston coulissant dans un alésage (17) à distance réduite de la paroi de l'alésage et sans contact avec cette paroi. 3. Installation de freinage selon la revendication 2, caractérisée par le fait que la tête (18) du piston du simulateur comporte sur sa surface cylindrique des rainures (26) parallèles aux génératrices. 4. Installation de freinage selon la revendication 2 ou 3, caractérisée par le fait que le piston (19) du simulateur est réalisé en un métal conducteur de l'électricité, de même que la paroi de l'alésage (17) entourant la tête du piston, tandis que la paroi du logement (21), servant de guidage à la tige (20) du piston, est isolée électriquement (I) de la paroi de l'alésage 15 contenant la tête du piston, une haute tension électrique étant appliquée à la tige (20) du piston et à la tête (18), tandis que la paroi de l'alésage est reliée à la masse. 5. Installation de freinage selon l'une des revendications précédentes, 20 caractérisée par le fait que la tension électrique (HT), déterminant le champ électrique auquel est soumis le liquide électro-rhéologique (L), est commandée par un calculateur (C) qui détermine cette tension en fonction de divers paramètres, selon un programme déterminé. 6. Installation de freinage selon la revendication 5, caractérisée par le fait que la tension électrique (HT) est commandée par le calculateur (C) en fonction du déplacement et de la vitesse de déplacement de l'organe de commande manuelle (D), et de la pression du liquide à la sortie du maîtrecylindre (10). 7. Installation de freinage selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée par le fait que le liquide sous pression refoulé par le maître-cylindre (10) est envoyé dans le logement (21) de la tige (20) du piston de simulateur et agit sur l'extrémité de cette tige. 8. Installation de freinage selon l'une des revendications précédentes dans laquelle le système de freinage de service (A) comprend une pompe (3) , propre à débiter du liquide sous une pression dépendant de la course et/ou de la vitesse de déplacement de l'organe de commande manuelle, vers les freins de roues, caractérisée par le fait que la pompe (3) est entraînée par un moteur (4) à courant continu dont la vitesse est commandée par un 5 calculateur (C) en fonction de la course et/ou de la vitesse de déplacement de l'organe de commande (D). 9. Installation de freinage selon l'ensemble des revendications 2 et 8, caractérisée par le fait que le refoulement de la pompe (3) est relié au 10 cylindre (16) de simulateur du côté opposé à la tige (20), tandis que la chambre (22) du cylindre située du côté de la tige est reliée au frein de roue (8a). 10. Installation de freinage selon la revendication 8 ou 9, caractérisée par 15 le fait qu' une conduite (30) relie la sortie de la pompe (3) au frein de roue (8a). 11. Simulateur de sensation de freinage propre à opposer à l'avance d'un organe de commande manuelle (D) une réaction reflétant le déroulement 20 d'un freinage, ce simulateur comprenant un cylindre (16) dans lequel peut coulisser un piston (19) soumis d'un côté à une force dépendant de la pression d'un maître-cylindre (10) et, du côté opposé, à une force antagoniste dépendant de la course et/ou de la vitesse de la commande, caractérisé par le fait que: - le cylindre (16) du simulateur contient un fluide électro-rhéologique (L) dont la viscosité dépend du champ électrique auquel il est soumis; - un passage de section réduite (h) est prévu entre piston et cylindre pour permettre un écoulement freiné de liquide; - et que des moyens de liaison électrique (24, 25) sont prévus pour 30 permettre d'appliquer entre piston et cylindre du simulateur une tension électrique (HT). 12. Simulateur de sensation de freinage selon la revendication 11, caractérisé par le fait que le piston (19) du simulateur comprend une tête 35 cylindrique (18) de grand diamètre solidaire d'une tige coaxiale (20) de plus petit diamètre maintenue et guidée en coulissement dans un logement (21) de diamètre correspondant, la tête (18) du piston coulissant dans un alésage (17) à distance réduite de la paroi de l'alésage et sans contact avec cette paroi, et comportant sur sa surface cylindrique des rainures (26) parallèles aux génératrices.