Brevet FR2961322A1 — publié le 20111216

SYSTEME DE SIMULATION DE FREINAGE, COMPRENANT UNE PEDALE DE FREIN La présente invention concerne un système de simulation de freinage restituant un effort de freinage sur une pédale de frein, ainsi qu'un simulateur de conduite d'un véhicule automobile, comprenant un tel système de simulation de freinage. Les véhicules automobiles comportent généralement une commande de freinage comprenant une pédale de frein agissant sur un maître-cylindre, pour transmettre par un circuit hydraulique une pression du fluide vers des récepteurs freinant les différentes roues du véhicule. La pédale de frein comporte généralement un bras relié à la caisse du véhicule par une articulation supérieure, qui reçoit sur un patin situé en partie inférieure, l'effort appliqué par le conducteur. Une tige de commande agissant sur un piston coulissant dans le maître cylindre, est reliée au bras par un pivot situé entre l'articulation supérieure et le patin de pédale. Le conducteur transmet ainsi au maître-cylindre un effort égal à celui appliqué sur le patin, multiplié par le bras de levier formé par la pédale de frein. En retour le conducteur perçoit avec son pied une sensation correspondant à la courbe définie par l'effort de pression sur le patin de pédale, en fonction du déplacement de ce patin. La courbe d'effort est généralement plate en début de course dans une phase d'approche des moyens de friction effectuant le freinage, puis croît de plus en plus rapidement pendant la phase de freinage effectif, la force appliquée sur le patin de pédale pouvant atteindre 120 daN. La courbe d'effort permet au conducteur de doser précisément la force de freinage demandée, à partir du ressenti à la fois de la pression exercée sur le patin de pédale, et du déplacement de ce patin. Par ailleurs il existe des simulateurs de conduite d'un véhicule automobile reproduisant un poste de conduite complet de ce véhicule, pour permettre notamment de faire de la mise au point de véhicules, ou de l'apprentissage de conduite. Ces simulateurs de conduite disposent alors d'une pédale de frein qui doit reproduire le plus fidèlement possible la courbe d'effort pour délivrer les sensations ressenties par le conducteur dans un usage réel. Pour un système de restitution d'effort comprenant par exemple un ressort métallique directement actionné par la pédale de frein, sans passer par un circuit hydraulique exerçant un certain amortissement des mouvements, l'effort maximum sur la pédale de frein qui peut atteindre 120 daN, provoque alors un retour violent et désagréable de cette pédale. En variante un système connu de restitution d'effort sur la pédale de frein, d'un simulateur de freinage, présenté notamment dans le document JP-9244523, comporte une pédale de frein qui agit sur un maître-cylindre d'une commande hydraulique. La pression hydraulique générée vient alimenter trois cylindres récepteurs disposés en parallèle, chacun comportant un piston qui presse sur un ressort de compression, et une butée réglable limitant la course de ce piston. Les trois ressorts pressés en parallèle forment la raideur totale du circuit hydraulique restituée à la pédale de frein, qui peut être décrite sur un graphique présentant l'effort en fonction du déplacement, par une droite comportant une première pente. Quand un premier piston vient en appui sur sa butée réglable, il s'immobilise et la raideur totale du circuit hydraulique ne comportant plus que deux cylindres en parallèle, est plus élevée, sur le graphique on a une deuxième droite de pente plus forte. De même quand le deuxième piston vient en butée, seul le troisième cylindre est actif, la raideur totale est plus élevée, sur le graphique on a une troisième pente encore plus forte. Un problème qui se pose pour un tel système de restitution d'effort, est que la courbe obtenue ne peut pas comporter une zone sensiblement plate au départ suivie d'une progressivité variable, et représente donc mal une courbe d'effort réelle. De plus ce système comprenant un circuit hydraulique, est relativement complexe et onéreux. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure, en proposant un système de simulation de freinage simple et efficace. Elle propose à cet effet un système de simulation de freinage, comprenant une pédale de frein comportant un bras articulé sur un support, muni d'un patin de pédale recevant une pression de commande, et des moyens élastiques de rappel disposés entre le bras de la pédale et le support, restituant un effort en fonction du déplacement du patin de pédale pour simuler la courbe d'effort d'une pédale de frein réel d'un véhicule automobile, caractérisé en ce que les moyens élastiques de rappel comportent en parallèle un premier ressort comprenant un vérin à gaz, délivrant un effort sensiblement constant en fonction du déplacement du patin de pédale, et un deuxième ressort délivrant un effort suivant une courbe continument croissante, en fonction de ce déplacement. Un avantage du système de simulation de freinage selon l'invention, est que grâce aux deux moyens élastiques de rappel aux caractéristiques différentes, on peut en les combinant se rapprocher d'une courbe d'effort réelle comprenant en début de course une partie plate avec un effort faible sensiblement constant, puis avec un décalage de l'entrée en action du deuxième ressort, une croissance progressive de la montée de l'effort. Le système de simulation de freinage selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, le deuxième ressort entre en action après une première course du patin de pédale. Selon un mode de réalisation, le vérin à gaz comporte d'une part un corps axial tubulaire relié à une première rotule de liaison, et d'autre part un piston supporté par une tige reliée à une deuxième rotule de liaison, ce piston coulissant axialement avec étanchéité dans le corps tubulaire pour comprimer un gaz. Avantageusement, le vérin à gaz comporte un amortissement qui freine sa vitesse de déplacement. En complément, un ressort peut être disposé en série avec le vérin à gaz, et délivrer un effort progressif croissant entre une valeur sensiblement nulle pour la position de la pédale de frein au repos, et un effort sensiblement égal à l'effort du vérin à gaz pour une position complètement comprimée. Avantageusement, le deuxième ressort forme un vérin comportant une butée élastique comprenant un bloc en élastomère. Le deuxième ressort peut comporter un moyen de réglage permettant de régler une première partie de course libre pour la pédale de frein, où la butée élastique n'est pas comprimée. Selon un mode de réalisation, le vérin à ressort comporte une tige de guidage coulissant axialement dans un corps tubulaire, la butée élastique comprenant un perçage traversé par la tige de guidage, étant serrée entre deux rondelles d'appui prenant appui l'une sur le corps tubulaire et l'autre sur la tige de guidage, l'une de ces rondelles étant réglable axialement. L'invention a aussi pour objet un simulateur de conduite d'un véhicule automobile, comprenant un système de simulation de freinage comportant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue d'ensemble du système de simulation de freinage suivant l'invention ; et - la figure 2 est un graphique montrant en fonction de la course du pain de pédale, un effort réel restitué sur un véhicule automobile, et l'effort restitué par le système de simulation de freinage. La figure 1 représente un système de simulation de freinage 1 comportant une pédale de frein 2 comprenant un bras 4 disposé sensiblement verticalement. La partie supérieure du bras 4 de la pédale de frein 2, comporte une articulation 6 reliée à un support fixe 8 d'un simulateur de conduite d'un véhicule automobile. Le bras 4 peut débattre autour de son articulation 6, dans un plan de débattement qui est perpendiculaire à l'axe de pivotement de cette articulation. La partie inférieure du bras 4 comprend d'un côté appelé côté avant, indiqué « AV » sur la figure, un patin de pédale 10 recevant la pression que l'opérateur applique avec le pied pour simuler un freinage du véhicule. Un vérin à gaz 22 comporte à une extrémité une rotule avant de liaison 26 reliée au côté arrière du bras 4 de la pédale de frein 2, en un point situé un peu en dessous de l'articulation 6, et à l'autre extrémité une rotule arrière de liaison 30 reliée à une patte 20 fixée sur le support 8 du simulateur de conduite. D'une manière similaire, un vérin à ressort 38 comporte à une extrémité une rotule avant de liaison 48 reliée au bras 4 de la pédale de frein 2, en un point situé en arrière du patin de pédale 10, et à l'autre extrémité une rotule arrière de liaison 44 reliée à une patte 40 fixée sur le support 8 du poste de simulation, à proximité de l'autre patte 20. Les deux vérins à gaz 22 et à ressort 38 se trouvent dans le plan de débattement de la pédale de frein 2, et constituent des moyens élastiques de rappel de cette pédale vers la position de repos, qui est sa position extrême avant. Le vérin à gaz 22 comporte un corps axial tubulaire 24 relié à la rotule de liaison avant 26, et un piston lié à une tige 28 reliée à la rotule de liaison arrière 30, ce piston coulissant axialement avec étanchéité dans le corps tubulaire pour comprimer un gaz. Le gaz enfermé dans le corps tubulaire étanche 24, constitue un ressort opposant une force qui peut être sensiblement constante sur une certaine course d'enfoncement. En pratique on peut prévoir un ressort à gaz 22 délivrant une force 30 sensiblement constante de 16 daN, qui procure avec un bras de levier de quatre pour la pédale de frein 2, une force de rappel sur le patin de pédale 10 de 4 daN pour une course de 15mm. De plus le vérin à gaz 22 comportant des frottements internes et des passages réduits, apporte un amortissement qui freine son mouvement le long de sa course de débattement. Le vérin à ressort 38 comporte un corps axial tubulaire 42 relié à la rotule de liaison avant 48, et une tige de guidage 46 reliée à la rotule de liaison arrière 44, qui coulisse axialement dans ce corps. La tige de guidage 46 comporte un filetage externe qui reçoit une première rondelle d'appui réglable 54 comprenant un filetage interne correspondant, ainsi qu'un contre-écrou 56 pouvant se bloquer sur la face avant de la rondelle d'appui. Une deuxième rondelle d'appui fixe 52 se trouve en regard de la première rondelle d'appui réglable 54, elle est guidée par la tige de guidage 46 et prend appui sur l'extrémité avant du corps tubulaire 42. Une butée élastique 50 comprenant un bloc en élastomère, comporte une forme globalement cylindrique comprenant un perçage axial recevant la tige de guidage 46. Les deux extrémités axiales de la butée élastique 50 sont en appui sur les deux rondelles d'appui 52, 54, qui compriment cette butée lors des mouvements de la pédale de frein 2. Le filetage interne de la première rondelle d'appui réglable 54 permet de régler la position axiale de cette rondelle sur la tige de guidage 46, qui est ensuite bloquée par le contre-écrou 56, ce qui donne la possibilité de prévoir pour la pédale de frein 2 une première course libre où la butée élastique 50 n'est pas comprimée. Une fois les rondelles d'appui 52, 54 en contact avec la butée élastique 50, celle-ci donne une courbe de restitution d'effort qui croît de plus en plus vite en fonction de sa compression. La figure 2 est un graphique présentant en fonction de la course C de la pédale de frein 2 exprimée en mm, la restitution d'effort E sur le patin de 30 pédale 10 exprimée en daN. La courbe 60 est un enregistrement de l'effort E en fonction de la course C, pour une pédale de frein réel d'un véhicule automobile. On constate que pour la position de repos CO l'effort est quasiment nul, puis monte légèrement pour se stabiliser près d'une valeur faible El d'environ 4 daN, jusqu'à la position Cl proche de 15 mm qui représente le début du freinage effectif du véhicule. Ensuite quand le freinage du véhicule s'accentue, l'effort E est continument croissant pour attendre en fin de course à la position C2 proche de 60 mm, une valeur maximum E2 qui est environ 48 daN. La courbe 62 est un enregistrement de l'effort E en fonction de la course C, pour un système de simulation du freinage selon l'invention, qui tend à reproduire les caractéristiques 60 de la pédale de frein réel du véhicule automobile. On constate que de la position de repos CO jusqu'à la position de début de freinage Cl, l'effort est constant à la valeur E1. Pendant cette course de 15 mm, seul le vérin à gaz 22 est actif et procure une restitution d'effort sensiblement constante, la rondelle d'appui réglable 54 du vérin à ressort 38 étant réglée pour ne pas venir en contact avec la butée élastique 50. Ensuite quand le freinage du véhicule s'accentue, l'effort E est continument croissant. Au début la courbe d'effort 62 du simulateur de freinage suit précisément la courbe 60 du véhicule, puis elle passe légèrement au dessus avec un faible écart qui reste sensiblement constant. Pendant cette course, la butée élastique 50 est de plus en plus comprimée, sa restitution d'effort venant s'ajouter à celle du vérin à gaz 22. On obtient ainsi un système de simulation de freinage 1 qui restitue une courbe d'effort très proche de celle de la pédale de frein réel du véhicule. De plus en cas de relâchement brutal de la pédale de frein 2 de ce système de simulation de freinage 1, le vérin à gaz 22 comportant un amortissement de sa course, freine le retour de la pédale de frein comme pourrait le faire le circuit hydraulique de freinage du véhicule réel, ce qui évite une détente brutale et désagréable du vérin à ressort 38. En complément, on peut améliorer le système de simulation de freinage 1 en ajoutant un petit ressort en série avec le vérin à gaz 22, comprenant une raideur constante qui donnerait un effort progressif variant d'un effort sensiblement nul pour la position de la pédale de frein au repos CO, pour arriver en position complètement comprimée, avec un effort sensiblement égal à l'effort du vérin à gaz, soit 4 daN dans cet exemple, à la position C3 intermédiaire entre CO et Cl. L'effort se stabilise ensuite à cette valeur de 4 daN sous l'effet du vérin à gaz qui travaille seul. De cette manière, on obtient un début de courbe de restitution d'effort plus proche de la courbe réelle 60 du véhicule. REVENDICATIONS1 - Système de simulation de freinage (1), comprenant une pédale de frein (2) comportant un bras (4) articulé sur un support (8), muni d'un patin de pédale (10) recevant une pression de commande, et des moyens élastiques de rappel (22, 38) disposés entre le bras de la pédale et le support, restituant un effort (E) en fonction du déplacement du patin de pédale (10) pour simuler la courbe d'effort (60) d'une pédale de frein réel d'un véhicule automobile, caractérisé en ce que les moyens élastiques de rappel comportent en parallèle un premier ressort comprenant un vérin à gaz (22), délivrant un effort sensiblement constant (El) en fonction du déplacement du patin de pédale (10), et un deuxième ressort (38) délivrant un effort suivant une courbe continument croissante, en fonction de ce déplacement. 2 - Système de simulation de freinage selon la revendication 1, 15 caractérisé en ce que le deuxième ressort (38) entre en action après une première course (Cl) du patin de pédale (10). 3 - Système de simulation de freinage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le vérin à gaz (22) comporte d'une part un corps axial tubulaire (24) relié à une première rotule de liaison (26), et d'autre part un 20 piston supporté par une tige (28) reliée à une deuxième rotule de liaison (30), ce piston coulissant axialement avec étanchéité dans le corps tubulaire pour comprimer un gaz. 4 - Système de simulation de freinage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le vérin à gaz (22) 25 comporte un amortissement qui freine sa vitesse de déplacement. 5 - Système de simulation de freinage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un ressort disposé en série avec le vérin à gaz (22), délivre un effort progressif croissant entre une valeur sensiblement nulle pour la position de la pédale de frein (2) au repos 30 (CO), et un effort sensiblement égal à l'effort du vérin à gaz (22) pour une position complètement comprimée (C3). 6 - Système de simulation de freinage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième ressort (38) forme un vérin comportant une butée élastique (50) comprenant un bloc en élastomère. 7 - Système de simulation de freinage selon la revendication 6, caractérisé en ce que le deuxième ressort (38) comporte un moyen de réglage (54) permettant de régler une première partie de course libre (Cl) pour la pédale de frein (2), où la butée élastique (50) n'est pas comprimée. 8 - Système de simulation de freinage selon la revendication 7, caractérisé en ce que le vérin à ressort (38) comporte une tige de guidage (46) coulissant axialement dans un corps tubulaire (42), la butée élastique (50) comprenant un perçage traversé par la tige de guidage, étant serrée entre deux rondelles d'appui (52, 54) prenant appui l'une sur le corps tubulaire et l'autre sur la tige de guidage, l'une de ces rondelles (54) étant réglable axialement. 9 - Simulateur de conduite d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un système de simulation de freinage (1) réalisé selon l'une quelconque des revendications précédentes.