Brevet FR2869281A1 — publié le 20051028

PAGE 1 La présente invention -concerne un dispositif apportant une amélioration importante au freinage des vehicules roulants voitures automobiles, camions, semi-remorques autocars aéronéfs en phase d'atterissage locomotives et wagons de chemin de fer Cette invention fait appel à la definition générale du freinagge qui peut se résumer dans la transformation de 1-ténergie cinétique en chaleur par les frotteménts engendrés dans 10le véhicule par les freins à tambour ou les freins à disque par les résistances à l'avancement des supports de roulement sur la surface de roulement, 1S ( exemple: adherence des pneumatiques sur le sol) L'invention est donc un dispositif augmentant les résistances à l'avancement, en agissant sur les deux composantes 2a freinage par des tàmbours de freins - freinage par résistance 'au roulement Le dispositif consiste en un chassis conçu à cet effet pouvant être independant du vehicule avec un montage " en option " possible. 2 Les dessins en annexe illustrent le dispositif d'aide au freinage. Planche 1 Le dispositif consiste en: un chassis specialement conçu (1). quatre rouleaux canneles creux ayant (2). à,-l'intérieur des segments de freinage FIG: 2 une chenille crantée portant les accessoires (5) spéciaux d'adhérence: paves de gomme tendre et pavés de gomme tendre en forme de ventouse (4).e.t(5) FIG: 1 PAGE 2, Description du chassis Planche 2 FIG Le chassis(1) peut être fabriqué en acier comme la plateforme du véhicule par exemple; il peut avoir la S forme en X, portant à chaque branche J. rouleau cannelé (2) ainsi qù'un: tendeur={6)-. -cannelé,= â ressort pour la bonne tension de la chenillle (3) de chaque côté du chassis. Le chassis porte au centre lès supports des vérins telescopiques. ('7),. Les verins telescopiques -FIG 4 (8) seront à double effet pour abaisser le chassis porte chenille vesr le sol et le relever vers la plateforme du vehicule une fois l'action terminée. Les vérins pourront être des vérins telescopiques à 3 tiges pour diminuer l'encombrement. Les vérins seront équipés d'un capteur de distance afin d'appliquer la chenille exactement sur le sol. Les vérins sont commandés par une centrale hydraulique (9.), qui commande l'electrovanne de pression d'huile pour les zo vérins. Cette centrale ydtaulique est indépendante du systeme hydraulique ou pneumatique du véhicule: elle est entrainée par un moteur, ( compatible avec la batterie du vehicule) Les supports des vérins sur le chassis seront fabriqués avec une suspension à ressort - ( pour diminuer sur la plateforme l'impact lors du freinage supplémentaire) La base des vérins, telescopiques\et la centrale hydraulique avec son moteur, sont boulonnées sur la plateforme du véhicule (la). PAGE 3 Description des rouleaux cannelés PL.àcBE 10 1.3,2o Les rouleaux cannelés sont en acier. FIGURE Ils snnt'creux afin'de loger les larges bandes segments de freins. (2) Les bandes de freins agissent comme les segments de freins dans un classique frein à tambour. (11) Cependant ces bandes de freins seront maintenues mécaniquement par des ressorts. (12) Une commande par cylindre hydraulique compliquerait l'ensemble -. Les ressorts seront soigneusement réglés en usine pour éviter tout blocage des rouleaux porte chenille, et assurer un freinage maximum des rouleaux. Les rouleaux cannelés sont fixés sur le chassis(1); par une suspension à ressort et amortisseur pour (3) une tres bonne adherence de la chenille sur le sol. FIGURE -6- Description de la chenille PLANCHE 14 - FIGURE 7 La chenille peut être formée par une large (3) courroie de transmission crantée pour eviter tout glissement sur les rouleaux cannelés. (2) La chenille peut être également formée par une chaine à maillons se développant sur des poulies creuses à dentures.- selon le poids du véhicule à freiner -. PLANC._ 5 FIGURE -ô- Les chenilles sont nécessaires pour assurer une large surface de frottement et en meme temps pour -.procurer une grande flexilbili é selon les irrégularités su sol. 3,J Les chenilles ont également le môle primordial de porter les pavés de caoutchouc et les ventouses. de P AGF; Description de la chenille Figure -9- PLANCHE 5 Les pavés sont des blocs de caoutchouc en gomme tres etendre afin d'assurer une adhérence et un frottement maximum sur le sol. Il servent egalement à supporter le poids de la chenille.(4) Ils seront legement stries en surface pour assurer eventuellement un bon ecoulement de l'eau par lotemps de pluie. Ils sont de la largeur de la chenille. Ils sont fixés sur la bande de la chenille par une glissière venant s'engager dans une rainure portée par la chenille. FIG _.(14) UnÉ boulon fixé sur.porte rainure sert à maintenir 4$les pavés. (15) Les pavés en forme de ventouse (5).sont une composante essentielle du systeme. PLANCHE 6 En effet les ventouses appliquées sur le sol vont assurer. une adhérence maximum et donc une tres grande résistance au roulement. Les pavés en forme de ventouses sont fixés sur la chenille comme les autres paves, selon le meme principe de glissiere et rainure, mais leur support sera différent, en forme de,jante pour pneu tubeless. FIG:-11- En effet, les paves - ventouses sont fabriqués comme des pneus tubeless:parceque les ventouses doivent etre.gonflées - avec une basse pression d'air compriméafinÉde reprendre leur forme initiale aprés avoir FIG -12- étéÉ écrasées sur le sol. FIG-13- Les ventouses seront gonflées à l'aide de valves (16) comme un pneumatique. La gomme des ventouses sera une gomme tres tendre pour assurer la meilleure adhérence -(5' ) en forme " ventouse " . PAGE 5 Aprés la description des composants formant la présente invention les PLANCHL 7 PLANCHE 8 donnent; une idée génerale de la conception de la chenille SS à ventouses gonflées par air comprimé. PLANCHE 7 FIG- 14 Le chassis porte chenille ( 1) est supporté par les verins telescopiques hydrauliques (8) Le chassis porte les tambours cannelés (2) creux fia supportant la chenille (3) et contenant les segments de bande de:freinage PLANCHE 8 FIG -15- La planche 8 FIG 15 montre la totalité de l'appareil de freinage avec les paves de gomme tendre,(4) et les paves de gomme tendre en ventouses (,5) gonflées par air comprimé. Les pavés ventouses sont écrasés sur le sol (51) et l'air comprimé intérieur les remet sous la forme initiale (5) to L'appareil de freinage est fixé a la plateforme du véhicule (10) par les boulons des vérins (8) PAGE 6 Distances d'arrêt pour un véhicule- DOCUMENTATION- Les valeurs maximales en décélaration maximales sont atteintes lorsque les forces de reinage sont si élevées que les roues adherent tout justèà:- la,chaussée: adhérence maximale S pneu /route. Les valeurs qui peuvent être atteintes sont inférieures car toutes les roues n'utilisent pas simultanément l'adhérence maximale possible à chaque decélération. Des systemes electroniques de régulation au freinage et de la stabilité directionnelle ( AB S - ASR - ESP) 4oassurent la modulation dans la zone des forces maximales transmissibles Document: Contrôle dynamique de:trajectoire. ESP Page i8- 6ollection BOSCH- Janvier 2001- Le tableau suivant donne la distance d'arrêt moyenne 4s d'un vehicule, pour un temps mort de 1 seconde Les décélerations indiquées correspondent au coefficient d'adhérence pneu / route: Déceleration m/s 9 = maximum, (temps sec,pneux neufs) Déceleration m/s 4,4= médiocre ( temps de pluie) %Q Déceleration m/s 7 = bonne ( temps sec, pneus bons) Pour notre exemple, et pour la courbe Planche 9 nous prenons décéleration 7. Tableau 6 Distance d'arrêt sh pour un temps mort de 1 s. Décéléra- Vitesse du véhicule v avant freinage en kmlh tion a en mis 30 50 60 70 80 90 100 120 140 160 180 200 Distance parcourue pendant le temps mort tu de 1 s (sans freinage) en m 2,8 8,3 14 17 19 22 25 28 33 39 44 50 56 Distance d'arrêt Sh en m 4,4 3,7 16 36 48 62 78 96 115 160 210 270 335 405 3,5 15 33 44 57 71 87 105 145 190 240 300 365 5,8 3,4 14 30 40 52 65 79 94 130 170 215 265 320 7 3,3 13 28 36 46 57 70 83 110 145 185 230 275 8 3,3 13 26 34 43 53 S4 76 105 135 170 205 250 9 3,2 12 25 32 40 50..0 71 95 125 155 190 225 46 4,* PAGÉ Fonctionnement du système proposé par l'invention Tout d'abord le vehicule à freiner doit être équipé de l'infrastructure necessaire a supporter le poids du vehicule. Le chassis de freinage proposé ne servira en aucun cas au support du vehicule mais uniquement comme supplement de freinage. systeme anti blocage des roues au freinage car il ne servirait à rien de freiner un véhicule aux roues bloquées, systeme dynamique de trajectoire en effet la mise-én oeuvre rapide du- systeme:de _freinage de l'invention ne doit pas avoir d'influence sur la trajectoire du vehicule. systeme de calcul de la distance d'obstacle ces différents systemes d'aide à la conduite sont en principe disponibles sur tous vehicules depuis environ l'an 2.000. . prenant un exemple courant: ( jante de 14") Sur une jante de diametre 355 mm, le tambour de frein a un diametre de 230 à 240 mm, le segment de frein aura une largeur d'environ 50 mm. La capacité de freinage _:du' _véhicule. -sera Kl x 240 x 50 x 4( 4 roues) = K 1x'48000 Par les rouleaux canneles de la chenille, ayant les bandes de freinage, nous pourrions avoir pour des rouleaux de diametre 200mm avec segments de freins de 60 mm K1 x 200 x 60 x 4 = K1 x 48000 Le véhicule à freiner sera équipé des aides à la conduite' : le En 25 PAGE concernant la capacité de freinage l'appareil de cette invention double la capacité mécanique de ce véhicule. Concernant l'adherence et la résistance à l'avancement, sur un véhicule, la surface d'appui des pneumatiques est de 300 cm2 par roue, soit pour 4 roues, 1200 cm2 l'adhérence sera de Al x 1200 Pour 1' appareil de cette' invention, en ayant des rouleaux canneles de largeur 30cffi chacun,( avec le diametre de 200 mm) et Une longueur de chenille de 40cm pour deux chenilles, l'adherence sera de: A2 x 30 x 40x 2 = 2400 La chenille a une force d'adherence au minimum double de celle des pneumatiques- en effet par suite des paves- ventouses et'des paves a gomme tendre, nous aurons: A2 plus grand que Al Au minimum.1a capacifi de freinage avec l'aide ce cette invention sera plus que doublée et la distance d'arrêt diminuée par au moins 2 fois. En utilisant le tableau des distances de freinage 2c-moyennes des véhicules - collection BOSCH - an tenant toujours compte d'un temps de réaction de 1 seconde, PLANCHE 9 - -FIG-16 A 120 Km/H,un véhicule par temps sec ( coefficient 7) s'arrêtera en 110 metres. S'il y a un obstacle inattendu à;80 metres le véhicule ne pourra éviter l'accident. Avec l'utilisation de la chenille a ventouses, et tenant compte d'un temps de réation de 1 sec, la décéleration étant pratiquement doublée go la distance de freinage pourrait etre de (65) métres. en évitant l'accident. 2869281. Mise en action de l'appareil de la présente invention La mise en action de l'appreil peut être faite soit par le conducteur à l'aide d'un bouton sur le volant par exemple soit automatiquement. -g Ce bouton met en action 1.'electrovanne de la centrale hydraulique commandant les verins de descente du chassis à chenille. Dans. le mode automatique, le vehicule devra être équipé de radar de distance vehicule obstacle, d'un logiciel Rode comparaison de la distance d'arret du vehicule à la vitesse - et de la distance d'arrêt du vehicule equipé de l'invention. - Ceci par temps sec ou temps de pluie. Le logiciel sera egalement-equipé d'un detecteur de pluie. La comparaison de ces distances d'arrêt permettra au module de mettre en ooeuvre ou non le chassis à chenilles. Ces capteurs et ces modules electroniques peuvent être facilement obtenus. Possibilite du montage du chassis à chenilles sur un vehicule: Le chassis avec les rouleaux canneles et les chenilles est monté en usine. Sur la plateforme du vehicule, devront être boulonnes les vérins hydrauliques, et le moteur de commande de la centrale hydraulique de commande des verins,, qui sera relié au module du logiciel de contrôle. 11 serait donc facile de monter ce chassis en "option" 15,AGE 10 Applications de la présente invention: La présente invention peut s'appliquer à tous les 'vehicules roulants.., et aéronefs. Par exemple voitures particuliéres camions-autocars- semi-remorques etc.. Une application intéressante sera sur les serai remorque et les autocars. En effet, surtout par temps de pluie et charge maximale le freinage peut se réveler insuffisant et 40 c'est l'accident. Bans le cas des semi-remorques;; la présente invention pourra permettre un arrêt d'urgence sans risque d'avoir un.convoi en portefeuiile: en effet le chassis de freinage sera placé pres des roues de la 4s remorque et ce sera la remorque qui retiendra le tracteur: elle ne pourra pas passer devant le tracteur. Bien entendu tous ces véhicules devront être equipés des aides éléctroniques à la conduite: antiblocage des roues, contrôle dynamique de direction, controle de distance d'obstacle Application de la présente inventions aux Aéronefs. Un aéronef en phase d'atterrissage est un véhicule roulant soumis aux mêmes lois de freinage qu'un autre véhicule. Bien entendu le train d'atterrissage a la fonction dde 2S supporter l'aéronef et de le freiner par les tambours de roues. Cependant il y a une difficulté à concilier les qualités des pneumatiques: ils doivent être assez durs pour ne pas s'opposer au roulement lors du décollage et doivent présenter une bonne adhérence pour un bon freinage à l'atterrissage. - . L'appareil proposé par la présente invention ajoutant. un. freinage supplémentaire permettra une distance d'arrêt moins importante en cas de piste trop courte, où dans - PAGE 11 -des circonstances particulières, pluie, obstacle Ce freinage supplémentaire permettra d'eviter un accident éventuel. Nous répétons que c'est le train d'atterrissage.(17) 5 Plânche; ÉlO.; ..F G= qui supporte ltaéronef. Il sera donc possible d'etudier un appareil de freinage à ventouses assez leger (18). La chenille de freinage supplémentaire (18) sera obligatoirement du type rentré FIC -18- comme un train escamotable. En effet l'adherence trop grande qui est la destination de la chenille empecherait l'appareil de décoller. Le vérin telescopique portant la chenille de freinage (19) sera fixé sur une jambe de force qui pivotera -(2o) {s comme un train escamotable. La centrale hydraulique (2à) sera fixée sur l'aéronef et sera reliée au chassis de freinage par un tube flexible armé. La réalisation de cette chenille de freinage escamotable, ressemblant à la réalisation classique d'un train d'atterrissage escamotable type " diabolo " pourrait être simple. Cependant l'aéronef devra être équipé des>.systemes electroniques actuels d'aide au freinage ( antiblocage des roues du train d'atterrissage b. detecteur de position sur les ailes, détecteur d'obstacle, logiciel des viteeses de freinage.) Application dans le cas des locomotives et wagons. Dans ce cas les pavés de gomme seront équipés de picots entrant dans le ballast. les ventouses - -gonflées à l'air comprimé assureraient une bonne adherencesur le ballast, la forme de chenille entrainant l'adherence sur les irregularités,du ballast. PAGE. 12 REVENDICATIONS 1) Appareil destiné à réduire notablement les distances de freinage des véhicules roulants tels que: voitures, camions, autocars, semi-remorques, aéronefs en phase d'atterrissage, wagons et locomotives, caractérisé en ce qu'il comporte un chassis (1) relié à la structure du véhicule (10) par des vérins télescopiques (8), et portant des rouleaux creux (2) entrainant une chenille(3) qui porte des pavés de gomme tendre (4) et des ventouses (5) qui appuyés sur le sol assurent une tres grande adhérence. 2) Appareil selon la revendication 1, caractérisé par lâl'emploi de vérins télescopiques(8) à double effet pour descendre et monter le chassis porte chenille (1) et à l'appuyer sur le sol. 3) Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des rouleaux creux (2) entrainant la chenille (3) et contenant à l'intérieur des segments de garniture de freins 1(11) servant à ralentir la rotation 'des rouleaux et ralentir le mouvement de la chenille ( 3) 4) Appareil selon les revendications 1, 2, 3, caractérisé en ce que la chenille (3) porte sur toute sa largeur des pavés de gomme tendre (4) , et des ventouses( 5) qui 94 appuyés sur le sol permettent une très grande adhérence. 5) Appareil selon les revendications 1, 2, 3, 4, caractérisé en ce que les ventouses (5) sont réalisées comme des pneumatiques tubeless, en forme de ventouse, gonflées en air comprimé par des valves (16) et qui appuyées sur le sol provoquent par effet de ventouse une très grande adhérence. 6) Appareil selon la revendication 1 et les suivantes caractérisé par la possibilité d'être monté en usine, independamment du véhicule, pour être ensuite relié à la structure (10) du véhicule par la fixation des vérins iatéléscopiques (8) sur la structure (10) .