Brevet FR3033754A1 — publié le 20160923

DISPOSITIF DE COMMANDE DE FREINAGE A ASSISTANCE ELECTRIQUE COMPORTANT UN REDUCTEUR DU TYPE PALAN 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 3033754 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. Par ailleurs le document FR-B1-2926860 présente deux systèmes du type cycloïdal entraînant en rotation chacun un tambour recevant l'enroulement d'un câble de frein de service, qui actionne directement un 30 frein d'une des roues d'un même essieu. Un moteur électrique entraîne par une courroie une couronne extérieure contenant deux plateaux inclinés comportant chacun des dentures tournées 3033754 3 axialement vers l'extérieur d'un côté ou de l'autre, chaque plateau présentant un point de sa denture engagé dans une denture correspondante d'une couronne disposée transversalement, liée à un des tambours. D'un côté le plateau et la couronne comporte un nombre de dents 5 identique, de l'autre un nombre de dents légèrement différent pour réaliser un réducteur de vitesse du type cycloïdal. Par un effet différentiel on obtient une tension égale des deux câbles sur chaque tambour, la vitesse d'enroulement venant du côté comprenant le réducteur cycloïdal se répartissant afin de donner une rotation des deux tambours en sens opposé. 10 Toutefois ce dispositif de commande est particulièrement adapté pour la commande d'un frein de parking comprenant deux câbles à tendre également afin de serrer de manière identique les deux freins d'un même essieu. Il n'est pas adapté pour une assistance d'une commande principale comprenant un unique mouvement à effectuer. 15 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 de frein transmettant une force de commande à un maître-cylindre de 20 commande hydraulique du circuit de freinage, remarquable en ce qu'il comporte un moteur électrique d'assistance relié à un réducteur du type cycloïdal qui entraîne en rotation un tambour, un élément souple rigide en traction s'enroulant autour d'une poulie dont l'axe est lié à la tige de commande, présentant deux extrémités tournées vers l'avant, une première 25 s'enroulant autour du tambour et une deuxième étant attachée à un point fixe. Un avantage de ce dispositif de commande de freinage est qu'il reçoit le couple d'assistance par un réducteur du type cycloïdal associé à une deuxième réduction comprenant l'élément souple formant un palan, pour 30 donner un niveau de réduction important. L'ensemble de réduction présente alors un fonctionnement réversible ce qui permet en cas de défaillance de fonctionnement de l'assistance, de réaliser quand même un mouvement de 3033754 4 la commande du maître-cylindre par la pédale de frein, en entraînant à l'inverse le réducteur cycloïdal et le moteur électrique. De plus les réducteurs du type cycloïdal comportant généralement un bon rendement, on peut obtenir une efficacité élevée de cette assistance 5 réduisant la consommation d'énergie électrique, et permettant l'utilisation d'un moteur présentant des dimensions et une masse faible, ainsi qu'un coût limité. Le dispositif de commande de freinage selon l'invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être 10 combinées entre elles. Avantageusement, le tambour comporte une gorge circulaire recevant l'enroulement de l'élément souple. Dans ce cas, la gorge circulaire comporte avantageusement une forme hélicoïdale. 15 En particulier, le dispositif de commande peut comporter deux éléments souples disposés parallèlement de manière sensiblement symétrique par rapport à un plan passant par l'axe de la tige de commande. Selon un mode de réalisation, l'élément souple est constitué par un câble de traction. 20 Avantageusement, le dispositif de commande comporte un capteur d'effort donnant une information sur la force délivrée par la pédale de frein. En particulier, le capteur d'effort peut être monté axialement entre la tige de commande et une barre intermédiaire recevant la force d'assistance. Avantageusement, le dispositif de commande comporte un moyen de 25 mesure de la pression en sortie du maître-cylindre. L'invention a aussi pour objet un procédé de pilotage d'un dispositif de commande de freinage comprenant l'une quelconque des revendications précédentes, qui est équipé d'un capteur d'effort délivré par la pédale de frein et d'un moyen de mesure de la pression en sortie du maître-cylindre, ce 30 dispositif mesurant par le capteur d'effort la force délivrée par la pédale de frein et la pression en sortie du maître-cylindre, pour piloter le couple d'assistance délivré par le moteur électrique. 3033754 5 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 caractéristiques précédentes. 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 respectivement une vue de dessus est une vue de dessous d'un dispositif de commande selon l'invention ; et 10 - la figure 3 est une vue de face d'un tambour fixé sur l'arbre de sortie du motoréducteur d'assistance de ce dispositif. Les figures 1, 2 et 3 présentent, disposés suivant un axe principal sensiblement aligné suivant la direction longitudinale du véhicule, comprenant une direction avant indiquée par la flèche notée « AV », une tige 15 de commande 2 comprenant à son extrémité arrière une chape recevant une force F appliquée par la pédale de frein, pour la transmettre par une barre intermédiaire 4 prolongeant vers l'avant cette tige de commande, à un maître-cylindre 22 disposé à l'avant. Le maître-cylindre 22 est relié à des éléments non représentés, 20 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. Deux pistons 24 disposés en tandem, alimentent deux circuits hydrauliques séparés assurant la sécurité en cas de défaillance d'un de ces circuits. 25 Un capteur d'effort 16 est installé axialement entre la tige de commande 2 et la barre intermédiaire 4, afin de mesurer uniquement la force développée par cette tige venant de la pédale de frein, qui s'applique sur la barre. Un motoréducteur présentant un axe transversal venant un peu au- dessus de la barre intermédiaire 4 et vers l'avant de cette barre, comporte un 30 moteur électrique 10 entraînant directement un réducteur du type cycloïdal 12. 3033754 6 L'arbre de sortie du réducteur cycloïdal 12 reçoit un tambour de petit diamètre 6 disposé transversalement, qui est symétrique par rapport au plan vertical passant par l'axe principal, pour former un réducteur du type palan comprenant deux câbles 14 disposés symétriquement. 5 Le moteur électrique 10 et le réducteur 12 disposés suivant l'axe du tambour 6, constituent un ensemble compact de forme extérieure globalement cylindrique. Chaque côté du tambour 6 comporte une gorge annulaire 8 comprenant une section transversale formant un demi-cercle, réalisée autour de ce 10 tambour suivant un tour complet en présentant un petit angle constant par rapport au plan transversal de ce tambour de manière à obtenir un enroulement hélicoïdal donnant un décalage axial progressif du câble 14 s'enroulant autour. Une première extrémité de chaque câble 14 étant fixée au tambour 6, le 15 câble par vers l'arrière pour s'enrouler autour d'une poulie 26 libre en rotation, puis après sensiblement un demi-tour revient vers l'avant pour présenter sa deuxième extrémité attachée à un point fixe du véhicule 20. Les deux poulies 26 sont montées chacune sur un pivot 18 fixé symétriquement de chaque côté sur la barre intermédiaire 4, vers l'arrière de 20 cette barre. On obtient ainsi pour une rotation du tambour 6 une avance de la partie supérieure de chaque câble 14 s'enroulant dans sa gorge 8 du tambour, et en prenant une réaction sur la partie inférieure des câbles qui est fixée, une avance réduite de moitié des deux poulies 26 qui entraînent par leurs pivots 25 18 la barre intermédiaire 4. La symétrie des deux câbles 14 permet de répartir les efforts de chaque côté de l'axe principal. Avantageusement on choisit une démultiplication du réducteur cycloïdal 12 donnant une grande vitesse de rotation du moteur électrique 10, notamment supérieure à 6000 tr/mn, ce qui permet d'obtenir de ce moteur à 30 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. 3033754 7 On notera que le réducteur du type cycloïdal 12 permet de manière 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 5 réversible. En choisissant un tambour 6 de petit diamètre donnant une avance du câble 14 qui est faible, et après la réduction de moitié de cette avance par le réducteur du type palan, on obtient une très forte démultiplication totale donnant une force d'assistance élevée sur la barre intermédiaire 4. De plus 10 ce réducteur du type palan comporte aussi un fonctionnement 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 circuit hydraulique comporte un moyen de mesure de la pression en 15 sortie du maître-cylindre 22, générée par la force de commande délivrée par le conducteur à laquelle s'ajoute la force développée par le motoréducteur d'assistance. Par comparaison avec l'information donnée par le capteur d'effort 16 disposé sur la tige de commande 2, représentant la force délivrée par le 20 conducteur, on obtient par différence une information sur la force d'assistance. 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. 25 Dans le cas d'une défaillance du motoréducteur ou de sa commande électrique, la tige de commande 2 actionnée par la pédale de frein peut librement avancer sans être gênée par le motoréducteur, les câbles 14 se détendant alors. On assure ainsi la sécurité du véhicule même en cas d'absence de l'assistance. 30 En option le motoréducteur peut comporter un moyen de mesure du couple, qui peut utiliser un capteur mécanique, ou une mesure du courant consommé par le moteur électrique 10. On obtient ainsi une information 3033754 8 supplémentaire représentant directement la valeur du couple d'assistance délivré par ce motoréducteur, qui peut augmenter la précision de calcul de l'assistance ainsi que le confort pour le conducteur. En variante le dispositif de commande peut comporter seulement le 5 capteur d'effort 16 sur la tige de commande 2 et le moyen de mesure du couple du moteur électrique 10, le circuit hydraulique ne comprenant pas de mesure de la pression en sortie du maître-cylindre 22, et effectuer un pilotage du couple d'assistance à partir de ces deux informations disponibles, en pilotant directement en boucle ouverte l'effort d'assistance. 10 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 notamment une fonction d'antiblocage des roues « ABS », une fonction d'antipatinage de ces roues « ASR », ou une fonction de contrôle de la 15 stabilité du véhicule « ESP ». Ces fonctions comportent une pompe indépendante générant une pression hydraulique. Dans ce cas on dispose avantageusement dans le circuit hydraulique de freinage, le 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 20 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 même un freinage à partir de la valeur de la force générée par le conducteur représentant sa demande de freinage, donnée par le capteur d'effort 16, pour 25 freiner le véhicule en utilisant la pression fournie par la pompe indépendante. D'une manière générale on obtient un système d'assistance compacte, prélevant sur le véhicule une énergie faible ce qui permet de réduire la consommation ainsi que les émissions de gaz polluants dans le cas d'un véhicule comportant un moteur thermique. Par ailleurs l'assistance électrique 30 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 de commande (F) à un maître-cylindre (22) de commande hydraulique du circuit de freinage, caractérisé en ce qu'il comporte un moteur électrique d'assistance (10) relié à un réducteur du type cycloïdal (12) qui entraîne en rotation un tambour (6), un élément souple rigide en traction (14) s'enroulant autour d'une poulie (26) dont l'axe est lié à la tige de commande (2), présentant deux extrémités tournées vers l'avant, une première s'enroulant autour du tambour et une deuxième étant attachée à un point fixe (20). 2 - Dispositif de commande de freinage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tambour (6) comporte une gorge circulaire (8) recevant l'enroulement de l'élément souple (14). 3 - Dispositif de commande de freinage selon la revendication 2, caractérisé en ce que la gorge circulaire (8) comporte une forme hélicoïdale. 4 - Dispositif de commande de freinage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte deux éléments souples (14) disposés parallèlement de manière sensiblement symétrique 20 par rapport à un plan passant par l'axe de la tige de commande (2). 5 - Dispositif de commande de freinage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément souple est constitué par un câble de traction (14). 6 - Dispositif de commande de freinage selon l'une quelconque des 25 revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur d'effort (16) donnant une information sur la force délivrée par la pédale de frein. 7 - Dispositif de commande de freinage selon la revendication 6, caractérisé en ce que le capteur d'effort (16) est monté axialement entre la 30 tige de commande (2) et une barre intermédiaire (4) recevant la force d'assistance. 3033754 10 8 - Dispositif de commande de freinage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de mesure de la pression en sortie du maître-cylindre (22). 9 - Procédé de pilotage d'un dispositif de commande de freinage selon 5 les revendications 6 et 8, caractérisé en ce qu'il mesure par le capteur d'effort (16) la force délivrée par la pédale de frein, et la pression en sortie du maître-cylindre (22), pour piloter le couple d'assistance délivré par le moteur électrique (10). 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.