Brevet FR2864594A1 — publié le 20050701

Domaine de l'invention La présente invention concerne un frein à friction électromécanique autoamplificateur ou à autoamplification comprenant un élément de frein à friction, un corps de frein, une installation d'actionnement électromécanique qui pousse l'élément de frein à friction pour freiner contre le corps de frein et une installation d'autoamplification qui transforme la force de friction exercée par le corps de frein sur l'élément de frein à friction lorsque cet élément est poussé contre le corps de frein, pour transformer cette force de friction en une force d'application qui pousse l'élément de frein à friction contre le corps de frein en plus de la force de poussée exercée par l'installation d'actionnement. Etat de la technique Le document EP-299 593-Al décrit un frein à friction auto-amplificateur, mécanique mais non électromécanique. Ce frein à friction connu est réalisé sous la forme d'un frein à lamelles ayant un certain nombre de disques de frein coaxiaux qui pour freiner, sont poussés par une installation d'actionnement contre un corps de frein lui- même constitué également de plusieurs parties. Les disques de frein peuvent égale-ment être appelés éléments de frein à friction. Dans le cas du frein à friction connu, le corps de frein comporte un boîtier en forme de tambour constituant un réservoir pour un liquide de refroidissement et/ou de lubrification. Par élément de frein à friction et corps de frein on désignera ici de façon générale les éléments d'un frein dont l'un est fixe et l'autre est rotatif, et qui, poussés l'un contre l'autre, font que par la friction, l'élément fixe freine l'élément rotatif. L'installation d'actionnement du frein à friction connu com- porte deux anneaux d'écartement juxtaposés de manière coaxiale entre eux et de manière coaxiale aux deux disques de frein. Les faces frontales en regard des anneaux d'écartement comportent des chemins en forme de rampe recevant des billes comme organe de roulement. Des chemins en forme de rampe s'étendent dans la direction périphérique et leur profon- deur diminue dans les deux directions périphériques; en d'autres termes, les chemins en forme de rampe remontent dans les deux directions péri- phériques. Pour l'actionnement on tourne l'un par rapport à l'autre les anneaux d'écartement de façon que les billes roulent suivant les chemins en forme de rampe. Du fait de la montée des chemins en forme de rampe, les billes écartent ainsi les anneaux d'écartement. Les anneaux d'écartement qui peuvent faire partie du corps de frein, sont poussés contre les deux disques de friction qui sont à leur tour poussés contre d'autres parties du corps de frein et notamment contre le boîtier pour être ainsi freinés. Sous l'effet de la poussée, les disques de frein tournant exercent une force de friction dans le sens de rotation sur les anneaux d'écartement sollicitant les anneaux dans l'installation d'actionnement. Cela se traduit par un couple exercé sur les anneaux d'écartement augmentant leur rotation et ainsi leur force d'écartement et de poussée. Les anneaux d'écartement qui font partie de l'installation d'actionnement constituent en même temps aussi une installation d'auto amplification; cette installation transforme la force de friction exercée par les disques de friction formés des éléments de frein à friction en une force de poussée augmentant ainsi la force de freinage. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet un frein à friction du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que le corps de frein est fixe, et l'élément de frein à friction et l'installation d'autoamplification sont rotatifs de façon qu'au moins des parties de l'installation d'actionnement tournent avec l'élément de frein à friction et l'installation d'autoamplification (46, 48), et l'élément de frein à friction et avec lui l'installation d'autoamplification et l'installation d'actionnement sont freinés par la poussée de l'élément de frein à friction contre le corps de frein. Ainsi à la différence des autres freins à friction, dans le frein à friction selon l'invention, le corps de frein est fixe et le ou les éléments de frein à friction, l'installation d'autoamplification et au moins des parties de l'installation d'actionnement tournent et lors de l'actionnement du frein sont freinés par des poussées relatives du ou des éléments de frein à friction et du corps de frein. Ainsi contrairement aux freins à fric- 3o tion habituels, le corps de frein c'est-à-dire le tambour de frein ou le dis-que de frein ne tourne pas avec la roue du véhicule, mais les éléments de frein à friction (garniture de frein) tournent de même que l'installation d'autoamplification et l'installation d'actionnement, avec la roue du véhicule. L'installation d'actionnement n'a pas à tourner complètement avec la roue du véhicule; elle peut comporter des parties fixes. Selon d'autres caractéristiques avantageuses: - l'installation d'autoamplification est un mécanisme à rampes, - si le corps de frein forme un boîtier pour le frein à friction, le corps de frein est fermé de manière étanche, - le frein à friction contient un agent de lubrification pour l'élément de frein à friction et l'installation d'actionnement électromécanique com- 5 porte une transmission planétaire, - si l'installation d'actionnement électromécanique comporte un moteur électrique, le moteur électrique fonctionne en mode de générateur pour freiner. L'invention a l'avantage que le corps de frein fixe peut être réalisé sous la forme d'un boîtier par exemple sous la forme d'un tambour de frein qui protège les parties mobiles du frein à friction contre la saleté. Le boîtier peut être fermé de manière hermétiquement étanche si bien que les participants au freinage du frein à disque sont soumis pratiquement à des conditions inchangées. En particulier, la variation du niveau de friction entre les participants à la friction est faible car ces éléments ne sont exposés ni à l'eau ni à l'humidité ou à la saleté. Dans le cas de freins autoamplificateurs, cela à l'avantage que l'on puisse avoir une autoamplification plus proche de la limite de freinage sans risquer le blocage par l'augmentation du niveau de friction. Le frein à friction permet une auto amplification plus importante et nécessite une force d'actionnement plus faible. Comme autre avantage de la fermeture hermétique, l'efficacité du frein est par exemple conservée même au passage de l'eau si bien que ce frein à friction convient tout particulièrement pour des véhicules tout-terrain ou des véhicules routiers susceptibles de circuler sur pistes et qui sont de plus en plus choisis (par exemple des véhicules de sport). Un autre avantage d'un corps de frein en forme de boîtier fixe est de pouvoir le refroidir par du liquide en raccordant le frein à friction par exemple au circuit de refroidissement du moteur à combustion interne. Ainsi selon d'autres caractéristiques avantageuses: - l'installation d'actionnement électromécanique comporte un accumulateur d'énergie électrique et le corps de frein comporte des canaux d'agents de refroidissement, - si le frein à friction est un frein de stationnement, le frein à friction comporte une installation d'actionnement commune à la fois pour le 35 frein de fonctionnement et pour le frein de stationnement. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans les dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe partiellement arrachée d'un frein à disque de friction selon l'invention, vu dans la direction radiale; la figure 2 montre un mécanisme de rampe d'une installation d'auto amplification du frein de friction de la figure 1 vu dans la direction de la flèche II de la figure 1. Description d'un mode de réalisation Le frein à friction 10 selon l'invention tel que représenté dans les dessins se compose d'un boîtier 12 en forme de tambour muni d'un couvercle 14. Le boîtier 12 est solidaire notamment en rotation, d'une fusée 16 d'une roue de véhicule, notamment d'une roue avant d'un véhi- cule de tourisme par ailleurs non représentée. Le couvercle 14 est appliqué de manière étanche contre le boîtier 12 avec interposition d'un joint d'étanchéité 18 appliqué contre le moyeu de roue 20, tubulaire. Le boîtier 12 est ainsi fermé de manière hermétique. Le moyeu 20 est monté à rotation de manière habituelle avec des paliers de roue 22 sur la fusée 16. Une jante 24 est vissée au moyeu 20. Le boîtier 12 et son couvercle 14 constituent le corps du frein à friction 10; à la différence d'un frein à tambour classique, le boîtier 12 est solidaire en rotation du couvercle 14 c'est-à-dire qu'il ne tourne pas avec la roue du véhicule ou avec la jante 24. Les parties du frein à friction 10 décrites ensuite sont logées dans le boîtier 12 fermé de manière hermétiquement étanche par le couvercle 14. Dans ces conditions, les parties du frein à friction 20 sont protégées contre l'influence de l'environnement. Cette solution a l'avantage d'assurer une valeur de friction au moins pratiquement constante entre les anneaux de frein 42, 44 et le boîtier 12 ainsi que le couvercle 14 coopérant en friction avec les anneaux de frein 42, 44. Les facteurs qui influencent fortement le niveau de friction tels que la sécheresse, l'humidité et la saleté sont ainsi exclus. Cela est déjà en soi un avantage. Un autre avantage est le niveau constant de friction du fait de l'effet d'auto amplification du frein à friction 10 qui sera dé- crit ultérieurement et dont dépend le niveau de friction. Un rotor 28 comportant un aimant permanent 26 est monté à rotation par l'intermédiaire d'un autre palier 30 sur le moyeu 20 à l'intérieur du boîtier 12. Le rotor 28 coopère avec le stator 32 entourant de façon annulaire le rotor 28 de manière fixe à l'intérieur du boîtier 12. Le rotor 28 et le stator 32 forment un moteur électrique 33 d'une installation d'actionnement électromécanique du frein à friction 10 comme cela sera décrit ensuite. Le moteur électrique 33 est un moteur à arbre creux sans que cette solution ne soit indispensable. Pour économiser de l'encombre-ment radial, le moteur électrique 33 peut être installé de manière décalée latéralement par rapport au palier de roue 22 et avoir ainsi un diamètre plus petit (cette solution n'est pas représentée). Le rotor 28 comporte une couronne dentée constituant la io roue solaire 34 d'une transmission planétaire faisant partie de l'installation d'actionnement électromécanique du frein à friction 10. La roue solaire 34 engraine avec les satellites 36 montés à rotation sur un porte satellite 38. Les satellites 36 engrainent avec une couronne 39 constituée par la tenture intérieure d'une plaque de support 40. La plaque de support 40 fait corps avec le moyeu 20 et vient en saillie dans un plan radial du moyeu 20. Les satellites 36 sont situés entre la plaque de support 40 et le porte satellite 38. La plaque de support 40 et le porte satellite 38 sont munis chacun d'un anneau de frein 42, 44 relié solidairement en rotation res- pectivement à la plaque de support 40 et au porte satellite 38. Les anneaux de frein 42, 44 viennent radialement en saillie à partir de la plaque de support 40 ou du porte satellite 38. Entre les anneaux de frein 42, 44, il subsiste un intervalle axial. Les cotés extérieurs opposés des anneaux de frein 42, 44 sont tournés vers le boîtier 12 ou le couvercle 14; un in- tervalle d'air subsiste entre les anneaux de frein 42, 44 et le boîtier 12 ou le couvercle 14. Des éléments de ressort 46 tirent les anneaux de frein 42, 44 l'un vers l'autre et lorsque le frein à friction 10 n'est pas actionné, ces éléments de frein maintiennent les anneaux de frein écartés du corps de frein constitués par le boîtier 12 et le couvercle 14. Les anneaux de frein 42, 44 forment les éléments de frein à friction qui sont écartés axialement pour freiner et sont poussés de l'intérieur contre le corps de frein formé par le boîtier 12 et son couvercle 14. La roue solaire 34, le porte satellite 38, les satellites 36 et la couronne 39 de la transmission planétaire constituent une transmission planétaire à un étage pour l'installation d'actionnement du frein à friction 10. En principe on peut également avoir une transmission planétaire à plusieurs étages. Dans le cas d'une autre transmission qu'une transmis- sion planétaire il faut éviter tout balourd par rapport à la fusée 16 car la transmission tourne avec la jante 24. Les faces intérieures tournées l'une vers l'autre des anneaux de frein 42, 44 comportent des rampes 48 auxquelles sont associés des organes de roulement cylindriques 46. La forme cylindrique des organes de roulement 46 n'est pas indispensable; ces organes de roulement peuvent également être des billes (cette solution n'est pas représentée). Les organes de roulement 46 roulent sur les rampes 48 représentées à la figure 2. La figure 2 est en effet une vue radiale en direction de la fusée 16, de l'extérieur sur les anneaux de frein 42, 44, sur les rampes 48 et sur la face frontale de l'un des organes de roulement cylindriques 46. Des surfaces périphériques arrondies des anneaux de frein 42, 44 apparaissant à la figure 2 et les rampes 48 sont présentés développés dans un plan. Les rampes 48 suivent la direction périphérique ou la direction de rotation des anneaux de frein 42, 44. Les rampes 48 remontent à partir de la position de sortie des organes de roulement 46 représentés à la figure 2 c'est-à-dire que leur intervalle diminue. La montée des rampes 48 est tout d'abord importante et diminue à mesure que l'on s'éloigne de la position de sortie des organes de roulement 46. C'est pourquoi au début de l'actionnement du frein on a un mouvement de rapprochement important et à la fin de l'actionnement de frein, il y a une forte auto amplification. Les rampes 48 des deux anneaux de frein 42, 44 sont symétriques par rapport à l'axe géométrique des organes de roulement 46: leur pente et leur tracés différent dans les deux direction de sorte que l'autoamplification sera de niveau différent pour la marche avant et la marche arrière. Pour réaliser le frein de friction 10 comme frein d'arrêt ou de stationnement, les rampes 48 prévues dans les freins pour la marche arrière comportent des cavités en forme d'auge 50. Les organes de roule-ment 46 sont répartis à la périphérie des anneaux de frein 42, 44; une cage d'organes de roulement 52 maintient l'écartement des organes de roulement 46. La cage 52 est une pièce en tôle comparable à la cage d'un roulement à billes. Les rampes 48 se répètent pour chaque organe de roulement 46; à la figure 2, à droite en haut, on a une cavité 50 correspondant à l'extrémité d'une rampe 48 qui n'apparaît plus à la figure 2 pour l'organe de roulement 46 suivant dans la direction périphérique, cet organe de roulement n'étant pas non représenté. Les rampes 48 et les organes de roulement 46 forment une installation d'auto amplification du frein à friction 10. Le boîtier 12 comporte un appareil de commande électronique 55 pour commander ou réguler la force de freinage du frein à friction 10. L'appareil de commande électronique 55 est raccordé au réseau électrique de bord du véhicule non représenté équipé du frein à friction 10. En outre l'appareil de commande électronique 55 comporte son propre accumulateur d'énergie par exemple sous la forme d'un accu ou d'un condensateur pour pouvoir actionner le frein à friction 10 indépendamment du réseau de bord du véhicule. Au niveau des anneaux de frein 42, 44, le boîtier 12 et le io couvercle 14 comportent des canaux d'agents de refroidissement 54, 56 pour les canaux d'agents de refroidissement 54, 56 sont des chambres creuses en forme d'anneaux de cercle à section rectangulaire aplatie. Pour le freinage, les anneaux de frein 42, 44 sont poussés contre les parois en regard des canaux et agents de refroidissement 54, 56. Les conduites de branchement 58 permettent de relier les canaux d'agent de refroidisse- ment 54, 56 à un circuit d'agents de refroidissement du moteur à combustion interne du véhicule non représenté. Outre la possibilité de refroidir le frein à friction 10, le branchement sur le circuit d'agents de refroidissement du véhicule a également l'avantage d'utiliser la chaleur dégagée par les freins à friction 10 pour chauffer le véhicule. La chaleur de friction des freins est habituellement plus rapidement disponible lors du démarrage matinal d'un véhicule que la chaleur dégagée par le moteur. De plus, dans le cas des moteurs diesel actuels à injection directe, la chaleur du moteur peut ne pas être suffisante pour chauffer l'habitacle. La possibilité de refroidir les freins à friction 10 a également l'avantage d'éviter l'atténuation de leur effet de freinage en cas de trop fort réchauffement du frein à disque. De plus, on évite également la surchauffe de l'agent de lubrification dans le boîtier 12. L'étanchéité hermétique du boîtier 12 permet un remplis- sage (partiel) avec un agent lubrifiant. L'agent lubrifiant dans le boîtier 12 qui mouille les anneaux de frein 42, 44 et les parois des canaux d'agents de refroidissement 54, 56 coopérant avec ces anneaux a l'avantage de réduire l'usure et de réaliser un frein à vis dont les anneaux de frein 42, 44 n'ont pas à être remplacés. On évite également les réglages liés à l'usure. Un autre avantage important d'une lubrification des anneaux de frein 42, 44 et des parois des canaux d'agents lubrifiants 54, 56 coopérant avec les anneaux est de minimiser les variations du niveau de friction. Cela permet de choisir une auto amplification du frein à friction 10 proche de la limite de blocage c'est-à-dire un effet d'auto amplification important pour que les forces d'actionnement que doit fournir l'installation d'actionnement soient faibles. En outre l'encapsulage du frein à friction 10 par le boîtier 12 étanche de manière hermétique et le cas échéant en liaison avec le remplissage d'agents lubrifiants réduit le bruit dégagé. Pour avoir une durée de vie longue des anneaux de frein 42, 44 et des parois des canaux d'agents de refroidissement 54, 56 coopérant avec ces anneaux de frein, on peut réaliser des anneaux de frein par exemple en acier traité et le boîtier 12 et son couvercle 14 en une fonte d'aluminium avec des inserts de particules en céramique (20 % de carbure de silicium, par exemple Al - Mmc). On peut également revêtir les surfaces de friction avec une matière résistant à la friction par exemple une céramique. Un capteur 58 solidaire du boîtier et un générateur d'impulsion 60 installé sur le rotor 28 (par exemple une couronne dentée) permettent de déterminer la vitesse de rotation et en particulier l'angle de rotation de la roue solaire 34 par rapport au moyeu de roue 20. Le frein à friction décrit ci-dessus fonctionne comme suit: Lorsque le frein à friction 10 n'est pas actionné, la jante 24 tourne avec le moyeu 20 monté à rotation sur la fusée 16. La plaque de support 40 et la transmission planétaire 34, 36, 38, 39 tourne avec le moyeu 20. La transmission planétaire 34, 36, 38, 39 ne tourne pas d'elle-même c'est-àdire que les pignons 34, 36, 39 et le porte satellite 38 de la transmission planétaire 34, 36, 38, 39 ne bougent pas les uns par rapport aux autres. Pour actionner le frein à friction 10, on retarde le rotor 28 avec la roue solaire 34. Pour cela on fait fonctionner le moteur électrique 26, 32 comme générateur c'est-à-dire que le frein à friction 10 ne demande pas de l'énergie mais en fournit. Cette énergie est stockée dans l'accumulateur d'énergie de l'appareil de commande électronique 55. Ce n'est qu'aux faibles vitesses de rotation que le couple du moteur électrique 26, 32 fonctionnant comme générateur ne suffit pas et dans ce cas il faut alimenter le moteur électrique 26, 32. Pour cela et en cas de défaillance de l'alimentation extérieure, on utilise l'accumulateur d'énergie de l'appareil de commande électronique 55. La décélération ou freinage du rotor 28 et de la roue solaire 34 entraîne la transmission planétaire 34, 36, 38, 39 qui tourne ainsi les anneaux de frein 42, 44 l'un par rapport à l'autre. Cette rotation respec- tive des anneaux de frein 42, 44 fait tourner ou déplace les rampes 48 des anneaux de frein 42, 44 l'une par rapport à l'autre. Les organes de roule-ment 46 roulent ainsi sur les rampes 48 et du fait de la pente des rampes 48 ils écartent les anneaux de frein 42, 44 contre les parois en regard des canaux d'agents de refroidissement 54, 56 du boîtier 12 et du couvercle 14. Comme le boîtier 12 et le couvercle 14 sont fixes, cela freine les anneaux de frein 42, 44. Par l'intermédiaire de la plaque de support 40 et de la transmission planétaire 34, 36, 38, 39, les anneaux de frein 42, 44 freinent le moyeu 20 et la jante 24 vissée sur le moyeu 20. Les parois des canaux fixes d'agents de refroidissement 54, 56 exercent une force de friction sur les anneaux de frein 42, 44 en rotation qui amplifient la rotation des anneaux de frein 42, 44 l'un par rapport à l'autre. Cela amplifie la poussée des anneaux de frein 42, 44 contre les parois des canaux d'agents de refroidissement 54, 56 et ainsi la force de freinage du frein à friction 10 correspondant à un effet d'auto amplification du frein à friction 10. Les rampes 48 sont conçues pour que leur flanc long et à pente faible produisent la plus forte auto amplification pour la marche avant et que les flancs courts des rampes 48 s'utilisent pour la marche arrière. Les cavités 50 sont prévues aux extrémités des flancs courts des rampes 48 utilisées pour la marche arrière. La rotation des anneaux de friction 42, 44 dans le sens de rotation souhaité produisant l'auto amplification réciproque, s'établit ainsi automatiquement par la rotation de la jante 24 lorsque le moteur électrique 26, 32 fonctionne comme générateur. Pour la fonction de frein de stationnement (train de blocage) on fait tourner les anneaux de frein 42, 44 l'un par rapport à l'autre jus-qu'à ce que les organes de roulement 46 arrivent dans les cavités 50 (s'encliquètent). Le frein à friction 10 se maintient ainsi de lui-même sans alimentation à l'état bloqué. Les installations d'actionnement actionnent le frein à friction 10 à la fois comme frein de fonctionnement et comme frein de stationnement ce qui rend superflu tout autre frein de stationnement. 2864594 io REVENDICATIONS 1 ) Frein à friction électromécanique à autoamplification comprenant un élément de frein à friction, un corps de frein, une installation d'actionnement électromécanique qui pousse l'élément de frein à friction pour freiner contre le corps de frein et une installation d'autoamplification qui transforme la force de friction exercée par le corps de frein sur l'élément de frein à friction lorsque cet élément est poussé contre le corps de frein, pour transformer cette force de friction en une force d'application qui pousse l'élément de frein à friction contre le corps de frein en plus de la force de poussée exercée par l'installation d'actionnement, caractérisé en ce que le corps de frein (12, 14, 54, 56) est fixe, et l'élément de frein à friction (42, 44) et l'installation d'autoamplification (46, 48) sont rotatifs de façon qu'au moins des parties de l'installation d'actionnement (26, 34, 36, 38) tournent avec l'élément de frein à friction (42, 44) et l'installation d'autoamplification (46, 48), et l'élément de frein à friction (42, 44) et avec lui l'installation d'autoamplification (46, 48) et l'installation d'actionnement (26, 34, 36, 38) sont freinés par la poussée de l'élément de frein à friction (42, 44) contre le corps de frein (12, 14, 54, 56). 2 ) Frein à friction électromécanique autoamplificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'installation d'autoamplification (46, 48) est un mécanisme à rampes. 3 ) Frein à friction électromécanique autoamplificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps de frein (12, 14, 54, 56) forme un boîtier pour le frein à friction (10). 4 ) Frein à friction électromécanique autoamplificateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le corps de frein (12, 14, 54, 56) est fermé de manière étanche. 5 ) Frein à friction électromécanique autoamplificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le frein à friction (10) contient un agent de lubrification pour l'élément de 5 frein à friction (42, 44). 6 ) Frein à friction électromécanique autoamplificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'installation d'actionnement électromécanique (26, 32, 34, 36, 38) comporte une transmission planétaire (34, 36, 38). 7 ) Frein à friction électromécanique autoamplificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'installation d'actionnement électromécanique (26, 32, 34, 36, 38) comporte un moteur électrique (33). 8 ) Frein à friction électromécanique autoamplificateur selon la revendica-20 tion 7, caractérisé en ce que le moteur électrique (33) fonctionne en mode de générateur pour freiner. 9 ) Frein à friction électromécanique autoamplificateur selon la revendica-25 tion 1, caractérisé en ce que l'installation d'actionnement électromécanique (26, 32, 34, 36, 38) comporte un accumulateur d'énergie électrique (55). 10 ) Frein à friction électromécanique autoamplificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps de frein (12, 14, 54, 56) comporte des canaux d'agents de refroidissement (54, 56). 11 ) Frein à friction électromécanique autoamplificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le frein à friction (10) est un frein de stationnement. 12 ) Frein à friction électromécanique autoamplificateur selon la revendication 11, caractérisé en ce que le frein à friction (10) comporte une installation d'actionnement commune (26, 32, 34, 36, 38) à la fois pour le frein de fonctionnement et pour le frein de stationnement. lo