Brevet FR2899546A1 — publié le 20071012

"Actionneur de frein de stationnement électrique" L'invention concerne un actionneur, notamment un actionneur de frein de stationnement électrique de véhicule automobile, comprenant un moteur et une partie mobile déplacée par ce moteur selon une direction de serrage lorsque cet actionneur est sollicité. L'invention concerne également un frein de stationnement électrique comportant un tel actionneur. Un frein de stationnement est un dispositif de commande parallèle à une commande hydraulique de frein principal, il comprend notamment des câbles transmettant un effort de serrage vers des récepteurs de freins intégrant chacun une commande mécanique parallèle à la commande hydraulique. Les freins de stationnement classiques, dits "frein à main", comprennent une poignée solidaire en rotation d'une poulie et un cliquet anti-retour. Un câble relié aux câbles de freins s'enroule sur la poulie, de sorte qu'une traction sur la poignée déplace les câbles de frein, et les maintient en position grâce au cliquet anti-retour. Dans un frein de stationnement électrique, l'action de l'utilisateur sur un organe de commande de type interrupteur électrique sollicite l'actionneur électrique pour qu'il déplace sa partie mobile de façon à exercer un effort de traction sur les câbles de freins. Un frein de stationnement électrique connu est représenté schématiquement en figure 1. Il comprend un actionneur équipé d'une partie mobile PM reliée à deux câbles de freinage Cl et C2, chaque câble étant relié à un frein correspondant, ces freins étant modélisés par des ressorts R1 et R2. L'actionneur comprend un moteur M qui entraîne en rotation une vis sans fin V par l'intermédiaire d'un réducteur R, la partie mobile PM comprenant un taraudage dans lequel est engagée la vis V. Cette partie mobile est immobilisée en rotation par rapport à un carter non représenté, tout en pouvant être déplacée longitudinalement dans ce carter. Lorsque la vis V est entraînée en rotation par le moteur M, elle déplace ainsi en translation la partie mobile PM le long du carter pour générer un effort de freinage par déplacement des câbles Cl et C2. Le but de l'invention est de proposer une nouvelle conception d'actionneur électrique. A cet effet, l'invention a pour objet un actionneur de frein de stationnement électrique de véhicule automobile, comprenant un moteur et une partie mobile déplacée par ce moteur selon une direction de serrage lorsque cet actionneur est sollicité, caractérisé en ce qu'il comprend une roue entraînée en rotation par le moteur, cette roue comprenant une piste en spirale centrée sur l'axe de rotation de la roue, et en ce que la partie mobile comprend un galet guidé par cette piste en spirale. L'invention concerne également un actionneur tel que défini ci-dessus, dans lequel la roue comprend une piste en spirale sur chacune de ses faces, ces pistes étant symétriques l'une de l'autre par rapport à un plan médian de la roue, normal à son axe de rotation, et dans lequel la partie mobile comprend deux galets situés de part et d'autre de la roue et roulant chacune sur une piste correspondante. L'invention concerne également un actionneur tel que défini ci-dessus, dans lequel chaque spirale a un pas 30 variable. L'invention concerne également un actionneur tel que défini ci-dessus, dans lequel le pas de chaque spirale diminue vers le centre de cette spirale. L'invention concerne également un actionneur tel 35 que défini ci-dessus, comprenant une couronne dentée solidaire en rotation de la roue, et une vis engrenée dans cette couronne dentée et entraînée en rotation par le moteur. L'invention concerne également un actionneur tel que défini ci-dessus, comprenant une première partie mobile incluant au moins un galet roulant sur une spirale et une seconde partie mobile incluant au moins un galet roulant sur une spirale, les deux parties mobiles et leurs galets respectif étant disposés symétriquement par rapport à l'axe de rotation de la roue. L'invention concerne également un frein de stationnement comportant au moins un actionneur tel que défini ci-dessus, dans lequel, la partie mobile est déplacée par ce moteur selon une direction de serrage lorsque ledit actionneur est sollicité. L'invention sera maintenant décrite plus en détail, et en référence aux figures annexées. La figure 1 est une représentation schématique d'un actionneur de l'état de la technique. La figure 2 est une vue de l'actionneur selon 20 l'invention dans un plan de coupe contenant l'axe de rotation de la roue. La figure 3 est une vue de l'actionneur selon l'invention dans un plan de coupe médian normal à l'axe de rotation de la roue. 25 La figure 4 donne un exemple de spirale à pas constant et un exemple de spirale à pas variable pour l'actionneur selon l'invention. La figure 5 est un graphe illustrant la loi liant le déplacement radial de la partie mobile à la rotation 30 de la roue avec la spirale à pas constant. La figure 6 montre le déplacement de la partie mobile pour différentes positions angulaires de la roue avec la spirale à pas constant. La figure 7 montre le déplacement de la partie 35 mobile pour différentes positions angulaires de la roue avec la spirale à pas variable. La figure 8 est un graphe illustrant la loi liant le déplacement radial de la partie mobile à la rotation de la roue avec la spirale à pas variable. La figure 9 est un graphe représentatif de 5 l'évolution des efforts mis en jeu pour serrer et pour desserrer les freins. La figure 10 donne en superposition le déplacement de la partie mobile avec la spirale à pas constant et avec la spirale à pas variable. 10 La figure 11 représente schématiquement un frein de stationnement équipé d'un actionneur selon l'invention comprenant une partie mobile unique. La figure 12 illustre les efforts intervenant dans l'actionneur de la figure 11. 15 La figure 13 représente schématiquement un frein secondaire équipé d'un actionneur selon l'invention comprenant deux parties mobiles reliées à la roue indépendamment l'une de l'autre. La figure 14 illustre schématiquement en vue de 20 face la disposition des parties mobiles de l'actionneur de la figure 13. La figure 15 illustre les efforts intervenant dans l'actionneur des figures 13 et 14. L'actionneur 1 selon l'invention qui est visible 25 dans les figures 2 et 3 comprend un carter 2 renfermant une roue 3 incluant un axe de rotation 4 porté par deux paliers 6 et 7 montés dans le carter 2. Le carter est formé par deux demi-carters 8 et 9 fabriqués, par exemple, en tôle emboutie, et portant 30 chacun un palier correspondant. Ces deux demi-carters constituent deux demi-coquilles à pourtour généralement circulaire, et ils sont fixés l'un à l'autre au niveau de leurs bords périphériques respectifs par des vis ou autres. 35 La roue 3 comprend deux flasques 11 et 12 qui portent d'une part l'axe de rotation 4 en leur centre, et d'autre part une couronne 13 comprenant une denture 14 sur sa face cylindrique externe. L'actionneur est généralement symétrique par rapport à un plan médian normal à l'axe 4, les deux demi- carters 8 et 9 étant symétriques l'un de l'autre par rapport à ce plan, et les deux flancs 11 et 12 étant aussi symétriques l'un de l'autre par rapport à ce plan médian. La couronne 13 portée par les flancs 11 et 12 a une section en T lorsqu'elle est vue dans un plan de coupe contenant l'axe 4. Elle comprend une portion cylindrique ayant une denture 14 sur sa surface externe, et un anneau central généralement plat situé du côté intérieur de cette portion cylindrique, et positionné à mi-longueur de celle-ci le long de l'axe 4. L'anneau a un diamètre interne qui est le plus petit diamètre de cette couronne 13, et il sépare la surface interne de la portion cylindrique en deux faces situées de part et d'autre de cet anneau, ces deux faces cylindriques ayant un diamètre appelé grand diamètre interne de la couronne 13. Chaque flasque 11, 12 comprend une face externe 16, 17 généralement plane ayant un contour circulaire délimité par un bord périphérique cylindrique 18, 19 s'étendant à angle droit par rapport à la face externe. Les deux bords périphériques cylindriques ont chacun un diamètre externe qui correspond au grand diamètre interne de la couronne 13. La couronne 13 est maintenue par les deux flasques 11 et 12 en étant enserrée entre ceux-ci. Plus particulièrement, chaque flasque a son bord cylindrique externe emboîté dans une face cylindrique interne de la couronne et il est en appui contre l'anneau central de la couronne 13. Les deux flasques sont maintenus l'un à l'autre par exemple par des vis, s'étendant parallèlement à l'axe 4 et engagées dans des trous correspondants réalisés dans ces flasques, tels que les trous repérés par 20 sur la figure 2. Un moteur électrique 21 est fixé au carter, ce moteur entraînant en rotation une vis 22 qui est engrenée dans la denture 14 en étant disposée tangentiellement à la couronne 13. Lorsqu'elle est entraînée par le moteur, la vis 22 entraîne en rotation la roue 3 autour de l'axe 4. Chaque flasque 11, 12 comprend sur sa face externe un relief 23, 24 en spirale centrée sur l'axe 4 et ayant une forme de bourrelet lorsque vu dans un plan de coupe contenant l'axe 4. Chaque relief 23, 24 délimite une piste de roulement 26, 27, concave, s'étendant perpendiculairement à la face 17 du flasque et orientée vers l'axe 4. Comme visible dans les figures, les flasques peuvent être réalisés en tôle emboutie. L'actionneur selon l'invention comprend un organe mobile qu'il déplace lorsque le moteur est sollicité. Cet organe mobile 28 comprend deux bras 33, 34 situés de part et d'autre de la roue 3, ces deux bras portant deux galets 31 et 32 à leurs extrémités respectives. Les deux galets se font face et tournent autour d'un axe de rotation symbolisé par AX le long duquel ils sont espacés. Les bras 33 et 34 sont solidaires d'une chape 36 par rapport à laquelle ils sont articulés pour pouvoir écarter les galets l'un de l'autre lors de l'assemblage de l'actionneur. Les bras 33 et 34 s'étendent radialement par rapport à l'axe 4, et les galets sont engagés chacun dans une spirale de la roue 3, le galet 31 roulant sur la piste 26, le galet 32 roulant sur la piste 27. Chaque galet est monté sur un roulement à aiguilles pour minimiser les efforts de frottements en fonctionnement. Comme visible sur la figure 3, les demi-carters 8 et 9 comprennent chacun une ouverture orientée radialement qui coïncide avec un bras 33, 34, chaque ouverture permettant ainsi le passage d'un galet pour qu'il puisse rouler sur la piste correspondante. Le montage de l'organe mobile 28 consiste principalement à écarter les extrémités des bras 33 et 34, à les positionner radialement au droit des ouvertures radiales des demi-carters, à rapprocher les extrémités de ces bras pour engager les galets dans les spirales correspondantes, puis à bloquer la chape pour immobiliser les deux bras parallèlement l'un à l'autre, à l'aide d'un système non représenté. L'organe mobile 28 est lié aux câbles de freinage du véhicule, ce qui tend à écarter l'organe de l'axe 4, c'est-à-dire à maintenir les galets 31 et 32 en appui sur leurs pistes respectives. En fonctionnement, lorsque la roue 3 est entraînée en rotation par le moteur, l'organe mobile 28 s'écarte ou se rapproche de l'axe 4 selon le sens de rotation de cette roue. Lorsque la roue 3 est entraînée en rotation dans le sens direct sur la figure 3, elle provoque un déplacement de l'organe mobile 28 vers l'axe 4, ce qui correspond à un serrage du frein de stationnement. Un entraînement de la roue 3 dans le sens indirect permet au contraire à l'organe mobile de s'écarter de l'axe 4, ce qui correspond à un desserrage des freins. La spirale de base utilisée pour l'actionneur peut être une spirale à pas constant telle que celle qui est représentée en trait interrompu sur la figure 4, ou une spirale à pas variable telle que celle représentée en trait plein dans la figure 4. Avec une spirale à pas constant telle que celle représentée en pointillés, pour un même déplacement angulaire de la roue 3, le déplacement radial de l'organe mobile 28 est le même quelle que soit la position angulaire de la roue 3. Le pas vaut par exemple dix mm pour le premier, le deuxième et le troisième tour de la spirale. Ceci se traduit par une évolution linéaire de la position de l'organe mobile en fonction de la position angulaire de la roue 3, comme représenté en figure 5, dans laquelle le déplacement du galet par rapport à une position d'origine pour laquelle il est éloigné de l'axe 4 est proportionnel à la rotation de la roue. Dans la figure 6, on a représenté le déplacement d du galet 31 provoqué par plusieurs rotations successives de 180 de la roue 3, ce déplacement ayant la même amplitude d pour toute rotation de 180 . Dans le cas de la spirale représentée en trait plein, le pas diminue au fur et à mesure que l'on se rapproche de l'axe 4. Pour un même angle de rotation de la roue 3, le déplacement radial de l'organe mobile 28 est d'autant plus important que la position initiale de l'organe 28 est éloignée de l'axe 4. Le pas vaut par exemple quinze millimètres pour le premier tour de la spirale, dix pour le second, et cinq pour le troisième. Dans la figure 7, on a représenté le déplacement du galet 31 provoqué par plusieurs rotations successives de 180 de la roue 3 pourvue de pistes de roulement suivant chacune une spirale à pas variable, ces déplacements étant repérés par dl à d4. Comme illustré par cette figure, les déplacement est d'autant plus faible que le galet 31 est proche de l'axe 4, de sorte que l'on a dl > d2 > d3 > d4. Ce déplacement est encore représenté dans la figure 8 qui montre la position radiale de l'organe 28 en fonction de la rotation de la roue 3. Ce déplacement n'est pas proportionnel à la rotation de la roue, et il se traduit par une courbe partant de l'origine, et à dérivée décroissante. Cette évolution du déplacement dont la variation diminue au fur et à mesure que l'angle de rotation augmente se traduit par un effort disponible au niveau de l'organe mobile 28, qui augmente au fur et à mesure que l'angle de rotation augmente. L'évolution de l'effort appliqué à l'organe mobile évolue inversement, c'est-à-dire que cet effort est relativement faible en début de déplacement, puis il augmente en fin de déplacement. Avec une spirale à pas variable, l'actionneur est ainsi capable de produire un déplacement rapide sous faible couple en début de sollicitation, ce qui lui permet d'annuler rapidement les jeux fonctionnels du dispositif de freinage. En fin de déplacement, c'est-à-dire lors du serrage effectif des freins, l'effort appliqué à l'organe mobile 28 est au contraire plus élevé, moyennant un déplacement sensiblement plus lent. La figure 9 donne l'effort de freinage à fournir en fonction du déplacement de l'organe mobile 28. L'effort à fournir est relativement faible en début de déplacement, ce qui correspond à un rattrapage de jeu de différents constituants du système de freinage, puis l'effort à fournir croît de façon sensiblement linéaire dans une phase qui correspond au serrage effectif des freins. Cette courbe présente une hystérésis montrant que l'effort appliqué à l'organe mobile est inférieur lors du desserrage que lors du serrage des freins, ceci étant dû aux efforts de frottements mis en jeu dans le dispositif de serrage des freins. En figure 10, on a représenté en superposition le déplacement du galet 31 dans le cas d'une spirale à pas variable et dans celui d'une spirale à pas constant, respectivement en trait plein et en trait discontinu. L'actionneur 1 selon l'invention peut être intégré à un frein électrique de stationnement, comme illustré sur la figure 11, dans laquelle son organe mobile 28 est relié aux deux câbles de freinage Cl et C2 pour exercer sur ceux-ci l'effort de serrage. L'organe mobile peut alors être relié à ces câbles par l'intermédiaire d'un palonnier de manière à équilibrer les efforts appliqués aux câbles. Dans ce cas, en notant F l'effort appliqué à chaque câble, l'effort des galets sur la roue vaut 2F, et l'axe de rotation 4 est soumis à un effort ayant pour intensité 2F, ce qui est représenté en figure 12. Cet effort 2F qui est orienté selon une direction perpendiculaire à celle de l'axe 4, est repris notamment par les paliers 6 et 7 montés dans le carter. Avantageusement, l'actionneur selon l'invention est pourvu de deux parties mobiles telles que la partie mobile 28 des figures 2 et 3. Ces deux parties mobiles 28 et 28' sont alors disposées de façon opposée par rapport à l'axe 4, de manière à être symétriques l'une de l'autre par rapport à un plan contenant cet axe. Les galets de chaque partie mobile sont engagés dans les pistes en spirale, ce qui est représenté symboliquement sur la figure 14. En fonctionnement, ces parties mobiles s'écartent ou se rapprochent l'une de l'autre selon le sens de rotation de la roue 2. Comme visible en figure 15, en notant F l'effort appliqué à chaque câble de freinage Cl, C2, ces efforts sont orientés selon des directions opposées, de sorte qu'ils s'annulent mutuellement et n'ont ainsi pas à être repris par l'axe 4 ou par les paliers portant cet axe. En conséquence, la reprise d'efforts au niveau de l'axe 4 ou des paliers 6 et 7 n'est pas nécessaire, ce qui permet de réduire le dimensionnement de l'actionneur, et de le monter flottant. Ce montage permet de plus de diviser par deux l'intensité des efforts appliqués par chaque galet à la piste dans laquelle il roule ce qui permet encore de diminuer le dimensionnement des composants de l'actionneur. L'invention apporte notamment les avantages suivants . Le choix d'une roue entraînée par un système vis-couronne dentée permet d'améliorer le rendement par rapport à un système vis-écrou tel que celui de la figure 1. Le gain permet de passer d'un rendement de 42% à un rendement de 36%. Ceci est notamment dû au fait qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser un réducteur puisque le dispositif vis-couronne dentée assure à lui seul la réduction qui est réalisée d'une part par le réducteur et d'autre part par le système vis-écrou dans l'actionneur connu. De plus, l'effort est appliqué par le moteur en périphérie de la roue, de sorte qu'il a une plus fiable intensité, et induit par conséquent de plus faibles frottements que dans le cas d'un système vis-écrou. Grâce au dispositif vis-couronne dentée, le mouvement est irréversible, quel que soit le pas de la spirale. Il n'est donc pas nécessaire de prévoir de dispositif de blocage intervenant après sollicitation de l'actionneur pour maintenir le frein dans un état serré. La mise en oeuvre d'une spirale à pas variable permet de réaliser un actionneur à démultiplication variable pour réduire le dimensionnement du moteur, ce qui permet de réduire le coût de fabrication de l'actionneur. Ce mode de réalisation permet notamment de choisir un moteur du type à couple constant tout en délivrant au niveau de la partie mobile un effort d'intensité variable. REVENDICATIONS 1. Actionneur (1) de frein électrique de véhicule automobile, comprenant un moteur (21) et une partie mobile (28) déplacée par ce moteur (21) selon une direction de serrage déterminée lorsque cet actionneur (1) est sollicité, caractérisé en ce qu'il comprend une roue (3) entraînée en rotation par le moteur (21), cette roue (3) comprenant une piste (26, 27) en spirale centrée sur l'axe de rotation (4) de la roue (3), et en ce que la partie mobile (28) comprend un galet (31, 32) guidé par cette piste en spirale (26, 27). 2. Actionneur selon la revendication 1, dans lequel la roue (3) comprend une piste en spirale (26, 27) sur chacune de ses faces (16, 17), ces pistes (26, 27) étant symétriques l'une de l'autre par rapport à un plan médian de la roue (3) normal à son axe de rotation (4), et dans lequel la partie mobile (28) comprend deux galets (31, 32) situés de part et d'autre de la roue (3) et roulant chacun sur une piste correspondante (26, 27). 3. Actionneur selon la revendication 1, dans lequel chaque spirale (26, 27) a un pas variable. 4. Actionneur selon la revendication 3, dans lequel le pas de chaque spirale (26, 27) diminue vers le centre 25 de cette spirale. 5. Actionneur selon l'une des revendications 1 à 4, comprenant une couronne dentée (13) solidaire en rotation de la roue (3), et une vis (22) engrenée dans cette couronne (13) dentée et entraînée en rotation par le 30 moteur (21). 6. Actionneur selon l'une des revendications 1 à 5, comprenant une première partie mobile incluant au moins un galet (31) roulant sur une spirale et une seconde partie mobile incluant au moins un galet (31') roulant 35 sur une spirale, les deux parties mobiles et leurs galets respectifs (31, 31') étant disposés symétriquement par rapport à l'axe de rotation (4) de la roue. 7. Frein de stationnement électrique, notamment pour véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un actionneur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, la partie mobile (28) est déplacée par ce moteur (21) selon une direction de serrage lorsque ledit actionneur (1) est sollicité.