Brevet FR2881094A1 — publié le 20060728

Pièce de friction mécanique pour système de freinage d'urgence et système de freinage d'urgence pourvu d'une telle pièce La présente invention concerne des pièces de friction pour un dispositif de freinage d'urgence, notamment pour des véhicules automobiles, qui présentent des propriétés de frottement améliorées ainsi que des propriétés de traction et de résistance à l'usure élevées. Les systèmes de freinage d'urgence utilisent généralement des glissières à base de patins, de tapis ou de sabots situés entre la caisse et la chaussée ou entre la roue et la chaussée. Ces types de pièces sont destinés à entrer en contact avec la chaussée dans le but de transformer l'énergie mécanique et/ou cinétique du véhicule en un frottement sur la chaussée. Ainsi, le choix du matériau utilisé pour la fabrication de telles pièces est important pour obtenir une efficacité de freinage satisfaisante. Des systèmes de freinage d'urgence ont déjà été utilisés pour les tramways, les chemins de fer et les trains à grande vitesse. Le patin utilisé dans ces systèmes frotte sur un seul type de matériau, en l'espèce de l'acier à bas carbone avec un état de surface lisse, de sorte que le choix du matériau de frottement du patin est facilité. Par contre, un patin dans un système de freinage d'urgence incorporé dans un véhicule automobile est amené à frotter sur différents types de chaussées notamment sur de l'asphalte, du béton ou encore sur des enrobés. Pour des raisons d'efficacité de freinage, le patin doit présenter un coefficient de frottement ou de traînée constant sur les différents types de matériaux composant la chaussée. En outre, le patin doit rester efficace quel que soit l'état de la chaussée, en présence d'eau, à sec ou en présence de verglas. Des dispositifs de freinage d'urgence, faisant intervenir des pièces de friction, ont déjà été utilisés dans l'état de la technique. La demande de brevet japonaise JP2001247018-A décrit un système de freinage d'urgence à base d'un système mécanique, sans indication sur les matériaux de frottement du patin. De même, la demande de brevet JP2000335384 décrit un système de freinage d'urgence à base d'un mécanisme déployable qui déplace un patin lisse avec un chanfrein entre la roue et la chaussée. Aucune indication n'est donnée quant aux matériaux constituant le patin. On a déjà utilisé pour la fabrication d'un patin ou d'une pièce de friction dans un système de freinage d'urgence différents types de matériaux. Ainsi, le brevet US 6173817 décrit un dispositif de freinage d'urgence dans lequel une pièce en caoutchouc et/ou en polyuréthane est déployée pour glisser sur la chaussée. La demande de brevet FR 2792 272 décrit également un dispositif de freinage d'urgence, placé sous la caisse d'un véhicule, composé d'un rouleau recouvert de gomme ou de caoutchouc tendre. En outre, pour éviter l'effet d'aquaplanage, il est souhaitable d'éviter d'utiliser un patin avec une surface de frottement lisse sans rainurage. On a donc utilisé dans l'état de la technique des pièces de friction dont la surface est composée de crampons, de cônes ou de pointes. Ainsi, la demande de brevet JP2001151088 présente un système de freinage d'urgence à base d'un tapis, composé d'une multitude de crampons et déployé sous le pneu. Mais les matériaux constituant les crampons ne sont pas indiqués. Dans la demande de brevet EP1002707, un mécanisme composé d'un patin cunéiforme prolongé par un tapis se coince entre la roue et la chaussée. La surface en contact avec la chaussée est composée d'une pluralité de cônes. La nature des matériaux de ces cônes n'est pas d'avantage mentionné. Dans la demande de brevet WO 02/062638 on utilise un patin en aluminium renforcé en forme de coin sous la roue. Ce patin présente à sa surface des clous en aluminium renforcé. Les différentes pièces de friction réalisées en caoutchouc ou en alliages d'aluminium présentent l'inconvénient d'être sensibles à l'attaque abrasive des constituants de la chaussée et, pour l'aluminium, aux sollicitations thermiques pendant le glissement. Ces différents systèmes de freinage d'urgence présentent donc une faible efficacité de traction ainsi qu'un usage unique. Au vu de ce qui précède, le but de l'invention est de fournir une pièce de friction pour véhicule automobile dans laquelle les inconvénients liés aux différentes conditions climatiques et aux différents types de matériaux constituant la chaussée peuvent être évités. La présente invention a donc pour objet une pièce de friction mécanique pour freinage d'urgence d'un véhicule automobile, destinée à entrer en contact de friction avec la chaussée, comprenant une surface munie d'une pluralité d'éléments en saillie, soumis à la friction, les éléments en saillie étant en un matériau en métal de dureté Vickers supérieure à 4000 MPa. Il a en effet été constaté qu'il était possible d'éviter les inconvénients liés aux différentes conditions climatiques et aux différents types de chaussées en assistant l'action de traction par un mécanisme de friction gravant avec des matériaux de dureté Vickers supérieures à 4000 MPa. Les pièces mécaniques de friction selon l'invention sont ainsi moins sensibles aux différents types de matériaux constituant la chaussée que celles utilisées dans l'état de la technique et peuvent fonctionner efficacement aussi bien en présence de verglas que d'eau, ou à sec. Ainsi avec une pièce de friction mécanique en matériau dur selon l'invention, le véhicule ne sera pas sensible aux différents coefficients de frottement générés par deux pièces de friction glissant sur deux surfaces différentes. Le matériau en métal, de dureté Vickers supérieure à 4000 MPa, peut constituer l'ensemble de la pièce de friction ou bien seulement les éléments en saillie, le reste de la pièce pouvant être formé d'un matériau plus classique. Selon un mode de réalisation avantageux, le matériau en métal peut être choisi parmi les aciers, les fontes alliées, les cermets, les métaux durs et/ou les céramiques. Avantageusement, le matériau en métal peut être un cermet (Ti,Mo) (C,N) ou (Ti,W)(C,N) avec des liants métalliques en alliages Ni, Mo, Co et/ou Cr. On entend par cermet, au sens de la présente invention, un matériau constitué d'une phase réfractaire choisi, en l'espèce parmi les cations Ti, Ta, W et/ou Mo et les anions à base de C et/ou N. Selon une autre caractéristique de l'invention, les éléments en saillie comprennent une pluralité de crampons, de clous et/ou des pointes. Avantageusement, la forme de chaque élément en saillie est choisie parmi un cône, une pyramide à base triangulaire, carrée ou polygonale, une sphère et/ou un tore. Selon un mode de réalisation avantageux, les éléments en saillie sont directement incorporés à la surface de la pièce de friction. Selon un autre mode de réalisation avantageux, une couche de polymère est intercalée entre la pièce de friction et les éléments en saillie. Selon encore une autre caractéristique de la pièce de friction, la surface sur laquelle sont appliqués les éléments en saillie peut être convexe dans deux directions selon deux rayons de courbure R, et R2, chaque rayon étant supérieur à 50 mm chacun. La pièce de friction peut présenter en direction de glissement un chanfrein. L'invention a également pour objet un système de freinage d'urgence pourvu d'une pièce de friction telle que définie ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée de trois modes de réalisations pris à titre d'exemples non limitatifs d'une pièce de friction mécanique selon l'invention et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 représente une vue de dessous d'une pièce de friction mécanique présentant à sa surface des éléments en saillie en forme de pyramide à base carrée, la figure 2 représente une vue en coupe de la pièce de friction selon le plan II-II de la figure 1, la figure 3 représente une section de la pièce de friction selon le plan III-III de la figure 1, la figure 4 représente une vue en coupe partielle de la pyramide à base carrée selon le plan II-II de la figure 1, la figure 5 représente une vue de dessus de la pyramide à base carrée se trouvant à la surface de la pièce de friction, la figure 6 représente une vue en coupe de la pyramide à base carrée selon le plan VI-VI de la figure 4, la figure 7 représente une vue en coupe partielle d'un deuxième mode de réalisation d'une pièce de friction selon l'invention, dans lequel les éléments en saillie sont en forme de sphères, la figure 8 représente une vue de dessus d'une sphère à la surface de la pièce de friction, la figure 9 représente une vue en coupe de la sphère selon le plan IX-IX de la figure 7, la figure 10 représente une vue en coupe partielle d'un troisième mode de réalisation d'une pièce de friction selon l'invention dans lequel les éléments en saillie sont en forme de pyramide à base triangulaire, la figure 11 représente une vue de dessus d'une pyramide à base triangulaire à la surface de la pièce de friction, et la figure 12 représente une vue en coupe de la pyramide à base triangulaire selon le plan XII-XII de la figure 10. Sur les figures 1 à 12, on a représenté différents modes de réalisation d'une pièce de friction selon l'invention, désignée par la référence mécanique générale 1. Cette pièce est destinée à être montée sur un équipement de freinage d'urgence d'un véhicule automobile pour venir en contact de friction avec une chaussée ou avec tout type de revêtement sur lequel le véhicule peut circuler. La pièce de friction 1 est essentiellement réalisée en un matériau en métal de dureté Vickers supérieure à 4000 MPa et présente en surface une pluralité d'éléments en saillie 2 à partir de la surface 3 de ladite pièce. Dans un premier mode de réalisation illustré aux figure 1 à 6, les éléments en saillie 2 ont une forme de pyramide à base carrée. Dans un deuxième mode de réalisation, illustré aux figures 7 à 9, les éléments en saillie 2 sont de forme sphérique. Dans un troisième mode de réalisation, illustré aux figures 10 à 12, les éléments en saillie 2 ont une forme de pyramide à base triangulaire. On peut également utiliser des éléments en saillie en forme de cône, de sphère, de tore ou de pyramide à base polygonale. Dans ces différents modes de réalisation, les éléments en saillie 2 sont arrangés de manière équidistante sur la surface 3 de la pièce de friction. D'autres types d'arrangements des éléments en saillie 2, comme un arrangement circulaire ou en quinconce peuvent également être envisagés. De même, la forme des éléments en saillie 2 peut varier au sein de la pièce de friction 1. Ainsi, une pièce de friction 1 peut présenter alternativement des éléments en saillie en forme de pyramide à base à carrée 2, des éléments en forme de sphère 2a ou encore des éléments en forme de pyramide à base triangulaire 2b. La forme sphérique des éléments en saillie 2a permet de favoriser la création d'un microsillon avec peu ou pas d'enlèvement de matière de chaussée. Le matériau utilisé dans la constitution des éléments en saillie 2 peut être de différentes natures. Ce matériau est cependant choisi de manière à présenter une dureté Vickers supérieure à 4000 MPa. On utilisera de préférence un métal choisi parmi les aciers, les fontes alliées, les cermets, les métaux durs et/ou les céramiques. Lorsque les éléments en saillie 2 sont en acier, on utilisera par exemple des aciers de coupe rapide, tels que les numéros de matériau DIN 1.32xx et 1.33xx, des aciers inoxydables martensitiques et ferritiques, tels que les numéros de matériau DIN 1.40xx et 1.4lxx, des aciers à outils pour travail à chaud, tels que les numéros de matériau DIN 1.23xx, 1.25xx, 1. 26xx, 1.27xx, 1.28xx ainsi que des aciers durs austénitiques au manganèse, tels que normalisés dans la norme ASTM (American Society for Testing and Materials en langue anglaise) Al28M. Lorsque les éléments en saillie 2 sont en fonte alliée, on utilisera par exemple des fontes perlitiques dures, les fontes grises en trempe bainitique, les fontes martensitiques, tels que Ni-Hard 1 et 2, selon DIN EN 12513 les numéros de matériau JN2019 à JN2039, les fontes en chrome, tels que Ni-Hard 4, G-X300OrNiSi9-5-2 et fontes au CrMo, tels que GX300CrMo27-1, durcies et revendues, selon DIN EN 12513 avec les numéros de matériaux JN2049 à JN3049. Les pièces de friction réalisée en acier et en fonte alliée selon l'invention peuvent être traitées en surface thermo-chimiquement par carburation, cémentation, chromisation, vanadation, boruration, nitrosulfuration, carbo-nitruration et nitruration ainsi que toutes combinaisons de ces traitements. Ces traitements thermochimiques en surface présentent l'avantage d'augmenter la dureté des pièces de friction selon l'invention. Ainsi les pièces de friction réalisées en acier traité par vanadation présentent, de préférence, une dureté Vickers allant de 20000 à 35000 MPa. Les pièces de friction 1 réalisées en acier traité par boruration présentent, de préférence, une dureté Vickers allant de 14000 à 23000 MPa. Les pièces de friction traitées en surface thermo-chimiquement présentent l'avantage d'être moins sensibles à l'attaque abrasive et de pouvoir entrer en contact avec la chaussée à plusieurs reprises. Les matériaux préférés pour la vanadation sont les aciers présentant au moins 0,4 % en poids de carbone, parce qu'une décarburation se manifeste pendant le traitement. Lorsque les éléments en saillie 2 sont réalisés à base de céramiques, on utilisera par exemple, une céramique industrielle frittée ou électrofondue qui est choisie parmi l'alumine renforcée par du zircone, de l'alumine (>90% Al2O3) et du zircone stabilisée par du MgO, Y203 ou CeO2 ainsi que le nitrure de silicium avec > 90% de Si3N4. Les pièces de friction réalisées à base d'alumine présentent, de préférence, une dureté Vickers supérieure à 20000 MPa. Les pièces de friction réalisées à base d'alumine et de zircone peuvent également entrer en contact à plusieurs reprises sur les différents constituants de la chaussée. Lorsque les éléments en saillie 2 sont en cermet, on utilisera par exemple les carbonitrures de tungstène/molybdène/titane, tels que (Ti,Mo) (C,N) ou (Ti,W)(C,N) avec des liants métalliques en alliages Ni/Mo/Cr/Co. Le cermet est constitué d'une phase réfractaire, choisi parmi les cations Ti, Ta, W et/ou Mo et des anions à base de C et/ou N. Les pièces de friction réalisées à base de (Ti,Mo)(C,N) présentent, de préférence, une dureté Vickers de 16000 MPa. Lorsque les éléments en saillie 2 sont en métaux durs, on utilisera par exemple des carbures de tungstène (WC en phase a et/ou [3) tels que WC avec 4 à 25% en poids avec des liants métalliques Ni-Cr-Mo-Co-Fe avec une granulométrie pouvant être inférieure à 0,5 ou bien supérieure à 5 m. On peut utiliser également du carbure de titane TiC ou des cermets à base de carbonitrure de titane Ti(C,N) avec 30 à 80 % en poids de liants métalliques Fe-Ni-Cr-Mo-Co pouvant présenter une granulométrie pouvant être inférieure à 0,5 m ou bien supérieure à 5 m. Les pièces de friction réalisées à base de carbure de tungstène présentent, de préférence, une dureté Vickers supérieure à 18000 MPa. D'autres métaux durs choisis parmi le carbure de tantale (TaC) et de niobium (NbC) peuvent être utilisés pour réaliser les pièces de friction 1 selon l'invention. Les pièces de friction réalisées à base de cermets et de métaux durs peuvent également entrer en contact à plusieurs reprises avec la chaussée. Plus généralement, les pièces de friction présentant une dureté supérieure à 8000 MPa peuvent entrer en contact à plusieurs reprises avec la chaussée et permettent d'augmenter le frottement entre la pièce et la chaussée. Les matériaux céramiques, cermets et/ou métaux durs peuvent être utilisés pour supprimer ou éviter la formation d'étincelles lors du contact de la pièce avec la chaussée. Les métaux durs et les cermets peuvent être appliqués sous forme de matériaux monolithiques non-revêtus ou comme revêtements déposés en projection thermique sur les aciers et les fontes alliées décrits dans la présente invention avec une épaisseur de la couche comprise entre 10 m à 2000 m. L'angle de coupe des éléments en saillie 2 peut être choisi de manière à éviter la formation de copeaux ou de micro copeaux, qui usent la chaussée afin de favoriser la création d'un microsillon avec peu ou pas d'enlèvement de matière de chaussée par un angle de coupe négatif. Ces éléments en saillie 2 peuvent être incorporés directement sur la pièce de friction 1 ou bien incorporés sur une couche de polymères renforcés ou non renforcés par des fibres. Ainsi, la pièce de friction 1 peut être constituée d'un seul type de matériau en métal de dureté supérieure à 4000 MPa ou bien seuls les éléments en saillie, soumis à la friction, peuvent être constitués d'un matériau en métal présentant une dureté supérieure à 4000 MPa. L'incorporation des éléments en saillie 2 sur une couche de polymère permet à la pièce de friction 1 de mieux résister à l'attaque abrasive des constituants de la chaussée. En cas de freinage d'urgence, la pièce de friction 1, située à l'avant du véhicule, est abaissée en direction de la chaussée, de façon que les éléments en saillie 2 viennent en contact de friction avec la chaussée. De cette façon, le freinage peut être contrôlé. Pour chaque mode de réalisation, la surface 3 sur laquelle sont appliqués les éléments en saillie 2 est avantageusement convexe dans deux directions respectivement selon deux rayons de courbures R, et R2 tel qu'illustré sur les figures 2 et 3. De manière préférentielle, R, et R2 sont supérieurs à 50 mm chacun, ce qui permet d'obtenir un contact de l'ensemble de la pièce de friction 1 sur la chaussée. La pièce de friction 1 peut également présenter en avant de sa direction de glissement un chanfrein. De cette façon, la pièce de friction 1 est capable de surpasser les obstacles, les trous ou les mauvais alignements de surfaces de la chaussée. De préférence, les éléments en saillie 2 sont réalisés en acier traité thermo-chimiquement en surface par vanadation et présentent une dureté comprise entre 20 000 MPa et 35 000 MPa. Cette dureté est supérieure aux matériaux constituant la chaussée ce qui permet aux éléments en saillie de résister à l'attaque abrasive. En outre, la pièce de friction 1 selon l'invention peut entrer en contact à plusieurs reprises avec les constituants de la chaussée, ce qui rend le dispositif de freinage d'urgence particulièrement économique. REVENDICATIONS 1. Pièce de friction mécanique (1) pour freinage d'urgence d'un véhicule automobile, destinée à entrer en contact de friction avec la chaussée, caractérisée en ce que la pièce (1) comprend une surface (3) munie d'une pluralité d'éléments en saillie (2), soumis à la friction, les éléments en saillie (2) étant en un matériau en métal de dureté Vickers supérieure à 4000 MPa. 2. Pièce de friction (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau en métal est choisi parmi les aciers, les fontes alliées, les cermets, les métaux durs et/ou les céramiques. 3. Pièce de friction (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le matériau en métal est un cermet (Ti,Mo)(C,N) ou (Ti,W)(C,N) avec des liants métalliques en alliages Ni,Mo,Co et/ou Cr. 4. Pièce de friction (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les éléments en saillie (2) comprennent une pluralité de crampons, de clous et/ou des pointes. 5. Pièce de friction (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la forme de chaque élément en saillie est choisie parmi un cône, une pyramide à base triangulaire (2b), carrée (2) ou polygonale, une sphère (2a) et /ou un tore. 6. Pièce de friction (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les éléments en saillie (2) sont directement incorporés à la surface (3) de la pièce de friction (1). 7. Pièce de friction (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'une couche de polymères est intercalée entre la pièce de friction (1) et les éléments en saillie (2). 8. Pièce de friction (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la surface (3) sur laquelle sont appliqués les éléments en saillie (2) est convexe dans deux directions selon deux rayons de courbure R, et R2, chaque rayon étant supérieur à 50 mm. 9. Pièce de friction (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle présente en direction de glissement un chanfrein. 10. Système de freinage d'urgence qui incorpore une pièce de friction selon les revendications précédentes.