Brevet FR3033753A1 — publié le 20160923

DISPOSITIF DE COMMANDE DE FREINAGE A ASSISTANCE ELECTRIQUE COMPORTANT UN REDUCTEUR CYCLOÏDAL La présente invention concerne un dispositif de commande de freinage d'un véhicule automobile, ainsi qu'un procédé de contrôle de ce dispositif de commande et un véhicule automobile équipé d'un tel dispositif. Les véhicules automobiles comportent généralement un système de freinage comprenant une pédale de frein agissant sur un maître-cylindre, pour transmettre par des circuits hydrauliques une pression du fluide vers des freins qui agissent sur chaque roue du véhicule. Les freins peuvent être à disque ou à tambour. Ces systèmes de freinage comportent habituellement un dispositif d'assistance à dépression, qui reçoit la dépression générée par le moteur thermique en fonctionnement, prise sur une tubulure d'admission ou produite par une pompe entraînée mécaniquement. En variante ces systèmes peuvent comporter une pompe à vide électrique. Un boîtier d'assistance de grand diamètre, appelé aussi « Mastervac », disposé dans l'axe du maître-cylindre de frein, comporte une membrane transversale séparant deux chambres fermées dans lesquelles le vide est appliqué lorsque le freinage est au repos. Une pression sur la pédale de frein commandée par le conducteur, ouvre une valve laissant entrer l'air à la pression atmosphérique dans une chambre en fonction de la force appliquée sur cette pédale, ce qui génère par différence de pression une force proportionnelle sur la membrane qui donne l'assistance appliquée sur le maître-cylindre. Après un freinage, il faut refaire le vide dans la chambre ayant reçu l'air. Un problème qui se pose avec ces différents moyens pour générer la dépression, est qu'ils comportent un rendement médiocre augmentant la consommation de carburant dans le cas d'un fonctionnement avec le moteur thermique, ou d'énergie électrique dans le cas d'une pompe électrique. Par ailleurs les véhicules hybrides ou électriques se développent fortement. Les véhicules hybrides présentant des périodes de 3033753 2 fonctionnement avec le moteur thermique à l'arrêt, ainsi que les véhicules électriques, nécessitent dans tous les cas un moyen autonome générant une force d'assistance ne dépendant pas d'un moteur thermique. Pour résoudre ces problèmes, il est connu d'utiliser un moteur 5 électrique équipé d'un réducteur de vitesse pour délivrer une force d'assistance s'ajoutant à celle appliquée par le conducteur sur la pédale de frein. Un dispositif d'assistance connu, présenté notamment par le document JP-B2-5406109, comporte un train planétaire disposé autour de l'axe central 10 de rotation de la pédale de frein, comprenant sur un même axe de porte-satellite un premier pignon qui engrène avec un pignon solaire fixé sur l'axe de la pédale, lié à un deuxième pignon qui engrène avec un autre pignon solaire fixé sur un axe entraînant le maître-cylindre de frein. Les deux pignons solaires présentant des diamètres différents, on 15 obtient une démultiplication du mouvement de sortie de ce porte-satellite entraînant le maître-cylindre, par rapport au mouvement d'entrée venant de la pédale de frein. Le porte-satellite comporte par ailleurs une roue dentée disposée sur son contour extérieur, recevant le mouvement d'une vis sans fin entraînée 20 directement par un moteur électrique pour développer un couple d'assistance sur ce porte-satellite, qui s'ajoute à celui venant de la pédale de frein. Ce type de dispositif d'assistance transmettant la puissance d'assistance par un système roue et vis sans fin, comporte un rendement médiocre qui entraîne une plus grande consommation d'énergie électrique, 25 et nécessite un moteur électrique présentant des dimensions et une masse importante. Un autre dispositif d'assistance connu, présenté notamment par le document DE-A1-102013006795, comporte un moteur électrique entraînant par un système roue et vis sans fin une roue comprenant un filetage intérieur 30 avec un pas important. Une vis axiale engagée dans le filetage de la roue, transmet le mouvement axial venant de la pédale de frein au maître-cylindre, 3033753 3 tout en recevant de plus une poussée axiale d'assistance venant de la rotation de la roue commandée par le moteur électrique. On retrouve de la même manière pour ce dispositif d'assistance un rendement faible venant des systèmes disposés en série roue et vis sans fin, 5 puis vis et écrou pour la vis axiale engagée dans la roue. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure. Elle propose à cet effet un dispositif de commande de freinage à assistance électrique pour un véhicule automobile, actionné par une pédale 10 de frein transmettant une force de commande à un maître-cylindre de commande hydraulique du circuit de freinage, remarquable en ce qu'il comporte un arbre intermédiaire rotatif recevant un couple appliqué par la force de commande venant de la pédale de frein, et recevant un couple d'assistance venant d'un moteur électrique entraînant un réducteur du type 15 cycloïdal, cet arbre transmettant ces deux couples au maître-cylindre par un système de transformation du mouvement réversible, un capteur de couple étant disposé entre les points d'application des deux couples et le maître-cylindre. Un avantage de ce dispositif de commande de freinage est qu'il reçoit le 20 couple d'assistance par un réducteur du type cycloïdal présentant un fonctionnement réversible, pour le transmettre par un système de transformation du mouvement réversible au maître-cylindre, ce qui permet en cas de défaillance de fonctionnement de l'assistance, de réaliser quand même une rotation de l'arbre intermédiaire par la pédale de frein donnant un 25 freinage en mode dégradé sans assistance. De plus les réducteurs du type cycloïdal comportant généralement un bon rendement, on peut obtenir une efficacité élevée de cette assistance réduisant la consommation d'énergie électrique, et permettant l'utilisation d'un moteur présentant des dimensions et une masse faible, ainsi qu'un coût 30 limité. 3033753 4 Par ailleurs cette disposition permet d'implanter facilement le capteur de couple donnant l'information des deux couples délivrés par le conducteur et l'assistance, ce qui permet de piloter de manière simple cette assistance. Le dispositif de commande de freinage selon l'invention peut de plus 5 comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, l'arbre intermédiaire comporte un pignon recevant la force de commande de la pédale de frein par une crémaillère d'entrée. Avantageusement, le moteur électrique et son réducteur sont disposés 10 suivants l'axe de l'arbre intermédiaire. Selon un mode de réalisation, l'arbre intermédiaire entraîne le maître-cylindre par une crémaillère de sortie. Dans ce cas, l'arbre intermédiaire peut supporter un pignon de sortie, qui engrène avec la crémaillère de sortie disposée suivant l'axe du maître- 15 cylindre. Selon un autre mode de réalisation, l'arbre intermédiaire entraîne le maître-cylindre par un système vis-écrou à billes. Dans ce cas, la vis à billes est avantageusement disposée suivant l'axe du maître-cylindre. 20 Avantageusement, le dispositif de commande comporte un moyen de mesure du couple délivré par le moteur électrique. Dans ce cas, l'invention a aussi pour objet un procédé de pilotage de ce dispositif de commande, qui mesure le couple du capteur de couple et celui délivré par le moteur électrique, pour en déduire le couple de commande 25 généré par la pédale de frein, et piloter le couple d'assistance en fonction de ce couple de commande. L'invention a de plus pour objet un véhicule automobile équipé d'un système de freinage disposant d'un circuit hydraulique, comportant un dispositif de commande de freinage comprenant l'une quelconque des 30 caractéristiques précédentes. 3033753 5 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 : - les figures 1 et 2 sont des dessins d'un premier dispositif de 5 commande selon l'invention ; et - les figures 3 et 4 sont des dessins d'un deuxième dispositif de commande selon l'invention. Les figures 1 et 2 présentent une tige de commande 2 disposée suivant l'axe longitudinal du véhicule, comprenant à son extrémité arrière une chape 10 recevant une force F appliquée par la pédale de frein, et sur le dessus, du côté avant indiqué par la flèche notée « AV », une crémaillère d'entrée 4 qui engrène avec un pignon menant 6 fixé sur un arbre intermédiaire 16 disposé transversalement. Un motoréducteur comporte un moteur électrique 10 entraînant 15 directement un réducteur du type cycloïdal 12, l'arbre de sortie de ce réducteur entraînant à son tour une première extrémité de l'arbre intermédiaire 16. Le moteur électrique 10 et le réducteur 12 disposés suivant l'axe de l'arbre intermédiaire 16, constituent un ensemble compact de forme extérieure globalement cylindrique. 20 L'autre extrémité de l'arbre intermédiaire 16 entraîne un système de transformation de mouvement réversible, comprenant un pignon de sortie 14 fixé sur cet arbre, qui engrène avec une crémaillère de sortie 18 disposée à l'arrière et sur le dessus d'une tige de poussée 20. L'extrémité avant de la tige de poussée 20 transmet l'effort à deux pistons 24 disposés en tandem 25 dans un maître-cylindre 22. Le maître-cylindre 22 est relié à des éléments non représentés, comprenant un bocal d'alimentation du liquide de frein disposé au-dessus, et des canalisations reliées aux circuits hydrauliques alimentant les différents freins des roues. Les deux pistons 24 disposés en tandem, alimentent deux 30 circuits hydrauliques séparés assurant la sécurité en cas de défaillance d'un de ces circuits. 3033753 6 Un capteur de couple 26 est disposé sur l'arbre intermédiaire 16, entre d'un côté les éléments générant le couple sur cet arbre, comprenant le pignon menant 6 recevant le couple venant de la pédale de frein et la première extrémité recevant le couple du moteur électrique 10, et de l'autre 5 côté le pignon de sortie 14 appliquant le couple sur le maître-cylindre 22. Le capteur de couple 26 disposé à cet endroit, mesure ainsi la somme des couples délivrés par le conducteur et par l'assistance. Avantageusement on choisit une démultiplication du réducteur cycloïdal 12 donnant une grande vitesse de rotation du moteur électrique 10, 10 notamment supérieure à 6000 tr/mn, ce qui permet d'obtenir de ce moteur à la fois une puissance élevée avec un volume et une masse réduits, tout en utilisant un volume d'aimant permanent faible pour les moteurs équipés de ce type d'aimant, ce qui est intéressant compte-tenu du coût de ce matériau. On notera que le réducteur du type cycloïdal 12 permet de manière 15 économique avec un unique étage de réduction un rapport de démultiplication très élevé, pouvant notamment dépasser vingt-cinq, tout en présentant à la fois un très bon rendement ainsi qu'un fonctionnement réversible. La transformation de mouvement de sortie par la crémaillère de sortie 18 comporte aussi un bon rendement ainsi qu'un fonctionnement 20 réversible. En particulier on peut obtenir avec ce type d'assistance un rendement qui peut atteindre 0.9. Le fonctionnement du dispositif d'assistance électrique est le suivant. Le motoréducteur comporte un moyen de mesure du couple, qui peut utiliser un 25 capteur mécanique, ou une mesure du courant consommé par le moteur électrique 10. On obtient ainsi une information de la valeur du couple d'assistance délivré par ce motoréducteur. Le capteur de couple 26 disposé sur l'arbre intermédiaire 16, donne une information sur la somme des couples délivrés par le conducteur et par le 30 dispositif d'assistance. A partir de ces deux informations, on en déduit la valeur du couple généré par le conducteur pressant sur la pédale de frein, qui est la différence entre les deux valeurs mesurées. 3033753 7 On peut ainsi facilement piloter le couple d'assistance en boucle fermé, qui peut être par exemple directement proportionnel au couple délivré par le conducteur. Dans le cas d'une défaillance du motoréducteur ou de sa commande 5 électrique, le réducteur cycloïdal 12 comprenant une cinématique réversible, la libre rotation de ce réducteur et du moteur électrique 10 permet au conducteur d'actionner la pédale de frein en entraînant en rotation l'arbre intermédiaire 16 pour obtenir un freinage sans assistance. On assure ainsi la sécurité du véhicule même en cas d'absence de l'assistance. 10 On notera qu'avec cette architecture le maître-cylindre 22 peut être disposé suivant une autre direction perpendiculaire à l'arbre intermédiaire 16, ce qui évite notamment de le mettre dans la direction longitudinale du véhicule habituellement utilisée, qui donne à l'ensemble comprenant la pédale de frein un encombrement longitudinal important. On peut en 15 particulier disposer le maître-cylindre 22 parallèlement au tablier séparant l'habitacle du compartiment moteur. Par ailleurs le système de freinage peut comporter tout type de fonction de contrôle des freins pilotée par des systèmes électroniques, généralement utilisée pour assurer le confort ainsi que la sécurité du véhicule, comprenant 20 notamment une fonction d'antiblocage des roues « ABS », une fonction d'antipatinage de ces roues « ASR », ou une fonction de contrôle de la stabilité du véhicule « ESP ». Ces fonctions comportent une pompe indépendante générant une pression hydraulique. Dans ce cas on dispose avantageusement dans le circuit hydraulique 25 de freinage, un capteur de la pression du fluide générée par le maître- cylindre 22, ce qui permet d'obtenir une boucle de retour donnant la pression réelle dans ce circuit. On peut alors en cas de défaillance de la commande hydraulique liée à la pédale de frein 2, en particulier du maître-cylindre 22, effectuer quand 30 même un freinage à partir de la valeur du couple généré par le conducteur représentant sa demande de freinage donnée par le capteur de couple 26, 3033753 8 pour freiner le véhicule en utilisant la pression fournie par la pompe indépendante. Les figures 3 et 4 présentent un dispositif de commande de freinage similaire, comportant de la même manière la tige de commande 2 et le 5 motoréducteur entraînant l'arbre intermédiaire 16, avec le capteur de couple 26 disposé avant un système de transformation de mouvement réversible comportant une vis 30 et un écrou à billes 32. L'arbre intermédiaire 16 entraîne directement la vis à billes 30 disposée suivant le même axe, pour la faire tourner avec une vitesse réduite, et 10 générer un coulissement axial de l'écrou 32 qui est bloqué en rotation. L'écrou 32 comporte des billes roulant dans la rainure hélicoïdale de la vis 30, et un système de recirculation de billes arrivant à une extrémité de cet écrou pour les maintenir à l'intérieur. On obtient ainsi un système de transformation de mouvement 15 réversible, la poussée axiale de réaction sur les pistons 24 venant de la pression du fluide, pouvant générer en retour un mouvement de rotation de l'arbre intermédiaire 16 par le système vis-écrou à billes. D'une manière générale on obtient un système d'assistance compacte, prélevant sur le véhicule une énergie faible ce qui permet de réduire la 20 consommation ainsi que les émissions de gaz polluants dans le cas d'un véhicule comportant un moteur thermique. Par ailleurs l'assistance électrique peut être facilement pilotée, avec des lois de pilotage facilement ajustables donnant différents types d'assistance afin d'améliorer le confort et la sécurité. REVENDICATIONS1. Dispositif de commande de freinage à assistance électrique pour un véhicule automobile, actionné par une pédale de frein transmettant une force 5 de commande (F) à un maître-cylindre (22) de commande hydraulique du circuit de freinage, caractérisé en ce qu'il comporte un arbre intermédiaire rotatif (16) recevant un couple appliqué par la force de commande (F) venant de la pédale de frein, et recevant un couple d'assistance venant d'un moteur électrique (10) entraînant un réducteur du type cycloïdal (12), cet arbre 10 transmettant ces deux couples au maître-cylindre (22) par un système de transformation du mouvement réversible, un capteur de couple (26) étant disposé entre les points d'application des deux couples et le maître-cylindre. 2 - Dispositif de commande de freinage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre intermédiaire (16) comporte un pignon (6) 15 recevant la force de commande (F) de la pédale de frein par une crémaillère d'entrée (4). 3 - Dispositif de commande de freinage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moteur électrique (10) et son réducteur (12) sont disposés suivants l'axe de l'arbre intermédiaire (16). 20 4 - Dispositif de commande de freinage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'arbre intermédiaire (16) entraîne le maître-cylindre (22) par une crémaillère de sortie (18). - Dispositif de commande de freinage selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'arbre intermédiaire (16) supporte un pignon de sortie 25 (14), qui engrène avec la crémaillère de sortie (18) disposée suivant l'axe du maître-cylindre (22). 6 - Dispositif de commande de freinage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'arbre intermédiaire (16) entraîne le maître-cylindre (22) par un système vis-écrou à billes (30, 32). 30 7 - Dispositif de commande de freinage selon la revendication 6, caractérisé en ce que la vis à billes (30) est disposée suivant l'axe du maître-cylindre (22). 3033753 8 - Dispositif de commande de freinage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de mesure du couple délivré par le moteur électrique (10). 9 - Procédé de pilotage d'un dispositif de commande de freinage selon 5 la revendication 8, caractérisé en ce qu'il mesure le couple du capteur de couple (26) et celui délivré par le moteur électrique (10), pour en déduire le couple de commande généré par la pédale de frein, et piloter le couple d'assistance en fonction de ce couple de commande. 10 - Véhicule automobile équipé d'un système de freinage disposant 10 d'un circuit hydraulique, caractérisé en ce que ce circuit comporte un dispositif de commande de freinage réalisé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.