Brevet FR2860761A1 — publié le 20050415

La présente invention concerne un dispositif de retour d'effort de freinage exercé par le pied d'un conducteur d'un véhicule automobile équipé d'un système de freinage non hydraulique. Les systèmes de freinage actuellement utilisés sur les véhicules automobiles sont du type hydraulique, c'est-à-dire qu'ils sont constitués des éléments essentiels suivants comprenant une pédale de frein et un maître cylindre commandé par la pédale de frein et répartissant la pression hydraulique de freinage sur chaque roue du véhicule, la pression de freinage étant transmise à un étrier de frein dont les plaquettes de frein agissent sur le disque de frein associé à la roue. A l'avenir, ce système hydraulique de freinage pourrait être remplacé par un système électrique de freinage, tel que celui connu sous le nom de "brake-bywire" selon lequel les fonctions auparavant mécaniques seront uniquement pilotées par l'électronique sans liaisons intermédiaires mécaniques. Dans ce système, la circulation du fluide de freinage est remplacée par une circulation d'informations électriques. Ainsi, l'enfoncement de la pédale de frein se traduit par une information électrique de position équivalente à la pression de freinage et la vitesse d'enfoncement de la pédale de frein se traduit par une information électrique correspondante équivalente au débit hydraulique du liquide de freinage et transmise à un actionneur électrique, ce dernier, du point de vue fonctionnel, engendrant des effets mécaniques sur le disque de frein équivalents à ceux engendrés par un étrier de frein hydraulique. Cependant, pour ce genre de système de freinage électrique, il est nécessaire de concevoir un dispositif de retour d'effort spécifique, de manière que les sensations de freinage pour le conducteur lors de l'enfoncement de la pédale de frein ou du relâchement de 2860761 2 celle-ci soient les mêmes que celles obtenues avec un système de freinage hydraulique classique. La présente invention propose ainsi un dispositif de retour d'effort de freinage exercé par le pied d'un conducteur d'un véhicule automobile équipé d'un système de freinage non hydraulique, et qui est caractérisé en ce qu'il comprend au moins des premier et second manchons en matériau élastomère montés successivement coaxialement à un arbre pouvant être déplacé longitudinalement suivant une course de freinage par le pied du conducteur relativement aux manchons et à un support fixe pour comprimer successivement les deux manchons entre le support et une collerette de l'arbre, et en ce que le premier manchon situé du côté de la collerette de l'arbre a une raideur en compression plus faible que celle du second manchon de manière à définir respectivement une première course de freinage correspondant à un effort de compression du premier manchon dépendant de la raideur en compression du premier manchon et une seconde course de freinage correspondant à un effort de compression du second manchon dépendant de la raideur en compression du second manchon. De préférence, le dispositif comprend en outre une entretoise rigide logée concentriquement dans le premier manchon coaxialement à l'arbre précité, déplaçable simultanément avec l'arbre et ayant une longueur inférieure à celle du premier manchon pour déterminer la course maximale exigée de compression du premier manchon au bout de laquelle l'entretoise est immobilisée relativement au second manchon lors de la compression de ce dernier. Avantageusement, une rondelle rigide est interposée entre les deux manchons et sur laquelle vient en appui l'entretoise à la fin de la course maximale de compression du premier manchon. Les raideurs en compression des premier et second manchons définissent une courbe d'évolution des première 2860761 3 et seconde courses de freinage en fonction des efforts de compression appliqués aux manchons et ayant deux pentes distinctes. La raideur en compression du premier manchon est sensiblement constante et la raideur en compression du second manchon est sensiblement constante sur une partie de sa course de compression et non constante vers la fin de sa course de compression correspondant à une raideur en phase de saturation du matériau élastomère du second manchon. Les courbes relatives à l'effort de compression des manchons selon leur course de compression et à l'effort de décompression des manchons suite au relâchement de l'effort de freinage, présentent un phénomène d'hystérésis. Avantageusement, chacun des deux manchons est réalisé en polyuréthane et les deux manchons ont des masses volumiques ou densités différentes. Chaque manchon peut être de forme cylindrique, 20 tronconique, en obus, ou autre. Le support fixe est fixé au tablier du véhicule et une pédale de frein est montée pivotante à ce support et reliée articulée à l'extrémité libre de l'arbre déplaçable longitudinalement et opposée au tablier. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'un système de freinage non hydraulique à pédale de frein dans lequel est implanté le dispositif de retour d'effort de freinage de l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale agrandie du dispositif de retour d'effort de freinage suivant la ligne II-II de la figure 1; 2860761 4 - la figure 3 représente une courbe d'évolution du déplacement de la pédale de frein en fonction de l'effort de compression appliqué sur le dispositif de retour d'effort de freinage de l'invention; et - la figure 4 représente les courbes d'hystérésis du dispositif de retour d'effort de freinage de l'invention. L'invention va être décrite dans l'application à un système de freinage électrique tel que le système "brake- by-wire" mentionné précédemment, mais il est bien entendu qu'elle peut s'appliquer à tout système de freinage autre qu'hydraulique. En se reportant tout d'abord à la figure 1, la référence 1 désigne une pédale de frein montée pivotante de façon classique à une plaque de support 2 fixée, par tout moyen approprié, au tablier (non représenté) du véhicule. Afin de permettre au conducteur du véhicule de ressentir un effort d'enfoncement de la pédale de frein 1 lors d'une opération de freinage ou un retour d'effort de freinage lors du relâchement de la pédale de frein 1 pratiquement identiques à ceux d'un système de freinage hydraulique, la pédale de frein 1 est reliée mécaniquement à un dispositif de retour d'effort de freinage 3 représenté en détail en figure 2. Ce dispositif comprend ainsi un arbre 4 pouvant être déplacé longitudinalement par rapport à la plaque fixe de support 2, transversalement à cette dernière, par la pédale de frein 1 qui est reliée de manière articulée, en un emplacement proche de son axe de pivotement, à l'extrémité libre 5 de l'arbre 4 opposée à la plaque de support 2. Le dispositif de retour d'effort de freinage comprend en outre deux manchons cylindriques en matériau élastomère 6, 7 montés successivement coaxialement à l'arbre 4 qui comprend une collerette 8 solidaire de l'arbre 4 au voisinage de son extrémité 5 et venant en 2860761 5 appui sur le manchon 6 opposé à la plaque 2 de manière que le manchon 6 soit précontraint, en position de repos, entre la collerette 8 et la plaque 2 qui est sensiblement parallèle à la collerette 8. Une rondelle métallique 9 est interposée entre les deux manchons 6, 7 en s'étendant transversalement à l'arbre 4 qui peut coulisser librement relativement à la rondelle 9. Le dispositif de retour d'effort de freinage comprend également une entretoise rigide 10, par exemple métallique, logée dans le manchon 6 concentriquement à celui-ci et donc coaxialement à l'arbre 4. L'entretoise 10 a une longueur inférieure à celle du manchon 6 de manière à laisser subsister, en position de repos de la pédale de frein, un espace annulaire entre l'entretoise 10 et la rondelle 9 déterminant une course maximale exigée de compression du manchon 6 lors de l'enfoncement de la pédale de frein 1. Cette course maximale peut correspondre à une saturation en compression du manchon 6. Le manchon 6 a une raideur en compression K1 inférieure à la raideur en compression K2 de l'autre manchon 7. De préférence, les manchons 6, 7 sont en polyuréthane et ont des masses volumiques ou densités différentes assurant les différences de raideur en compression Kl et K2 des deux manchons 6, 7. Le dispositif à manchons élastiques 6, 7 et entretoise 10 est conçu de manière à répondre à un comportement cible fixé permettant de reproduire la configuration d'enfoncement de la pédale de frein 1 par rapport à l'effort ressenti au pied du conducteur obtenu avec un système de freinage hydraulique classique. Ce comportement cible est fixé par une courbe traduisant l'effort E ressenti au niveau du pied du conducteur en fonction du déplacement D de la pédale de frein 1 et un exemple d'une telle courbe théorique est représenté en figure 3. 2860761 6 Ainsi, lorsque le conducteur appuie sur la pédale de frein 1, l'arbre 4 se déplace longitudinalement relativement à la plaque de support 2 dans le sens de l'effort indiqué par la flèche Fi et la collerette 8 provoque la compression du manchon 6, déjà précontraint en position de repos de la pédale 1, jusqu'à atteindre une valeur de course maximale Cl déterminée par la longueur de l'entretoise 10 venant en contact avec la rondelle 9 lors du déplacement de l'arbre 4. L'entretoise 10 non seulement limite la course Cl lors de l'enfoncement de la pédale, mais permet de limiter la dégradation du manchon 6 qui est plus souple que le manchon 7. La figure 3 montre que le manchon 6 est initialement précontraint à une valeur de compression El d'environ 8 daN et, lors de l'enfoncement de la pédale de frein 1, la course Cl de compression du manchon 6 suivant la première raideur constante Kl est d'environ 3,5 mm. Du fait que le manchon 7 a une raideur en compression K2 supérieure à la raideur en compression K1 du manchon 6, ce dernier se comprime totalement sur la course Cl délimitée par l'entretoise 10, mais durant la compression du manchon 6, le manchon 7 se comprime très légèrement du fait de leurs raideurs respectives mises en série et ceci permet d'avoir une transition douce, sans cassure, entre les deux pentes de la courbe de la figure 3 définies par les coefficients de raideur Kl et K2. Avec les raideurs Kl et K2 constantes, l'effort E de compression de chaque manchon 6, 7 durant l'enfoncement de la pédale 1 est donné par la formule E = K x D, avec K2 > à Kl. En continuant d'appuyer sur la pédale de frein, le manchon 7 est à son tour comprimé sur la course C2. La figure 3 montre que la course C2 se décompose en deux parties, une partie allant d'environ 3,5 mm à environ 10 mm dans laquelle l'effort de compression du manchon 7 est E = K2 x D, avec K2 contante et une seconde partie allant au-delà d'environ 10 mm correspondant à une raideur K3 en 2860761 7 phase de saturation du matériau constituant le manchon 7, K3 n'étant pas constante. Ainsi, audelà de la course de la pédale de frein 1, l'effort de compression ne reste pas constant et décroît jusqu'à stabilisation, ce qui intègre la notion d'amortissement ou de perte mécanique indiquée en figure 3 par les expressions "course maintenue" et "relâchement de l'effort". En tout cas, le relâchement de la pédale de frein 1 après que celle-ci a été complètement enfoncée, produit une décompression du manchon 7 et du manchon 6 jusqu'à ce que le manchon 6 revienne à sa position précontrainte initiale. Durant cette phase de décompression, le conducteur ressent à son pied un retour d'effort sensiblement identique à celui obtenu avec un système de freinage hydraulique. L'allure de la courbe de la figure 1 est purement théorique. En réalité, l'enfoncement et le relâchement de la pédale de frein obéissent aux courbes de la figure 4, relatives à l'effort de compression des manchons suivant leurs courses de compression et à l'effort de décompression des manchons suite au relâchement de l'effort de freinage, et présentant un phénomène d'hystérésis. De toute façon, l'homme du métier saura choisir les matériaux ainsi que la forme et les dimensions des différents éléments du dispositif pour se conformer à une courbe donnée telle que celle de la figure 1 en phase de compression et pour maintenir l'hystérésis entre certaines limites en phase de détente. L'implantation du dispositif 3 de retour d'effort de freinage de l'invention au système de freinage de la figure 1 entraîne, comparativement à un système de freinage hydraulique classique, un gain de place ainsi qu'un changement d'architecture du véhicule. En effet, la conception à au moins deux manchons en élastomère et entretoise interposée entre ces deux manchons et par le choix des densités ou masses 2860761 8 volumiques de ces manchons, permet de réduire l'encombrement du dispositif de retour de force, ce qui permet de l'intégrer au sein de l'habitacle du véhicule. En outre, la suppression du maître cylindre habituellement utilisé dans un système de freinage hydraulique et de l'aide au freinage engendre un gain de place dans le compartiment moteur du véhicule et le tablier n'est pas traversé par des éléments du système de freinage, ce qui résout les problèmes d'étanchéité. Dans la réalisation représentée en figure 1, la pédale de frein 1 constitue un bras de levier démultipliant l'effort nécessaire à la compression des manchons 6, 7 du dispositif à retour d'effort 3 de manière que l'effort exercé sur la pédale soit le plus faible possible. Cependant, en choisissant un matériau pour chacun des manchons 6, 7 de densité moindre, il est possible de décaler le point d'articulation du levier jusqu'à implanter le dispositif 3 de manière qu'il soit directement actionnable par le pied du conducteur, supprimant ainsi le bras de levier et déportant le support 2. La structure du dispositif de retour d'effort 3 de la figure 2 peut être modifié en solidarisant l'entretoise 10 à l'arbre 4, constituant en quelque sorte un épaulement réalisé sur cet arbre. Le dispositif à retour d'effort de l'invention présente les avantages suivants: - Contrairement à un système de freinage purement électrique, le dispositif de l'invention est passif; il est donc indépendant d'un point de vue énergétique. - Contrairement à un système de freinage utilisant des ressorts de rappel de la pédale de frein, le dispositif de l'invention utilise au moins deux manchons en matériau élastomère présentant non seulement des propriétés élastiques de rappel, mais également des propriétés d'amortissement qui vont dans le sens de l'amélioration du ressenti au pied du conducteur du 2860761 9 retour d'effort de freinage dans la phase de relâchement de la pédale de frein. - La conception du dispositif de l'invention utilisant la combinaison d'une entretoise et des manchons en matériau élastomère permet de mieux respecter la courbe cible souhaitée d'effort au niveau du pied du conducteur en fonction du déplacement de la pédale de frein. En effet, la présence de l'entretoise entre les deux manchons en élastomère de raideurs différentes facilite la réalisation d'une loi donnée à deux pentes distinctes. De manière générale, une loi possédant n pentes sur n courses d'enfoncement de la pédale de frein peut être réalisée par n manchons en matériau élastomère associés à n - 1 entretoises dimensionnées de façon à respecter chaque course de la pédale de frein. Dans le cas où la courbe cible est complexe, par exemple une loi de type f (x) = xn ou ex, il est possible de respecter cette dernière en la considérant comme une succession de n pentes et en travaillant non seulement sur le choix des propriétés des matériaux constituant les manchons, mais également sur la forme de ceux-ci, qui peut être par exemple également tronconique, en forme d'obus, ou autre. D'un point de vue fonctionnel, le dispositif de l'invention est analogue à un système utilisant des ressorts de rappel à spires variables, à la différence que le dimensionnement et la mise en uvre du dispositif de l'invention sont plus aisés. - L'utilisation de l'entretoise permet non seulement de déterminer la course précise du manchon 6, mais également de limiter la dégradation de celui-ci qui est plus souple que l'autre manchon de raideur plus élevée. - Enfin, comme déjà mentionné précédemment, l'utilisation du dispositif de l'invention permet de réduire l'encombrement du système de retour d'effort, ce qui permet d'intégrer le système au sein de l'habitacle 2860761 10 et de palier d'éventuels problèmes d'étanchéité au niveau du tablier du véhicule. 11 REVENDICATIONS 1. Dispositif de retour d'effort de freinage exercé par le pied d'un conducteur d'un véhicule automobile équipé d'un système de freinage non hydraulique, caractérisé en ce qu'il comprend au moins des premier (6) et second (7) manchons en matériau élastomère montés successivement coaxialement à un arbre (4) pouvant être déplacé longitudinalement suivant une course de freinage par le pied du conducteur relativement aux manchons (6, 7) et à un support fixe (2) pour comprimer successivement les deux manchons (6, 7) entre le support (2) et une collerette (8) de l'arbre (4), et en ce que le premier manchon (6) situé du côté de la collerette (8) de l'arbre (4) a une raideur en compression plus faible que celle du second manchon (7) de manière à définir respectivement une première course de freinage correspondant à un effort de compression du premier manchon (6) dépendant de la raideur en compression du premier manchon (6) et une seconde course de freinage correspondant à un effort de compression du second manchon (7) dépendant de la raideur en compression du second manchon (7). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une entretoise rigide (10) logée concentriquement dans le premier manchon (6) coaxialement à l'arbre (4) précité, déplaçable simultanément avec l'arbre (4) et ayant une longueur inférieure à celle du premier manchon (6) pour déterminer la course maximale exigée de compression du premier manchon (6) au bout de laquelle l'entretoise (10) est immobilisée relativement au second manchon (7) lors de la compression de ce dernier. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une rondelle rigide (9) est interposée entre les deux manchons (6, 7) et sur laquelle vient en appui l'entretoise (10) à la fin de la course maximale de compression du premier manchon (6). 2860761 12 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les raideurs en compression des premier et second manchons (6, 7) définissent une courbe d'évolution des première et seconde courses de freinage en fonction des efforts de compression appliqués aux manchons (6, 7) et ayant deux pentes distinctes. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la raideur en compression du premier manchon (6) est sensiblement constante et la raideur en compression du second manchon (7) est sensiblement constante sur une partie de sa course de compression et non constante vers la fin de sa course de compression correspondant à une raideur en phase de saturation du matériau élastomère du second manchon (7). 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les courbes relatives à l'effort de compression des manchons (6, 7) suivant leurs courses de compression et à l'effort de décompression des manchons (6, 7) suite au relâchement de l'effort de freinage, présentent un phénomène d'hystérésis. 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacun des deux manchons (6, 7) est réalisé en polyuréthane et les deux manchons (6, 7) ont des masses volumiques différentes. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque manchon (6, 7) est de forme cylindrique, tronconique, en obus, ou autre. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le support (2) est fixé au tablier du véhicule et une pédale de frein (1) est montée pivotante à ce support et reliée articulée à l'extrémité libre (5) de l'arbre (4) déplaçable longitudinalement et opposée au tablier.