Brevet FR2949732A1 — publié le 20110311

i Domaine de l'invention Système de frein hydraulique à servofrein et simulateur de freinage pour un véhicule automobile, comprenant un actuateur interposé entre le maître-cylindre et la pédale de frein pour détecter toute action sur la pédale de frein et la transmettre au simulateur qui commande le servofrein et génère une réaction simulée appliquée à la pédale de frein à l'actuateur, l'actuateur étant relié au simulateur par une conduite de liquide de frein pour transmettre dans un sens, l'action sur la pédale de frein et io en retour, la réaction simulée par le simulateur, pour la pédale de frein, l'actuateur étant en forme de cylindre logeant un piston relié à la pédale de frein et délimitant la chambre recevant le liquide de frein, cette chambre étant reliée au simulateur. 15 Etat de la technique On connaît un tel système de frein hydraulique à servofrein et simulateur de freinage pour véhicule automobile, notamment selon les documents WO 2007/080106 et WO 2007/080158. Ce système de freins connu présente l'inconvénient qu'en 20 cas de défaillance du vide, l'action sur le maître-cylindre exercée directe-ment par la pédale de frein poussant l'actuateur, nécessite de vaincre la force absorbée par le simulateur si bien qu'en pratique, on ne peut atteindre la pression requise pour le fonctionnement du système de freinage. But de l'invention 25 La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients des systèmes de freins hydrauliques connus et de permettre un freinage efficace même en cas de défaillance du vide. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, la présente invention concerne un système de 30 frein hydraulique du type défini ci-dessus caractérisé en ce que le piston de l'actuateur intègre un clapet s'ouvrant par le contact mécanique entre le piston commandé par la pédale de frein et le piston du maître-cylindre pour relier le réservoir à la chambre de l'actuateur et neutraliser la réaction du simulateur. 35 En neutralisant l'action du simulateur de frein en cas de défaillance du vide, l'effort exercé sur la pédale de frein sera transmis intégralement au piston du maître-cylindre et permet d'atteindre la pression requise pour le fonctionnement des circuits de freinage. Ce système de 2 frein est particulièrement simple et il évite l'utilisation de moyens complexes qui seraient nécessaires pour neutraliser l'action du simulateur. Ce système est particulièrement sûr car il ne fait intervenir, en cas de défaillance du vide, que le piston de l'actuateur. Enfin, la réalisation de ce sys- tème est très simple puisqu'elle se fait au niveau de l'actuateur et ne modifie pratiquement pas l'encombrement. Suivant une caractéristique particulièrement avantageuse, le piston se compose d'une partie arrière de grand diamètre, coulissant dans le cylindre et portant une partie avant en forme de tube dont io l'extrémité débouche du cylindre logeant le piston, la partie arrière et le tube formant un piston étagé délimitant la chambre principale de l'actuateur. Le clapet est formé d'un tiroir logé dans le tube et d'une tige de diamètre réduit, débouchant du tube en position normale, et formant un piston différentiel délimitant une chambre d'actionnement. Le clapet 15 est poussé dans la position dans laquelle l'extrémité de la tige est en saillie par rapport à l'extrémité du tube par un ressort prenant appui sur le pis-ton. Le tube comporte un orifice d'amorçage et un orifice de coupure per-mettant d'une part, d'établir la communication entre la chambre principale et la chambre d'actionnement du clapet et d'autre part, mettre 20 l'orifice de coupure de la chambre principale en communication avec le réservoir. Suivant une autre caractéristique avantageuse, l'orifice de coupure est relié au réservoir par un perçage dans le tiroir, débouchant à la périphérie du tiroir et dans la chambre arrière du tube ainsi que par un 25 perçage réalisé dans la partie arrière du piston et débouchant en périphérie dans un perçage relié à la conduite allant au réservoir, la communication entre le perçage du tiroir et l'orifice de coupure se faisant lorsque le clapet est en position rétractée, repoussée par la venue du piston contre le piston du maître-cylindre. 30 Dessins La présente invention sera décrite à l'aide d'un exemple de réalisation d'un système de freinage représenté dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est un schéma d'ensemble du système de freins hydrauli-35 ques selon l'invention, les figures 2A, 2B représentent le fonctionnement normal de l'actionneur du système de freins de la figure 1, à savoir : * la figure 2A montre l'actionneur au repos, * la figure 2B montre l'actuateur pour une opération de freinage, les figures 3A, 3B, 3C montrent le fonctionnement de l'actuateur en cas de défaut de vide, à savoir : * la figure 3A est la position de départ, * la figure 3B est la phase initiale du fonctionnement, * la figure 3C est la phase de freinage par l'actionneur. Description d'un mode de réalisation préférentiel Selon la figure 1, l'invention concerne un système de freins hydrauliques équipé d'un servofrein pneumatique 100 pour le maître-cylindre tandem 150 dont un piston primaire 151 est relié au servofrein 100 lui-même commandé par un actuateur 200 relié à une pédale de frein 1. Le maître-cylindre tandem 150 alimente deux circuits de frein C 1, C2 en étant commandé soit par l'intermédiaire d'un simulateur de frein 160 agissant sur le servofrein 100 en fonctionnement normal, soit directement 15 par l'actuateur 200 appuyant sur le piston 151 du maître-cylindre 150 en cas de défaut de vide. Les autres parties du système de frein telles que la source de vide ou les unités hydrauliques des deux circuits de frein et les freins auxquels elles sont reliées ou la liaison directe avec les freins, ne sont pas représentées. 20 En fonctionnement normal, l'actuateur 200 s'enfonce sous l'effet de la poussée de la pédale de frein 1 en rencontrant une résistance engendrée principalement par le simulateur 160 sans que l'actuateur 200 ne touche directement le piston 151 du maître-cylindre. Le simulateur 160 simule la réaction du piston 151 du maître-cylindre 150 comme 25 s'il y avait contact direct entre la pédale de frein et le maître-cylindre, mais à un niveau d'efforts beaucoup plus réduit. Le maître-cylindre tandem 150, alimenté en liquide de frein par le réservoir 170, a une structure connue, à deux chambres 152, 153 séparées par un piston secondaire 154 rappelé en position intermédiaire par deux ressorts 155, 156. Les deux 30 chambres sont alimentées par le réservoir 170 et fournissent du liquide de frein sous pression aux deux circuits de frein C 1, C2. La pression est celle engendrée par le servofrein 100 selon la consigne donnée par l'action sur la pédale de frein 1 ou directement par la poussée exercée sur la pédale de frein 1 en cas de défaillance du servofrein 100. 35 Le servofrein 100 se compose, comme cela est connu, d'un volume divisé par un piston 101 en deux chambres 102, 103. La chambre 102 est reliée à une source de vide 157 et, à l'état non activé, la chambre 103 est également sous vide, de sorte que le piston 101 occupe la 4 position à droite représentée à la figure 1. Les deux chambres 102, 103 sont reliées au simulateur 160 qui commande la pression régnant dans les deux chambres et ainsi la différence de pression appliquée au piston 101 en fonction de l'action sur la pédale de frein 1 pour pousser le piston 151 du maître-cylindre tandem 150. Pour une description du simulateur 160, on se reportera aux documents WO 2007/080158 et WO 2007/080106. L'actuateur 200 (encore appelé actionneur) représenté très schématiquement à la figure 1, est relié par une tige de commande 2 à la to pédale de frein 1. Une conduite 201 relie l'actuateur 200 au réservoir de liquide de frein 170 et une conduite 202 le relie au simulateur 160. La conduite 202 transmet l'action sur la pédale 1, reçue par l'actuateur 200 pour commander le simulateur 160 qui, à la fois : - relaie cette commande vers le servofrein 100 et 15 - génère un effort de réaction dans l'actuateur 200, simulant la réaction du piston 151 du maître-cylindre tandem 150. La figure 2A montre de façon plus détaillée la structure de l'actuateur 200. Par convention dans la description de l'invention, on utilise- 20 ra pour l'orientation, l'expression � avant � ou � côté avant � pour désigner les éléments situés du côté du maître-cylindre tandem et les expressions � arrière � ou � côté arrière � pour les éléments situés dans l'actuateur, du côté non tourné vers le maître-cylindre. 25 L'actuateur 200 se compose d'un cylindre 210 logeant un piston étagé 220 relié à la pédale de frein par la tige de commande 2. Le piston étagé 220 est formé d'une partie arrière 221 de grand diamètre cou-lissant dans le cylindre 210 et d'une partie avant 222 en forme de tube sortant de manière étanche du cylindre 210 délimitant ainsi la chambre 30 principale 211 annulaire du cylindre. Le piston 220 est repoussé contre l'action de la tige de commande 2 du frein par un ressort 212 logé dans la chambre principale 211 qui communique avec le simulateur 160 par la conduite de liquide hydraulique 202. Le piston 220 de l'actuateur est aligné sur le piston 151 du maître-cylindre tandem sans toutefois que 35 l'extrémité 222a de sa partie avant 222 ne soit au contact de ce piston 151. Le tube 222 du piston est un cylindre logeant un clapet 230 en forme de tiroir 231 terminé par une tige 232 sortant de façon étanche du tube 222 et dont l'extrémité 232a dépasse, en position normale, de l'extrémité avant 222a du tube 222 du piston 220. Le corps cylindrique du clapet 230 coulisse dans le tube 222 en étant repoussé en position de fermeture par un ressort 223 prenant appui contre la partie arrière 221 5 du piston 220. A l'avant, le tiroir 231 forme une chambre 233 dans le tube 222. En fonctionnement normal, cette chambre 233 est de volume constant voire quasi-nul. Le tiroir 231 du clapet 230 commande deux orifices 213, 214 réalisés dans le tube 222 pour le fonctionnement de l'actuateur 200 en cas de défaut de vide et permettre de commander le maître-cylindre tandem 150 sans avoir à vaincre l'intégralité de la réaction que le simulateur 160 oppose en l'absence d'assistance du servofrein 100. Le clapet 230 forme la chambre 233 par la différence de section entre son tiroir 231 et sa tige 232 ; le tiroir comporte un perçage longitudinal 234 communiquant avec la périphérie du corps du clapet, par exemple sous la forme d'une gorge circulaire non représentée, pour être accessible quelle que soit la position d'orientation en rotation du tiroir 231 dans la mesure où celui-ci et sa tige 232 ont une symétrie de rotation. Le perçage 234 débouche à l'arrière dans la chambre 224 logeant le ressort 223 du clapet 230. Le perçage 213 est destiné à déboucher devant le clapet 230 et le perçage 214 est destiné à communiquer avec le perçage longitudinal 234. La position des perçages 213, 214 dans le cylindre 222 et celle du débouché du perçage 234 dans la périphérie du tiroir 231 dé-pendent des paramètres géométriques de l'actuateur et des courses à effectuer et à transmettre pour une opération de freinage. La partie arrière 221 du piston 220 est traversée par un perçage 225 qui relie la chambre 224 et l'extérieur du piston. Au niveau du piston, le cylindre 210 est muni d'une sortie 215 s'étendant sur une certaine longueur du cylindre 210, par exemple sous la forme d'une rainure longitudinale intérieure, de façon que le perçage 225 puisse commu- piquer avec cette sortie 215 sur une certaine distance de déplacement du piston 220. Cette sortie 215 est reliée à la conduite 201 allant vers le réservoir de liquide de frein 170. Dans l'actuateur 200 décrit ci-dessus en fonctionnement normal, la chambre principale 211 est fermée de manière étanche et elle ne communique qu'avec le simulateur 160 par la conduite 202. La cham- bre arrière 224 derrière le clapet 230 est séparée de manière étanche de la chambre 211 par le tiroir 231 qui ferme les perçages 213 et 214 ; la chambre arrière 224 ne communique qu'avec le réservoir 170 à travers le 6 perçage 225 du piston 220. La chambre 233 devant le clapet est fermée, c'est-à-dire que son volume reste invariable. Le fonctionnement du système de frein sera décrit ci-après dans le cas normal et dans le cas d'un incident avec perte de vide. 5 Fonctionnement normal (figures 2A, 2B) En fonctionnement normal du système de freinage avec le servofrein fonctionnant normalement sans défaut de vide, le piston 220 et le clapet 230 se déplacent en bloc lorsque le piston est commandé par une action sur la pédale de frein 1 ; le piston 220 avec le clapet 230 passent 10 dans une position comme celle représentée à la figure 2B. Cette position est plus ou moins avancée par rapport à la position de repos représentée à la figure 2A, suivant l'intensité de l'action de freinage que souhaite le conducteur. Dans cette position d'actionnement, en fonctionnement normal, l'extrémité 222a du tube 222 ne touche pas l'extrémité du piston 151 du 15 maître-cylindre 150. Il en est de même de l'extrémité en saillie 232a de la tige 232 du clapet 230. Le mouvement d'avancée du piston 220 de l'actuateur 200 dans la chambre 211 du cylindre 210 refoule du liquide hydraulique vers le simulateur 160 qui, d'une part, oppose une résistance simulant la ré- 20 sistance du frein et, d'autre part, commande les deux chambres 102, 103 du servofrein 100 pour déplacer le piston 151 du maître-cylindre tandem 150 en fonction de l'intensité de freinage souhaitée. Les pistons 151, 154 du maître-cylindre refoulent ainsi du liquide hydraulique sous pression vers les freins ou l'unité hydraulique pour actionner les freins de 25 roues. Fonctionnement en défaillance : défaut de vide (figures 3A, 3B, 3C) En cas de défaut de vide dans le servofrein 100, celui-ci est neutralisé et ne peut plus assurer l'assistance au freinage. L'action de freinage est commandée seulement par l'actuateur 200 qui appuie direc- 30 terrent sur le piston 151 du maître-cylindre 150 pour créer la pression requise dans les circuits de freinage C 1, C2 par l'intermédiaire du maître-cylindre tandem 150. Toutefois, la pression requise est, en général, difficile à atteindre en l'absence d'assistance par le servofrein, d'autant plus que l'effort sur la pédale de frein 1 doit en même temps dans le dispositif 35 de l'art antérieur vaincre la résistance opposée par le simulateur 160. L'invention permet de neutraliser le simulateur 160 en cas de défaut de vide et cela de manière automatique sans intervention parti-culière de la part du conducteur, grâce à l'actuateur 200 dont le cla- 7 pet 230 intégré dans le tube 222 du piston 220 neutralise le simulateur 160 pour que l'action exercée sur le piston 220 de l'actuateur soit directement transmise au piston 151 du maître-cylindre. La figure 3A montre la position des composants de l'actuateur 200 en l'absence d'action sur le frein. Pour mémoire, cette figure correspond à la position des différents éléments selon les figures 2A, 2B : l'extrémité avant 232a de la tige 232 ne touche pas le piston 151. Selon la figure 3B, lorsque le piston 220 de l'actuateur 200 est commandé par une action sur la pédale de frein (flèche A), il avance dans son cylindre 210 en comprimant le ressort 212 jusqu'à venir, dans une première étape, en contact d'abord par l'extrémité 232a de la tige 232 et puis pas son extrémité 222a, avec l'extrémité piston 151 du maître-cylindre 150 qui, du fait du défaut de vide, n'aura pas été déplacé à ce moment par le servofrein. De façon plus détaillée : Lorsque l'extrémité 232a de la tige 232 du clapet 230 touche le piston 151 du maître-cylindre 150, qui reste fixe, la tige 232 s'immobilise alors que le tube 222 du piston 220 qui l'entoure, avance jusqu'à toucher lui aussi le piston 151 du maître-cylindre, toujours immobile, car opposant une force antagoniste nettement supérieure à celle exercée par les ressorts 121, 223. Ce mouvement de déplacement relatif entre le tube 222 et le clapet 230 libère l'orifice 213 et permet à la chambre 211 de communiquer avec la chambre 233 du clapet 230. Le liquide de frein mis en pression repousse le tiroir 231 du clapet 230 contre la force de son ressort 223 et, pour une certaine position du tiroir, son per- çage 234 communique avec le perçage 214: la chambre 211 est alors mise en communication à travers la chambre 224, le perçage 225 et par la con-duite 201, avec le réservoir 170 et aussi avec le simulateur 160 par la conduite 202. Le piston 220 peut pousser sur le piston 151 du maître-cylindre sans avoir à vaincre une quelconque force qui serait simulée par le simulateur 160 puisque le liquide de frein qui se trouve dans la chambre principale 211 de l'actuateur, en communication par la conduite 202 avec le simulateur 160 pourra s'échapper dans le réservoir de liquide de frein 170 à la pression atmosphérique. La force alors exercée sur la pédale de frein 1 est intégralement transmise au piston 151 du maître-cylindre sans que cette force ne soit diminuée par une quelconque force produite par le simulateur. NOMENCLATURE 1 Pédale de frein 2 Tige de commande 100 Servofrein 101 Piston 102, 103 Chambre 150 Maître-cylindre tandem 151 Piston 152, 153 Chambres 154 Piston 157 Source de vide 155, 156 Ressorts 160 Simulateur de frein 170 Réservoir 200 Actuateur 201, 202 Conduites 210 Cylindre 211 Chambre principale 212 Ressort 213, 214 Perçages dans le tube 222 215 Sortie du cylindre 210 220 Piston étagé 221 Partie arrière du piston 220 222 Partie avant du piston 220 (tube) 222a Extrémité de la partie 222 223 Ressort 224 Chambre du ressort 223 225 Perçage 230 Clapet 231 Tiroir du clapet 230 232 Tige 232a Extrémité de la tige 232 233 Chambre d'actionnement du clapet 234 Perçage longitudinal Circuits de frein Cl, C2 REVENDICATIONS1 °) Système de frein hydraulique à servofrein et simulateur de freinage pour un véhicule automobile, comprenant un actuateur interposé entre le maître-cylindre et la pédale de frein pour détecter toute action sur la pédale de frein et la transmettre au simulateur qui commande le servofrein et génère une réaction simulée appliquée à la pédale de frein à l'actuateur, l'actuateur étant relié au simulateur par une conduite de liquide de frein pour transmettre dans un sens, l'action sur la pédale de frein et en retour, la réaction simulée par le simulateur, pour la pédale de frein, l'actuateur étant en forme de cylindre logeant un piston relié à la pédale de frein et délimitant la chambre recevant le liquide de frein, cette chambre étant reliée au simulateur, caractérisé en ce que le piston (220) de l'actuateur (200) intègre un clapet (230) s'ouvrant par le contact mécanique entre le piston (220) commandé par la pédale de frein (1) et le piston (151) du maître-cylindre (150) pour relier le réservoir (170) à la chambre (211) de l'actuateur (200) et neutraliser la réaction du simulateur (160) . 2°) Système de frein hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston (220) se compose d'une partie arrière (221) de grand diamètre, coulissant dans le cylindre (210) et portant une partie avant (222) en forme de tube dont l'extrémité (222a) débouche du cylindre (210) logeant le piston (220), la partie arrière (221) et le tube (222) formant un piston étagé délimitant la chambre principale (211) de l'actuateur (200), le clapet (230) est formé d'un tiroir (231) logé dans le tube (222) et d'une tige (232) de diamètre réduit, débouchant du tube (222) en position normale, et formant un piston différentiel délimitant une chambre d'actionnement (233), le clapet est poussé dans la position dans laquelle l'extrémité (232a) de la tige (232) est en saillie par rapport à l'extrémité (222a) du tube (222) par un ressort (223) prenant appui sur le piston (220), le tube (222) comporte un orifice d'amorçage (213) et un orifice de cou-pure (214) permettant d'une part, d'établir la communication entre la 2949732 lo chambre principale (211) et la chambre d'actionnement (233) du clapet et d'autre part, mettre l'orifice de coupure (214) de la chambre principale (211) en communication avec le réservoir (170). 5 3°) Système de frein hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'orifice de coupure (214) est relié au réservoir (170) par un perçage (234) dans le tiroir (231), débouchant à la périphérie du tiroir et dans la chambre arrière (224) du tube (222) ainsi que par un perçage (225) réalisé dans 10 la partie arrière (221) du piston (220) et débouchant en périphérie dans un perçage (215) relié à la conduite (201) allant au réservoir (170), la communication entre le perçage (234) du tiroir et l'orifice de cou-pure (214) se faisant lorsque le clapet est en position rétractée, repoussée par la venue du piston (220) contre le piston (151) du maître-cylindre. 15