Brevet FR2915782A1 — publié le 20081107

L'invention concerne un dispositif de freinage. L'invention concerne plus précisément un dispositif de freinage sur un élément tournant dit auto-amplifié. L'invention pourra s'appliquer au freinage d'une roue d'un véhicule automobile. Plus généralement, l'invention pourra s'appliquer à tous types de dispositifs pour lesquels le dispositif de freinage est un dispositif de freinage sur un élément tournant (ou à disque). Un dispositif de freinage auto-amplifié comprend un actionneur, générant une force d'actionnement qu'il transmet via des moyens d'auto-amplification de cette force à un élément de friction afin que ce dernier vienne au contact d'un élément tournant, cet élément tournant étant dans la plupart des applications un disque monté sur une roue. Ainsi, la force exercée par l'actionneur est amplifiée pour augmenter la force de freinage. On connaît de nombreuses architectures de dispositifs de freinage auto-amplifiés, comme par exemple les dispositifs présentés dans les documents US 7 143 873 ou US 7 073 636. Le document US 7 143 873 propose un coin, dont l'angle est, une fois déterminé la nature du matériau (coefficient de friction), le paramètre jouant sur le degré d'auto-amplification. Dans le document US 7 073 636, basé sur une architecture coinrouleaux-butée, les faces inclinées du coin et de la butée vont jouer ce rôle, les rouleaux disposés entre ces faces inclinées du coin et de la butée facilitant le déplacement relatif du coin et de la butée en limitant la friction entre eux. L'actionneur du dispositif est un élément important car c'est lui qui imprime la force initiale et contrôle l'auto-amplification. Il est donc important de pouvoir contrôler avec précision cette force pour qu'au final on contrôle avec précision la force de freinage exercée sur le disque. Les actionneurs connus sont le plus souvent électromécaniques, avec un ou plusieurs moteurs et une chaîne cinématique parfois complexe. En effet, la complexité de la chaîne cinématique permettant l'exercice de la force est nécessaire pour permettre le contrôle du frein en dépit de l'usure de l'élément de friction, et de manière générale assurer la sûreté de fonctionnement. Toutefois, les actionneurs électromécaniques connus ne permettent de garantir une absence de jeu dans la cinématique, ce qui impose une cinématique complexe. Or, cette absence de jeu est importante si on souhaite avoir un dispositif de freinage dans lequel la position du coin, et par suite le freinage sont parfaitement maîtrisés. Quelle que soit l'architecture des moyens d'auto-amplification envisagée, il est donc important de prévoir un actionneur qui ne présente pas ces inconvénients. Un objectif de l'invention est donc de proposer un dispositif de freinage auto-amplifié qui ne présente pas les inconvénients évoqués ci-dessus, par le biais d'un actionneur mieux adapté. Pour atteindre cet objectif, il est prévu dans le cadre de l'invention un dispositif de freinage auto-amplifié comprenant un actionneur, générant une force d'actionnement appliquée à des moyens d'auto-amplification de cette force, lesquels transmettent la force ainsi amplifiée à un élément de friction afin que ce dernier vienne au contact d'un élément tournant à freiner, caractérisé en ce que l'actionneur est un actionneur à polymère électroactif. Le dispositif selon l'invention pourra en outre présenter au moins l'une des caractéristiques suivantes : - les moyens d'auto-amplification comprennent au moins deux coins et une pluralité de rouleaux, disposée entre les deux coins pour assurer un lien mécanique entre lesdits coins ; - l'actionneur à polymère électroactif agit sur l'un ou l'autre des coins ; - il comprend un deuxième actionneur à polymère électroactif agissant sur un coin de sûreté, disposé au contact du coin des moyens d'auto-amplification le plus éloigné de l'élément tournant ; - une face du coin de sûreté au contact d'une des faces du coin le plus éloigné de l'élément tournant est oblique, de sorte qu'un déplacement latéral du coin de sûreté par rapport à ce coin compense l'usure de l'élément de friction ; - il comprend une butée pour limiter le déplacement latéral du coin des moyens d'auto-amplification sur lequel agit l'actionneur à polymère électroactif ; le coin de sûreté est amovible ; l'actionneur à polymère électroactif est un actionneur de type diélectrique comprenant un ressort encapsulé dans un polymère électroactif susceptible de se déformer sous l'effet d'une tension appliquée entre les électrodes de l'actionneur, les électrodes étant formées respectivement par les parois interne et externe de la capsule de polymère électroactif ; - une extrémité de ou de chaque actionneur à polymère électroactif est fixée sur un étrier dudit dispositif de freinage. Pour atteindre cet objectif, il est également prévu dans le cadre de l'invention un véhicule automobile, comprenant un tel dispositif de freinage électromécanique monté sur au moins l'une des roues du véhicule. D'autres caractéristiques, buts, avantages et objectifs de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels la figure 1 est un schéma de principe d'un premier mode de réalisation de l'invention ; la figure 2 est un schéma de principe d'un deuxième mode de réalisation de l'invention. Un premier mode de réalisation du dispositif de freinage auto-amplifié de l'invention est schématisé sur la figure 1. Ce dispositif de freinage auto-amplifié 1 comprend un actionneur à polymère électroactif 2, générant une force d'actionnement appliquée à des moyens d'auto-amplification 3, 4, 5 de cette force, lesquels transmettent la force ainsi amplifiée à un élément de friction 6 afin que ce dernier vienne au contact d'un élément tournant 7 à freiner. Le sens de rotation de l'élément tournant 7 est illustré par la flèche référencée 8. Selon l'architecture illustrée sur cette figure 1, les moyens d'auto-amplification comprennent au moins deux coins 3, 5 et une pluralité 4 de rouleaux, disposée entre les deux coins 3, 5 pour assurer un lien mécanique entre lesdits coins. Plus précisément, le fait de mettre des rouleaux entre les coins 3,5 permet de réduire le frottement entre les coins 3, 5. On comprend cependant que l'invention n'est pas limitée à cette architecture précise. Par exemple, on pourrait envisager de ne pas prévoir de rouleaux entre les coins 3, 5. On pourrait encore prévoir une architecture existante nettement différente. Selon le mode de réalisation de la figure 1, les faces respectives des coins 3, 5 en contact avec les rouleaux 4 présentent une inclinaison d'angle A par rapport à la direction d'actionnement 9 des moyens d'auto-amplification dans le but de générer effectivement l'amplification de la force appliquée par l'actionneur à polymère électroactif 2. Le coin 5 est fixé à l'élément de friction (encore appelé plaquette), et l'autre coin 3 est quant à lui en liaison directe avec l'actionneur à polymère électroactif 2. Selon une variante, on pourrait cependant envisager que l'actionneur à polymère électroactif agisse directement sur le coin 5, sur lequel est monté l'élément de friction 6. Dans tous les cas, l'actionneur à polymère électroactif 2 génère un mouvement de translation selon la direction de la flèche 9, ce qui provoque un déplacement latéral du coin auquel il est fixé. Pour cela l'actionneur à polymère électroactif est fixé à l'une de ses extrémités à un élément fixe, et de préférence à un étrier 13 du dispositif. La figure 2 illustre un mode de réalisation de l'invention, basé sur celui de la figure 1, et amélioré en termes de sûreté. Dans celui-ci, le dispositif 1 comprend un deuxième actionneur à polymère électroactif 20 agissant sur un coin de sûreté 11, disposé au contact du coin 3 des moyens d'auto-amplification le plus éloigné de l'élément tournant 8. Le coin de sûreté 11 est mobile par rapport aux moyens d'auto-amplification 3, 4, 5, sa mobilité étant donc assurée en fonctionnement par le deuxième actionneur à polymère électroactif 20. Plus précisément, la face 110 du coin de sûreté 11 au contact d'une 30 des faces du coin 3 le plus éloigné de l'élément tournant 7 est oblique, de sorte qu'un déplacement latéral (c'est-à-dire selon la direction de la flèche 90) du coin de sûreté 11 par rapport à ce coin 3 permet, en faisant varier la position des coins 3 et 5, de compenser l'usure de l'élément de friction 6. Le coin de sûreté est également amovible. Ainsi, si le dispositif fonctionne normalement, le coin de sûreté 11 reste en place et peut jouer pleinement son rôle de compensation de l'usure de l'élément de friction. En revanche, si le dispositif ne fonctionne pas normalement, par exemple si l'actionneur à polymère électroactif 2 tombe en panne, le fait d'ôter le coin de sûreté 11 empêche le blocage du dispositif de freinage. La sécurité est donc améliorée. En effet, dans ces conditions, les moyens d'auto-amplification n'ont plus rien sur quoi s'appuyer et il n'y a plus de risque de freinage intempestif. Pour des questions de sûreté, le dispositif prévoit alors une butée 12 pour limiter le déplacement latéral 10 du coin 5 directement connecté à l'actionneur à polymère électroactif 2. L'actionneur à polymère électroactif (ou actionneur PEA) est de préférence un actionneur de type diélectrique comprenant un ressort 21 encapsulé dans un polymère électroactif 22 (capsule PEA 22) susceptible de se déformer sous l'effet d'une tension appliquée à l'actionneur. Plus précisément, la capsule de PEA est formée de trois couches concentriques (parois interne et externe de la capsule), l'une formant une électrode positive et l'autre formant une électrode négative et la dernière en sandwich, le polymère proprement dit . L'application d'une tension entre ces électrodes engendre alors une 10 déformation de la capsule de PEA. L'ensemble formé par le ressort 21 et la capsule PEA 22 est de préférence dimensionné de sorte que la force de rappel exercée par le ressort 21 aille à l'encontre de la force provoquant l'allongement de la capsule PEA 22. Le ressort 21 permet ainsi un meilleur contrôle de 15 l'allongement de la capsule PEA 22, lorsqu'une tension est appliquée entre les électrodes de cette dernière. Selon une variante, l'actionneur PEA de type diélectrique pourrait toutefois fonctionner en l'absence du ressort 21. De tels actionneurs sont très intéressants, car certains polymères 20 électroactifs peuvent s'allonger de 380% à l'extrême. On pourra envisager d'employer un actionneur PEA de type ionique. L'actionneur PEA de type diélectrique, présente l'avantage de présenter un temps de réponse faible, une bande passante élevée de l'ordre du kilohertz, et ne consomme pas d'énergie pour maintenir un 25 effort. L'actionneur PEA de type ionique, présente l'avantage de pouvoir être actionné à de très faibles tensions, comparé à l'actionneur diélectrique qui nécessite en général plusieurs centaines de volts. Le montage de l'actionneur PEA de type diélectrique n'est pas la 30 seule façon de faire un actionneur PEA relativement simple. Il consiste à former trois électrodes concentriques, deux en polymère conducteur prenant en sandwich une couche de matériau PEA, d'étirer l'ensemble ainsi formé, pour y insérer un ressort plus ou moins comprimé par encapsulation. Le ressort est alors apte à se détendre pour que l'ensemble ainsi formé prenne alors une position de repos propre. On comprend qu'en fonction des besoins, on pourra dimensionner la longueur de réponse de l'actionneur comme souhaité par le choix judicieux de la raideur de ressort et/ou des caractéristiques du PEA. Le dispositif de freinage auto-amplifié selon l'invention présente de nombreux avantages par rapport aux dispositifs connus, employant 10 notamment des actionneurs électromécaniques. Il s'agit de la sûreté de fonctionnement. En cas de défaillance de l'alimentation électrique de l'actionneur PEA 2, celui-ci se raidit et se raccourcit. Il retire donc le coin auquel il est fixé et désactive le dispositif de freinage selon l'invention. Pour cela, le dimensionnement est tel que 15 la longueur de repos de l'ensemble capsule PEA et ressort soit suffisamment faible pour permettre ce retrait. Il s'agit de la dynamique : l'actionneur PEA possède une bande passante très large, au-delà de 1000Hz. Il s'agit de la résistance à l'usure : contrairement aux métaux, les 20 polymères ne s'usent que très peu par fatigue cyclique. Il s'agit de la simplicité : peu de pièces mécaniques sont nécessaires en dehors de l'actionneur, qui produit directement un mouvement linéaire sur le coin (pas de système compliqué vis : écrou pour transformer un mouvement de rotation en un mouvement linéaire). 25 Il s'agit de la compacité : l'actionneur PEA est plus simple et plus compact qu'un ensemble moteur électrique et vis-écrou. De plus l'électronique de puissance d'un actionneur PEA est beaucoup plus compacte. REVENDICATIONS 1. Dispositif de freinage auto-amplifié comprenant un actionneur (2), générant une force d'actionnement appliquée à des moyens d'auto-amplification (3, 4, 5) de cette force, lesquels transmettent la force ainsi amplifiée à un élément de friction (6) afin que ce dernier vienne au contact d'un élément tournant (7) à freiner, caractérisé en ce que l'actionneur (2) est un actionneur à polymère électroactif. 2. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens d'auto-amplification (3, 4, 5) comprennent au moins deux coins (3, 5) et une pluralité de rouleaux (4), disposée entre les deux coins (3, 5) pour assurer un lien mécanique entre lesdits coins. 3. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'actionneur (2) à polymère électroactif agit sur l'un ou l'autre des coins (3, 5). 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un deuxième actionneur à polymère électroactif (20) agissant sur un coin de sûreté (11), disposé au contact du coin (3) des moyens d'auto-amplification le plus éloigné de l'élément tournant (7). 5. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'une face (110) du coin de sûreté (11) au contact d'une des faces du coin (3) le plus éloigné de l'élément tournant (7) est oblique, de sorte qu'un déplacement latéral du coin de sûreté (11) par rapport à ce coin compense l'usure de l'élément de friction (6). 6. Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comprend une butée (12) pour limiter le déplacement latéral du coin (3, 5) des moyens d'auto-amplification sur lequel agit l'actionneur à polymère électroactif. 7. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le coin de sûreté (11) est amovible. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'actionneur à polymère électroactif (2) est un actionneur de type diélectrique comprenant un ressort (21) encapsulé dans un polymère électroactif (22) susceptible de se déformer sous l'effet d'une tension appliquée entre les électrodes de l'actionneur (2), les électrodes étant formées respectivement par les parois interne et externe de la capsule de polymère électroactif. 9. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'une extrémité de ou de chaque actionneur à polymère électroactif (2) est fixée sur un étrier dudit dispositif de freinage. 10.Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de freinage électromécanique selon l'une des revendications précédentes monté sur au moins l'une des roues du véhicule.