Brevet FR2860849A1 — publié le 20050415

Domaine de l'invention La présente invention concerne un frein de roue de véhicule automobile comportant une garniture de frein et une installation d'actionnement permettant de presser la garniture de frein contre un organe à freiner. Etat de la technique Dans le domaine des véhicules de tourisme et des motocyclettes on utilise actuellement des freins de roue hydrauliques souvent des freins à disque. L'expression hydraulique signifie que les freins lo de roue sont équipés d'un actionneur hydraulique comportant un vérin qui pousse une garniture de frein contre un organe à freiner, cet organe étant relié solidairement en rotation à la roue du véhicule. Dans le cas d'un frein à disque, l'organe à freiner est un disque de frein. Les freins de roue hydrauliques sont connus de manière habituelle des spécialis- tes et ne nécessitent pas de description détaillée. Les véhicules utilitaires tels que les camions utilisent des freins de roue à commande par air comprimé. Ces types de freins sont également connus des spécialistes et ne nécessitent pas de description détaillée. Les freins de roue hydraulique et pneumatique seront appelés freins de roue à commande par un fluide sous pression dans la catégorie concernée par la présente invention. Récemment, on a développé des actionneurs électromécaniques c'est-à-dire des freins équipés d'actionneurs électromécaniques. Un exemple d'un tel frein est décrit dans le document WO 96/03 301. Les freins de roue électromécaniques connus se composent d'un moteur électrique et d'un entraînement par broches constituant une transmission de conversion en rotation/ translation; le moteur électrique et l'entraînement par broches sont reliés par une transmission planétaire constituant un réducteur. L'entraînement par broches transforme le mouvement d'entraînement de rotation du moteur électrique en un mouvement de translation pour presser la garniture de frein contre l'organe à freiner. Le moteur électrique, la transmission de conversion en rotation/translation et le cas échéant le réducteur forment l'actionneur électromécanique du frein de roue. Les freins de roue à commande électromécanique et par fluide sous pression peuvent être des freins à disque ou des freins à tambour et de façon générale n'importe quelle forme de frein. Exposé et avantage de l'invention La présente invention concerne un frein de roue du type défini ci-dessus caractérisé en ce que le frein de roue comporte un actionneur électromécanique et un actionneur par un fluide sous pression pour presser la garniture de frein contre l'organe à freiner et les actionneurs sont redondants. Dans le frein de roue selon l'invention, les deux actionneurs sont redondants, ce qui signifie que la garniture de frein peut être poussée pour freiner soit par l'actionneur électromécanique soit par l'actionneur par fluide sous pression ou par les deux actionneurs contre l'organe à freiner. Le frein de roue selon l'invention a l'avantage d'une grande disponibilité en cas de défaillance de l'un des deux actionneurs on pourra toujours freiner avec l'autre actionneur. Suivant la conception et la construction des freins de roue, chacun des deux actionneurs peut exercer toute la force de freinage ou l'un des deux actionneurs gé- nère une force de freinage réduite et permet dans tous les cas de freiner si l'un des deux actionneurs est défaillant. Par rapport à un actionneur purement électromécanique, cette solution a l'avantage de ne pas poser des conditions trop strictes à l'alimentation en énergie électrique comme par exemple la présence d'une seconde batterie et d'un réseau électri- que de bord fournissant une tension électrique élevée. Suivant une autre caractéristique avantageuse de l'invention, il comporte un auto-amplificateur qui convertit une force de friction exercée lors du freinage de l'organe rotatif sur la garniture de frein poussée contre l'organe à freiner en une poussée appliquée sur la garniture de frein, qui pousse la garniture de frein contre l'organe à freiner. En d'autres termes la force de freinage exercée par la garniture de frein pressée contre l'organe rotatif à freiner est convertie en une poussée qui pousse la garniture de frein contre l'organe à freiner en plus de la poussée appliquée par l'actionneur. Il suffira ainsi que l'actionneur n'exerce qu'une partie de la poussée nécessaire au freinage. L'actionneur peut ainsi fournir une poussée plus faible ce qui permet de réduire son dimensionnement et de le rendre plus léger tout en augmentant la dynamique d'actionnement des freins de roue. Comme l'actionneur peut être plus petit et plus léger, cette solution est particulièrement importante pour un actionneur électromécanique qui en l'absence d'auto-amplificateur serait gros et lourd et ne pourrait que difficilement s'intégrer dans la jante d'une roue de véhicule; de plus, il augmenterait la masse non suspendue du véhicule. L'auto-amplificateur est prévu notamment pour l'actionneur électromécanique du frein de roue selon l'invention. Si l'actionneur à fluide sous pression comporte également un auto- amplificateur, on a l'avantage de pouvoir supprimer l'amplificateur de frein par dépression ou autres. Pour les deux actionneurs on peut prévoir un auto-amplificateur qui leur est propre ou encore utiliser un auto-amplificateur commun aux deux ac- tionneurs pour agir sur la garniture de frein. Suivant une autre caractéristique avantageuse, il comporte un autoamplificateur commun à l'actionneur électromécanique et à l'actionneur par fluide sous pression. De plus, l'invention prévoit un auto-amplificateur mécanique. Celui-ci peut comporter un mécanisme à coin sur le côté de la garniture de frein à l'opposé de celui tourné vers l'organe à freiner (dans le cas d'un frein à disque et il s'agira du disque de frein) ; ce coin s'appuie contre une surface antagoniste en forme de coin dont l'angle est incliné par rapport à l'organe à freiner et se trouve dans sa direction périphérique. Lorsque la garniture de frein est poussée contre l'organe rotatif pour le freiner, l'organe à freiner, qui tourne, exerce une friction dans le sens de la réduction de l'intervalle en forme de coin entre la contre-surface en forme de coin et l'organe à freiner, sur la garniture de frein. Du fait de l'appui contre la surface en coin, opposée, on a un effet de coin engendrant une composante de force poussant la garniture de frein contre l'organe à freiner. Un tel mécanisme en forme de coin peut avoir un angle de frein constant sur une longue surface en forme de coin complémentaire ou aussi avoir un angle de coin variable suivant la longueur de la surface en forme de coin complémentaire de manière à modifier l'amplitude de l'auto-amplification en fonction du déplacement de la garniture de frein le long de la surface en forme de coin complémentaire. Ainsi par exemple pour parcourir l'intervalle d'air c'est-à-dire l'intervalle entre la garniture de frein et l'organe à freiner lorsque le frein de roue n'est pas actionné, au début d'une opération de freinage, on aura une vitesse de rapprochement élevée de la garniture de frein en direction de l'organe à freiner et dans le cas de forces d'actionnement élevées on aura une auto-amplification importante. A cet effet on utilise également l'expression mécanisme en forme de rampe. Un mécanisme en forme de coin ou de rampe n'est pas l'unique possibilité pour un auto-amplificateur mécanique. On peut utiliser par exemple également un mécanisme à levier qui soutient la garniture de frein lorsqu'elle est poussée contre l'organe à freiner suivant un angle d'appui incliné par rapport à l'organe à freiner et produit ainsi un effet auto-amplification. L'angle d'appui correspond à l'angle de coin; les mécanismes en forme de coin ou de levier peuvent être considérés comme des analogies mécaniques. Suivant une autre caractéristique avantageuse, l'actionneur électromécanique comporte une installation de régulation antipatinage de roue combinée à l'actionnement du frein de roue par le fluide sous pression. En d'autres termes, l'invention prévoit une régulation de patinage de roue (système ABS) pour l'actionneur électromécanique. L'installation de régulation antipatinage de roue englobe également une régulation antipatinage à l'entraînement et/ ou une régulation de dynamique de roulage (système ASR, système FDR). Pour la régulation du patinage de roue, un actionneur électromécanique applique une force de freinage et en cas de tendance au blocage d'une roue freinée, l'action sera limitée ou diminuée ou le cas échéant modulée pour que la roue du véhicule continue de tourner. Si selon l'invention le frein de roue est actionné par du liquide sous pression, on combine le cas échéant à une régulation de patinage de roue à actionnement électromécanique. Dans la régulation de patinage à l'entraînement on établit ou on augmente la force de freinage d'une roue motrice du véhicule ayant tendance à pati- ner. On peut également supprimer alors les composants hydrauliques de la régulation hydraulique antipatinage de roue tels que les pompes hydrauliques y compris leurs moteurs électriques, leurs électrovannes, leurs accumulateurs et leurs chambres d'amortissement. La régulation antipatinage de roue de l'actionneur électromécanique est d'une construction plus simple et beaucoup plus économique; la régulation antipatinage de roue est simplifiée et est améliorée par une régulation plus fine. En effet selon l'invention pour une régulation de patinage de roue la poussée maximale possible de l'actionneur électromécanique est supérieure à la poussée de l'actionneur par fluide sous pression. Avantageusement le frein de roue est un frein à disque, et l'actionneur électromécanique et l'actionneur par fluide sous pression sont installés du même côté du disque de frein. L'invention concerne également une installation de frein de véhicule, caractérisée en ce qu'elle comporte à la fois des freins de roue à commande électromécanique et à commande hydraulique pour l'essieu avant, et des freins de roue exclusivement à commande électromécanique pour l'essieu arrière. 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 schématique d'un frein de roue selon l'invention, vu dans la direction radiale par rapport à l'organe à 25 freiner, - la figure 2 est un schéma d'un système de frein de véhicule utilisant le frein de roue de la figure 1 selon l'invention. Description du mode de réalisation Le frein de roue selon l'invention représenté dans le des- sin est un frein à disque 10 destiné à un véhicule automobile non représenté notamment un véhicule de tourisme. Le frein à disque 10 comporte un étrier de frein 12 sous forme d'étrier flottant c'est-à-dire susceptible de coulisser transversalement par rapport au disque de frein 14. Le disque de frein 14 constitue l'organe à freiner par le frein de roue. Le frein à disque 10 est équipé d'un actionneur électromécanique 16 et d'un actionneur hydraulique 17 (actionneur par fluide sous pression) qui sont commandés de manière électromécanique et hydraulique. L'actionnement électromécanique et l'actionnement hydraulique sont indépendants l'un de l'autre si bien que le frein à disque 10 comporte deux actionneurs redondants. Les actionneurs 16, 17 seront détaillés ultérieurement. Le frein à disque 10 comporte également un auto-amplificateur mécanique 18 avec un mécanisme à double coin appelé ci-après de manière simplifiée comme mécanisme à coins. Un mécanisme à double coin a été choisi pour avoir une amplification automatique dans les deux sens de rotation du frein à disque 14 (marche avant et marche arrière). Une première garniture de frein 20 comporte un double coin 22 à deux rampes en forme de coins 24 sur le côté arrière à l'opposé de celui tourné vers le disque de frein 14. Les rampes 24 ont une orientation opposée, inclinée suivant un angle aigu a par rapport à la direction périphérique du disque de frein 14. L'angle a des deux rampes 24 du double coin 22 peut être différent; dans l'exemple de réalisation représenté les angles a des deux rampes 24 sont identiques et ainsi l'auto-amplification pour les deux sens de rotation du disque de frein 14 est le même. Par ces rampes 24, le double coin 22 s'appuie contre deux appuis 26 solidaires de l'étrier de frein 12. Les appuis 26 sont parallèles aux rampes 24 c'est-à-dire qu'ils font également un angle a en biais par rapport au frein à disque 14. Des galets 28 constituant les organes de roulement sont prévus entre les rampes 24 et les appuis 26. Lorsque la première garniture de frein 20 est pressée contre le disque de frein 14 pour freiner, le disque 14 produit une force de frottement dans son sens de rotation sur la première garniture de frein 20. Cette force de frottement déplace la première garniture de frein 20 et avec celle-ci le double coin 22 dans le sens de rotation du frein à disque 14. Le double coin 22 se déplace ainsi avec la première garniture de frein 20 parallèlement à l'un des deux appuis 26 c'est-à-dire en biais par rapport au disque de frein 14 suivant l'angle a du coin. La force de frottement exercée par le disque de frein 14 en rotation sur la première garniture de frein 20 déplace cette première garniture 20 ainsi que le double coin 22 dans un intervalle en forme de coin qui se rétrécit, inter- valle formé entre les deux appuis 26 et le disque de frein 14. Cet effet de coin exerce sur l'appui 26 une force ayant une composante transversale à la direction de frein 14 agissant sur le double coin 22 et ainsi sur la première garniture de frein 20; cette action pousse la première garniture de frein 20 en plus de la force de compression exercée par l'un des deux actionneurs 16, 17 contre le disque de frein 14. On augmente ainsi la pression de la première garniture de frein 20. Seulement une partie de la pression est appliquée par l'un des deux actionneurs 16, 17 et pour le reste, la pression exercée par la première garniture de frein 20 contre le disque de frein 14 est produite par l'installation d'amplification automatique 18 transformant la force de friction exercée par le disque de frein 14 en rotation sur la première garniture de friction 20, de manière appropriée en une force d'application de la garniture de friction 20 contre le disque de frein 14. Pour ce sens de rotation du disque de frein 14, le double coin 22 coopère avec l'un des appuis 26, lorsque le disque de frein 14 tourne en sens opposé il coopère avec l'autre appui 26. L'actionneur électromécanique 16 comporte un moteur électrique 30, une transmission par roue dentée 32, 34 et une transmission par crémaillère 36, 38. La crémaillère 38 est installée au niveau du double coin 22 de la première garniture de friction 20. Cette crémaillère est courbée en son milieu et partant de celui-ci elle se compose de deux segments dirigés dans les deux directions, chacune étant parallèle à l'une des rampes 24 et à l'un des deux appuis 26. Un petit pignon 36 engrène avec la crémaillère 38. Ce petit pignon forme avec la crémaillère 38 la transmission à roue dentée 36, 38. Cette transmission est montée à rotation dans l'étrier de frein 12 par l'intermédiaire d'un arbre 40. Le petit pignon 36 est relié solidaire- ment en rotation à un grand pignon denté 34. Le grand pignon 34 en-grène avec un pignon 32 du moteur électrique 30. Le grand pignon 34 et le pignon 32 sont représentés par des traits fins interrompus pour ne pas cacher les pièces du frein à disque 10 qui se trouve derrière celles-ci. Le grand pignon 34 et le petit pignon forment la transmission de roue dentée 32, 34 constituant un réducteur avec un fort rapport de démultiplication. Pour commander le frein à disque 10, le moteur électrique 30 entraîne en rotation le grand pignon 34 par son pignon 32. Le grand pignon 34 entraîne le petit pignon 36 solidaire de celui-ci en rotation et le petit pignon entraîne la crémaillère 38 qui déplace le double coin 32 et la première garniture de frein 20. La garniture de frein 20 est toujours déplacée dans le sens de rotation du disque de frein 14 pour obtenir l'effet d'auto-amplification décrit ci-dessus. La garniture de frein 20 se déplace parallèlement aux appuis 26 et vient ainsi en biais contre le frein disque 14 jusqu'à être appliquée contre celui-ci pour le freiner. L'actionneur hydraulique 17 se compose d'un ensemble piston/cylindre 40, 42 formé d'un piston 40 coulissant axialement dans un cylindre 42. L'axe géométrique du vérin 40, 42 est perpendiculaire au disque de frein 14. Le cylindre 42 fait partie de l'étrier de frein 12. Le piston 14 est logé de manière étanche dans le cylindre 42 grâce à un joint d'étanchéité 44 de section carrée. Le branchement de pression 46 permet d'alimenter en fluide de frein (liquide de frein) le volume délimité par le cylindre 42 et le piston 40. Un poussoir 48 est porté par le piston 40 en saillie en direction du double coin 22. Ce poussoir peut presser la première garniture de frein 20 contre le disque de frein 14. Un galet 50 porté à rotation par le poussoir 48 est appliqué contre le segment central aplati entre les deux rampes 24 du double coin 22. Le galet 50 permet de réduire le frottement lorsque la première garniture de frein 20 coulisse parallèlement au disque de frein 14. Les actionneurs hydraulique et électromécanique 16, 17 sont installés du même côté du frein à disque 14. L'actionneur hydraulique 17 utilise également l'installation d'auto-amplification 18 décrite ci-dessus. Une seconde garniture de frein 51 équipe le côté de l'étrier de frein 12 tourné vers l'autre côté du disque de frein 14, à l'opposé de celui des deux actionneurs 16, 17. De façon connue, lorsque la première garniture de frein 20 est pressée contre un côté du disque de frein 14 pour mettre en oeuvre le frein à disque 10, par les deux actionneurs 16, 17, on déplace l'étrier de frein 12 en forme d'étrier flot-tant, transversalement au disque de frein 14 pour être poussé contre l'autre côté du disque de frein 14. L'installation d'auto-amplification 18 amplifie la force d'application de chaque garniture de frein 20, 51 contre le disque de frein 14. Il est également prévu de commander le frein à disque 10 avec l'actionneur électromécanique 16 comme frein de fonctionnement. La régulation de patinage se fait également par modulation de la force de freinage par l'installation d'actionnement électromécanique 16. En cas de défaillance de cette installation d'actionnement électromécanique 16, le frein à disque 10 peut toujours être actionné comme frein auxiliaire par l'actionneur hydraulique 17. io On peut également actionner le frein à disque 10 avec l'actionneur hydraulique 17 comme frein de fonctionnement et avec l'actionneur électromécanique 16 comme frein de secours. Dans le cas d'un frein de fonctionnement hydraulique, la régulation du patinage se fait par modulation de la force de freinage hydraulique appliquée à l'aide de l'actionneur électromécanique 16; la force de pression et de freinage électromécanique est ainsi combinée à la force d'application et de freinage hydraulique. Ce type de régulation de frein est également prévu dans le cas d'une régulation antipatinage et/ ou de dynamique de roulage. La régulation électromécanique du patinage de roue est plus simple et plus économique que la régulation de patinage de roue hydraulique, actuelle car elle nécessite uniquement une régulation électronique, supprimant la partie hydraulique de l'installation de régulation de patinage de roue comprenant des électrovannes et des pom- pes hydrauliques. Il suffit d'une électronique de puissance pour commander/ réguler le moteur électrique 30. Cette électronique de puissance est plus économique qu'une installation hydraulique de régulation de patinage de roue. L'actionneur hydraulique 17 comme l'actionneur électro- mécanique 16 utilisant l'installation d'auto-amplification 18, on peut renoncer à un amplificateur de frein distinct (travaillant par dépression) même si on utilise l'actionneur hydraulique 17 comme frein de fonctionnement. La figure 2 montre une installation de frein de véhicule 35 52 hydraulique et électromécanique combinée et installation hybride lo destinée à un véhicule de tourisme. L'installation de frein 52 comprend deux freins de roue 10 comme ceux décrits ci-dessus pour l'essieu avant et deux freins de roue 54 à commande exclusivement électromécanique pour les roues de l'essieu arrière du véhicule. Les deux freins de roue 54 exclusivement électromécanique peuvent comporter un actionneur électromécanique 16 et un auto-amplificateur 18 comme les freins de roue 10 de la figure 1 sans l'actionneur hydraulique 17. Pour l'actionnement hydraulique, les freins de roue 10 de l'essieu avant sont reliés par des clapets d'arrêt 66 au maître-cylindre 56 du circuit hydraulique; ce maître-cylindre se commande par la pédale de frein 58. Un capteur de course de pédale 60 mesure la position de la pédale de frein 58 et fournit un signal à un appareil de commande électronique 62. Cet appareil commande ou régule l'installation de frein 52. Un capteur de vitesse de rotation 64 est associé à chaque roue du véhicule. Ce capteur fournit également ces signaux à l'appareil de commande électronique 62. Les clapets d'arrêt 66 sont constitués par des électrovannes à 2/2 voies ouverts lorsqu'ils occupent leur position de base en l'absence de courant. Pour freiner on enfonce la pédale de frein 58 et les ac- tionneurs hydrauliques 17 (figure 1) et les freins de roue 10 de l'essieu avant reçoivent la pression c'est-à-dire reçoivent le liquide hydraulique. Les actionneurs électromécanique 16 des freins de roue 10 de l'essieu avant ne sont pas mis en oeuvre à ce moment. Comme les freins de roue 10 de l'essieu avant sont équipés d'auto-amplificateurs 18 (figure 1) on peut supprimer l'amplificateur de force de frein comme ceux qui équi- pent actuellement les circuits de freins hydrauliques de véhicules. Les freins de roue 54 de l'essieu arrière sont à commande électromécanique; l'appareil de commande électronique 62 commande ou régule une force de freinage en fonction de la position de la pédale de frein 58. Si un blocage se produit sur l'une des roues du véhicule, détecté par l'appareil de commande électronique 62 grâce aux capteurs de vitesse de rotation de roue 64, il y aura régulation de la force de freinage et du patinage de roue (système ABS) individuel par roue assurée par les installations de commande électromécanique des freins de roue Il 10, 54; les freins de roue 10 à commande hydraulique et/ou électromécanique de l'essieu avant, la régulation électromécanique de patinage de roue sera combinée à l'actionnement hydraulique des freins. Les clapets d'arrêt 66 des freins de roue 10 de l'essieu avant sont fermés pour la régulation du patinage de roue. En cas de régulation de patinage de roue, la force de serrage maximale appliquée par l'actionneur électromécanique 16 est supérieure à la force de serrage exercée par l'actionneur hydraulique 17 de sorte que la sollicitation de la première garniture de frein 20 dans le sens de la libération permet au disque de frein 14 de tourner librement. L'installation de frein 52 peut également avoir des fonctions multiples telles que l'application des garnitures de frein 20, 51 contre le disque de frein 14 pour actionner plus rapidement les freins de roue 10, 54 en cas de freinage prévisible, et/ ou pour appliquer provi- soirement les garnitures de frein 20, 51 pendant le roulage pour sécher le disque de frein 14 en cas de pluie. La partie hydraulique et la partie électromécanique de l'installation de frein 52 sont totalement indépendantes l'une de l'autre si bien qu'en cas de défaillance totale de la partie hydraulique ou de la partie électromécanique de l'installation de frein 52, on pourra néanmoins freiner le véhicule. En cas de défaillance de la partie hydraulique de l'installation de frein 52, les quatre roues du véhicule seront freinées de manière électromécanique ce qui correspond à la capacité totale de freinage. En cas de défaillance de la partie électromécanique de l'installation de frein 52, les roues avant seront freinées hydrauliquement à la force de freinage maximale pour les freins de roue 10. Comme habituellement les roues avant assurent la plus grande partie de la force de freinage, dans tous les cas pour un freinage violent c'est-à-dire pour une décélération importante, si la partie électromécanique de l'installation de frein 52 est défaillante, on pourra néanmoins assurer un freinage important sans difficulté. REVENDICATIONS 1 ) Frein de roue de véhicule automobile comportant une garniture de frein et une installation d'actionnement permettant de presser la garniture de frein contre un organe à freiner, caractérisé en ce que le frein de roue (10) comporte un actionneur électromécanique (16) et un actionneur par un fluide sous pression (17) pour presser la garniture de frein (20) contre l'organe à freiner (14) et les actionneurs (16, 17) sont redondants. 2 ) Frein de roue selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comporte un auto-amplificateur (18) qui convertit une force de friction exercée lors du freinage de l'organe (14) rotatif sur la garniture de frein (20) poussée contre l'organe à freiner (14) en une poussée appliquée sur la garniture de frein (20), qui pousse la garniture de frein (20) contre l'organe à freiner (14). 3 ) Frein de roue selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comporte un auto-amplificateur commun (18) à l'actionneur électromécanique (16) et à l'actionneur par fluide sous pression (17). 4 ) Frein de roue selon la revendication 2, 25 caractérisé en ce qu' il comporte un auto-amplificateur mécanique (18). 5 ) Frein de roue selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'actionneur électromécanique (16) comporte une installation de régulation antipatinage de roue (62, 64) combinée à l'actionnement du frein de roue (10) par le fluide sous pression. 6 ) Frein de roue selon la revendication 1, 35 caractérisé en ce que pour une régulation de patinage de roue la poussée maximale possible de l'actionneur électromécanique (16) est supérieure à la poussée de l'actionneur par fluide sous pression (17). 7 ) Frein de roue selon la revendication 1, caractérisé en ce que le frein de roue est un frein à disque (10). 8 ) Frein de roue selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'actionneur électromécanique (16) et l'actionneur par fluide sous pression (17) sont installés du même côté du disque de frein (14). 9 ) Installation de frein de véhicule, caractérisée en ce qu' elle comporte à la fois des freins de roue (10) à commande électromécanique et à commande hydraulique pour l'essieu avant, et des freins de roue (54) exclusivement à commande électromécanique pour l'essieu arrière.