Brevet FR3040444A1 — publié le 20170303

-1- 3040444 La présente invention concerne un système de freinage à récupération d'énergie exploitant la force hydraulique de refoulement de pompe à pistons et vise plus particulièrement la cinématique de fonctionnement d'une telle pompe. De nombreux systèmes à pompes hydraulique ont été pensés pour être adapter au freinage d'engins motorisés. On peut citer les documents US5465817, US6834748B2, WO2005108816A1 qui proposent des systèmes utilisant des pompes à pistons connecté à un excentrique et ou l'action sur la pédale de frein vient connecter progressivement les pieds de piston sur une came créant un pompage puis une soupape activé par un circuit diffèrent obstrue le conduit de refoulement des pompes pour ralentir l'engin. Tous ces dispositifs présentent plusieurs inconvénients; ils sont encombrants ce qui les rend difficile à les adapter sans modifier l'architecture de l'engin et sachant que sur certain document le pompage est constamment activé même à l'état repos, cela engendre une surconsommation d'énergie causé par la résistance passive des clapets et la résistance de transfert de fluide. A noter également que la connexion progressive de pieds de pistons sur la came crée des à-coups sur la pédale de frein qui rend le freinage désagréable et de plus, si on analyse certains des systèmes à 2 pistons, on s'aperçoit que le freinage ne peut être homogène sur chacune des roues puisque lorsque l'engin est en mouvement, la position de chaque piston se désynchronisera tôt ou tard et la variation de débit de pompage provoquera un freinage déséquilibré entre chaque roue. Le document US6102490A décrit une pompe à pistons axiales relié au différentiel permettant un freinage bien régulier sur chaque roue mais l'emploi d'une telle pompe occasionne une modification de l'architecture du moteur (en ajoutant un poids supplémentaire), un cout de production très important (nombre de composants, temps d'assemblage), et une maintenance encore plus complexe que les précédents systèmes (problème d'accessibilité, outillage de manutentions'). En outre, ce dispositif ne permet un freinage efficace car lors du freinage, une force opposée générer par le flux de refoulement sera produite sur la pédale de frein et il faudra développer une force très importante pour maintenir le plateau incliné. Ce phénomène que l'on ne rencontre pas avec l'emploi d'un système à friction fait qu'il est inévitable d'opter pour ce type de freinage mais il est connu que l'utilisation de ce système crée de la chaleur qui, en usage 3040444 -2- répétitif diminue l'efficacité et augmente la distance de freinage. Le développement de nouveaux alliages obtenu par frittage pour les pièces de friction permettent d'augmenter significativement l'efficacité de freinage mais toujours est-il que l'usure dut à la s friction pollue l'atmosphère routier et de ses alentours. Tous ces inconvénients sont éliminés suivant la présente invention qui se présente sous la forme de pompe hydraulique localisé idéalement sur chacune des roues, commandé depuis le poste conducteur. Chaque pompe est équipée d'un excentrique mobile ou d'un io plateau inclinable en liaison avec les pistons de pompe et l'axe de roue ou la fusée de roue et comprend : au moins un moyen de commande conducteur émetteur d'une force de préférence hydraulique; et au moins un module récepteur caractérisé en ce qu'il comprend idéalement un piston qui anime le mouvement de l'excentrique ou de n l'inclinaison du plateau pour activer le pompage et qui successivement agit sur le contrôle du flux de refoulement pour ralentir l'engin. Le contrôle de débit de refoulement de pompes peut être réalisé par une pièce désolidarisé du piston (32) et dont l'action de contrôle intervient une fois que le pompage est activé,. 20 mis en position par des moyens de façon à ce que la poussé de refoulement ne perturbe l'action sur la commande de frein. L'agencement des composants et la cinématique de fonctionnement du présent système permet d'obtenir un dispositif de freinage compact, d'un poids équivalent au système de freinage à friction classique m (en tenant compte du poids de l'ensemble pivot de roue plus étrier plus disque en alliage de fonte). La pompe hydraulique peut être à pistons radiales ou axiales et réalise un freinage en 2 temps. Le premier temps ou la première partie de la course de la pédale de frein sert à activer le pompage et la deuxième partie est utilisée 30 pour contrôler de débit de refoulement afin de ralentir efficacement l'engin. A l'état repos, les pistons de pompe restent statique et très peu de composant sont en mouvements ce qui limite l'usure et augmente la durée de vie. Un autre objet de l'invention est d'offrir la possibilité de récupérer l'énergie du freinage en exploitant le m flux de refoulement des pompes pour entrainer une turbine électrique. Deux variantes sont décrites ci-après dont la première est configuré avec une pompe à pistons radiales et se réfère aux dessins annexés suivants : 3040444 -3- - La figure 1 illustre la vue isométrique de l'ensemble du système dépourvue de la roue (la roue vient se fixé sur le flasque de roue (8) ou les trous taraudés (20) sont prévu à cet effet. 5 - La figure 2A illustre les divers composants situés dans le plan de coupe repéré (Fig 2A) sur la figure 1. La figure 2B illustre les divers composants situés dans le plan de coupe repéré (Fig 2B) sur la figure 1. Cette vue est la position de repos. 10 La figure 3 illustre la position des divers composants situés dans le plan de coupe (Fig 2B) dans l'instant qui suit l'appui sur la commande de frein. - La figure 4 illustre la position des divers composants situés dans le plan de coupe (Fig 2B) en position de freinage. 15 - La figure 5 illustre la vue isométrique des principaux composants qui interviennent dans la transmission pour activer ou désactiver les pompes. - La figure 6 illustre la vue isométrique de l'ensemble du système avec la roue. 20 Il convient de préciser que le maitre-cylindre (7) n'est pas fonctionnel dans sa représentation. Il est illustré sur cette vue uniquement pour faciliter la compréhension du système dans une configuration qui ne dispose pas d'une turbine électrique pour récupérer l'énergie au freinage. Comme le montre les figure 1, 2A et 25 2B, le pivot de roue (11) est relativement ressemblant à un modèle standard. La fusée de cardan (9) est serré (22) sur la fusée de roue (8). Le pivot de roue (11) loge l'axe (24) dans lequel est usiné une denture (79) qui s'engrène avec le pignon (78) doté de cannelures intérieurs qui se place dans les cannelures de la fusée 30 de cardan (9). Le pignon (78) est doté de cannelures intérieures (47) qui s'intercale avec les cannelures (46) du culbuteur (38). L'ajustement des cannelures (46)(47) laisse le culbuteur (38) libre en translation axiale. Lorsque le conducteur de l'engin appui sur la pédale (35), le piston régulateur (32) logé dans le cylindre 35 récepteur (10) reçoit la force hydraulique passant par le conduit (4) et le flexible (4a). Cette force déplace le piston (32) vers le bas en entrainant avec lui le moyeu (90) guidé par l'axe (30). La biellette (33) solidarise le moyeu (90) à la bague (34) et lors de la descente vertical du piston régulateur (32), le culbuteur (38) 3040444 -4- est poussé horizontalement. Si on se réfère aux figures 3 et 5, on remarque que le culbuteur (38) s'est déplacé à travers les cannelures (46) (47) et qu'il possède à son extrémité une came (105) de forme oblong chanfreinée (106) en bout. La forme oblong permet un 5 pompage régulier entre chacun des 3 pistons (76) positionné régulièrement à 120°. Le culbuteur (38) qui avance proportionnellement à l'appui sur la pédale de frein (35) active les pompes en augmentant la course des pistons (76) au fur et à mesure de son avancement (passage sur le chanfrein (106)). Les pastilles 10 (75) permettent de limité les efforts radiaux sur les pistons (76) lors de l'activation du pompage. En position repos, les pistons ne bougent pas laissant la roue de l'engin libre de toute contrainte et les pastilles (75) frottent sur le diamètre (110) du culbuteur (38) pressé par les ressorts R4. Chaque piston de pompe est logé dans son 15 cylindre (14) respectif dont chacun possèdent deux clapets anti retour situé dans les logements (70) (71). Pour éviter d'avoir trop de conduits reliant chaque cylindre de pompe au maitre-cylindre (7), le distributeur (15) pouvant être réalisé dans la masse du pivot de roue (11) apporte le fluide hydraulique du réservoir (7) vers les 20 cylindres de pompes en passant par les conduits (5) et flexible (5a) puis le fluide est acheminé vers chaque cylindre en passant par les conduits (81). Les conduits (80) amène le fluide de refoulement des pompes vers le cylindre récepteur (10) pour que le piston (32) puisse réguler le flux. La fin de course du piston (32) illustré sur 25 les figures 3 et 4 permet de mieux comprendre le contrôle du débit de refoulement. Lorsque la face (98) du piston (32) arrive à proximité de l'orifice (42), le débit commence à se restreindre et la poussé de refoulement n'est que très peu ressentit sur la pédale car la force de retour s'exerce perpendiculairement à l'axe du 30 culbuteur (38). Le freinage est plus intense au fur et à mesure de l'obturation du conduit (42). Pour éviter le blocage de la roue lors d'un appui brusque et sec sur la pédale de frein, la fin de course du piston est amortie par une série de rondelles ressorts (55). Lorsque le moyeu (90) arrive en butée contre la coupelle (60), une 35 force plus importante et constante est nécessaire pour comprimé les rondelles ressorts (55) et obturer complétement l'orifice (42). Le freinage complet intervient lorsque le joint du piston régulateur (32a) aura complètement dépassé l'orifice (42) (voir figure 4). -5- 3040444 Une variante utilisant une pompe à pistons axiales va être maintenant décrite ci-après en se référant aux dessins annexés suivants : - La figure 7 illustre la vue isométrique de l'ensemble. s - La figure 8 illustre une coupe située dans le plan repéré fig 8 sur la figure 7. Cette vue représente l'instant en position repos. - La figure 9 illustre une coupe d'un cylindre de pompe. - La figure 10 illustre une coupe une coupe située dans le plan 10 repéré fig 8 sur la figure 7. Cette vue représente l'instant en position de freinage. - La figure 11 illustre une coupe en vue isométrique. - La figure 12 illustre une coupe en vue isométrique d'une partie du système ABS. 15 Comme illustré sur ces planches et en particulier sur les figures 7 et 8, le dispositif est un peu plus compact que la variante à pistons radiales mais le fonctionnement reste quasi identique. Le pivot de roue (11) dispose de cylindre de pompes (10) dans lesquelles coulissent les pistons (27). L'axe de roue (38) possède 20 une portée qui maintient le plateau (25), monté sur ressort (R4), qui est en contact constant avec les billes (26) lesquelles transmettent une poussée sur les pistons (27) en limitant les efforts radiaux lorsque le plateau s'incline. La fusée de roue (8) supportant la roue est emmanchée sur roulement dans le pivot de roue 25 (11). Le doigt (19) est en prise sur les plats (49) de l'axe de roue (38) qui le bloque en rotation mais le laisse libre en translation axiale (figure 11). Lorsque la roue de l'engin tourne motorisé par la fusée de cardan (9), la fusée de roue (8), le plateau (25) et le doigt (19) sont entrainés dans son mouvement. La fourchette (70) est 30 fixée sur le support (71) solidaire du carter (40) qui est vissé sur le pivot de roue (11). La force hydraulique issue du servofrein passe à travers le conduit (4) et le flexible (4a) afin mouvoir le piston régulateur (32). L'extrémité (72) de la fourchette (70) est en prise dans la gorge du moyeu (90) et lorsque le piston régulateur 35 (32) se mu, la fourchette est entrainé en rotation en poussant à son tour le doigt (19) ce qui provoque l'inclinaison du plateau (25). A la différence de la variante à pistons radiales, la distribution du fluide hydraulique est grandement simplifiée. Si on se réfère aux figures 9 et 11, on voit que la distribution est réalisé par 3040444 -6- l'empilage des repères (145)(150)(146) serré grâce aux vis en prise sur le pivot de roue (11). Les pièces (145)(146) sont doté de gorge frontales (120)(121) qui achemine le fluide hydraulique vers chaque cylindre de pompe (10). Ces pièces (145)(146) sont également muni de 5 clapets dans une quantité égale aux nombres de cylindre de pompe permettant les actions d'aspiration et de refoulement. On remarque que le piston régulateur (32) est quasi identique à celui de la première variante et que le cylindre qui loge ce dernier est usiné dans la masse du carter (40). Le flux de refoulement des pompes est io acheminé vers le cylindre du piston régulateur (32) en passant par le tube (80) et si le piston régulateur (32) n'obstrue pas le conduit (42), le fluide continue son chemin vers le réservoir en passant par le flexible (6a) et par le tube (6). La fourchette (70) est ramenée en position initiale grâce à l'épaulement (54) du moyeu 15 (90) monté sur ressort. Comme pour la variante à pistons radiales, la fin de course du piston (32) est également amortie par une série de rondelles ressorts (55) et pour plus d'efficacité, le système est complété par un dispositif ABS. Dès qu'un blocage de roue est détecté, le piston (33) est poussé par une pression venant d'un 20 groupe hydraulique et qui à son tour, agit sur le piston régulateur (32) pour désobturer l'orifice (42) et libérer la roue. La coordination avec le groupe hydraulique est assurée classiquement par un ECU en liaison avec un capteur de roulement de roue (non représenté). Le freinage de secours peut intervenir en mécanisant 25 électriquement l'action du doigt (19) à l'aide d'une came motorisé et d'une électrovanne placé dans le tube de refoulement (80). D'une manière générale, le fonctionnement de ces 2 variantes reste très proche et il est bien entendu possible d'apporter plusieurs améliorations ou modification sans pour autant sortir du cadre de 30 l'invention à savoir un système de freinage à pompe hydraulique mécanisé en 2 actions successives : mise en position de pompages par un mécanisme ne permettant pas de ressentir la poussé de refoulement sur la commande du conducteur et contrôle du débit de refoulement. REVENDICATIONS1) Système de freinage à récupération d'énergie exploitant la force hydraulique de refoulement d'au moins une pompe équipé d'un excentrique mobile ou d'un plateau inclinable en liaison avec les pistons de pompe et l'axe de roue ou la fusée de roue et comprenant : - au moins un moyen de commande conducteur émetteur d'une force de préférence hydraulique; et - au moins un module récepteur caractérisé en ce qu'il comprend idéalement un piston (32) qui anime le mouvement de l'excentrique ou io de l'inclinaison du plateau pour activer le pompage et qui successivement agit sur le contrôle du flux de refoulement pour ralentir l'engin. 2) Système de freinage à récupération d'énergie exploitant la force hydraulique de refoulement de pompes selon la revendication 1, - 15 caractérisé en ce le contrôle de débit de refoulement de pompes peut être réalisé par une pièce désolidarisé du piston (32) et dont l'action de contrôle intervient une fois que le pompage est activé, mis en position par des moyens de façon à ce que la poussé de refoulement ne perturbe l'action sur la commande de frein.