Brevet FR2938892A1 — publié le 20100528

DISPOSITIF DE BLOCAGE SELECTIF A CREMAILLERE POUR UN FREIN HYDRAULIQUE. L'invention concerne, de façon générale, les techniques relatives au freinage sur les véhicules automobiles. Plus précisément, l'invention concerne un dispositif de blocage sélectif pour un frein hydraulique, comprenant un cylindre hydraulique relié à une source de fluide hydraulique, un piston coulissant sélectivement dans le cylindre depuis une position reculée vers une position avancée en réponse à l'établissement d'une haute pression dans le cylindre, et des moyens de retenue pour maintenir mécaniquement le piston en position avancée. La conception des freins hydrauliques, et en particulier l'implantation de la fonction de frein de parking dans ces freins, doivent en permanence surmonter la difficulté que représente la nécessité de concilier des contraintes d'encombrement maximum de plus en plus sévères, avec une densité de pièces mécaniques relativement élevée. L'invention, qui se situe dans ce contexte, a précisément pour but de proposer un dispositif de blocage sélectif pour frein hydraulique, de réalisation simple et peu encombrante, remplissant la fonction requise de frein de parking. A cette fin, le dispositif de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend des premiers moyens de sollicitation en rotation, des seconds moyens de sollicitation en rotation agissant en sens inverse des premiers, et des moyens bistables de blocage en rotation, en ce que les moyens de retenue comprennent une colonne télescopique formée d'un élément mâle et d'un élément femelle coaxiaux libres en translation axiale relative dans une première position de rotation relative et bloqués en translation axiale relative dans une seconde position de rotation relative, et en ce qu'un premier de ces éléments est solidaire du piston, le second élément étant monté à rotation par rapport au cylindre, étant solidaire du cylindre en translation, et étant sélectivement contrôlé en rotation par les premiers moyens de sollicitation en rotation, par les seconds moyens de sollicitation en rotation, et par les moyens bistables de blocage en rotation. Il est par exemple possible de prévoir que les premiers moyens de sollicitation en rotation opèrent sélectivement une rotation du second élément dans un premier sens propre à assurer le blocage des deux éléments en translation, que les moyens bistables de blocage en rotation passent sélectivement d'un premier état à un second état pour bloquer le second élément en rotation et de leur second état à leur premier état pour débloquer le second élément en rotation, et que les seconds moyens de sollicitation en rotation opèrent sélectivement une rotation du second élément dans un second sens inverse du premier et propre à assurer le déblocage des deux éléments en translation. De manière avantageuse, les premiers moyens de sollicitation en rotation comprennent un premier pignon solidaire du second élément, une crémaillère engrenant avec le premier pignon, un piston auxiliaire monté coulissant dans un cylindre auxiliaire et entraînant sélectivement la crémaillère en réponse à l'établissement d'une haute pression dans le cylindre auxiliaire, et une électrovalve reliant sélectivement le cylindre auxiliaire à la source de fluide hydraulique. Les seconds moyens de sollicitation en rotation peuvent alors simplement comprendre un ressort de torsion précontraint entre le cylindre et le second élément. Les première et seconde positions de rotation relatives des deux éléments sont par exemple séparées l'une de l'autre par un angle limite prédéterminé, les moyens bistables de blocage en rotation comprenant un second pignon qui est lié en rotation au second élément et qui passe alternativement d'un état de blocage en rotation à un état de déblocage en rotation ou l'inverse à chaque rotation du second élément sur une plage angulaire supérieure à l'angle limite à partir d'une position de repos. De préférence, le dispositif de l'invention comprend également un capteur de rotation propre à détecter la position de repos du second élément et sa position de dépassement de l'angle limite, ce capteur délivrant un signal d'état permettant de piloter le dispositif. 30 Dans un mode de réalisation possible de l'invention, il est prévu que les éléments mâle et femelle soient respectivement constitués d'un axe et d'un manchon présentant des sections transversales respectivement externe et interne non circulaires, que la section transversale externe de l'axe présente des dimensions minimale et maximale, que la section transversale interne du manchon présente des dimensions minimale et maximale, que les dimensions minimale et maximale de la section externe de l'axe soient respectivement inférieures aux dimensions minimale et maximale de la section interne du manchon, et que la dimension maximale de la section externe de l'axe soit supérieure à la dimension minimale de la section interne du manchon, l'axe et le manchon étant respectivement pourvus, sur la dimension maximale de la section externe de l'axe et sur la dimension minimale de la section interne du manchon, de reliefs de retenue axiale susceptibles de s'interpénétrer. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est un schéma général du dispositif de l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe axiale d'une partie d'un dispositif conforme à l'invention; - la figure 3 est une vue en coupe transversale d'une colonne télescopique utilisée dans le dispositif de la figure 2 et observée suivant l'incidence définie par les flèches III-III de la figure 2; et - la figure 4 est un diagramme représentant, en fonction 5 du temps, l'évolution de divers paramètres physiques ou d'états internes du dispositif de l'invention. Comme annoncé précédemment, l'invention concerne un dispositif de blocage sélectif pour frein hydraulique. 10 Ce dispositif comprend au moins, de façon connue en soi, un cylindre hydraulique 10 dans lequel un piston 11 est monté coulissant, le cylindre 10 étant relié à une source de fluide hydraulique SFH délivrant ce fluide sous une 15 pression P relativement haute ou relativement basse. Lors de l'établissement d'une haute pression dans le cylindre 10, le piston 11 coulisse dans ce cylindre 10 depuis une position reculée vers une position avancée, à 20 savoir vers le haut sur la figure 2. Ce dispositif comprend également des moyens de retenue 2, destinés à maintenir mécaniquement le piston 11 en position avancée, et comprenant en l'occurrence une 25 colonne télescopique 20 formée d'un élément femelle 21 et d'un élément mâle 22 coaxiaux, libres en translation axiale relative dans une première position de rotation relative, et bloqués en translation axiale relative dans une seconde position de rotation relative. 30 L'un de ces éléments 21 et 22 est solidaire du cylindre 10 en translation et monté à rotation par rapport à ce cylindre 10, l'autre élément étant solidaire du piston 11. Par exemple, l'élément femelle 21 est constitué par un manchon solidaire du piston 11, et l'élément mâle 22 est constitué par un axe monté fixe en translation et libre en rotation par rapport au cylindre 10, cet axe et ce manchon présentant des sections transversales respectivement externe et interne non circulaires, Se et Si, comme le montre la figure 3. Dans la mesure où aucune de ces sections n'est circulaire, chacune d'elles présente des dimensions minimale et maximale, à savoir D1min et D1max pour la section transversale interne Si du manchon 21, et D2min et D2max pour la section transversale externe Se de l'axe 22. Ces sections sont choisies de façon telle que les dimensions minimale et maximale, D2min et D2max, de la section externe Se de l'axe 22 soient respectivement inférieures aux dimensions minimale et maximale, Dlmin et D1max, de la section interne Si du manchon 21, mais que la dimension maximale D2max de la section externe Se de l'axe 22 soit supérieure à la dimension minimale D1min de la section interne Si du manchon 21. Par ailleurs, l'axe 22 respectivement pourvus, sur de la section externe Se de minimale D1min de la section reliefs de retenue et le manchon 21 sont la dimension maximale D2max l'axe 22 et sur la dimension interne Si du manchon 21, de axiale susceptibles de s'interpénétrer, à la manière de filets de vis et d'écrou. Ainsi, lorsque l'axe 22 et le manchon 21 sont dans une première position relative de rotation, qui est celle de la figure 3 et dans laquelle la dimension maximale D2max de la section Se de l'axe 22 est alignée avec la dimension maximale D1max de la section Si du manchon 21, alors l'axe 22 et le manchon 21 sont libres en translation axiale relative. En revanche, lorsque l'axe 22 et le manchon 21 sont dans une deuxième position relative de rotation, dans laquelle la dimension maximale D2max de la section Se de l'axe 22 est alignée avec la dimension minimale Dlmin de la section Si du manchon 21 comme ce serait le cas en tournant d'un quart de tour l'une des sections Se et Si illustrées à la figure 3, alors l'axe 22 et le manchon 21 sont bloqués en translation axiale relative. Le dispositif de l'invention comprend par ailleurs des premiers moyens 3 de sollicitation en rotation, des seconds moyens 4 de sollicitation en rotation agissant en sens inverse des premiers, et des moyens bistables 5 de blocage en rotation. Les premiers moyens 3 de sollicitation en rotation ont précisément pour fonction d'effectuer la rotation de par exemple un quart de tour qui fait passer l'axe 22 et le manchon 21 de leur première position relative de rotation, autorisant une libre translation relative, à leur deuxième position relative de rotation, dans laquelle l'axe et le manchon sont bloqués en translation l'un par rapport à l'autre. Pour ce faire, les premiers moyens 3 de sollicitation en rotation opèrent sélectivement une rotation de l'axe 22 dans un premier sens R1 propre à assurer le blocage en translation du manchon 21 et de l'axe 22. Les seconds moyens 4 de sollicitation en rotation agissent en sens inverse des premiers moyens 3, et opèrent donc sélectivement une rotation de l'axe 22 dans un second sens R2 inverse du premier et propre à assurer le déblocage en translation du manchon 21 et de l'axe 22. Les moyens bistables 5 de blocage en rotation, qui ont pour fonction de bloquer sélectivement le manchon 21 et l'axe 22 en rotation l'un par rapport à l'autre, passent sélectivement d'un premier état à un second état pour bloquer l'axe 22 en rotation par rapport au manchon 21 et de leur second état à leur premier état pour débloquer l'axe 22 en rotation. Les premiers moyens 3 de sollicitation en rotation comprennent par exemple un cylindre auxiliaire 30, un piston auxiliaire 31, une crémaillère 32, un premier pignon 33, et une électrovalve 34. L'électrovalve 34 relie sélectivement le cylindre auxiliaire 30 à la source de fluide hydraulique SFH. Le piston auxiliaire 31 est monté coulissant dans le cylindre auxiliaire 30 et entraîne la crémaillère 32 en réponse à l'établissement d'une haute pression dans le cylindre auxiliaire 30. Par ailleurs, la crémaillère 32 engrène avec le premier 5 pignon 33, lequel est solidaire de l'axe 22. Les seconds moyens 4 de sollicitation en rotation comprennent par exemple un ressort de torsion 40, qui est précontraint en torsion entre le cylindre 10 et l'axe 22. 10 Les première et seconde positions de rotation relatives du manchon 21 et de l'axe 22, dans lesquelles l'axe et le manchon sont respectivement libres et bloqués en translation, sont séparées l'une de l'autre par un angle 15 limiteQoprédéterminé, égal à un angle droit dans le mode de réalisation illustré. Les moyens bistables 5 de blocage en rotation, qui comprennent un second pignon 51 lié en rotation à l'axe 20 22, sont conçus pour passer alternativement de leur état de blocage en rotation à leur état de déblocage en rotation, ou l'inverse, à chaque rotation de l'axe 22 sur une plage angulaire supérieure à l'angle limite Sb à partir d'une position de repos, c'est-à-dire lorsque 25 l'axe 22 adopte une position de rotation distante de plus de 90 degrés de sa position de repos. Enfin, le dispositif comprend avantageusement un capteur de rotation 6 propre à détecter la position de rotation 30 de l'axe 22 et délivrant un signal d'état E(6) signalant que l'axe 22 a atteint sa position de repos ou qu'il a atteint une position de rotation correspondant à un dépassement de l'angle limite S2o par rapport à sa position de repos. Le fonctionnement du dispositif ainsi constitué est expliqué ci-après en référence à la figure 4, dans laquelle P(10) désigne la pression dans le cylindre 10, E(34) désigne l'état de l'électrovalve 34, 52 désigne l'angle de rotation de l'axe 22 par rapport au manchon 21,S2o désigne l'angle limite de rotation de l'axe 22 par rapport au manchon 21, et E(6) désigne le signal d'état délivré par le capteur de rotation 6. A l'état de repos, le manchon 21 et l'axe 22 sont dans leur position relative de rotation illustrée à la figure 3 et dans laquelle ils coulissent librement l'un par rapport à l'autre. Lorsque le piston 11 doit être placé en position avancée et bloqué mécaniquement pour constituer l'élément de serrage du frein de parking, la pression P(10) dans le cylindre 10, qui évolue en suivant la pression P délivrée par la source SFH, est élevée jusqu'au point de fonctionnement A qui correspond à la pression minimale requise pour permettre au véhicule de tenir sur une pente normalisée. Puis, au point de fonctionnement B, l'électrovalve 34 est placée dans un état passant, de sorte que la pression admise dans le cylindre auxiliaire 30 atteint celle qui règne dans le cylindre 10. La pression s'exerçant alors sur le piston auxiliaire 31 opère une première translation de ce piston 31 et de la crémaillère 32, et donc une première rotation de l'axe 22, entraîné par l'intermédiaire de la crémaillère 32 et du pignon 33 (point de fonctionnement C). L'élévation ultérieure de la pression P délivrée par la source SFH (point D) et l'élévation correspondante de la pression dans le cylindre auxiliaire 30 provoquent une translation supplémentaire du piston auxiliaire 31, et donc une augmentation de l'angle 52 de rotation de l'axe 22 par rapport au manchon 21 (point E). Lorsque cet angle de rotation 52 dépasse l'angle limite de rotation Qo dont la valeur est par exemple de 90 degrés (point F), le signal E(6) produit par le capteur de rotation 6 change d'état (point G), ce qui indique que la pression P délivrée par la source SFH peut retourner à zéro (point H). A ce point de fonctionnement, les moyens bistables 5 sont dans leur configuration de blocage, l'axe 22 étant donc bloqué en rotation par le pignon 51. Par ailleurs, l'axe 22 et le manchon 21 sont dans leur position relative de blocage en translation, et bloquent le piston 11 qui a atteint sa position avancée extrême. Une fois que la pression P(10) et la pression dans le cylindre auxiliaire 30 sont retournées à zéro, l'électrovalve 34 peut être replacée dans son état bloquant (point I). Dans ces conditions, le piston 11, bien que cessant d'être poussé par la pression hydraulique, reste dans sa position avancée extrême pour une période indéterminée dans la mesure où il est mécaniquement bloqué par son appui sur la colonne télescopique 20 que forment ensemble le manchon 21 et l'axe 22 et sur laquelle le piston 11 exerce une contrainte de compression axiale. Lorsque ce piston 11 doit être replacé en position reculée pour débloquer le frein de parking, la pression P délivrée par la source de pression SFH est à nouveau augmentée, entraînant l'élévation corrélative de la pression P(10). Lorsque la pression P(10) exercée sur le piston 11 a totalement soulagé la colonne télescopique 20 de sa contrainte axiale (point J), l'électrovalve 34 est replacée dans son état passant (point K). L'élévation correspondante de la pression dans le cylindre auxiliaire 30 provoque une augmentation de l'angle SZ de rotation de l'axe 22 par rapport au manchon 21, qui dépasse à nouveau l'angle limite de rotation ^o (point L). A ce point de fonctionnement, les moyens bistables 5 retournent dans leur configuration de déblocage, l'axe 22 étant donc libéré par le pignon 51 en rotation. Dans la mesure où la colonne télescopique 20 est alors totalement soulagée de la contrainte axiale antérieurement exercée sur elle par le piston 11 désormais poussé par la pression P(10), le ressort de torsion 40 devient prédominant sur les forces de frottement et ramène l'axe 22 vers sa position de repos (point M), faisant ainsi rapidement décroître l'angle de rotation Q. Après le retour à zéro de la pression P et de la pression P(10) (point N), le manchon 21 et l'axe 22, une fois replacés dans leur position relative de libre coulissement telle qu'illustrée à la figure 3, autorisent le libre coulissement du piston 11 vers sa position de repos. Dès que le capteur 6 détecte le retour de l'axe 22 dans sa position de repos (point Q) et que la pression P(10) est totalement retombée, l'électrovalve 34 peut être replacée dans sa configuration bloquante (point R). REVENDICATIONS. 1. Dispositif de blocage sélectif pour un frein hydraulique, comprenant un cylindre hydraulique (10) relié à une source (SFH) de fluide hydraulique, un piston (11) coulissant sélectivement dans le cylindre (10) depuis une position reculée vers une position avancée en réponse à l'établissement d'une haute pression dans le cylindre (10), et des moyens de retenue (2) pour maintenir mécaniquement le piston (11) en position avancée, caractérisé en ce qu'il comprend des premiers moyens (3) de sollicitation en rotation, des seconds moyens (4) de sollicitation en rotation agissant en sens inverse des premiers, et des moyens bistables (5) de blocage en rotation, en ce que les moyens de retenue (2) comprennent une colonne télescopique (20) formée d'un élément femelle (21) et d'un élément mâle (22) coaxiaux libres en translation axiale relative dans une première position de rotation relative et bloqués en translation axiale relative dans une seconde position de rotation relative, et en ce qu'un premier (21) de ces éléments est solidaire du piston (11), le second élément (22) étant monté à rotation par rapport au cylindre (10), étant solidaire du cylindre (10) en translation, et étant sélectivement contrôlé en rotation par les premiers moyens (3) de sollicitation en rotation, par les seconds moyens (4) de sollicitation en rotation, et par les moyens bistables (5) de blocage en rotation. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les premiers moyens (3) de sollicitation enrotation opèrent sélectivement une rotation du second élément (22) dans un premier sens (R1) propre à assurer le blocage des deux éléments (21, 22) en translation, en ce que les moyens bistables (5) de blocage en rotation passent sélectivement d'un premier état à un second état pour bloquer le second élément (22) en rotation et de leur second état à leur premier état pour débloquer le second élément (22) en rotation, et en ce que les seconds moyens (4) de sollicitation en rotation opèrent sélectivement une rotation du second élément (22) dans un second sens (R2) inverse du premier et propre à assurer le déblocage des deux éléments (21, 22) en translation. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les premiers moyens (3) de sollicitation en rotation comprennent un premier pignon (33) solidaire du second élément (22), une crémaillère (32) engrenant avec le premier pignon (33), un piston auxiliaire (31) monté coulissant dans un cylindre auxiliaire (30) et entraînant sélectivement la crémaillère (32) en réponse à l'établissement d'une haute pression dans le cylindre auxiliaire (30), et une électrovalve (34) reliant sélectivement le cylindre auxiliaire (30) à la source de fluide hydraulique (SFH). 4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les seconds moyens (4) de sollicitation en rotation comprennent un ressort de torsion (40) précontraint entre le cylindre (10) et le second élément (22). 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les première et seconde positions de rotation relatives des deux éléments (21, 22) sont séparées l'une de l'autre par un angle limite (Qo) prédéterminé, et en ce que les moyens bistables (5) de blocage en rotation comprennent un second pignon (51) lié en rotation au second élément (22) et passant alternativement d'un état de blocage en rotation à un état de déblocage en rotation ou l'inverse à chaque rotation du second élément (22) sur une plage angulaire supérieure à l'angle limite (52o)à partir d'une position de repos. 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur de rotation (6) propre à détecter la position de repos et la position de dépassement de l'angle limite(go)du second élément (22). 7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments femelle et mâle (21, 22) sont respectivement constitués d'un manchon (21) et d'un axe (22) présentant des sections transversales respectivement interne (Si) et externe (Se) non circulaires, en ce que la section transversale interne (Si) du manchon (21) présente des dimensions minimale et maximale (Dlmin, Dlmax), en ce que la section transversale externe (Se) de l'axe (22) présente des dimensions minimale et maximale (D2min, D2max), en ce que les dimensions minimale et maximale (D2min, D2max) de la section externe (Se) de l'axe (22) sont respectivement inférieures aux dimensions minimale et maximale (Dlmin, D1max) de la section interne (Si) dumanchon (21), et en ce que la dimension maximale (D2max) de la section externe (Se) de l'axe (22) est supérieure à la dimension minimale (Dlmin) de la section interne (Si) du manchon (21), l'axe et le manchon (22, 21) étant respectivement pourvus, sur la dimension maximale (D2max) de la section externe (Se) de l'axe (22) et sur la dimension minimale (Dlmin) de la section interne (Si) du manchon (21), de reliefs de retenue axiale susceptibles de s'interpénétrer.10