Brevet FR2957320A1 — publié le 20110916

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un procédé de réglage de la force de serrage d'un frein de stationnement ainsi qu'un frein de stationnement mettant en oeuvre ce procédé. Etat de la technique On connaît les freins de stationnement automatiques (encore appelés freins APB) pour générer de manière permanente une force de freinage appliquée à un véhicule pendant son arrêt. Le frein de stationnement se verrouille et se desserre à l'aide d'un élément d'actionnement équipant le véhicule ; l'actionnement par le conducteur se traduit par un signal d'actionnement pour l'appareil de régulation ou de commande qui agit sur le dispositif de frein par exemple un moteur électrique ou une pompe hydraulique pour générer la force de freinage appliquée aux roues du véhicule. Les dispositifs de frein à moteur électrique comportent à cet effet un moteur électrique équipant l'étrier du frein de roue. Ce moteur électrique agit par l'intermédiaire d'une transmission par exemple d'une transmission réductrice avec entraînement par broche, directement sur le piston de frein de l'installation de frein hydraulique. Les moteurs électriques sont dimensionnés pour qu'ils permettent seuls d'établir une force de serrage permettant de maintenir le véhicule dans des pentes de 20 % lorsque l'alimentation du moteur est coupée. Dans le cas de moteurs électriques dimensionnés de manière plus faible ou de transmission dimensionnée de manière plus faible, on actionne en plus le dispositif de frein hydraulique pour augmenter la force de serrage jusqu'à atteindre la valeur requise. But de l'invention La présente invention a pour but de fournir la force de serrage requise par un frein de stationnement d'une manière plus sûre et en même temps plus économique que dans les freins de l'état de la technique. Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention a pour objet un procédé de réglage de la force de serrage fourni par un frein de stationnement du type 35 défini ci-dessus caractérisé en ce que 2 pendant la phase d'actionnement du dispositif de frein à moteur électrique, à partir de la tension instantanée du moteur, de l'intensité instantanée du moteur et de la vitesse de rotation instantanée du moteur, on détermine la résistance du moteur et la constante du moteur et on les utilise pour déterminer la force de serrage que peut fournir le dispositif de frein à moteur électrique et au cas où cette force de serrage fournie par le moteur électrique ne peut atteindre la force de serrage de consigne requise, on génère une force de freinage complémentaire par le dispositif de frein complémentaire. Ainsi le procédé selon l'invention se rapporte au réglage de la force de serrage exercée par le frein de stationnement du véhicule. Le frein de stationnement est un dispositif de frein à moteur électrique avec un dispositif de frein complémentaire et les deux dispositifs de frein permettent de générer chacun une partie de la force totale de serrage ; l'amplitude de la partie est réglable de manière variable entre une valeur nulle et une valeur maximale. Il est notamment possible d'appliquer la force de serrage requise exclusivement par le dispositif de frein à moteur électrique dans la mesure où ce frein peut par son dimensionnement et les conditions actuelles aux limites et les conditions ambiantes fournir cette force de serrage. La fraction de la force de serrage fournie par le dispositif de frein complémentaire varie ainsi entre zéro et une valeur maximale. Selon le procédé de l'invention, au cours de la phase d'actionnement du dispositif de frein à moteur électrique, à partir de la tension actuelle, de l'intensité actuelle et de la vitesse de rotation actuelle du moteur on détermine la résistance et la constante du moteur pour en déduire la force de serrage que peut fournir le dispositif de frein à moteur électrique. On a ainsi directement l'amplitude de la force de serrage que fournit le moteur électrique et qui peut être générée dans la situation actuelle et cela en fonction de différents paramètres ou de grandeurs caractéristiques ou de grandeurs d'état par exemple la température du système de frein ou du dispositif de frein à moteur électrique. D'autres grandeurs d'influence concernant l'amplitude de la force de serrage par moteur électrique, maximale, que l'on peut obtenir seront saisies comme par exemple le vieillissement du moteur 3 électrique. Du fait des grandeurs d'influence, la force de serrage maximum que peut fournir actuellement le dispositif de frein à moteur électrique varie et la valeur maximale de la force de serrage fournie par le moteur électrique se détermine à partir des grandeurs ci-dessus, qui se mesurent ou se déterminent. Si l'on constate que la seule force de serrage fournie par le moteur électrique n'est pas suffisante pour établir la force de serrage de consigne requise, on actionne le dispositif de frein complémentaire et on génère une force de frein complémentaire combinée à la force de serrage fournie par le moteur électrique. En général la force de serrage fournie par le moteur électrique et la force de frein complémentaire s'ajoutent mais à la place d'une combinaison linéaire on peut également envisager une combinaison non linéaire. Comme la force de serrage maximale du moteur électrique se détermine avec une précision relativement élevée, on peut régler la force de frein complémentaire avec une précision élevée, correspondante pour obtenir la force de serrage de consigne, de manière à ne pas générer de force de serrage excédentaire ou aucune force de serrage excédentaire faible et qu'ainsi ne consommer que l'énergie minimale requise pour obtenir la force de serrage. Cela se traduit par un mode de fonctionnement économique. On peut également envisager un mode de fonctionnement avec un rapport réglable entre la force de serrage fournie par le moteur électrique et la force de frein complémentaire, qui ne s'oriente pas sur la valeur maximale de la force de serrage par le moteur électrique que l'on peut atteindre actuellement mais applique d'autres critères pour soulager par exemple le moteur électrique. C'est ainsi que l'on peut régler une force de serrage par le moteur électrique, inférieure à la valeur maximale réglable et générer une part de niveau plus élevée par le dispositif de frein complémentaire. Le dispositif de frein complémentaire électrique est notamment un dispositif de frein hydraulique qui est le frein hydraulique du véhicule commandé par des signaux d'actionnement d'un appareil de régulation ou de commande ou encore un dispositif de frein hydraulique prévu en supplément. En principe on peut également envisager d'autres dispositifs de frein complémentaires par exemple des 4 dispositifs de frein complémentaire à commande pneumatique ou électrique tels que des moteurs électriques ou autres actionneurs électriques. Selon un développement avantageux, la force de serrage que peut fournir le moteur électrique se calcule en fonction du couple moteur fourni par le moteur électrique qui se détermine à partir des valeurs actuelles de la tension, de l'intensité de la vitesse de rotation du moteur et en fonction de la résistance et de la constante du moteur. La constante du moteur et la résistance du moteur se déterminent à partir des relations connues entre les valeurs actuelles de la tension et de l'intensité de la vitesse de rotation du moteur que l'on obtient de préférence directement pendant la montée en vitesse du moteur après son démarrage. La phase au cours de laquelle on détermine la résistance du moteur et sa constante est par exemple d'une durée 5 à 7 Tau, un Tau étant la constante de temps mécanique c'est-à-dire le temps nécessaire au moteur pour atteindre environ 63 % de sa vitesse finale. Après 5 Tau le moteur atteint pratiquement 99,3 % de sa vitesse. Le cas échéant il suffit d'une durée d'observation plus courte par exemple de 3 Tau dans la mesure où on peut accepter une plus grande imprécision d'évaluation. En déterminant le couple moteur sur lequel se fonde le calcul de la force de serrage fournie par le moteur électrique, on intègre avantageusement le couple de marche à vide du moteur que l'on détermine au cours de la phase de marche à vide du dispositif de frein à moteur électrique à partir de l'intensité du courant de marche à vide. Il est en outre avantageux pour déterminer la force de serrage fournie par le moteur électrique, de tenir compte non seulement du couple moteur mais également de la transmission du mouvement du moteur à l'étrier du frein de roue ainsi que du rendement de la transmission (transmission réductrice). Le procédé selon l'invention permet de réguler l'intensité du courant alimentant le dispositif de frein à moteur électrique sur une valeur au moins pratiquement constante, par exemple de façon à associer un courant guide à la force de serrage que peut fournir le moteur électrique et à le réguler sur ce courant guide, en formant la différence entre la force de serrage de consigne et la force de frein complémentaire fournie par le dispositif de frein complémentaire. A la place de l'intensité-guide on peut également utiliser une grandeur qui en est déduite comme grandeur guide pour la régulation par exemple de 5 la vitesse de rotation guide du moteur électrique qui est inversement proportionnelle à l'intensité-guide. Le procédé est exécuté de préférence dans un appareil de régulation ou de commande qui traite les grandeurs de mesure notamment les grandeurs de mesure du moteur électrique et en déduit des signaux d'actionnement pour régler les différents composants du frein de stationnement. L'appareil de régulation ou de commande fait partie du frein de stationnement du véhicule ou est relié à celui-ci. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière 15 plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation de procédés représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 montre les chronogrammes de différents paramètres de fonctionnement d'un frein de stationnement au cours de l'opération de serrage du frein, 20 - la figure 2 est une vue schématique du calcul de la course de consigne Scho que doit parcourir le piston de frein, - la figure 3 est une vue schématique de la régulation de l'intensité du courant alimentant le moteur. Description de modes de réalisation de l'invention 25 La figure 1 montre le chronogramme de différents paramètres de fonctionnement (grandeur de fonctionnement) d'un frein de stationnement au cours de l'opération de serrage du frein. L'opération de serrage peut se décomposer pratiquement en quatre phases : 30 Au début d'une première phase on détecte la demande de serrage et on met en marche le moteur électrique 1 équipant le frein de roue. Au branchement du moteur électrique 1 on remarque un pic d'intensité de mise en marche. L'intensité i du moteur électrique 1 descend ensuite jusqu'à ce que s'établisse un courant de marche à vide 35 à la fin de la première phase. La vitesse de rotation w du moteur 6 électrique 1 augmente dans la première phase c'est-à-dire que le moteur électrique 1 accélère. A la fin de la première phase, la vitesse de rotation w du moteur électrique 1 atteint la vitesse de rotation de marche à vide. La tension u du moteur électrique 1 augmente également. A la fin de la première phase on a une tension de marche à vide. La rotation d'une broche déplace un écrou dans le sens du piston du frein de roue. Comme l'écrou n'est pas encore en contact avec le fond du piston, la force de serrage F est égale à zéro. La pression p de la pompe hydraulique 7 est également nulle au cours de cette phase. La deuxième phase est la phase de marche à vide au cours de laquelle on a un courant de marche à vide, une tension de marche à vide et une vitesse de rotation de marche à vide. La force de serrage du frein de roue au cours de cette phase est nulle car l'écrou n'est pas encore en contact avec le fond du piston. La pression p de la pompe hydraulique 7 est également nulle. La force s'établit pendant la troisième phase. L'écrou est en contact avec le fond du piston et la rotation de la broche pousse ainsi le piston contre le disque de frein. Le courant i dans le moteur électrique 1 augmente. La tension i du moteur électrique 1 baissant légèrement au cours de cette phase à partir du niveau de la tension de marche à vide à cause de la charge appliquée au moteur électrique 1. La vitesse de rotation w du moteur électrique 1 diminue également en même temps qu'augmente la force de serrage. Juste avant d'atteindre une force de serrage de consigne Fm, prédéfinie, la pompe hydraulique 7 est mise en marche créant ainsi une pression hydraulique p. La force de serrage de consigne Fm peut par exemple avoir une valeur proche de la force de serrage maximale applicable par le moteur électrique 1. La quatrième phase commence lorsqu'on atteint la force de serrage de consigne Fm. Dans cette phase, les deux systèmes de frein sont activés et le moteur électrique 1 est soutenu par la pompe hydraulique 7. La force de serrage totale se compose ainsi de la fraction de la force fournie par le moteur électrique 1 et de la fraction fournie par la pompe hydraulique 7. L'intensité io du courant dans le moteur électrique 1 est régulée sur une valeur pratiquement constante au cours de la quatrième phase. La pression hydraulique p augmente jusqu'à ce 7 qu'on soit à une force de serrage totale prédéfinie. Puis on coupe le moteur électrique 1 et le moteur de la pompe du dispositif de frein hydraulique. La pression hydraulique p chute de même que l'intensité i, la tension u et la vitesse de rotation w du moteur 1 jusqu'à la valeur nulle. La force de serrage totale Fges reste maintenue. La figure 2 montre schématiquement le calcul de la course de consigne Scho que doit parcourir le piston de frein. La course de consigne est la course que le piston doit encore parcourir après avoir atteint la force de freinage de consigne Fm, pour arriver à la force de serrage totale, définie. Dans l'exemple présenté, partant de l'intensité de courant i, mesuré, d'une vitesse de rotation w (bloc 2) évalué à partir de l'intensité i et des autres paramètres du moteur (bloc 3) comme par exemple la constante actuelle du moteur km et la résistance RM du moteur, on évalue le couple moteur effectif. Connaissant la démultiplication de la transmission ainsi que le rendement de la chaîne de transmission mécanique on peut alors évaluer dans l'étape 13, la force de serrage instantanée Fest. Pour cela il est prévu un algorithme 4 itératif approprié. Cet algorithme 4 calcule dans l'étape 14, la pente m de la force de serrage en fonction de la course S. Dès que la force de serrage évaluée atteint la valeur de la force de serrage de consigne Fm, on enregistre la valeur actuelle de l'intensité dans l'étape 15 et on émet cette valeur dans l'étape 16 comme valeur de consigne io de la régulation du courant. Lorsqu'on atteint la force de serrage de consigne Fm, dans l'étape 16 on enregistre en outre la pente actuelle m=mo et la force de serrage actuelle Fest = Fo = Fm. A partir de la pente m et de la force de serrage totale souhaitée Fges on calcule alors dans les étapes 17 et 18, la course de consigne Scho que le piston doit encore parcourir pour arriver à la force de serrage totale souhaitée. La course de consigne Scho résulte dans l'étape 18 du calcul suivant : Scho = (Fges ù Fm) / m = Fh/m, dans laquelle Fges est la force de serrage totale souhaitée, Fm est la force de serrage de consigne du dispositif de frein électromécanique, Fh est la force de serrage complémentaire d'origine hydraulique comme différence entre la force de serrage totale Fges et la force de serrage de consigne 8 électromécanique Fm ; m est la pente de la courbe de la force en fonction de la course s parcourue par le piston. La figure 3 est une représentation schématique d'une régulation de l'intensité du courant du moteur utilisant le moteur de la pompe du dispositif de frein hydraulique comme organe d'actionnement. En faisant varier la pression hydraulique on peut soutenir plus ou moins le moteur électrique 1 du frein de stationnement. Le couple d'entraînement fourni par le moteur électrique 1 et ainsi le courant consommé peuvent être ainsi maintenus à une valeur pratiquement constante. La régulation comprend un noeud 11 pour former la différence de régulation (io - i) ou en variante la différence (wo - w). Cette différence est appliquée à un régulateur 6 (commande du moteur de pompe) qui fournit une certaine grandeur d'actionnement obtenue selon un algorithme de régulation. Dans le présent exemple, le moteur 7 de la pompe hydraulique constitue l'organe d'actionnement de la régulation. Le chemin de régulation comprend en outre l'étrier de frein 8 et le moteur électrique 1. Suivant l'intensité de l'assistance hydraulique on aura ainsi un certain courant (intensité) dans le moteur électrique 1. A partir du courant i le bloc 9 évalue la vitesse de rotation w du moteur électrique 1. On peut alors calculer la course parcourue par le piston Sch à partir de la valeur évaluée de la vitesse de rotation (bloc 10). On atteint la force de serrage totale souhaitée lorsque la course Sch parcourue par le piston est égale à la course de consigne Scho. Pour le vérifier on calcule en permanence la différence As entre la course réelle et la course de consigne au niveau du noeud 12. Dès que la différence est égale à zéro on coupe automatiquement le moteur électrique 1 et le moteur de pompe 7. Le frein de stationnement à moteur électrique est de préférence soutenu de manière hydraulique seulement dans les cas où il faut un fonctionnement correct par exemple si la pente de la chaussée est supérieure à une valeur déterminée par exemple 15 % ou si l'on détecte que la force de serrage fournie par le seul moteur électrique n'est pas seul suffisant pour des raisons de tension ou de température. Aussi longtemps que le conducteur reste dans le véhicule et que la 9 pente est par exemple inférieure à 15 %, le système hydraulique n'est de préférence pas utilisé. Le frein de stationnement à moteur électrique pourrait également être conçu pour fournir une force de serrage suffisante et maintenir à l'arrêt le véhicule par exemple pour des pentes allant jusqu'à 20 %. L'assistance hydraulique ne serait dans ce cas mise en oeuvre que pour une pente par exemple supérieure à 20 % ou pour assurer une réserve de force de serrage, par exemple dans le cas d'un système de frein chaud. La stratégie de commande pour actionner le frein de stationnement sera décrite ci-après, le frein de stationnement se composant du dispositif de frein à moteur électrique et du dispositif de frein auxiliaire de préférence hydraulique. Les opérations se subdivisent dans les quatre phases décrites ci-dessus à savoir le démarrage du moteur, la phase de fonctionnement à vide, la phase de montée en force et la combinaison de la force électromotrice et la force auxiliaire de frein. Au cours de la première phase (démarrage du moteur et montée en vitesse du moteur) on calcule la constante actuelle KM du moteur et la résistance actuelle RM du moteur par exemple par un procédé d'évaluation par itération. A partir de la résistance calculée RM du moteur on détermine au moins le courant nécessaire pour atteindre la force de serrage de stationnement pour la tension actuelle. Au cours de la phase de fonctionnement à vide (deuxième phase) il s'établit un courant de fonctionnement à vide (Iidle qui est une mesure du couple de fonctionnement à vide Midie du moteur). Dans la phase d'établissement de la force (troisième phase) à l'aide des paramètres obtenus dans les phases précédentes à savoir la constante de moteur KM et la résistance de moteur RM ainsi que du couple de marche à vide Midie du moteur et des valeurs actuelles d'intensité I, la tension U et la vitesse de rotation w on évalue le couple moteur effectif (MMot) par une équation différentielle de moteur mécanique et électrique : MMot = $ (U, I, w, KM, RM, Midle) 10 En outre on détermine la rigidité du ressort de pincement du frein dans la troisième phase en exploitant l'augmentation de la force de serrage en fonction de la course. En cas de tension insuffisante ou si le moteur électrique est très chaud il peut arriver que la force de serrage requise ne puise être fournie exclusivement de manière électromécanique. Dans ce cas au cours de la troisième phase on ajoute une force de serrage électromécanique que l'on obtient par un courant guide modifié I1ead ou une grandeur qui en est déduite par exemple une vitesse de rotation guide Wlead du moteur électrique. L'intensité guide I1ead est fixée indépendamment de l'inclinaison de la chaussée à une valeur inférieure à celle de l'intensité guide qui serait en théorie nécessaire pour obtenir la force de serrage requise par l'intermédiaire du dispositif de frein à moteur électrique en tenant compte en outre d'un facteur qui contient les imprécisions des mesures et un coefficient de sécurité. Dans la mesure où l'intensité guide I1ead ou l'intensité guide modifiée se traduisent par une force de serrage par le moteur électrique qui est trop faible pour arriver à la force de serrage de consigne Fges requise, dans la quatrième phase, on combine la force de frein supplémentaire Fh fournie par le dispositif de frein supplémentaire. La force de serrage actuelle F qui tient compte à la fois de la composante fournie par le moteur électrique et de la composante hydraulique se calcule ainsi à partir de la force de serrage Fest par moteur électrique, instantané en tenant compte du rendement mécanique et de la combinaison par addition de la force de serrage hydraulique Fh en tenant compte du rendement hydraulique. La force de serrage Fest par moteur électrique dépend du couple du moteur électrique MMot, du rapport de transmission i et du rendement mécanique n suivant la formule : Fest = S(MMot, i, 1]) La force de serrage Fh fournie de manière hydraulique se calcule à partir de la course de ressort supplémentaire parcouru pendant la combinaison et la dureté du ressort du frein qui se détermine de préférence dans la troisième phase. 11 En résumé l'assistance par la pression hydraulique n'est pas faite de manière fixe mais de manière dynamique selon les conditions de fonctionnement du dispositif de frein à moteur électrique et du réseau électrique embarqué. Le cas échéant le démarrage de la quatrième phase se fait à l'instant auquel on passe en dessous d'une vitesse de rotation limite, définie du dispositif de frein à moteur électrique. Pour cela on détecte indépendamment de l'intensité demandée, que le moteur est trop fortement freiné et ne peut fournir le couple nécessaire. En variante le démarrage de la quatrième phase se fait à l'instant auquel la force de serrage fournie par le moteur électrique dépasse le produit de la constante du moteur et de l'intensité guide, modifiée. En outre on tient également compte d'une compensation des deux critères notamment en ce que le démarrage de la phase 4 se fait à l'instant auquel l'un des critères est rempli.20 REVENDICATIONS1 °) Procédé de réglage de la force de serrage (F) fournie par un frein de stationnement, force de serrage appliquée par un dispositif de frein à moteur électrique et le cas échéant par un dispositif de frein complémentaire, procédé caractérisé en ce que pendant la phase d'actionnement du dispositif de frein à moteur électrique, à partir de la tension instantanée (U) du moteur, de l'intensité instantanée (I) du moteur et de la vitesse de rotation instantanée (w) du moteur on détermine la résistance (RM) du moteur et la constante (KM) du moteur et on les utilise pour déterminer la force de serrage (Fest) que peut fournir le dispositif de frein à moteur électrique et au cas où cette force de serrage (Fest) fournie par le moteur électrique ne peut atteindre la force de serrage de consigne (Fges) requise, on génère une force de freinage complémentaire (Fh) par le dispositif de frein complémentaire. 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on calcule la force de serrage (Fest) fournie par le moteur électrique en fonction du couple moteur (MMot) fourni par le moteur électrique suivant la formule : Fest = f (MMot, i, il) 3°) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu' on détermine le couple moteur (MMot) fourni par le moteur électrique à partir des valeurs actuelles de la tension (U), de l'intensité (I) et de la vitesse de rotation (w) du moteur ainsi qu'en fonction de la résistance (RM) du moteur et de la constante (KM) du moteur suivant la formule : MMot = f (U, I, w, KM, RM,Midle)35 13 4°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pendant la phase de marche à vide du dispositif de frein à moteur électrique on détermine le couple de marche à vide (Midie) à partir de l'intensité de marche à vide (Iidle) et on tient compte de ce couple dans le calcul du couple (MMot) du moteur électrique. 5°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on détermine la résistance (RM) du moteur et la constante (KM) du moteur pendant la montée en vitesse après le démarrage du moteur. 6°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on régule l'intensité du courant du dispositif de frein à moteur électrique sur une valeur au moins sensiblement constante. 7°) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu' on associe à la force de serrage (Fest) que peut fournir le moteur électrique, une intensité guide (Ilead) ou une grandeur qui en est déduite, par exemple une vitesse de rotation guide (Wlead) du moteur électrique pour la régulation et on forme la différence entre la force de serrage de consigne (Fges) et la force de frein complémentaire (Fh) du dispositif de frein complémentaire. 8°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de frein complémentaire génère une force hydraulique de 30 frein complémentaire (FM). 9°) Appareil de régulation de commande pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 8. 14 10°) frein de stationnement de véhicule équipe d'un appareil de régulation et de commande selon la revendication 9.5