Brevet FR2940219A1 — publié le 20100625

L'invention concerne un système de simulation de sensation de freinage à la pédale de frein. Elle est plus particulièrement applicable à un véhicule équipé d'un système de freinage classique dans lequel la pédale de frein agit sur le circuit de freinage hydraulique des roues du véhicule et d'un système de freinage à énergie auxiliaire tel qu'un système de freinage électrique. Elle est notamment applicable aux véhicules à traction hybride tels que les véhicules à traction mixte comportant un moteur à combustion interne et un ou plusieurs moteurs électriques. Dans la technique, il est connu d'équiper des véhicules à l'aide de deux systèmes de freinage commandés par le même dispositif de commande (pédale de frein), et agissant sur les roues du véhicule à l'aide de sources d'énergies différentes. C'est le cas par exemple des véhicules hybrides à traction mixte possédant un moteur de traction à combustion interne et des moteurs de tractions électriques. Dans ces véhicules, il est connu d'utiliser les moteurs électriques pour le freinage en les faisant fonctionner en génératrices électriques, le freinage se faisant alors par récupération d'énergie. Le véhicule comporte donc un système de freinage électrique par récupération d'énergie mais il comporte aussi généralement un système de freinage hydraulique classique en raison du fait que l'effort de freinage du système de freinage électrique est limité et qu'à vitesse réduite, il devient très faible. Cependant, le freinage électrique ne donne pas toujours entièrement satisfaction. La figure 1 représente de manière schématique, en trait continu, une courbe de freinage (couple de freinage en fonction du temps) d'un tel système de freinage électrique seul. Sur ce même graphique, on a représenté en pointillés la vitesse du véhicule. Dans une première zone de freinage A, le freinage augmente progressivement jusqu'à atteindre sa pleine efficacité dans une deuxième zone de freinage B, puis lorsque la vitesse du véhicule devient faible, dans une troisième zone C, le couple de freinage diminue, et devient quasi inexistant dans une quatrième zone D. Un tel système de freinage est imparfait parce que dans la zone A le freinage ne devient pas pleinement efficace rapidement et parce que dans les zones C et D le freinage diminue lorsque le véhicule est à faible vitesse. Ce fonctionnement est représenté, sur la figure 1, par la courbe en pointillés. Pour remédier à cet inconvénient du freinage électrique par récupération d'énergie, on doit prévoir qu'un système de freinage hydraulique vienne apporter un complément de freinage dans les zones A, C et D. La figure 2 représente des courbes de fonctionnement du système de freinage électrique et du système de freinage hydraulique. La courbe Cl est la courbe de freinage électrique par récupération d'énergie qui correspond à celle de la figure 1. Si l'on désire obtenir une décélération du véhicule de 0,7g par exemple, et que le système de freinage électrique permet d'obtenir une décélération maximale de 0,3g, il faudra que la courbe du freinage appliquée par le système de freinage hydraulique soit schématiquement celle représentée par la courbe C2. Dans la zone A, le couple de freinage hydraulique permettra dès que possible une décélération de 0,7g puis diminuera jusqu'à ce que le couple de freinage électrique atteigne sa valeur maximale et que la décélération équivalente due à ce couple de freinage électrique soit de 0,3g. De cette façon, à chaque instant, la somme des couples fournis par les systèmes de freinage électrique et hydraulique fournit une décélération de 0,7g. Dans la zone B, le système de freinage hydraulique complète le système de freinage électrique pour obtenir également une décélération de 0,7g. Ensuite, dans la zone C, on a une augmentation du couple de freinage du système hydraulique pour apporter à nouveau un complément de freinage au système de freinage électrique et pour, dans la zone Dl, pallier la quasi inexistence de couple de freinage électrique. Par ailleurs, outre les temps de réponse du système de freinage électrique par récupération, ce système peut ne pas répondre tout le temps de la même façon en raison de la charge du circuit de récupération d'énergie qui peut varier. C'est le cas notamment dans le cas_ où le circuit de récupération comporte essentiellement les batteries du véhicule. Dans ce cas la charge peut varier en fonction de l'état des batteries. Dans de tels systèmes, un circuit de commande (un calculateur par exemple) doit gérer les fonctionnements des systèmes de freinage. Ce calculateur est sollicité à chaque freinage. Cependant, l'invention est également applicable à tous autres systèmes de freinage notamment aux systèmes de freinage dans lesquels il est prévu un système de freinage hydraulique classique et un système de freinage à énergie auxiliaire. De façon générale, l'invention est donc applicable à une installation de freinage pour véhicule comportant un système de freinage de service à énergie auxiliaire et un système de freinage à énergie musculaire de type classique utilisé en freinage de secours Un organe de commande manuelle telle qu'une pédale de frein actionne le système de freinage de service ou, en cas d'insuffisance ou de défaillance de ce dernier, le freinage de secours. Avantageusement, le système de freinage classique comporte un maître-cylindre équipé d'au moins un piston primaire et est commandé par l'organe de commande manuelle (pédale de frein). Par ailleurs, une vanne de sécurité au moins permet d'isoler le maître-cylindre des freins de roues lorsque le freinage de service fonctionne normalement. Par contre lorsque l'effort de freinage fourni par le système de freinage à énergie auxiliaire (freinage électrique) est insuffisant ou lorsque ce système de freinage est défaillant, cette vanne de sécurité permet de coupler le maître-cylindre à au moins un frein de roue. Dans de tels systèmes, pour que le conducteur ait une sensation de freinage lorsque le système de freinage à énergie extérieure fonctionne, on prévoit un simulateur de sensation de freinage pour opposer à l'avance de l'organe de commande manuelle (pédale de frein), lors d'un freinage de service à énergie auxiliaire, une réaction reflétant le déroulement du freinage. Couramment, ce simulateur comprend un piston de simulateur qui coulisse dans une chambre. Ce piston est sollicité d'un côté par l'organe de commande manuelle (directement ou indirectement) et d'un autre côté par un moyen d'application d'une force qui simule l'effort de freinage. Lors du fonctionnement du système de freinage à énergie auxiliaire, le maître-cylindre est donc isolé des freins de roues et le liquide contenu dans le maître-cylindre ne peut refluer vers ces freins. Grâce au simulateur de sensation, l'organe de commande manuelle reçoit un effort qui s'oppose à l'actionnement de l'organe de commande manuelle et qui simule l'effort de freinage. En principe, ce système de simulation permet de créer une loi de variation de la force à exercer sur l'organe de commande manuelle en fonction de la course. Cela procure au conducteur une sensation semblable à celle qui serait obtenue si la pression de liquide dans les freins de roues résultait directement de la pression provenant du maître-cylindre et de l'effort musculaire sur la pédale de frein. Dans les systèmes de simulation connus, la loi de variation de la force à exercer sur l'organe de commande manuelle est déterminée principalement par un moyen de rappel élastique, généralement formé par un ressort, et la loi ne peut pas être modifiée de manière simple et rapide ce qui est un inconvénient. De plus, ce moyen de rappel élastique peut avoir des caractéristiques qui varient dans le temps ou selon le type de véhicule. L'invention a pour objet de résoudre ces inconvénients. L'invention concerne donc un système de simulation de sensation de freinage pour installation de freinage de véhicule comprenant un système de freinage hydraulique commandé par l'énergie musculaire du conducteur et un système de freinage à énergie auxiliaire. Une première chambre contient un fluide incompressible (typiquement du liquide frein) de transmission d'effort. Dans cette première chambre, coulissent un piston hydraulique sous la commande d'un organe de commande manuel de freinage ainsi qu'un piston de commande du système de freinage hydraulique. Cette première chambre communique sur commande avec une deuxième chambre secondaire de simulation par une vanne de simulation dont le taux simuler un effort à la forme de réalisation avantageuse un détecteur de consigne freinage est connecté à une unité centrale commande qui assure la commande de la vanne simulation en fonction de la consigne de freinage détectée par le détecteur et du freinage à effectuer par le système hydraulique de freinage. Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, il est prévu une vanne de blocage du d'ouverture permet de pédale de frein. Selon une de l'invention, de de de fonctionnement dudit circuit de freinage hydraulique à énergie musculaire. Cette vanne de blocage est commandée à l'état de blocage par l'unité centrale de commande lorsque le système de 5 simulation est actionné. Avantageusement, l'unité de commande centrale réalise une commande numérique de la vanne de simulation selon un taux de modulation correspondant à la commande de freinage du système 10 de freinage auxiliaire. Selon une variante de réalisation du système de l'invention, l'unité de commande centrale réalise une commande analogique de la vanne de simulation selon un taux d'ouverture de 15 la vanne de simulation qui correspond à la commande de freinage du système de freinage auxiliaire. Selon une forme de réalisation avantageuse de l'invention, ladite première chambre contient 20 un piston de commande du système de freinage hydraulique commandé par énergie musculaire. Le fluide de transmission d'effort est situé dans ladite première chambre entre le piston de commande du système de freinage hydraulique et le 25 piston hydraulique qui est commandé par l'organe de commande manuel de freinage. De plus, ledit piston de commande porte une tige de commande d'un servomoteur d'assistance au freinage et/ou d'un maître cylindre. 30 Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, la deuxième chambre secondaire de simulation comporte une enceinte qui communique par la vanne de simulation avec la première chambre et qui contient le même type de fluide que cette première chambre, un piston poussé par un dispositif élastique fermant ladite deuxième chambre sans opposer quasiment d'effort au déplacement du fluide de la première chambre vers la deuxième chambre. Avantageusement, un détecteur de déplacement de l'organe de commande de freinage manuel fournit un signal de détection de déplacement qui est transmis à l'unité centrale de commande laquelle commande l'ouverture et/ou la fermeture de la vanne de simulation. Avantageusement, le système de freinage à énergie auxiliaire est un système de freinage électrique à récupération d'énergie. L'invention concerne également une application du système de simulation de sensation de freinage, tel que défini précédemment, à un véhicule à traction mixte moteurs électriques et moteur à combustion interne. Le circuit hydraulique de freinage de chaque roue du véhicule destiné à freiner celui-ci est alors équipé d'une vanne de blocage dudit circuit hydraulique. Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description qui va suivre et dans les figures annexées qui représentent: - les figures 1 et 2, des courbes de fonctionnement déjà décrites précédemment, - la figure 3, un exemple de réalisation du système de simulation de freinage selon l'invention, - la figure 4, un exemple de fonctionnement du système de la figure 3. En se reportant à la figure 3, on va donc décrire un exemple de réalisation du système de 10 l'invention. A titre d'exemple, ce système sera décrit dans le cadre d'une application à un véhicule à traction mixte possédant un moteur de traction à combustion interne et un ou plusieurs moteurs de 15 traction électriques. Il est connu, dans un tel véhicule d'utiliser les moteurs électriques en génératrices de courant électrique lorsqu'on désire freiner le véhicule. L'énergie électrique fournie sert à recharger les batteries du 20 véhicule. Le véhicule est ainsi freiné par récupération de l'énergie pour recharger les batteries. Cependant, la force de freinage peut n'être pas suffisante en cas de freinage d'urgence, elle est également insuffisante à 25 faible vitesse et, de toutes façon elle dépend de l'état de charge des batteries. C'est pourquoi, Un tel véhicule possède alors généralement, en outre, un système de freinage classique tel qu'un système de freinage hydraulique dont l'effort de freinage 30 résulte au moins partiellement de l'effort exercé par le conducteur sur la pédale de frein. Le système de freinage normalement utilisé est le système de freinage électrique par récupération d'énergie, puis en cas de besoin, le système de freinage hydraulique est mis en service. Ces systèmes de freinage sont gérés par une unité de commande centrale qui décide la mise en fonctionnement Ces systèmes n'ont donc pas Lorsque est utilisé, simulation qui la pédale de du système de freinage hydraulique. sont connus dans la technique et besoin d'être décrits. le système de freinage électrique on doit prévoir un système de oppose un effort au déplacement de frein lorsque le conducteur appuie sur cette pédale de frein. Cela a pour effet de simuler l'effort de freinage à l'intention du conducteur. En outre, la position de la pédale de frein n'est plus nécessairement liée à celle des pistons du maître cylindre de frein. Selon l'invention, le système de la figure 20 3 prévoit une première chambre 20 typiquement cylindrique dans laquelle coulisse un premier piston 22 qui est actionné par la pédale de frein 1. Un deuxième piston 23 coulisse également dans la chambre 20 et porte une tige de commande 70 25 d'un servomoteur d'assistance au freinage 71 et, par suite, entraînant les pistons d'un système de freinage hydraulique 7. Un dispositif de stockage comportant une deuxième chambre 4 est raccordé à la première 30 chambre 20 par deux canalisations 30 et 31 et par une vanne de simulation 3. Entre les deux pistons 20 et 23 est prévu un fluide qui peut circuler vers le dispositif de stockage selon l'état d'ouverture de la vanne de simulation. Par ailleurs, des vannes de blocage, telle que la vanne 80 permettent de bloquer le fonctionnement du circuit hydraulique de freinage 7-8. A titre d'exemple, le système de l'invention prévoit une vanne de blocage sur le circuit hydraulique de chaque roue interdisant de transmettre une pression de freinage vers chaque roue. Sur la figure 3, on n'a représenté qu'une seule roue 84 et son dispositif de freinage 83. Une vanne de blocage 80 est prévue sur les canalisations 81 et 82 reliant le dispositif de freinage 83 au maître cylindre de frein 72. Le véhicule étant un véhicule à traction mixte, on a représenté un moteur 9 permettant d'entraîner en rotation la roue 84. On va maintenant décrire le fonctionnement du système. Lorsque le conducteur appuie sur la pédale de frein 1, le détecteur Dec détecte une consigne de freinage, par exemple le mouvement de la pédale de frein ou la force exercée sur cette pédale et transmet un signal de détection à une unité centrale de commande 5. Celle-ci commande le fonctionnement du moteur électrique 9 en générateur électrique de manière connue dans la technique. Simultanément, l'unité centrale de commande 5 transmet un signal de simulation ucl à la vanne de simulation 32 pour commander son ouverture. Les caractéristiques de ce signal sont fonction de la consigne de freinage et de la capacité de freinage par récupération d'énergie. L'ouverture de la vanne 32 est donc fonction du signal ucl. Le conducteur ressent au pied une réaction habituelle correspondant à une consigne de freinage. Par ailleurs, l'unité centrale de commande transmet un signal de blocage uc2 à la vanne de blocage 80. L'efficacité du circuit hydraulique de freinage est alors limitée, voire bloquée. Les pistons du maître cylindre 72 ne peuvent se déplacer que pour suppléer, si cela est nécessaire, au freinage par récupération d'énergie. De même le fonctionnement du servomoteur d'assistance au freinage est bloqué. La tige de commande 70 ne peut donc pas se déplacer et interdit le mouvement du piston 23. De ce fait, lorsque le conducteur appuie sur la pédale de frein, le piston 22 tend à se déplacer vers la gauche (sur les figures 3 et 4). Le mouvement du piston 23 étant bloqué, le piston 22 pousse le fluide 21 contenu dans la chambre 20 vers la chambre 40. Comme on l'a vu précédemment l'ouverture de la vanne 32 est fonction de la caractéristique du signal ucl et la vanne 32 peut donc limiter le passage du fluide 21 selon le déplacement de la pédale de frein. Le signal ucl fourni par l'unité centrale de commande 5 peut être un signal numérique (ou impulsionnel) la fréquence de répétition des impulsions étant alors fonction du déplacement de la pédale de frein et de la sensation pédale que l'on souhaite restituer au conducteur (applicable par paramétrage logiciel). Avantageusement, on met en oeuvre des vannes de commande à largeur d'impulsions (PWM en 10 terminologie anglo-saxonne). Par exemple, pour simuler un faible effort de freinage (déplacement instantané de la pédale de frein plus grand), le rapport cyclique du signal ucl sera grand pour obtenir un taux 15 d'ouverture important de la vanne 32. A l'inverse, pour simuler un effort de freinage important (déplacement instantané plus faible de la pédale de frein), le rapport cyclique du signal ucl sera faible pour obtenir un taux 20 d'ouverture faible de la vanne 32. Selon une variante de réalisation, le signal ucl fourni par l'unité centrale de commande 5 est un signal analogique. L'amplitude de ce signal détermine l'ouverture plus ou moins 25 importante de la vanne 32 pour opposer un effort plus ou moins important au déplacement de la pédale de frein. Comme on peut le voir sur la figure 4, l'enfoncement de la pédale de frein a provoqué le 30 déplacement du piston 22 et la distance el entre le piston 22 et le piston 23 a été réduit. Une partie du fluide 21 (en fonction du taux d'ouverture de la vanne 32) s'est déplacée vers l'espace 41 de la chambre 40. La longueur e2 et par suite le volume de cette espace 41 a donc augmenté. Sur les figures 3 et 4, on voit que le dispositif 4 comporte avantageusement un organe de maintien 43 évitant un déplacement libre du piston 42 dans la chambre 40, le dispositif 4 formant un accumulateur hydraulique. Cet organe de maintien n'a pas (ou n'a quasiment pas) de fonction de compression sur le fluide contenu dans la chambre 40, il n'a qu'un rôle de maintien. En tout état de cause, il n'a pas vocation à participer à la sensation pédale, laquelle sera déterminée par le pilotage de la vanne contrôlable. On voit donc que le système de l'invention permet de simuler un effort de freinage à la pédale de frein bien que l'effort de freinage appliqué aux roues du véhicule soit fourni par une source d'énergie (freinage électrique) ne résulte pas de l'effort nécessaire à l'enfoncement de la pédale de frein. Par ailleurs, lorsque l'unité centrale de commande détermine que le système de freinage électrique par récuperation d'énergie est insuffisant pour répondre à la demande de freinage du conducteur, l'unité centrale de commande peut décider de mettre en service le système de freinage hydraulique 7-8. On peut alors prévoir que l'unité centrale de commande 5 commande la fermeture partielle ou totale de la vanne de simulation 32. En effet, le système de simulation peut être mis hors service en l'absence de freinage électrique puisque le conducteur perçoit un effort de freinage normal provenant de la mise en service du système de freinage hydraulique. Un signal uc2 est fourni aux vannes de blocage telle que la vanne 80. Les circuits hydrauliques de freins de roues sont débloqués. En raison de la fermeture de la vanne de simulation 32, le piston 23 se déplace vers la gauche (sur les figures 3 et 4) sous l'action du déplacement du piston 22 et du fluide 21. La tige de commande 70 commande le fonctionnement du servomoteur d'assistance au freinage 71 et par suite le déplacement des pistons du maître cylindre 72. Les dispositifs de freinage hydraulique 83, typiquement les freins à disque, reçoivent du liquide de frein sous pression. Dans la description qui précède, pour simplifier, on a considéré que lorsque le freinage électrique est actif, le système de freinage hydraulique est bloqué et inversement. Cependant, sans sortir du cadre de l'invention, on peut également prévoir un fonctionnement limité du système de freinage hydraulique qui permette de compenser une insuffisance de l'effort de freinage du système de freinage électrique. REVENDICATIONS1. Système de simulation de sensation de freinage pour installation de freinage de véhicule comprenant un système de freinage hydraulique (7, 8) commandé par l'énergie musculaire du conducteur, et un système de freinage auxiliaire, caractérisé en ce qu'il comporte une première chambre (20) contenant un fluide (21) de transmission d'effort et dans lequel coulisse un piston hydraulique (22) entraîné par un organe de commande manuel de freinage (1) et un piston (23) de commande du système de freinage hydraulique (7, 8), ladite première chambre (20) communiquant sur commande avec une deuxième chambre secondaire de simulation (4) par une vanne de simulation (3) dont le taux d'ouverture permet de simuler un effort à la pédale de frein. 2. Système de simulation de freinage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un détecteur (6) de consigne de freinage connecté à une unité centrale de commande (5) assurant la commande de la vanne de simulation (3) en fonction de la consigne de freinage (Dec) détectée par le détecteur (5) et du freinage à effectuer par le système hydraulique de freinage (7, 8). 3. Système de simulation de sensation de freinage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte une vanne de blocage (80) du fonctionnement dudit circuit de freinage hydraulique (7, 8) à énergie musculaire, cette vanne de blocage étant commandée à dans un état de blocage par l'unité centrale de commande (5) lorsque le système de simulation est actionné. 4. Système de simulation de sensation de freinage selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'unité de commande centrale (5) réalise une commande numérique de la vanne de simulation (3) selon un taux de modulation correspondant à la commande de freinage du système de freinage auxiliaire. 5. Système de simulation de sensation de freinage selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite première chambre (20) contient un piston de commande (23) du système de freinage hydraulique (7) commandé par énergie musculaire, ledit fluide de transmission d'effort (21) étant situé dans ladite chambre (20) entre le piston de commande (23) du système de freinage hydraulique et le piston hydraulique (22) qui est commandé par l'organe de commande manuel de freinage (1) et en ce que ledit piston de commande (23) porte une tige de commande (70) d'un servomoteur d'assistance au freinage (71) et/ou d'un maître cylindre (72). 6. Système de simulation de sensation de freinage selon la revendication 5, caractérisé en ce que la deuxième chambre secondaire de simulation (4) comporte une enceinte (40) qui communique par la vanne de simulation (3) avec la première chambre (20) et qui contient le même type de fluide que cette première chambre, un piston (42) poussé par un dispositif élastique (43) fermant ladite deuxième chambre sans opposer quasiment d'effort au déplacement du fluide de la première chambre (20) vers la deuxième chambre (40). 7. Système de simulation de sensation de freinage selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte, un détecteur (6) de déplacement de l'organe de commande de freinage manuel (1) fournissant un signal de détection de déplacement (Dec) qui est transmis à l'unité centrale de commande, laquelle commande l'ouverture et/ou la fermeture de la vanne de simulation (3). 8. Système de simulation de sensation de freinage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de freinage à énergie auxiliaire (9) est un système de freinage électrique à récupération d'énergie. 9. Application du système de simulation de sensation de freinage selon la revendication 8, à un véhicule à traction mixte moteurs électriques et moteur à combustion interne, caractérisé en ce que le circuit hydraulique de freinage de chaque roue utilisée pour le freinage du véhicule est équipé d'une vanne de blocage (80) dudit circuit hydraulique.