FR3124466A1 - Dispositif de serrage d’un frein de stationnement électro-mécanique - Google Patents
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Abstract
Le dispositif de serrage de frein de stationnement électro-mécanique comporte un module de mesure du courant électrique alimentant le moteur électrique, pour estimer continuellement la force de serrage du frein. La stratégie de serrage comporte plusieurs commandes (27, 29), dont les commandes de resserrage (29) ont des durées variables et cessent seulement quand une valeur de force de serrage a été atteinte. Figure pour l’abrégé : Figure 6.
Description
L’invention se rapporte à un dispositif de serrage d’un frein de stationnement électro-mécanique.
Dans de nombreux véhicules, le frein de stationnement est électro-mécanique et commandé indirectement par le conducteur du véhicule en appuyant sur un bouton, ou en effectuant une autre action qui fait basculer le frein entre un état de relâchement et un état de serrage. Les commandes du conducteur sont reçues par une unité de contrôle moteur de nature électronique, qui fournit des commandes à un moteur électrique, qui déplace l’actionneur du frein. L’unité de contrôle moteur applique des stratégies prédéfinies pour commander les relâchements et les serrages. Les forces de serrage doivent être suffisantes pour garantir l’immobilisation du véhicule ; mais on ne souhaite pas obtenir ce résultat par des forces trop importantes, qui pourraient user prématurément ou endommager le frein, et rendre des relâchements ultérieurs plus longs.
Une stratégie connue de serrage de tels freins consiste à fournir une première commande de serrage au moteur électrique pour obtenir un serrage préliminaire, puis une ou plusieurs commandes de resserrage du frein, pour garantir que la force de serrage souhaitée reste atteinte. Toutes les commandes ont des durées prédéterminées afin d’imposer des courses déterminées à l’actionneur du frein. La première commande permet d’obtenir sans délai un serrage suffisant du frein. Les commandes de resserrage après la première se justifient par les risques de dérive de la valeur de la force de serrage avec le temps, surtout juste après l’arrêt du véhicule : il est en effet constaté que des facteurs physiques, comme le refroidissement du véhicule et du frein à l’arrêt, réduisent très souvent cette valeur de la force de serrage. Le nombre des commandes de resserrage peut être variable, et décidé par l’unité de contrôle moteur en fonction de paramètres comme la température dans le véhicule ou le frein, le poids du véhicule avec son chargement ou la pente du véhicule. Mais il n’y pas de relation réelle entre ces paramètres et la dérive de la valeur de la force de serrage avec le temps, si bien que les stratégies de serrage connues ont une grande dispersion de leurs résultats selon les circonstances. La sécurité du véhicule impose donc d’appliquer, pour obtenir de façon sûre la force de serrage souhaitée, des stratégies dont l’imprécision amène souvent des efforts de serrage bien supérieurs à ceux qui sont nécessaires, avec des risques d’usure prématurée du frein, une plus grande consommation d’énergie électrique et une plus grande durée pour relâcher ultérieurement le frein.
L’objet de l’invention est de réduire cette dispersion des valeurs finales de la force de serrage, et de la rapprocher autant que possible d’une force de serrage souhaitée, en recourant à une stratégie de serrage du frein différente des conceptions connues.
L’invention s’applique principalement, mais pas exclusivement, aux systèmes de freinage dont le freinage de service est assuré hydrauliquement alors que le freinage de stationnement et de secours est assuré par le moteur électrique.
Sous une forme générale, l’invention est relative à un dispositif de frein de stationnement électro-mécanique pour un véhicule, comprenant un frein, un actionneur du frein, un moteur électrique de déplacement de l’actionneur, et une unité de contrôle moteur du moteur électrique qui comprend :
- un module de fourniture de commandes au moteur électrique, afin de serrer le frein ;
- un module de mesure continue de valeurs d’un courant électrique fourni au moteur électrique lors des commandes ;
- un module de décision relié au module de fourniture de commandes et au module de mesure continue ;
dans lequel le module de décision est conçu pour délivrer une pluralité des commandes lors d’un processus de serrage du frein, dont une première commande dite de serrage préliminaire et au moins une commande postérieure dite commande de resserrage, l’au moins une commande de resserrage ayant une durée indéterminée et cessant à une valeur déterminée du courant électrique.
Les commandes de resserrage à durée invariable et uniforme des stratégies connues sont donc remplacées par des commandes qu’on arrête à la valeur souhaitée de la force de serrage ; la valeur de la force de serrage est corrélée à la valeur du courant fourni au moteur électrique, que le module de mesure transmet continuellement au module de décision. Il a été constaté que de telles commandes offraient de bien meilleures perspectives de stabiliser la force de serrage finale, en limitant les risques de dérives à la fois vers des forces finales excessives que vers des forces finales insuffisantes.
L’invention est aussi relative à l’unité de contrôle moteur de ce dispositif de freinage.
Selon divers aspects optionnels mais avantageux de l’invention :
- ladite valeur déterminée du courant électrique est identique pour toutes les commandes de resserrage ;
- chacune des commandes de resserrage succède à une des commandes qui est immédiatement précédente après une durée de repos uniforme ;
- la valeur déterminée du courant électrique dépend au moins d’un paramètre du véhicule et/ou d’un paramètre du frein ;
- le paramètre est une température du frein ;
- le paramètre est une pente du véhicule ;
- le paramètre est un poids de chargement du véhicule ;
- le module de décision est conçu pour appliquer un nombre de commandes de resserrage variable en fonction d’au moins un paramètre.
Et un autre aspect de l’invention est un véhicule automobile pourvu du dispositif de freinage ou de l’unité de contrôle moteur qui précède.
L’invention sera maintenant décrite en détail dans ses différents aspects, caractéristiques et avantages au moyen des figures suivantes, qui en illustrent une réalisation concrète donnée à titre purement illustratif :
- la représente schématiquement un véhicule automobile ;
- la illustre un frein de stationnement en éclaté ;
- la illustre l’unité de contrôle moteur dudit frein ;
- la illustre un processus de serrage du frein d’après une stratégie connue ;
- la , une autre possibilité de déroulement de ce processus ;
- et la illustre un processus de serrage du frein d’après la stratégie de l’invention.
La représente une automobile 1 équipée de deux roues avant 2 motrices et directrices sur un essieu avant 3, et de deux roues arrière 4 non motrices et non directrices sur un essieu arrière 5. Chacune des roues avant 2 est ici équipée d’un frein principal 6 de service actionné directement par le conducteur, et chacune des roues arrière 4 est équipée d’un frein 7 décrit ci-après en détail, et qui est associé à un actionneur 8 apte à le faire travailler en frein de stationnement et de secours. Les actionneurs 8 des deux freins 7 sont pilotés par une même unité de contrôle moteur 9 d’après diverses informations relatives à certains paramètres du véhicule 1 et à son état de conduite. L’unité de contrôle moteur 9 est active quand un freinage de secours devient nécessaire ou qu’un stationnement est demandé.
La illustre schématiquement une réalisation connue et non limitative du frein 7, d’après une représentation en éclaté. Le frein 7 comprend un étrier 11 uni à un boîtier 12 de forme cylindrique. Il comprend aussi un motoréducteur 60 dont une bride 61 est unie à une bride 62 à la face arrière du boîtier 12 par des vis (non représentées ici). Le motoréducteur 60 contient un moteur électrique 18 et des engrenages de réduction de la vitesse de rotation dudit moteur électrique 18. Le boîtier 12 comprend une cavité hydraulique 13 appelée cylindre, ouverte vers l’avant (à droite à la ) et dans laquelle coulisse un piston 14 porteur d’un patin mobile (non représenté). Les freinages sont réalisés en faisant coulisser le piston 14 vers l’avant, pour rapprocher le patin mobile d’un patin fixe situé à l’extrémité avant de l’étrier 11 et enserrer un disque de la roue arrière 4 entre ces patins. Ce mouvement du piston 14 est obtenu, quand le frein 7 travaille en frein de service, par l’application d’une pression hydraulique dans la cavité hydraulique 13 pendant la conduite du véhicule : cette pression s’exerce sur la face arrière du piston 41 et le repousse vers l’avant. Si toutefois le frein 7 est commandé en frein de stationnement ou en frein de secours, les freinages sont réalisés par l’utilisation du moteur électrique 18 d’après des stratégies imposées par l’unité de contrôle moteur 9. Le moteur électrique 18 met en mouvement les engrenages du motoréducteur 60, ce qui fait tourner une vis 15 qui s’étend dans la cavité hydraulique 13. La vis 15 est en prise avec un écrou 16 sur lequel une face arrière du piston 14 est alors en butée. Les rotations de la vis 15 sont converties en translations de l’écrou 16 et du piston 14, qui se déplace en fonction de la durée d’actionnement du moteur électrique 18. L’actionneur 8 considéré ici comprend notamment le motoréducteur 60 et donc son moteur électrique 18, et le système 17 composé de la vis 15 et de l’écrou 16.
L’invention pourrait être appliquée à d’autres véhicules et d’autres freins que ceux-ci.
La illustre plus en détail l’unité de contrôle moteur 9 : elle comprend : un module de fourniture de commandes 19 qui fournit des commandes au moteur électrique 18 en étant relié à une batterie ou une autre source d’énergie présente dans le véhicule 1 ; un module de mesure 20 qui mesure l’intensité du courant dans le circuit électrique sur lequel sont installés le moteur électrique 18 et ladite source d’énergie ; et un module de décision 23 qui relie les modules de fourniture de commandes 19 et de mesure 20, et qui utilise le signal de sortie du module de mesure 20 pour ajuster la durée des commandes. Le module de mesure 20 et le module de décision 23 sont des caractéristiques de l’invention.
La illustre un déroulement possible d’une stratégie connue. C’est un diagramme donnant à la fois l’intensité I du courant électrique mesurée dans le circuit du moteur électrique 18, et la force de serrage F obtenue dans le frein 7, en fonction du temps t. Les commandes de serrage produisent normalement des fonctions d’intensité comprenant un pic de démarrage 24 initial correspondant à un état transitoire, dû principalement au rattrapage des jeux dans les mécanismes et sans accroissement de la force de serrage F, puis une portion en croissance 25 correspondant à un accroissement régulier de la force de serrage F. Une portion plate 26 s’étend entre le pic de démarrage 24 et la portion en croissance 25 d’une première commande qui est une commande de serrage préliminaire 27 : elle correspond à un effort réduit appliqué à l’actionneur 8 et à une course à vide de celui-ci avant le commencement du serrage. La force de freinage F est proportionnelle à l’intensité I du courant d’alimentation du moteur électrique 18, et les accroissements de la force de serrage 7 sont proportionnels aux durées des portions en croissance 25.
Le diagramme représente encore une force souhaitée F2de serrage (« target force »), et une force d’adhérence F1du véhicule 1 au sol (« standstill force »). La force d’adhérence F1est la force de serrage du frein 7 qui est estimée suffisante pour retenir le véhicule 1 en place dans des conditions stables d’arrêt ; elle est déterminée soit a priori soit en fonction de paramètres comme l’inclinaison du véhicule 1. Et la force souhaitée F2est la force de serrage du frein que la stratégie doit appliquer ; elle est supérieure à la force d’adhérence F1, d’une quantité jugée suffisante pour garantir le maintien de l’adhérence du véhicule 1. La stratégie comporte ici quatre commandes de courant électrique, dont la commande de serrage préliminaire 27 (« clamping ») puis trois commandes de resserrage 28 (28a, 28b et 28c) (« reclamping »). La commande de freinage préliminaire 27 a une durée déterminée Δt27qui permet normalement d’obtenir une force de freinage proche de la force souhaitée F2à un instant t1de fin de commande, grâce à des études et essais antérieurs qui ont permis de calibrer cette durée Δt27en fonction du dispositif, et en particulier du déplacement de translation à imposer à l’écrou 16 et au piston 14. Les commandes de resserrage 28a, 28b et 28c ont des durées identiques entre elles Δt28et commencent après des durées de repos Δt0identiques après la fin de chaque commande précédente. Le nombre de commandes de resserrage 28 peut varier d’après la situation du véhicule 1 et notamment des paramètres physiques comme sa pente, le poids de son chargement ou la température du frein 7, mais une commande de resserrage 28 au moins est en général appliquée. L’effet de chacune des commandes de resserrage 28 est d’accroître la force de serrage F d’une valeur ΔF qui est à peu près la même et qui est supposée compenser un relâchement automatique du frein 7 qu’on observe souvent après l’instant t1, à cause, entre autres, du refroidissement progressif du véhicule 1 et du frein 7 lui-même ; mais ce relâchement est difficile à estimer et dépend fortement des circonstances. Le diagramme de la montre une situation fréquente, dans laquelle le relâchement est modéré. On constate que la stratégie élève alors l’effort de serrage F bien au-dessus de la force souhaitée F2, avec les inconvénients indiqués plus haut d’un serrage excessif du frein 7. Mais on rencontre parfois au contraire des situations où le relâchement est important, ce qu’on représente à la analogue à la : les commandes de resserrage 28 ne suffisent plus alors à maintenir la force de serrage F obtenue à la commande préliminaire 27, et la force de serrage F descend parfois même au-dessous de la force d’adhérence F1, mettant le véhicule 1 en danger de glisser (« rollaway »).
La stratégie conforme à l’invention est illustrée par la . La commande préliminaire 27 est inchangée, mais les commandes de resserrage, maintenant 29a, 29b et 29c, et dont le nombre peut être déterminé comme dans la stratégie connue, cessent dès que la force de serrage F est revenue à la force souhaitée F2: elles ont donc des durées Δta, Δtb et Δtc différentes. Comme l’intensité I du courant électrique est corrélée à la force de serrage F et en principe proportionnelle à elle, le module de décision 23, continuellement renseigné par le module de mesure 20, détecte quand se produit le franchissement vers le haut d’un seuil d’intensité I2qui correspond à la force de serrage souhaitée F2, et il arrête alors la commande de resserrage 29 en cours. En d’autres termes, les resserrages à durée déterminée des stratégies connues sont remplacées par des resserrages à force déterminée.
Par rapport aux situations telles qu’à la , le procédé de l’invention évite les augmentations successives de la force de serrage F à chaque commande de resserrage et les serrages excessifs du frein 7, grâce au raccourcissement de leurs durées. Et par rapport aux situations telles qu’à la , le procédé garantit que la force de serrage souhaitée F2est atteinte à la fin de chaque commande de resserrage, grâce à un allongement des commandes de resserrage 29 qui est alors appliqué. La force de serrage F définitive, obtenue quand le véhicule aura complètement refroidi, devrait alors rester supérieure à la force d’adhérence F1, même si le relâchement automatique a été important.
Un autre avantage de l’invention est que les incertitudes de la force de serrage F obtenue à la fin de la commande préliminaire 27, dues à la durée incertaine de la portion plate 26, peuvent être corrigées plus facilement que par les stratégies connues.
Les durées de repos entre les commandes 27 et 29 peuvent encore être identiques entre elles et égales à Δt0, mais cela n’est pas nécessaire à la mise en œuvre de l’invention. Quant à la force souhaitée F2, elle pourrait ne pas être la même pour chacune des commandes 27 et 29 ; la caractéristique de l’invention est plutôt un réglage de durée des commandes de resserrage 29 en fonction de l’évolution de la force de serrage F, et l’arrêt de chacune de ces commandes quand une valeur déterminée de ladite force a été atteinte.
Nomenclature
1 Automobile
2 Roues avant
3 Essieu avant
4 Roues arrière
5 Essieu arrière
7 Frein
8 Actionneur
9 Unité de contrôle moteur
11 Étrier
12 Boîtier
13 Cavité hydraulique
14 Piston
15 Vis
16 Écrou
17 Système vis-écrou
18 Moteur électrique
19 Module de fourniture de commandes
20 Module de mesure
23 Module de décision
24 Pic de démarrage
25 Portion en croissance
26 Portion plate
27 Commande de serrage préliminaire
28 Commande de resserrage
29 Commande de resserrage
60 Motoréducteur
61 Bride
62 Bride
I Intensité du courant électrique
I2Seuil d’arrêt des commandes de resserrage
F Force de serrage
F1Force d’adhérence du véhicule
F2Force de serrage souhaitée
ΔF Incrément de force
t Temps
t1Instant de fin de première commande
Δti Durée de commande i
Δt0Durée de repos entre commandes
Claims (10)
- Unité de contrôle moteur (9) destinée à commander un moteur électrique (18) d’actionneur de frein (7) électro-mécanique de véhicule (1), qui comprend :
- un module de fourniture de commandes (19) au moteur électrique, afin de serrer le frein ;
- un module de mesure (20) continue de valeurs d’un courant électrique fourni au moteur électrique lors des commandes ;
- un module de décision (23) relié au module de fourniture de commandes et au module de mesure continue ;
dans lequel le module de décision est conçu pour délivrer une pluralité des commandes (27, 29) lors d’un processus de serrage du frein, dont une première commande dite commande de serrage préliminaire (27) et au moins une commande postérieure dite commande de resserrage (29), l’au moins une commande de resserrage ayant une durée (Δta, Δtb, Δtc) indéterminée et cessant à une valeur déterminée (I2) du courant électrique. - Dispositif de frein de stationnement électro-mécanique pour un véhicule, comprenant ledit frein (7), qui est associé à une roue (4) du véhicule, un actionneur (8) du frein, ledit moteur électrique (18) de déplacement de l’actionneur, et l’unité de contrôle moteur (9) du moteur électrique selon la revendication 1.
- Dispositif de frein ou unité de contrôle moteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite valeur déterminée (I2) du courant électrique est identique pour toutes les commandes de resserrage (29).
- Dispositif de frein ou unité de contrôle moteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chacune des commandes de resserrage succède à une des commandes qui est immédiatement précédente après une durée de repos (Δt0) uniforme.
- Dispositif de frein ou unité de contrôle moteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la valeur déterminée du courant électrique dépend au moins d’un paramètre du véhicule et/ou d’un paramètre du frein.
- Dispositif de frein ou unité de contrôle moteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le paramètre est une température du frein.
- Dispositif de frein ou unité de contrôle moteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le paramètre est une pente du véhicule.
- Dispositif de frein ou unité de contrôle moteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le paramètre est un poids de chargement du véhicule.
- Dispositif de frein ou unité de contrôle moteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le module de décision (23) est conçu pour appliquer un nombre de commandes de resserrage variable en fonction d’au moins un paramètre.
- Véhicule automobile, caractérisé en ce qu’il est pourvu d’un dispositif de frein de stationnement selon l’une quelconque des revendications 2 à 9.
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2021
- 2021-06-28 FR FR2106902A patent/FR3124466B1/fr active Active
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