Brevet FR3031155A1 — publié le 20160701

- 1 - « Système de rétractation active des garnitures de frein, et garniture correspondante » L'invention se rapporte à un système de rétractation active des garnitures de frottement dans un frein. Selon l'invention, ce système de 5 comprend un actuateur électrique produisant un écartement momentané d'au moins deux éléments de ladite chaîne d'appui. De préférence, l'actuateur fournit une action mécanique produite directement en translation, sans élément entraîné en rotation de façon continue. 10 Un tel actuateur et monté par exemple dans un piston de frein, électrique ou hydraulique, ou sur les supports de coulissement d'un frein à disque à montage flottant, ou de façon solidaire au dos d'une ou plusieurs garnitures. Il fonctionne par exemple par chauffage résistif d'un élément variant 15 en matériau à mémoire de forme, ou d'un élément variant se dilatant dans une enceinte confinée, ou par alimentation d'un solénoïde. L'invention se rapporte en outre à une garniture de frein ainsi équipée. Etat de la technique 20 Dans le domaine des freins de véhicules routiers, notamment à quatre roues et en particuliers des véhicules automobiles ou utilitaires légers ou lourds, la dissipation de l'énergie cinétique est les plus souvent obtenue par frottement créé sous l'effet d'un serrage entre des garnitures de frottement et une piste de frottement solidaire en rotation de la roue. 25 Ce serrage est le plus souvent obtenu par déplacement d'un ou plusieurs pistons sous l'effet d'une pression hydraulique pour le frein de service, et par traction d'un câble ou par actuateur électromécanique pour le frein de stationnement et de secours. Une fois qu'une phase de freinage est terminée, pendant le roulage ou 30 à l'issue d'un stationnement, les garnitures ont tendance à rester au contact de la piste de frottement même si elles ne subissent plus d'effort de serrage. Il se produit ainsi un frottement permanent constituant un freinage "résiduel", 3031155 - 2 - qui représente une usure et une consommation de carburant supplémentaires, avec tous les inconvénients que cela entraîne. Ce problème se pose pour tous les freins à actionnement hydraulique, et un grand nombre de ceux à actionneur électrique. Il a été proposé d'insérer un ressort écarteur, mais le fonctionnement reste insuffisamment efficace et/ou fiable. Un but de l'invention est de pallier les inconvénients de l'état de la technique, et de diminuer ce freinage résiduel. Cet objectif est recherché conjointement avec des avantages en matière de simplicité, coût et fiabilité, de fabrication et d'entretien. Exposé de l'invention Dans ce but, l'invention propose un système de rétractation active des garnitures de frottement dans un frein fonctionnant par serrage de garnitures de frottement contre une piste de frottement en rotation au sein d'un ensemble d'éléments serrés entre eux pour former une chaine d'appui. Selon l'invention, ce système de rétractation comprend au moins un actuateur électrique produisant un écartement momentané d'au moins deux éléments de ladite chaîne d'appui. De préférence, l'actuateur fournit une action mécanique produite directement en translation, sans élément entraîné en rotation de façon continue. Exemples d'architectures de fonctionnement Différentes architectures de fonctionnement mécanique sont prévues, et par exemple les suivants. Dans un premier exemple de mode de réalisation, l'actuateur est installé dans un mécanisme de frein agissant par déplacement d'au moins un piston de frein hors de son logement pour venir appuyer sur au moins une garniture de frottement. L'actuateur agit alors par rétractation dudit piston de frein à l'intérieur de son logement. Dans un deuxième exemple de mode de réalisation, l'actuateur est fixé à la garniture et agit en déplaçant un élément de poussée de façon à le faire 3031155 - 3 - dépasser de la surface de frottement de ladite garniture du côté de la piste de frottement. Cet élément de poussée s'appuie ainsi sur la surface de frottement pour créer activement un jeu, ou "air gap" en Anglais, entre la piste de frottement et la garniture. 5 Dans un troisième exemple de mode de réalisation, le système de rétractation est appliqué à un frein à disque à montage flottant dans lequel un élément dit flottant (par typiquement l'étrier ou sa chape) qui immobilise la garniture en rotation est mobile en translation sur au moins un guide de 10 coulissement parallèle à l'axe de la roue. L'actuateur agit alors en appuyant sur ledit élément pour le déplacer sur son guide de coulissement et ainsi introduire un jeu dans la chaîne d'appui. Exemples de modes d'actionnement 15 Pour ces différentes architectures, différents modes d'actionnement sont prévus selon différents principes physiques, et par exemple les suivants. Selon une particularité, l'actuateur comprend un élément chauffant activé par le passage d'un courant électrique et dont l'augmentation de température provoque une modification de géométrie d'un élément dit 20 variant réalisé en un matériau à mémoire de forme et qui relie mécaniquement au moins deux pièces, ladite modification de géométrie produisant ainsi un rapprochement ou un écartement desdits pièces. Selon une autre particularité, l'actuateur comprend un élément chauffant activé par le passage d'un courant électrique et dont l'augmentation 25 de température provoque une dilatation d'un élément variant formé par un matériau remplissant une enceinte confinée (notamment un volume empli de paraffine) fermée par une pièce de poussée mobile en translation, ladite dilatation produisant ainsi un déplacement en translation de ladite pièce de poussée. 30 Optionnellement, le système comprend en outre un dispositif de refroidissement activé par le passage d'un courant électrique (par exemple un module à effet Peltier), qui est agencé pour refroidir l'élément chauffant 3031155 - 4 - ou l'élément variant sur lequel il agit, réalisant ainsi une interruption commandée de l'action de rétractation. Selon encore une autre particularité, l'actuateur comprend un solénoïde déplaçant en translation un élément mobile sous l'effet d'un courant 5 électrique Optionnellement et de façon générale dans tous les modes de réalisation et modes de fonctionnement, l'actuateur est alimenté électriquement, en totalité ou en partie, par un générateur formé entre un 10 dispositif électromagnétique fixe en rotation et un aimant permanent solidaire en rotation de la roue. Il s'agit par exemple de l'aimant permanent de détection du capteur de vitesse de roue utilisé pour l'ABS ou l'ESP. Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un véhicule ou sous-15 ensemble de véhicule comprenant au moins un frein muni d'un système de rétractation active tel qu'exposé ici. Selon encore un autre aspect de l'invention, il est proposé une garniture de frottement pour frein à disque comprenant au moins un 20 actuateur agencé pour être utilisé dans un système tel qu'exposé ici, dans ses modes de réalisation où la garniture porte elle-même un actuateur. Encore selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé de commande d'un frein ou d'un système de freinage comprenant une 25 communication entre au moins un calculateur électronique et l'actuateur de rétractation d'un système tel qu'exposé ici. Ce procédé comprend alors au moins une étape de commande dudit actuateur pour produire une rétractation active au sein d'au moins un frein dans une ou plusieurs des situations suivantes : 30 détection d'une fin de commande de freinage commandée par un utilisateur, détection d'un desserrage ou d'une commande de desserrage du frein de stationnement, 3031155 - 5 - réception d'une commande de desserrage générée par un système de freinage automatisé, par exemple dans un système ABS ou antipatinage ou de stabilisation de trajectoire. 5 Cette technologie à actionnement direct et peu de pièces mobiles apporte en particulier une bonne efficacité dans la rétractation en comparaison de garnitures et/ou d'un frein normal. Elle permet de générer une force de desserrage de façon très robuste et avec une meilleure efficacité dans la diminution du freinage résiduel. Elle est particulièrement bien adaptée 10 à un système de contrôle électrique avec ou sans fil. Elle permet de bonnes améliorations environnementales et de consommation, y compris avec des freins à frein de service hydraulique voire entièrement hydrauliques. Des modes de réalisation variés de l'invention sont prévus, intégrant 15 selon l'ensemble de leurs combinaisons possibles les différentes caractéristiques optionnelles exposées ici. Liste des figures D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la 20 description détaillée d'un mode de mise en oeuvre nullement limitatif, et des dessins annexés sur lesquels : la FIGURE 1 est un organigramme qui illustre l'architecture fonctionnelle d'un exemple de mode de réalisation de l'invention ; la FIGURE 2 illustre schématiquement un premier exemple de mode de 25 réalisation de l'invention fonctionnant par actuateur incorporé dans un cylindre de frein à disque : o en FIGURE 2a, en coupe selon l'axe du piston, o en FIGURE 2b, en perspective transparente vue de l'arrière de la garniture ; 30 la FIGURE 3 illustre schématiquement un deuxième exemple de mode de réalisation de l'invention fonctionnant par actuateur incorporé dans un soufflet de protection des colonnettes portant l'étrier d'un frein à disque à montage flottant, 3031155 - 6 -0 en FIGURE 3a, en coupe selon l'axe de la colonnette vue en perspective, o en FIGURE 3b, en perspective représentant uniquement les fils conducteurs, 5 o en FIGURE 3c, en perspective en vue partielle de la partie de branchement de l'actuateur ; la FIGURE 4 illustre schématiquement un troisième exemple de mode de réalisation de l'invention fonctionnant par actuateur incorporé dans une garniture de l'étrier de frein, vue en coupe longitudinale selon l'axe 10 de l'actuateur, dans un fonctionnement à alliage à mémoire de forme la FIGURE 5 illustre le troisième exemple de mode de réalisation dans une variante à chauffage d'enceinte confinée ; la FIGURE 6 illustre le troisième exemple de mode de réalisation dans une variante à solénoïde ; 15 la FIGURE 7 est une vue schématique en perspective transparente qui illustre une garniture selon le troisième exemple de mode de réalisation ; la FIGURE 8 est une vue schématique en perspective transparente qui illustre la branche d'appui d'un étrier de frein à disque à montage 20 flottant, selon le troisième exemple de mode de réalisation. Description d'un exemple de mode de réalisation La FIGURE 1 illustre de manière générale un exemple d'architecture fonctionnelle pouvant être appliquée à un système selon l'invention, en en 25 particulier aux exemples de modes de réalisation décrit aux figures suivantes. Mode de réalisation 1 La FIGURE 2 illustre un premier exemple de mode de réalisation de l'invention fonctionnant par actuateur incorporé dans un cylindre de frein à disque. 30 Dans cet exemple, le piston de frein renferme un élément variant formé par un fil ou un ressort en alliage à mémoire de forme. A l'une de ses extrémités, cet élément variant est fixé d'un à la paroi de l'extrémité d'appui du piston. A son autre extrémité, il est fixé au boîtier d'étrier au fond du logement de piston. 3031155 - 7 - Cet élément variant est électriquement connecté par ses deux extrémités à un circuit électrique et présente une résistance ohmique déterminée pour que son alimentation électrique le fasse s'échauffer. Sous l'effet de cette montée en température, l'alliage reprend sa forme d'origine, 5 laquelle a été choisie pour que sa géométrie en soit raccourcie entre les points de fixation de ses deux extrémités. Il cherche alors à se rétracter et entraîne le piston en le ramenant vers l'intérieur de son logement, créant ainsi un jeu dans la chaîne d'appui qui libère la garniture et diminue ou supprime le freinage résiduel. 10 Mode de réalisation 2 La FIGURE 3 illustre un deuxième exemple de mode de réalisation de l'invention fonctionnant par actuateur incorporé dans un soufflet de protection qui entoure les colonnettes de coulissement qui portent l'étrier ou la chape d'un frein à disque à montage flottant. 15 Ce soufflet est réalisé par une paroi en caoutchouc ou élastomère qui entoure la colonnette. Dans l'épaisseur de cette paroi est noyé un fil conducteur, qui la parcoure approximativement selon une ou plusieurs hélices. Les parties d'extrémités sont parcourue par un fil élastique classique, 20 par exemple de l'acier, qui assure le maintien et l'étanchéité. Une partie des spires au centre du soufflet est parcourue par un fil en alliage à mémoire de forme formant un élément variant. Cet élément variant est électriquement connecté par ses deux extrémités à un circuit électrique et présente une résistance ohmique déterminée pour que son alimentation électrique le fasse 25 s'échauffer. Sous l'effet de cette montée en température, l'alliage reprend sa forme d'origine, laquelle a été choisie pour que sa géométrie en soit allongée ou raccourcie entre les extrémités du soufflet, selon l'agencement du soufflet à l'intérieur du frein. Il cherche alors à allonger ou rétracter le soufflet, déplaçant ainsi l'élément flottant du montage, ce qui crée un jeu dans la 30 chaîne d'appui qui libère la garniture et diminue ou supprime le freinage résiduel. 3031155 - 8 - Mode de réalisation 3 Les FIGURE 4 à FIGURE 8 illustre un troisième exemple de mode de réalisation de l'invention fonctionnant par actuateur incorporé dans une garniture de l'étrier d'un frein à disque. 5 Comme on le voit en FIGURE 4, ce mode de réalisation comprend un actuateur fixé au dos de la garniture. Cet actuateur est d'un type provoquant un déplacement d'une tige de poussée en translation. Cette tige de poussée est dirigée vers la piste de frottement du disque, et est mobile dans un orifice traversant toute l'épaisseur de la garniture. En positon au repos, l'extrémité 10 distante de cette tige de poussée est sensiblement au niveau de la surface de frottement de la garniture. Typiquement, elle est réalisée dans un matériau tendre qui peut s'user en même temps que la garniture sans bruit ni dommage pour le disque, par exemple du cuivre ou du bronze. Lorsqu'il est activé, l'actuateur déplace la tige de poussée vers le 15 disque et l'appuie sur sa surface. Par réaction, l'actuateur entraîne alors la garniture dans le sens opposé, créant ainsi un jeu ou espace libre entre la garniture et le disque. On obtient ainsi une diminution fiable et efficace du freinage résiduel. Optionnellement, la tige de poussée est connectée électriquement avec 20 le système de détection d'usure, et peut remplir la fonction de capteur d'usure. Le même câblage peut alors être utilisé, avec des conducteurs supplémentaires ou avec les mêmes conducteurs. La FIGURE 4 illustre ce mode de réalisation avec un actuateur fonctionnant par un élément variant en alliage à mémoire de forme, qui 25 change de géométrie lorsqu'il s'échauffe sous l'effet d'une alimentation électrique. Cet élément variant est ici une hélice entourant la tige de poussée et fixé d'un côté à la garniture et de l'autre côté à une coupelle. Lorsqu'elle se rétracte cette hélice tire sur la rondelle qui appuie sur la tige de poussée et l'enfonce dans l'orifice de la garniture. 30 La FIGURE 5 illustre ce mode de réalisation avec un actuateur fonctionnant par chauffage d'une enceinte confinée à l'aide d'une résistance, formant un thermo-actuateur. Cette enceinte est remplie d'un matériau qui se dilate fortement à la chaleur, par exemple de la paraffine similaire à celle 3031155 - 9 - utilisée dans les robinets thermostatiques. Sa dilatation déplace un piston qui appuie sur la tige de poussée. La FIGURE 6 illustre ce mode de réalisation avec un actuateur fonctionnant par un solénoïde, dont le noyau est fixé sur ou appuie sur la tige 5 de poussée. L'alimentation électrique des spires déplace alors la tige de poussée vers le disque. La FIGURE 7 illustre une garniture ainsi équipée lorsqu'elle est montée dans un étrier de frein du côté du piston. La FIGURE 8 illustre une garniture ainsi équipée lorsqu'elle est montée 10 dans un étrier de frein à montage flottant du côté des doigts d'étrier. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. 15 REVENDICATIONS1. Système de rétractation active des garnitures de frottement dans un 5 frein fonctronnaîr par serrage de garnitures de frottement contre une piste de frottement en rotation au sein d'un ensemble d'éléments serrés entre eux pour former une chaine d'appui, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un actuateur électrique produisant un écartement momentané d'ae moins deux éléments de ladite 10 chaîne d'appui. 2. Système selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'actuateur est installé dans un mécanisme de frein agissant par déplacement d'au moins un piston de frein hors de son logement pour venir 15 appuyer sur au moins une garniture de frottement, et en ce que l'actuateur agit par rétractation dudit piston de frein à l'intérieur de son logement. 3. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, 20 caractérisé en ce que l'actuateur est fixé à la garniture et agit en déplaçant un élément de poussée de façon à le faire dépasser de la surface de frottement de ladite garniture du côté de la piste de frottement. 4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes 25 appliqué à un frein à disque à montage flottant dans lequel un élément dit flottant qui immobilise la garniture en rotation est mobile en translation sur -àu moins un guide de coulissement parallèle à l'axe de la roue, caractérisé en ce que l'actuateur agit en appuyant sur ledit élément pour le déplacer sur son guide de coulissement et ainsi introduire un jeu dans la chaîne 30 d'appui. 5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'actuateur fournit une action mécanique produite directement en translation, sans élément entraîné en rotation de façon 3031155 continue. 6. Système selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'actuateur comprend un élément chauffant activé par le passage d'un courant électrique et dont l'augmentation de température provoque une modification de géométrie d'un élément dit variant réalisé en un matériau à mémoire de forme et qui relie mécaniquement au moins deux pièces, ladite modification de géométrie produisant ainsi un rapprochement ou un écartement desdits pièces. 10 7. Système selon l'une quelconque des revendications 5 à 6, caractérisé en ce que l'actuateur comprend un élément chauffant activé par le passage d'un courant électrique et dont l'augmentation de température provoque une dilatation d'un élément variant formé par un matériau remplissant une 15 enceinte confinée fermée par une pièce de poussée mobile en translation, ladite dilatation produisant ainsi un déplacement en translation de ladite pièce de poussée. 8. Système selon l'une quelconcree-des revendications 6 à 7, caractérisé en 20 ce qu'il comprend en outre un dispositif de refroidissement activé par le passage d'un courant électrique, qui est agencé pour refroidir l'élément chauffant ou l'élément variant sur lequel il agit, réalisant ainsi une interruption commandée de l'action de rétractation. 25 9. Système selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que l'actuateur comprend un solénoïde déplaçant en translation un élément mobile sous l'effet d'un courant électrique. 10. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, 30 caractérisé en ce que l'actuateur est alimenté électriquement, en totalité ou en partie, par un générateur formé entre un dispositif électromagnétique fixe en rotation et un aimant permanent solidaire en rotation de la roue. 11. Véhicule ou sous-ensemble de véhicule comprenant au moins un frein 3031155 - 12 - muni d'un système de rétractation active selon l'une quelconque des revendications précédentes. 12. Garniture de frottement pour frein à disque comprenant au mollis un actuateur agencé pour être utilisé dans un système selon l'une quelconque des revendications précédentes en combinaison avec la revendication 3. 13. Procédé de commande d'un frein ou d'un système de freinage comprenant une communication entre au moins un calculateur éleïronique 10 et l'actuateur de rétractation d'un systèrne selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, et comprenant au moins une étape de commande dudit actuateur pour produire une rétractation active au sein d'au moins un frein lors d'une détection d'une fin de commande de freinage commandée par un utilisateur, ou d'une détection d'un desserrage ou d'une commande 15 de desserrage du frein de stationnement, ou à réception d'une commande de desserrage générée par un système de freinage automatisé.