Brevet FR2944760A1 — publié le 20101029

Domaine de l'invention La présente invention concerne un capteur électrique de course du piston primaire d'un maître-cylindre de freins et un système de freins équipé d'un tel capteur, c'est-à-dire un capteur de course de frein combiné à un système de freins hydrauliques à servofrein ou un système de freins hydrauliques à assistance électrohydraulique. Etat de la technique De façon générale, les systèmes de freinage sont équipés d'un commutateur, encore appelé capteur BLS, associé à la pédale de frein et actionnés dès que la pédale de frein est commandée pour déclencher les feux de frein. Mais ce système de capteur, utile et obligatoire, n'est pas suffisant pour certaines fonctions du système de freinage. De plus, ce capteur est un élément indépendant, installé côté pédale de frein du tablier du véhicule ce qui nécessite une opération de montage indépendante de l'opération de montage du système de freinage (maître-cylindre tandem et son servofrein ou son assistance électrohydraulique). En outre, ces capteurs d'actionnement de la pédale de frein, ne permettent que de détecter l'actionnement du frein mais ne fournissent pas de signal dépendant de l'amplitude de la course d'actionnement. Il existe selon le document FR 2 875 597, un capteur électrique de position de frein à courant de Foucault équipant un maître-cylindre. Mais ce capteur est d'une structure relativement complexe, nécessitant des signaux de fréquences différentes pour déterminer l'inductance de la bobine formée et en déduire une information. Son fonc- tionnement est délicat. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un capteur de course de piston de maître-cylindre qui soit de construction et d'installation simples et ne nécessitant pas de transformation importante de la structure des systèmes de freinage hydrauliques à servofrein ou à assistance électrohydraulique, importante et fournissant une grandeur de mesure directement liée à la position ou la course du piston primaire. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, la présente invention concerne un capteur élec-35 trique de course de piston primaire de maître-cylindre tandem, caractérisé en ce qu'il comprend - un capteur capacitif formé d'un manchon diélectrique entourant le pis-ton primaire du côté entrée du corps du maître-cylindre, portant une 2 couche extérieure électroconductrice formant au moins une plaque de condensateur, le piston primaire coulissant dans le manchon en matière diélectrique en fonction de l'actionnement du maître-cylindre pour former la deuxième plaque de condensateur couvrant, de façon variable en fonc- tion de sa course, la couche électroconductrice du manchon, - un circuit électrique relié à la couche électroconductrice du manchon et à la masse pour mesurer la capacité du condensateur formé par la première et la seconde électrode. Ce capteur capacitif permet de fournir avantageusement un signal proportionnel à la course de déplacement du piston primaire. Sa fabrication est d'un coût réduit car la réalisation et l'intégration de ce capteur à un maître-cylindre tandem ne modifient pratiquement par la structure actuelle du maître-cylindre, c'est-à-dire du corps du maître-cylindre et du piston primaire auquel est associé ce capteur. Ce capteur est d'une grande simplicité et son encombre-ment est réduit. De plus, comme il est directement associé au maître-cylindre tandem, il est installé automatiquement par la mise en place du maître-cylindre tandem dans le véhicule. Il n'y a pas lieu de prévoir de capteur séparé et en particulier de capteur installé de l'autre côté du tablier du véhicule. Il suffit de brancher le circuit électrique/électronique mesurant la capacité pour le relier à un circuit d'exploitation par exemple le processeur gérant le fonctionnement du véhicule. Pour l'assemblage du maître-cylindre tandem, l'opération est simple puisque le manchon du capteur est fixé coaxialement au piston primaire à la sortie du maître-cylindre tandem. Dans ces conditions, la forme du corps du maître-cylindre tandem n'a pas à être modifiée à l'exception du détail constitué par les moyens de fixation du manchon du capteur à la sortie du maître-cylindre. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le piston primaire comporte un prolongement électroconducteur coulissant dans le manchon diélectrique et formant avec le manchon, le condensateur de capacité variable en fonction de la course du piston primaire. Le prolongement du maître-cylindre s'obtient en augmen- tant la longueur de la jupe du piston primaire pour que celle-ci dépasse du boîtier du maître-cylindre et pénètre et coulisse dans le manchon du capteur. 3 Suivant une caractéristique avantageuse, le manchon comporte une couronne avec des pattes de fixation et le corps du maître-cylindre comporte, côté entrée, un rebord de fixation pour l'accrochage des pattes du manchon pour assembler le manchon au corps du maître- cylindre dans l'axe XX du piston primaire, les pattes étant relativement souples pour permettre un accrochage flexible entre le manchon et le corps du maître-cylindre pour absorber les petits mouvements non axiaux du piston primaire. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le circuit to électrique est installé sur le manchon et il est relié par un câble de sortie à un connecteur monté sur le corps du maître-cylindre. Le circuit électrique/électronique qui permet de mesurer la capacité variable du condensateur formé par le capteur de l'invention est un circuit simple comportant par exemple un montage en pont dont l'une 15 des branches est occupée par le condensateur de capacité variable et une autre branche occupée par un condensateur fixe. Suivant une autre caractéristique, la couche électroconductrice formée sur la surface extérieure du manchon est constituée par une feuille métallique ou un revêtement métallique déposé sur un manchon 20 diélectrique en matière plastique. Le dépôt par vaporisation sous vide d'une couche métallique se fait selon des procédés traditionnels, confirmés, de dépôt de couches métalliques â la vapeur. L'anneau métallique ainsi formé peut voir sa capacité ajus- 25 tée, par exemple par une découpe partielle de la couche faite à l'aide d'un faisceau laser et cela automatiquement pendant que l'on mesure la capa-cité formée. Selon une variante intéressante, le capteur capacitif comporte sur le manchon diélectrique, une couche extérieure électroconduc- 30 trice formant deux plaques de condensateur pour disposer de plusieurs condensateurs, notamment reliés à un amplificateur opérationnel. Ce montage permet notamment de s'affranchir de la mise à la masse du pis-ton constituant l'autre plaque des deux condensateurs ce qui simplifie la fabrication. Le capteur capacitif peut également être formé de plus de 35 deux condensateurs pour monter des systèmes redondants. Suivant une autre caractéristique, le manchon comporte une gorge recevant un joint d'étanchéité appliqué sur le prolongement du piston primaire ce qui constitue une sécurité évitant qu'en cas de fuite 4 d'une coupelle, du liquide de frein n'arrive dans la partie constituant le capteur et risque de fausser les résultats des mesures. Enfin et comme déjà indiqué, tous les composants étant intégrés au maître-cylindre tandem, cela simplifie considérablement le mon-5 tage. Selon une autre caractéristique avantageuse, le prolonge-ment du piston est constitué par un élément capacitif installé sur la tige de poussée reliant le servofrein ou l'actionneur au piston primaire. Cette tige est coaxiale à l'axe du piston primaire et son déplacement correspond 10 au déplacement du piston primaire. Cette solution simplifie d'autant la fabrication puisque le piston primaire n'aura pas à être modifié. La seule modification concerne la tige de poussée qui reçoit cet élément de condensateur de forme cylindrique circulaire, par exemple en matière plastique dont la surface extérieure est revêtue d'une couche de métal de façon à 15 coopérer avec le revêtement métallique du manchon pour former le condensateur de capacité variable en fonction du déplacement du piston primaire c'est-à-dire de sa tige de poussée. En outre, comme la capacité du condensateur du capteur est proportionnelle à la surface des plaques du condensateur qui sont en 20 regard l'une avec l'autre, on a ainsi une mesure de la course du piston primaire qui est une fonction linéaire de la capacité. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation d'un capteur de course du 25 piston primaire appliqué à un système de freins hydrauliques à servofrein représenté dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une coupe schématique d'un système de freins hydrauliques à servofrein équipé d'un capteur de course selon l'invention, la figure 2A est une vue de détails du capteur de course selon la fi- 30 gure 1, en position de repos, la figure 2B est une vue en coupe de détails analogue à la figure 2A du capteur de course en position actionnée, - la figure 3A est un schéma d'une variante de réalisation d'un capteur capacitif de position, 35 - la figure 3B montre le schéma équivalent du capteur de la figure 3A, - la figure 4 est un schéma plus détaillé du circuit de mesure d'un capteur capacitif de position selon la variante des figures 3A, 3B. Description de modes de réalisation de l'invention Selon la figure 1, l'invention concerne un capteur de course de frein et un système de freins hydrauliques, assistés par un servofrein ou d'une assistance électrohydraulique, équipé d'un tel capteur. Le cas du 5 capteur d'un système de freins hydrauliques à servofrein sera décrit ci- après ; le servofrein lui-même de structure connue de manière générale, ne sera décrit pas de façon détaillée. Le système de freins se compose d'un maître-cylindre 100 constitué par un maître-cylindre tandem alimenté en liquide de frein à partir d'un réservoir 110. Le maître-cylindre tandem 100 comporte un pis-ton primaire 120 et un piston secondaire 122 commandant l'un, le circuit primaire de freins et l'autre, le circuit secondaire de freins. Ces circuits ne sont pas représentés. Ils reçoivent le liquide de frein à la pression demandée par l'actionneur 130 relié à la pédale de frein 140. Le maître-cylindre tandem 100 est assisté par un servofrein 150 à dépression, agissant sur le piston primaire 120 par une tige de poussée 151 portée par le piston 152 (piston simple ou double) du servofrein 150. Le servofrein 150 est lui-même commandé par l'actionneur 130 relié par sa biellette 131 à la pédale de frein 140. L'actionneur 130 commande le servofrein 150 qui génère la force de freinage à appliquer au piston primaire 120 et ensuite au piston secondaire 122 ; en cas de défaillance du servofrein 150, l'actionneur 130 transmet directement la poussée de la pédale de frein 140 reliée alors par la biellette 131 à la tige de poussée 151 et au piston primaire 120 puis au piston secondaire 122 du maître-cylindre tandem 100. Dans le cas non représenté d'un système de freins hydrauliques à assistance électrohydraulique, le maître-cylindre tandem n'est pas combiné à un servofrein à dépression mais à un accumulateur de pres- sion. Toutefois, dans ce cas également, le piston primaire 120 du maître-cylindre 100 est commandé par la biellette 151 reliée à la pédale de frein 140 par l'intermédiaire d'un organe de transmission. Dans ce cas, il est également important de détecter la course du piston primaire du maître-cylindre tandem 100. Selon l'invention (figures 1, 2A), le maître-cylindre 100 est équipé d'un capteur capacitif de course 160 formé d'un manchon en matière diélectrique 161, fixé au corps 101 du maître-cylindre tandem 100 du côté de son entrée, c'est-à-dire du côté du piston primaire 120. Le manchon 161 est fixé au corps 101 du maître-cylindre tandem 100, par exemple par des pattes d'accrochage 162 bordant l'extrémité du manchon 161 et le corps 101 du maître-cylindre tandem a une collerette d'accrochage 102 pour les pattes 162. Les pattes 162 sont de préférence, relativement souples pour permettre un assemblage flexible entre le manchon 161 et la colle- rette d'accrochage 102, ce qui permet d'absorber les petits mouvements non axiaux du piston. En fait, les pattes 162 sont formées d'une branche souple 162A munie d'un crochet 162B et d'une tige 162C qui constitue une butée permettant l'enclipsage par accrochage du manchon 161 tout en donnant la souplesse à ce point d'accrochage. Le manchon 161 est coaxial (axe )0X) au piston primaire 120 et reçoit une partie du piston primaire ou, comme dans le pré- 15 sent exemple, un prolongement 121 du piston primaire 120. Le prolongement 121 est en métal comme le piston 120 et il fait corps avec lui. Le prolongement 121 du piston primaire 120 dépasse du corps 101 du maître-cylindre 100 et vient en saillie dans le manchon 161 20 du capteur 160. Au niveau de l'extrémité du manchon côté des pattes de fixation 162, il est prévu une gorge 164, périphérique, logeant un joint périphérique 165 évitant qu'en cas d'éventuelle fuite de la coupelle du piston primaire, le liquide de frein n'arrive jusqu'à l'élément d mesure et risque de fausser la mesure. 25 Le manchon 161 du capteur 160 est muni sur sa surface extérieure d'un revêtement métallique électroconducteur 163 par exemple sous la forme d'une nappe métallique électroconductrice ou d'une bande métallique électroconductrice en anneau pour former une armature de condensateur dont l'autre armature est constituée par le prolonge- 30 ment 121 du piston primaire 120, le manchon diélectrique 161 constituant le diélectrique de ce condensateur. Le circuit électrique 170 intégrant ce condensateur formé par les éléments 121-161-162 est, de préférence, fixé directement au manchon 161 et son câble de sortie 171 est relié à un connecteur 172 fixé 35 au corps 101 du maître-cylindre tandem 100 pour fournir un signal re- présentant la capacité instantanée de ce condensateur, c'est-à-dire la ca- pacité variable du condensateur, correspondant au degré de 7 chevauchement du manchon 161 (fixe) et du prolongement 121 mobile du piston primaire 120. Le retour du circuit électrique ci-dessus se fait par le piston primaire 120 qui est à la masse. Les figures 2A, 2B montrent schématiquement le fonctionnement du capteur de course 160 du piston primaire 120. La figure 2A montre la position de repos du piston primaire 120 dans laquelle le prolongement 121 couvre toute la surface électroconductrice 163 du manchon 161 ce qui correspond à la capacité maximale du condensateur de capacité variable ainsi formé pour le capteur 160. La figure 2B montre une position active du piston primaire 120 qui a été actionné et poussé de la distance (dl) vers le maître-cylindre tandem 100 de sorte qu'il ne couvre plus qu'une fraction du man- chon 161 ce qui correspond à une capacité différente du condensateur du capteur 160. Comme la capacité du condensateur (121-161-162) est une fonction linéaire de la surface chevauchée des deux armatures, la course de déplacement du piston primaire 120 est donnée par une fonction li-20 néaire de la capacité. Selon une variante non représentée, le prolongement 121 du piston primaire 120 est constitué par un élément porté par la tige de pression 151. Cet élément est équivalent à un prolongement du piston primaire 120 ; il peut être constitué par une forme cylindrique portée par 25 la tige 151 et réalisé en métal ou en une matière plastique munie d'un revêtement en métal formant ainsi la seconde armature du condensateur, l'autre armature étant portée par le manchon et sa couche extérieure électroconductrice. La figure 3A montre schématiquement une variante de 30 l'invention selon laquelle le manchon 163 du capteur de position 160 comporte plusieurs plaques, par exemple deux plaques 161A, 161B, à la place d'une plaque unique comme dans l'exemple précédent. On a ainsi deux condensateur variables C 1, C2 formés entre les plaques 162A, 162B et le piston primaire 120. 35 La figure 3B montre le schéma électrique équivalent, Cp et R représentant des composants réglables. La figure 4 montre un circuit de mesure à l'aide d'un condensateur à deux plaques 162A, 162B ; C 1, C2 tel que celui de la fi- gure 3A. On injecte des signaux impulsionnels comme cela est indiqué, aux deux entrées E 1, E2 du circuit de mesure 200 de la figure 4 faisant partie du circuit 170. Les différents blocs 4A-4D représentent le fonctionnement pour ce mode de mesure. A partir du signal fourni par un oscillateur (4A), un générateur d'impulsions forme des impulsions symétriques (4B) qui produisent une succession de charges/décharges des condensateurs Cl, C2. Le circuit de mesure 200 comporte un amplificateur opérationnel A qui combine les signaux du montage formé des deux condensateurs C 1, C2 en réglant la tension du maître-cylindre 120 pour avoir une tension nulle Vcp = Ov. Les sorties des deux circuits des condensateurs Cl, C2 sont reliés à une résistance commune Rd entre les entrées (+), (-) de l'amplificateur opérationnel A. En sortie, celui-ci fournit le signal (Vc 1-Vc2) qui est la somme des amplitudes des deux signaux. Ce schéma de fonctionnement suppose que l'on a Cl = C2, c'est-à-dire que les plaques fixes 162A, 162B des deux parties des condensateurs C 1, C2 sont de même surface et que le diélectrique avec le maître-cylindre correspondant respectivement à ces deux parties de plaque, est identique. Ce montage avec un condensateur à plusieurs plaques, no- tamment deux plaques 162A, 162B , a l'avantage de permettre de réaliser ainsi des condensateurs multiples pour former des montages redondants. Le montage de la figure 4 permet d'éviter le branchement à la masse du piston ou du prolongement 121 ce qui réduit les coûts liés à cette opération.25 9 NOMENCLATURE 100 Maître-cylindre tandem 101, 102 Corps du maître-cylindre tandem 120 Piston primaire 121 Prolongement du piston primaire 122 Piston secondaire 130 Actionneur 131 Bielle de l'actionneur reliée à la pédale de frein 140 Pédale de frein 150 Servofrein 151 Tige de poussée du servofrein 152 Piston du servofrein 160 Capteur capacitif de position 161 Manchon du capteur 162 Pattes de fixation du manchon 162A Branche souple 162B Crochet 162C Tige de butée 163 Couche extérieure électroconductrice du manchon 161 163A, 163B Parties de la couche 163 formant une plaque de condensateur 164 Gorge 165 Joint 170 Circuit électrique 171 Câble 172 Connecteur 200 Circuit de mesure XX Axe des pistons primaire et secondaire A Amplificateur opérationnel El, E2 Entrées du circuit de mesure Cl, C2 Condensateurs REVENDICATIONS1 °) Capteur électrique de course du piston primaire d'un maître-cylindre de frein caractérisé en ce qu' il comprend - un capteur capacitif (160) formé d'un manchon diélectrique (161) entourant le piston primaire (120) du côté entrée du corps (101) du maître-cylindre (100), portant une couche extérieure électroconductrice (163) formant au moins une plaque de condensateur, le piston primaire (120) coulissant dans le manchon en matière diélectrique (161) en fonction de l'actionnement du maître-cylindre (100) pour former la deuxième plaque de condensateur couvrant, de façon variable en fonction de sa course, la couche électroconductrice (163) du manchon (161), - un circuit électrique (165) relié à la couche électroconductrice (163) du 15 manchon (161) et à la masse pour mesurer la capacité du condensa- teur formé par la première et la seconde électrode. 2°) Capteur électrique de course selon la revendication 1, caractérisé en ce que 20 le piston primaire (120) comporte un prolongement électroconducteur (121) coulissant dans le manchon diélectrique (161) et formant avec le manchon (161), le condensateur de capacité variable en fonction de la course du piston primaire (120). 25 3°) Capteur électrique de course selon la revendication 1, caractérisé en ce que le manchon (161) comporte une couronne avec des pattes de fixation (162) et le corps (101) du maître-cylindre (100) comporte, côté entrée, un rebord de 30 fixation (102) pour l'accrochage des pattes (162) du manchon pour assembler le manchon (161) au corps (101) du maître-cylindre (100) dans l'axe du piston primaire (120), les pattes (162) étant relativement souples pour permettre un accrochage flexible entre le manchon (161) et le corps (101) du maître-cylindre (100) pour absorber les petits mouvements 35 non axiaux du piston primaire (120). 4°) Capteur électrique de course selon la revendication 1, caractérisé en ce quele circuit électrique (170) est installé sur le manchon (161) et il est relié par un câble de sortie (171) à un connecteur (172) monté sur le corps (101) du maître-cylindre (100). 5°) Capteur électrique de course selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche électroconductrice (163) formée sur la surface extérieure du manchon (161) est constituée par une feuille métallique ou un revêtement métallique déposé sur un manchon diélectrique (161) en matière plastique. 6°) Capteur électrique de course selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur capacitif (160) comporte, sur le manchon diélectrique (161), une 15 couche extérieure électroconductrice (163) formant deux plaques de condensateur (163A, 163B) pour former plusieurs condensateurs multi- ples (Cl, C2), ,notamment reliés à un amplificateur différentiel (A). 7°) Capteur électrique de course selon la revendication 1, 20 caractérisé en ce que le manchon (161) comporte une gorge (164) recevant un joint d'étanchéité (165) appliqué sur le prolongement (121) du piston primaire (120). 25 8°) Capteur électrique de course selon la revendication 1, caractérisé en ce que le maître-cylindre (100) est un maître-cylindre tandem. 9°) Système de freins hydrauliques à servofrein, 30 caractérisé en ce qu' il comporte un capteur électrique de course (160) du piston primaire selon une des revendications 1 à 8. 10°) Système de freins hydrauliques à assistance électrohydraulique, 35 caractérisé en ce qu' il comporte un capteur électrique de course (160) du piston primaire (120) selon l'une des revendications 1 à 8.