Brevet FR3084122A1 — publié le 20200124

- 1 - PROCEDE ET SYSTÈME DE FREINAGE DOTES D'UN EMBRAYAGE MULTIDISQUE MAGNETIQUE L'invention a trait aux dispositifs et aux procédés de freinage de véhicules automobiles comportant des mécanismes de freinage à actionnement électrique, dits «brake by wire». L'invention concerne plus précisément les mécanismes d'actionnement de ces dispositifs de freinage. Dans de tels véhicules, la fonction de frein de service consiste principalement à ralentir le véhicule et obtenir son arrêt. Dans la plupart des automobiles actuelles, le frein de service est assuré par des freins à tambour lo ou des freins à disque, ou à disques à l'avant du véhicule et à tambours à l'arrière à véhicule. En revanche, la fonction de frein de stationnement consiste à maintenir un véhicule immobilisé de façon continue pendant de longues durées. La fonction de frein de secours consiste à ralentir un véhicule en mouvement 15 de façon exceptionnelle, par exemple en cas de défaillance du circuit de commande du frein de service. Très souvent, ce fonctionnement est réalisé par le même mécanisme que le frein de stationnement, et le plus souvent uniquement sur les freins arrière. Jusqu'à une dizaine d'année, les freins étaient en général actionnés par 20 une pression hydraulique pour les freins de service, et pour les freins de stationnement par traction d'un câble en général à l'aide d'un levier à cliquet. Depuis, il est devenu courant de prévoir un système motorisé voire automatisé de gestion du frein de stationnement, en commandant un 25 actionneur électrique. L'actionneur électrique est souvent situé à l'extérieur du frein lui-même, et fonctionne par exemple en exerçant une traction sur un câble en lieu et place de la commande manuelle. Une telle gestion extérieure présente différents inconvénients, par exemple complexité et coût de fabrication et de maintenance. - 2 - Dans le même temps, il est depuis recherché aussi de réaliser des freins à fonctionnement purement électrique, c'est à dire y compris la fonction de frein de service. Afin de gagner en compacité et de réduire le nombre de pièces, s l'intégration complète des mécanismes d'actionnement, et plus particulièrement des groupes motoréducteurs, dans le mécanisme de base du frein, c'est à dire la partie qui est directement située sur ou autour de la roue, est aujourd'hui un axe de développement très prometteur. Qu'il s'agisse de freins à disque ou de freins à tambour, la cinématique de ces mécanismes utilise un déplacement assez faible mais nécessite un effort de serrage assez important. Pour cette raison, les motorisations électriques sont souvent choisies à vitesse de rotation élevée, ce qui permet de limiter leur taille et leur poids pour une puissance donnée, mais oblige à prévoir une très grande démultiplication. 15 De manière classique, les technologies de frein «brake by wire» présentes aujourd'hui sur le marché sont des solutions électriques en entrainement direct, qui utilisent un moteur actionnant un réducteur, qui actionne lui-même un mécanisme vis-écrou apte à produire une pression sur les garnitures de freinage. 20 Toutefois, ces technologies ne sont pas toujours à la hauteur du cahier des charges dans le cas de la fonction de frein de stationnement et dans le cas de la fonction de frein de service en situation d'urgence (ABS, ESP par exemple), ces fonctions de freinage imposant des cycles de pression d'environ 50bar en 25ms. 25 En effet, lorsqu'on actionne un étrier à l'aide d'un moteur électrique, il faut inverser le sens de rotation du moteur électrique afin d'avoir un relâchement de l'effort. Or, l'inertie étant une puissance du rapport de réduction, l'inertie apparente du côté de l'étrier (qui est déformé, et donc élastique) est 30 importante. - 3 - Par conséquent, il est recherché des moteurs puissants afin d'assurer une inversion de sens de rotation dans les intervalles de temps souhaitées. Ceci entre toutefois en contradiction avec le gain de volume recherché pour la taille des moteurs électriques (qui ont leur meilleur rendement à s environ 15% de couple et leur puissance maximale à 50% de leur vitesse maximale). C'est pourquoi, la présente invention propose d'utiliser un embrayage magnétique pour découpler les mécanismes vis-écrou de leur entraînement si nécessaire, et commander en régime linéaire la fonction de frein de service en situation d'urgence. Elle propose à cet effet un dispositif pour l'actionnement d'au moins une garniture de frottement contre une piste de frottement d'un système de freinage de véhicule, le dispositif comprenant une unité de commande, un mécanisme à entraînement électrique, incluant un groupe moto-réducteur 15 à train épicycloïdal couplé à un mécanisme de vis-écrou pour transformer un mouvement de rotation en un mouvement de translation, un moteur électrique entraînant en rotation suivant un axe de rotation le groupe moto-réducteur, le dispositif comportant en outre un embrayage multidisques à poudre magnétique disposé entre le moteur électrique et le mécanisme de 20 vis-écrou du mécanisme à entraînement électrique, de manière à coupler ou à découpler ledit moteur électrique d'avec ledit mécanisme de vis-écrou. De cette façon, le mécanisme vis-écrou peut être découplé du groupe moto-réducteur à train épicycloïdal en coupant l'alimentation de la bobine. Des caractéristiques optionnelles de l'invention, complémentaires ou 25 de substitution sont énoncées ci-après. Selon certaines caractéristiques additionnelles, l'embrayage multidisque à poudre magnétique peut être ménagé entre le groupe moto-réducteur à train épicycloïdal du mécanisme à entraînement électrique, et le mécanisme de vis-écrou. - 4 - Selon d'autres caractéristiques additionnelles, l'embrayage multidisque à poudre magnétique peut comporter un ensemble de disques menants, un ensemble de disques menés, chaque disque menant étant espacé d'un disque mené par un entrefer rempli d'une poudre de ferrite et commandé 5 par une bobine. Selon d'autres caractéristiques additionnelles, la surface de l'ensemble des disques menants et de l'ensemble des disques menés comporte des stries radiales et/ou des perçages traversants, de manière à accrocher les particules de poudre de ferrite. Selon d'autres caractéristiques additionnelles, l'embrayage multidisque à poudre magnétique comporte en outre un aimant, l'aimant et la bobine produisant un champ magnétique de même sens, mais de polarités opposées. L'invention a également pour objet un système de freinage comportant 15 un dispositif pour l'actionnement d'au moins une garniture de frottement contre une piste de frottement, conforme à un mode de réalisation de l'invention. L'invention a également pour objet un véhicule automobile doté d'un système de freinage comportant un dispositif pour l'actionnement d'au 20 moins une garniture de frottement contre une piste de frottement, conforme à un mode de réalisation de l'invention. L'invention a également pour objet un premier procédé de freinage d'un véhicule doté d'un système de freinage comportant un dispositif pour l'actionnement d'au moins une garniture de frottement contre une piste de zs frottement, conforme à un mode de réalisation de l'invention, l'embrayage multidisque à poudre magnétique comportant un ensemble de disques menants, un ensemble de disques menés, chaque disque menant étant espacé d'un disque mené par un entrefer rempli d'une poudre de ferrite et commandé par une bobine, - 5 - dans lequel la bobine est alimentée lorsque le mode « freinage » est requis et que l'alimentation de la bobine est coupée lorsqu'une anomalie de trajectoire du véhicule est constatée durant le mode « freinage ». L'invention a également pour objet un second procédé de freinage d'un s véhicule doté d'un système de freinage comportant un dispositif pour l'actionnement d'au moins une garniture de frottement contre une piste de frottement, conforme à un mode de réalisation de l'invention, l'embrayage multidisque à poudre magnétique comportant un ensemble de disques menants, un ensemble de disques menés, chaque disque menant étant espacé d'un disque mené par un entrefer rempli d'une poudre de ferrite et commandé par une bobine et un aimant, dans lequel la bobine n'est alimentée que lorsqu'une anomalie de trajectoire du véhicule est constatée durant le mode « freinage ». On entend par « anomalie de trajectoire », des situations de roulage 15 dans lesquelles le véhicule risque de perdre sa stabilité et d'échapper au contrôle de son conducteur. Ces situations sont corriger désormais par les systèmes ESP et ABS qui permettent de corriger la trajectoire en agissant sur le système de freinage ainsi que sur le couple moteur. Ils agissent lorsque le véhicule prend un virage à trop grande vitesse ou lors d'un 20 changement brutal de trajectoire (évitement d'obstacle). Les systèmes ESP peuvent alors sous-virer lorsque le train avant dérive davantage que le train arrière et que le véhicule a tendance à aller tout droit au lieu de suivre la courbe. Les systèmes ESP rétablissent le véhicule en donnant l'ordre de freiner la roue arrière intérieure. En cas de fort sous 25 virage, l'ESP freine aussi les roues avant. Les systèmes ESP peuvent alors sur-virer lorsque le train arrière dérive davantage que le train avant (la voiture part en tête-à-queue). ESP rétablit le véhicule en donnant l'ordre de freiner la roue avant extérieure. - 6 - D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en oeuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants : La figure 1 représente une vue schématique des champs magnétiques s obtenus avec un dispositif pour l'actionnement d'au moins une garniture de frottement, selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 2 représente un détail de la figure 1 lorsque le dispositif pour l'actionnement est découplé. La figure 3 représente un détail de la figure 1 lorsque le dispositif pour l'actionnement est couplé. La figure 4 représente un dispositif pour l'actionnement d'au moins une garniture de frottement, selon un mode de réalisation de l'invention. A des fins de clarté et de concision, les références sur les figures correspondent aux mêmes éléments. Les modes de réalisation décrits ci-après étant nullement limitatifs, on pourra notamment considérer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites, isolées des autres caractéristiques décrites (même si cette sélection est isolée au sein d'une phrase comprenant ces autres caractéristiques), si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique, de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. Plus précisément, la figure 4 décrit un mécanisme à entraînement électrique 3, incluant un groupe moto-réducteur à train épicycloïdal couplé à un mécanisme de vis-écrou pour transformer un mouvement de rotation - 7 - en un mouvement de translation. Le moteur électrique 2 entraîne en rotation suivant un axe de rotation A le groupe moto-réducteur. Une unité ECU commande le moteur électrique. Le dispositif comporte en outre un embrayage multidisques à poudre s magnétique 1 disposé entre le moteur électrique 2 et le mécanisme de vis- écrou du mécanisme à entraînement électrique 3, de manière à coupler ou à découpler ledit moteur électrique d'avec ledit mécanisme de vis-écrou. L'unité ECU commande également l'embrayage multi-disques à poudre magnétique. A titre indicatif et non représenté sur les figures, le train épicycloïdal peut inclure un groupe de satellites en rotation selon l'axe autour d'un pignon planétaire et à l'intérieur d'une couronne circulaire coaxiale audit train planétaire. Lesdits satellites sont portés par un porte-satellites et engrènent à la fois avec une denture extérieure dudit pignon planétaire et 15 avec une denture intérieure, formée dans ladite couronne circulaire selon un premier motif présentant une première orientation déterminée. Le train épicycloïdal entraîne alors un élément fileté mâle qui lui est coaxial, lequel coopère avec un filetage femelle formé dans la surface intérieure de ladite couronne selon un deuxième motif présentant une 20 deuxième orientation différente de la première orientation. La couronne forme ainsi une couronne filetée qui coopère avec ledit élément fileté mâle pour former le mécanisme vis-écrou. La couronne présente ainsi des reliefs de filetage femelle entrecroisés avec des reliefs de denture intérieure pour former une denture croisée qui 25 est apte à fonctionner aussi bien en denture de couronne de train épicycloïdal qu'en filetage d'écrou. A titre indicatif, la couronne filetée peut être solidaire de ou bien former un piston de frein qui est maintenu fixe en rotation et est agencé pour que - 8 - son déplacement exerce un effort de serrage par déplacement linéaire de la garniture de frottement vers la piste de frottement. A titre indicatif, le mécanisme vis-écrou peut être un mécanisme autobloquant en ce sens que, lorsque le moteur électrique entraîne suivant s une poussée axiale d'arrière en avant l'écrou, ce dernier reste dans sa position après l'arrêt du moteur. Alternativement, le mécanisme vis-écrou peut être un mécanisme selon lequel l'écrou revient à sa position initiale après l'arrêt du moteur. De manière préférentielle, l'embrayage multidisque à poudre io magnétique 1 est ménagé entre le groupe moto-réducteur à train épicycloïdal et le mécanisme de vis-écrou. C'est en effet à cet emplacement que l'inertie du groupe moto-réducteur est le plus réduite. Tel que représenté sur les figures 2 et 3, l'embrayage multidisque à poudre magnétique 1 comporte un ensemble de disques menants 11 et un 15 ensemble de disques menés 12. Chaque disque menant lia est espacé d'un disque mené 12a par un entrefer rempli d'une poudre de ferrite 15. Une bobine 14 permet de créé un champ magnétique tel que visible sur la figure 1. Selon cette configuration, lorsqu'un champ magnétique est créé par 20 excitation électrique de la bobine, la résistance au cisaillement de la poudre augmente, et les éléments ferromagnétiques de l'embrayage sont solidarisés. En l'absence du champ magnétique, la poudre n'offre plus de résistance au cisaillement, et est susceptible d'être évacuée des entrefers, afin de désolidariser les éléments ferromagnétiques (les disques menants et 25 menés) de l'embrayage. De manière avantageuse, la surface de l'ensemble des disques menants 11 et de l'ensemble des disques menés 12 comporte des stries radiales et/ou des perçages traversants, de manière à accrocher les particules de poudre de ferrite. - 9 - Le couple transmissible dépend en effet de l'intensité du champ magnétique, il y a glissement relatif par cisaillement dès lors que les lignes formées par les particules se brisent, ce qui est très dépendant de la composition chimique de la poudre, de sa granulométrie et de sa 5 température. Selon un perfectionnement, l'embrayage multidisque à poudre magnétique 1 comporte en outre un aimant 13, l'aimant 13 et la bobine 14 produisant un champ magnétique de même sens, mais de polarités opposées. Selon cette configuration, lorsque la bobine 14 n'est pas alimentée, l'aimant 13 excite le circuit magnétique, le circuit magnétique conduit des lignes de flux magnétique, qui passent par les disques dans le sens de leur axe de rotation. Les particules magnétiques présentes entre les disques vont s'aligner sur les lignes de champ. 15 Lorsqu'on alimente la bobine 14, les lignes de champ produites par l'aimant se font repousser en dehors du circuit magnétique. La poudre magnétique se comporte de plus en plus comme un fluide, un glissement relatif entre les disques menants 11 et menés 12 est possible. Plus l'excitation magnétique de la bobine est proche de l'excitation magnétique 20 produite par l'aimant, plus le couple transmis est faible. En d'autres termes, le champ magnétique créé par l'aimant augmente la résistance au cisaillement de la poudre, et les éléments ferromagnétiques de l'embrayage sont solidarisés. Lors de l'excitation électrique de la bobine, comme l'aimant 13 et la bobine 14 produisent chacun un champ magnétique 25 de même sens mais de polarités opposées, ces champs magnétiques s'annulent. En l'absence de champ magnétique, la poudre n'offre alors plus de résistance au cisaillement. Conformément à l'invention, ces dispositifs pour l'actionnement d'au moins une garniture de frottement peuvent être implémentés sur les 30 fonctions de frein de service et de frein de stationnement des véhicules automobiles. - 10 - Il s'ensuit alors un premier procédé de freinage applicable à un dispositif pour l'actionnement d'au moins une garniture de frottement contre une piste de frottement comportant un embrayage multidisque à poudre magnétique doté d'un ensemble de disques menants et d'un ensemble de 5 disques menés, ainsi que d'une bobine. Selon ce procédé, la bobine est alimentée lorsque le mode « freinage » est requis et l'alimentation de la bobine est coupée lorsqu'une anomalie de trajectoire du véhicule est constatée durant le mode « freinage ». Selon cette configuration, lorsqu'un champ magnétique est créé par 113 excitation électrique de la bobine, la résistance au cisaillement de la poudre augmente, et les éléments ferromagnétiques de l'embrayage sont solidarisés. En l'absence du champ magnétique, la poudre n'offre plus de résistance au cisaillement, et est susceptible d'être évacuée des entrefers, afin de désolidariser les éléments ferromagnétiques (les disques menants et 15 menés) de l'embrayage. Il s'ensuit également un second procédé de freinage applicable à un dispositif pour l'actionnement d'au moins une garniture de frottement contre une piste de frottement comportant un embrayage multidisque à poudre magnétique doté d'un ensemble de disques menants et d'un ensemble de 20 disques menés, ainsi que d'une bobine et d'un aimant. Selon ce procédé, la bobine n'est alimentée que lorsqu'une anomalie de trajectoire du véhicule est constatée durant le mode « freinage ». Selon cette configuration, le champ magnétique créé par l'aimant augmente la résistance au cisaillement de la poudre, et les éléments 25 ferromagnétiques de l'embrayage sont solidarisés. Lors de l'excitation électrique de la bobine, comme l'aimant et la bobine produisent chacun un champ magnétique de même sens mais de polarités opposées, ces champs magnétiques s'annulent. En l'absence de champ magnétique, la poudre n'offre alors plus de résistance au cisaillement. Cette configuration a démontré une réactivité particulièrement élevée (moins de 20ms pour une consigne de 100bar), et la possibilité de s'affranchir également du temps de mise en mouvement du rotor du moteur électrique et du groupe moto-réducteur, en débrayant l'embrayage 5 magnétique lors de l'actionnement des systèmes ESP. Cette configuration a démontré également un relâchement quasi instantané de l'effort par débrayage, qui est un avantage en termes de sécurité, étant donné qu'une roue en glissement peut faire dévier le véhicule. 10 De plus, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l'invention REVENDICATIONS1- Dispositif pour l'actionnement d'au moins une garniture de frottement contre une piste de frottement d'un système de freinage de véhicule, le dispositif comprenant une unité de commande (ECU), un mécanisme à entraînement électrique (3), incluant un groupe moto-réducteur à train épicycloïdal couplé à un mécanisme de vis-écrou pour transformer un mouvement de rotation en un mouvement de translation, un moteur électrique (2) entraînant en rotation suivant un axe de rotation (A) le groupe moto-réducteur, caractérisé en ce que le dispositif comporte en outre un embrayage multidisques à poudre magnétique (1) disposé entre le moteur électrique (2) et le mécanisme de vis-écrou du mécanisme à entraînement électrique (3), de manière à coupler ou à découpler ledit moteur électrique d'avec ledit mécanisme de vis-écrou. 2- Dispositif pour l'actionnement d'au moins une garniture de frottement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'embrayage multidisque à poudre magnétique (1) est ménagé entre le groupe moto-réducteur à train épicycloïdal du mécanisme à entraînement électrique (3), et le mécanisme de vis-écrou. 3- Dispositif pour l'actionnement d'au moins une garniture de frottement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'embrayage multidisque à poudre magnétique (1) comporte un ensemble de disques menants (11), un ensemble de disques menés (12), chaque disque menant (11a) étant espacé d'un disque mené (12a) par un entrefer rempli d'une poudre de ferrite (15), et commandé par une bobine (14). 4- Dispositif pour l'actionnement d'au moins une garniture de frottement selon la revendication 3, caractérisé en ce que la surface de l'ensemble des disques menants (11) et de l'ensemble des disques menés (12) comporte des stries radiales et/ou des perçages traversants, de manière à accrocher les particules de poudre de ferrite. - 13 - 5- Dispositif pour l'actionnement d'au moins une garniture de frottement selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que l'embrayage multidisque à poudre magnétique (1) comporte en outre un aimant (13), l'aimant (13) et la bobine (14) produisant un champ magnétique de même sens, mais de polarités opposées. 6- Système de freinage comportant un dispositif pour l'actionnement d'au moins une garniture de frottement contre une piste de frottement, conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5. 7- Véhicule automobile doté d'un système de freinage comportant un 10 dispositif pour l'actionnement d'au moins une garniture de frottement contre une piste de frottement, conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5. 8- Procédé de freinage d'un véhicule doté d'un système de freinage comportant un dispositif pour l'actionnement d'au moins une garniture de 15 frottement contre une piste de frottement, conforme à l'une quelconque des revendications 3 à 4, caractérisé en ce que la bobine est alimentée lorsque le mode « freinage » est requis et que l'alimentation de la bobine est coupée lorsqu'une anomalie de trajectoire du véhicule est constatée durant le mode « freinage ». 20 9- Procédé de freinage d'un véhicule doté d'un système de freinage comportant un dispositif pour l'actionnement d'au moins une garniture de frottement contre une piste de frottement, conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que la bobine (14) n'est alimentée que lorsqu'une anomalie de trajectoire du véhicule est constatée durant le mode « freinage ». 25