Brevet FR2898652A1 — publié le 20070921

Domaine de l'invention La présente invention concerne un frein de stationnement de véhicule comportant un entraînement à broche composé d'une broche et d'un écrou. L'invention concerne également un procédé de compensation de l'usure des garnitures de freins. Etat de la technique Les freins de stationnement de véhicules sont connus selon l'état de la technique sous de multiples réalisations. Récemment, les freins à main connus utilisant un levier de frein à main avec un câble de traction pour actionner le frein de stationnement, sont de plus en plus remplacés par des freins de stationnement ne comportant qu'un court câble de traction par lequel la force de traction est exercée à l'aide d'un moteur électrique. De tels freins de stationnement sont également appelés freins à câble tiré et sont combinés à un étrier de frein classique. On a toutefois constaté, notamment lorsque les garnitures de freins étaient usées, que l'on rencontrait des difficultés. En particulier, les solutions connues se traduisent par une mise en biais des pièces à cause d'une transmission irrégulière des efforts, ce qui se traduit par une réduction de la duré de vie. Exposé et avantages de l'invention La présente invention concerne un frein de stationnement de véhicule comportant un entraînement à broche composé d'une broche et d'un écrou, l'écrou étant monté fixe en rotation mais mobile axialement pour actionner un piston de frein, un câble de traction, une installation d'actionnement du câble de traction prévue à une extrémité du câble de traction, un élément de levier, tournant, associé à la seconde extrémité du câble de traction, l'élément de levier pouvant tourner autour d'un axe (X-X), et un mécanisme à cliquet comportant une roue à cliquet et un cliquet, dont la roue à cliquet reliée à la broche tourne solidairement avec la broche, et le cliquet est prévu sur l'élément de levier pour tourner en commun avec l'élément de levier lorsque cet élément de levier tourne, pour transmettre un couple de l'élément de levier par la roue à cliquet à la broche. Le frein de stationnement selon l'invention a l'avantage vis-à-vis de l'état de la technique de garantir son fonctionnement et d'offrir une possibilité de compensation simple et garantie de l'usure des garnitures de freins. Le frein de stationnement selon l'invention est d'une construction très simple et compacte ; de plus, il est très robuste. En outre, le frein de stationnement selon l'invention offre une course de réglage significativement plus importante, notamment si le moteur électrique est une installation de traction appliquée au câble de traction. Le levier de frein à main n'est plus dans ces conditions la pièce ou le composant limitatif. En outre, l'invention permet de découpler la compensation de l'usure des garnitures de freins et la fonction de freins de service. Ainsi, selon l'invention, un mécanisme à cliquet est composé d'une roue à cliquet et d'un cliquet relié à un élément de levier auquel est fixé un câble de traction. La roue à cliquet est reliée à une broche d'une transmission à broche. Lorsque le frein de stationnement est actionné, une force de traction s'exerce sur le câble, de sorte que l'élément de levier tourne autour d'un axe. En même temps, le cliquet fixé à l'élément de levier tourne. Le cliquet est en prise avec la roue à cliquet de sorte que le mouvement de rotation du cliquet transmet le couple à la roue à cliquet. La broche de l'entraînement à broche tourne dans ces conditions et produit le déplacement en translation de l'écrou de l'entraînement à broche, dans la direction axiale de la broche. L'écrou est en liaison avec le piston du frein de service du véhicule et déplace le piston du frein dans la direction axiale pour qu'au moins une garniture de frein s'applique contre le disque de frein. L'écrou de l'entraînement à broche est solidaire en rotation pour permettre le mouvement axial du piston de frein. L'installation d'actionnement du frein de stationnement est de préférence un levier de frein à main et de préférence un moteur électrique. Pour que la construction soit aussi simple que possible, le frein de stationnement comporte en outre de préférence un ressort de rappel pour rappeler l'élément de levier. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le frein de stationnement comporte un ressort de rappel pour rappeler la broche. Le ressort de rappel, qui rappelle la broche, est de préférence un ressort spirale relié à la broche et à une pièce fixe, notamment au boîtier du frein ou à un manchon. Le ressort spirale comporte d'une manière particulièrement préférentielle au moins une extrémité reliée de manière amovible à la broche ou à la pièce fixe. Le ressort spirale a de préférence chaque fois une première et une seconde extrémité essentiellement en forme de crochet ou en forme de U et la broche et/ ou la pièce fixe ont chaque fois plusieurs cavités. La première extrémité du ressort spirale est notamment en prise dans une cavité de la broche et la seconde extrémité du ressort spirale se trouve en prise dans une cavité de la pièce fixe. Cette réalisation garantit que pour l'actionnement du frein de stationnement, la broche tournera par rapport à la pièce fixe et le ressort de rappel génère un couple de rappel correspondant. La disposition des extrémités du ressort de rappel dans les cavités exclut toute rotation 15 excessive ou toute surcharge du ressort de rappel car pour un angle de rotation trop important, l'une des extrémités se dégage de la cavité et s'accroche dans la cavité suivante. Cela permet en outre d'assurer un couple de rappel constant. De préférence, les cavités voisines successives de la bro- 20 che et/ou les cavités voisines de la pièce fixe sont écartées du même intervalle angulaire, notamment chaque fois de 90 ou de 60 ou de 45 ou de 30 . Cette réalisation permet en outre d'avoir un couple de rappel agissant sur la broche, indépendant du nombre de rotations de la broche. En particulier, cela permet d'avoir un couple de rappel de la broche 25 indépendant de l'usure des garnitures. Suivant une autre caractéristique préférentielle, il est prévu un manchon protecteur, notamment en caoutchouc, installé au niveau du mécanisme à cliquet pour protéger celui-ci contre l'encrassage. Si le manchon protecteur est en caoutchouc, l'effet de res- 30 sort du manchon en caoutchouc permet d'appliquer celui-ci étroitement et d'éviter la pénétration de saletés. En variante, le manchon en caoutchouc peut également être relié de façon fixe à une pièce fixe et à l'élément de levier et son élasticité autorise les mouvements de rotation produits par l'actionnement du frein de stationnement. Suivant une autre caractéristique préférentielle, le frein de stationnement comporte un mécanisme de bille dans une rampe monté entre l'installation à broche et la roue à cliquet. Le mécanisme de billes dans une rampe est un mécanisme comportant un grand nombre de billes sur un plan incliné par rapport à un plan perpendiculaire à la direction axiale de la broche. Lorsque la broche tourne, la position inclinée du plan transforme le mouvement de rotation en un mouvement de translation. Cela évite en particulier pour des charges importantes que par exemple le serrage du frein de stationnement rende le fonctionnement de la broche plus difficile et ne détériore le rendement. En variante, à la place du mécanisme de billes dans une rampe on peut également avoir une broche à circulation de billes ou une broche à circulation de galets. La présente invention concerne également un procédé de 15 compensation de l'usure des garnitures d'un frein de stationnement. Selon le procédé, à l'arrêt du véhicule on actionne le frein de stationnement et on le libère immédiatement pour compenser pendant l'opération de libération une éventuelle usure de la garniture de frein, par un parcours d'un angle de rotation plus grand par le méca- 20 nisme à cliquet. En particulier, après avoir parcouru un trajet relative-ment long sans que le frein de stationnement n'ait été actionné, cela garantit la compensation de l'usure des garnitures. De plus, par un actionnement cyclique du frein de stationnement on peut également dé- 25 tecter à temps un défaut de fonctionnement de ce frein et émettre le cas échéant un signal avertisseur destiné au conducteur. Le procédé est exécuté de préférence dans un intervalle de temps prédéfini, par exemple quotidiennement et/ou après un par-cours d'une certaine longueur. 30 Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue en coupe schématique d'un frein de station- 35 nement selon un premier exemple de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue de dessus schématique d'un mécanisme à cliquet du premier mode de réalisation, - la figure 3 est une vue en coupe schématique d'une broche du frein de stationnement, et - la figure 4 est une vue en coupe schématique d'un frein de stationnement correspondant à un second mode de réalisation de l'invention. Description de modes de réalisation de l'invention Un premier exemple de réalisation de l'invention sera décrit ci-après en détail en référence aux figures 1 à 3. Selon la figure 1, un frein de stationnement 1 selon le premier exemple de réalisation comprend un piston de frein 2 servant en même temps de piston du frein de service du véhicule. Le piston de frein 2 est actionné par exemple par la pression hydraulique lorsqu'il 15 fonctionne comme frein de service. Le piston de frein 2 est muni de façon connue d'une garniture de frein 4 installée au voisinage d'un frein à disque 3. Un étrier de frein à disque n'est pas représenté en détail. Le frein de stationnement 1 comprend en outre un entraînement à broche 5 avec une broche 6 et un écrou 7. L'écrou 7 est installé fixe en rota- 20 tion, si bien qu'il transforme un mouvement de rotation de la broche en un mouvement de translation. Comme le montre la figure 1, l'écrou 7 est installé à l'intérieur du piston de frein 2 pratiquement en forme de pot et pousse contre le fond du piston de frein 2. Le frein de stationnement 1 comporte en outre un moyen 25 d'entraînement formé d'un moteur électrique 10, d'un câble de traction 9 et d'un élément de levier 8. L'élément de levier 8 est représenté en détail à la figure 2. Le moteur électrique 10 est relié par le câble de traction 9 à l'élément de levier 8. Le frein de stationnement 1 comporte en outre un mécanisme à cliquet ayant une roue à cliquet 11 avec un 30 cliquet 12. Selon les figures 1 et 2, le cliquet 12 est fixé à l'élément de levier 8 et un ressort de précontrainte 13 assure sa précontrainte. La roue à cliquet 11 est prévue à une extrémité de la broche 6 et tourne en commun avec cette broche 6 (voir figure 1). La roue à cliquet 11 comporte plusieurs zones de butée (gradins) 1 la ; le cliquet 12 s'applique 35 contre une zone de butée 1 la. Cela permet de transmettre un couple à partir de l'élément de levier 8 vers la roue à cliquet 11. Un ressort de rappel 14 de l'élément de levier 8 est bandé par l'actionnement du frein de stationnement et en cas de libération du frein de stationnement, il rappelle l'élément de levier 8 dans sa position d'origine. Comme cela apparaît notamment à la figure 3, la broche 4 comporte quatre cavités 6a. Les cavités ont une forme semi-circulaire ou semi-sphérique et servent à recevoir une première extrémité 15a d'un ressort de rappel 15 de la broche. Une seconde extrémité 15b du ressort de rappel 15 est logée dans une cavité 16a réalisée dans un manchon 16. Comme le montre la figure 3, le manchon 16 comporte quatre cavités 16a. Les cavités 6a de la broche 6 et les cavités 16a du manchon 16 sont associées chaque fois suivant un angle de 90 . Le manchon 16 est solidaire en rotation et un joint 18 assure son étanchéité vis-à-vis du boîtier 17 du frein à main. Selon la figure 1, le mécanisme à cliquet est installé dans ces conditions entre l'élément de levier 8 et l'entraînement à broche 5. Le mécanisme à cliquet est extérieur à la zone hydraulique du frein de service. De plus, le filetage entre la broche 6 et l'écrou 7 est un filetage autobloquant si bien que l'entraînement à broche conserve automati- quement sa place entre la broche et l'écrou. La référence 19 désigne un manchon d'étanchéité en une matière élastique, de préférence en caoutchouc. Le manchon 19 est monté entre l'élément de levier 8 et le boîtier 17 pour protéger notamment le mécanisme à cliquet contre l'encrassage. Le frein de stationnement selon l'invention fonctionne comme suit : lorsque le conducteur veut actionner le frein de stationnement il actionne un interrupteur ou un bouton ou autre à l'intérieur de l'habitacle du véhicule pour qu'une installation de commande non représentée mette en oeuvre le moteur électrique 10. Le moteur électri- que 10 exerce une traction sur le câble de traction 9 dans la direction de la flèche C (voir figure 1) de sorte que le levier tourne autour de l'élément de levier 8 suivant l'axe X-X du frein de stationnement dans la direction de la flèche C (voir figure 2). L'élément de levier 8 est ainsi tourné contre la force développée par le ressort de rappel 14. Comme le cliquet 12 est solidaire de l'élément de levier 8 et que le ressort de pré- contrainte 13 est précontraint, l'extrémité libre du cliquet 12 pousse contre une zone d'appui 11 a de la roue à cliquet 11. La roue à cliquet 11 tourne ainsi dans la direction D égale au sens de rotation B de l'élément de levier 8. Comme la roue à cliquet 11 est solidaire en rotation de la broche 6 sur un axe commun X-X, la broche 6 tourne en commun avec la roue à cliquet 11. Comme l'écrou 7 est fixe en rotation, le mouvement de rotation de la broche 6 se transforme en un mouvement de translation de l'écrou 7. L'écrou 7 pousse ainsi contre le fond du piston de frein 2 qui se déplace dans la direction de la flèche A et pousse la garniture de frein 4 contre le fin à disque 3. Lorsqu'une force de freinage suffisante est établie, le moteur électrique 10 s'arrête et le frein de stationnement du véhicule est activé. La position du frein de stationnement du piston de frein 2 est maintenue par le filetage autobloquant de l'entraînement à broche 5. Pour libérer de nouveau le frein de stationnement, le conducteur actionne de nouveau un interrupteur ou un bouton ou autre élément pour entraîner le moteur électrique 10 dans le sens opposé. La longueur nécessaire à l'actionnement du frein de stationnement est de nouveau libérée pour le câble de traction 9, si bien que l'élément de levier 8 est rappelé par le ressort de rappel 14 dans sa position initiale. En même temps l'entraînement à broche 5 est également tourné en retour dans sa position initiale sur la broche 6 après avoir été mis en pré-contrainte par la rotation de la broche 6. La broche 6 tourne ainsi en sens opposé à son actionnement et l'écrou 7 est reconduit par rotation dans la direction du manchon 16. Le piston de frein 2 est rappelé par une installation de rappel non représentée telle que par exemple un joint élastique à fonction de rappel. Grâce à la réalisation des extrémités 15a et 15b du res- sort de rappel 15 en forme de crochet, pour la broche 6, cela évite une rotation excessive ou une surcharge du ressort de rappel 15. Pour un angle de rotation trop grand pendant l'actionnement du frein de stationnement, l'une des extrémités 15a, 15b en forme de crochet se dé-gage de sa cavité et vient dans la cavité directement suivante. Pour garantir la réception de l'extrémité en forme de crochet du ressort de rappel 15, une fois cette extrémité dégagée, à la place des cavités en forme de demi-sphères on peut également prévoir des cavités en forme de rainures dans la direction axiale X-X. Il est à remarquer que pour une distance angulaire entre les cavités 6a et la broche 6 ou les cavités 16a du manchon 16, ces distances peuvent être choisies de manière quelconque. Cette réalisation garantit qu'un couple de rappel agissant sur la broche reste pratiquement constant indépendamment du nombre de rotations de la broche. Cela permet notamment de garantir que le ressort de rappel de la broche est indépendant de l'éventuelle usure des garnitures. Le frein de stationnement 1 selon l'invention a en outre un mécanisme de compensation automatique, intégré, lorsque se pro-duit l'usure de la garniture de frein 4. Ce mécanisme de compensation est toujours activé par le mouvement de rappel du frein de stationne- ment, de la position fixe à la position libérée. Si depuis le dernier actionnement du frein de stationnement 1, l'usure des garnitures de frein 4 est supérieure à un seuil de déclenchement prédéfini, le mouvement de remontée du piston de frein 2, en direction du disque de frein 3, est plus grand que la course de rappel, car le joint qui assure le rappel du piston de frein 2 prédéfinit toujours la même course de rappel pour le piston de frein 2. L'élément de levier 8 est toutefois rappelé indépendamment de l'existence d'une usure de garniture de frein de toujours la même course dans sa position initiale. Ainsi, l'élément de levier 8, en cas de rappel du frein de stationnement avec une usure d'une garniture de frein, a un angle de rotation plus grand que la broche 6. Le cliquet 12 passe alors sur une ou plusieurs zones de butée 11 a de la roue à cliquet 11 et compense l'usure des garnitures. Lors de l'actionnement suivant du frein de stationnement, le cliquet 12 est appliqué contre une autre zone d'appui 11 a de la roue à cliquet 11 et l'actionnement du frein de stationnement se fait comme cela a été décrit ci-dessus. Si les garnitures de frein sont complètement usées, lors du changement de garniture on rappelle les moyens de compensation d'usure de la garniture dans la position initiale. Pour cela, il faut soulever le cliquet 12 contre la force développée par le ressort de précon- trainte 13 pour permettre à la broche 6 de tourner à nouveau dans l'écrou 7. Comme décrit ci-dessus, on ne compense l'usure des garnitures que lorsque le frein de stationnement est actionné. Si main- tenant le véhicule se déplace pendant une période prolongée sans l'actionnement du frein de stationnement, théoriquement le frein de service pourrait être usé à un niveau tel que la course de rotation de l'élément de levier 8 ne suffit plus pour exercer une force de freinage suffisante entre le disque de frein 3 et la garniture de frein 4 pour le frein de stationnement. C'est pourquoi, selon le procédé de l'invention, il y aura un actionnement cyclique du frein de stationnement après que le véhicule ait parcouru un certain trajet et qui se fera automatiquement à l'arrêt du véhicule. Si ainsi le conducteur n'actionne pas le frein de stationnement à l'intérieur d'un trajet défini et/ou d'un intervalle de temps défini, le frein de stationnement sera actionné brièvement automatiquement par une installation de commande pendant que le véhicule est à l'arrêt, par exemple à un feu rouge. Cet actionnement automatique suivi par la libération immédiate du frein de stationnement permet ainsi de compenser une éventuelle usure des garnitures de freins. Il est également à souligner que l'utilisation du moteur électrique 10 permet également le diagnostic de la force exercée pendant l'actionnement du frein de stationnement. Si le frein de stationnement arrive à une force de frein insuffisante ou atteint une limite d'actionnement prédéfinie engendrée par une compensation insuffisante de l'usure des garnitures, une installation de diagnostic peut constater par exemple à partir de la durée d'actionnement du moteur électrique et/ ou de la tension ou du courant pris par le moteur électrique en fonction du temps, que l'on est dans une situation de défaut. Le conducteur pourra être informé par exemple par une installation de signalisation optique et/ou acoustique. Lorsque se produit un tel défaut, une installation de commande peut déterminer qu'il faut de nouveau libérer le frein de stationnement et l'actionner ensuite une nouvelle fois pour permettre une compensation automatique de l'usure des garnitures par le mécanisme à cliquet. Si une seconde tentative d'activation du frein de stationnement ne permet pas d'atteindre une force de freinage néces- saire, cela signifie qu'il y a un autre défaut du système et l'installation de commande émet un avertissement approprié pour le conducteur. Un second exemple de réalisation de l'invention sera décrit ci-après en référence à un frein de stationnement 1 présenté à la figure 4. Pour cette description, on utilisera les mêmes références que dans le premier exemple de réalisation pour désigner les pièces identiques ou fonctionnellement identiques. Le second exemple de réalisation correspond pour l'essentiel au premier exemple de réalisation et à la différence du premier exemple de réalisation il est en outre prévu un mécanisme à billes dans une rampe 20. Selon la figure 4, le mécanisme à billes dans une rampe 20 est monté entre la broche 6 et le boîtier 17. Pour un actionnement du frein de stationnement, le mécanisme 20 n'agit pas car celui-ci est légèrement précontraint. Mais si le frottement de 15 l'entraînement à broche 5 entre la broche 6 et l'écrou 7 augmente et si l'entraînement à broche devient ainsi plus difficile, il s'établit un contre-couple plus important pour l'élément de levier 8. Lorsque ce contre-couple est suffisamment grand, et dépasse un seuil prédéfini, le mécanisme de billes dans une rampe sera actionné. La précontrainte de ce 20 mécanisme sera dépassée et le mécanisme à billes dans une rampe exécutera un mouvement axial supplémentaire pour la broche 6 pour avoir le blocage proprement dit du frein de stationnement 1. A la libération du frein de stationnement, le ressort de rappel 15, fixé dans cet exemple de réalisation à une extrémité de la broche 6, et par l'autre extrémité au 25 boîtier 17, rappellera également de nouveau le mécanisme de billes dans une rampe. Pour le reste, cet exemple de réalisation correspond à l'exemple de réalisation précédent, ce qui permet de ne pas reprendre la précédente description. 30 35 REVENDICATIONS 1 ) Frein de stationnement de véhicule comportant un entraînement à broche (5) composé d'une broche (6) et d'un écrou (7), l'écrou (7) étant monté fixe en rotation mais mobile axialement pour ac- tionner un piston de frein (2), un câble de traction (9), une installation d'actionnement du câble de traction (9) prévue à une extrémité du câble de traction (9), un élément de levier (8), tournant, associé à la seconde extrémité du câble de traction (9), l'élément de levier (8) pouvant tourner autour d'un axe (X-X), et un mécanisme à cliquet comportant une roue à cliquet (11) et un cliquet (12), dont la roue à cliquet (11) reliée à la broche (6) tourne solidairement avec la broche (6), et le cliquet (12) est prévu sur l'élément de levier (8) pour tourner en commun avec l'élément de levier (8) lorsque cet élément de levier (8) tourne, pour transmettre un couple de l'élément de levier (8) par la roue à cliquet (11) à la broche (6). 2 ) Frein de stationnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'installation d'actionnement est un levier de frein à main ou un moteur électrique (10). 3 ) Frein de stationnement selon la revendication 1, caractérisé par un ressort de rappel (14) pour rappeler l'élément de levier (8). 4 ) Frein de stationnement selon la revendication 1, caractérisé par en outre un ressort de rappel (15) pour rappeler la broche (6). 5 ) Frein de stationnement selon la revendication 4, caractérisé en ce que 30le ressort de rappel (15) est un ressort spirale relié à la broche et à un composant fixe (16, 17). 6 ) Frein de stationnement selon la revendication 5, caractérisé en ce que le ressort spirale (15) a au moins une extrémité reliée de manière amovible à la broche (6) et/ou au composant fixe (16, 17). 7 ) Frein de stationnement selon la revendication 6, caractérisé en ce que le ressort spirale (15) a une première extrémité (15a) en forme de crochet et une seconde extrémité (15b) en forme de crochet, la broche (6) et le composant fixe (16, 17) ayant chacun un grand nombre de cavités (6a, 16a), la première extrémité (15a) du ressort spirale (15) étant en prise avec une cavité (6a) de la broche alors que la seconde extrémité (15b) du ressort spirale (15) est en prise avec une cavité (16a) de la pièce fixe (16). 8 ) Frein de stationnement selon la revendication 7, caractérisé en ce que les cavités (6a) successives, voisines de la broche (6) et/ou les cavités (16a) voisines de la première pièce fixe (16), se trouvent à la même dis-tance angulaire, notamment à une distance angulaire de 90 ou 60 ou 45 ou 30 . 9 ) Frein de stationnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour protéger le mécanisme à cliquet, un manchon (19) en une matière élastique est prévu sur l'élément de levier (8) et sur un boîtier (17). 10 ) Frein de stationnement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' un mécanisme de bille et de rampe (20) permet un mouvement supplémentaire de la broche (6) dans la direction axiale (X-X). 35 511 ) Frein de stationnement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' une broche à circulation de bille permet un mouvement supplémentaire de la broche (6) dans la direction axiale (X-X). 12 ) Procédé de compensation de l'usure d'une garniture de frein (4) pour un frein de stationnement (1) selon l'une des revendications 1 à 11 caractérisé en ce qu' 10 à l'arrêt du véhicule on actionne le frein de stationnement et on le libère immédiatement pour compenser pendant l'opération de libération une éventuelle usure de la garniture de frein (4), par le parcours d'un angle de rotation plus grand par le mécanisme à cliquet. 15 13 ) Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'actionnement et la libération automatique du frein de stationnement se fait après un intervalle de temps prédéfini et/ou après un trajet pré-défini parcouru par le véhicule. 20