FR2768681A1

FR2768681A1 - Actionneur de frein mu par moteur electrique pour frein de vehicule

Info

Publication number: FR2768681A1
Application number: FR9811736A
Authority: FR
Inventors: Gregor Reimann; Karl Heinz Ross
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1997-09-23
Filing date: 1998-09-21
Publication date: 1999-03-26
Anticipated expiration: 2018-09-21
Also published as: GB2329434B; DE19741867C1; JP3094332B2; FR2768681B1; US6098762A; JPH11193837A; GB9820577D0; GB2329434A; IT1302337B1; ITRM980602A1

Abstract

Un actionneur de frein comprend un moteur électrique, un dispositif de conversion pour transformer le mouvement rotatif du moteur en un mouvement linéaire et un mécanisme hydraulique pour transmettre le mouvement linéaire à un piston d'avance d'un frein.Le dispositif de conversion possède au moins deux éléments de déplacement pouvant être mus par le moteur électrique (2) et par lesquels au moins deux pistons hydrauliques (10, 11) du mécanisme hydraulique sont actionnables indépendamment l'un de l'autre dans une chambre hydraulique (21) pouvant être reliée au besoin à un réservoir (18).Applicable aux véhicules automobiles.

Description

L'invention concerne un actionneur de frein,

comprenant un moteur électrique, un dispositif de conver-

sion pour transformer le mouvement rotatif du moteur

électrique en un mouvement linéaire et un mécanisme hy-

draulique pour transmettre le mouvement linéaire du dis-

positif de conversion à un piston d'avance d'un frein.

La densité croissante du trafic routier exige des systèmes qui contribuent d'une part à la sécurité et d'autre part au soulagement du conducteur. La tendance dans l'industrie automobile va dans le sens de ce qu'on

appelle la conduite autonome.

A l'avenir, le conducteur doit être assisté par

des systèmes dits "par fil" et être déchargé par des sys-

tèmes intelligents en de nombreuses situations de conduite. Une condition préalable essentielle pour la réalisation de tels systèmes est la possibilité de les

piloter électriquement.

Dans les systèmes de freinage connus, on uti-

lise principalement des dispositifs de transmission et

d'amplification hydrauliques ou pneumatiques, par les-

quels le conducteur d'un véhicule applique la consigne pour l'action d'un frein de roue. Afin de permettre des interventions de freinage indépendantes du conducteur avec de tels systèmes, par exemple pour une régulation de la distance séparant le véhicule d'un véhicule qui le précède, ou à des fins analogues, il faut, à côté de

l'alimentation nécessaire en fluide sous une pression re-

lativement élevée, de nombreux composants, par exemple

des vannes et analogues.

Pour cette raison, on connaît depuis un certain

temps des freins de roues pouvant être actionnés électri-

quement, qui permettent non seulement un pilotage direct

des freins, mais nécessitent aussi, en particulier, beau-

coup moins de pièces que les systèmes de freinage hydrau-

liques ou pneumatiques.

Par le document DE 195 19 308 Ai par exemple,

on connaît un actionneur de frein avec un mécanisme pos-

sédant un moteur électrique en tant qu'élément moteur, un dispositif de conversion pour transformer le mouvement rotatif du moteur électrique en un mouvement linéaire et un mécanisme hydraulique pour transmettre le mouvement linéaire du dispositif de conversion à une garniture de

friction d'un frein.

On obtient ce résultat, pour ce qui concerne le

mécanisme hydraulique, combiné à un dispositif de conver-

sion réalisé sous la forme d'une broche filetée, par le

fait que l'écrou de broche est relié mécaniquement au mo-

teur électrique, la broche proprement dite est reliée mé-

caniquement à un piston hydraulique du mécanisme hydrau-

lique et le moteur électrique est équipé d'un arbre creux

pour permettre la course de la broche. Le piston hydrau-

lique de cet actionneur de frein est installé dans une

chambre hydraulique fermée.

Cet actionneur a l'avantage d'une construction compacte, mais un problème est que, dans le cas d'un

auto-blocage du mécanisme, le conducteur et son environ-

nement sont exposés au danger du maintien du frein à la

position serrée ou appliquée, d'o résulterait une situa-

tion dangereuse ne pouvant plus être maîtrisée.

Afin d'obtenir, sur un frein de roue électromé-

canique, au moyen d'un moteur électrique, différentes vi-

tesses de réglage et différentes forces d'application d'un dispositif d'application ou de serrage, on a prévu, sur un frein de roue connu par le document DE 43 12 524 Ai,

des embrayages manoeuvrables par voie électromagnétique.

Dans le cas de ce frein de roue aussi, l'application du frein est obtenue par une commande à broche. Le côté problématique de ce frein est également l'auto-blocage du mécanisme. De plus, un tel frein nécessite un grand nombre de composants coûteux et fréquemment sensibles

aux dérangements.

L'invention vise donc à perfectionner un ac-

tionneur de frein, du type générique indiqué au début, de

manière à permettre, par un nombre aussi réduit que pos-

sible de composants peu sensibles aux dérangements, d'une part un serrage pilotable électriquement d'un frein, à différentes vitesses d'avance et sous différentes forces

d'application, d'autre part, l'exclusion d'un auto-blo-

cage du mécanisme et/ou du dispositif de conversion.

Conformément à l'invention, on obtient ce ré-

sultat, avec un actionneur de frein du type décrit au dé-

but, par le fait que le dispositif de conversion possède au moins deux éléments de déplacement pouvant être mus par le moteur électrique et par lesquels au moins deux pistons hydrauliques du mécanisme hydraulique peuvent être actionnés indépendamment l'un de l'autre dans une chambre hydraulique susceptible d'être reliée au besoin à

un réservoir.

Grâce aux pistons hydrauliques - au nombre de deux au moins - du mécanisme hydraulique, pistons qui sont actionnables indépendamment l'un de l'autre, on rend possible, de manière particulièrement avantageuse, un serrage du frein avec d'une part des vitesses d'avance

différentes et d'autre part des forces d'application dif-

férentes. Du fait que la chambre hydraulique, dans la-

quelle se meuvent les pistons hydrauliques, peut être re-

liée en cas de besoin à un réservoir, le rappel du piston

d'avance et par suite le desserrage du frein, par le rac-

cordement de la chambre hydraulique au réservoir, sont rendus possibles à tout moment, en particulier dans des situations dangereuses, lesquelles sont créées par exemple lorsqu'il se produit un auto-blocage des éléments

de déplacement et par suite aussi des pistons hydrau-

liques. Dans ce cas, lors du rappel du piston d'avance, une partie du liquide hydraulique se trouvant dans la

chambre hydraulique est refoulée dans le réservoir.

A l'inverse, il est cependant possible aussi de

compenser un accroissement de volume de la chambre hy-

draulique, produit par exemple par l'usure du ou des disques de frein et/ou de la garniture de frein, par la mise en communication de la chambre hydraulique avec le réservoir.

Un mode de réalisation particulièrement avanta-

geux, permettant notamment aussi un pilotage électrique, prévoit que la chambre hydraulique puisse être reliée au réservoir au moyen d'une soupape pouvant être commandée indépendamment du moteur électrique, et que la chambre

hydraulique, la soupape et le réservoir forment un sys-

tème fermé vis-à-vis de l'environnement.

Par la commande de la soupape - en vue de la

liaison de la chambre hydraulique au réservoir -

indépendamment du moteur électrique, il devient possible d'une part de réaliser de manière particulièrement

avantageuse la fonction de secours précitée du frein.

D'autre part, il devient possible en plus, par l'ouverture de la soupape commandée, de produire de manière simple, comme décrit plus haut, une compensation de l'usure du ou des disques de frein et de la garniture de frein. Du fait que la chambre hydraulique, la soupape et le réservoir forment un système fermé vis-à-vis de l'environnement, système qui est de préférence rempli à vie, il devient possible en plus d'obtenir un actionneur de frein "sec", donc particulièrement respectueux de l'environnement. Dans le but d'augmenter la sûreté du frein et de garantir en particulier qu'un desserrage du frein soit possible, par exemple en cas de défaillance du moteur électrique, il est avantageux que le moteur électrique et la soupape présentent deux circuits électriques séparés,

pouvant être commandés indépendamment l'un de l'autre.

Ainsi est garanti, par exemple en cas de défaillance du circuit électrique pour le moteur électrique, que la

soupape reste néanmoins actionnable par son circuit élec-

trique séparé.

En ce qui concerne la réalisation des éléments de déplacement, les exécutions les plus diverses sont également concevables à cet égard. Un mode de réalisation pouvant être mis en oeuvre techniquement de manière particulièrement simple à

l'aide de peu de composants, donc très avantageux, pré-

voit que les éléments de déplacement coordonnés aux deux

pistons hydrauliques soient des commandes à broches action-

nables par deux éléments d'entraînement susceptibles d'être mus indépendamment l'un de l'autre par le moteur électrique. Une autre caractéristique prévoit que les deux pistons hydrauliques et leurs commandes à broches

soient emboîtés les uns dans les autres.

Afin de permettre en particulier une construc-

tion très compacte de tout l'actionneur de frein et par suite de l'ensemble du frein de roue, il est avantageux que le premier élément d'entraînement soit un premier disque en prise avec un filetage de broche extérieur du

premier piston hydraulique par un filetage de broche in-

térieur central de ce disque, lequel engrène en outre par une denture extérieure avec un pignon calé sur l'arbre de

sortie du moteur électrique. Ce disque denté extérieure-

ment fait ainsi partie d'un mécanisme de démultiplication

sous la forme d'un réducteur à engrenage droit qui trans-

met la rotation de l'arbre de sortie du moteur, en la dé-

multipliant, à une commande à broche, produisant à son

tour un déplacement axial du premier piston hydraulique.

Il est avantageux dans ce cas que le second

élément d'entraînement soit un second disque disposé pa-

rallèlement au premier disque et présentant un filetage

de broche extérieur, réalisé sur un prolongement cylin-

drique formé à l'avant de ce second disque, qui est en

prise avec un filetage de broche intérieur du second pis-

ton hydraulique, le second disque pouvant être entrainé par le premier disque par l'intermédiaire d'un embrayage

à friction électromagnétique commandé.

La réalisation des éléments d'entraînement comme un premier et un second disque, permet notamment une construction très compacte. L'embrayage à friction électromagnétique, pouvant être commandé, autorise ainsi

de manière simple, par un seul moteur électrique, un ac-

tionnement du second piston hydraulique qui est indépen-

dant de l'actionnement du premier piston hydraulique. On peut se dispenser par conséquent d'un moteur électrique

supplémentaire ou d'une autre source motrice pour l'ac-

tionnement de ce second piston.

Afin que les paliers du premier et du second disque puissent également être très compacts, un mode de

réalisation avantageux prévoit que le premier et le se-

cond disque soient supportés rotatifs l'un sur l'autre et, respectivement, sur une moitié d'un carter contenant l'ensemble du dispositif de conversion et le mécanisme hydraulique, et sur un guide des pistons hydrauliques. Le

nombre de pièces de l'actionneur de frein est ainsi ré-

duit également de façon sensible puisque le carter d'une part et le guide des pistons hydrauliques d'autre part sont des parties constituantes des paliers, de sorte

qu'on peut se dispenser d'éléments de paliers supplémen-

taires.

D'autres caractéristiques et avantages de l'in-

vention ressortiront plus clairement de la description

qui va suivre de quelques exemples de réalisation non li-

mitatifs, ainsi que du dessin annexé, sur lequel - la figure 1 est une coupe axiale d'un exemple

de réalisation d'un actionneur de frein selon l'inven-

tion; et - la figure 2 représente schématiquement, en

coupe et avec un arrachement partiel, un réservoir des-

tiné à contenir du fluide hydraulique pour l'actionneur de frein représenté sur la figure 1, réservoir qui peut

être raccordé par une soupape.

L'actionneur représenté sur la figure 1 et des-

tiné à un frein de roue d'un véhicule automobile, com-

prend un carter formé de deux moitiés 14 et 15, à la moi-

tié 15 duquel est fixé, sur une bride, un moteur élec-

trique 2.

A l'intérieur du carter 14, 15, on a prévu un

dispositif de conversion possédant deux éléments d'en-

traînement sous la forme de deux disques 3, 4 disposés

parallèlement et pouvant être tournés par le moteur élec-

trique 2. Le premier disque 3 porte une denture exté-

rieure par laquelle il engrène avec un pignon 2a calé sur l'arbre de sortie du moteur 2. Le pignon 2a et le premier

disque 3 constituent de cette manière un mécanisme de dé-

multiplication sous la forme d'un réducteur à engrenage droit. Le premier disque 3 présente un filetage de broche intérieur, disposé au centre et orienté axialement, qui est en prise avec un filetage de broche extérieur 10a d'un piston 10. Le filetage de broche intérieur, réalisé

sur le premier disque 3, et le filetage de broche exté-

rieur l0a du piston 10 constituent ensemble un premier élément de déplacement sous la forme d'une commande à broche qui transforme un mouvement rotatif du disque 3 en

un déplacement axial du piston 10.

Le second disque 4, monté parallèlement au pre-

mier disque 3 et supporté rotatif sur celui-ci par l'in-

termédiaire de roulements 7, présente, sur un prolonge-

ment cylindrique formé à l'avant de ce disque, un file-

tage de broche extérieur 4a qui est engagé dans un file-

tage de broche intérieur d'un piston supplémentaire ou

second piston 11, de sorte qu'un mouvement rotatif du se-

cond disque 4 provoque un déplacement axial du second

piston 11. Le filetage de broche extérieur 4a et le file-

tage de broche intérieur du second piston 11il constituent ensemble un élément de déplacement supplémentaire ou second élément de déplacement ayant également la forme

d'une commande à broche.

Près de la périphérie du second disque 4, on a prévu au moins un électroaimant 9, de forme annulaire par exemple, qui, lorsqu'il est excité par un courant élec- trique, établit une liaison par friction entre le premier

3 et le second disque 4 à l'aide d'une pièce d'accouple-

ment 5. L'embrayage à friction électromagnétique 9, 5

peut être commandé, par un appareil de commande (non re-

présenté), de sorte que le second disque 4 peut au besoin être entraîné par le premier disque 3, ce qui permet un déplacement axial du second piston 11, par le second

disque 4 et sa commande à broche, indépendamment d'un dé-

placement axial du premier piston 10 par le moteur élec-

trique 2.

Ainsi que cela ressort de la figure 1, le pre-

mier disque 3 est supporté rotatif sur le demi-carter 15 par un palier 6, un roulement à billes par exemple, alors

que le second disque 4 est supporté rotatif sur un guide-

piston 12 par un palier 8, également constitué par un

roulement à billes par exemple. On obtient de cette ma-

nière une construction très compacte et comportant aussi

peu de pièces que possible.

Entre le piston 11 et le guide-piston 12, de même qu'entre le piston 11 et le piston 10, on a monté

des joints d'étanchéité 20 permettant le coulissement re-

latif étanche à la fois des deux pistons 10, 11 l'un dans

l'autre et du piston 11 dans le guide-piston 12.

Comme on peut le voir sur la figure 1 et en particulier sur la figure 2, un réservoir 18, rempli d'un liquide hydraulique, est agencé sur le demi-carter 14. Il est à souliger que ce remplissage est un remplissage à vie, de sorte qu'un remplacement du fluide hydraulique n'est pas nécessaire et que l'on dispose à cet égard d'un

actionneur de frein "sec" donc très respectueux de l'en-

vironnement.

Le réservoir 18 est relié à une chambre hydrau-

lique 21 - dans laquelle les deux pistons 10, 11 sont dé-

plaçables axialement - par l'intermédiaire d'un canal 16 qui peut être ouvert et fermé par une soupape 17 à commande électromagnétique. Ainsi que cela ressort de la figure 2, l'obturateur 17c de cette soupape est déplaçable par un électroaimant 17a à l'encontre de la force de rappel d'un

ressort de rappel 17b.

La soupape 17 et le moteur électrique 2 présentent

des circuits électriques pouvant être commandés sé-

parément l'un de l'autre, de sorte qu'un actionnement de

la soupape 17 est également possible encore s'il se pro-

duit une défaillance du moteur électrique 2. Ceci est né-

cessaire par exemple lorsque ce moteur tombe en panne alors que l'actionneur de frein est actionné et que le frein de roue exerce une action de freinage, bien que des signaux pour le rappel des pistons 10, 11 aient déjà été transmis au moteur 2. Dans ce cas, la soupape 17 ouvre le réservoir 18 et une partie du liquide hydraulique se trouvant dans la chambre 21 est refoulée en retour dans le réservoir 18, ce qui permet le rappel du piston

d'avance 1, lequel est conçu comme un piston secondaire.

La soupape 17 est actionnée en outre, par exemple, en vue d'une compensation de l'usure du ou des

disques de frein et/ou de la garniture de frein. En ef-

fet, dans une telle situation, l'ouverture de la soupape

17 produit l'écoulement d'une partie du fluide hydrau-

lique à partir du réservoir 18 dans la chambre hydrau-

lique 21, ce qui remplit de fluide hydraulique le supplé-

ment de volume créé dans la chambre 21 par suite de

1 'usure.

Pour résumer, l'actionneur de frein qui vient d'être décrit permet non seulement un haut rendement en raison de l'étage de réduction formé par l'engrenage

droit entre le moteur électrique 2 et le disque 3 et ac-

tionnant directement un premier piston hydraulique 10 par l'intermédiaire d'une commande à broche, de même que, en

cas de besoin, un actionnement du second piston hydrau-

lique 11 - indépendamment de l'actionnement du premier piston hydraulique 10 - par l'intermédiaire d'un second disque 4 pouvant être entraîné par le premier disque 3 par l'intermédiaire d'un accouplement à friction 9, 5 à commande électromagnétique et d'une commande à broche qui lui est coordonnée, mais aussi un actionnement du piston d'avance 1 qui est indépendant de l'actionnement par le

moteur électrique 2 et est produit par l'ouverture com-

mandée de la soupape 17 et l'agrandissement qui en ré-

sulte du volume de la chambre hydraulique 21 par le rac-

cordement à cette chambre du réservoir 18. Ceci ne permet pas seulement de compenser des phénomènes d'usure du frein; une fonction de secours de l'actionneur de frein

est également rendue possible.

1i

Claims

REVENDICATIONS

1. Actionneur de frein, comprenant un moteur

électrique (2), un dispositif de conversion pour trans-

former le mouvement rotatif du moteur électrique (2) en un mouvement linéaire et un mécanisme hydraulique pour transmettre le mouvement linéaire du dispositif de

conversion à un piston d'avance (1) d'un frein, caracté-

risé en ce que le dispositif de conversion possède au moins deux éléments de déplacement pouvant être mus par le moteur électrique (2) et par lesquels au moins deux pistons hydrauliques (10, 11) du mécanisme hydraulique peuvent être actionnés indépendamment l'un de l'autre

dans une chambre hydraulique (21) susceptible d'être re-

liée au besoin à un réservoir (18).

2. Actionneur de frein selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre hydraulique (21) peut

être reliée au réservoir (18) par une soupape (17) pou-

vant être commandée indépendamment du moteur électrique (2), et la chambre hydraulique (21), la soupape (17) et le réservoir (18) forment un système fermé vis-à-vis de l'environnement.

3. Actionneur de frein selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moteur électrique (2) et la

soupape (17) présentent deux circuits électriques sépa-

rés, pouvant être commandés indépendamment l'un de l'autre.

4. Actionneur de frein selon une des revendica-

tions 1 à 3, caractérisé en ce que les éléments de dépla-

cement coordonnés aux deux pistons hydrauliques (10, 11) sont des commandes à broches, qui peuvent être actionnées par deux éléménts d'entraînement susceptibles d'être mus indépendamment l'un de l'autre par le moteur électrique (2).

5. Actionneur de frein selon une des revendica-

tions 1 à 4, caractérisé en ce que les deux pistons hydrauliques (10, 11) et leurs commandes à broches sont

emboîtés les uns dans les autres.

6. Actionneur de frein selon la revendication 4

ou 5, caractérisé en ce que le premier élément d'entrai-

nement est un premier disque (3) en prise avec un file-

tage de broche extérieur (10a) du premier piston hydrau-

lique (10) par un filetage de broche intérieur central de

ce disque, lequel engrène en outre par une denture exté-

rieure avec un pignon (2a) calé sur l'arbre de sortie du

moteur électrique (2).

7. Actionneur de frein selon une des revendica-

tions 4 à 6, caractérisé en ce que le second élément

d'entraînement est un second disque (4) disposé parallè-

lement au premier disque et présentant un filetage de

broche extérieur (4a), réalisé sur un prolongement cylin-

drique formé à l'avant de ce second disque, qui est en

prise avec un filetage de broche intérieur du second pis-

ton hydraulique (11), le second disque (4) pouvant être entraîné par le premier disque (3) par l'intermédiaire

d'un embrayage à friction électromagnétique (9, 5) com-

mandé.

8. Actionneur de frein selon la revendication 7, caractérisé en ce que le premier (3) et le second disque (4) sont supportés rotatifs l'un sur l'autre et, respectivement, sur une moitié (15) d'un carter contenant l'ensemble du dispositif de conversion et le mécanisme

hydraulique, et sur un guide (12) des pistons hydrau-

liques (10, 11).