Brevet FR3030664A1 — publié le 20160624

- 1 - L'invention se rapporte aux freins à disque pour véhicules. Ce type de frein est utilisé sur une grande partie des véhicules, aussi bien pour stopper un véhicule en mouvement qu'en tant que frein de parking. Un frein à disque comporte habituellement un disque solidaire en rotation d'un moyeu d'une roue, une ou deux plaquettes de frein aptes à entrer en contact avec le disque, et un piston apte à pousser les plaquettes contre le disque. Lorsqu'un utilisateur actionne le frein, de l'énergie est transmise au piston qui vient pousser les plaquettes contre le disque en rotation. Par frottement, une partie de l'énergie cinétique du disque est dissipée et la roue solidaire du disque voit sa vitesse diminuer, éventuellement jusqu'à l'arrêt. Si le véhicule est à l'arrêt et que le frein à disque fait office de frein de parking, le disque bloque en rotation le moyeu. Pour cela, l'utilisateur actionne le frein de parking après avoir stationné le véhicule. Comme le véhicule était en fonctionnement, la température du frein baisse à partir du début du stationnement. Néanmoins, lors du refroidissement du véhicule, le frein de parking peut devenir 15 inopérant, entraînant ainsi un danger en termes de sécurité. En effet, l'utilisateur a actionné le frein de parking alors que celui-ci présentait une température élevée de sorte que le piston, le disque et les plaquettes étaient dilatés par rapport à leur état à température ambiante. C'est pourquoi, lors du refroidissement du système de freinage, ces éléments se contractent. Mais le piston risque alors de ne plus maintenir 20 la plaquette de frein contre le disque avec une force suffisante, ce qui pourrait libérer en rotation le moyeu de la roue. Dès lors, si le véhicule est stationné sur une pente, il repart. Actuellement, pour résoudre ce problème, le système électronique du véhicule détecte le relâchement du système de freinage et commande le mouvement du piston. Celui-ci vient donc à nouveau pousser les plaquettes contre le moyeu pour immobiliser 25 le véhicule. Mais le système électronique, qui actionne le système de freinage, émet un bruit inhabituel de nature à inquiéter un utilisateur se trouvant à bord du véhicule. De plus, si la batterie du véhicule est déchargée, le système électronique ne peut pas procéder à cette opération. Le frein de parking du véhicule est alors inopérant. 30 Un but de l'invention est donc de maintenir le véhicule immobilisé même si le frein connaît des changements de température et en palliant à ces inconvénients. Pour ce faire, on prévoit selon l'invention un frein à disque qui comporte au moins une plaquette, au moins un piston apte à déplacer la plaquette, et au moins un organe apte à solliciter la plaquette et le piston l'un par rapport à l'autre, et ayant une dimension 35 suivant une direction parallèle à un axe longitudinal du piston qui diminue lorsqu'une température de l'organe augmente. Ainsi, l'organe compense la contraction ou la dilatation thermique du système de - 2 - freinage afin de garantir le maintien du freinage dans le temps. De plus, cela se produit sans utiliser d'énergie électrique. L'utilisateur n'a donc pas à se soucier de l'état de la batterie du véhicule à cet égard. Comme l'énergie utilisée est ici thermique, un tel frein est fiable et peut être monté sur une grande majorité de types de véhicule. En outre, aucun bruit susceptible d'inquiéter l'utilisateur n'est produit. De plus, comme les effets dus aux variations de température sont compensés, on peut utiliser un matériau de friction moins cher pour la fabrication des plaquettes. Avantageusement, le frein comprend un mécanisme de frein de parking. Selon un mode de réalisation, l'organe s'étend à l'extérieur du piston. De préférence, l'organe s'étend entre le piston et la plaquette. En position de freinage, l'organe est alors en contact avec le piston et la plaquette. Avantageusement, l'organe s'étend entre une extrémité du piston et une face de la plaquette. Selon un mode de réalisation, l'organe est directement fixé à la plaquette. Le piston ne porte donc pas l'organe, il est donc plus léger et moins d'énergie est nécessaire pour le mouvoir. De préférence, l'organe s'étend à l'intérieur du piston. Il est ainsi dans une position protégée au sein du système de freinage. Avantageusement, l'organe comprend deux parties, l'une des parties étant fixée à l'autre 20 par ses seules extrémités. Il s'agit d'un moyen efficace pour obtenir un organe au comportement anisotrope par rapport aux modifications de température. De préférence, l'organe comprend un bilame dont chaque lame a un coefficient de dilatation thermique différent de l'autre. 25 Il s'agit également d'un moyen efficace pour produire un organe anisotrope. Selon un mode de réalisation, les deux lames du bilame ont le même coefficient de dilatation thermique. Avantageusement, une des lames du bilame présente un relief, un espace étant situé entre les lames. 30 L'effet anisotrope est alors augmenté. De préférence, la lame présentant le relief a un coefficient de dilatation thermique inférieur à celui de l'autre lame. De même, on augmente ainsi encore l'effet anisotrope. Selon un mode de réalisation, l'organe comprend un matériau à mémoire de forme. 35 En effet, indépendamment de la dilatation, on peut tirer parti de cette propriété pour obtenir une déformation de l'organe sous l'effet d'une variation de température. De préférence, l'organe comprend un matériau amortisseur de vibrations. - 3 - Le frein à disque est alors plus résistant aux vibrations mécaniques. On va maintenant décrire à titre d'exemples non limitatifs deux modes de réalisation de l'invention à l'aide des figures suivantes : - la figure 1 est une vue en coupe d'un frein à disque selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue en perspective d'un organe du frein de la figure 1, - la figure 3 est une vue en coupe de l'organe, du piston et d'une plaquette du frein de la figure 1, - la figure 4 est une vue analogue à la figure 3 montrant une variante du premier mode de réalisation, et - la figure 5 est une vue en coupe d'un organe et d'un piston d'un frein selon un deuxième mode de réalisation. On a représenté à la figure 1 un premier mode de réalisation de l'invention sous la forme d'un frein à disque 100 à étrier flottant muni d'un dispositif d'actionnement avantageusement électrique de frein de parking (non représenté) et qui comprend un piston 20, un organe 10, un disque 26, deux plaquettes 22 et 23 et un étrier 24. Le piston 20 et l'organe 10 forment un actionneur du frein. Le piston 20 est apte à se mouvoir en translation le long d'un axe longitudinal ()0(') au sein de l'étrier 24, par exemple grâce à la pression exercée par un liquide de frein qui se trouve dans un conduit 30. Le piston 20, l'organe 10, la plaquette 22, le disque 26 et la plaquette 23 sont alignés dans cet ordre le long de l'axe (X('). Par translation, le piston 20 est apte à déplacer les plaquettes 22 et 23 en direction du disque 26 solidaire en rotation d'un moyeu 28 d'une roue. Le piston 20 peut notamment positionner les plaquettes 22 et 23 situées de part et d'autre du disque 26 contre ce dernier. Le disque 26 et le moyeu 28 s'étendent suivant des plans perpendiculaires à l'axe longitudinal ()0(') du piston. Sur commande, le dispositif de frein de parking avantageusement automatique, applique les plaquettes sur le disque avec une force suffisante pour maintenir immobile le véhicule conformément à la réglementation en vigueur. On a représenté à la figure 2 l'organe 10 de l'actionneur. L'organe comprend ici un bilame composé de deux lames 12 et 14 allongées suivant une direction (YY') perpendiculaire à l'axe (X('). La lame 12, qui porte la lame 14, est plane et de forme rectangulaire. La lame 14 est également de forme rectangulaire mais présente en outre un relief cylindrique 16 sur sa partie centrale. L'axe du cylindre s'étend perpendiculairement à la direction longitudinale de la lame. Les lames 12 et 14 sont fixées l'une à l'autre sauf au niveau du relief 16 de la lame 14. Ainsi, un espace 18 rempli d'air subsiste entre le relief 16 de la lame 14 et la lame 12. Les lames sont fixées rigidement - 4 - l'une à l'autre par leurs extrémités. En outre, les lames 12 et 14 présentent une épaisseur suivant la direction de l'axe (XX') suffisante pour supporter la force d'application de plaquettes sur le disque par exemple égale à 2 x 104 N. Les deux lames ont été faites à partir de matériaux différents mais de préférence 5 choisis parmi la famille des métaux ou alliages métalliques. La lame 12 présente un coefficient de dilatation thermique sensiblement supérieur à celui de la lame 14. On a représenté à la figure 3 l'organe 10 directement relié au piston 20 et à la plaquette 22 du frein de la figure 1. L'organe 10 est rigidement fixé à la face externe 21 d'une paroi du piston 20 qui est 10 susceptible de pousser la plaquette 22 contre le disque 26. L'organe 10 est fixé par une face de la lame 12 qui est opposée à la lame 14. Ainsi, le relief 16 de la lame 14 est ici en regard de la plaquette 22. Ce positionnement est tel que la variation d'épaisseur du relief 16 s'effectue selon une direction parallèle à l'axe longitudinal (XX') du piston 20. On va maintenant décrire le comportement de l'organe 10 avec l'évolution d'une 15 température de l'organe. A température ambiante, l'organe est tel que représenté à la figure 2. Lorsque la température au sein de l'organe augmente, les deux lames se dilatent localement dans les trois directions de l'espace. Comme le coefficient de dilatation thermique de la lame 12 est plus important que celui de la lame 14, et que ces deux lames sont rigidement 20 fixées par leurs extrémités, la dimension du relief 16 selon l'axe longitudinal (XX') diminue. En effet, la lame 12, qui se dilate plus que la lame 14, provoque un écartèlement de cette dernière selon l'axe (YY'). Cet écartèlement introduit un champ de contraintes mécaniques au sein de la lame 14. Pour compenser ce champ de contraintes, le relief 16 s'aplanit selon l'axe (XX'). Ainsi, malgré l'augmentation de la température au sein de 25 l'organe 10, son épaisseur diminue selon une direction, en l'occurrence la direction parallèle à l'axe (XX') et sa dimension augmente selon une autre direction, en l'occurrence une direction parallèle à l'axe (YY'). Ce changement d'épaisseur est réversible. C'est pourquoi, après retour à la température ambiante, l'organe 10 retrouve son état illustré à la figure 2. En effet, les 30 matériaux et les dimensions des lames sont choisis de telle sorte que les lames 14 et 16 se déforment de manière réversible uniquement. Les domaines de température auxquels l'organe est soumis seront précisés plus loin. On va maintenant décrire, en références aux figures 1 et 2, le fonctionnement d'un frein à disque équipé de l'organe 10. 35 Lorsqu'un véhicule équipé d'un frein 100 est en déplacement, l'utilisateur actionne, au cours de son trajet, à plusieurs reprises le frein 100 afin de ralentir ou arrêter le véhicule. Ainsi, par frictions, la température de l'ensemble des pièces du frein augmente. De - 5 - plus, la roue étant en contact avec le sol et en rotation, sa température s'élève également, augmentant ainsi celle du frein 100. C'est pourquoi, le piston 20 et la plaquette 22 se dilatent de manière anisotrope. En conditions d'utilisations normales, le disque peut atteindre 500°C et le piston 100°C. Après que l'utilisateur a arrêté le véhicule à des fins de stationnement, il actionne le frein à disque 100. A ce moment, le piston 20 et la plaquette 22 sont dilatés dans toutes les directions de l'espace. Comme le frein est actionné, la face 21 du piston 20 pousse la plaquette 22 contre le disque. L'organe 10, positionné entre la face 21 du piston 20 et la plaquette 22, est en contact avec ces deux éléments. Au fur et à mesure la température de l'ensemble 30 diminue. Ainsi, le piston 20 et la plaquette 22 se rétractent, notamment selon une direction parallèle à l'axe ()0('). Mais comme l'organe 10 voit, dans le même temps, son épaisseur augmenter selon cet axe ()0(') en raison du mécanisme décrit précédemment, la rétractation du piston 20 et de la plaquette 22 est compensée par cette augmentation. Ainsi, la force de serrage reste 15 identique et on est sûr que le véhicule reste immobilisé. On a illustré à la figure 4 une variante du premier mode de réalisation. Ici, l'organe 10 est rigidement fixé à une face 33 de la plaquette de frein 22 en regard de la face 21 du piston 20. Comme l'organe 10 y est fixé par la face de la lame 12 opposée à la lame 14, cette dernière est ici en regard de la face 21 du piston. Le fonctionnement demeure 20 inchangé. Selon une variante du premier mode de réalisation, l'organe 10 comprend un matériau absorbeur de vibrations sous la forme d'une couche appliquée sur la lame 14 ou, selon une autre variante, entre la lame 14 et 12 ou encore sur la lame 12. Les vibrations de la plaquette 22 ne peuvent alors être transmises au piston 20 et vice et versa. La robustesse 25 du système de freinage est alors améliorée. Selon un deuxième mode de réalisation illustré à la figure 5, l'organe est rigidement fixé à une face interne de la paroi du piston 20. A nouveau, l'organe est fixé par la face de la lame 12 opposée à la lame 14. Le relief 16 de l'organe 10 s'étend ainsi depuis la face 21 dans une direction parallèle à l'axe ()0('). 30 On va maintenant décrire le fonctionnement d'un frein à disque dans le cas, illustré à la figure 5. Le relief 16 de l'organe est mécaniquement retenu dans sa position selon la direction parallèle à l'axe ()0('). Pour ce faire, l'organe est en appui sur le dispositif de compensation d'usure, non représenté, situé à l'intérieur du piston. Typiquement, il s'agit 35 d'un dispositif vis-écrou. Ainsi, lorsqu'il s'aplanit sous l'effet d'une augmentation de la température selon le mécanisme décrit précédemment, la paroi portant la face 21 du piston 20 se rétracte. Le fonctionnement de l'ensemble formé du piston 20, de la - 6 - plaquette 22 et de l'organe 10 est donc similaire à celui décrit précédemment. Selon une variante, l'organe ne comporte qu'une seule partie et est produit à partir d'un matériau à mémoire de forme. Ainsi, celui-ci présente le même comportement vis-à-vis de la température que l'organe précédemment décrit. L'organe a alors la propriété de se présenter sous une forme lorsque une température est inférieure à une valeur prédéterminée et sous une autre forme lorsque la température dépasse ce seuil. L'organe est produit par exemple à partir d'un alliage nickel-titane ou cuivre-aluminium dont les phases cristallographiques permettent l'effet à mémoire de forme. Ces exemples d'alliage ne sont bien sûr par limitatifs vis-à-vis de l'invention. En variante, la lame 14 est solidarisée directement, par exemple par soudure ou brasure sur son support tel que le support de garniture (backplate en terminologie anglosaxone) ou sur le fond 21 du piston 20 sans interposition d'une lame 12. Il est bien entendu que l'organe 10 est avantageusement adapté pour éviter ou minimiser la perturbation de fonctionnement normal du frein de service, du frein de secours et/ou du frein de parking, notamment en ce qui concerne ses performances, son rendement, son endurance, sa robustesse, le couple résiduel ainsi que le bruit et vibrations engendrés. Sans sortir du cadre de celui-ci, on a décrit et illustré un frein hydraulique à étrier flottant. Il est bien entendu que la présente invention s'applique à tout type de freins, notamment au frein à étrier fixe et/ou au frein électrique. Dans une variante (non représentée) le frein selon la présente invention comporte des moyens pour élever temporairement, au moins avant application du frein de parking, la température de l'organe, tel que des caloducs (conducteurs de chaleur favorisant le passage de chaleur à partir d'éléments dont la température est susceptible d'être élevée lors de la conversion de l'énergie cinétique du véhicule en une énergie calorifique - typiquement garniture des plaquettes et/ou des moyens de chauffage actifs tels qu'une résistance électrique, alimentée en courant électrique sur commande juste avant l'application du frein de parking. Avantageusement, la résistance a une forte puissance par rapport à l'inertie thermique de l'organe de manière à retarder que très faiblement le temps d'application de frein. En variante avantageuse, l'organe, notamment la ou les lames 12 et/ou 14, sert de résistance électrique et est donc connecté, sur commande, à un dispositif d'alimentation électrique. Il est à noter que le chauffage actif de l'organe permet, en garantissant lors de son refroidissement un effort d'immobilisation du véhicule suffisant, de réduire la puissance de l'actionneur du frein de parking, notamment du moteur électrique d'un frein de parking à actionnement électrique. En variante, un tel frein selon la présente invention associé à un dispositif d'actionnement manuel de frein de parking (typiquement un levier de frein à main) assure l'assistance au serrage du frein à main non nécessairement muni d'actionneurs supplémentaires. Avantageusement, des - 7 - moyens typiquement électromécaniques empêchent l'attraction sur un câble de frein de parking tant que la température de l'organe garantissant la confirmation de l'activation du frein de parking n'a pas été atteinte. Cette température est soit déduite de la résistance (variable avec la température atteinte par cette résistance), soit une temporisation tient compte de la puissance électrique absorbée par la résistance. Bien entendu, on pourra apporter de nombreuses modifications à l'invention sans sortir du cadre de celle-ci. On pourra par exemple varier le positionnement de l'organe au sein du frein à disque, ainsi que son épaisseur et la hauteur de son relief. On pourra également modifier le nombre de lames ainsi que les matériaux utilisés. Nomenclature : 10: organe 12: lame 14: lame 16: relief de la lame 14 18: espace entre la lame 12 et le relief 16 20: piston 21: face du piston 22: plaquette 23: plaquette 24: étrier 26: disque 28: moyeu 30: canal de liquide de frein 33 : face de la plaquette 34: paroi latérale du piston 36: paroi latérale du pistonclairement à l'homme du métier. REVENDICATIONS1. Frein à disque pour véhicule comportant : - au moins une plaquette (22), - au moins un piston (20) apte à déplacer la plaquette (22), le frein étant caractérisé en ce qu'il comporte au moins un organe (10) apte à solliciter la plaquette (22) et le piston (20) l'un par rapport à l'autre, et ayant une dimension suivant une direction parallèle à un axe longitudinal (X(') du piston (20) qui diminue lorsqu'une température de l'organe (10) augmente. 2. Frein à disque selon la revendication précédente, comportant un mécanisme de frein de parking. 3. Frein selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'organe (10) s'étend à l'extérieur du piston (20). 4. Frein selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'organe (10) s'étend entre le piston (20) et la plaquette (22). 5. Frein selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'organe (10) est directement fixé à la plaquette (22). 6. Frein selon la revendication 1, dans lequel l'organe (10) s'étend à l'intérieur du piston (20). 7. Frein selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'organe (10) comprend deux parties (12, 14), l'une des parties étant fixée à l'autre par ses seules extrémités. 8. Frein selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'organe (10) comprend un bilame, les deux lames (12, 14) ayant le même coefficient de dilatation thermique. 9. Frein selon au moins l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel 35 l'organe (10) comprend un bilame dont chaque lame (12, 14) a un coefficient de dilatation thermique différent de l'autre.-9- 10. Frein selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, dans lequel une des lames (14) du bilame présente un relief, un espace (18) étant situé entre les lames (12, 14). 11. Frein selon la revendication 9, dans lequel une lame (14) présente un relief (16), un espace (18) étant situé entre les lames (12, 14), la lame présentant le relief ayant un coefficient de dilatation thermique inférieur à celui de l'autre lame (12).