Brevet FR3029479A1 — publié le 20160610

DISPOSITIF D'ASSISTANCE ELECTRIQUE DU FREINAGE COMPORTANT UN RÉDUCTEUR DU TYPE CYCLOÏDAL La présente invention concerne un dispositif d'assistance électrique du freinage d'un véhicule automobile, ainsi qu'un procédé de contrôle d'un système de freinage équipé de ce dispositif d'assistance, 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 20 transversale séparant deux chambres fermées, le vide étant appliqué simultanément dans ces deux chambres 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 25 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 qui augmente la 30 consommation de carburant dans le cas d'un fonctionnement avec le moteur thermique, ou d'énergie électrique dans le cas d'une pompe électrique, 3029479 2 Par ailleurs les véhicules hybrides ou électriques se développent fortement. Les véhicules hybrides comportant des périodes de fonctionnement avec le moteur thermique à l'arrêt, ainsi que les véhicules électriques nécessitent dans tous les cas un moyen autonome générant une 5 force d'assistance ne dépendant pas d'un moteur thermique. Pour résoudre ces problèmes, il est connu de réaliser un dispositif d'assistance délivrant une puissance mécanique fournie par un moteur électrique équipé d'un réducteur de vitesse. Un dispositif d'assistance de ce type, présenté notamment par le 10 document FR-A1-2594774, comporte un moteur électrique entraînant en rotation directement un écrou, qui se visse sur le filetage d'un axe central traversant le rotor de ce moteur, par l'intermédiaire d'une rangée de billes de manière à obtenir un roulement de ces billes pour limiter le frottement. L'axe central comporte une extrémité arrière reliée à la pédale de frein, 15 et une extrémité avant actionnant un maître-cylindre du circuit hydraulique de freinage. Le moteur électrique prend appui sur un point fixe pour exercer par son écrou une traction d'assistance sur l'axe central formant une tige d'actionnement, qui dépend de la force développée par le conducteur sur la pédale de frein, mesurée par un capteur de pression. La liaison entre la vis et l'écrou comprenant des billes permet un entraînement réversible du moteur électrique. En l'absence de commande de ce moteur, le déplacement de l'axe central peut être librement commandé par la pédale de frein, qui entraîne en rotation l'écrou ainsi que le rotor du moteur électrique de manière réversible. Toutefois un problème qui se pose avec ce dispositif d'assistance, est que le réducteur formé seulement par le système vis-écrou donne une démultiplication entre la vitesse de rotation du moteur électrique et le déplacement de cette vis qui reste faible. On a alors un moteur tournant relativement lentement, et qui doit 30 développer un couple important. Il comporte alors une masse et un volume élevés, ce qui pose des problèmes de poids du véhicule pénalisant sa 3029479 3 consommation, et d'encombrement. De plus il faut alors pour un moteur à aimants permanents, une certaine masse de cette matière qui est chère. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure. 5 Elle propose à cet effet un dispositif d'assistance électrique pour un système de freinage d'un véhicule automobile, commandé par une pédale de frein qui agit par une tige d'actionnement sur un maître-cylindre de commande hydraulique du circuit de freinage, caractérisé en ce qu'il comporte un moteur électrique entraînant un réducteur de vitesse du type 10 cycloïdal, pour délivrer un effort d'assistance au freinage appliqué sur le maître-cylindre. Un avantage de ce dispositif d'assistance électrique est que le réducteur du type cycloïdal peut former avec un seul étage de vitesse, un ensemble très compact comprenant un bon rendement, qui comporte un 15 rapport de réduction important permettant au moteur électrique des vitesses de rotation élevées. On a alors la possibilité d'installer un moteur électrique de dimension réduite délivrant une puissance suffisamment élevée grâce à sa vitesse de rotation importante, et un couple relativement faible qui est multiplié par le 20 rapport du réducteur pour obtenir la force d'assistance nécessaire ajoutée sur le maître-cylindre. Le dispositif d'assistance électrique selon l'invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. 25 Avantageusement, le moteur électrique est disposé coaxialement autour de la tige d'actionnement. En particulier, le réducteur de vitesse et le maître-cylindre peuvent être fixés chacun à une extrémité du moteur électrique. Selon un mode de réalisation, le réducteur de vitesse cycloïdal 30 comporte un disque disposant de bossages sur le contour extérieur formant une came, entraîné suivant une oscillation excentrée, certains bossages 3029479 4 étant en prise avec des broches parallèles extérieures entourant ce disque, présentant un nombre différent de celui des bossages. Avantageusement, le réducteur cycloïdal entraîne un écrou comportant des billes roulant dans un filetage de la tige d'actionnement. 5 Dans ce cas, le pas du filetage de la tige d'actionnement comporte avantageusement une valeur supérieure à un seuil permettant un mouvement réversible venant du déplacement de cette tige. Avantageusement, le motoréducteur comporte une réduction donnant au moteur électrique une vitesse supérieure à environ 10 000trs/mn. 10 En particulier, le dispositif d'assistance comporte avantageusement un capteur d'effort appliqué sur la pédale de frein. L'invention a aussi pour objet un procédé de contrôle d'un système de freinage comprenant un dispositif d'assistance électrique présentant l'une quelconque des caractéristiques précédentes, comportant un capteur 15 d'effort, ce système étant équipé d'une fonction de contrôle de la pression des freins comprenant une pompe générant une pression hydraulique, ce procédé en cas de défaillance de la commande hydraulique par la pédale de frein, effectuant avec cette fonction un freinage à partir de l'information venant du capteur d'effort appliqué sur la pédale de frein. 20 L'invention a de plus pour objet un véhicule automobile équipé d'un système de freinage à commande hydraulique, comportant un dispositif d'assistance électrique comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et 25 avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue d'ensemble d'un dispositif d'assistance du freinage selon l'invention, monté autour d'une tige d'actionnement axiale agissant sur un maître-cylindre ; et - la figure 2 est une vue de détail du réducteur et de l'écrou de ce dispositif d'assistance. 302 94 79 5 Les figures 1 et 2 présentent en fonction de la direction avant du véhicule indiquée par la flèche notée « AV », une tige centrale d'actionnement 2 comprenant en partant de son extrémité arrière, une chape 4 de fixation sur une pédale de frein, un capteur d'effort axial 6 enregistrant 5 l'effort appliqué par le conducteur sur cette pédale, puis une partie filetée 8 présentant un filetage recevant des billes roulant dedans 46, ajustées dans un écrou l'entourant 22. La tige d'actionnement 2 comprend ensuite une partie de section carrée 10 ajustée dans des plots 12 empêchant la rotation de cette tige. L'extrémité 10 avant de la tige d'actionnement 2 pousse deux pistons montés en tandem 16, 18, coulissant dans un maître-cylindre 14 de commande d'un circuit hydraulique de freinage. On a ainsi au travers de la tige d'actionnement 2 traversant l'ensemble, un actionnement direct du maître-cylindre de frein 14 par la pédale 15 commandée par le conducteur. Un moteur électrique 30 disposé de manière coaxiale autour de la tige d'actionnement 2, comporte un carter 28 recevant à son extrémité avant une embase 54 de fixation du maître-cylindre 14, et à son extrémité arrière un carter de réducteur 56 fixé par trois vis axiales périphériques 52. 20 Le moteur électrique 30 comporte un stator 32 fixé directement dans le carter 28, et un rotor 34 guidé du côté droit par un roulement 42, qui entraîne un réducteur cycloïdal 50 disposé axialement entre le moteur électrique 30 et l'écrou 22. L'extrémité gauche du rotor 34 entraîne par un roulement 40 disposé de 25 manière excentrée par rapport à l'axe de ce rotor, un disque 36 libre en rotation grâce à ce roulement, qui comporte un axe réalisant avec l'excentration un petit mouvement circulaire autour de l'axe principal suivant un tour complet, quand ce rotor a lui-même effectué un tour. Une série de vingt broches 38 parallèles à l'axe principal sont fixées 30 dans le carter de réducteur 56 autour du disque 36, sur un rayon constant par rapport à cet axe. 302 94 79 6 Le contour extérieur du disque 36 comporte une série de dix-neuf bossages répartis régulièrement, le bossage le plus éloigné de l'axe principal étant engagé entre deux broches 38, le bossage diamétralement opposé passant juste à l'intérieur des broches en regard. 5 Le disque 36 comporte une série de perçages, recevant avec un jeu des plots 44 parallèles à l'axe, fixés à l'extrémité droite de l'écrou 22, afin d'effectuer un entraînement en rotation de cet écrou en tenant compte du mouvement d'oscillation excentré du disque qui s'ajoute à sa rotation. Le rotor 34 du moteur électrique 30 effectuant un tour complet, entraîne 10 une oscillation excentrée sur 360° du disque 36, ses bossages extérieurs parcourant successivement les espaces entre les broches parallèles 38 ce qui occasionne une rotation de ce disque suivant 1/19 de tour, transmise à l'écrou 22 par les plots 44. Le carter de réducteur 56 comporte à l'intérieur deux pistes 24 recevant 15 chacune une rangée de billes 26, pour former deux roulements à billes parallèles guidant l'écrou 22. En particulier les pistes des roulements comportent des points de contact obliques, qui permettent à l'écrou 22 de supporter des charges axiales élevées. L'écrou 22 comporte un alésage axial recevant les billes 46 roulant 20 dans la partie filetée 8 de la tige actionnement 2, avec un système de recirculation de ces billes quand elles arrivent à l'extrémité de l'écrou. Avantageusement on choisit un pas suffisamment important pour le filetage 8, en particulier supérieur au diamètre de la vis, donnant à la fois un bon rendement à cette transformation de mouvement, ainsi qu'un 25 mouvement réversible, le déplacement de la tige d'actionnement 2 entraînant une rotation de l'écrou 22, et du rotor du moteur électrique 34 par l'intermédiaire du réducteur de vitesse cycloïdale. Cette réversibilité est importante pour un fonctionnement en mode dégradé, dans le cas où le moteur électrique 30 n'est plus entraîné suite à 30 une défaillance, pour permettre le mouvement de la pédale de frein. 3029479 7 On obtient ainsi un réducteur 50 très compact axialement et radialement, apportant une démultiplication importante, qui comporte un nombre d'éléments réduit, et un rendement élevé. Avantageusement on choisit une démultiplication globale donnant une 5 grande vitesse de rotation du moteur électrique, notamment supérieure à 10 000 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. 10 On peut en particulier obtenir avec le réducteur cycloïdal un système compact présentant un unique étage de démultiplication, disposant d'une réduction qui peut dépasser vingt-cinq, comprenant un nombre de composants réduit, un rendement élevé et un coût qui reste limité. On obtient un rendement nettement meilleur à celui donné par un 15 réducteur à roue et vis sans fin, entraînant une crémaillère liée à la tige d'actionnement, qui sont utilisés sur des systèmes connus d'assistance électrique de la pédale de frein. Par ailleurs avec le capteur d'effort 6 transmettant à un système de contrôle électronique une information sur la force développée par le 20 conducteur sur la pédale de frein lors des freinages, on peut ajouter un ou plusieurs capteurs de pression 60 sur la sortie du maître-cylindre 14, transmettant une information sur la pression hydraulique développée par ce maître-cylindre, résultant à la fois de la force venant du conducteur et de celle venant du dispositif d'assistance, qui s'additionnent sur la tige 25 d'actionnement 2. On peut alors facilement piloter la force d'assistance délivrée par le moteur électrique 30, qui est la différence nécessaire pour obtenir un objectif de pression donné par le capteur de pression 60, à partir d'une force appliquée sur la pédale de frein mesuré par le capteur d'effort 6. 30 On notera qu'avec un capteur d'effort 6 sur la pédale de frein, et avec un système de freinage du véhicule comportant une fonction de contrôle de la pression des freins comprenant une pompe générant une pression 3029479 8 hydraulique, comme 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 », en cas de défaillance de la commande hydraulique par la pédale de frein, on peut quand même effectuer un 5 freinage à partir de cette information seule représentant la volonté du conducteur, en utilisant cette pression hydraulique générée par la pompe. REVENDICATIONS1 - Dispositif d'assistance électrique pour un système de freinage d'un véhicule automobile, commandé par une pédale de frein qui agit par une tige d'actionnement (2) sur un maître-cylindre (14) de commande hydraulique du circuit de freinage, caractérisé en ce qu'il comporte un moteur électrique (30) entraînant un réducteur de vitesse du type cycloïdal (50), pour délivrer un effort d'assistance au freinage appliqué sur le maître-cylindre (14). 2 - Dispositif d'assistance électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur électrique (30) est disposé coaxialement autour de la tige d'actionnement (2). 3 - Dispositif d'assistance électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le réducteur de vitesse (50) et le maître-cylindre (14) sont fixés chacun à une extrémité du moteur électrique (30). 4 - Dispositif d'assistance électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réducteur de vitesse cycloïdal (50) comporte un disque (36) disposant de bossages sur le contour extérieur formant une came, entraîné suivant une oscillation excentrée, certains bossages étant en prise avec des broches parallèles extérieures (38) entourant ce disque, présentant un nombre différent de celui des bossages. 5 - Dispositif d'assistance électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réducteur cycloïdal (30) entraîne un écrou (22) comportant des billes (46) roulant dans un filetage de la tige d'actionnement (2). 6 - Dispositif d'assistance électrique selon la revendication 5, caractérisé en ce que le pas du filetage (8) de la tige d'actionnement (2) comporte une valeur supérieure à un seuil permettant un mouvement réversible venant du déplacement de cette tige. 7 - Dispositif d'assistance électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le motoréducteur (34) 3029479 10 comporte une réduction donnant au moteur électrique une vitesse supérieure à environ 10 000trs/mn. 8 - Dispositif d'assistance électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur 5 d'effort appliqué sur la pédale de frein (6). 9 - Procédé de contrôle d'un système de freinage comprenant un dispositif d'assistance électrique selon la revendication 8, ce système étant équipé d'une fonction de contrôle de la pression des freins comprenant une pompe générant une pression hydraulique, caractérisé en ce qu'en cas de 10 défaillance de la commande hydraulique par la pédale de frein, il effectue avec cette fonction un freinage à partir de l'information venant du capteur d'effort appliqué sur la pédale de frein (6). 10 - Véhicule automobile équipé d'un système de freinage à commande hydraulique, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif 15 d'assistance électrique réalisé selon l'une quelconque des revendications précédentes.