FR3086621A1

FR3086621A1 - Maitre-cylindre tandem

Info

Publication number: FR3086621A1
Application number: FR1858893A
Authority: FR
Inventors: Francisco Carles Pica; Enzo Perini
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-09-27
Filing date: 2018-09-27
Publication date: 2020-04-03
Anticipated expiration: 2038-09-27
Also published as: FR3086621B1; DE102019213678A1

Abstract

Système de freinage découplé comprenant un maître-cylindre (1) actionné par un servofrein électromécanique (4) comportant un piston principal (P1) délimitant une chambre principale (CH1) et un piston secondaire (P2) délimitant une chambre secondaire (CH2), le maître-cylindre (1) est combiné à un piston auxiliaire (Pa) commandé par la tige de poussée (41) du servofrein (4), et délimitant une chambre auxiliaire (CHa), communiquant à travers le piston principal (P1), un ressort de (Ra) séparant les pistons (Pa) et (P1). La chambre auxiliaire (CHa) contient un volume de liquide de frein de pré-remplissage pour rapprocher les plaquettes près des disques, au début du freinage.

Description

Domaine de l’invention

La présente invention se rapporte à un système de freinage découplé de véhicule automobile comprenant : un maître-cylindre actionné par un servofrein électromécanique en fonction de la demande de freinage du conducteur agissant sur la pédale de frein ou du circuit de gestion du freinage agissant directement sur le maître-cylindre et sur la répartition du liquide de frein entre les freins de roue, le maîtrecylindre comportant un piston principal délimitant une chambre principale et un piston secondaire délimitant une chambre secondaire avec le fond de l’alésage dans lequel se déplacent les pistons.

Etat de la technique

Le jeu entre le disque d’un frein et les patins est un élément important dans la conception d’un système de freinage. Ce jeu doit être aussi faible que possible, non seulement pour réduire les courses à vide de la pédale mais également pour avoir les meilleures caractéristiques de freinage, c'est-à-dire la meilleure sensation de pédale. Toutefois, plus ce jeu est faible et plus important sera le couple résiduel, ce qui est un facteur important du point de vue écologique puisque cela augmente les émissions de CO2 et la consommation d’énergie (carburant ou électricité) et ainsi directement ou indirectement les émissions de CO2.

Actuellement, dans le secteur automobile, les systèmes de freinage hydraulique sont des systèmes à double circuit, à la fois pour le freinage de service et pour le freinage de secours. Un tel système de freinage peut fonctionner non seulement pour le freinage de service et le freinage de secours mais également comme freinage autonome.

Le fonctionnement comme freinage de service se caractérise par un amplificateur de force ou servofrein tel qu’un amplificateur fonctionnant par le vide ou un amplificateur électromécanique qui amplifie la force exercée par le conducteur sur la pédale. A la fois, le mode de fonctionnement de service et le mode de fonctionnement d’urgence sont soumis à des impératifs de dimensions, de performance et de respect de règles imposées par le législateur et qui peuvent se traduire par des conflits du point de vue de la conception des freins, conflits que les solutions actuelles ne permettent pas de résoudre de manière satisfaisante.

Le système peut être soit un système couplé, c'est-à-dire avec le conducteur directement relié au système ou un système découplé dans lequel le conducteur agit indirectement sur le système de freinage.

Le freinage autonome est habituellement découplé et comporte un amplificateur électromécanique actionnant le maîtrecylindre tandem pour alimenter les freins de roue et gérer la force de freinage. Comme le conducteur n’est plus directement lié au système de freinage, on pourrait avoir techniquement un jeu plus important entre le disque de frein et les patins de frein. Toutefois, cela n’est pas possible à cause de la réglementation.

But de l’invention

La présente invention a pour but de développer un système de freinage découplé permettant d’avoir un jeu plus important et sans couple de tramée entre les patins de frein et les disques de frein tout en conservant une course de pédale réduite et une bonne sensation de pédale.

Exposé et avantages de l’invention

A cet effet, l’invention a pour objet un système de freinage découplé du type défini ci-dessus caractérisé en ce que le maître-cylindre est combiné à un piston auxiliaire commandé par la tige de poussée du servofrein, le piston auxiliaire délimitant avec le piston principal une chambre auxiliaire non reliée au réservoir de liquide de frein et communiquant avec la chambre principale à travers le piston principal, un ressort auxiliaire de compression séparant le piston auxiliaire et le piston principal, le volume de la chambre auxiliaire contenant un volume de liquide de frein en fonction de la course à vide que les plaquettes des mâchoires des freins de roue doivent parcourir entre la position de repos et la position près des disques de frein, au début du freinage, * de façon qu’en phase initiale, la poussée exercée par le servofrein sur le piston auxiliaire pour demander une action de freinage, après la coupure de la liaison des chambres avec le réservoir de liquide de frein, repousse le liquide de frein de la chambre auxiliaire dans la chambre qui, directement et par l’intermédiaire du piston secondaire, commande l’envoi d’une quantité correspondante de liquide de frein vers les circuits de frein, * puis le piston auxiliaire pousse le piston principal pour comprimer le liquide de frein envoyé vers les différents circuits de freins.

* la raideur (ka) étant définie par la relation suivante :

pr

P, *A <ka<——-d dans laquelle :

*Ppr est la pression dans la chambre primaire (CH1) dans la chambre secondaire et dans les deux circuits à la fin du pré-remplissage, *A est la section de l’alésage du maître-cylindre 1 , * d est la course du piston auxiliaire Pa et *k est la raideur du ressort primaire (RI) et du ressort secondaire (R2).

Ainsi, le système de freinage fonctionne pour la phase préparatoire au cours de laquelle les plaquettes sont rapprochées du disque de frein de manière parfaitement cachée pour le conducteur qui ne perçoit qu’une sensation de pédale normale du fait du découplage. La course supplémentaire que le poussoir reliant le servofrein au maître-cylindre tandem, par le piston auxiliaire est fourni par le servofrein alors que le poussoir reliant la pédale au servofrein découplé est une course normale et non augmentée de la course nécessaire au déplacement du piston auxiliaire par rapport au piston primaire pour refouler le volume de pré-remplissage.

Sans découplage, la pédale de frein effectuerait une course perceptible pour déplacer le piston auxiliaire, correspondant à la phase d’envoi du volume de liquide de pré-remplissage pour la course initiale de rapprochement des plaquettes de frein et du disque avant la montée en pression des circuits de frein pour la phase de freinage, c’està-dire le serrage des plaquettes contre le disque des freins de roue.

Le conducteur aurait alors une sensation désagréable de quasi absence de freinage ou de défaillance initiale sur une course relativement important avant de rencontrer la résistance habituelle associée à la phase de freinage. Or, le découplage et la commande de celui-ci par l’unité de commande qui gère le freinage et la sensation de pédale, cachent cette phase de pré-remplissage sans effet qui modifierait la sensation de pédale.

Suivant une autre caractéristique avantageuse, le piston auxiliaire est logé dans un alésage du piston principal et le ressort auxiliaire est protégé par une butée de compression par laquelle le piston auxiliaire s’appuie sur le piston principal en fin de course pour limiter l’écrasement du ressort auxiliaire.

Le piston auxiliaire et sa chambre auxiliaire, intégrés au piston principal, évitent toute augmentation globale des dimensions du maître-cylindre tandem, ce qui est un élément particulièrement important pour l’occupation ou l’encombrement de l’enceinte du moteur d’un véhicule.

Suivant une autre caractéristique avantageuse, le ressort auxiliaire vient dans un logement réalisé dans le piston principal et/ou le piston auxiliaire.

Cette caractéristique va aussi dans le sens du gain en encombrement.

Dessins

La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l’aide de modes de réalisation d’un système de freinage découplé représentés dans les dessins annexés dans lesquels :

la figure 1 est une vue schématique d’un système de freinage découplé avec un maître-cylindre tandem selon l’invention, en position de repos, la figure 2 est le même schéma que celui de la figure 1, au début d’une phase de freinage, la figure 3 est un schéma analogue à celui des figures précédentes pour le début de la mise sous pression du liquide de frein dans le maître-cylindre, la figure 4 est une vue en coupe axiale d’un mode de réalisation d’un maître-cylindre tandem selon l’invention.

Description de modes de réalisation de l’invention

Bien que l’invention puisse s’appliquer dans les mêmes conditions à un maître-cylindre simple, les maîtres-cylindres tandem sont utilisés de façon quasi générale pour des raisons de sécurité et pour pouvoir commander deux circuits de freinage reliés séparément au maître-cylindre tandem. La description et les dessins se limitent à ce type de maître-cylindre sans limiter la portée de l’invention à cette seule application.

La figure 1 est un schéma très simplifié du maîtrecylindre tandem 1 selon l’invention se composant d’un corps 10 avec un alésage 11 recevant un piston primaire PI et un piston secondaire P2. Le piston primaire PI est appuyé sur le piston secondaire P2 par un ressort primaire RI ; le piston secondaire P2 est appuyé contre le fond 12 de l’alésage par un ressort secondaire R2. On délimite ainsi respectivement une chambre primaire CH1 entre les deux pistons Pl, P2 et une chambre secondaire CH2 entre le piston secondaire P2 et le fond 12.

La chambre primaire CH 1 et la chambre secondaire CH2 sont reliées par une liaison respective 21, 22 au réservoir de liquide de frein 2. Les liaisons 21, 22 sont commandées à l’ouverture/fermeture par le déplacement des pistons Pl, P2 :

au repos, ces liaisons 21, 22 sont ouvertes et chaque chambre CHI, CH2 communique librement avec le réservoir 2, en fonctionnement du maître-cylindre tandem 1, le déplacement de chaque piston Pl, P2 coupe sa liaison 21, 22 avec le réservoir 2 :

* ainsi, lorsque le piston primaire PI se déplace, il coupe la liaison 21 de sorte que sa chambre CH 1 ne communique plus avec le réservoir 2 ; et le piston P2 coupe la liaison 22 et sa chambre CH2 ne communique plus avec le réservoir 2.

Les chambres CHI, CH2 sont reliées chacune au circuit de frein 5 par une liaison qui n’est pas coupée par le mouvement des pistons Pl, P2 mais peut l’être par l’unité de gestion du freinage et un composant de système ABS ou ESP installé entre les chambres CH1, CH2 et les freins de roues. Ces équipements n’intervenant pas dans la description de l’invention, ils ne sont pas représentés.

Par convention de simplification du maître-cylindre tandem 1, les différents joints des pistons et les orifices de communication des chambres CHI, CH2 avec le réservoir 2 sont remplacés par les liaisons 21, 22 et des moyens 21a, 22a figurant la fermeture/ouverture des liaisons 21, 22 par le déplacement des pistons Pl, P2.

Un piston auxiliaire Pa délimite avec le piston primaire PI une chambre auxiliaire CHa du côté du piston primaire PI opposé à celui de la chambre primaire CH1. Le piston auxiliaire Pa est relié à la pédale de frein 3 par l’intermédiaire d’un servofrein électromécanique 4 et de sa tige de poussée 41. La pédale de frein 3 est reliée au servofrein 4 par sa tige de commande 31.

Le piston primaire PI comporte un passage 01 faisant communiquer les chambres CH1, CHa de part et d’autre du piston PI.

Un ressort auxiliaire Ra est interposé entre le piston auxiliaire Pa et le piston primaire PI. Ce ressort Ra, comme les ressorts RI, R2, fonctionne comme un ressort de compression.

Le mouvement de la tige de commande 31 de la pédale de frein 3 est détecté par un détecteur de course non représenté qui transmet le signal à l’unité de commande du système de freinage ; celleci agit sur le servofrein électromécanique 4 pour qu’il pousse sa tige de poussée 41 et active le maître-cylindre tandem 1. En pratique, par mesure de sécurité, pour permettre la commande directe du maîtrecylindre tandem 1 en cas de défaillance du servofrein électromécanique 4, la pédale 3 peut agir directement sur les pistons Pa, Pl, P2 du maître-cylindre tandem 1 à travers le servofrein électromécanique 4.

En d’autres termes, le mouvement de la pédale de frein 3 est détecté par un capteur de course dont le signal est exploité par l’unité de gestion du freinage et agit sur le servofrein 4 pout commander le déplacement de la tige de poussée 41 et ainsi celui du piston auxiliaire Pa agissant sur le piston primaire PI et le piston secondaire P2 comme cela sera décrit.

Le volume de la chambre auxiliaire CHa correspond au volume de liquide de frein de pré-remplissage utilisé pour la phase préparatoire, pour rapprocher les plaquettes de frein de chaque disque de frein avant la phase de freinage proprement dite tout en laissant un jeu important au repos, évitant tout contact, même faible, entre les plaquettes et le disque de frein associé pour éviter tout frottement et donc toute consommation inutile d’énergie.

Pour réduire l’encombrement global du maître-cylindre tandem, le piston auxiliaire Pa est logé dans un alésage 13 du piston primaire PI et laisse un espace pour le ressort auxiliaire Ra pour ne pas l’écraser à la fin de la course de compression lorsque le piston Pa vient contre le piston PI. Cette position de fin de course de compression est réalisée par la venue du piston auxiliaire Pa contre une butée de fin de course associée au piston principal PI. Cette butée est par exemple réalisée par la forme de la face avant 15 du piston auxiliaire Pa qui vient en appui contre le dos 16 du piston principal PI et ménage en périphérie, un logement 14 pour recevoir le ressort auxiliaire Ra au moins en fin de compression.

Le volume de liquide de frein déplacé par le mouvement relatif du piston auxiliaire Pa par rapport au piston principal PI est le volume de pré-remplissage.

Le ressort auxiliaire Ra est engagé dans le logement en forme de gorge périphérique 14, par exemple du piston auxiliaire Pa, de sorte que la face avant 15 du piston auxiliaire Pa pourra s’appliquer contre la face arrière 16 du piston primaire PI sans écraser le ressort auxiliaire Ra.

Les ressorts RI, R2 ont la même raideur k et le ressort auxiliaire Ra a une raideur ka.

La relation entre ces raideurs est définie à partir de la pression de pré-remplissage Ppr du circuit primaire à la fin de l’opération de pré-remplissage. Le piston auxiliaire Pa s’est déplacé de la distance d. Cette pression est aussi celle de l’autre circuit.

La surface de la section de l’alésage du maître-cylindre 1 est A ; la raideur ka du ressort auxiliaire Ra doit se situer dans la plage suivante :

--H<ka<— d d

Dans cette relation Ppr.*A est la force engendrée par la pression de pré-remplissage Ppr s’appliquant sur la section A de l’alésage. Cette force est divisée par d de sorte que le rapport à la dimension d’une raideur que l’on peut appeler raideur de préremplissage : kpr.

La relation peut ainsi s’écrire comme suit :

kpr <k + ka < kpr + k.

Cette condition doit être remplie pour qu’il puisse y avoir pré-remplissage.

Le fonctionnement du maître-cylindre tandem sera décrit ci-après.

Les figures 1 à 3 montrent trois positions caractéristiques des pistons Pl, P2, Pa indiquées sur l’axe de repère 6 à l’état de repos et dans les phases de freinage.

Initialement (figure 1), au repos, les positions sont les suivantes :

le piston primaire PI est à la position Xo, le piston secondaire P2 est à la position Yo, le piston auxiliaire Pa est à la position Zo.

Dans cet état du maître-cylindre tandem 1, les chambres CHI, CH2 communiquent avec le réservoir de liquide de frein 2 par les liaisons 21, 22 ouvertes.

Le liquide de frein remplit les chambres CHI, CH2 et par le passage 01, il arrive dans la chambre auxiliaire CHa. Ces chambres sont à leur volume maximum pour les positions des pistons Pl, P2 dans l’alésage 11 et celle du piston auxiliaire Pa dans l’alésage 13 du piston PI, par l’action des ressorts RI, R2, Ra et l’absence de poussée de la tige de poussée 41 sur le piston auxiliaire Pa.

A partir de cette position de repos, dès le début d’une action de freinage demandée par une action sur la pédale de frein 3 ou automatiquement par l’unité de gestion du système de freinage appliquée au servofrein 4, la demande est transmise par la tige de poussée au piston Pa. En pratique, dans cette phase initiale transitoire, les pistons Pl, P2 déplacés coupent le débouché des conduites 21, 22 dans l’alésage 11.

Comme initialement les liaisons 21, 22 vers le réservoir 2 sont ouvertes, aucune résistance du liquide de frein ne s’oppose à ce mouvement qui, du fait des caractéristiques relatives des ressorts Ra, RI, R2, commence par comprimer légèrement le ressort R2 de sorte que les deux pistons Pl, P2 avancent et coupent les liaisons 21, 22 avec le réservoir 2, ce qui est schématisé par la fermeture des symboles 21a, 21b. Cette situation transitoire est représentée à la figure 2 par la position des pistons Pl, P2, Pa repérée sur l’axe 6 par les références XI, Yl, Zl.

Dans la phase suivante (figure 3), la poussée de la tige de poussée 41 produit l’avancée du piston Pa repoussant le liquide de la chambre CHa dans la chambre CH1. Du fait des raideurs relatives de raideur des ressorts RI, R2, Ra, comme cela a été décrit ci-dessus, le pré-remplissage est possible et le piston PI reste immobile alors que le piston P2 avance à la position Y2 ; une partie du volume de liquide de la chambre CHa arrivé dans la chambre CH 1 passe dans le circuit de freinage associé à cette chambre et l’autre partie reste dans la chambre CH1 qui augmente de volume et repousse le piston secondaire P2. Ce piston P2 repousse ainsi du liquide de frein dans le circuit de freins en compensant le jeu des freins dans ce second circuit.

La position du piston P2 est celle qui correspond à l’équilibre de pression de part et d’autre du piston P2.

Après cette phase préliminaire, la suite de la phase de freinage est la mise en pression des chambres CHI, CH2 par le piston principal PI en fonction de la pression demandée par la pédale de frein 3 et/ou automatiquement par le système de gestion de freinage et qui se traduit par l’avancée du piston PI et le déplacement du piston P2 à l’équilibre des pressions entre les deux chambres CHI, CH2.

Le freinage peut alors commencer comme cela se fait habituellement par le serrage des mâchoires sur les disques de frein et la distribution du liquide de frein sous pression entre les différentes roues par le circuit de freinage 5.

La figure 4 montre, en coupe axiale, un mode de réalisation du maître-cylindre tandem 1 selon l’invention, représenté en position de repos. Les références du mode de réalisation schématique des figures 1 à 3 seront utilisées pour désigner les mêmes éléments dans le mode de réalisation de la figure 4 dont la description ne sera pas reprise.

Le mode de réalisation de la figure 4 diffère des schémas des figures 1 à 3 par la forme donnée à la butée de fin de course du piston auxiliaire Pa dans l’alésage 13 du piston principal PI.

La gorge périphérique formant le logement 14 recevant le ressort auxiliaire Ra est réalisée par le piston PI de sorte que le passage 01 est allongé et forme une face 16 du piston PI contre laquelle vient la face avant 15 du piston auxiliaire Pa. Cette vue en coupe donne une idée du rapport entre le volume de la chambre auxiliaire CHa ou plus exactement le volume de liquide de cette chambre auxiliaire CHa qui en sera refoulé et le volume de cette chambre CH1.

En conclusion, le maître-cylindre 1 selon l’invention correspond aux dimensions d’un maître-cylindre habituel et son fonctionnement est transparent pour le conducteur qui, appuyant sur la pédale de frein 3 ne peut ressentir l’effet de la phase de pré-remplissage.

NOMENCLATURE

Maître-cylindre tandem

Corps du maître-cylindre

Alésage du corps du maître-cylindre

Fond de l’alésage

Alésage du piston principal

Logement du ressort auxiliaire

Surface avant du piston auxiliaire

Surface de butée du piston principal

Réservoir

Liaison avec la chambre primaire CH 1

Liaison avec la chambre primaire CH2 21a Moyen de commande de la liaison 21

22a Moyen de commande de la liaison 22

Pédale de frein

Tige de commande

Servofrein électromécanique

Tige de poussée

Circuit de freins

Axe de repère

P1 Piston primaire

P2 Piston secondaire

Pa Piston auxiliaire

CH 1 Chambre primaire

CH2 Chambre secondaire

CHa Chambre auxiliaire

RI Ressort primaire

R2 Ressort secondaire

Ra Ressort auxiliaire

Passage dans le piston primaire

X0 Position initiale du piston primaire XI Position déplacée du piston primaire

Y0 Position initiale du piston secondaire

Y1 Position déplacée du piston secondaire

Y2 Autre position déplacée du piston secondaire

ZO Position initiale du piston auxiliaire

Zl Position déplacée du piston auxiliaire

Z2 Autre Position déplacée du piston auxiliaire

Claims

REVENDICATIONS

1°) Système de freinage découplé de véhicule automobile comprenant : un maître-cylindre (1) actionné par un servofrein électromécanique (4) en fonction de la demande de freinage du conducteur agissant sur la pédale de frein (3) ou du circuit de gestion du freinage agissant directement sur le maître-cylindre et sur la répartition du liquide de frein entre les freins de roue, le maître-cylindre comportant un piston principal (PI) délimitant une chambre principale (CH1) et un piston secondaire (P2) délimitant une chambre secondaire (CH2) avec le fond (12) de l’alésage (11) dans lequel se déplacent les pistons (Pl, P2), système de freinage découplé caractérisé en ce que le maître-cylindre (1) est combiné à un piston auxiliaire (Pa) commandé par la tige de poussée (41) du servofrein (4), le piston auxiliaire (Pa) délimitant avec le piston principal (PI) une chambre auxiliaire (CHa) non reliée au réservoir de liquide de frein (2), et communiquant avec la chambre principale (CH1) à travers le piston principal (PI), un ressort de compression (Ra) séparant le piston auxiliaire (Pa) et le piston principal (PI) de raideur (ka), le volume de la chambre auxiliaire (CHa) contenant un volume de liquide de frein en fonction de la course à vide que les plaquettes des mâchoires des freins de roue doivent parcourir entre la position de repos et la position près des disques de frein, au début du freinage, * de façon qu’en phase initiale, la poussée exercée par le servofrein (4) sur le piston auxiliaire (Pa) pour demander une action de freinage, après la coupure de la liaison des chambres (CH1, CH2) avec le réservoir de liquide de frein (2), repousse le liquide de frein de la chambre auxiliaire (CHa) dans la chambre primaire (CH1) qui, directement et par l’intermédiaire du piston secondaire (P2), commande l’envoi d’une quantité correspondante de liquide de frein vers les circuits de frein, * puis le piston auxiliaire (Pa) pousse le piston principal (PI) pour comprimer le liquide de frein envoyé vers les différents circuits de freins, la raideur (ka) étant définie par la relation suivante :

pr ^p *_A

-£<ka<——-d dans laquelle :

Ppr est la pression dans la chambre primaire (CH1) dans la chambre secondaire et dans les deux circuits à la fin du préremplissage,

A est la section de l’alésage du maître-cylindre 1, d est la course du piston auxiliaire Pa, et k est la raideur du ressort primaire (RI) et du ressort secondaire (R2).
2°) Système de freinage découplé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston auxiliaire (Pa) est logé dans un alésage (13) du piston principal (PI) et le ressort auxiliaire (Ra) est protégé par une butée de compression (15, 16) par laquelle le piston auxiliaire (Pa) s’appuie sur le piston principal (PI) en fin de course pour limiter l’écrasement du ressort auxiliaire (Ra).
3°) Système de freinage découplé selon la revendication 2, caractérisé par un logement (14) réalisé dans le piston principal (PI) et/ou le piston auxiliaire (Pa) dans lequel vient le ressort auxiliaire (Ra) au moins en fin de compression.