Brevet FR2998239A1 — publié le 20140523

Domaine de l'invention La présente invention a pour objet un servofrein élec- trique commandant un maître-cylindre de circuit de frein, relié à une tige de commande actionnée par la pédale de frein, comprenant : un corps de servofrein recevant un piston d'actionnement entraîné en translation par un moteur électrique et poussant le piston du maître-cylindre par l'intermédiaire d'un piston d'assistance agissant sur la tige de poussée reliée au piston du maître-cylindre, un piston plongeur logé coulissant dans le piston d'assistance et relié à la tige de commande, elle-même reliée à la pédale de frein, un ressort de coupure interposé entre le piston d'assistance et le piston plongeur pour repousser celui-ci, le piston plongeur avançant librement d'une faible distance au début d'une action de freinage sans toucher la tige de poussée, contre la réaction du ressort de coupure en cas de freinage normal ou pour pousser directement la tige de poussée en cas de défaillance du servofrein électrique, le piston plongeur étant rappelé en position de pédale relâchée à la fin d'une action de freinage par rapport au piston d'assistance re- poussé par le ressort de coupure. Etat de la technique On connaît déjà de tels servofreins électriques pour la commande du maître-cylindre d'un circuit de frein. But de l'invention La présente invention a pour but de simplifier les servo- freins électriques et en particulier de permettre de réduire le dimensionnement du ressort de rappel du piston d'actionnement et du piston d'assistance et de réduire par là l'encombrement du servofrein dans la direction axiale du système servofrein-maître-cylindre-tige de com- mande pour faciliter l'intégration de ce type de servofrein dans un véhi- cule Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un servofrein du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que le piston d'assistance est muni d'un levier du second genre relié de manière articulée par sa première extrémité à l'arrière du piston d'assistance et appuyé par un point intermédiaire proche de sa première extrémité, contre le piston plongeur, la seconde extrémité étant destinée à s'appuyer contre la butée de fin de course arrière constituée par le boîtier du servofrein et définissant la position de repos du servofrein en basculant sous la poussée du ressort de rappel repoussant le piston d'assistance portant le point d'appui du levier et comprimant le ressort de coupure par le piston plongeur appuyé contre le point intermédiaire du levier. Le servofrein selon l'invention grâce à l'effet démultiplica- teur réalisé par le levier pour le rappel du piston d'actionnement et du piston d'assistance en position de repos (en même temps d'ailleurs que le piston plongeur), permet de réduire considérablement la force que doit exercer le ressort de rappel du piston d'actionnement et du piston d'assistance, ce qui permet de réduire le dimensionnement de ce ressort et par suite fortement l'encombrement du servofrein électrique. Malgré cette réduction de la dimension du ressort de rappel, la tige de commande et la pédale de frein restent sollicitées en position de repos par la force de rappel conventionnelle qui est, par exemple de 100N, alors que la force que doit développer le ressort de rappel, aux efforts près nécessaires à vaincre les forces de frottement, est seulement d'une fraction de cette force, par exemple un quart de cette force. Suivant un développement particulièrement avantageux, le piston d'assistance comporte un logement transversal recevant la première extrémité du levier et limitant le basculement du levier par rapport au piston entre la position de repos du piston, le levier étant sensiblement parallèle au fond et une position basculée du levier retenant le piston plongeur, l'effet du levier s'exerçant après une action de freinage, lorsque la deuxième extrémité du levier arrive contre la butée de fin de course et le point d'appui intermédiaire, repousse le piston plongeur contre l'action du ressort de coupure par la poussée exercée par le ressort de rappel sur le piston d'assistance, poussant ainsi le premier point d'appui du levier avec la force égale à la réaction du point d'appui à la seconde extrémité du levier, réaction démultipliée par rap- port à la force antagoniste exercée par le ressort de coupure sur le piston plongeur portant le point d'appui intermédiaire du levier. Cette organisation et disposition du levier à l'arrière du piston d'assistance permettent de disposer d'un rapport de démultipli- a cation particulièrement intéressant. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le logement transversal a une section sensiblement trapézoïdale avec un point de basculement et un point d'appui pour le levier en limite de basculement. 10 Cette forme de logement assure en même temps que la fonction d'appui de basculement du levier également celle de limitation du basculement et de retenue du piston plongeur vers sa position de repos. Suivant une autre caractéristique avantageuse le levier a 15 une disposition diamétrale occupant la plus grande dimension diamé- trale disponible à l'arrière du piston d'assistance dans le cylindre du piston d'actionnement pour avoir la plus grande longueur possible. Suivant une autre caractéristique avantageuse le levier a une ouverture pour le passage de la tige de commande reliée à l'arrière 20 du piston plongeur. Suivant une autre caractéristique avantageuse le levier et/ou l'arrière du piston d'assistance ont des appuis pour définir la position de fin de course de repos du levier. Globalement, le levier s'intègre simplement au servofrein 25 électrique sans nécessiter de modification globale des autres éléments du servofrein et en particulier de la double transmission qui commande le piston d'actionnement par deux crémaillères, des pignons droits et des roues à vis entraînées par la vis en sortie du moteur électrique du servofrein électrique. 30 Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation d'un servofrein électrique représenté schématiquement dans les dessins annexés et présenté en parallèle à un servofrein électrique connu : la figure 1 est une coupe axiale partielle schématique d'un servofrein électrique connu, la figure 2 montre très schématiquement dans ses parties 2A et 2B respectivement l'arrière d'un servofrein selon l'invention et d'un servofrein connu dans la position de repos, la figure 3 montre dans ses parties 3A et 3B respectivement un servofrein selon l'invention et un servofrein connu, en position de fin d'actionnement du servofrein, après le relâché de la pédale, la figure 4 montre dans ses parties 4A et 4B respectivement le ser- vofrein selon l'invention et le servofrein se rapprochant de la posi- tion de repos. Description d'un mode de réalisation de l'invention Pour faciliter la compréhension et l'intérêt du servofrein électrique de l'invention, sa description sera faite en parallèle à celle d'un servofrein électrique, connu. Pour situer l'invention dans son con- texte, la figure 1 représente une coupe axiale d'un servofrein connu montrant les parties du servofrein essentielles pour la compréhension de l'invention alors que pour faciliter la description, les figures suivantes sont une représentation très schématique et partielle d'un servo- frein électrique selon l'invention et celui de l'état de la technique dans des positions de fonctionnement voisines. Par conversion d'orientation, le côté tourné vers la pédale de frein est l'arrière et le côté tourné vers le maître-cylindre est l'avant. Selon la figure 1, le servofrein électrique 100A est interca- lé entre la pédale de frein 103A et sa tige d'actionnement 102A et le maître-cylindre 101A. Le servofrein électrique se compose d'un boîtier lA fixé au maître-cylindre 101A et portant un moteur électrique 30A relié par une transmission mécanique 31A non détaillée à un piston d'actionnement 4A coulissant dans le cylindre de guidage 13A du boîtier lA suivant l'axe XX général de l'ensemble servofrein/maître-cylindre. Le piston d'actionnement 4A reçoit lui-même un piston d'assistance 6A s'appuyant sur une tige de poussée 7A, elle-même reliée au piston 104A du maitre-cylindre 101A. Le piston d'assistance 6A est repoussé en position de repos par un ressort de rappel 41A. Pour le mouvement de freinage, le piston d'actionnement 4A s'accroche au piston d'assistance 6A par une butée mécanique d'entraînement 42A active dans la direction d'actionnement FA. Le piston d'assistance 6A loge dans une position coaxiale (XX) un piston plongeur 8A relié en translation à la tige de commande 102A, elle-même reliée à la pédale de frein 103A. Le piston plongeur 8A est séparé de la tige de poussée 7A par un disque de réaction 72A. Le piston plongeur 8A est repoussé dans la direction FR vers sa position de repos par un ressort de coupure 9A prenant appui contre le piston d'assistance 6A. Dans des conditions normales de freinage, la pédale de frein 103A est actionnée et déplace la tige de commande 102A dont le mouvement de déplacement (FA) est détecté par un capteur non représenté. Ce capteur commande le servofrein électrique 100A aussi longtemps que la pédale de frein est poussée et que la tige de commande 102A et le piston plongeur 8A sont maintenus dans la position action- née. Le piston plongeur 8A ne s'appuie pas normalement sur le disque de réaction 72A. Seul le piston d'assistance 8A entraîné par le piston d'actionnement 4A s'appuie sur le disque de réaction 72A (déplacement dans la direction FA) et pousse ainsi la tige de poussée 7A. Dans des conditions exceptionnelles ou de défaillance du servofrein 100A, si l'action sur la pédale de frein 103A est rapide et forte, le piston plongeur 8A peut s'appuyer directement sur le disque de réaction 72A et pousser la tige de poussée 7A indépendamment ou en complément de la poussée exercée par le piston intermédiaire 81A, lui- même poussé par le piston d'actionnement 4A. Cela est également vrai en cas de panne du servofrein électrique 100A lorsque le piston d'actionnement 4A n'est pas commandé et reste immobile, le piston intermédiaire restant lui aussi immobile. Au repos, le piston plongeur 8A est repoussé vers l'arrière (direction FR) contre une butée 105A du corps 1A, par le ressort de coupure 9A interposé entre le piston plongeur 8A et le piston d'assistance 6A. Cette butée 105A est une pièce reliée au corps du servo- frein traverse une lumière du piston d'assistance 6A de façon à ne pas interférer avec le mouvement de ce piston. Cette butée concerne uni- quement le mouvement vers l'arrière du piston plongeur 8A par rapport au corps du boîtier 1A. Le piston d'assistance 6A est lui-même poussé en posi- tion de repos par le ressort de rappel 41A. Cette position de repos est définie directement par une butée non représentée ou indirectement par le piston d'actionnement 4A tiré dans sa position de fin de course et lui-même en butée. Pour simplifier la présentation de l'invention et sa compa- raison avec l'état de la technique, les figures 2-4 montrent très schéma- tiquement les seules parties du servofrein électrique concernées directement par l'invention. La description utilisera des références numériques identiques à celles-ci-dessus pour les éléments identiques et de même fonction. La figure 2A, limitée aux éléments essentiels de l'invention, montre le corps ou boîtier 1 du servofrein limité à sa paroi avant 11 avec à gauche le maître-cylindre non représenté ici, son fond 12 et le cylindre 13 de guidage. Le boîtier 1 loge le piston d'actionnement 4 relié au mécanisme d'entraînement à crémaillères et pignons droits, roues à vis et vis du moteur électrique d'assistance. Le piston d'actionnement 4 loge le piston d'assistance 6 poussé par le res- sort de rappel 41. Le piston 6 est rappelé en position de repos par le ressort de rappel 41 qui, en même temps rappelle le piston d'actionnement 4 et toute la transmission reliant le piston au moteur électrique. Le piston plongeur 8 coulissant dans le piston d'assistance 6 est rappelé en position de repos par le ressort de coupure 9. Ainsi, il est en appui contre le fond 12 du boîtier 1. Dans cette position, la pédale rappelée par la tige de commande 102 est également en position de repos. Le piston d'assistance 6 est en position de repos en appui contre le fond 13 du boîtier. Comme cela est schématisé, le piston d'actionnement 4 est lui-même en butée de fin de course. Le piston d'assistance 6 et le piston plongeur 8 coopèrent dans leur mouvement vers la position de repos par l'intermédiaire d'un levier 5 fonctionnant comme un levier du deuxième genre avec un point d'appui 51 sur le piston d'assistance 6, un point de charge 52 et un point d'application de la force 53 à l'extrémité opposée du levier 5. Le levier 5 a pour fonction de réduire l'effort nécessaire pour repousser le servofrein en position de repos ou d'attente après une action sur la pédale de frein ayant déclenché une action de freinage. La figure 2A montre cet état du servofrein électrique 100 et par comparaison, la figure 2B montre la structure du servofrein électrique 100A connu, schématisé comme le servofrein électrique 100 selon l'invention. Dans ce servofrein électrique connu 100A au repos, le piston d'assistance 6A est en butée de même que le piston plongeur 8A contre le fond 13A du boîtier lA repoussés par les ressorts 9A et 41A. La figure 3 montre dans ses figures 3A, 3B, la position des composants du servofrein électrique 100 selon l'invention (figure 3A) et selon l'état de la technique 100A (figure 3B) après la libération de la pédale de frein. Selon la figure 3A, la tige de commande 102 relâchée n'est plus soumise à une poussée de la pédale. Le ressort de coupure 9 a déjà repoussé le piston plongeur 6 dans sa position intermédiaire de butée définie par le levier 5 dont la première extrémité correspondant au point d'appui 51 est limitée dans son pivotement par la forme du logement 63 dans le piston 6 ; ce logement 63 défini deux points d'appui 631, 632 dont l'un (631) est d'ailleurs le point de basculement et d'appui du levier 5. Dans cette position intermédiaire, le levier 5 non en ap- pui est seulement tenu par le logement 63 et il retient le piston plongeur 8 poussé par son ressort de coupure 9. Le ressort de rappel 41 n'a pas encore commencé à pousser le piston d'assistance 6. En parallèle, selon la figure 3B, dans le servofrein élec- trique connu 100A, le ressort de coupure 9A a repoussé le piston plon- geur 8A contre la butée de fin de course 64A portée par le piston d'assistance 6A à l'extrémité de sa cavité arrière 62A. La figure 4 montre dans ses figures 4A, 4B la phase de recul vers la position de repos. La fin du retour à la position de repos est représentée à la figure 2A et commentée ci-dessus, se traduit par une légère compression du ressort de coupure 9 et un recul du piston plongeur 8 par rapport à sa position arrière extrême de la figure 3A. La position basculée du levier 5 représentée à la figure 3A, permet d'expliciter le fonctionnement du levier. Dans la position de la figure 3A, le levier 5 a été basculé en position de fin de course de basculement par le recul du piston plongeur 8 sous l'effet du ressort de coupure 9. Le logement 63 qui reçoit l'extrémité avant du levier 5 et en particulier son point d'appui ou de basculement 51, est un logement qui a globalement une forme trapézoïdale définissant deux points d'appui : Un point d'appui de basculement 631 au cours duquel à partir de la position représentée, le levier 5 va basculer jusqu'à ce qu'il arrive dans la position pratiquement de fin de course de la figure 4A ou de la position de fin de course de la figure 2A. Le basculement jusque dans la position de la figure 3A est limité par le point d'appui 632 du logement 63 pour le bord avant. Ainsi, dans la position de la figure 3A, le levier 5 s'appuie à la fois dans un sens contre le point d'appui 632 et dans l'autre sens contre le point d'appui 631. Le logement 63 est un lo- gement transversal débouchant dans la cavité arrière 62 guidant l'ex- trémité arrière 81 du piston plongeur 8. Ce logement transversal a son ouverture dirigée vers l'axe XX principalement dans la direction diamétrale de sorte que le levier 5 puisse lui-même être une pièce de forme diamétrale, c'est-à-dire occupant la plus grande longueur disponible dans le logement du piston d'actionnement 4 recevant le piston d'assis- tance 6 à l'arrière de celui-ci près de la paroi arrière 12 du boîtier 1 du servofrein électrique. Le levier 5 a une ouverture 54 formant un passage au niveau de l'axe pour permettre la traversée de la tige de commande 102 reliée à l'extrémité arrière 81 du piston plongeur 8 sans interférer avec le mouvement de la tige de commande 102. La figure 3A montre que lorsque la seconde extrémité formant le second point d'appui 53 du levier 5, arrive en contact avec le fond 12 du boîtier, le levier 5 commence à basculer et pour faire ce basculement (voir aussi la figure 4A), la force exercée sur l'extrémité 53 pour faire basculer le levier 5, doit vaincre la force exercée par le ressort de coupure 9 sur le point d'appui intermédiaire 52. Or, cette force est dans le rapport des bras de levier entre le point d'appui 51 à la première extrémité et le point d'appui 53 à la seconde extrémité ou le bras de levier entre le premier point d'appui 51 et le point d'appui intermédiaire 52. Comme pour faire basculer le levier 53, il faut faire avancer le piston 6, le ressort de rappel 41 doit fournir la force de réaction exercée sur l'extrémité 53, c'est-à-dire une force démultipliée selon le rapport des bras de levier indiqué ci-dessus, par rapport à la force exer- cée par le ressort de coupure 9 tendant à repousser le levier 5. Selon la figure 4A, le ressort de rappel 41 repousse le piston d'assistance 6 de sorte que l'extrémité 53 du levier 5 rencontre le fond 12 du boîtier 1. L'effet de levier commence alors à jouer. Avant d'atteindre la position de repos, le ressort de rappel 41 doit vaincre la poussée du ressort de coupure 9 et le frottement des pistons 4, 6 et de la transmission. Au cours de ce mouvement de recul vers la position de repos, les bras de levier A et B entre les points (51-52) et (51-53) sont tels que A/B = 1/n dépendant de la géométrie choisie du levier de ces points d'appui. L'ensemble mobile formé par les pistons 6, 8 et le levier 5 étant soumis à l'action des ressorts 9, 41, la force F développée par le ressort de coupure 9 s'exerce sur le point d'appui 52 du levier 5 dont la seconde l'extrémité 53 exerce la réaction F2 en fonction du bras de levier B par rapport au point d'appui 51 contre la force F, opposée, exercée sur le point 52 : F2 = F (1/n) = F/n La poussée 41 que doit exercer le ressort 41 pour faire avancer le piston 6 est l'opposée de la force F2 soit en amplitude : F/n. Selon cette disposition, la force exercée sur la tige de commande 102 est toujours la force développée par le ressort de coupure 9, c'est-à-dire la force F alors que la force démultipliée exercée par le ressort de rappel 41 ne correspond qu'à une fraction de cette force F. Généralement, la force F exercée au repos sur la tige de commande 102 et la pédale de frein est de 100N. A titre d'exemple le rapport des bras de levier A et B qui est de 1/4, la poussée que doit exercer le ressort de rappel 41 sur le pis- ton d'assistance 8 pour vaincre la réaction du ressort de coupure 9 (100 N) est diminuée dans la même proportion, ce qui signifie 25 N. A cette force de 25 N, s'ajoute l'effort que le ressort de rappel 41 doit fournir pour vaincre le frottement de pistons 4, 6 dans leur guidage et le frottement de la transmission auquel est relié le piston d'actionnement et le piston d'assistance (4, 6). A titre de comparaison, pour le servofrein électrique 100A de la figure 4B, le piston plongeur 8A doit être repoussé avec une force F pour repousser la tige de commande 102A et la pédale de frein et venir en position de repos. Dans les figures, le levier 5 est représenté très schémati- quement comme une pièce droite. Or, le logement transversal 63 débouche près du bord arrière de la cavité cylindrique 62 du piston d'assistance 6. Comme en position de repos (figure 2A), le piston 6 est appuyé contre le fond 12 du boîtier 1, des cales 55, 56 sont prévues sur le levier 5 en plus de la cale constituée par le point d'appui intermé- diaire 52. Ces cales 55, 56 de même que le point d'appui 52, peuvent être réalisés par des déformations ou des cintrages ou nervures locales réalisées dans le levier 5. Les cales 55, 56 peuvent également avoir un effet d'amortissement du mouvement de fin de course.25 NOMENCLATURE 100 servofrein électrique 1 corps du servofrein électrique paroi avant fond cylindre de guidage piston d'actionnement ressort de rappel levier point d'appui/première extrémité point d'appui/point d'appui intermédiaire point d'appui/seconde extrémité ouverture de passage cales piston d'assistance cavité cylindrique arrière fond logement/logement transversal 20 8 piston plongeur 9 ressort de coupure 100A servofrein électrique connu 25 101A maître-cylindre 102A tige de commande 103A tige de poussée 104A piston du maître-cylindre 105A butée 30 lA corps du servofrein électrique 11A paroi avant 12A fond 13A cylindre de guidage 30A moteur électrique 35 3 lA transmission 11 12 13 4 41 5 51 52 53 54 55, 56 6 62 621 63 4A piston d'actionnement 41A ressort de rappel 42A butée d'entraînement 6A piston d'assistance 61A cavité cylindrique avant 62A cavité cylindrique arrière 64A butée de fin de course 7A tige de poussée 71A tête de la tige de poussée 72A disque de réaction 8A piston plongeur 81A piston intermédiaire 9A ressort de coupure15 REVENDICATIONS1°) Servofrein électrique commandant un maître-cylindre de circuit de frein, relié à une tige de commande actionnée par la pédale de frein, comprenant : un corps de servofrein (1) recevant un piston d'actionnement (4) entraîné en translation par un moteur électrique et poussant le piston du maître-cylindre par l'intermédiaire d'un piston d'assistance (6) agissant sur la tige de poussée reliée au piston du maître-cylindre, un piston plongeur (8) logé coulissant dans le piston d'assistance (6) et relié à la tige de commande (102), elle-même reliée à la pédale de frein, un ressort de coupure (9) interposé entre le piston d'assistance (6) et le piston plongeur (8) pour repousser celui-ci, le piston plongeur (8) avançant librement d'une faible distance au début d'une action de freinage sans toucher la tige de poussée, contre la réaction du ressort de coupure (9) en cas de freinage normal ou pour pousser directement la tige de poussée en cas de défaillance du servofrein électrique, le piston plongeur (8) étant rappelé en position de pédale relâchée à la fin d'une action de freinage par rapport au piston d'assistance (6) repoussé par le ressort de coupure (9), caractérisé en ce que le piston d'assistance (6) est muni d'un levier du second genre (5) relié de manière articulée par sa première extrémité (51) à l'arrière du piston d'assistance (6) et appuyé par un point intermédiaire (52) proche de sa première extrémité, contre le piston plongeur (8), la seconde extrémité (53) étant destinée à s'appuyer contre la butée de fin de course arrière (13) constituée par le boîtier (1) du servofrein et définissant la position de repos du servofrein en basculant sous la poussée du ressort de rap- pel (41) repoussant le piston d'assistance (6) portant le point d'appui (51) du levier (5) et comprimant le ressort de coupure (9) par le piston plongeur (8) appuyé contre le point intermédiaire (52) du levier (5). 2°) Servofrein électrique selon la revendication 1,caractérisé en ce que le piston d'assistance (6) comporte un logement transversal (63) recevant la première extrémité (51) du levier (5) et limitant le basculement du levier (5) par rapport au piston (6) entre la position de repos du pis- ton (6), le levier (5) étant sensiblement parallèle au fond et une position basculée du levier (5) retenant le piston plongeur (8), l'effet du levier (5) s'exerçant après une action de freinage, lorsque la deuxième extrémité (53) du levier arrive contre la butée (12) de fin de course et le point d'appui intermédiaire (52), repousse le piston plongeur contre l'action du ressort de coupure (9) par la poussée exercée par le ressort de rappel (41) sur le piston d'assistance (6), poussant ainsi le premier point d'appui (51) du levier (5) avec la force (F3) égale à la réaction (F2) du point d'appui (53) à la seconde extrémité du levier (5), réaction démultipliée par rapport à la force antagoniste exercée par le ressort de coupure (9) sur le piston plongeur portant le point d'appui intermédiaire (52) du le- vier (5). 3°) Servofrein électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le logement transversal (63) a une section sensiblement trapézoïdale avec un point de basculement (631) et un point d'appui (632) pour le levier (5) en limite de basculement. 4°) Servofrein électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le levier (5) a une disposition diamétrale occupant la plus grande dimension diamétrale disponible à l'arrière du piston d'assistance (6) dans le cylindre du piston d'actionnement (4) pour avoir la plus grande longueur possible. 5°) Servofrein électrique selon la revendication 6, caractérisé en ce que le levier (5) a une ouverture (54) pour le passage de la tige de commande (102) reliée à l'arrière du piston plongeur (8).356°) Servofrein électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le levier et/ou l'arrière du piston d'assistance (6) ont des appuis (55, 56) pour définir la position de fin de course de repos du levier (5). 7°) Servofrein électrique selon la revendication 12, caractérisé en ce que le logement transversal (63) débouche près du bord de la cavité arrière (62). 10