Brevet FR3047056A1 — publié le 20170728

DISQUE DE FREIN VENTILE POUR VEHICULE AUTOMOBILE. [0001] L'invention porte sur un disque de frein ventilé pour véhicule automobile. Elle porte également sur un véhicule automobile, qui comporte un système de freinage à disque, dit aussi « frein à disque », équipé d'au moins un tel disque de frein ventilé. [0002] Le frein à disque d'un véhicule est un système utilisant un disque, fixé sur le moyeu de la roue du véhicule, et des plaquettes, qui viennent frotter de chaque côté du disque. La force de frottement entre les plaquettes et le disque crée le couple de freinage mais aussi de la chaleur, qui doit être évacuée le plus rapidement possible pour éviter une déformation, voire une destruction, du disque. [0003] En utilisant un disque évidé, l'air peut circuler au sein du disque et le ventiler de l'intérieur afin qu'il se refroidisse plus efficacement. On parle alors de « disque ventilé ». Un tel disque ventilé est constitué de deux flasques collés l'un à l'autre par un ensemble d'entretoises permettant la circulation de l'air entre ces derniers. Ces deux flasques sont, chacun, porteur d'une demi piste de freinage, et sont, pour cette raison dénommés « demi pistes de freinage » dans la suite du texte. [0004] Un disque de frein ventilé comporte un canal de ventilation entre lesdites demi pistes de freinage, qui présente une multitude de motifs possibles (ailettes, plots) selon divers agencements possibles (radiaux, inclinés). Ils ont pour but principal de permettre une dissipation par convection de l'énergie calorifique emmagasinée lors du freinage du véhicule. Le design du canal de ventilation est tel qu'il doit garantir, d'une part, la tenue en fatigue thermomécanique du disque de frein, et d'autre part, la non vibration des demi pistes de freinage par flambage sous charge thermique ou par dilatation différentielle des épaisseurs des demi pistes de freinage. [0005] Pour ce type de disque à certaines fréquences, il se produit un couplage vibratoire de l'ensemble disque / frein / plaquettes sous excitation du frottement plaquettes / disque qui crée le crissement de frein. [0006] La géométrie du disque est une caractéristique essentielle à prendre en considération pour apporter une diminution du bruit de freinage. [0007] On a déjà cherché à perfectionner les disques de frein ventilés, en particulier sur le plan acoustique pour diminuer le bruit lors du freinage. 3047056 2 [0008] Ainsi, par exemple, le document WO 2006/067816 Al décrit une bande de freinage d'un disque de frein, qui comprend deux plaques reliées ensemble par des organes de liaison. L'espace d'air entre les deux plaques forme un conduit d'air intérieur qui permet un refroidissement de la bande de freinage. Au moins une des deux plaques 5 présente sur l'une de ses surfaces définissant le conduit d'air interne une rainure, qui s'étend le long d'une partie d'une orbite autour d'un axe de symétrie du disque et dont la section transversale devient plus large vers le conduit d'air intérieur. Les organes de liaison des deux plaques sont conçus pour définir ensemble un canal de ventilation et présentent à une de leurs extrémités un élément de surépaisseur qui a pour fonction de 10 réduire localement la largeur du canal de ventilation. La rainure s'étend le long d'une circonférence excentrée par rapport à l'axe de symétrie du disque. [0009] Le but de la présente invention est de fournir un disque de frein ventilé pour véhicule, dont la structure nouvelle permet une diminution du bruit lors du freinage du véhicule. De façon plus précise, l'optimisation acoustique recherchée a pour but de 15 modifier sensiblement les moments quadratiques ou d'inertie des demi pistes de freinage afin d'éviter les résonances critiques fortement émissives d'un point de vue acoustique. [0010] Un autre but de la présente invention est de fournir un tel disque de frein ventilé, dont la structure, tout en permettant une optimisation sur le plan acoustique, ne perturbe pas l'écoulement d'air dans ses canaux de ventilation. 20 [0011] C'est également un but de la présente invention de fournir un tel disque de frein ventilé, nouveau, dont la fabrication ne génère aucun surcoût par rapport à la réalisation des disques de frein ventilés connus de l'art antérieur. [0012] Enfin, c'est aussi un but de la présente invention de fournir un tel disque de frein ventilé, qui offre la possibilité d'associer simplement et économiquement un moyen de 25 détection de l'usure du disque. [0013] Pour parvenir à ces buts, la présente invention a pour objet un disque de frein ventilé pour véhicule, qui comprend deux parties annulaires, centrées sur un même axe, espacées l'une de l'autre selon cet axe, dites « demi pistes de freinage ». Les surfaces en regard des deux demi pistes de freinage sont réunies par des nervures de liaison venues 30 de matière avec lesdites demi pistes de freinage. Ces nervures définissent des canaux de ventilation entre les deux demi pistes de freinage. Dans la structure du disque de frein selon la présente invention, la distance axiale entre les surfaces en regard des deux demi 3047056 3 pistes de freinage est variable sur la circonférence du disque, de façon à obtenir des canaux de ventilation de largeur variable en fonction de la position angulaire. [0014] Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, la variation de la distance axiale entre les surfaces en regard des deux demi pistes de freinage sur la circonférence 5 du disque est obtenue par la formation d'étagements sur lesdites surfaces en regard des deux demi pistes de freinage. [0015] Au moins deux étagements d'une même demi piste de freinage peuvent présenter des longueurs, des formes, des profondeurs axiales et des espacements sur 360° qui sont différents. 10 [0016] Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, les étagements de la première demi piste de freinage peuvent être différents des étagements de la seconde piste de freinage, par leurs longueurs, leurs formes, leurs profondeurs axiales et les espacements entre deux étagements. [0017] Selon une variante de réalisation de l'invention, au moins un espacement entre 15 deux étagements peut présenter un profil incliné par rapport au plan radial médian du disque. [0018] Selon un mode particulièrement avantageux de réalisation de l'invention, la profondeur axiale des étagements ne devra pas engendrer une variation d'épaisseur des deux demi pistes de freinage supérieure à 10 lm. 20 [0019] Les nervures de liaison peuvent avantageusement présenter la forme d'ailettes radiales ou, en variante, la forme de plots. [0020] De façon préférentielle, le disque de frein ventilé est réalisé par un procédé de fonderie comportant une opération de noyautage. [0021] La présente invention a aussi pour objet un véhicule, en particulier un véhicule 25 automobile, du type comportant un système de freinage à disque, caractérisé en ce que le disque de frein est conforme à celui décrit ci-dessus dans ses grandes lignes. [0022] D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description qui suit d'un exemple de réalisation, non limitatif de l'objet et de la portée de la présente demande de brevet, accompagnée de dessins dans lesquels : 3047056 4 [0023] - la figure 1 est une vue en perspective, schématique, d'un disque de frein ventilé selon la présente invention, [0024] - la figure 2 est une vue en perspective, schématique, agrandie, d'une partie du disque de frein ventilé de la figure 1, qui illustre des étagements et des nervures de liaison 5 du disque conformes au principe de la présente invention, [0025] - la figure 3 est une vue de dessus, très schématique, représentant des étagements et des nervures de liaison du disque des figures 1 et 2, [0026] - la figure 4 est une vue de face, schématique, d'un second exemple de réalisation d'un disque de frein ventilé selon la présente invention, et 10 [0027] - la figure 5 est une vue en coupe représentant une autre variante de réalisation du disque de frein ventilé selon la présente invention. [0028] En référence aux dessins des figures 1 et 2, on a représenté un disque de frein ventilé pour véhicule automobile, qui est constitué de deux parties annulaires espacées, dites « demi pistes de freinage » dans le présent texte, centrées sur un même axe XX', et 15 désignées par les références numériques 10 et 20. Les surfaces en regard des deux demi pistes de freinage 10 et 20, qui sont désignées respectivement par les références numériques 15 et 25 (figure 2), sont réunies par des nervures de liaison désignées collectivement N, qui viennent de matière avec les demi pistes de freinage 10 et 20. Les espaces situés entre les nervures de liaison N définissent des canaux de ventilation. 20 [0029] Comme représenté sur le dessin de la figure 2, la distance axiale entre les surfaces en regard 15 et 25 des deux demi pistes de freinage 10 et 20 n'est pas constante sur la circonférence des deux demi pistes. Cette distance est variable sur cette circonférence, de façon à obtenir des canaux de ventilation de largeur variable en fonction de la position angulaire sur le disque. 25 [0030] Cette variation de la distance entre les surfaces en regard 15 et 25 des demi pistes 10 et 20 est obtenue par la réalisation d'étagements axiaux en forme de créneaux rectangulaires, tels que les étagements E,, E2, E3 et E4 représentés agrandis sur le secteur de disque qui fait l'objet de la figure 2. Les étagements précités peuvent être de longueur et d'épaisseur (selon l'axe XX') différentes. 3047056 5 [0031] Du fait des étagements précités, la distance axiale entre les surfaces en regard 15 et 25 des deux demi pistes de freinage 10 et 20 n'est pas constante sur la circonférence des deux demi pistes, mais varie par exemple de dl à d2 (voir figure 2), d2 étant supérieur à dl. 5 [0032] On notera que l'épaisseur globale du disque de frein ventilé est conservée. Mais les épaisseurs variables des demi pistes 10 et 20 du disque ont pour résultat de modifier les inerties différentielles sur les 360° de la circonférence du disque. Cette modification des moments quadratiques des demi pistes de frein 10 et 20 a pour résultat, comme il sera mieux décrit dans la suite du texte, d'éviter les résonances fortement émissives d'un 10 point de vue acoustique. [0033] En référence au dessin de la figure 3, on a représenté deux étagements El et E4 sensiblement égaux en longueur, se faisant face, et les canaux de ventilation désignés collectivement par la référence V, qui séparent les nervures de liaison N joignant les surfaces en regard 15 et 25 des deux demi pistes de freinage 10 et 20. 15 [0034] Le fonctionnement de l'invention est illustré par la description de l'exemple de réalisation du disque de frein ventilé d'axe XX' de la figure 4, non limitatif de l'objet et de la portée de la présente invention. [0035] Les secteurs représentés « hachurés » sont des secteurs du disque de frein ventilé qui, d'une part, présentent un canal de ventilation élargi, c'est-à-dire dans lesquels 20 la distance axiale entre les deux demi pistes 10, 20 est élargie, et d'autre part, qui comprennent deux ou trois nervures de liaison N de forme en ailette, tandis que les secteurs représentés « non hachurés » sont des secteurs du disque de frein ventilé à canal de ventilation plus étroit et qui comprennent une nervure de liaison N en ailette ou bien deux ou quatre nervures de liaison N en forme d'ailette. 25 [0036] Cette structure permet, conformément au principe même de la présente invention, de réduire sensiblement le phénomène de résonance duale en scindant les modes d'anneaux doubles du disque, notamment les modes d'anneaux doubles les plus critiques en termes de « bruyance » et de mise au point acoustique et vibratoire, à savoir les modes hors plan classiquement dénommés 3LN et 4 LN (LN étant l'abréviation de « ligne 30 nodale ») qui se situent généralement dans une plage de fréquences allant de 2 kHz à 5 kHz. 3047056 6 [0037] Ainsi, la structure du disque de frein, représentée sur le dessin de la figure 4, qui reproduit la configuration d'étagements décrite précédemment avec des alternances canal élargi / canal étroit permet une scission des deux modes doubles d'anneaux 3 LN et 4LN avec des écarts de fréquences relativement importants, comme illustré par les résultats 5 expérimentaux donnés ci-dessous à titre d'exemple, obtenus avec des demi pistes de frein de 7 mm d'épaisseur et une variation d'épaisseur du noyau, c'est-à-dire une variation de la largeur axiale du canal de ventilation, qui est au maximum de 2 mm. [0038] Les modes d'anneaux doubles les plus critiques, à savoir 3LN et 4LN, présentent les écarts de fréquences les plus importants. 10 [0039] Mode d'anneau double Fréquence (Hz) Ecart de fréquences (Hz) 0 LN 1021 0 1LN 757 / 760 3 2LN 1061 / 1098 37 15 3LN 2325 / 2477 152 4LN 3619 / 3945 326 5LN 5160 / 5178 18 [0040] On notera que la variation de la largeur axiale du canal de ventilation ou 20 profondeur axiale des étagements ne doit pas engendrer une variation d'épaisseur des deux demi pistes de freinage 10 et 20 supérieure à 10 lm, de façon à réduire les problèmes de vibration à chaud (broutement thermique ou « thermal judder » en langue anglaise). [0041] On a représenté sur le dessin de la figure 5 une variante de réalisation de la 25 structure de disque de frein ventilé selon l'invention, dans laquelle un espacement désigné e3 présente un fond incliné par rapport au plan médian « M » du disque. [0042] De façon générale, il importe de noter que le principe d'étagements décrit précédemment peut se généraliser à toutes les formes possibles d'étagements et d'espacements (entre deux étagements) réalisés dans les canaux ventilés, c'est-à-dire 30 dans l'espace entre les deux demi pistes 10 et 20. Le disque de frein étant réalisé par un 3047056 7 procédé de fonderie, ces multiples formes d'étagements et d'espacements divers envisageables sont obtenues par l'intermédiaire d'emplois de noyaux de fonderie différents, adaptés. [0043] De très nombreuses variantes de réalisation de l'invention sont envisageables, 5 dans lesquelles les étagements sont différents en profondeur, en longueur, en nombre ou en forme, et sont également différents leurs espacements angulaires respectifs sur la circonférence totale du disque. [0044] Les formes, longueurs, épaisseurs et nombres des étagements, comme les formes, profondeurs, longueur et nombres des espacements peuvent être différents d'une 10 demi piste de frein à l'autre. [0045] Ainsi, comme représenté sur le dessin de la figure 5, à titre d'exemple non limitatif de l'objet et de la portée de l'invention illustrant la variété des structures possibles, on a représenté un mode particulier de réalisation du disque de frein, qui présente huit étagements référencés Elo à E17 dont les longueurs sont différentes, les espacements el et 15 e5 sont de profondeur plus importante que la profondeur d'autres espacements tels e2, e4 et e6. De plus, des espacements, tel l'espacement e3 présente un profil incliné par rapport au plan médian « M » du disque de frein. [0046] Bien que représenté avec des nervures de liaison N qui présentent la forme d'ailettes radiales, le disque de frein ventilé selon la présente invention peut, en variante, 20 présenter des nervures de liaison en forme de plots. [0047] Le disque de frein ventilé pour véhicule automobile, tel que décrit ci-dessus dans différentes variantes de réalisation, présente de nombreux avantages, parmi lesquels les avantages suivants : [0048] - il permet une décomposition ciblée de modes d'anneau critiques (crissement de 25 freins) en deux sous modes à puissance acoustique rayonnée atténuée, [0049] - il permet, tout en améliorant l'acoustique et les problèmes de crissement de frein, de conserver l'écoulement d'air dans les canaux de ventilation, et [0050] - il permet d'envisager, grâce à l'amplification de la variation d'épaisseur à chaud générée par les étagements des canaux de ventilation, d'envisager la réalisation 3047056 8 relativement simple d'un moyen d'information de l'usure du disque de frein, ce moyen intégrant par exemple un accéléromètre et un traitement du signal adapté. REVENDICATIONS: 1. Disque de frein ventilé pour véhicule comprenant deux parties annulaires, centrées sur un même axe (XX'), espacées l'une de l'autre selon cet axe, dites « demi pistes de freinage » (10, 20), les surfaces en regard (15, 25) des deux demi pistes de freinage (10, 20) étant réunies par des nervures de liaison (N) venues de matière avec lesdites demi pistes de freinage (10, 20) qui définissent des canaux de ventilation entre ces dernières, ledit disque de frein étant caractérisé en ce que la distance axiale entre lesdites surfaces en regard (15, 25) des deux demi pistes de freinage (10, 20) est variable sur la circonférence du disque, de telle sorte que les canaux de ventilation sont de largeur variable en fonction de la position angulaire. 2. Disque de frein ventilé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la variation de la distance axiale entre lesdites surfaces en regard (15, 25) des deux demi pistes de freinage (10, 20) sur la circonférence du disque est obtenue par la formation d'étagements (E1, E2, E3, E4) sur lesdites surfaces en regard (15, 25) des deux demi pistes de freinage (10, 20). 3. Disque de frein ventilé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins deux étagements (E1, E2) d'une demi piste de freinage peuvent présenter des longueurs, des formes, des profondeurs axiales et des espacements différents. 4. Disque de frein ventilé selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les étagements (E3, E4) de la première demi piste de freinage (10) peuvent être différents des étagements (E1, E2) de la seconde piste de freinage (20), par leurs longueurs, leurs formes, leurs profondeurs axiales et les espacements entre deux étagements. 5. Disque de frein ventilé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que des espacements (e3) entre deux étagements (E12, E13) peuvent présenter un profil incliné par rapport au plan médian (« M ») du disque. 6. Disque de frein ventilé selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la profondeur axiale des étagements n'engendre pas une variation d'épaisseur des deux demi pistes de freinage (10, 20) supérieure à 10 lm. 3047056 10 7. Disque de frein ventilé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdites nervures de liaison (N) présentent la forme d'ailettes radiales. 8. Disque de frein ventilé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdites nervures de liaison (N) présentent la forme de plots. 5 9. Disque de frein ventilé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est réalisé par un procédé de fonderie comportant une opération de noyautage. 10. Véhicule, en particulier véhicule automobile, du type comportant un système de freinage à disque, caractérisé en ce que le disque de frein est conforme à l'une quelconque des revendications précédentes. 10