Brevet FR2960502A1 — publié le 20111202

Domaine de l'invention La présente invention concerne un système de freins à maître-cylindre et servofrein à vis à bille coaxiale comprenant une tige de poussée transmettant à un maître-cylindre la poussée générée par le ser- vomoteur et/ou celle exercée sur la pédale de frein, le servomoteur comportant une vis à billes dont le stator (vis) pousse la tige de poussée par le rotor (écrou) entraîné par un moteur commandé. Etat de la technique On connaît déjà un système de freins à vis à billes selon le document FR 03 11 580 dont le rotor du moteur électrique entraînant la vis à billes est monté directement sur le rotor de la vis à billes ou comporte un rotor constituant le rotor de la vis à billes. L'autre partie de la vis à billes (le stator) est une couronne logée dans le rotor, qui avance dans celui-ci en poussant le piston d'actionneur entraînant la tige de poussée. Mais ce montage a l'inconvénient d'être relativement encombrant et coûteux à cause du diamètre de la vis à billes entourant le piston d'actionneur et l'extrémité arrière du piston du maître-cylindre. Il existe également un servofrein à vis à billes coaxiale en série mais celui-ci ne permet pas de fonctionnement de secours par l'intermédiaire du disque de réaction. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un système de freins à maître-cylindre et servofrein à vis à billes, coaxiale, permettant d'intégrer avantageusement la commande de frein en cas de défaillance du servofrein et dont l'encombrement soit réduit. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, la présente invention concerne un système de freins à maître-cylindre et servofrein à vis à billes, coaxiale, du type défini ci-dessus caractérisé en ce que - le servofrein comporte un piston d'actionneur entouré par le stator de la vis à billes, le piston d'actionneur comprend * un manchon logé dans un alésage du stator, * une collerette à l'avant du manchon formant ** une surface de poussée du stator et ** un logement avec un épaulement circulaire constituant la sur-face d'appui pour le disque de réaction, ** un plongeur relié à la tige de commande et logé dans le manchon pour agir en cas de défaillance du servofrein sur le disque de ré- action, dont il est normalement séparé par l'intervalle de saut S. Ainsi, l'invention permet de commander le maître-cylindre soit par le servofrein qui agit sur le disque de réaction soit par la tige de commande et le piston plongeur en cas de défaillance du servofrein et qui agisse également sur le disque de réaction. Cette solution permet égale-ment de réduire le diamètre de la vis à billes, ce qui est avantageux à la fois pour l'encombrement de l'ensemble du système de freins et d'autre part, sur le plan de la fabrication et du coût de la vis à billes. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le piston plongeur comporte un poussoir dont l'extrémité s'appuie sur une pièce intermédiaire séparée du dos du disque de réaction par l'intervalle de saut S et une coupelle à épaulement recevant le disque de réaction et foi niant un logement auxiliaire pour la pièce intermédiaire mobile par rapport au dos du disque de réaction, le logement assurant le saut S souhaité entre le disque de réaction et la pièce intermédiaire, le logement étant ouvert pour le passage du poussoir appuyé contre la pièce intermédiaire. Suivant une autre caractéristique avantageuse, la surface d'appui du stator sur la collerette et la surface d'appui du disque de réaction sur l'épaulement de la collerette du piston d'actionneur se chevauchent radialement. Grâce à ce chevauchement des surfaces d'appui sur la col- lerette, le piston d'actionneur peut être réalisé de façon avantageuse tant du point de vus industriel qu'économique par une pièce en matière plastique, puisqu'elle n'aura à transmettre les efforts de compression que sur une épaisseur de matière très réduite. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le boîtier du 30 servofrein est formé d'une partie avant et d'une partie arrière, chacune ayant la forme d'un cylindre avec un fond, - les cylindres des deux parties étant emmanchés partiellement l'un dans l'autre, - la partie avant a un fond percé, bordé par un retour formant un palier 35 pour être emmanché sur une surface cylindrique réalisée à l'arrière du corps du maître-cylindre, - la partie arrière reçoit la vis à billes avec le piston d'actionneur, le plongeur, le poussoir, la pièce intermédiaire et le disque de réaction ainsi que la tige de poussée, la partie avant ayant une bride d'assemblage pour le maître-cylindre et s pour la partie arrière, - la partie arrière ayant une bride d'assemblage pour la partie avant ainsi que des moyens d'assemblage au tablier séparant l'enceinte moteur et l'habitacle du véhicule. Cette réalisation du boîtier du servofrein est particulière-ment intéressante pour l'assemblage et les éventuelles interventions car les composants principaux du servofrein sont répartis entre les deux parties du boîtier et peuvent être installés séparément, les deux ensembles ainsi réalisés étant ensuite assemblés mécaniquement par simple engagement et blocage par les moyens d'assemblage tels que des tirants ser- 15 vant par ailleurs à la fixation du système de freins au tablier du véhicule. Suivant une autre caractéristique, le rotor de la vis à billes est monté dans la partie arrière du boîtier par l'intermédiaire d'un roule-ment à rouleaux croisés, appuyé dans le sens de l'axe XX contre un épaulement formé par un manchon de la partie arrière et bloqué à l'avant par 20 un anneau élastique accroché dans une rainure. Cette réalisation du rotor de la vis à billes et de son montage dans un palier à roulement croisé offre une simplification complémentaire de l'installation puisqu'un seul roulement reçoit le rotor de la vis à bille. Cela permet également de dégager l'accès à la vis à billes pour son 25 entraînement par différents moyens de transmission. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le piston plongeur a une collerette arrière de diamètre supérieur à celui de l'ouverture du manchon de la partie arrière du boîtier pour constituer une butée, la collerette ayant un diamètre au plus égal à celui de l'alésage du 30 stator pour pouvoir y coulisser. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le plongeur a une collerette avant pour être retenu par un épaulement intérieur du manchon. Cette forme de réalisation du plongeur est avantageuse car 35 elle permet de combiner simplement plusieurs fonctions du piston plongeur. Suivant une autre caractéristique avantageuse et en complément de celle développée ci-dessus, la partie arrière est emmanchée sur la partie avant en venant en butée contre la bride de la partie avant et l'assemblage est réalisé par des tirants, la collerette du piston d'actionneur a un diamètre inférieur à celui de la partie avant et un ressort hélicoïdal de rappel est comprimé entre le retour de la partie avant et le bord de la collerette. Suivant une autre caractéristique avantageuse, la forme cylindrique de la partie arrière présente une surface intérieure conique, près de son ouverture, pour s'engager sur la surface cylindrique de la partie 1 o avant. Cette forme de la surface intérieure de la partie arrière du boîtier du servofrein facilite l'assemblage des deux sous-ensembles constituant le servofrein. Dessins 15 La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation d'un système de freins, représenté dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une coupe axiale du système de freins à maître-cylindre tandem et servofrein à vis à billes, 20 - la figure 2 est une vue en coupe correspondant à la figure 1 sans le pis-ton d'actionneur, - la figure 2B est une vue en coupe du piston d'actionneur, - la figure 3 est une vue en coupe du piston d'actionneur du servofrein. Description d'un mode de réalisation de l'invention 25 Selon les figures 1, 2A, 2B, l'invention concerne système de freins à maître-cylindre 100 et servofrein à vis à billes 200. Dans le pré-sent exemple, le maître-cylindre est un maître-cylindre tandem 100 équipé du servofrein électrique 200 selon un montage coaxial d'axe XX. L'ensemble (100, 200) ainsi formé est fixé au tablier 300 du véhicule sépa- 30 rant l'enceinte moteur et l'habitacle. L'orientation utilisée dans la présente description est l'orientation habituelle d'un maître-cylindre tandem 100 et de son servofrein 200, le maître-cylindre étant situé à gauche (à l'avant AVJ et le servofrein à droite (à l'arrière AR), du côté de la tige de commande 230 et de la 35 pédale de frein. Le maître-cylindre tandem 100 a une structure connue représentée de façon détaillée mais dont la description est simplifiée. Son boîtier 101 comporte un piston primaire 110 et un piston secondaire 120 définissant une chambre primaire 111 et une chambre secondaire 121 reliées chacune respectivement à un circuit de frein. Le piston primaire 110 comporte un prolongement 113 ouvert à l'arrière, et un loge-ment axial 114 pour recevoir la tête 131 de la tige de poussée 130 actionnée par le servofrein 200 ou par la tige de commande 230 en cas de panne du servofrein. En position de repos du maître-cylindre tandem 100, le prolongement 113 du piston primaire 110 vient en saillie dans la chambre du servofrein. Le servofrein 200 se compose d'un piston d'actionneur 220 relié à une vis à billes 260 agissant sur le piston d'actionneur 220 qui lui-même pousse la tige de poussée 130 et reçoit le piston plongeur 270 actionné par la tige de commande 230 reliée à la pédale de frein. De façon plus détaillée : Selon la figure 2A, le servofrein se compose de la vis à billes 260 dont le rotor 261 (écrou) entrainé en rotation autour de l'axe XX directement ou indirectement par un moteur électrique non représenté, est libre en rotation mais solidaire en translation dans le corps 201 du servofrein par l'intermédiaire d'un palier à roulement 262. Le palier à rou- lement 262 est retenu dans le boîtier 201 par un anneau élastique 264 accroché dans une rainure 203 de la paroi du boîtier. Le rotor 261 est en-traîné en rotation par le moteur électrique, par l'intermédiaire d'une transmission à pignons ou à courroie. Le stator 263 (ou vis proprement dite) est un cylindre creux dont l'alésage 263a reçoit le piston d'actionneur 220 et le pousse dans le sens de l'actionnement du maître-cylindre tandem 100 en le laissant libre d'avancer par rapport à lui ou de coulisser vers le maître-cylindre en cas de défaillance d'un système de commande ou de transmission. Les billes de la vis à billes 260 ne sont pas représentées et le principe de fonction- nement connu, d'une vis à billes ne sera pas décrit de façon détaillée. La rotation du rotor 261 dans un sens fait avancer le stator 263 et dans l'autre sens, la rotation le fait reculer. Le rotor 261 a le nombre de spires nécessaire à la transmission de la poussée d'assistance au stator 263 qui a la longueur nécessaire à la course d'actionnement du piston 110 du maître-cylindre 100. Le boîtier 201 du servofrein 200 se compose de deux parties, une partie avant 280 et une partie arrière 290 emmanchées l'une sur l'autre avec leurs composants et assemblées par des tirants 310 portant les moyens d'assemblage du maître-cylindre tandem au servofrein. La forme cylindrique de la partie arrière 290 ou une surface intérieure conique 294 pour s'engager sur la partie avant 280. La partie avant 280 comporte un retour 281 formant un appui pour venir sur l'arrière 102 du boîtier 101 du maître-cylindre 100. Le retour 281 forme également une gorge 282 recevant l'extrémité du ressort de rappel 250. La partie arrière 290 se termine par un manchon 292 de diamètre réduit pour entourer le stator 263 dans sa position neutre, c'est-à-dire lorsque le stator est reculé par translation dans sa position arrière extrême en venant d'ailleurs en butée éventuellement contre le fond du manchon 292 dont l'ouverture 293 a un diamètre inférieur à celui du stator 263. L'organisation du servofrein en deux parties facilite le mon- tage du maître-cylindre tandem à servofrein : - la partie avant 280, muni d'une bride 283, s'attache au maître-cylindre tandem 100 et reçoit le ressort de rappel 250 ; - la partie arrière 290, munie d'une bride 291, reçoit la vis à billes 260 et son moyen d'entraînement ainsi que le piston plongeur 270, le disque de réaction 240 et la tige de poussée 130. Ensuite on assemble les deux parties 280, 290 du boîtier par les tirants 310. Le palier à roulement 262 est avantageusement un roule- ment à rouleaux croisés, bloquant la translation du rotor (écrou) 261 par la structure des chemins des rouleaux en forme de V. La bague extérieure 262e est bloquée contre l'épaulement du boîtier 201 (290) par l'anneau élastique 264 et la bague intérieure 262i est montée sur l'écrou 261 de la vis à billes 260. Selon la figure 2B, le piston d'actionneur 220 se compose d'un manchon axial 221 terminé à l'avant par une collerette 222 avec un appui 225 contre lequel vient le ressort de rappel 250 par ailleurs appuyé contre le boîtier 201. Dans sa face avant, la collerette 222 comporte un loge-35 ment 223 communiquant avec l'intérieur du manchon 221 et formant un épaulement 224 recevant le disque de réaction 240. La tige de poussée 130 se termine à l'arrière par une partie évasée 132 en forme de champignon s'appuyant sur la face avant du dis- que de réaction 240. Le disque de réaction 240 est tenu dans une coupelle à épaulement 241, en tôle, épousant la forme du logement 223 du piston d'actionneur 220 et se prolongeant par un logement auxiliaire 226 dans l'ouverture du manchon 221 pour recevoir une pièce intermédiaire 242 rigide, en forme de disque, écartée du dos du disque de réaction 240 d'un intervalle de consigne correspondant au saut (S) d'un servofrein. La tige de commande 230 agit sur le disque de réaction 240 par l'intermédiaire d'un piston plongeur 270 combiné à un poussoir 271. La tête 272 du poussoir 271 s'appuie contre la pièce intermédiaire 242 en passant par l'ouverture arrière de la coupelle étagée 241. L'extrémité arrière du manchon 221 est dédoublée pour former un logement 227 recevant le ressort 274 repoussant le piston plongeur 270 contre la butée 228 formée à l'extrémité arrière du manchon 221. Ce ressort de rappel 274 s'appuie sur une collerette arrière 276 du piston plongeur 270 et lui permet de se déplacer initialement sous l'effet de la poussée exercée sur la tige de commande 230 pour déclencher le servofrein avant que la tête 272 du poussoir 271 prolongeant le piston plongeur 270 ne touche la face arrière du disque de réaction 240 par le déplacement de la pièce intermédiaire 242. A l'arrière, l'intérieur du manchon 221 forme un épaule-ment 228 pour retenir le piston plongeur 270 lui-même muni d'une collerette avant 275. L'extrémité arrière du piston plongeur 270 a un loge-25 ment 273 en forme de coupelle sphérique recevant la tête arrondie 231 de la tige de commande 230. La tige de commande 230 coopère avec un capteur de dé-placement 235 qui génère un signal détectant le mouvement de la tige de commande 230 avancée par la poussée de la pédale de frein. Ce signal est 30 transmis à un circuit de commande agissant sur le moteur du servofrein pour entraîner la vis à billes 260 et le piston d'actionneur 220. En fonctionnement normal, hors défaillance du servofrein, la détection du mouvement de la tige de commande 230 met en oeuvre le servofrein dont la vis 263 pousse sur la collerette 222 par l'intermédiaire 35 d'une rondelle rigide 265. La collerette 222 entraîne ainsi la tige de poussée 130 et le piston primaire 110. Pendant ce mouvement, le piston plongeur 270 n'agit pas sur le disque de réaction 240 par le poussoir 271 et la pièce intermédiaire 242 car l'écartement correspondant au saut (S) est maintenu entre la pièce intermédiaire 242 et le dos du disque de réaction 240 par l'action du servofrein. Ce n'est qu'en cas de défaillance du servofrein que la poussée de la tige de commande 230 est transmise directement au disque de réaction 240 par le piston plongeur 270, le poussoir 271 et la pièce intermédiaire, rigide 242. Ce dernier fonctionne comme un démultiplicateur d'effort puisqu'il s'agit d'une pièce élastique, déformable mais de volume constant. Ainsi, dans ce montage selon l'invention, le disque de réaction 240 joue le rôle d'intermédiaire avec le piston primaire 110 puisqu'il 1 o transmet à la fois l'action du servofrein en fonctionnement normal et l'action de la tige de commande 230 en fonctionnement de secours lorsque le servofrein est défaillant. La figure 3 est une vue à échelle agrandie, partielle de la partie arrière 290 et des composants qu'elle reçoit. La partie arrière 290 15 comporte une bride 291 pour la fixation des tirants. Le fond de la partie arrière 290 se termine par le manchon 292 qui sert de dégagement au manchon 221 et au stator 263 de la vis à billes 260. Cette figure met en évidence la forme du piston d'actionneur 220 avec son manchon 221, sa collerette 222, le loge- 20 ment 223 pour le disque de réaction s'appuyant sur l'épaulement 224 ainsi que le logement auxiliaire 226 pour recevoir la pièce intermédiaire et l'épaulement intérieur 228. La figure 3 montre également la surface d'appui du stator 263 contre l'arrière de la collerette 262 par l'intermédiaire de la ron- 25 delle rigide 265 qui chevauche, dans la direction radiale (ou direction diamétrale), la surface de l'épaulement 224 par lequel le piston d'actionneur 220 s'appuie sur le disque de réaction 240. Cela permet de réaliser le piston 220 en une matière plastique et non en métal. La présente invention concerne de préférence des applica- 30 tions dans l'industrie des freins de véhicules automobiles. NOMENCLATURE 100 maître-cylindre tandem 101 corps du maître-cylindre tandem 102 arrière du corps 110 piston primaire 111 chambre du piston primaire 113 prolongement du piston primaire 114 logement 120 piston secondaire 121 chambre du piston secondaire 130 tige de poussée 131 tête de la tige de poussée 200 servofrein électrique 201 boîtier du servofrein 202 anneau élastique 203 rainure 220 piston d'actionneur 221 manchon 222 collerette 223 logement 224 épaulement 225 appui du ressort 226 logement auxiliaire 227 logement à ressort 228 butée 229 épaulement 230 tige de commande 231 tête de la tige de commande 235 capteur de déplacement 240 disque de réaction 241 coupelle 242 pièce intermédiaire 250 ressort de rappel 260 vis à billes 261 rotor/écrou 262 palier à roulement L 262i logement intérieur 262e logement extérieur 263 stator/vis 263a alésage du stator 264 anneau élastique 265 rondelle rigide 270 piston plongeur 271 poussoir 272 tête du poussoir 273 logement 274 ressort de rappel 275 collerette avant 276 collerette arrière 280 partie avant 281 retour 282 gorge 283 bride d'assemblage 284 bord de l'ouverture de la partie avant 290 partie arrière 291 bride 292 manchon 293 ouverture du fond du manchon 292 294 surface intérieure conique 300 tablier 310 tirants C 1, C2 circuits de freins S saut30 REVENDICATIONS1 °) Système de freins à maître-cylindre et servofrein à vis à bille coaxiale comprenant - une tige de poussée transmettant à un maître-cylindre la poussée gé- nérée par le servomoteur et/ou celle exercée sur la pédale de frein, le servomoteur comportant une vis à billes dont le stator (vis) pousse la tige de poussée par le rotor (écrou) entrainé par un moteur commandé, caractérisé en ce que le servofrein comporte un piston d'actionneur (220) entouré par le stator (263) de la vis à billes (260), - le piston d'actionneur (220) comprend * un manchon (221) logé dans un alésage (263a) du stator (263), * une collerette (222) à l'avant du manchon (221) formant ** une surface de poussée du stator (263) et 15 ** un logement (223) avec un épaulement circulaire (224) constituant la surface d'appui pour le disque de réaction (240), ** un plongeur (270) relié à la tige de commande (230) et logé dans le manchon (221) pour agir en cas de défaillance du servofrein sur le disque de réaction (240), dont il est normalement séparé 20 par l'intervalle de saut (S). 2°) Système de freins selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston plongeur (270) comporte un poussoir (271) dont l'extrémité 25 s'appuie sur une pièce intermédiaire (242) séparée du dos du disque de réaction (240) par l'intervalle de saut (S) et une coupelle à épaule-ment (241) recevant le disque de réaction (240) et formant un logement auxiliaire (226) pour la pièce intermédiaire (242) mobile par rapport au dos du disque de réaction (240), le logement (226) assurant le saut (S) 30 souhaité entre le disque de réaction (240) et la pièce intermédiaire (242), le logement (226) étant ouvert pour le passage du poussoir (271) appuyé contre la pièce intermédiaire (242). 3°) Système de freins selon la revendication 1, 35 caractérisé en ce que la surface d'appui du stator (263) sur la collerette (222) et la surface d'appui du disque de réaction (240) sur l'épaulement (229) de la collerette (222) du piston d'actionneur (220) se chevauchent radialement. 4°) Système de freins selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boîtier (201) du servofrein est formé d'une partie avant (280) et d'une partie arrière (290), chacune ayant la forme d'un cylindre avec un fond, - les cylindres des deux parties (280, 290) étant emmanchés partielle- ment l'un dans l'autre, - la partie avant (280) a un fond percé, bordé par un retour (281) formant un palier pour être emmanché sur une surface cylindrique (102) réalisée à l'arrière du corps (101) du maître-cylindre, - la partie arrière (290) reçoit la vis à billes (260) avec le piston d'actionneur (220), le plongeur (270), le poussoir (271), la pièce intermédiaire (242) et le disque de réaction (240) ainsi que la tige de poussée (130), - la partie avant (280) ayant une bride d'assemblage (283) pour le mai-15 tre-cylindre (100) et pour la partie arrière (290), - la partie arrière (290) ayant une bride d'assemblage (291) pour la partie avant (280) ainsi que des moyens d'assemblage au tablier séparant l'enceinte moteur et l'habitacle du véhicule. 20 5°) Système de freins selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor (261) de la vis à billes (260) est monté dans la partie arrière (290) du boîtier (201) par l'intermédiaire d'un roulement à rouleaux croisés (262), appuyé dans le sens de l'axe (XX) contre un épaulement formé 25 par un manchon (292) de la partie arrière (290) et bloqué à l'avant par un anneau élastique (202) accroché dans une rainure (203). 6°) Système de freins selon la revendication 1, caractérisé en ce que 30 le piston plongeur (270) a une collerette arrière (276) de diamètre supérieur à celui de l'ouverture (293) du manchon (292) de la partie arrière (290) du boîtier (201) pour constituer une butée, la collerette (275) ayant un diamètre au plus égal à celui de l'alésage (263a) du stator (263) pour pouvoir y coulisser. 35 7°) Système de freins selon la revendication 1, caractérisé en ce que le plongeur (270) a une collerette avant (275) pour être retenu par un épaulement (228) intérieur du manchon (221). 8°) Système de freins selon la revendication 4, caractérisé en ce que la partie arrière (290) est emmanchée sur la partie avant en venant en butée contre la bride de la partie avant (280) et l'assemblage est réalisé par des tirants, la collerette (222) du piston d'actionneur (220) a un diamètre inférieur à 1 o celui de la partie avant (280) et un ressort hélicoïdal de rappel (250) est comprimé entre le retour (281) de la partie avant (280) et le bord (225) de la collerette (222). 9°) Système de freins selon la revendication 4, 15 caractérisé en ce que la forme cylindrique de la partie arrière (290) présente une surface intérieure conique (294), près de son ouverture, pour s'engager sur la surface cylindrique de la partie avant (280). 20