FR2688461A1 - Frein a friction, notamment frein a disque, pour vehicules, ainsi que procede pour freiner un vehicule. - Google Patents
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Abstract
Ce frein à friction peut être commandé avec une faible puissance. Un frein à disque 10) comporte un embrayage électromagnétique à friction (32) établissant une liaison d'entraînement par friction contrôlable avec le disque de frein (13). L'embrayage (32) agit sur un dispositif (24) pour générer, indépendamment du sens de rotation, une pression hydraulique applicable à un dispositif de serrage (20) de garnitures de friction (18.1, 18.2). Pour presser les garnitures contre le disque (13), de l'énergie est donc prélevée de la roue tournante au moyen de l'embrayage (32) et cette énergie est appliquée de façon dosée au dispositif de serrage (20) avec utilisation d'un liquide de pression comme véhicule d'énergie. Un tel frein est utilisable par exemple sur des voitures de tourisme.
Description
L'invention part d'un frein à friction,
notamment d'un frein à disque, pour véhicules, compre-
nant un organe frottant (disque de frein) relié soli-
daire en rotation et coaxialement à une roue de véhi-
cule, au moins une garniture de friction coordonnée à l'organe frottant, un dispositif de serrage comportant un piston pour presser la garniture de friction contre l'organe frottant et un dispositif d'accouplement pour
relier le dispositif de serrage à une source motrice.
L'invention concerne en outre un procédé pour freiner un véhicule équipé d'au moins un frein à friction, sur lequel au moins une garniture de friction peut être pressée par un dispositif de serrage contre un organe frottant. On connaît déjà un tel frein à friction sous la forme d'un frein à disque (DE 40 21 572 AI), dont la source motrice pour le dispositif de serrage est un moteur électrique L'arbre de ce moteur est relié par un accouplement, ne pouvant pas être commandé, à la vis d'un engrenage à vis sans fin dont la roue tangente est montée sur une broche à circulation de billes attaquant indirectement le piston du dispositif de serrage La force de serrage pour ce frein à friction doit donc être fournie uniquement par le moteur électrique Comme il n'y a que peu de place pour celui-ci à l'intérieur de la jante de la roue du véhicule, on ne peut utiliser qu'un moteur électrique relativement petit Afin de produire la force de serrage requise par un moteur de puissance limitée, l'engrenage à vis sans fin doit avoir un grand rapport de transmission Ceci a pour conséquence que le frein réagit relativement lentement à des signaux de freinage Bien que la dynamique de ce frein à friction puisse être accrue par une charge plus élevée du moteur électrique, il pourrait en résulter des réactions négatives sur le réseau de bord du véhicule Un incon- vénient considérable est en outre l'autoblocage de l'engrenage à vis sans fin, obligeant à utiliser le moteur électrique également pour desserrer le frein Or,
un frein qui n'est pas à desserrage automatique, repré-
sente un risque potentiel considérable.
Il est également connu (EP O 177 767 Ai) de prévoir un dispositif de ralentissement hydraulique, pouvant être commandé par le conducteur, en tant que frein de service sur des véhicules On utilise dans ce cas une pompe volumétrique installée dans un moyeu de roue et suivie, côté refoulement, d'un dispositif pour
générer une contre-pression, lui-même suivi d'un dispo-
sitif de refroidissement La pompe peut débiter avec une
cylindrée réglable et être pilotée par un servomoteur.
Un tel frein possède une dynamique limitée De plus, ce dispositif de ralentissement hydraulique est également
affecté de pertes en puissance en dehors des freinages.
Le dispositif de refroidissement demande en outre une
place considérable.
L'invention vise notamment à supprimer les
inconvénients décrits ci-dessus de l'art antérieur.
Selon l'invention, un frein à friction comme défini au début est caractérisé en ce que que la source motrice pour le dispositif de serrage est la roue tournante du véhicule, que le dispositif d'accouplement est un embrayage électromagnétique à friction agencé coaxialement à l'organe frottant, dont une moitié est disposée fixe et dont l'autre moitié est montée rotative indépendamment de la roue du véhicule et peut être
amenée en liaison d'entraînement par friction contrô-
lable avec l'organe frottant, et que l'autre moitié de
l'embrayage à friction est capable d'agir sur un dispo-
sitif pour générer, indépendamment du sens de rotation, une pression hydraulique applicable au dispositif de serrage.
Un frein à friction ainsi réalisé a l'avan-
tage, comparativement à la technique antérieure, qu'il peut être commandé avec une très faible puissance parce
que l'énergie nécessaire pour fournir la force de serrage au dispositif de serrage est prélevée de la roue du véhicule à freiner Ce prélèvement d'énergie contri-5 bue déjà à la décélération La force de serrage est réglable avec une très haute dynamique Pour son éta-
blissement, il suffit d'une fraction de tour de la roue. Un avantage particulier est cependant la possibilité d'utiliser le frein à friction selon l'invention égale-10 ment pour la marche arrière De l'énergie électrique de commande n'est pas nécessaire pour desserrer le frein.
Pendant le temps o il n'y a pas de freinage, le frein à friction n'est pas affecté de pertes en puissance. Selon une autre caractéristique de l'inven-
tion, l'autre moitié de l'embrayage est réalisée à la périphérie comme une piste de came sur laquelle est appuyé, au moins indirectement, un piston orienté radialement du dispositif pour générer une pression hydraulique.20 Selon l'invention, un procédé de freinage comme défini au début est caractérisé en ce qu'il comprend le prélèvement d'énergie sur une roue de véhicule tournante au moyen d'un embrayage à friction pouvant être commandé sans gradations et l'application dosée de cette énergie au dispositif de serrage avec utilisation d'un liquide de pression comme véhicule d'énergie Un tel procédé est notamment remarquable en ce que, pendant un freinage, une source d'énergie pour la commande de l'embrayage à friction est seulement chargée dans une faible mesure, alors que, pendant le
reste du temps, o il n'y a pas de freinages, le véhi-
cule n'est pas soumis à une perte en puissance due au frein. D'autres caractéristiques et avantages de
l'invention ressortiront plus clairement de la descrip-
tion qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que des dessins annexés, montrant cet exemple de façon simplifiée et sur lesquels: la figure 1 est une demi-coupe axiale d'un frein à friction comportant un embrayage à friction attaquant un organe frottant et servant à l'actionnement hydraulique d'un dispositif de serrage; la figure 2 est une coupe du dispositif de serrage, prise suivant la ligne II-II de la figure 1; et la figure 3 est le schéma d'un système de
freinage d'un véhicule équipé de tels freins à friction.
L'exemple de réalisation montré sur les figures 1 et 2 du dessin, a pour objet un frein à disque
comme frein à friction pour un véhicule non repré-
senté, un véhicule automobile par exemple Celui-ci possède un axe de roue 11 sur lequel est calé un moyeu 12 (figure 1) Ce moyeu est destiné à recevoir la jante d'une roue de véhicule non représentée Un disque de frein 13, formant l'organe frottant du frein à disque , est solidarisé en rotation, par vissage, avec le moyeu 12, coaxialement à l'axe de roue 11 Cet axe 11, le moyeu 12 avec la roue et le disque de frein 13 sont montés rotatifs, par un roulement de roue 14, dans une fusée d'essieu 15 seulement représentée en partie sur le dessin du véhicule Un support de frein 16 est fixé par des vis à la fusée d'essieu 15 Dans ce support est monté mobile, parallèlement à l'axe de roue 11, un étrier flottant 17 qui entoure à la façon d'une pince le bord du disque de frein 13 L'étrier 17 contient, des
deux cotés du disque 13, des garnitures de frein 18 1 et30 18 2 avec des plaquettes de support 19 1 et 19 2.
L'étrier flottant 17 est équipé en outre d'un dispositif de serrage 20 pour presser les garnitures 18 1 et 18 2 contre le disque de frein 13 Dans ce but, le dispositif
de serrage 20 comporte un piston 21 déplaçable longitu-
dinalement, parallèlement à l'axe de roue 1 l (figure 2). Le piston 21 du dispositif de serrage 20 attaque la plaquette de support 19 2 de la garniture de friction
18.2 coordonnée.
Le dispositif de serrage 20 comprend également un dispositif 24 servant à générer une pression hydrau-
lique qui peut être appliquée au piston 21 lors d'un actionnement du frein Ce dispositif 24 possède un piston 25 de diamètre relativement petit, qui est reçu en partie dans le support de frein 16 Le piston 25 est orienté radialement par rapport à l'axe de roue 11 et10 porte, du côté de cet axe, sur sa partie dépassant librement du support de frein 16, un galet 29 monté rotatif sur un axe parallèle à l'axe de roue et servant de pièce de roulement Le piston 25 est guidé mobile longitudinalement dans le support de frein 16, o il traverse une bague d'étanchéité 27, et délimite par son extrémité frontale une chambre de déplacement 28 Un flexible à fluide de pression 29 relie cette chambre à un cylindre non représenté recevant le piston 21 La chambre de déplacement 28, ce cylindre du piston 21 et20 le flexible 29, formant entre ces deux éléments une conduite à fluide de pression, sont remplis d'un liquide
de pression (liquide de frein).
Le frein à disque 10 est pourvu d'un embrayage électromagnétique à friction 32 qui relie le dispositif de serrage 20 ou, plus exactement, le dispositif 24 pour
générer une pression hydraulique, à une source motrice.
L'embrayage à friction 32, disposé coaxialement par rapport à l'axe de roue 11, possède une moitié ou demi-embrayage 33 fixe, relié à la fusée d'essieu 15, dans lequel est reçu un enroulement électrique 34 servant à créer un champ magnétique L'autre moitié 35 de l'embrayage à friction 32 est disposée entre le
demi-embrayage 33 et le disque de frein 13 Le demi-
embrayage 35, monté rotatif et axialement mobile sur la fusée d'essieu 15 au moyen d'un roulement d'embrayage 36, porte une garniture de friction 37 du côté du disque de frein 13 L'autre demi-embrayage 35, s'étendant par-dessus la périphérie du demi-embrayage 33 mentionné en premier, est pourvu d'une piste de came 38 sur la partie de sa périphérie voisine de l'étrier flottant 17. 5 Le galet 26 du piston 25 est appuyé sur cette piste de came 38 (figure 2) Sur le dessin, le piston 25 occupe sa position de repos dans laquelle la chambre de dépla- cement 28 possède son volume maximal A cette position du piston 25, les garnitures de friction 18 1 et 18 210 n'attaquent pas le disque de frein 13 Des deux côtés du piston 25, la piste de came 38, réalisée avec un contour
qui est symétrique par rapport à l'axe longitudinal du piston, monte radialement en ce sens que la distance radiale de la piste de came par rapport à l'axe de roue15 Il augmente à mesure que la distance par rapport à l'axe de symétrie croît.
Fonctionnement Pour ralentir la roue de véhicule fixée au moyeu 12, donc pour décélérer le véhicule, les garni-
tures 18 1 et 18 2 du frein à disque 10 peuvent être pressées de façon connue par le dispositif de serrage 20
contre le disque de frein 13 solidarisé en rotation, coaxialement, avec la roue de véhicule Cette dernière sert de source motrice pour le dispositif de serrage 20.25 A cet effet, l'énergie est prélevée sur la roue tour-
nante du véhicule à l'aide de l'embrayage à friction 32, pouvant être commandé sans gradations, et l'énergie est appliquée de façon dosée au dispositif de serrage 20 au moyen du dispositif 24 agissant comme une pompe pour
produire une pression hydraulique, le liquide de pres-
sion servant de véhicule d'énergie Le processus se déroule comme décrit ci-après Pour déclencher un
freinage, un champ magnétique est créé dans l'enroule-
ment de champ 34 du demi-embrayage 33 disposé fixe sur la fusée d'essieu 15, champ magnétique par lequel l'autre demi-embrayage 35, monté rotatif sur la fusée d'essieu 15, est amené en liaison d'entraînement par friction avec le disque de frein 13 Le couple ainsi transmis par le disque 13 au demi-embrayage 35, provoque un mouvement de rotation de ce demi-embrayage repré-5 sentant une fraction d'une révolution Le mouvement de rotation du demi-embrayage 35 est converti au moyen de la piste de came 38 en une translation du piston 25 du dispositif 24 Ce piston, ainsi déplacé radialement vers l'extérieur, refoule du liquide de pression hors de la10 chambre de déplacement 28, de sorte que le piston 21 du dispositif de serrage 20 est soumis à une pression Le piston 21 effectue de ce fait un mouvement axial par lequel, d'un côté, la garniture 18 2 est pressée contre le disque de frein 13 et, de l'autre côté, par l'inter-15 médiaire de l'étrier flottant 17, la garniture 18 1 est également pressée contre le disque 13 Ce dernier, continuant à tourner entre les garnitures de frein 18 1 et 18 2, subit une décélération qui est fonction de la force de serrage La roue de véhicule équipée du frein à20 disque 10 est donc également ralentie dans une mesure correspondante. Le couple transmissible par l'embrayage à
friction 32 et, partant, la force de serrage des garni-
tures de friction 18 1 et 18 2, sont réglables à l'aide
du courant d'excitation de l'enroulement de champ 34. Entre certaines limites, le couple transmis par l'em-
brayage est indépendant de la différence de vitesse de rotation entre le demi-embrayage 35 et le disque de frein 13 donc indépendant de la vitesse de rotation de30 la roue munie du frein à disque 10 Sur un véhicule équipé d'un tel frein, le ralentissement désiré lors d'un freinage est directement réglable à l'aide du courant électrique pour commander l'embrayage 32. Le contour de la piste de came 38 et le rapport des faces utiles sur le piston 25 du dispositif 24 pour générer une pression hydraulique et sur le piston 21 du dispositif de serrage 20, sont choisis de manière que la distance de roulement nécessaire de la roue du véhicule et par suite le temps de réaction entre le déclenchement d'un freinage et l'entrée en action de 5 l'effet de freinage, deviennent très courts En outre, le montage du demi-embrayage 35 et des pistons 21 et 25 est réalisé avec peu de frottement, si bien que, à la cessation du freinage, c'est-à-dire à la diminution ou à la fin de la liaison d'entraînement par friction entre le demi-embrayage 35 et le disque de frein 13, les éléments mentionnés précédemment du frein à disque 10 retournent automatiquement à leur position de repos et les garnitures de friction 18 1 et 18 2 peuvent libérer
le disque de frein 13.
Le frein à disque permet également d'immobi-
liser la roue freinée du véhicule à l'arrêt, par le maintien du champ magnétique de l'embrayage 32, de sorte que le demi-embrayage 35 reste en liaison d'entraînement par friction avec le disque 13 et actionne le dispositif de serrage 20 En raison de la conformation symétrique de la piste de came 38, de sorte que le dispositif 24
pour générer une pression hydraulique agit dans les deux sens de rotation de la roue, le frein à disque 10 est cependant utilisable aussi pour la marche arrière de la25 roue du véhicule.
En raison du glissement entre la garniture 37 du demi-embrayage 35 et le disque de frein 13, alors qu'ils sont en contact d'entraînement par friction au cours d'un freinage, il se produit un dégagement de30 chaleur, laquelle est évacuée par le disque de frein, autour duquel circule l'air Par contre, le contact de frottement entre l'embrayage 32 et le disque 13 est
supprimé en dehors de la position de freinage.
Afin de maintenir également l'action conve-
nable du frein à disque 10 à mesure que les garnitures 18.1 et 18 2 s'usent, le frein 10 doit être équipé d'un dispositif de rattrapage d'usure Ce dispositif, non
représenté, peut être installé dans la zone du disposi- tif de serrage 20 Il peut être constitué par exemple par un piston 21 qui s'allonge en fonction de l'usure5 des garnitures de friction.
La figure 3 représente un système de freinage 41, par exemple pour une voiture de tourisme, comportant quatre freins à disque 10 1 à 10 4 du type qui vient d'être décrit Ce système de freinage 41 peut être10 actionné par une pédale de frein 42 agissant sur un générateur de pression 43 Ce dernier peut être remplacé aussi par un simulateur de distance ou de force 44 en prise avec la pédale de frein 42 Le générateur de pression 43 ou le simulateur 44 est connecté à un15 appareil électronique de commande 45 comportant un ordinateur pilote pour le système de freinage 41 A chacun des freins à disque 10 1 à 10 4 est coordonné un module électronique de roue 46 1 à 46 4, se composant d'une partie de commande 47 et d'une partie de puissance 48 Les parties de commande 47 sont connectées par un bus de données 49 à l'appareil de commande 45; cet appareil et les modules de roue 46 1 à 46 4 sont reliés par des lignes 50 à une batterie 51 pour l'alimentation électrique Une ligne de commande électrique 52 mène de chaque partie de puissance 48 à l'embrayage à friction 32 du frein à disque 10 1 à 10 4 correspondant Une ligne de signal 53 mène de la partie de commande 47 concernée à un capteur de vitesse de rotation 54 qui surveille le comportement de rotation de la roue du véhicule coordonnée au frein à disque 10 1 à 10 4 correspondant. Lors d'un actionnement de la pédale de frein 42, l'appareil électronique de commande 45 pilote les modules de roue 46 1 à 46 4, lesquels dosent le courant d'excitation nécessaire à la décélération désirée et qui est envoyé aux embrayages à friction 32 Comme les capteurs 54 surveillent individuellement le comportement
en rotation des roues, la force de freinage peut être réglée sur chaque frein à disque 10 1 à 10 4 en fonction des besoins Des régulations individuelles pour les5 différentes roues sont ainsi possibles, par exemple afin d'améliorer la tenue de route ou à des fins d'antiblo-
cage ou de régulation du patinage à l'entraînement. Le frein à friction selon l'invention peut être constitué aussi par un frein à tambour et le
procédé selon l'invention est applicable également à un frein de ce type.
il
Claims (5)
1 Frein à friction, notamment frein à disque ( 10), pour véhicules, comprenant un organe frottant (disque de frein 13) relié solidaire en rotation et coaxialement à une roue de véhicule, au moins une garniture de friction ( 18 1, 18 2) coordonnée à l'organe
frottant ( 13), un dispositif de serrage ( 20) comportant un piston ( 21) pour presser la garniture de friction ( 18 1, 18 2) contre l'organe frottant ( 13 > et un dispo-
sitif d'accouplement ( 32) pour relier le dispositif de serrage ( 20) à une source motrice, caractérisé en ce que la source motrice pour le dispositif de serrage ( 20 > est la roue tournante du véhicule, que le dispositif d'accou- plement est un embrayage électromagnétique à friction15 ( 32) agencé coaxialement à l'organe frottant ( 13), dont une moitié ( 33 > est disposée fixe et dont l'autre moitié ( 35) est montée rotative indépendamment de la roue du véhicule et peut être amenée en liaison d'entraînement par friction contrôlable avec l'organe frottant ( 13), et20 que l'autre moitié ( 35) de l'embrayage à friction ( 32 > est capable d'agir sur un dispositif ( 24) pour générer, indépendamment du sens de rotation, une pression hydrau- lique applicable au dispositif de serrage ( 20).
2 Frein à friction selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'autre moitié ( 35) de l'embrayage ( 32 > est réalisée à la périphérie comme une piste de
came ( 38) sur laquelle est appuyé, au moins indirecte-
ment, un piston ( 25) orienté radialement du dispositif
( 24 > pour générer une pression hydraulique.
3 Frein à friction selon la revendication 2, caractérisé en ce que la piste de came ( 38) est pourvue, de préférence, des deux côtés du piston ( 25) occupant sa position de repos, d'un contour symétrique qui monte
radialement à mesure que la distance de l'axe de symé-
trie augmente.
4 Frein à friction selon la revendication 2, caractérisé en ce que le piston ( 25) est appuyé sur la
piste de came ( 38) par une pièce de roulement (galet 26).
5 Frein à friction selon la revendication 2, caractérisé en ce que le piston ( 251 du dispositif ( 24) pour générer une pression hydraulique communique par une conduite (flexible à fluide de pression 29) avec le piston ( 21) du dispositif de serrage ( 20).10 6 Procédé pour freiner un véhicule équipé d'au moins un frein à friction (frein à disque 10), sur lequel au moins une garniture de friction ( 18 1, 18 2) peut être pressée par un dispositif de serrage ( 20) contre un organe frottant (disque de frein 13), carac-15 térisé en ce qu'il comprend le prélèvement d'énergie sur une roue de véhicule tournante au moyen d'un embrayage à
friction ( 32) pouvant être commandé sans gradations et l'application dosée de cette énergie au dispositif de serrage ( 20) avec utilisation d'un liquide de pression20 comme véhicule d'énergie.
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