Brevet FR2912483A1 — publié le 20080815

DISPOSITIF MECANIQUE DE TRANSFORMATION DE MOUVEMENT A COMMANDE ELECTRIQUE ET A HAUT RENDEMENT, NOTAMMENT POUR FREIN DE STATIONNEMENT ELECTRIQUE DE VEHICULE. La présente invention concerne un dispositif mécanique de transformation de mouvement à commande électrique et à haut rendement, notamment pour un frein de stationnement électrique de véhicule, en particulier de véhicule automobile. Par dispositif mécanique de transformation de mouvement à commande électrique, on entend tout système qui comprend un actionneur électrique et un mécanisme qui transforme le mouvement fourni par l'actionneur en un mouvement différent, par exemple qui transforme le mouvement de rotation fourni par l'actionneur en un mouvement de translation. Dans l'exemple d'un frein de stationnement électrique - appelé aussi frein de parking le dispositif comprend, de manière classique, un moteur électrique, un réducteur à pignons et roues dentées, et un système vis/écrou qui a pour fonction de transformer le mouvement de rotation fourni par le moteur électrique à la vis en un mouvement de translation de l'écrou, ce dernier étant immobilisé en rotation. Le mouvement de translation de l'écrou, ainsi obtenu, est utilisé pour tirer sur les deux câbles de frein par l'intermédiaire d'un organe mécanique qui permet de répartir l'effort de traction de manière égale entre les deux câbles. D'autres dispositifs mécaniques de transformation de mouvement à commande électrique peuvent être, à titre d'exemples, des systèmes d'ouverture et de fermeture automatique d'un ouvrant à battant, tel que porte, volet, etc. De tels dispositifs de transformation de mouvement à commande électrique, notamment pour des freins de stationnement de véhicule sont déjà connus de l'art antérieur. Ainsi, on connaît, selon le document EP 1 211 149 A2, un système de frein électrique destiné à tendre un câble de frein, qui comporte un moteur électrique ayant un arbre de sortie, un bloc de commande pour la commande du moteur électrique, une transmission couplant une vis mère filetée à l'arbre de sortie du moteur électrique, et un écrou d'entraînement ayant un alésage de vis mère taraudé pour recevoir la vis mère et ayant un axe central décalé par rapport à l'axe central de la vis mère. Le bloc de commande règle le moteur électrique de telle façon que la rotation de son arbre de sortie provoque le mouvement de la transmission et la rotation de la vis mère. La rotation de la vis mère entraîne un déplacement linéaire de l'écrou d'entraînement. Le déplacement linéaire de l'écrou d'entraînement a pour effet de tendre - ou de relâcher la tension - du câble de frein. On connaît également, selon le document EP 0 710 595 B1, un frein de stationnement de véhicule automobile, qui comprend un boîtier qui comporte une roue dentée mécaniquement liée à un système vis écrou coaxial à la roue, l'un des éléments comportant des filetages inverses coopérant avec l'autre élément et pouvant être entraîné en rotation par la roue en entraînant le second en translation, des câbles qui traversent le boîtier de part et d'autre de la roue, respectivement reliés d'une part à l'élément mobile en translation correspondant des systèmes vis écrou(s) ainsi que d'autre part à des organes de freinage, gauche et droit, en réalisant ainsi un équilibrage des efforts entre organe gauche et organe droit, et un moto-réducteur électrique d'entraînement de la roue en rotation, qui est relié à un bouton de commande pouvant être actionné à partir du poste de conduite du véhicule, de manière à provoquer un serrage ou un desserrage des organes de freinage. Un inconvénient de ces dispositifs de transformation de mouvement appliqués à des freins de stationnement électriques, connus de l'art antérieur, réside dans le faible rendement mécanique de leurs composants mécaniques. En effet, le réducteur à pignons et roues dentées présente un rendement mécanique de l'ordre de 80%, tandis que le système de conversion du mouvement de rotation en mouvement de translation (système vis/écrou) présente un rendement mécanique voisin de 45%. Il est à noter que ce rendement du système de conversion du mouvement est volontairement souhaité faible de façon à garantir le maintien de l'effort sans apport d'énergie électrique ; le frein doit rester serré lorsque le véhicule est en stationnement. Pour l'ensemble des deux étages de composants mécaniques, à savoir le réducteur et le système de conversion de mouvement, le rendement global est, par conséquent, de l'ordre de 36%, c'est-à-dire un rendement relativement faible. Il en résulte la nécessité d'utiliser un moteur électrique relativement puissant, et par conséquent relativement onéreux. Le but de la présente invention est de réaliser un dispositif mécanique de transformation de mouvement à commande électrique et à haut rendement, par exemple un dispositif de transformation de mouvement pour frein de stationnement électrique de véhicule automobile, dans lequel la partie mécanique offre un meilleur rendement mécanique que les moyens mécaniques utilisés dans les dispositifs de l'art antérieur. En d'autres termes, le but de la présente invention est de réaliser un dispositif mécanique de transformation de mouvement à commande électrique, qui permette d'obtenir les performances des dispositifs de l'art antérieur avec un actionneur électrique moins puissant et donc moins onéreux. C'est également un but de la présente invention de réaliser un tel dispositif mécanique de transformation de mouvement à commande électrique à haut rendement, qui soit de conception simple, de fabrication aisée, de montage facile, qui soit robuste et fiable. Pour parvenir à ces buts, la présente invention propose un nouveau dispositif mécanique de transformation de mouvement à commande électrique et à haut rendement, qui comprend un actionneur électrique et un organe mécanique d'actionnement d'au moins un élément mobile à actionner selon un mouvement de translation à deux sens opposés. L'organe mécanique d'actionnement comporte : - un mécanisme réducteur, en sortie de l'actionneur électrique, constitué par un système de type pignon/ roue dentée, et - un mécanisme de transformation du mouvement de rotation fourni par l'actionneur électrique en sortie du mécanisme réducteur en un mouvement de translation appliqué à l'élément mobile à actionner, ledit mécanisme de transformation comprenant, de plus, un moyen d'irréversibilité pour maintenir, sans apport supplémentaire d'énergie électrique, l'effort sur ledit élément mobile à actionner lorsque ce dernier est en phase stabilisée. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le mécanisme de transformation de mouvement est un mécanisme de type vis/écrou à billes, sans jeu axial entre la vis et l'écrou. Selon le mode de réalisation préféré de l'invention également, le moyen d'irréversibilité est constitué par un système de type contre-écrou à rappel élastique pouvant s'échapper lorsque plus aucun couple n'est appliqué par l'actionneur électrique. De manière préférentielle, le moyen d'irréversibilité est constitué par un contre-écrou qui est monté sur la vis et coopère avec cette dernière avec un jeu axial, et un système de pentes à billes, également monté sur la vis, disposé entre l'écrou à billes et le contre-écrou. De préférence, le système de pentes à billes comporte une première came cloche, solidaire de l'écrou à billes, une seconde came cloche, solidaire du contre- écrou, chaque came cloche ayant la forme d'un plateau radial, pourvu de chemins de guidage à pentes destinés chacun à recevoir une bille, les deux cames cloches étant appliquées l'une contre l'autre et enserrant lesdites billes et pouvant se décaler angulairement l'une par rapport à l'autre à l'encontre d'un moyen exerçant une force de rappel élastique. Le moyen exerçant une force de rappel élastique est constitué par un ressort disposé entre les deux cames cloches, et par les pentes des chemins de guidage, chaque chemin de guidage étant de profondeur variable, plus grande au centre qu'aux extrémités du chemin. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, le contre-écrou présente un filetage de section en demi-lune, la largeur dudit filetage étant inférieure au pas de la vis, de façon à permettre un jeu axial entre le contre-écrou et la vis. Chaque came cloche est pourvue de manière générale d'au moins deux chemins de guidage à pentes répartis sur une même circonférence. Chaque came cloche peut par exemple être pourvue de 20 trois chemins de guidage à pentes, répartis sur une même circonférence et espacés d'environ 120 . En variante, chaque came cloche peut être pourvue de deux chemins de guidage à pentes, répartis sur une même circonférence et opposés par rapport au centre de la 25 came cloche. A titre d'exemple d'application du dispositif selon la présente invention, l'élément mobile à actionner selon un mouvement de translation à deux sens opposés peut être un câble de frein de stationnement électrique de 30 véhicule, en particulier de véhicule automobile. L'actionneur électrique peut être un moteur électrique. D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description qui suit 35 d'un mode de réalisation préféré, non limitatif de l'objet et de la portée de la présente demande de brevet, accompagnée de dessins dans lesquels : - la figure 1 représente, de manière schématique, une architecture de frein de stationnement électrique, - la figure 2 est une vue frontale, schématique, en coupe partielle, d'un exemple de dispositif mécanique de transformation de mouvement à commande électrique à haut rendement, notamment destiné à un frein de stationnement électrique de véhicule automobile, selon la présente invention, - la figure 3 est une vue frontale, schématique, en coupe, d'un détail du dispositif de la figure 2, à savoir le mécanisme d'écrou/système à pentes/contre-écrou en phase stabilisée, selon la présente invention, - la figure 4 est une vue frontale, schématique, en coupe, du mécanisme de la figure 3 en phase transitoire, - les figures 5a à 5d représentent un exemple de came cloche à trois chemins de guidage de billes, en vue de face (5a) et en coupe transversale selon les lignes V B-B (figure 5b), V C-C (figure 5c) et V D-D (figure 5d) de la figure 5a, respectivement, et - les figures 6a à 6d représentent un exemple de came cloche à deux chemins de guidage de billes, en vue de face (6a) et en coupe transversale selon les lignes VI B-B (figure 6b), VI C-C (figure 6c) et VI D-D (figure 6d) de la figure 6a, respectivement. En référence au dessin de la figure 1, l'architecture générale d'un frein de stationnement électrique de véhicule automobile comprend, de manière connue en soi, un moteur électrique 101, un mécanisme réducteur 102, un système 103 de type écrou 103a/ vis sans fin 103b pour convertir le mouvement de rotation r à la sortie du mécanisme réducteur 102 en un mouvement de translation t qui s'exerce sur les câbles de frein, référencés 104 et 105, reliés aux étriers 106 et 107, respectivement. C'est le mouvement de translation t de l'écrou 3a qui est utilisé pour tirer sur les câbles 104 et 105, via un organe mécanique (non représenté) permettant de répartir l'effort de manière égale entre les deux câbles 104 et 105. La figure 2 représente un exemple de dispositif mécanique de transformation de mouvement à commande électrique à haut rendement, notamment destiné à un frein de stationnement électrique de véhicule automobile, selon la présente invention. Ce dispositif comprend un moteur électrique 1, dont l'axe de sortie est pourvu d'un pignon 17 qui engrène avec une roue dentée 4 solidaire d'un écrou à billes 15. L'écrou à billes 15 coopère avec une vis 11, qui est immobile en rotation. Lorsque l'écrou à billes 15 tourne, la vis 11 se déplace en translation. Ce mouvement de translation entraîne le serrage - ou le desserrage - des freins (non représentés) par l'intermédiaire des câbles de frein 20 et d'un organe mécanique de répartition des efforts référencé 19. L'écrou à billes 15 est solidaire d'une première came cloche 18, constituée d'un plateau radial pourvu de chemins de guidage à pentes dans lesquels peuvent circuler des billes 13 (une bille par chemin de guidage). Le dispositif comporte une seconde came cloche 7, également constituée d'un plateau radial pourvu de chemins de guidage à pentes dans lesquels peuvent également circuler des billes, à raison d'une bille par chemin de guidage. Cette seconde came cloche 7 est solidaire d'un contre-écrou 8 qui coopère avec la vis 11. La deuxième came cloche 7 est montée solidaire en translation et en rotation avec le contre-écrou 8, tandis que la première came cloche 18 est montée solidaire en translation et en rotation avec l'écrou à billes 15. En outre, on entend par plateau radial un plateau s'étendant dans un plan sensiblement perpendiculaire à la vis 11. L'ensemble précédemment décrit, formé par les deux cames cloches 18 et 7 enserrant les billes 13, constitue le système désigné système de pentes à billes dans la suite du présent texte. Le contre-écrou 8 est monté axialement contre une butée axiale d'effort 9. L'ensemble écrou à billes 15/ système de pentes à billes 7, 13, 18/ contre-écrou 8 est logé dans un carter en deux parties 3 et 12, qui comporte des paliers à roulements 6 pour un fourreau 16 du mouvement de l'écrou à billes 15 et un palier guide 10 du mouvement de la vis 11 par rapport au carter 3, 12. Une entretoise 5 sert au positionnement axial des paliers à roulements 6. Un écrou 2 immobilise axialement la roue dentée 4. Un ressort 14 est logé entre les cames cloches 7 et 18 pour produire un rappel élastique, comme il sera décrit plus loin dans le présent texte. En référence aux dessins des figures 3 et 4, on a représenté le fonctionnement du mécanisme de transformation de mouvement et son moyen de blocage et d'irréversibilité pour maintenir l'effort sur les câbles de frein 20 pratiquement sans apport d'énergie électrique supplémentaire en phase stabilisée, c'est-à-dire en dehors des phases de serrage et de desserrage. En phase de serrage ou en phase de desserrage, un couple moteur est appliqué à l'écrou à billes 15, par l'intermédiaire du mécanisme réducteur 17, 4. Ce couple moteur provoque un déphasage angulaire entre l'écrou à billes 15 et le contre-écrou 8 en proportion des inerties des pièces, des frottements divers, de l'effort de rappel du ressort 14 et de la géométrie des pentes du système de pentes à billes 7, 13, 18. Ainsi, dans les deux sens de rotation de la vis 11, correspondant respectivement au serrage et au desserrage des freins, l'écrou à billes 15 et le contre-écrou 8 ont tendance à s'éloigner axialement l'un de l'autre. Cet éloignement provoque la mise en charge de l'écrou à billes 15 au détriment du contre-écrou 8, et la rotation de l'écrou à billes 15 est alors source d'une translation de la vis 11, par conséquent des câbles de frein 20 (représentés seulement sur la figure 2) qui lui sont liés. En dehors des phases de serrage et de desserrage, le dispositif est pourvu d'un moyen d'irréversibilité basé sur la non réversibilité du contre-écrou 8 et sur la capacité de l'ensemble constitué par l'écrou à billes 15 et le système de pentes à billes 7, 13, 18, à pouvoir s'échapper lorsque plus aucun couple moteur n'est appliqué par le moteur électrique 1. Sur la figure 3, on a représenté ce fonctionnement lorsque le couple moteur est nul, avec un effort F nul (freins desserrés) ou non nul (freins serrés) dans la vis 11. Le système de pentes à billes 7, 13, 18 n'est pas écarté du fait de l'absence de décalage angulaire entre l'écrou à billes 15 et le contre-écrou 8. Le filetage intérieur 8a du contre-écrou est alors au contact du filetage de la vis 11. Le contre-écrou 8 encaisse les efforts de traction exercés sur la vis 11 et assure, de cette manière, l'irréversibilité du dispositif de transformation de mouvement. Dans le cas particulier de son application à un frein de stationnement électrique, le contre-écrou 8 assure le maintien de l'effort de traction sur les câbles de frein sans apport supplémentaire d'énergie électrique. Le filetage intérieur 8a du contre-écrou 8 est, de préférence, un filetage de section en demi-lune , la largeur dudit filetage 8a étant inférieure au pas de la vis 11, de façon à permettre un jeu axial entre le contre-écrou 8 et la vis 11. Sur la figure 4, on a représenté ce fonctionnement lorsque le couple moteur n'est pas nul et entraîne en rotation l'écrou à billes 15, avec un niveau d'effort F nul ou non nul dans la vis 11 correspondant à une phase de desserrage ou de serrage du frein, respectivement. Dans ce cas, le système de pentes à billes 7, 13, 18, est écarté du fait du décalage angulaire entre l'écrou à billes 15 et le contre-écrou 8, ce décalage étant provoqué par le couple moteur qui s'exerce sur l'écrou à billes 15 à partir du moteur 1 via le mécanisme réducteur 17, 4. Le filetage intérieur 8a du contre-écrou 8 n'est plus alors au contact du filetage de la vis 11. C'est l'écrou à billes 15 qui encaisse les efforts F de traction exercés sur la vis 11 et assure, de cette manière, le serrage ou le desserrage des freins. Le système de pentes à billes est, comme déjà décrit précédemment, constitué par deux cames cloches, 7 et 18, enserrant des billes 13. Deux modes de réalisation des cames cloches 7 et 18 sont représentés en détail sur les figures 5 et 6. Les figures 5a à 5d représentent un premier mode de réalisation de came cloche à trois chemins de guidage à pentes. La came cloche 18 présente trois chemins de guidage de bille, référencés 31, 32 et 33, avec une bille par chemin de guidage. Chaque chemin de guidage à une forme générale en secteur de profondeur variable, plus importante au centre du secteur qu'aux extrémités, de façon à créer deux pentes. La came cloche 7 non représentée est identique et symétrique. Les figures 6a à 6d représentent un second mode de réalisation de came cloche à deux chemins de guidage à pentes. La came cloche 18' présente deux chemins de guidage de bille, référencés 41 et 42, avec une bille dans chaque chemin de guidage. Chaque chemin de guidage à une forme générale en secteur de profondeur variable, plus importante au centre du secteur qu'aux extrémités, comme dans le mode de réalisation précédent de la came cloche 18. Dans cette variante, la seconde came cloche 7', non représentée, est identique et symétrique. De manière générale, chaque came cloche 18, 7 est pourvue d'au moins deux chemins de guidage à pentes répartis sur une même circonférence ; chaque chemin de guidage ayant une forme générale en secteur de profondeur variable, avantageusement plus importante au centre du secteur qu'aux extrémités. La présente invention présente de nombreux avantages, parmi lesquels les avantages suivants : - Le mécanisme réducteur à pignon et roue dentée de l'invention offre un excellent rendement mécanique de l'ordre de 95%, tandis que celui du mécanisme de transformation de mouvement à vis, écrou à billes et contre-écrou débloqué , est de l'ordre de 80%, soit pour l'ensemble constitué par ces deux mécanismes un rendement global de l'ordre de 76%, ce qui représente environ un rendement double de celui d'un frein de stationnement électrique conventionnel qui est sensiblement de l'ordre de 36%. Par contre, le rendement chute considérablement lorsque le contre-écrou passe en situation où il est bloqué , ce qui permet d'assurer le maintien de l'effort dans les câbles de frein sans apport d'énergie électrique. - Le couple que doit fournir le moteur électrique est moins élevé que celui que doit fournir un frein de stationnement électrique de type conventionnel. Le moteur électrique du dispositif selon la présente invention est, par conséquent, un moteur moins cher. En outre, ce moteur peut être de dimension réduite et présenter un encombrement réduit par rapport à un moteur plus puissant ; ceci étant particulièrement avantageux pour gagner de l'espace. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés ci-dessus à titre d'exemples ; d'autres modes de réalisation peuvent être conçus par l'homme de métier sans sortir du cadre et de la portée de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif mécanique de transformation de mouvement à commande électrique et à haut rendement, comprenant un actionneur électrique (1) et un organe mécanique d'actionnement d'au moins un élément mobile (20) à actionner selon un mouvement de translation à deux sens opposés, caractérisé en ce que ledit organe mécanique d'actionnement comporte : un mécanisme réducteur, en sortie de l'actionneur électrique (1), constitué par un système de type pignon/ roue dentée (17, 4), et - un mécanisme de transformation du mouvement de rotation fourni par l'actionneur (1) en sortie du mécanisme réducteur (17, 4) en un mouvement de translation appliqué à l'élément mobile (20) à actionner, ledit mécanisme de transformation comprenant un moyen d'irréversibilité pour maintenir, sans apport d'énergie électrique, l'effort sur ledit élément mobile (20) à actionner lorsque ce dernier est en phase stabilisée. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mécanisme de transformation de mouvement est un mécanisme de type vis (11)/écrou à billes (15). 3. Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit moyen d'irréversibilité est constitué par un système de type contre-écrou (8) à rappel élastique pouvant s'échapper lorsque plus aucun couple n'est appliqué par l'actionneur électrique (1) . 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit moyen d'irréversibilité est constitué par un contre-écrou (8) qui est monté sur la vis (11) et coopère avec cette dernière avec un jeu axial, et un système de pentes à billes (7, 13, 18), également monté sur la vis (11), disposé entre l'écrou à billes (15) et le contre-écrou (8). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit système de pentes à billes (7, 13, 18) comporte une première came cloche (18), solidaire de l'écrou à billes (15), une seconde came cloche (7), solidaire du contre-écrou (8), chaque came cloche (18, 7) ayant la forme d'un plateau pourvu de chemins de guidage à pentes destinés à recevoir des billes (13), les deux cames cloches (18, 7) étant appliquées l'une contre l'autre et enserrant lesdites billes (13) et pouvant se décaler angulairement l'une par rapport à l'autre à l'encontre d'un moyen exerçant une force de rappel élastique. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit moyen exerçant une force de rappel élastique est constitué par un ressort (14) disposé entre les deux cames cloches (18, 7). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que ledit moyen exerçant une force de rappel élastique est constitué par des pentes des chemins de guidage des chemin de guidage étant de profondeur grande au centre qu'aux extrémités du selon l'une quelconque des 25 revendications 3 à 7, caractérisé en ce que le contre-écrou (8) présente un filetage (8a) de section en demi-lune, la largeur dudit filetage (8a) étant inférieure au pas de la vis (11), de façon à permettre un jeu axial entre le contre-écrou (8) et la vis (11). 30 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que chaque came cloche (18, 7) est pourvue d'au moins deux chemins de guidage à pentes répartis sur une même circonférence. 10. Dispositif selon la revendication 9, 35 caractérisé en ce que chaque came cloche (18, 7) est pourvue de trois chemins de guidage à pentes (31, 32, la forme même billes, chaque variable, plus chemin. 8. Dispositif33), répartis sur une même circonférence et espacés d'environ 120 . 11. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que chaque came cloche (18', 7') est pourvue de deux chemins de guidage à pentes (41, 42), répartis sur une même circonférence et opposés par rapport au centre (0) de la came cloche. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'élément mobile (20) à actionner selon un mouvement de translation à deux sens opposés est un câble de frein de stationnement électrique. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'actionneur 15 électrique (1) est un moteur électrique (1).