Brevet FR2968051A1 — publié le 20120601

ENSEMBLE DE ROUE, DISPOSITIF DE FIXATION D'ETRIER DE FREIN, ETRIER DE FREIN, ET VEHICULE CORRESPONDANT La présente invention vise un ensemble de roue, un dispositif de fixation d'étrier de frein, un procédé de fabrication d'un tel dispositif et un véhicule incorporant un tel dispositif. L'invention vise plus particulièrement un dispositif de fixation d'étrier de frein pour un ensemble de roue d'un train roulant de véhicule, notamment d'un véhicule automobile, comportant un bras de suspension, un étrier de frein et un organe de guidage en rotation de disque de frein associé à la roue. Un « ensemble de roue » est typiquement constitué d'un pivot, sur lequel on peut distinguer des points de fixation avec d'autres éléments, tels qu'un amortisseur, un triangle, une biellette de direction ou bien encore un étrier de frein. Le pivot supporte un roulement à billes qui supporte un moyeu, et éventuellement une transmission. Le moyeu supporte à son tour un disque de frein. L'étrier de frein, une fois fixé au pivot par l'intermédiaire de deux vis, maintient de part et d'autre du disque de frein, deux plaquettes de frein. Il est indispensable pour le bon fonctionnement du train de roues et des freins que l'ensemble des pièces composant l'ensemble de roues soient fixées et maintenues efficacement. Actuellement, le pivot est usiné au droit de l'accostage de l'étrier de frein suivant un premier plan parallèle à un deuxième plan contenant le disque de frein à l'état « libre ». Par l'état « libre », on entend ici que le disque de frein ne supporte aucune force extérieure, pas même la force de gravité. Le premier et le deuxième plan sont, dans ce cas, perpendiculaires à un axe du roulement. L'ensemble des pièces pivot, roulement et moyeu n'est pas infiniment rigide. Lorsque le véhicule est en appui sur ses roues, c'est-à-dire lorsque le véhicule est posé sur le sol, le sol exerce un effort de réaction sur le pneu de plusieurs centaines de déca-newtons. Cet effort n'est pas contenu dans le plan du roulement à billes, si bien qu'apparait un moment qui va avoir pour effet 2 d'occasionner une rotation du disque de frein autour d'un axe perpendiculaire à l'axe d'usinage du roulement à billes. Par conséquent, les plans ne sont plus parallèles. Le même problème de parallélisme se produit au niveau des freins. En effet, hors freinage, lorsque le conducteur n'appuie pas sur la pédale de frein, un jeu est automatiquement créé au niveau de l'étrier de frein de sorte que les plaquettes frottent au minimum contre le disque de frein. Même si le défaut de parallélisme est finalement faible et que le jeu fonctionnel n'est finalement pas très élevé, il n'en demeure pas moins que le défaut de parallélisme entre les plans va avoir pour effet de consommer une partie du jeu fonctionnel, typiquement de dix à vingt pourcents. Un autre inconvénient des dispositifs actuels provient de la dégradation du frottement résiduel des plaquettes sur le disque, ce qui occasionne une usure prématurée et un mauvais refroidissement de ces pièces de freinage, et une surconsommation de carburant. Cela peut également occasionner du bruit. La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients. A cet effet, la présente invention a pour objet un ensemble de roue d'un train roulant de véhicule comportant - un pivot ayant des points de fixation avec d'autres éléments et comportant un roulement à billes ayant un axe de roulement, ce roulement à bille supportant un moyeu, - un frein à disque comprenant un disque de frein supporté par ledit moyeu, et un étrier de frein qui, une fois fixé au pivot, maintient deux plaquettes de frein de part et d'autre du disque de frein, caractérisé en ce que - un plan contenant des faces d'appui de l'étrier de frein sur le pivot et appartenant au pivot et/ou un plan contenant les faces d'appui des plaquettes sur l'étrier de frein et appartenant à l'étrier de frein forme(nt) un angle non nul par rapport à un plan normal à l'axe de roulement, - ledit angle étant prédéterminé de manière à assurer le parallélisme du plan appartenant au pivot et/ou du plan appartenant à l'étrier par rapport au plan 3 normal à l'axe de roulement lorsque le véhicule est posé sur le sol. Grâce à cet agencement, le dispositif selon l'invention permet d'éliminer le problème du défaut de parallélisme des disquettes de frein. L'objectif du dispositif de fixation selon l'invention est d'aboutir à la situation où en l'absence d'effort extérieur sur le disque de frein, les premier et deuxième plans ne sont pas parallèles mais lorsque le véhicule est en appui sur ses roues, ces plans sont parallèles. La mise en oeuvre de la présente invention comporte plusieurs avantages, notamment l'amélioration de la prestation de freinage. Cela permet d'abaisser la trainée de frottement des plaquettes sur le disque de frein en l'absence de freinage commandé par l'utilisateur. La diminution de l'usure des freins et également une baisse de la consommation de carburant constituent d'autres avantages du dispositif selon l'invention. Un autre objet de l'invention est un dispositif de fixation d'étrier de frein comportant : - un pivot comportant un roulement à billes ayant un axe de roulement, - un moyeu supporté par le roulement à billes, - le pivot étant destiné à recevoir un étrier de frein qui, une fois fixé au pivot, maintient deux plaquettes de frein de part et d'autre du disque de frein, 20 caractérisé en ce que - le pivot comporte un plan contenant des faces d'appui de l'étrier de frein sur le pivot formant un angle non nul par rapport à un plan normal à l'axe de roulement, ledit angle étant prédéterminé de manière à assurer le parallélisme des deux plans lorsque le véhicule est posé sur le sol. 25 Un autre objet de l'invention est un étrier de frein destiné à être fixé à un pivot comportant un roulement à billes ayant un axe de roulement, ce roulement à billes supportant un moyeu, - cet étrier de frein, une fois fixé au pivot, maintenant deux plaquettes de frein de part et d'autre du disque de frein, 30 caractérisé en ce que - cet étrier comporte un plan contenant des faces d'appui des plaquettes sur l'étrier de frein formant un angle non nul par rapport à un plan normal à l'axe de roulement, ledit angle étant prédéterminé de manière à assurer le parallélisme 4 des deux plans lorsque le véhicule est posé sur le sol. Enfin, un autre objet de l'invention est un véhicule automobile comportant un ensemble de roue selon l'invention. Les avantages, buts et caractéristiques particulières de ce procédé et de ces applications étant similaires à ceux du dispositif objet de la présente invention, ils ne sont pas rappelés ici. D'autres avantages, buts et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple nullement limitatif, et faite en se référant aux figures dans lesquelles: - les figures 1 a-1 f détaillent en vue de profil l'assemblage des différents éléments de l'ensemble de roue, et la figure 1g est une vue de côté de l'ensemble de roue, les figures 2 montrent des vues de profil du plan d'usinage d'un pivot au droit de l'accostage d'un étrier de frein et d'un plan contenant une surface de frottement d'un disque de frein représentés dans un repère à l'état libre (figure 2a), et lorsque le véhicule est posé sur le sol (figure 2b), - les figures 3a-3d représentent un ensemble de roue lorsqu'un disque de frein n'est soumis à aucun effort extérieur (figures 3a- 3c), et lorsque le disque est sous l'effort de réaction d'un pneu par rapport au sol (figures 3b-3d), - les figures 4a-4c représentent un ensemble de roue incorporant un dispositif de fixation selon l'invention lorsqu'un disque de frein n'est soumis à aucun effort extérieur (figure 4a), lorsque le disque de frein est sous l'effort de réaction d'un pneu par rapport au sol (figure 4b), et une vue de côté de l'ensemble de roue incorporant le dispositif de fixation selon de l'invention (figure 4c), et - la Figure 5 représente sous la forme d'un logigramme le procédé de fabrication d'un dispositif de fixation d'étrier de frein selon de l'invention. On note que les figures ne sont pas à l'échelle. Un ensemble de roue 113 est illustré par les figures 1. Il est constitué tout d'abord par un pivot 100 sur lequel on peut distinguer des points 101-104 de fixation avec d'autres éléments. Ainsi un amortisseur est destiné à être fixé au point de fixation 101, un triangle est destiné à être fixé au point de fixation 102, une biellette de direction est destinée à être fixée au point de fixation 103 ou bien encore un étrier de frein est destiné à être fixé au point de fixation 104. 5 Le pivot 100 supporte un roulement à billes 105 qui supporte un moyeu 107, et éventuellement une transmission 106. Le moyeu 107 supporte à son tour un disque de frein 108. On note que dans la suite de description on entend par « roulement » le roulement à billes 105. L'ensemble de roues 113 est représenté dans les figures dans un repère dans lequel l'axe y est l'axe d'usinage du roulement 105, les axe x et z étant perpendiculaires à l'axe y. L'étrier de frein 109, une fois fixé au pivot 100 par l'intermédiaire de deux vis, maintient de part et d'autre du disque de frein 108, deux plaquettes de frein telles que 110. Dans un ensemble de roue classique, le pivot 100 est usiné au droit de l'accostage de l'étrier de frein 109 suivant un plan P 111 parallèle au plan P' 112 contenant le disque de frein 108 à l'état libre, c'est-à-dire lorsque le disque de frein 108 ne supporte aucune force extérieure. Le plan P 111 ainsi que le plan P' 112 sont donc perpendiculaires à un axe y d'usinage du roulement 105, comme le montre la Figure 2a. L'ensemble des pièces composé du pivot 100, du roulement 105, et du moyeu 107 n'est pas infiniment rigide. Lorsque le disque 108 n'est soumis à aucun effort extérieur, les plans 111 et 112 sont parallèles comme illustré par les figures 3a et 3c. Cependant, lorsque le disque de frein 108 est sous l'effort de réaction d'un pneu d'une roue par rapport au sol, les plans 111 et 112 ne sont plus parallèles et le risque de contact entre plaquettes 110 et le disque 108 est accru, notamment sous l'effet du battement axial du disque 108 comme le montre les figures 3b et 3d. Lorsque le véhicule est en appui sur ses roues, c'est-à-dire lorsqu'il est posé avec ses pneus sur le sol, le sol exerce un effort de réaction sur chacun des pneus de plusieurs centaines de déca-newtons. Cet effort n'est pas contenu dans le plan du roulement à billes 105, si bien qu'apparait un couple qui va avoir pour effet d'occasionner une rotation du disque 108 autour de l'axe 6 x (figure 2b). Les plans P 111 et P' 112 ne sont plus parallèles, comme illustré par la figure 3b et 3d. On note que le défaut de parallélisme est en réalité inférieur à un degré et a été volontairement exagéré sur les différents schémas présentés. Hors freinage, lorsque le conducteur n'appuie pas sur la pédale de frein, un jeu est automatiquement créé au niveau de l'étrier de frein 109 de sorte que les plaquettes 110 frottent au minimum contre le disque de frein 108. Ce jeu fonctionnel n'est cependant pas très élevé, typiquement inférieur à un demi-millimètre. Le défaut de parallélisme entre les plans P 111 et P' 112 va avoir pour effet de consommer une partie de ce jeu fonctionnel, typiquement de dix à vingt pourcents. Le frottement résiduel des plaquettes 110 sur le disque 108 s'en trouve donc dégradé, ce qui occasionne une usure prématurée et un mauvais refroidissement de ces pièces de freinage et une surconsommation de carburant. Le dispositif de fixation d'étrier de freins objet de l'invention prend en considération la déformation de l'ensemble composé du pivot 100, du roulement 105 et du moyeu 107 sous l'effet de la gravité pour résoudre le problème du défaut de parallélisme des plaquettes de frein 110. Dans un mode de réalisation de l'invention, le plan P contenant des faces d'appui de l'étrier de frein 109 sur le pivot 100 et appartenant au pivot 100 forme un angle non nul a par rapport à un plan normal à l'axe y de roulement. Ce plan normal correspond au plan P' contenant une surface de frottement du disque de frein 108 lorsque le disque de frein 108 ne supporte aucune force extérieure comme illustré par la figure 3a. Cet angle a est prédéterminé de manière à assurer le parallélisme des plans P 111 et P' 112 lorsque le véhicule est posé sur le sol (cf. figure 3b). Selon une réalisation, l'angle a est compris entre 0 et 5 minutes En variante, un plan P" contenant les faces d'appui des plaquettes 110 sur l'étrier de frein 109 et appartenant à l'étrier de frein 109 (cf. Figure 4a) 7 forme un angle non nul a par rapport au plan P'. Dans ce cas, le plan P peut rester parallèle au plan P'. Un deuxième objet de l'invention est un procédé de fabrication d'un dispositif de fixation d'étrier de frein objet de l'invention comprenant au moins trois étapes. Tout d'abord, dans une étape 51, on détermine l'angle a formé entre le plan P' par rapport au plan P et/ou au plan P". Ainsi, lors de la conception de l'ensemble de roue, la déformation de l'ensemble composé du pivot 100, du roulement 105 et du moyeu 107 sous l'effet de la gravité est pris en considération pour déterminer l'angle a qui est formé par entre le plan P 111 et/ou P"par rapport au plan P' 112. L'angle a dépend de nombreux paramètres tels que la masse M du véhicule supportée par une roue, la raideur k sous couple autour de l'axe x de l'ensemble constitué du pivot 100, du roulement 105, ou du moyeu 107, ou encore la distance d entre le plan médian de la roue et le plan médian du roulement 105. a = M * g * d / k ou g représente la gravité Cet angle peut être défini par un calcul, par simulation sur pièces virtuelles, ou par des essais sur des pièces physiques par exemple. Ensuite, dans une étape 52 les composants du dispositif, notamment le pivot 100 ou l'étrier de frein 109 sont usinés spécifiquement en tenant compte de l'angle a prédéterminé dans l'étape 51. Enfin, dans une étape 53 le dispositif de fixation d'étrier de frein objet de l'invention est assemblé sur un châssis (non représenté) du véhicule. REVENDICATIONS1. Ensemble de roue d'un train roulant de véhicule comportant : - un pivot (100) comportant un roulement à billes (105) ayant un axe de roulement (y), ce roulement à billes supportant un moyeu (107), - un frein à disque comprenant un disque de frein (108) supporté par ledit moyeu, et un étrier de frein (109) qui, une fois fixé au pivot (100), maintient deux plaquettes de frein (110) de part et d'autre du disque de frein (108), - caractérisé en ce que - un plan (P) contenant des faces d'appui de l'étrier de frein (109) sur le pivot (100) et appartenant au pivot (100) et/ou un plan (P") contenant des faces d'appui des plaquettes (110) sur l'étrier de frein (109) et appartenant à l'étrier de frein (109) forme(nt) un angle non nul (a) par rapport à un plan (P') normal à l'axe de roulement (y), - ledit angle (a) étant prédéterminé de manière à assurer le parallélisme du plan (P) appartenant au pivot et/ou du plan appartenant à l'étrier (P") par rapport au plan (P') normal à l'axe de roulement (y) lorsque le véhicule est posé sur le sol. 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle a est compris entre 0 et 5 minutes. 3. Dispositif de fixation d'étrier de frein comportant : - un pivot (100) comportant un roulement à billes (105) ayant un axe de roulement (y), - un moyeu (107) supporté par le roulement à billes, - le pivot (100) étant destiné à recevoir un étrier de frein (109) qui, une fois fixé au pivot (100), maintient deux plaquettes de frein (110) de part et d'autre du disque de frein (108), caractérisé en ce que - le pivot (100) comporte un plan (P) contenant des faces d'appui de l'étrier de frein (109) sur le pivot (100) formant un angle non nul (a) par rapport à un plan 9 (P') normal à l'axe de roulement (y), ledit angle (a) étant prédéterminé de manière à assurer le parallélisme des deux plans (P, 111 ; P', 112) lorsque le véhicule est posé sur le sol. 4. Etrier de frein (109) destiné à être fixé à un pivot (100) comportant un roulement à billes (105) ayant un axe de roulement (y), ce roulement à billes supportant un moyeu (107), - cet étrier de frein, une fois fixé au pivot (100), maintenant deux plaquettes de frein (110) de part et d'autre du disque de frein (108), caractérisé en ce que - cet étrier comporte un plan (P") contenant des faces d'appui des plaquettes (110) sur l'étrier de frein (109) formant un angle non nul (a) par rapport à un plan (P') normal à l'axe de roulement (y), ledit angle (a) étant prédéterminé de manière à assurer le parallélisme des deux plans (P", P', 112) lorsque le véhicule est posé sur le sol. 5. Véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble de roue selon la revendication 1 ou 2.