FR2796024A1

FR2796024A1 - Heat-sensitive cooling system for automobile disk brakes, comprises reservoir with delivery pipework spraying liquid on brake disks during prolonged or intensive braking

Info

Publication number: FR2796024A1
Application number: FR9908631A
Authority: FR
Inventors: Francois Bailleux
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 1999-07-05
Filing date: 1999-07-05
Publication date: 2001-01-12
Anticipated expiration: 2019-07-05
Also published as: FR2796024B1

Abstract

Liquid, stored in reservoir provided primarily for another function, e.g. windscreen washing, is pumped, when thermal sensor (31) adjacent to disk (11) detects temperature rise above preset value (T+), through pipework system (22), to spray nozzles directed, in the case of plain disks at the disk face (111), or into channels (112) on it formed by cooling fins (113), where these are provided. The reservoir draw-off is made some distance below that for the primary function. Part of the liquid spray is intercepted by a deflector associated with a humidity sensor whose output, with that of the temperature sensor, are processed in a logic unit to give an alarm in case of malfunction. The use of different reservoir draw-off levels helps ensure that a liquid supply is always available, cessation of screen washing serving as a low level warning. The pump supply is derived from the stop-lamp circuit, minimizing the effect of spurious temperature sensor signals. The logic unit draws attention to faulty temperature indication if the deflector is dry, and to humidity sensor faults if temperature is normal.

Description

La présente invention concerne de façon générale le refroidissement des freins de véhicules automobiles, et plus particulièrement des freins à disques. The present invention relates generally to the cooling of motor vehicle brakes, and more particularly to disc brakes.

Plus précisément, l'invention concerne un dispositif de freinage pour un véhicule terrestre susceptible d'emmagasiner une quantité variable d'énergie cinétique, ce dispositif comprenant un convertisseur d'énergie, tel qu'un frein à disque, transformant sélectivement une partie au moins de l'énergie cinétique du véhicule en énergie thermique et évacuant au moins par conduction, convection ou rayonnement l'énergie thermique issue de la conversion. More specifically, the invention relates to a braking device for a land vehicle capable of storing a variable amount of kinetic energy, this device comprising an energy converter, such as a disc brake, selectively transforming at least part kinetic energy of the vehicle into thermal energy and evacuating at least by conduction, convection or radiation the thermal energy resulting from the conversion.

L'invention concerne également un procédé de freinage utilisant une dissipation d'énergie thermique. The invention also relates to a braking method using thermal energy dissipation.

I1 est bien connu que l'échauffement des freins pendant leur fonctionnement, notamment en cas de freinage d'urgence à grande vitesse ou de freinage de retenue du véhicule le long d'une descente très longue et/ou très abrupte, diminue considérablement l'efficacité du freinage. It is well known that the heating of the brakes during their operation, in particular in the event of high-speed emergency braking or vehicle holding braking along a very long and / or very steep descent, considerably reduces the braking efficiency.

De surcroît, l'éventualité d'une élévation de température importante limite les possibilités d'application de disques de frein en aluminium et fait naître le risque d'une vaporisation du liquide de frein, dont résulte un dysfonctionnement grave du frein. In addition, the possibility of a significant rise in temperature limits the possibilities of applying aluminum brake discs and gives rise to the risk of vaporization of the brake fluid, resulting in a serious brake malfunction.

C'est pourquoi il est traditionnellement admis que les freins doivent être dimensionnés pour pouvoir assurer un freinage normal y compris dans des conditions de freinage extrêmes, alors qu'en réalité de telles conditions ne se rencontrent que très rarement dans la durée de vie d'un véhicule. This is why it is traditionally accepted that the brakes must be dimensioned to be able to ensure normal braking even under extreme braking conditions, when in reality such conditions meet only very rarely in the service life of a vehicle.

Dans ce contexte, l'invention a précisément pour but d'éliminer au moins la nécessité d'un sur-dimensionnement des freins, dont l'utilité ne se manifeste que dans de rares occasions seulement. In this context, the invention precisely aims to eliminate at least the need for over-dimensioning of the brakes, the usefulness of which only manifests itself on rare occasions.

A cette fin, le dispositif de freinage de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend également des moyens de refroidissement opérant sélectivement une pulvérisation d'un liquide de refroidissement sur une partie au moins du convertisseur d'énergie. To this end, the braking device of the invention, furthermore in accordance with the generic definition given in the preamble above, is essentially characterized in that it also comprises cooling means selectively operating a spraying of a coolant on at least part of the energy converter.

Ce dispositif comprend par exemple des moyens de commande des moyens de refroidissement, propres à détecter une situation de freinage intense ou prolongé et à déclencher une pulvérisation du liquide de refroidissement par les moyens de refroidissement. This device comprises, for example, means for controlling the cooling means, capable of detecting an intense or prolonged braking situation and of triggering a spraying of the coolant by the cooling means.

Les moyens de refroidissement peuvent comprendre un réservoir préexistant sur le véhicule, et utiliser, comme liquide de refroidissement, un liquide contenu dans le réservoir préexistant et déjà utilisé pour une première application, telle que le lavage de glace. The cooling means can comprise a tank preexisting on the vehicle, and use, as coolant, a liquid contained in the preexisting tank and already used for a first application, such as washing ice.

Dans ce cas, le réservoir préexistant comprend en général une première pompe puisant le liquide contenu dans le réservoir, pour la première application de ce liquide, à un premier niveau du réservoir, et il est avantageux de prévoir que les moyens de refroidissement comprennent une seconde pompe puisant, en tant que liquide de refroidissement, le liquide contenu dans le réservoir à un second niveau du réservoir, inférieur au premier niveau. In this case, the pre-existing reservoir generally comprises a first pump drawing the liquid contained in the reservoir, for the first application of this liquid, at a first level of the reservoir, and it is advantageous to provide that the cooling means comprise a second pump drawing, as coolant, the liquid contained in the tank at a second level of the tank, lower than the first level.

Dans le cas, qui correspond à l'application privilégiée de l'invention, où le convertisseur d'énergie est un frein à disque, les moyens de refroidissement peuvent pulvériser le liquide de refroidissement sur une face au moins du disque s'il s'agit d'un disque plein, et/ou dans les canaux de refoidissement du disque si ce dernier présente des ailettes de refroidissement délimitant de tels canaux. In the case, which corresponds to the preferred application of the invention, where the energy converter is a disc brake, the cooling means can spray the coolant on at least one face of the disc if it acts of a full disc, and / or in the cooling channels of the disc if the latter has cooling fins delimiting such channels.

Le dispositif de freinage de l'invention peut aussi avantageusement comprendre des moyens de contrôle propres à fournir un signal représentatif de l'état de fonctionnement des moyens de refroidissement. Ces moyens de contrôle comprennent, par exemple, un déflecteur propre à recevoir une partie au moins du liquide de refroidissement pulvérisé, et un capteur électrique, tel qu'un capteur d'humidité, propre à fournir, pour élaborer le signal représentatif de l'état de fonctionnement des moyens de refroidissement, un signal représentatif de l'état d'humidité du déflecteur . The braking device of the invention can also advantageously include control means capable of providing a signal representative of the operating state of the cooling means. These control means include, for example, a deflector capable of receiving at least a portion of the sprayed cooling liquid, and an electrical sensor, such as a humidity sensor, capable of providing, for producing the signal representative of the operating state of the cooling means, a signal representative of the state of humidity of the deflector.

L'invention concerne également un procédé de freinage pour un véhicule terrestre susceptible d'emmagasiner une quantité variable d'énergie cinétique, ce procédé comprenant une étape de conversion énergétique consistant à transformer une fraction au moins de la quantité d'énergie cinétique emmagasinée en un accroissement d'énergie thermique d'un tampon calorifique embarqué, et une étape de dissipation comprenant une opération consistant à dissiper l'accroissement d'énergie thermique par au moins un premier flux thermique s'établissant depuis le tampon calorifique vers un système thermodynamique externe au véhicule, ce procédé étant essentiellement caractérisé en ce que l'étape de dissipation comprend une opération consistant à dissiper l'accroissement d'énergie thermique également par un second flux thermique s'établissant depuis le tampon calorifique vers une substance de refroidissement susceptible de subir un changement d'état endothermique en passant d'un premier état à un second état, cette substance de refroidissement étant embarquée sur le véhicule et soumise au second flux thermique dans son premier état. The invention also relates to a braking method for a land vehicle capable of storing a variable quantity of kinetic energy, this method comprising an energy conversion step consisting in transforming at least a fraction of the quantity of kinetic energy stored in a increase in thermal energy from an on-board heat buffer, and a dissipation step comprising an operation consisting in dissipating the increase in thermal energy by at least one first thermal flux establishing itself from the heat buffer towards a thermodynamic system external to the vehicle, this method being essentially characterized in that the dissipation step comprises an operation consisting in dissipating the increase in thermal energy also by a second thermal flux establishing itself from the heat buffer towards a cooling substance capable of undergoing a change of state in dothermic from a first state to a second state, this cooling substance being loaded onto the vehicle and subjected to the second thermal flux in its first state.

Pour une plus grande efficacité du procédé, la substance de refroidissement est soumise au second flux thermique en quantité renouvelée, la substance de refroidissement passée dans son second état pouvant être rejetée hors du véhicule. For greater efficiency of the process, the cooling substance is subjected to the second heat flow in a renewed quantity, the cooling substance having passed into its second state being able to be discharged out of the vehicle.

La substance de refroidissement utilisée est par exemple un liquide, le changement d'état pouvant être une transition de phase telle qu'une vaporisation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique en coupe partielle d'un frein à disque utilisant l'enseignement de l'invention; - la figure 2 est une vue schématique en coupe partielle de moyens de refroidissement utilisables dans un dispositif conforme à l'invention; - la figure 3 est une vue schématique en coupe partielle de moyens de contrôle utilisables dans un dispositif conforme à l'invention; et - la figure 4 est une vue schématique de dessus des moyens de contrôle illustrés à la figure 3. The cooling substance used is for example a liquid, the change of state being able to be a phase transition such as vaporization. Other characteristics and advantages of the invention will emerge clearly from the description given below, by way of indication and in no way limiting, with reference to the appended drawings, in which - FIG. 1 is a schematic view in partial section of 'a disc brake using the teaching of the invention; - Figure 2 is a schematic view in partial section of cooling means usable in a device according to the invention; - Figure 3 is a schematic view in partial section of control means usable in a device according to the invention; and - Figure 4 is a schematic top view of the control means illustrated in Figure 3.

L'invention concerne un dispositif de freinage destiné à un véhicule terrestre susceptible de circuler à une vitesse variable, donc d'emmagasiner une quantité variable d'énergie cinétique, ce dispositif comprenant essentiellement un frein tel qu'un frein à disque 1 propre à convertir, à la demande, une partie au moins de l'énergie cinétique du véhicule en une quantité équivalente d'énergie thermique qui se trouve ensuite évacuée par conduction, convection et/ou rayonnement dans l'atmosphère environnante. The invention relates to a braking device intended for a land vehicle capable of traveling at a variable speed, therefore of storing a variable amount of kinetic energy, this device essentially comprising a brake such as a disc brake 1 suitable for converting , on request, at least part of the kinetic energy of the vehicle in an equivalent amount of thermal energy which is then evacuated by conduction, convection and / or radiation in the surrounding atmosphere.

Dans ce processus, le frein 1 constitue donc, à la fois, un convertisseur d'énergie cinétique en énergie thermique, et un tampon calorifique embarqué destiné à stocker temporairement l'énergie thermique issue de la conversion, l'atmosphère environnante assurant la fonction d'un système thermodynamique externe au véhicule, suffisamment vaste pour absorber sans saturation ni variation notable de température l'énergie thermique temporairement stockée dans le frein 1, et notamment dans le disque 11. In this process, the brake 1 therefore constitutes, at the same time, a converter of kinetic energy into thermal energy, and an on-board calorific buffer intended to temporarily store the thermal energy resulting from the conversion, the surrounding atmosphere ensuring the function of a thermodynamic system external to the vehicle, large enough to absorb without saturation or significant variation in temperature the thermal energy temporarily stored in the brake 1, and in particular in the disc 11.

L'invention propose, en plus de ce flux thermique qui s'établit entre le frein 1 et l'atmosphère, d'établir un second flux thermique entre le frein 1, et notamment le disque 11, et une substance de refroidissement susceptible de subir un changement d'état endothermique lorsqu'elle passe d'un premier état à un second état, cette substance de refroidissement étant embarquée sur le véhicule et soumise au second flux thermique dans son premier état. The invention proposes, in addition to this thermal flux which is established between the brake 1 and the atmosphere, to establish a second thermal flux between the brake 1, and in particular the disc 11, and a cooling substance capable of undergoing an endothermic state change when it goes from a first state to a second state, this cooling substance being loaded onto the vehicle and subjected to the second heat flux in its first state.

Dans le mode de réalisation illustré, l'invention comprend par exemple des moyens de refroidissement 2, incluant une tubulure 22 et une buse 23, pour pulvériser un liquide de refroidissement 20 sur une partie au moins du frein 1, de préférence sur le disque 11, en cas de freinage intense ou prolongé. In the illustrated embodiment, the invention comprises for example cooling means 2, including a tube 22 and a nozzle 23, for spraying a coolant 20 on at least part of the brake 1, preferably on the disc 11 , in case of intense or prolonged braking.

L'invention comprend également des moyens de commande 3, incluant par exemple un capteur de température 31 et un circuit logique 32, pour détecter une situation de freinage intense ou prolongé et déclencher une pulvérisation du liquide de refroidissement 20 par les moyens de refroidissement 2. The invention also includes control means 3, including for example a temperature sensor 31 and a logic circuit 32, for detecting a situation of intense or prolonged braking and triggering a spraying of the coolant 20 by the coolant means 2.

La pulvérisation peut ainsi être déclenchée par un signal électrique P issu d'une porte logique ET constituant le circuit logique 32, cette porte 32 ne délivrant le signal P qu'à réception, à la fois, d'un signal F par exemple issu du contacteur de feux d'arrêt et indiquant qu'un freinage est en cours, et d'un signal T+ issu du capteur de température 31 et indiquant que la température du frein 1 est trop élevée. The spraying can thus be triggered by an electrical signal P from a logic gate AND constituting the logic circuit 32, this gate 32 only delivering the signal P upon reception, at the same time, of a signal F for example from the stop light switch and indicating that braking is in progress, and a T + signal from the temperature sensor 31 and indicating that the temperature of brake 1 is too high.

De nombreuses variantes sont néanmoins possibles, le capteur de température 31 pouvant notamment être remplacé par un calculateur utilisant des signaux de vitesse du véhicule et de pression d'actionnement du frein pour estimer la température de ce dernier. Many variants are nevertheless possible, the temperature sensor 31 being able to be replaced in particular by a computer using signals for vehicle speed and brake actuation pressure to estimate the temperature of the latter.

Par souci d'optimisation, les moyens de refroidissement 2 peuvent comprendre un réservoir 21 pré existant sur le véhicule, par exemple le réservoir de liquide lave-glace, et utiliser, comme liquide de refroidissement 20, le liquide contenu dans ce réservoir préexistant 21. For the sake of optimization, the cooling means 2 can comprise a reservoir 21 pre-existing on the vehicle, for example the windshield washer reservoir, and use, as coolant 20, the liquid contained in this pre-existing reservoir 21.

Dans ce cas, le réservoir préexistant 21 comprend en général une première pompe 211 qui puise le liquide 20 à un premier niveau 201. In this case, the pre-existing reservoir 21 generally comprises a first pump 211 which draws the liquid 20 at a first level 201.

I1 est alors utile, pour augmenter la sécurité de fonctionnement des moyens de refroidissement, de prévoir une seconde pompe 212 qui puise, en tant que liquide de refroidissement, le liquide 20 contenu dans le réservoir à un second niveau 202 du réservoir, inférieur au premier niveau 201. I1 is then useful, to increase the operating safety of the cooling means, to provide a second pump 212 which draws, as coolant, the liquid 20 contained in the tank at a second level 202 of the tank, lower than the first level 201.

En effet, dans la mesure où le liquide lave-glace fait l'objet d'une utilisation régulière, son absence est rapidement mise en évidence par le conducteur du véhicule, qui refait donc rapidement le plein du réservoir 21. Indeed, insofar as the windshield washer fluid is used regularly, its absence is quickly highlighted by the driver of the vehicle, who therefore quickly replenishes the tank 21.

En outre, même si le liquide contenu dans le réservoir 21 fait défaut pour son utilisation en tant que liquide lave-glace, le liquide contenu entre les niveaux 202 et 201 constitue une réserve disponible pour l'utilisation de ce liquide dans son application au refroidissement. In addition, even if the liquid contained in the reservoir 21 is lacking for its use as a windshield washer fluid, the liquid contained between the levels 202 and 201 constitutes an available reserve for the use of this liquid in its application to cooling. .

La pompe 212 est sélectivement commandée par le signal P, c'est-à-dire qu'elle est mise en marche à réception du signal P, et que le liquide 20 ainsi pompé et acheminé jusqu'à la buse 23 par la tubulure 22 est pulvérisé sur le disque 11. The pump 212 is selectively controlled by the signal P, that is to say that it is started on reception of the signal P, and that the liquid 20 thus pumped and conveyed to the nozzle 23 by the pipe 22 is sprayed on the disc 11.

Dans le cas, illustré à la figure 1, où le frein est un frein à disque utilisant un disque 11 ventilé, c'est- à-dire un disque présentant des canaux tels que 112 délimités par des ailettes de refroidissement telles que 113, le liquide de refroidissement 20 est de préférence pulvérisé au moins dans les canaux de refroidissement 112, ce liquide passant à l'état de vapeur 200 dans ces canaux. In the case illustrated in FIG. 1, where the brake is a disc brake using a ventilated disc 11, that is to say a disc having channels such as 112 delimited by cooling fins such as 113, the coolant 20 is preferably sprayed at least into the cooling channels 112, this liquid passing into the vapor state 200 in these channels.

Néanmoins, le liquide de refroidissement 20 peut aussi être pulvérisé sur une face 111 au moins du disque 11, cette solution étant notamment utilisable lorsque le frein à disque comporte un disque plein et non un disque ventilé. However, the coolant 20 can also be sprayed on at least one face 111 of the disc 11, this solution being in particular usable when the disc brake comprises a full disc and not a ventilated disc.

Le dispositif de l'invention peut aussi comprendre des moyens de contrôle 4 propres à fournir un signal S représentatif d'un état de fonctionnement des moyens de refroidissement 2. The device of the invention can also include control means 4 suitable for supplying a signal S representative of an operating state of the cooling means 2.

Dans le mode de réalisation illustré, ces moyens de contrôle 4 comprennent essentiellement un déflecteur 41, un capteur électrique 42, et un circuit logique 43. In the illustrated embodiment, these control means 4 essentially comprise a deflector 41, an electrical sensor 42, and a logic circuit 43.

Comme le montrent les figures 3 et 4, le déflecteur 41 est disposé entre la buse 23 et le disque 11 de manière à recevoir une partie au moins du liquide de refroidissement 20 lorsque ce dernier est pulvérisé sur le disque. As shown in Figures 3 and 4, the deflector 41 is disposed between the nozzle 23 and the disc 11 so as to receive at least part of the coolant 20 when the latter is sprayed onto the disc.

Le capteur 42 est par exemple constitué par un capteur d'humidité, comprenant des électrodes 421 et 422 disposées sur le déflecteur 41 supposé réalisé en un matériau isolant, ce capteur 42 étant relié aux électrodes 421 et 422 par un faisceau électrique 423 et étant propre à fournir, en tant que signal de sortie, un signal H dépendant de la résistance électrique entre les électrodes 421 et 422, et donc représentatif de l'état d'humidité du déflecteur 41. The sensor 42 is for example constituted by a humidity sensor, comprising electrodes 421 and 422 disposed on the deflector 41 supposed to be made of an insulating material, this sensor 42 being connected to the electrodes 421 and 422 by an electric beam 423 and being clean in providing, as an output signal, a signal H depending on the electrical resistance between the electrodes 421 and 422, and therefore representative of the state of humidity of the deflector 41.

Le circuit logique est, dans l'exemple illustré, réalisé par une porte logique OU EXCLUSIF INVERSE, qui élabore le signal S, représentatif de l'état de fonctionnement des moyens de refroidissement, à partir du signal H reçu du capteur 42 et du signal T+ reçu du capteur 31, le signal S indiquant ainsi un défaut de fonctionnement des moyens de refroidissement 2 lorsque le déflecteur 41 est humide alors que la température du frein est normale, ou lorsque le déflecteur 41 est sec alors que la température du frein est anormalement élevée.The logic circuit is, in the example illustrated, produced by a logic gate OR EXCLUSIVE INVERSE, which generates the signal S, representative of the operating state of the cooling means, from the signal H received from the sensor 42 and the signal T + received from the sensor 31, the signal S thus indicating a malfunction of the cooling means 2 when the deflector 41 is wet while the brake temperature is normal, or when the deflector 41 is dry while the brake temperature is abnormally high.

Claims

1. Braking device for a land vehicle storing a variable amount of kinetic energy, this device comprising an energy converter (1) selectively transforming at least part of the kinetic energy of the vehicle into thermal energy and discharging at least by conduction, convection or radiation thermal energy from the conversion, characterized in that it further comprises cooling means (2) selectively operating a spraying of a coolant (20) on at least part of the converter of energy (1).

2. Braking device according to claim 1, characterized in that it comprises control means (3) cooling means (2), suitable for detecting an intense or prolonged braking situation and for triggering a spraying of the cooling (20) by the cooling means (2).

3. Braking device according to claim 1 or 2, characterized in that the cooling means (2) comprise a reservoir (21) pre existing on the vehicle, and use, as coolant (20), a liquid contained in the pre-existing reservoir already used for a first application, such as ice washing.

4. Braking device according to claim 3, characterized in that the pre-existing reservoir (21) comprises a first pump (211) drawing the liquid (20) contained in the reservoir, for the first application of this liquid, at a first level (201) of the reservoir, in that the cooling means (2) comprise a second pump (212) drawing, as coolant, the liquid (20) contained in the reservoir at a second level (202) of the reservoir , and in that the second level (202) is lower than the first level (201).

5. Braking device according to any one of the preceding claims, characterized in that the energy converter (1) is a disc brake and in that the cooling means (2) spray the coolant on one side (111) at least from the disc (11).

6. Braking device according to any one of the preceding claims, characterized in that the energy converter (1) is a disc brake using a disc (11) having channels (112) delimited by cooling fins ( 113), and in that the cooling means (2) spray the cooling liquid (20) into the cooling channels (112) at least.

7. Braking device according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises control means (4) suitable for supplying a signal (S) representative of an operating state of the cooling means (2) .

8. Braking device according to claims 2 and 7, characterized in that the control means (4) comprise a deflector (41) adapted to receive at least part of the sprayed coolant (20), and an electrical sensor ( 42), such as a humidity sensor, suitable for supplying, to generate the signal (S) representative of the operating state of the cooling means, a signal (H) representative of the humidity state of the deflector .

9. A braking method for a land vehicle storing a variable quantity of kinetic energy, this method comprising an energy conversion step consisting in transforming at least a fraction of the quantity of kinetic energy stored in an increase in thermal energy of an on-board heat buffer (1), and a dissipation step comprising an operation consisting in dissipating the increase in thermal energy by at least one first thermal flux establishing itself from the heat buffer towards a thermodynamic system external to the vehicle, characterized in that the dissipation step comprises an operation consisting in dissipating the increase in thermal energy also by a second thermal flux establishing itself from the heat buffer towards a cooling substance capable of undergoing a change of endothermic state by passing from 'a first state to a second state, this subst cooling hole being loaded onto the vehicle and subjected to the second heat flow in its first state.

10. A braking method according to claim 9, characterized in that the cooling substance is subjected to the second heat flow in a renewed quantity.

11. A braking method according to claim 9 or 10, characterized in that the cooling substance passed into its second state is discharged from the vehicle.

12. Braking method according to any one of claims 9 to 11, characterized in that the cooling substance is a liquid.

13. Braking method according to any one of claims 9 to 12, characterized in that the change of state is a phase transition.

14. A braking method according to claim 13, characterized in that the phase transition is a vaporization.