Brevet FR3042764A1 — publié le 20170428

DISPOSITIF DE PEDALE DE FREIN COMPRENANT UN VERIN ET UN ACCUMULATEUR DE FLUIDE [001] Le domaine de l'invention concerne un dispositif de pédale de frein pour un véhicule automobile, en particulier pour les véhicules électriques ou hybrides électriques comprenant un système de freinage récupératif. [2] Les systèmes de freinage récupératif des véhicules hybrides électriques et véhicules électriques comprennent un dispositif de calcul de trajectoire pour piloter le freinage et une commande de freinage classique fonctionnant avec du vide. Ces systèmes autorisent la possibilité de récupérer de l'énergie au freinage jusqu'à des décélérations maximales qui vont de 1,5 à 2 m/s2 de manière transparente pour le conducteur. [3] Le problème posé par le freinage récupératif est que le couple récupératif disponible à la roue varie notamment en fonction de la vitesse du véhicule et de la charge de l'accumulateur électrique, alors que la demande de freinage du conducteur est susceptible de rester constante. Il est donc nécessaire d'ajuster à la hausse ou à la baisse la valeur de couple récupératif par un complément de couple freineur. Généralement, le complément de couple de freinage est piloté et ajusté par le dispositif de contrôle de trajectoire du véhicule. [4] L'ajustement du couple de freinage induit une variation de pression dans le circuit de freinage. II est donc recherché de découpler l'effort de pédale de la pression de freinage du circuit. [5] On connaît le brevet européen EP1324902B1 décrivant un simulateur de course d'actionnement pour un dispositif de pédale de frein. Le dispositif comprend un vérin ayant une chambre hydraulique dans laquelle un fluide est évacué ou est amené par une ouverture, des moyens de réglage pour piloter la force et la course de la pédale du simulateur en commandant la circulation du fluide et deux canalisations reliant un réservoir et un accumulateur à l'ouverture. Les moyens de réglage sont par exemple des soupapes contrôlées électroniquement. [6] Ce dispositif de pédale de frein requière l'implantation de nombreux moyens hydrauliques et électroniques coûteux (le réservoir, l'accumulateur à haute pression, les soupapes et l'unité de contrôle électronique) pour commander la caractéristique de la force associée à la course de la pédale. De plus, ces éléments nécessitent un volume important pour son intégration dans un véhicule automobile. 3042764 2 [7] Il existe donc un besoin de proposer un dispositif de pédale de frein moins coûteux et présentant une intégration améliorée dans le véhicule. [8] Plus précisément, l'invention concerne un dispositif de pédale de frein comprenant un vérin hydraulique, une tige d'actionnement mobile entre une position de repos et une position de bout de 5 course pour augmenter la pression d'un fluide à l'intérieur du vérin, un accumulateur de fluide, un premier conduit et un premier moyen de contrôle de circulation du fluide, le premier conduit étant agencé pour permettre une circulation du fluide entre une sortie de fluide du vérin et une entrée de fluide de l'accumulateur. [9] Selon l'invention, le dispositif comprend également un ressort, le premier moyen de contrôle 10 de circulation du fluide et le ressort étant agencés pour enclencher la circulation du fluide dans le premier conduit lorsque la tige d'actionnement atteint une position intermédiaire. [10] Selon une variante de réalisation, le premier moyen de contrôle de circulation du fluide est un premier clapet anti-retour, le ressort étant agencé pour exercer un effort en résistance contre une ouverture du premier clapet. 15 [011] Selon une variante de réalisation, le dispositif comprend également un deuxième conduit et un deuxième moyen de contrôle de circulation du fluide, le deuxième conduit et le deuxième moyen de contrôle étant agencés pour permettre la circulation du fluide entre une sortie de fluide de l'accumulateur et une entrée de fluide du vérin lorsque la pression du fluide dans le vérin est inférieure à la pression du fluide dans l'accumulateur. 20 [012] Selon une variante de réalisation, le premier et/ou le deuxième conduit sont flexibles. [13] Selon une variante de réalisation, le deuxième moyen de contrôle de la circulation du fluide est un deuxième clapet anti-retour. [14] Selon une variante de réalisation, le ressort est un ressort hélicoïdal à effort linéaire. [15] Selon une variante de réalisation, le vérin hydraulique est un vérin simple effet. 25 [016] II est prévu selon l'invention un véhicule automobile électrique comprenant un dispositif de pédale de frein et un système de freinage récupératif couplé au dispositif de pédale de frein. Selon l'invention, le dispositif de pédale de frein est conforme à l'un quelconque des modes de réalisation précédents. 3042764 3 [17] Le dispositif de pédale de frein selon l'invention est une solution peu coûteuse permettant de simuler une loi entre l'effort et la position de la pédale ayant un saut de pression augmenté. Grâce au dispositif de pédale de frein, l'agrément de conduite d'un système de freinage récupératif est amélioré. Par ailleurs, le dispositif de pédale de frein ne nécessite pas l'utilisation d'une unité 5 électronique de contrôle pour le pilotage du fluide dans le vérin hydraulique, réduisant ainsi le coût et l'espace nécessaire pour son intégration. [18] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, dans lesquels : 10 . la figure 1 est un graphique représentant la loi de variation de la pression du cylindre d'un dispositif de pédale de frein selon l'invention comportant un saut de pression augmenté pour améliorer le potentiel de récupération d'énergie ; la figure 2 représente la loi de l'effort de la pédale en fonction de la course de la pédale pour un dispositif de pédale de frein selon l'invention ; 15 . la figure 3 représente une vue de face d'un mode de réalisation du dispositif de pédale de frein selon l'invention ; la figure 4 représente une vue latérale du mode de réalisation du dispositif de pédale de frein selon l'invention ; les figures 5A à 5F sont des représentations schématiques du dispositif de pédale de frein 20 selon l'invention illustrant une séquence de fonctionnement lors de l'actionnement du dispositif de pédale de frein, l'actionnement comprenant un appui de la pédale de frein suivi de son relâchement. [19] L'invention concerne un dispositif de pédale de frein, de préférence pour un véhicule électrique ou hybride électrique comprenant un système de freinage récupératif. Le dispositif de 25 pédale de frein selon l'invention est couplé au système de freinage récupératif et permet une amélioration de l'agrément de conduite. [20] La figure 1 représente une loi entre l'effort de la pédale et la pression dans le cylindre du dispositif de pédale de frein conformément à l'invention. Le dispositif de pédale de frein est caractérisé par un amplificateur avec un saut de pression sans modification de l'effort ressenti sur la 30 pédale de freinage, le saut de pression est représenté en « a ». A la différence de l'état de la 3042764 4 technique le saut de pression est plus important afin de couvrir les besoins du freinage récupératif. Ainsi lorsque la variation du couple de freinage récupératif provoque une variation de pression dans le circuit de freinage, l'effort n'est pas ressenti au niveau de la pédale de frein, quelle que soit la variation du freinage récupératif. 5 [021] Donc, en « a », l'effort est découplé de la valeur de la pression jusqu'à une valeur « 1' ». La zone hachurée représente la perte d'effort à compenser pour garantir l'agrément au freinage. Pour compenser la perte d'effort, le dispositif de pédale de freinage doit pouvoir fournir un effort au regard de la course de la pédale qui correspond à la loi représentée en figure 2. [22] La figure 2 représente la loi de correspondance entre la course équivalente de la pédale 10 d'actionnement du dispositif de pédale de frein et l'effort de la pédale. Pour la première phase de la course de la pédale, la variation de l'effort est constante jusqu'à atteindre un effort correspondant « c ». Cette première phase de la course correspond au saut de pression « 1' ». La première phase de la course correspond à la course comprise entre la position de repos de la pédale de frein et une position intermédiaire avant la position d'enclenchement complète, c'est-à-dire où le pied du 15 conducteur appuie sur la pédale jusqu'en bout de course. La position intermédiaire correspond à une pression dans le circuit de freinage correspondant à « 1' ». [23] Dans une deuxième phase à la suite de la première phase de la course de la pédale, l'effort est constant pour une variation de la course de la pédale. Le dispositif découple ainsi l'effort de la pédale de la course de la pédale, et découple donc l'effort et la pression dans le cylindre lorsque la pression 20 est supérieure à la pression « 1' ». La deuxième phase de la course de la pédale correspond à une position de la pédale comprise entre la position intermédiaire et la position de bout de course de la pédale. [24] La figure 3 représente une vue de face du dispositif de pédale de frein 10 conformément à un mode de réalisation de l'invention. Le dispositif de pédale de frein comprend un vérin hydraulique 2, 25 une tige d'actionnement 1 mobile entre une position de repos et une position de bout de course pour augmenter la pression d'un fluide à l'intérieur du vérin 2, un accumulateur de fluide 4, un premier conduit 31 et un premier moyen de contrôle de circulation du fluide (non visible sur la figure 3). [25] La tige d'actionnement 1 est couplée à la pédale de frein (non représentée sur la figure 3) et 30 est mobile en translation. La tige d'actionnement 1 est un piston du vérin 2 agencé pour mettre en pression le fluide à l'intérieur d'une chambre du fluide du vérin 2. Le vérin 2 est un vérin simple effet. 3042764 5 [26] Le premier conduit 31 est agencé pour permettre une circulation du fluide entre une sortie de fluide 21 du vérin 2 et une entrée de fluide 41 de l'accumulateur 4. La sortie de fluide 21 relie la chambre de fluide du vérin 2 à une chambre de fluide de l'accumulateur de fluide 4 dans un unique sens de circulation du fluide. De préférence, le premier conduit 31 est un conduit flexible afin de 5 faciliter l'intégration de l'accumulateur 4. Par exemple, l'accumulateur 4 et le vérin 2 sont positionnés superposés dans le véhicule. La flexibilité du premier conduit 31 permet de faciliter l'installation de l'accumulateur et du vérin et la formation de un ou plusieurs coudes de déviation du premier conduit. [27] Selon l'invention, le dispositif de pédale de frein comprend également un ressort (non visible 10 sur la figure 3), le premier moyen de contrôle de circulation du fluide et le ressort étant agencés pour enclencher la circulation du fluide dans le premier conduit 31 lorsque la tige d'actionnement atteint une position intermédiaire. La position intermédiaire correspond à une pression dans le circuit de freinage correspondant à « 1' ». Le premier moyen de contrôle de circulation du fluide et le ressort empêchent la circulation du fluide dans le conduit 31 quand la tige d'actionnement 1 est déplacée 15 entre la position de repos et la position intermédiaire. Durant cette première phase, l'effort exercé sur la tige d'actionnement 1 et la pédale de frein est linéaire et croissant entre la position de repos et la position intermédiaire. Cette variation de l'effort résulte de la compression du fluide dans la chambre du vérin 2. [28] Dans ce mode de réalisation, le premier moyen de contrôle de circulation du fluide est un 20 premier clapet anti-retour, le ressort étant agencé pour exercer un effort en résistance contre une ouverture du premier clapet. L'utilisation d'un clapet anti-retour couplé à un ressort évite le recours à une unité de contrôle électronique. L'ouverture du premier clapet correspond à un état du premier clapet pour lequel le fluide peut circuler dans le premier conduit. La raideur du ressort est dimensionnée pour enclencher la circulation du fluide à la position intermédiaire de la tige 25 d'actionnement. On notera que le ressort est un ressort hélicoïdal à effort linéaire. Le premier clapet anti-retour peut être un clapet à bille, à battant ou guidé connu de l'homme du métier. [29] La figure 4 représente une vue latérale du dispositif de pédale de frein. Selon ce mode de réalisation, le dispositif de pédale de frein 10 comprend également un deuxième conduit 32 et un deuxième moyen de contrôle de circulation du fluide (non visible sur la figure 4), le deuxième conduit 30 et le deuxième moyen de contrôle étant agencés pour permettre la circulation du fluide entre une sortie de fluide 42 de l'accumulateur 4 et une entrée de fluide 22 du vérin 2 lorsque la pression du fluide dans le vérin 2 est inférieure à la pression du fluide dans l'accumulateur 4. Le deuxième conduit 32 et le deuxième moyen de contrôle de circulation du fluide permettent le retour du fluide 3042764 6 dans le vérin 2 lorsque le fluide est présent et comprimé dans l'accumulateur de fluide 4. Le retour du fluide dans le vérin 2 est possible lorsque la tige d'actionnement 1 est relâchée par le conducteur et retourne à la position de repos. [030] La sortie de fluide 42 relie la chambre de fluide de l'accumulateur 4 à la chambre de fluide du 5 vérin 2 dans un unique sens de circulation du fluide. De préférence, le deuxième conduit 32 est un conduit flexible afin de faciliter l'intégration de l'accumulateur 4, notamment pour un positionnement superposés du vérin 2 et de l'accumulateur 4. La flexibilité du deuxième conduit 32 permet de faciliter l'installation de l'accumulateur et du vérin et la formation de un ou plusieurs coudes de déviation du deuxième conduit. 10 [031] Dans ce mode de réalisation, le deuxième moyen de contrôle de la circulation du fluide est un deuxième clapet anti-retour. Le deuxième clapet anti-retour peut être un clapet à bille, à battant ou guidé connu de l'homme du métier. Dans une variante plus coûteuse, le deuxième moyen de contrôle de la circulation du fluide est une soupape ou une vanne pilotée. [32] Dans une variante, il est envisageable que le vérin soit un vérin double effet. Dans cette 15 configuration, le deuxième conduit 32 de circulation du fluide n'est pas nécessaire pour le retour de la tige d'actionnement 1 à la position de repos. Un circuit de commande hydraulique dédié peut être installé pour opérer le retour de la pédale de frein. Cette variante n'est pas privilégiée du fait de son coût plus élevé. [33] Les figures 5A à 5F sont des représentations schématiques du dispositif de pédale de frein 20 selon l'invention illustrant une séquence de fonctionnement lors de l'actionnement du dispositif de pédale de frein. La séquence de fonctionnement comprend lors d'une première phases trois étapes, représentées par les figures 5A à 5C, durant lesquelles le conducteur appuie sur la pédale de frein jusqu'à atteindre une pression dans le vérin 2 permettant la circulation du fluide du vérin 2 vers l'accumulateur 4, puis lors d'une deuxième phase trois autres étapes, représentées par les figures 5D 25 à 5F, durant lesquelles le conducteur relâche la pédale de frein. [34] Sur les représentations schématiques des figures 5A à 5F, le dispositif de pédale de frein comprend la pédale de frein 5, la tige d'actionnement 1, le vérin 2, le premier et le deuxième conduit 31, 32 et l'accumulateur 4. Le premier conduit 31 comprend le premier moyen de contrôle 61 couplé avec le ressort 7. Le deuxième conduit 32 comprend le deuxième moyen de contrôle 62. Le vérin 2 30 comprend la chambre de fluide 23 connectée hydrauliquement à la chambre de fluide 43 de l'accumulateur 4. La sortie de fluide 21 du vérin 2 est connectée hydrauliquement à l'entrée de fluide 3042764 7 41 de l'accumulateur 4 au moyen du premier conduit 31. La sortie de fluide 42 de l'accumulateur 4 est connectée hydrauliquement à l'entrée de fluide 22 du vérin 2 au moyen du deuxième conduit 32. [35] La figure 5A représente la première étape de la séquence. Le dispositif de pédale de frein est configuré de sorte que la tige d'actionnement 1 est positionnée à la position de repos. Le conducteur 5 n'actionne pas la pédale de frein 5. La pression dans la chambre 23 du vérin 2 et la pression dans la chambre 43 de l'accumulateur sont telles que le fluide est dans une pression de repos, le fluide n'est pas comprimé. [36] La figure 5B représente la deuxième étape de la séquence. Le conducteur actionne la pédale de frein 5 et la tige d'actionnement se déplace en translation pour comprimer le fluide du vérin 2. La 10 pression du fluide dans la chambre 23 du vérin 2 augmente et est supérieure à la pression de repos. La tige d'actionnement 1 est positionnée à une position antérieure à la position intermédiaire correspondant à la position du saut de pression. Le premier moyen de contrôle 61 et le ressort interdisent la circulation du fluide dans le premier conduit 31. La pression dans la chambre 43 de l'accumulateur 4 reste à la pression de repos. Lors de cette deuxième étape, l'effort résultant de la 15 compression du fluide est linéaire et croissant. L'effort augmente jusqu'à ce que le moyen de contrôle 61 et le ressort 7 autorisent la circulation du fluide vers l'accumulateur 4. On notera que le moyen de contrôle 62 interdit la circulation du fluide de l'accumulateur 4 vers le vérin 2. [37] La figure 5C représente la troisième étape de la séquence. Le conducteur actionne la pédale de frein 5 jusqu'à atteindre et dépasser la position intermédiaire de la tige d'actionnement 1 20 correspondant au saut de pression recherché. La pression du fluide dans le vérin 2 atteint un niveau pour lequel le moyen de contrôle 61 et le ressort 7 autorisent la circulation du fluide vers l'accumulateur 4 via le premier conduit 31. Lors de cette troisième étape, l'effort résultant exercé sur la tige d'actionnement est constant du fait de la circulation du fluide dans le premier conduit 31. La pression du fluide dans la chambre 43 de l'accumulateur 4 augmente. Lors de cette étape, la pression 25 du fluide dans la chambre 23 du vérin 2 reste supérieure à la pression du fluide dans la chambre 43 de l'accumulateur 4. On notera que le moyen de contrôle 62 interdit la circulation du fluide de l'accumulateur 4 vers le vérin 2. [38] La figure 5D représente la quatrième étape de la séquence. Le conducteur relâche la pédale de frein 5. La pression dans la chambre 23 du vérin 2 repousse la tige d'actionnement 1, la pédale de 30 frein 5 amorce un mouvement vers la position de repos. La pression du fluide dans la chambre 23 du vérin 2 est encore supérieure à la pression du fluide dans la chambre 43 de l'accumulateur 4. Le fluide ne circule pas dans le premier conduit 31, ni dans le deuxième conduit 32. 3042764 8 [39] La figure 5E représente la cinquième étape de la séquence lors du relâchement de la pédale de frein 5. La pression du fluide dans la chambre 23 devient inférieure à la pression du fluide dans la chambre 43 de l'accumulateur 4. Le deuxième moyen de contrôle autorise la circulation du fluide dans le deuxième conduit 32 de l'accumulateur 4 vers le vérin 2. La circulation du fluide exerce une 5 force sur la tige d'actionnement pour déplacer la tige d'actionnement 1 jusqu'à la position de repos. [40] La figure 5F représente la sixième étape de la séquence. La tige d'actionnement est revenue à la position de repos. La pression du fluide dans la chambre 23 du vérin 2 et la pression du fluide dans la chambre 43 de l'accumulateur 4 correspondent aux pressions du fluide au repos. [41] Le dispositif de pédale de frein selon l'invention est une solution à bas coût qui ne nécessite 10 pas d'électronique de commande pour simuler la loi recherchée entre l'effort et la position de la pédale. REVENDICATIONS1. Dispositif de pédale de frein comprenant un vérin hydraulique (2), une tige d'actionnement (1) mobile entre une position de repos et une position de bout de course pour augmenter la pression d'un fluide à l'intérieur du vérin (2), un accumulateur de fluide (4), un premier conduit (31) et un premier moyen de contrôle de circulation du fluide (61), le premier conduit (31) étant agencé pour permettre une circulation du fluide entre une sortie de fluide (21) du vérin et une entrée de fluide (41) de l'accumulateur (4), caractérisé en ce qu'il comprend également un ressort (7), le premier moyen de contrôle de circulation du fluide (61) et le ressort (7) étant agencés pour enclencher la circulation du fluide dans le premier conduit (31) lorsque la tige d'actionnement atteint une position intermédiaire. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier moyen de contrôle de circulation du fluide (61) est un premier clapet anti-retour, le ressort (7) étant agencé pour exercer un effort en résistance contre une ouverture du premier clapet. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend également un deuxième conduit (32) et un deuxième moyen de contrôle de circulation du fluide (62), le deuxième conduit et le deuxième moyen de contrôle étant agencés pour permettre la circulation du fluide entre une sortie de fluide (42) de l'accumulateur (4) et une entrée de fluide (22) du vérin (2) lorsque la pression du fluide dans le vérin (2) est inférieure à la pression du fluide dans l'accumulateur (4). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier et/ou le deuxième conduit (31, 32) sont flexibles. 5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le deuxième moyen de contrôle de la circulation du fluide (62) est un deuxième clapet anti-retour. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le ressort (7) est un ressort hélicoïdal à effort linéaire. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le vérin hydraulique (2) est un vérin simple effet. 3042764 10 8. Véhicule automobile électrique comprenant un dispositif de pédale de frein et un système de freinage récupératif couplé au dispositif de pédale de frein, caractérisé en ce que le dispositif de pédale de frein est conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7.