Brevet FR3063786A1 — publié le 20180914

DISPOSITIF DE FREINAGE DETECTANT LE NIVEAU D'USURE D'UN DISQUE DE FREIN La présente invention se rapporte à un dispositif de freinage détectant le niveau d'usure d'un disque de frein. L'invention appartient au domaine du freinage. Elle est décrite ici dans son application à l'industrie automobile, mais trouve à s'appliquer dans d'autres domaines, tels que le freinage des éoliennes, des avions, ainsi que d'autres systèmes. La tendance actuelle est à la baisse de la fréquence des maintenances opérées sur un véhicule automobile. Ainsi, la probabilité d'approcher la limite maximale d'usure acceptable pour les disques de frein augmente. Il apparaît donc comme essentiel pour la sécurité des utilisateurs d'un véhicule de pouvoir détecter de façon automatisée l'état d'usure des disques de frein pour en informer l'utilisateur en temps réel, afin d'éviter qu'il puisse rouler avec des freins dont les disques présentent un état d'usure proche de la valeur maximale acceptable, par exemple de l'ordre de 1 mm par face du disque. Il existe divers systèmes capables de détecter l'usure des plaquettes de frein. Cependant, ces systèmes fournissent des informations uniquement sur le déplacement ou l'usure des plaquettes de frein, mais ne donnent aucune information sur l'usure des disques de frein. Par ailleurs, on connaît par le document WO-A-2012 31591 un système de contrôle visuel de l'état d'usure d'un disque de frein. Néanmoins, cette solution connue ne fournit pas d'informations sous forme de signaux adaptés à un traitement automatisé permettant de prévenir l'utilisateur en temps réel de l'état d'usure des disques de frein de son véhicule et de la nécessité d'une maintenance spécifique. Cela contraint actuellement l'utilisateur à faire contrôler l'état des disques de frein à chaque maintenance d'ensemble du véhicule. La présente invention vise à remédier à cet inconvénient. Dans ce but, la présente invention propose un dispositif de freinage comportant un disque de frein, un étrier et un jeu de plaquettes de frein pinçant le disque lors du freinage, le disque présentant au moins une piste de freinage, remarquable en ce que : 3063786 2 la piste de freinage présente au moins un trou borgne situé sur une portion annulaire prédéterminée de la piste ; au moins une plaquette de frein du jeu de plaquettes de frein est munie d'un filin conducteur en contact avec la portion annulaire de la piste de 5 freinage lors du freinage ; le dispositif de freinage comporte en outre un capteur de vitesse de rotation du disque de frein ; et l'étrier est équipé d'un module de réception de signaux électriques relié au filin et recevant, lors du freinage, un signal électrique qui dépend de 10 l'état d'usure du disque de frein. La profondeur du trou borgne diminue au fur et à mesure que le disque de frein s'use. Ainsi, pour un état d'usure relativement faible, le trou reste apparent et le signal électrique reçu par le module de réception de signaux électriques 15 (ce signal électrique étant envoyé vers le disque de frein par le réseau de bord du véhicule par exemple, ou encore par un ordinateur de bord présent dans le véhicule) est discontinu, puisque lors du freinage, lorsque le disque de frein tourne, le signal électrique s'interrompt à chaque passage du trou en regard du filin conducteur. Lorsque l'usure devient prononcée, le trou 20 disparaît complètement pour se confondre avec la surface de la piste de freinage. Le signal électrique devient alors continu et une information peut être mémorisée dans un ordinateur de bord du véhicule et/ou transmise à l'utilisateur selon laquelle l'état d'usure du disque de frein requiert une maintenance, consistant en l'occurrence à remplacer le disque usé. Le 25 capteur de vitesse de rotation du disque de frein permet d'en déduire le signal électrique reçu sur un tour du disque de frein, c'est-à-dire sur un tour de roue du véhicule. Dans un mode particulier de réalisation, la piste de freinage présente un trou borgne unique. 30 Cela permet de minimiser le coût de fabrication des disques de frein adaptés au dispositif de freinage conforme à l'invention. En effet, un seul trou borgne suffit pour recueillir par l'intermédiaire du module de réception de signaux électriques une information sur l'usure du disque de frein. En variante, la piste de freinage présente une pluralité de trous 35 borgnes de profondeurs différentes. Cette variante permet de suivre de façon plus précise l'évolution de l'usure du disque de frein. 3063786 3 Dans encore une autre variante, la piste de freinage présente une pluralité de trous borgnes de même profondeur. Cette variante permet d'augmenter la fiabilité de la détection d'usure, en opérant des recoupements entre les diverses informations reçues par le 5 module de réception de signaux électriques en provenance des divers trous borgnes. Selon une caractéristique particulière, le capteur de vitesse de rotation est compris dans un système antiblocage de roues ABS. Dans un mode particulier de réalisation, le jeu de plaquettes de frein 10 comportant deux plaquettes de frein disposées respectivement de part et d'autre du disque de frein, chacune des deux plaquettes de frein est munie d'un filin conducteur en contact avec la portion annulaire de la piste de freinage lors du freinage. Cela permet de détecter l'état d'usure de chaque face du disque de 15 frein. Dans le même but que celui indiqué plus haut, la présente invention propose également un véhicule automobile, remarquable en ce qu'il comporte au moins un dispositif de freinage tel que succinctement décrit ci-dessus. 20 Dans un mode particulier de réalisation où le véhicule comporte en outre un ordinateur de bord, l'ordinateur de bord comporte une unité de réception d'informations sur l'état d'usure du disque de frein en provenance du module de réception de signaux électriques et du capteur de vitesse de rotation du disque de frein et une unité d'affichage fournissant à un utilisateur 25 du véhicule ces informations sur l'état d'usure du disque de frein. L'utilisateur est ainsi alerté en temps réel de l'état d'usure du disque de frein, ce qui lui permet d'organiser en temps utile le remplacement du disque lorsqu'il est usé au point de ne plus garantir la sécurité et la fiabilité requises lors du freinage. 30 Les caractéristiques particulières et les autres avantages du véhicule étant les mêmes que ceux du dispositif de freinage, ils ne sont pas répétés ici. D'autres aspects et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation, donnés à titre 35 d'exemples non limitatifs et en référence aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels : 3063786 4 - la figure 1 est une vue schématique d'une partie d'un véhicule automobile concernée par la présente invention ; - la figure 2 est une vue schématique en perspective d'un disque de frein compris dans un dispositif de freinage conforme à la présente invention, 5 dans un mode particulier de réalisation ; - la figure 3 est une vue schématique partielle agrandie en coupe d'un disque de frein compris dans un dispositif de freinage conforme à la présente invention, dans un mode particulier de réalisation ; et - la figure 4 est un graphique illustrant le signal électrique capté par 10 un module de réception de signaux électriques compris dans un dispositif de freinage conforme à la présente invention, dans un mode particulier de réalisation. La figure 1 illustre schématiquement le contexte de la présente invention. 15 L'invention s'applique à un disque de frein 10 fixé sur le moyeu 9 d'une roue 8 d'un véhicule. La roue 8 peut être une roue avant ou arrière, droite ou gauche. Lorsque le véhicule est en mouvement, la roue 8 et le disque de frein 10 tournent. 20 Lors d'un freinage, le disque de frein 10 est pincé par un jeu de garnitures ou plaquettes de frein 14. Les plaquettes de frein 14 sont maintenues dans un étrier de frein 12 solidaire du véhicule et sont actionnées par des pistons 15 fixés sur l'étrier 12. Les plaquettes de frein 14 viennent ainsi frotter contre le disque de frein 10. 25 La partie du disque de frein 10 en contact avec les plaquettes de frein 14 est la piste de freinage 20. Le dispositif de freinage conforme à l'invention comporte le disque de frein 10, l'étrier 12 et le jeu de plaquettes de frein 14. Il comporte en outre un capteur (non représenté) de vitesse de rotation du disque de frein 10. Ce 30 capteur peut par exemple faire partie d'un système antiblocage de roues ABS. Il donne la vitesse de rotation du disque de frein 10. La figure 2 illustre schématiquement un disque de frein compris dans un dispositif de freinage selon la présente invention, dans un mode particulier de réalisation. 35 Conformément à l'invention et comme le montre la figure 2, la piste de freinage 20 du disque de frein 10 présente au moins un trou 22 borgne situé sur une portion annulaire 24 prédéterminée de la piste de freinage 20. Sur le 3063 786 5 dessin, la portion annulaire est symbolisée par un double cercle. Néanmoins, en pratique, cette portion n'est pas nécessairement matérialisée. La vue agrandie en coupe de la figure 3 illustre la détection d'usure du disque de frein 10 opérée par le dispositif de freinage conforme à l'invention. 5 En effet, au moins une plaquette de frein du jeu de plaquettes de frein 14 est munie d'un film ou filin conducteur 30. Le filin conducteur 30 peut être enrobé dans la matière de la plaquette de frein, par exemple en son centre, comme le montrent les figures 2 et 3. La matière du filin conducteur 30 sera choisie de façon à être non 10 seulement conductrice, mais aussi résistante à la température d'utilisation des plaquettes de frein et présentant un coefficient de dureté inférieur ou égal à celui de la garniture ou plaquette. Lors du freinage, ce filin conducteur 30 est en contact avec la portion annulaire 24 de la piste de freinage 20. En effet, la portion annulaire 24 est 15 située en regard du filin conducteur 30. Par ailleurs, l'étrier de frein 12 visible sur la figure 1 est équipé d'un module de réception de signaux électriques (non représenté) relié au filin conducteur 30. Ce module de réception de signaux électriques peut être un simple câble électrique connecté au filin conducteur 30. Le module de 20 réception de signaux électriques peut être également connecté à une unité de traitement des signaux électriques reçus, telle qu'un ordinateur de bord présent dans le véhicule. Un signal électrique est envoyé vers le module de réception de signaux électriques par le réseau de bord du véhicule par exemple, ou 25 encore par un ordinateur de bord présent dans le véhicule. Ainsi, lors du freinage, le module de réception de signaux électriques reçoit un signal électrique qui s'interrompt au niveau du disque de frein 10 chaque fois que le trou 22 borgne se trouve, du fait de la rotation du disque de frein 10, en regard du filin conducteur 30. En effet, à l'endroit du trou 22 30 borgne, il n'y a pas de matière en surface de la portion annulaire 24, ce qui coupe le circuit électrique formé par le module de réception de signaux électriques, le filin conducteur 30 et la piste de freinage 20. Cependant, au fil des freinages, le disque de frein 10 s'use et perd donc de la matière et le trou 22 borgne perd en profondeur. 35 Arrivé à un état d'usure tel qu'une épaisseur de matière égale à la profondeur initiale du trou 22 a été consommée du fait du frottement des 3063786 6 plaquettes de frein 14 contre la piste de freinage 20, le trou 22 disparaît pour se confondre avec la piste de freinage 20. Il n'y a alors plus d'interruption du passage du courant entre le filin conducteur 30 et le disque de frein 10. 5 Le signal électrique reçu par le module de réception de signaux électriques devient alors continu, au sens où il a une valeur non nulle durant toute la durée d'un freinage. On connaît alors précisément l'état d'usure du disque de frein 10, qui est égal à la profondeur initiale du trou 22. Le graphique de la figure 4 montre le profil d'un signal électrique 10 numérique, prenant soit la valeur 0 lorsque le circuit électrique est coupé, soit la valeur 1 dans le cas contraire, dans un mode particulier de réalisation où la piste de freinage 20 présente deux trous 22 borgnes diamétralement opposés. L'angle de rotation du disque de frein 10, en degrés, est porté en 15 abscisse et la valeur binaire du signal électrique est portée en ordonnée. Pour un tour complet (de 00 à 360°) de la roue 8 etclonc du disque de frein 10, tant que l'état d'usure du disque de frein 10 n'a pas fait disparaître les deux trous 22, le signal électrique prend à deux reprises la valeur 0, pour deux positions angulaires du disque de frein 10 diamétralement opposées, 20 c'est-à-dire lorsque chacun des deux trous 22 passe en regard du filin conducteur 30. Ainsi, conformément à l'invention, le module de réception de signaux électriques reçoit, lors du freinage, un signal électrique qui dépend de l'état d'usure du disque de frein 10, en fonction des informations reçues par le 25 module de réception de signaux électriques et de la valeur de la vitesse de rotation du disque de frein 10 fournie par le capteur de vitesse de rotation du disque de frein 10. Dès lors que le véhicule équipé d'un tel dispositif de freinage comporte un ordinateur de bord comportant une unité de réception, en 30 provenance du module de réception de signaux électriques et du capteur de vitesse de rotation du disque de frein 10 décrits précédemment, d'informations sur l'état d'usure du disque de frein 10 et une unité d'affichage dans l'habitacle du véhicule, ces informations sur l'état d'usure du disque de frein 10 peuvent alors être transmises directement à l'utilisateur du véhicule, 35 en temps réel, lors de l'utilisation courante du véhicule, via une interface de tout type telle qu'un voyant sur le tableau de bord. 3063786 7 En variante, cette interface visuelle peut être complétée ou remplacée par l'émission d'un signal ou message sonore dans l'habitacle, ces exemples n'étant pas limitatifs. Pour renforcer la fiabilité de la détection d'usure, l'avertissement de la 5 nécessité de remplacer un disque de frein 10 pourra n'être délivré à l'utilisateur qu'après plusieurs mesures d'usure réparties sur plusieurs jours, afin d'écarter notamment des erreurs de détection qui pourraient être dues à la présence d'eau de pluie ou de salissures au niveau des trous 22. Dans encore une autre variante, les informations sur l'état d'usure du 10 disque de frein 10 peuvent ne pas être transmises à l'utilisateur du véhicule, mais simplement être enregistrées dans l'ordinateur de bord du véhicule, pour analyse chez un garagiste. On peut choisir de détecter soit l'usure maximale admise pour un roulage sans risque avec le disque de frein, soit un niveau d'usure 15 prédéterminé inférieur au maximum. Dans ce second cas, on peut éventuellement accompagner cette détection d'usure par une prédiction du nombre de kilomètres qui pourront être parcours avant qu'un remplacement du disque de frein usé soit nécessaire. Pour les besoins de la détection d'usure au moyen du dispositif de 20 freinage selon l'invention, un seul trou 22 borgne sur la piste de freinage 20 est suffisant. On choisira par exemple pour ce trou 22 une profondeur égale à l'épaisseur de frottement utilisable du disque de frein 10, ou du moins égale à l'état d'usure dont on souhaite informer l'utilisateur du véhicule. Cependant, en variante, on peut prévoir plusieurs trous 22 borgnes. 25 Dans ce cas, on peut, soit prévoir des trous 22 de profondeurs différentes, soit des trous 22 de même profondeur. Une variante avec plusieurs trous 22 de différentes profondeurs aura notamment pour avantage de permettre une détection de différents états d'usure du disque de frein 10. Par exemple, avec 9 profondeurs différentes, il 30 sera possible d'informer l'utilisateur de l'état d'usure sur une échelle de 1 (disque de frein neuf) à 10 (disque à remplacer). Une variante avec plusieurs trous 22 de même profondeur aura notamment pour avantage d'obtenir un signal électrique de détection d'usure plus fiable qu'avec un seul trou 22. 35 Dans tous les cas, on choisira pour le ou les trous 22 une forme optimale offrant la meilleure tenue possible en fatigue thermodynamique. 3063786 8 Le dispositif de freinage conforme à l'invention pourra être prévu sur une face du disque de frein 10 ou sur ses deux faces. Dans ce dernier cas, le jeu de plaquettes de frein 14 comportant deux plaquettes de frein disposées respectivement de part et d'autre du disque de frein 10, chacune des 5 plaquettes de frein est munie d'un filin conducteur 30 en contact avec la portion annulaire de chacune des deux pistes de freinage 20, sur chaque face du disque de frein 10. REVENDICATIONS1. Dispositif de freinage comportant un disque de frein (10), un étrier (12) et un jeu de plaquettes de frein (14) pinçant ledit disque (10) lors du freinage, ledit disque (10) présentant au moins une piste de freinage (20), caractérisé en ce que : ladite piste de freinage (20) présente au moins un trou (22) borgne situé sur une portion annulaire (24) prédéterminée de ladite piste (20) ; au moins une plaquette de frein dudit jeu de plaquettes de frein (14) est munie d'un filin conducteur (30) en contact avec ladite portion annulaire (24) de ladite piste de freinage (20) lors du freinage ; ledit dispositif de freinage comporte en outre un capteur de vitesse de rotation dudit disque de frein (10) ; et ledit étrier (12) est équipé d'un moyen de réception de signaux électriques relié audit filin (30) et recevant, lors du freinage, un signal électrique qui dépend de l'état d'usure dudit disque de frein (10). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite piste de freinage (20) présente un trou (22) borgne unique. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite piste de freinage (20) présente une pluralité de trous (22) borgnes de profondeurs différentes. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite piste de freinage (20) présente une pluralité de trous (22) borgnes de même profondeur. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit capteur de vitesse de rotation est compris dans un système antiblocage de roues ABS. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, ledit jeu de plaquettes de frein (14) comportant deux plaquettes de frein disposées respectivement de part et d'autre dudit disque de frein (10), caractérisé en ce que chacune des deux plaquettes de frein est munie d'un filin conducteur (30) en contact avec ladite portion annulaire (24) de ladite piste de freinage (20) lors du freinage. 7. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif de freinage selon l'une quelconque des revendications précédentes. 3063786 10 8. Véhicule automobile selon la revendication 7, comportant en outre un ordinateur de bord, caractérisé en ce que ledit ordinateur de bord comporte un moyen de réception d'informations sur l'état d'usure dudit disque de frein (10) en provenance dudit moyen de réception de signaux 5 électriques et dudit capteur de vitesse de rotation dudit disque de frein (10) et un moyen d'affichage fournissant à un utilisateur dudit véhicule lesdites informations sur l'état d'usure dudit disque de frein (10).