FR3064234B1 - Dispositif d'actionnement d'un maitre cylindre - Google Patents

Abstract

La présente invention se rapporte à un dispositif d'actionnement d'un maitre-cylindre de frein comprenant un maitre-cylindre (3), une pédale de frein (1) et un servofrein (2), la pédale de frein (1) étant reliée au maitre-cylindre (3) par l'intermédiaire du servofrein (2), il est caractérisé en ce que la pédale de frein (1) a un premier rapport d'amplification augmenté d'un rapport x par rapport à un servofrein standard et qu'un deuxième rapport d'amplification est placé entre le servofrein (2) et le maitre-cylindre (3) a un rapport d'amplification de 1/x. Ce double rapport d'amplification mécanique permet d'avoir une modification superficielle du système d'assistance de frein, ou le servofrein, en amont de la tringlerie de poussée du maître-cylindre .

Description

DISPOSITIF D'ACTIONNEMENT D'UN MAITRE CYLINDRE

La présente invention se rapporte à un dispositif d'actionnement d'un maitre-cylindre d'un ensemble de freinage pour un véhicule automobile.

Une rupture soudaine de l'alimentation électrique d'un servofrein à assistance électrique occasionne certains problèmes.

Avec un servofrein à assistance pneumatique, la source est une dépression pneumatique provoquée par l'aspiration naturelle du moteur dans le collecteur d'admission, ou une pompe ; la source de vide ne peut pas se couper subitement mais après plusieurs « pompages » de la pédale de frein. Pour cela, le JARI (Japan Automobile Research Institute) a proposé qu'avec ses assistances électriques de freinage, il y ait un seuil intermédiaire entre l'assistance en fonctionnement nominal (IG à 15 DaN) et celle prévue en actionnement 100% via l'effort du pied du conducteur prévu par ECE R 13 H, 0,25G de décélération pour 50 DaN appliqué par le pied du conducteur sur la pédale de frein, soit un freinage transitoire de 0,4G pour 20 DaN à la pédale. Pour la plupart des assistances, il faut prévoir une source énergétique de secours tel qu'une super-capacité.

Le problème de cette solution est le fait que la supercapacité de secours se vide à chaque fois que le véhicule s'arrête et ne retrouve sa pleine charge qu'au bout de 1 à 2 mn sous condition de tension suffisante du réseau de bord (>>13V) . De plus, elle présente un surcoût dû à la pièce, au câblage et au montage et un encombrement supplémentaire. Le taux de disponibilité de la solution de secours via une supercapacité n'est pas satisfaisant, et, le coût est important et l'architecture est plus complexe (encombrement, câblage).

Il existe une alternative sur le marché au niveau de l'assistance. Elle n'est plus électrique mais hydro-électrique et se compose d'une pompe électrique et d'un accumulateur hydraulique. Une vanne électrohydraulique ou mécanique permet d'actionner l'assistance sur les pistons du maître-cylindre. En cas de panne électrique, l'énergie accumulée dans l'accumulateur hydraulique permet de répondre à quelques sollicitations en freinage avant de voir sa pression chuter. Cet accumulateur permet donc de lisser la charge de l'accumulateur hydraulique mais aussi d'assurer une assistance transitoire en cas de panne d'alimentation électrique. Cependant, cet ensemble d'assistance électrohydraulique est plus coûteux et peut aussi être limité en fonctionnalité si 1'actionneur est mécanique (difficulté de considérer l'ensemble comme un actionneur autonome, très utile pour des fonctions aides à la conduite assistée ou conduite autonome telles que le permet les servofreins à assistance électrique). L'objet de l'invention est d'améliorer la performance en mode dégradé, de façon permanente, à coût réduit et qui puisse s'adapter autant sur un servofrein à assistance pneumatique comme sur une assistance électrique traditionnelle.

Le dispositif d'actionnement d'un maitre-cylindre de frein selon l'invention comprend un maitre-cylindre, une pédale de frein et un servofrein, la pédale de frein étant reliée au maitre-cylindre par l'intermédiaire du servofrein, il est caractérisé en ce que la pédale de frein a un premier rapport d'amplification augmenté d'un rapport x par rapport à un dispositif d'actionnement standard et qu'un deuxième rapport d'amplification est placé entre le servofrein et le maitre-cylindre a un rapport d'amplification de 1/x. Ce double rapport d'amplification mécanique permet d'avoir une modification superficielle du système d'assistance de frein, ou le servofrein, en amont de la tringlerie de poussée du maître-cylindre .

Ainsi en modifiant le bras de levier de la pédale de frein par une augmentation importante du rapport d'amplification d'effort freinage comparé à un rapport usuel, on profite d'un gain important en cas de panne de l'assistance et donc on bénéficie de toute la course disponible pour permettre une montée en pression maximale dans le maître-cylindre, une montée en pression qui permet d'assurer un niveau de freinage en mode dégradé ou back-up (panne d'assistance) qui satisfasse la règlementation la plus sévère sans recourir à une source d'énergie de secours. On entend par rapport usuel le rapport d'amplification d'un système d'assistance de freinage ne comprenant pas de rapport d'amplification supplémentaire en dehors du servofrein ou dispositif d’actionnement standard.

Pour éviter que, quand l'assistance fonctionne, la course maximum au niveau de la pédale de frein ne devienne trop longue et donc ne corresponde plus à l'ergonomie habituelle, il y a en amont du maître-cylindre, un système d'amplification de course qui ne fonctionne qu'en cas de fonctionnement nominal de l'assistance et qui revient à une amplification de rapport 1 en cas d'un tel fonctionnement en mode dégradé ou back-up.

En effet, cette augmentation de rapport d'amplification de course permet de compenser l'utilisation d'une pédale de frein à fort rapport d'amplification de freinage. Le produit de ces deux niveaux d'amplification (gain pédale x gain système tringlerie) permet d'atteindre un rapport d'amplification standard. Quand le bras de levier en amont du maître-cylindre sera découplé et on se retrouvera avec le gain de la pédale seule. Ce gain permettra de façon avantageuse une meilleure utilisation du système en mode dégradé ou back-up, c’est à dire sans assistance disponible. Le couplage de ce système de bras de levier-amont au maître-cylindre de réduction d'effort peut être électriquement activé à chaque freinage ou, découplé et 100% mécanique en mode secours. Le couplage peut aussi être totalement mécanique.

Avantageusement entre le servofrein et le maitre-cylindre est disposé un disque de réaction relié au servofrein par une tige de poussée et couplé avec un disque de poussée par un premier ressort, le disque de poussée présentant deux surfaces d'appui décalées l'une par rapport à l'autre, une première surface d'appui permettant 1 ' actionnement direct du maitre-cylindre et une deuxième surface d'appui permettant 1'actionnement du maitre-cylindre avec le deuxième rapport d'amplification et le premier ressort étant taré pour être totalement comprimé quand la pression sur la pédale dépasse une valeur prédéterminée. La pression du premier ressort permet d'évaluer mécaniquement la force sur la pédale de frein. Quand cet effort correspond à un usage nominal (par exemple <15 DaN) , le bras de levier augmente la course des pistons dans le maître-cylindre par rapport à la course de la tige de poussée. Quand l'effort est supérieur à l'usage nominal (par exemple >15 DaN), ce qui est le cas dans un fonctionnement en secours, la déformation du ressort permet de désactiver l'effet d'amplification de course pour le mode secours. Ceci présente l'avantage que le mode secours est disponible de façon 100% mécanique. Un système de tringlerie d'amplification de la course est disponible quand la pression sur le ressort est normale et une surpression sur ledit ressort le désactive. Dans le cas d'un servofrein hydraulique, ce ressort sera celui du disque de réaction interne au servofrein.

Avantageusement, le deuxième rapport d'amplification comprend un levier d'amplification en contact avec le maitre-cylindre et au moins une des surfaces d'appui d'un côté et articulé autour d'un axe de rotation de l'autre côté et une tige de retenue de l'axe de rotation du levier d'amplification. La tige de retenue permet de tenir l'axe de rotation du levier d'amplification et ainsi activer le rapport d'amplification ou de le libérer pour le désactiver.

Avantageusement, la tige de retenue comprend d'un côté un système de blocage de l'axe du levier d'amplification et est articulée de l'autre côté. C'est le basculement de la tige de retenue qui va permettre l'activation ou non du levier d'amplification.

Selon une première variante de réalisation, un levier en contact avec le disque de réaction et le disque de poussée commande la tige de retenue de l'axe de rotation du levier d'amplification. Ce levier va permettre d'actionner mécaniquement la tige de retenue. Lorsque la compression du premier ressort n'est pas suffisante pour désactiver le levier d'amplification, celui-ci est alors retenu au niveau de son axe de rotation et une amplification de la course est permise. Lorsque par défaut, l'effort est trop important, un système 100% mécanique désactive le couplage. L'activation se fait grâce au disque de réaction présent sur le système d'assistance au freinage électrique ou pneumatique. Une trop forte compression active grâce au levier, le découplage de l'axe du levier d'amplification de la course des pistons dans le maître-cylindre. Le levier d'amplification n'est alors plus retenu au niveau de son axe de rotation et il y a une pression directe qui est transmise depuis la tige de poussée au piston du maître-cylindre .

Avantageusement, un deuxième ressort rappelle la tige de retenue en position de blocage. Dans ce premier exemple de réalisation, la tige de blocage est en position de repos quand l'axe de rotation du levier d'amplification est bloqué.

Selon une deuxième variante de réalisation, un électroaimant commande la tige de retenue du levier d'amplification. L'activation de la tige de blocage est électrique grâce à un système de supervision du servofrein à assistance électrique. A la détection du freinage par le système grâce à des capteurs, l'électro-aimant va permettre le verrouillage ou le déverrouillage de la tige de blocage et donc de l'axe de rotation du levier d'amplification.

Avantageusement, un deuxième ressort rappelle la tige de retenue en position de déblocage. Dans cet exemple, la tige de blocage est en position de repos quand l'axe de rotation du levier d'amplification est débloqué. Ainsi, le fonctionnement est inversé par rapport au premier exemple 100% mécanique, car par défaut, le système d'amplification de la course avant le maître-cylindre est désactivé et un relais électromécanique l'active. On peut imaginer une redondance de cet électro-aimant afin de sécuriser son fonctionnement.

Avantageusement, un troisième ressort est disposé entre le maitre-cylindre et le levier d'amplification. Ce ressort va permettre de garder le disque de poussée en contact avec l'extrémité du levier d'amplification en contact avec le maitre-cylindre.

Avantageusement, le levier est disposé dans un espace évasé entre le disque de réaction et le disque de poussée.

Avantageusement, le servofrein est électrique ou hydraulique. L'invention concerne également un véhicule automobile équipé d'un dispositif avec au moins une des caractéristiques précédentes. D'autres avantages pourront encore apparaître à l'homme du métier à la lecture des exemples ci-dessous, illustrés par les figures annexées, donnés à titre d'exemple : — La figure 1 est une vue schématique d'un dispositif d'actionnement d'un maitre-cylindre standard, - La figure 2 est une vue schématique d'un dispositif de servofrein d'actionnement d'un maitre-cylindre selon 1'invention, - La figure 3 est un premier exemple de l'état de la technique, — La figure 4 est une première variante de réalisation de l'invention à partir de ce premier exemple, - Les figures 5 à 8 montrent la cinématique de la première variante de réalisation en mode normal, - Les figures 9 à 12 montrent la cinématique de la première variante de réalisation en mode dégradé, - Les figures 13 à 15 illustrent la cinématique d'une deuxième variante de réalisation en mode normal, - Les figures 16 à 19 illustrent la cinématique de la deuxième variante de réalisation en mode dégradé, - La figure 20 est un deuxième exemple de l'état de la technique, - Les figures 21 et 22 montrent un troisième et quatrième variantes de réalisation.

Sur la figure 1, on voit un principe de dispositif d'assistance au freinage standard comprenant une pédale de frein 1, un servofrein 2 et un maitre-cylindre 3. La pédale de frein 1 permet un gain d'amplification G, le servofrein 2 donne un gain d'assistance au gain d'amplification de la pédale qui peut être électrique ou pneumatique ; en mode normal quand on exerce une force d'appui 10 sur la pédale de frein 1, celle-ci l'amplifie et transmet un effort 11 au servofrein 2 qui appuie ensuite sur le maitre-cylindre 3 avec un effort amplifié 20. En mode dégradé (back up), la force d'appui 10 est transmise directement avec la seule amplification de la pédale 1 au maitre-cylindre 3 avec une force 12.

Le principe de l'invention visible à la figure 2, est similaire au dispositif standard, à la différence que la pédale 1 permet un gain d'amplification G', supérieur à G, où G'= x.G et x étant supérieur à 1, et qu'un système de tringlerie 4 permet un gain de réduction d'effort G" = 1/x.G' = G.

En mode normal, la force d'appui 10 est amplifiée de G' par la pédale en un effort 11', le servofrein transmet ensuite un effort 20' à la tringlerie 4 qui le transforme en une poussée 40' sur le maitre-cylindre 3 par le gain de réduction de l’effort de G". Cette poussée 40' est égale à l'effort amplifié 20 du dispositif standard précédent.

En mode dégradé, la force d'appui 10 est amplifiée de la même manière qu'en mode normal, par contre comme le servofrein 2 et la tringlerie 4 sont neutralisés, une force 12' est transmise directement au maitre-cylindre 3. Cette force 12' est plus importante que la force 12 du dispositif standard d'un rapport x car la tringlerie 4 a son bras de levier désactivé et ne permet plus un gain réducteur 1/x, ce qui permet d'avoir un enfoncement de pédale raisonnable pour un freinage en mode dégradé plus satisfaisant.

Dans le premier exemple de l'état de la technique de la figure 3, on a une assistance de freinage électrique standard avec un servofrein 2 électrique. La pédale de frein 1 permet une amplification mécanique grâce à un bras de levier 15 entre l’axe de rotation 13 de la pédale et une tringle de poussée 14. La tringle 14 est assistée électriquement par le servofrein 2. Une tige de poussée 21 reliée au servofrein 2 est en appui sur un premier ressort 5 par un disque de réaction 22. Le premier ressort 5 est en appui sur un disque de poussée 6. Le disque de poussée 6 présente sur une face opposée au premier ressort 5 une surface d'appui 60. Cette surface d'appui 60 est en contact avec un bras de commande 30 du maitre-cylindre 3. Le bras de commande 30 est repoussé en position de repos par un ressort 31.

Dans la suite de la description tous les éléments identiques auront les mêmes références. L'adaptation de ce premier exemple de l'état de la technique avec l'invention est illustrée aux figures 4 à 12. Au niveau de la pédale 1, le bras de levier 15 est allongé pour augmenter l'effort par rapport au dispositif standard de la figure 3. Une tringlerie 4 est disposée entre le servofrein 2 et le maitre-cylindre 3. Cette tringlerie comprend:

Une deuxième surface d'appui 61 sur le disque de poussée 6,

Un levier 40 articulé d'un côté et en appui sur disque de poussée 6 et le disque de réaction 22' de l'autre, le disque de réaction 22' présentant une excroissance permettant un mouvement du levier 40, un levier d'amplification 41 articulé autour d'un axe 410 d'un côté et en contact avec le maitre-cylindre 3 et au moins une des surfaces d'appui d'un autre côté, une tige de retenue 42 coopérant avec le levier 40 et présentant deux positions: une de blocage de l'axe de rotation 410 et une de libération de l'axe 410 qui peut alors glisser. En position de repos l'axe 410 est bloqué.

Un deuxième ressort 7 repousse le levier d'amplification 41 à sa position de repos.

Le levier 40 a deux mouvements possibles: soit un basculement autour de son articulation 400, soit une poussée vers la tige de retenue 42.

Dans cet exemple, la tige de retenue 41 est articulée autour d'un axe 421.

Nous allons maintenant décrire la cinématique de cette première variante de réalisation en mode normal (figures 5 à 8) et en mode dégradé (figures 9 à 12).

En mode normal, lorsque le conducteur appuie sur la pédale de frein 1, avec une force d'appui 10, en général de 5DaN à lODaN, ladite pédale 1 appuie sur la tringle 14, le servofrein 2 apporte une assistance qui va augmenter la force sur la tige de poussée 21, celle-ci va transmettre au disque de poussée 6 qui va avancer vers le maitre-cylindre 3 et faire basculer le levier 40 autour de l'axe 400. Le disque de poussée 6 en avançant va faire basculer le levier d'amplification 41 par l'intermédiaire de la deuxième surface d'appui 61. Le levier d'amplification 41 étant alors retenu au niveau de son axe de rotation 410, une amplification de la course est permise. Quand le conducteur relâche la pression sur la pédale de frein, celle-ci revient à sa place et le deuxième ressort 7 repousse le levier d'amplification 41. Dans ce cas, la compression du premier ressort 5 n'est pas suffisante pour désactiver le levier d'amplification 41.

En mode dégradé, lorsque le conducteur appuie sur la pédale de frein 1, avec une force d'appui 10 importante, en général supérieur à 15DaN, le servofrein étant en panne, l'effort compresse le premier ressort 5 de façon plus importante qu'en mode normal, le levier 40 va être repoussé jusqu'à déplacer la tige de retenue 42 en position de déblocage, libérant ainsi l'axe 410 et désactivant ainsi le levier d'amplification 41, ainsi l'effort est directement transmis au maitre-cylindre 3.

La compression du premier ressort 5 permet d'évaluer mécaniquement la force sur la pédale de frein 1. Quand cet effort correspond à un usage nominal ( <15 DaN), le système laisse un système à bras de levier augmenter la course des pistons dans le maître-cylindre par rapport à la course de la tige de poussée. Quand l'effort est > de 15 DaN, en mode dégradé, la déformation permet de repousser le levier 40 qui désactive l'effet d'amplification de course. Ceci présente l'avantage d'un système est disponible de façon 100% mécanique en mode dégradé. Le système de tringlerie d'amplification de la course est disponible par défaut et une surpression le désactive.

Une deuxième variante de 1'invention est illustrée figures 13 à 19, dans laquelle la tige de retenue 42 ne bloque pas l'axe 410 en position de repos. La tige de retenue 42 est commandée par un actionneur électrique 420 qui va la basculer en position de blocage quand le servofrein détectera un freinage. Les autres éléments de la tringlerie 4 sont similaires. Ici l'activation est électrique et elle est permise par un système de supervision du servofrein à assistance électrique. A la détection du freinage par le système grâce à ces capteurs, l’actionneur électrique 420, par exemple un électro-aimant ou un vérin électrique, vient verrouiller l'axe de rotation 410 du levier d'amplification 41. Ainsi, le fonctionnement est inversé par rapport au système de désactivation 100% mécanique précédent (première variante), car par défaut, le système d'amplification de la course avant maître-cylindre est désactivé et un actionneur électrique 420 ou électromécanique l'active. Il est possible de prévoir une redondance de cet actionneur électrique 420 afin de sécuriser son fonctionnement.

En mode normal, figures 13 à 15, la cinématique est sensiblement similaire à la première variante, sauf qu’ici quand un freinage est détecté, le système étant opérationnel, 1'actionneur électrique 420 va verrouiller l'axe 410 en déplaçant la tige de retenue 42 dans sa position de blocage.

En mode dégradé, figures 16 à 18, la cinématique est sensiblement similaire à la première variante, sauf qu’ici comme le système n’est plus opérationnel, l’actionneur électrique 420 n’est plus activé et donc l’axe 410 est libéré désactivant ainsi le levier d’amplification 41 et ce qui ne permet plus l'amplification. La tige de poussée est donc en appui direct sans gain sur le piston du maître-cylindre.

Le deuxième état de la technique de la figure 20 comprend un système de freinage à assistance pneumatique, avec un servofrein pneumatique 2’ tel qu’un Mastervac®. Le servofrein comprend une source de vide 23 et un disque de réaction interne comprenant un ressort 24. La pédale de frein 1 est reliée au servofrein pneumatique 2’ par la tringle de poussée 14 et le servofrein pneumatique 2’ est relié au maitre-cylindre 3 par un disque de poussée 6.

Dans la troisième variante illustrée figure 21, on a installé une tringlerie mécanique 4 sensiblement identique à celle de la première variante. Sauf qu’ici, le premier ressort 5 est remplacé par celui (ressort 24) du disque de réaction interne du système de vanne d'ouverture mécanique des chambres du servofrein pneumatique 2'. Le principe de fonctionnement et la cinématique sont similaires à la première variante.

Dans la quatrième variante visible figure 22, on a mis une tringlerie sensiblement identique à celle de la deuxième variante, mais ici c'est un circuit électronique de supervision de l'assistance qui permet d'activer en cas de non défaut l'électrovanne, le verrouillage de système d'amplification de la course du piston du maître-cylindre par rapport à la tige de poussée. Le circuit électronique est renseigné par des capteurs de dépression, redondés ou non, dans le système d'assistance et des capteurs d'appui frein, redondés ou non, le système peut ainsi identifier quand un effort est exercé sur la pédale si le système d'assistance fonctionne ou non.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS

   1. Dispositif d'actionnement d'un maître-cylindre de frein comprenant un maître-cylindre (3) , une pédale de frein (1) et un servofrein (2, 2'), la pédale de frein (1) étant reliée au maître-cylindre (3) par l'intermédiaire du servofrein (2, 2') caractérisé en ce que la pédale de frein (1) a un premier rapport d'amplification augmenté d'un rapport x par rapport à un dispositif d’actionnement standard et qu'un deuxième rapport d'amplification est placé entre le servofrein (2, 2’) et le maître-cylindre (3) a un rapport d'amplification de l/x .
2. 2. Dispositif selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'entre le servofrein (2, 2') et le maitre-cylindre (3) est disposé un disque de réaction (22, 22') relié au servofrein (2) par une tige de poussée (21) et couplé avec un disque de poussée (6) par un premier ressort (5, 24), le disque de poussée (6) présentant deux surfaces d'appui (60, 61) décalées l'une par rapport à l'autre, une première surface d'appui (60) permettant l'actionnement direct du maitre-cylindre (3) et une deuxième surface d'appui (61) permettant 1'actionnement du maître-cylindre (3) avec le deuxième rapport d'amplification et le premier ressort (5, 24) étant taré pour être totalement comprimé quand la pression sur la pédale de frein (1) dépasse une valeur prédéterminée.
3. 3. Dispositif selon la revendication précédente caractérisé en ce que le deuxième rapport d'amplification comprend un levier d'amplification (41) en contact avec le maitre-cylindre (3) et au moins une des surfaces d'appui (60, 61) d'un côté et articulé autour d'un axe de rotation (410) de l'autre côté et, une tige de retenue (42) de l'axe de rotation (410) du levier d'amplification (41).
4. 4. Dispositif selon la revendication précédente caractérisé en ce que la tige de retenue (42) comprend d'un côté un système de blocage de l'axe de rotation (410) du levier d'amplification (41) et est articulée de l'autre côté.
5. 5. Dispositif selon une des revendications 3 à 4, caractérisé en ce qu'un levier (40) en contact avec le disque de réaction (22, 22') et le disque de poussée (6) commande la tige de retenue (42) de l'axe de rotation (410) du levier d'amplification (41).
6. 6. Dispositif selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'un deuxième ressort (7) rappelle la tige de retenue (42) en position de blocage.
7. 7. Dispositif selon une des revendications 3 à 4, caractérisé en ce qu'un actionneur électrique (420) commande la tige de retenue (42) du levier d'amplification (41).
8. 8. Dispositif selon une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'un troisième ressort (31) est disposé entre le maitre-cylindre (3) et le levier d'amplification (41) .
9. 9. Dispositif selon une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que le levier (40) est disposé dans un espace évasé entre le disque de réaction (22, 22') et le disque de poussée (6).
10. 10. Dispositif selon une des revendications précédentes caractérisé en ce que le servofrein (2, 2') est électrique ou hydraulique.
11. 11. Véhicule automobile équipé d'un dispositif selon une des revendications précédentes.