Brevet FR3046123A1 — publié le 20170630

FREIN DE VEHICULE COMPRENANT UNE MESURE DE L'EFFORT DE FREINAGE, ET PROCEDES DE COMMANDE DESCRIPTION L'invention se rapporte à un frein de véhicule, notamment un frein à disque pour lequel l'effort de freinage est mesuré, et à des procédés de commande correspondants. Le frein peut être un frein de service et/ou un frein de stationnement, à actionnement quelconque. La connaissance de l'effort de freinage est utile ou nécessaire au bon fonctionnement de divers systèmes équipant les véhicules, comme les ESP (Electro- Stabilisateurs Programmés) qui appliquent automatiquement un freinage contrôlé dans certaines circonstances, afin d'éviter au véhicule de déraper. Dans des dispositifs connus, l'effort de freinage est mesuré indirectement, mais de manière imprécise, au moyen des décélérations obtenues. Une autre difficulté de conception des systèmes de freinage est l'estimation de la température atteinte par les éléments subissant la friction, afin de limiter leur échauffement. Ici encore, les estimations peuvent être faites indirectement en utilisant des mesures de décélérations. Le but de l'invention est d'obtenir des mesures précises, fiables et faciles sur certains paramètres de freinage, en premier lieu l'effort appliqué, et éventuellement l'échauffement obtenu après un freinage. L'objet de l'invention est un frein comprenant un piston d'application, sur commande, d'un patin de friction sur un rotor, caractérisé en ce que ledit piston comporte une chambre remplie d'un liquide susceptible d'être soumis à une contrainte d'application du patin de friction sur ledit rotor, et en ce que ledit frein est muni d'un capteur de mesure de pression du liquide remplissant ladite chambre En intercalant un liquide dans le piston actionneur, l'effort de freinage est transmis au liquide sous forme d'une élévation de pression, qui permet de calculer 3046123 2 facilement la force de freinage. L'estimation est fiable à cause de la simplicité de construction du dispositif, et elle est précise puisque la chambre au liquide est très proche du patin de friction. Dans une forme de réalisation envisagée, le piston est formé de deux 5 parties solides et coulissant l'une dans l'autre en direction du mouvement du piston, une première des parties étant située contre un dispositif de commande de mouvement du piston et délimitant la chambre par une première face, une seconde des parties étant située contre le patin de friction et délimitant la chambre par une seconde face opposée à la première face. 10 Dans une forme de réalisation préférée, qui permet de ramener la chambre et la pression du liquide à un état de référence immuable après un repos prolongé du frein, la première partie comprend un couvercle de la chambre, à laquelle ladite première face appartient, séparable d'une portion principale de la première partie, et la seconde partie comprend une butée de retenue du couvercle dans un sens, correspondant 15 à un relâchement de freinage, de la direction de mouvement du piston. Et l'échauffement produit par un freinage sur le frein et/ou le rotor du véhicule peut aussi être évalué de manière précise, fiable, et presque directe, en évaluant l'élévation de pression résiduelle après un freinage et en la corrélant à une élévation de température des pièces alentour, en bénéficiant encore de ce que le fluide est très proche 20 de l'endroit où la chaleur est produite, et porté à une température qu'on peut corréler par une fonction univoque, stable et connue à la température atteinte par le frein ou le rotor. Le dispositif de mesure de pression du liquide est avantageusement relié à un pilote électronique du frein, qui agit sur le dispositif de commande du mouvement du piston pour régler l'effort de freinage. Il est alors possible, notamment en utilisant un 25 dispositif ESP, d'appliquer un effort de freinage commandé en utilisant une boucle d'asservissement fermée, en répétant sans cesse la mesure de la pression du liquide pendant le freinage et en ajustant l'action sur le dispositif de commande, de manière à reproduire la fonction de freinage souhaitée, au lieu de le faire sans retour d'information comme dans les systèmes habituels. 3046123 3 Si toutefois le freinage, notamment un freinage commandé, risque de produire un échauffement excessif, par exemple après un freinage immédiatement précédent ayant déjà échauffé le frein, il devient possible de corriger les fonctions de freinage habituellement appliquées, en exploitant encore l'invention, grâce à l'évaluation 5 de l'échauffement produit pendant ce freinage précédent. Ces différents aspects, caractéristiques et avantages de l'invention, ainsi que d'autres, seront maintenant décrits en liaison aux figures, qui représentent une réalisation de celle-ci : - la figure 1 est une vue générale du frein, montrant en particulier sa 10 structure et son dispositif de commande ; - la figure 2 illustre les éléments selon l'invention directement responsables du freinage ; et - la figure 3 illustre une courbe de freinage obtenue (vue par la pression). La réalisation de frein représentée ici comprend (figures 1 et 2) un étrier 15 1 dans lequel coulisse un piston 2 qu'entraîne un dispositif de commande 3 du frein, comme un moteur électrique à réducteur (Motor Gear Unit, MGU). Un capteur de pression 4 est utilisé, et il est favorablement retenu dans un logement 5 de l'étrier 1 non loin du piston 2. Les mesures sont transmises à un système de pilotage 6 du véhicule, qui comprend typiquement un module Electro-Stabilisateur Programmé (ESP) apte à agir sur le dispositif 20 de commande 3, ou un calculateur qui peut piloter cet actuateur. Le mouvement du piston 2 vers une extrémité 7 de l'étrier 1 repousse un patin de friction 8 vers un rotor du véhicule, ici un disque 9, le disque 9 pouvant être comprimé entre ce patin de friction 8 et un patin de friction opposé 10, situé du côté de l'extrémité 7 de l'étrier. Le véhicule lui-même est classique et n'est pas plus représenté, le 25 frein étant monté également de façon classique. Le piston 2 est composé de deux parties principales : une première partie 11, située du côté du dispositif de commande 3 et directement entraînée par lui, et une seconde partie 12, située du côté du patin de freinage 8 et dans le prolongement de la précédente, les deux parties 11 et 12 coulissant toutes deux dans l'étrier 1. La seconde partie 12 est creuse et contient une chambre 13 remplie d'un liquide sans ou sous pression, 3046123 4 calibré pour réduire les effets d'absorption. Un couvercle 14, constituant l'extrémité de la première partie et séparable de ladite première partie 11, coulisse en elle et délimite partiellement la chambre 13, par une face 15, opposée à une face 16 appartenant à la seconde partie 12. Une butée 17 annulaire, établie au bord de la cavité de la seconde partie 5 12, empêche toutefois l'extraction du couvercle 14 hors de la seconde partie 12 et l'ouverture de la chambre 13. Un joint d'étanchéité 18 disposé à la périphérie du couvercle 14 maintient la chambre 13 hermétique. La première partie 11 du piston 2 est située en face du couvercle 14. Quand un freinage est décidé, l'extrémité de la première partie 11 repousse la seconde 10 partie 12, qui pousse elle-même sur le patin de freinage 8. Comme la première partie 11 s'appuie exclusivement sur le couvercle 14, l'effort qu'elle exerce est intégralement transmis à la seconde partie 12 par l'intermédiaire des forces de pression du liquide contenu dans la chambre 13, ce que détecte le capteur de pression 4, en communication avec la chambre 13 par des perçages 19 s'étendant à travers l'étrier 1 et la paroi 15 périphérique de la seconde partie 12. Comme le fluide (à absorption quasi nulle et sans air) est à peu près complètement incompressible, le freinage ne s'accompagne pas d'un mouvement mesurable du couvercle 14 par rapport à la seconde partie 12, et il reste appuyé sur la butée 17, et aucun retard de freinage n'est causé. La mesure de la pression du fluide dans la chambre 13 par le capteur de 20 pression 4 permet donc de connaître avec précision l'effort de freinage appliqué, et la mesure est transmise au système de pilotage 6. En effet, l'effort de freinage est proportionnel à une élévation de la pression, mesurée depuis un état de repos du frein précédant immédiatement le freinage. Le système de pilotage 6 peut alors exploiter une boucle d'asservissement 27 fermée, originaire du capteur de pression 4 et menant au 25 dispositif de commande 3 par le système de pilotage 6, et régler la commande du dispositif de commande 3 pour reproduire avec précision une fonction temporelle de freinage souhaitée. La figure 3 est un diagramme qui représente une courbe typique de freinage 20, exprimée par la pression P du liquide dans la chambre 13 (en ordonnées) en 30 fonction de la course x du piston 2 (en abscisses). On observe, à partir d'un état d'inactivité 3046123 5 durable du frein, une première phase 21 de croissance modérée de la pression, pendant laquelle la compression des patins 8 et 10 s'amorce, une deuxième phase 22 de forte croissance correspondant à une compression franche, un palier 23 observé au début du relâchement du piston 2, une quatrième phase 24 de décompression franche et une 5 cinquième phase 25 de décompression modérée. On constate qu'il subsiste une élévation résiduelle de pression 26 quand le piston 2 est revenu à son origine, produite par l'échauffement du frein (pour les freinages puissants, car pour des petits freinage cette hystérésis est faible), à cause des différents coefficients de dilatation du liquide et des parties solides du piston 2. Il est facile de corréler cette élévation résiduelle de pression 26 10 à la température d'échauffement subie par le liquide de la chambre 13, soit par des essais préliminaires soit par des calculs analytiques, et de renseigner le système de pilotage 6 en conséquence. Cette température mesurée peut être corrélée à la température du disque 9 par une fonction univoque, qui exprime l'isolation procurée par les patins 8 et 10. Cette fonction étant connue et stable, puisque la chambre 13 est proche du disque 9, on peut 15 donc estimer la température de celui-ci avec une grande précision, ainsi que celle des patins 8 et 10 exposés au freinage. Il devient alors possible de programmer le système de pilotage 6 pour ajuster les algorithmes générant les fonctions temporelles de freinage afin de modifier ces fonctions temporelles pour éviter un échauffement excessif, si un freinage appliqué immédiatement auparavant a laissé subsister un échauffement au-dessus de la 20 température ambiante. De même, le système de freinage et notamment le module ESP et/ou le frein de parking déterminent l'effort de freinage à appliquer en fonction, d'une part, de la consigne de freinage et, d'autre part, de la variation avec la température du coefficient de friction u des patins 8, 10 sur le disque 9. Une possibilité à noter est que la relaxation de l'échauffement du frein peut être adressée au système de pilotage 6 25 électronique du frein pour générer des fonctions temporelles de pression de freinage en fonction de cette relaxation, pour resserrer le frein et maintenir l'effort de freinage pendant des phases où le frein de stationnement est actif, afin d'éviter des desserrages après arrêt en pente du véhicule (roll away). 3046123 6 NOMENCLATURE 1- Etrier 2 - Piston 5 3 - Dispositif de commande 4 - Capteur de pression 5 - Logement 6 - Système de pilotage 7 - Extrémité (de l'étrier) 10 8 - Patin de friction 9 - Disque 10 - Patin de friction opposé 11 - Première partie (du piston) 12 - Seconde partie 15 13 - Chambre 14 - Couvercle 15 - Face (de délimitation de la chambre) 16 - Face opposée 17 - Butée 20 18 -Joint 19 - Perçage (de prise de pression) 20 - Courbe de freinage 21- Première phase 22 - Deuxième phase 25 23 - Troisième phase 24 - Quatrième phase 25 - Cinquième phase 26 - Elévation résiduelle de pression 27 - Boucle d'asservissement 30 REVENDICATIONS1) Frein comportant un piston (2) d'application, sur commande, d'un patin de friction (8) sur un rotor, caractérisé en ce que ledit piston comporte une chambre (13) remplie d'un liquide susceptible d'être soumis à une contrainte d'application du patin de friction sur ledit rotor, et en ce que ledit frein est muni d'un capteur (4) de mesure de pression du liquide remplissant ladite chambre (13). 2) Frein selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur de mesure de pression du liquide est relié à un système électronique de pilotage (6) du frein, agissant sur le dispositif de commande (3) du mouvement du piston (2). 3) Frein selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le piston (2) est formé de deux parties (11, 12) solides et coulissant l'une dans l'autre en direction du mouvement du piston, une première des parties (11) étant située contre un dispositif de commande de mouvement du piston et délimitant la chambre par une première face (15), une seconde des parties étant située contre le patin de friction et délimitant la chambre par une seconde face (16) opposée à la première face (15). 4) Frein selon la revendication 3, caractérisé en ce que la première partie (11) comprend un couvercle (14) de la chambre (13), à laquelle ladite première face (15) appartient, séparable d'une portion principale de la première partie, et la seconde partie (12) comprend une butée (17) de retenue du couvercle (15) dans un sens, correspondant à un relâchement de freinage, de la direction de mouvement du piston. 5) Procédé de commande d'un frein conforme à la revendication 2, où un effort de freinage déterminé est appliqué au frein, caractérisé en ce que l'effort de freinage est appliqué par une boucle d'asservissement fermée comprenant une mesure répétée de la pression du liquide. 6) Procédé de commande selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'effort de freinage est proportionnel à une élévation de la pression, mesurée depuis un état de repos du frein précédant immédiatement le freinage. 7) Procédé de commande d'un frein conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend une évaluation d'un échauffement 3046123 8 du frein et/ou du rotor (9) du véhicule en mesurant une élévation résiduelle (26) de la pression, mesurée après un freinage, par rapport à une pression de référence correspondant à un état d'inactivité durable du frein. 8) Procédé de commande selon la revendication 7, le frein étant 5 conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que l'évaluation de l'échauffement du frein est adressée à un système de pilotage (6) électronique du frein, le système de pilotage générant des fonctions temporelles de pression de freinage en fonction de ladite évaluation. 9) Procédé de commande selon la revendication 7, le frein étant 10 conforme à la revendication 2, caractérisé en ce qu'une relaxation de l'échauffement du frein est adressée à un système de pilotage (6) électronique du frein, le système de pilotage générant des fonctions temporelles de pression de freinage en fonction de ladite relaxation pour resserrer l'effort du frein pendant des phases de frein de stationnement pour éviter des desserrages après un arrêt en pente. 15