FR3130724A1 - Dispositif d’ajustement d’effort de serrage pour un frein électromécanique - Google Patents

Abstract

La stratégie de serrage d’un frein électromécanique dépend d’une pression hydraulique déjà existante, afin d’ajuster la composante mécanique de la force de serrage et d’éviter un serrage excessif du frein. La composante hydraulique (Fhyd) d’effort de serrage est estimée d’après une mesure de la pression, soustraite d’une force cible (FTar) pour donner la composante mécanique à instaurer (FTarNew), et le moteur électrique de commande de serrage du frein est arrêté à une valeur de seuil (I2) du courant qui l’alimente, en fonction de la valeur de cette composante mécanique à instaurer. Figure pour l’abrégé : Figure 7.

Description

Dispositif d’ajustement d’effort de serrage pour un frein électromécanique

L’invention se rapporte à un dispositif d’ajustement d’effort de serrage pour un frein électromécanique.

De nombreux véhicules comprennent des freins électromécaniques pour au moins certaines de leurs roues. De tels freins peuvent être utilisés comme freins de stationnement, mais aussi comme freins de service pendant les déplacements du véhicule et comme freins de secours dans des circonstances particulières. Quand ils sont utilisés en frein de service, le freinage qu’ils imposent dépend de l’appui sur la pédale de freinage par le conducteur et de la pression hydraulique qu’il applique alors. Dans les circonstances de frein de stationnement et de frein de secours, une unité de contrôle moteur applique automatiquement des stratégies de serrage du frein, prédéfinies en fonction de divers paramètres de l’état ou de la conduite du véhicule, en imposant des déplacements de serrage à un actionneur du frein, au moyen de la mise en marche d’un moteur électrique.

De nombreuses stratégies de serrage consistent à appliquer un effort de serrage déterminé d’après la mesure continuelle du courant électrique qu’il est nécessaire d’appliquer au moteur électrique pour poursuivre le mouvement de serrage. L’inconvénient de cette stratégie simple est qu’elle ne tient pas compte de la pression hydraulique qui peut déjà être présente dans le frein et exerce un effort préliminaire de serrage. L’effort appliqué par la stratégie s’ajoute alors à cet effort préliminaire, et l’effort total obtenu quand la stratégie s’arrête dépasse l’effort demandé pour garantir le serrage : le serrage excessif (« overclamping ») qui est atteint a l’inconvénient d’user prématurément le frein en le sollicitant trop fortement, tout en consommant inutilement de l’énergie pour le serrage, puis pour le desserrage qui suivra plus tard.

Un but de l’invention est donc d’éviter les serrages excessifs de freins électromécaniques en appliquant aveuglément une stratégie indépendante d’une pression hydraulique déjà présente dans le frein.

On cherche précisément à obtenir autant que possible un effort final de serrage qui est invariable, indépendamment de la pression hydraulique appliquée au départ.

Un autre but de l’invention est d’estimer et de mettre en relation de calcul les deux composantes d’effort hydraulique et mécanique qui participent ensemble au serrage du frein, bien qu’elles dépendent de phénomènes physiques et de mécanismes hétérogènes, et soient obtenues à partir de mesures et de calibrations pouvant être imprécises, pour obtenir malgré cela le résultat, mentionné ci-dessus, d’un effort de serrage final à peu près invariable, avec une précision satisfaisante.

Un autre but encore de l’invention est d’assurer le maintien d’un effort de serrage suffisant, même dans les circonstances où la pression hydraulique ne sera pas maintenue, à cause d’un relâchement de l’appui de la pédale de freinage par le conducteur.

D’après un premier aspect général, l’invention se rapporte à une unité de contrôle moteur destinée à commander un moteur électrique d’actionneur d’un frein électromécanique de véhicule, comprenant :

- un module de fourniture de commandes au moteur électrique, dont des commandes de serrage du frein ;

- un module de mesures continues de valeurs d’un courant électrique fourni au moteur électrique lors des commandes de serrage ;

- un module de mesure d’une pression hydraulique appliquée au frein ;

- et un module de décision, conçu pour commander le module de fourniture de commandes d’après des stratégies prédéfinies, les stratégies comprenant, pour les commandes de serrage, un arrêt du serrage à un effort de serrage cible appliqué par le frein, l’arrêt étant décidé par le module de décision d’après les mesures des valeurs du courant électrique en fonction de la mesure de la pression hydraulique.

Dans l’invention, la composante mécanique d’effort de serrage mécanique appliquée par le frein est corrélée à la valeur du courant nécessaire au moteur électrique déplaçant l’actionneur du frein, et le serrage est arrêté quand la somme de la composante mécanique et de la composante hydraulique de serrage, estimée grâce à la mesure de pression, atteint une valeur cible définie par la stratégie.

D’après un deuxième aspect général, l’invention se rapporte à un dispositif de frein électromécanique pour un véhicule, comprenant ledit frein, qui est associé à une roue du véhicule, un actionneur du frein, ledit moteur électrique de l’actionneur, et l’unité de contrôle moteur de moteur électrique qui précède.

D’après certains perfectionnements optionnels de l’invention :

-le module de décision est conçu pour estimer un effort de serrage total appliqué au frein en additionnant une première composante dépendant des valeurs du courant électrique et une seconde composante dépendant d’une estimation de la pression hydraulique ;

-la mesure de pression hydraulique est faite à un maître-cylindre du véhicule ;

-l’estimation de la pression hydraulique estimée est égale à la mesure de la pression hydraulique diminuée d’une valeur fixe ;

-la valeur fixe est de 7 à 15 bars ;

-la valeur fixe est de 10 bars ;

-la seconde composante est proportionnelle à l’estimation de la pression hydraulique, en appliquant un coefficient de diminution à ladite estimation de la pression hydraulique ;

-le coefficient de diminution est fixe et compris entre 15 % à 30 % ;

-le coefficient de diminution est de 20 % ;

-le module de décision est conçu pour estimer la seconde composante, puis estimer une valeur de la première composante d’effort pour laquelle l’effort de serrage sera égal à l’effort de serrage cible, et arrêter le module de fourniture de commandes quand un seuil du courant électrique, estimé comme correspondant à ladite valeur de la première composante d’effort, est mesuré.

Un autre objet de l’invention est un véhicule pourvu d’un dispositif de frein électromécanique selon ce qui précède.

L’invention sera maintenant décrite dans ses différents aspects, caractéristiques et avantages au moyen des figures suivantes, qui en illustrent une réalisation préférée, donnée à titre purement illustratif.

- la représente schématiquement un véhicule automobile ;

- la illustre un frein comportant un dispositif de stationnement en éclaté ;

- la illustre l’unité de contrôle moteur dudit frein ;

- la illustre le déroulement d’une stratégie connue appliquant une composante d’effort mécanique de valeur uniforme pour le serrage d’un frein électromécanique ;

- la , un autre déroulement de cette stratégie connue ;

- la illustre un organigramme du procédé de serrage du frein d’après la stratégie de l’invention ;

- la , le déroulement d’une stratégie conforme à l’invention ;

- et la est un schéma d’un circuit hydraulique de freinage.

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 6 de service actionné directement par le conducteur en appuyant sur une pédale de freinage, 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. Pour les fonctions de freinage de service hydraulique, les freins 7 sont aussi actionnés par le conducteur en même temps que les freins 6 à l’avant.

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 d’après les stratégies prédéfinies, en étant relié à une batterie ou une autre source d’énergie présente dans le véhicule 1 ; un module de mesure de courant 20 qui mesure l’intensité du courant dans le circuit électrique sur lequel sont installés le moteur électrique 18 et ladite source d’énergie ; un module de mesure de pression 21 qui mesure une pression hydraulique dans le système de freinage ; et un module de décision 23 qui relie les modules de fourniture de commandes 19 et de mesure 20 et 21, et qui utilise le signal de sortie des modules de mesure 20 et 21 pour ajuster la durée des commandes.

On se reporte à la . Elle illustre un diagramme 30 du courant électrique I appliqué au moteur électrique 18, et un diagramme 31 correspondant d’effort de serrage F du frein 7 durant la stratégie connue, en fonction du temps t, et en l’absence de pression hydraulique dans le frein 7. Le diagramme de courant 30 comprend trois portions successives : un pic de démarrage 32, une portion plate 33, et une portion croissante 34.

La portion de pic de démarrage 32 commence dès l’instant t₁d’application de la stratégie, a une durée brève et une valeur élevée ; elle correspond au démarrage du moteur et ne produit pas de serrage.

La portion plate 33, de durée relativement longue, correspond à une course à vide du piston 14 avant que le serrage ne commence effectivement et s’effectue à valeur à peu près constante et faible du courant I à partir d’un instant t₂.

Et la portion croissante 34 commence à un instant t₃et a une pente à peu près uniforme avec le temps. Elle correspond à une augmentation progressive de l’effort de serrage F, ou de sa composante mécanique.

Le diagramme d’effort 31 comprend une portion d’effort nul (ou négligeable) 35, puis une portion d’effort croissant 36 commençant à un instant t₄simultané ou presque simultané à l’instant t₃. La croissance de l’effort de serrage F a une pente à peu près invariable dans cette partie de croissance 36, si bien que l’effort de serrage peut, au moins approximativement, être corrélé à la valeur du courant I par une relation de proportionnalité. La stratégie de serrage est arrêtée quand un seuil d’intensité I₁du courant I, corrélé à un effort cible F_Tardu serrage, est atteint. L’effort de serrage F varie très peu ensuite.

Si maintenant la stratégie connue est appliquée tandis qu’un serrage hydraulique existe déjà, son déroulement est le suivant d’après la . Le diagramme de courant, maintenant 40, possède encore une portion de pic de démarrage 42, une portion plate 43 et une portion croissante 44, analogues aux précédentes, si ce n’est que les durées de la portion plate 43 et de la portion croissante 44 peuvent être différentes. Comme précédemment, la portion croissante 44 est interrompue au seuil d’intensité I1, identique au précédent, du courant I.

Mais le diagramme d’effort, maintenant 41, commence à une valeur F_hydnon nulle à cause de la pression hydraulique. Il reste constant pendant une portion plate 43 du diagramme, puis augmente pendant une portion croissante 46 qui commence à peu près en même temps que la portion croissante 44. Sa pente est à peu près le même qu’à la , si bien que l’effort dépasse, éventuellement de beaucoup, l’effort cible F_Tarà la fin de la stratégie, ce qui correspond à un excès de serrage (« overclamp ») nuisible à la durée du frein et au bon fonctionnement du véhicule 1 en général.

La stratégie modifiée d’après l’invention est schématisée à la . Une première étape est une décision (E50) d’appliquer la stratégie de serrage, et le moteur est mis en marche (E51). Il s’ensuit une étape de mesure de la pression hydraulique (E52), une étape de correction de la mesure (E53), et une étape de calcul de la composante hydraulique d’effort F_hyddéjà appliquée sur le frein 7 (E54); puis une étape de calcul de la composante mécanique d’effort à appliquer F_TarNew(E55), une étape d’estimation (E56) de la valeur finale du courant nécessaire à instaurer cette composante mécanique (seuil modifié I₂d’intensité de courant). Les mesures du courant électrique (E57) sont engagées immédiatement après que le serrage a été décidé, et elles sont comparées (E58) à la valeur finale déterminée à l’étape E56. La stratégie est poursuivie tant que les valeurs des mesures répétitives du courant restent inférieures au seuil modifié I₂, et interrompue quand les valeurs de mesure du courant atteignent ce seuil. Le moteur est alors arrêté (E59).

En l’absence d’une pression hydraulique initiale, la stratégie a un déroulement identique à celui de la . Si au contraire une pression hydraulique est déjà appliquée, la montre que le diagramme de courant 40 est remplacé par un diagramme de courant 63 qui diffère en ce que la portion croissante, maintenant 64, est plus courte en s’arrêtant au seuil modifié I₂, inférieur à I₁, calculé à l’étape E55. Le diagramme d’effort 65 correspondant, comporte de même une portion croissante, maintenant 66, plus courte et qui s’arrête près de la force cible F_{T ar}(inchangé par rapport à la stratégie connue), puisque la composante mécanique de la force de serrage a été réduite d’une valeur correspondant autant que possible à la composante hydraulique existante. Cette composante hydraulique F_{H yd}est maintenue pendant une portion plate 67, correspondant à la portion plate 45, du diagramme d’effort 61.

Voici maintenant les règles appliquées dans cette réalisation particulière de l’invention pour améliorer la précision de la force du serrage ou rendre la stratégie modifiée parfaitement sûre.

La représente un circuit hydraulique de freinage, comprenant un maître-cylindre 70, un amplificateur de pression, une pompe ou tout autre source de liquide de frein sous pression , en communication par un réseau 71 de canalisations aux cylindres 13a à 13d des freins 6 et 7, électromécaniques ou non, équipant les roues 2 et 4 du véhicule 1. On préfère que la pression hydraulique existante soit mesurée au maître-cylindre 70 plutôt qu’aux cylindres 13a à 13d, car elle peut être estimée avec une précision plus grande.

Une correction de la valeur mesurée P_mesest appliquée pour tenir compte des incertitudes des mesures. Elle peut être, pour des systèmes de freinage usuels où la pression hydraulique peut atteindre 150 bars environ (15MPa), de 7 à 15 bars (0,7 à 1,5Mpa), et par exemple de 10 bars (1Mpa). La valeur mesurée P_mesest diminuée de cette valeur, afin de ne pas surestimer la composante hydraulique d’effort de serrage et de garantir un serrage final suffisant. Cette valeur de correction est notée P_corr.

Il faut aussi se prémunir contre des diminutions ultérieures de la pression hydraulique, si notamment la pédale de freinage était relâchée. Il a été constaté que la perte de pression serait alors modérée. On peut appliquer un coefficient de diminution K_corrcompris entre 15 et 30 % (entre 0,15 et 0,30 dans la formule ci-dessous), et par exemple autour de 20 %.

On obtient alors une pression estimée P_est, au moyen de laquelle la force hydraulique F_{H yd}est calculée, selon la formule suivante :

P_est= (P_mes– P_corr),

et la composante hydraulique d’effort peut être estimée par la formule :

F_{H yd}= P_est(φ / 2)². π . (1 – K_corr),

dans laquelle φ est le diamètre du piston 14.

La composante mécanique recherchée F_TarNewpour obtenir l’effort de serrage cible F_Tarest donnée par la formule suivante :

F_TarNew= F_Tar– F_{H yd,}

et la valeur du seuil modifié I₂auquel la stratégie est arrêtée peut être obtenue par une formule telle que :

I₂= I₁. (F_TarNew/ F_Tar),

éventuellement ajustée d’après les caractéristiques, obtenues empiriquement, de comportement du frein 7 et de l’actionneur 8.

L’invention peut être mise en œuvre de façons différentes : les calculs de correction ou de réévaluation de la pression hydraulique appliquée et de la composante mécanique d’effort à appliquer pourraient ainsi se faire d’après un ordre différent de celui des étapes E53 à E56. La mesure de pression hydraulique peut être faite avec un capteur déjà existant sur le véhicule 1, et être ou non renouvelée pendant l’application de la stratégie.

Nomenclature

1 Automobile

2 Roues avant

3 Essieu avant

4 Roues arrière

5 Essieu arrière

6 Frein

7 Frein électromécanique

8 Actionneur

9 Unité de contrôle moteur

11 Étrier

12 Boîtier

13, 13a à 13d Cylindre

14 Piston

15 Vis

16 Écrou

17 Système vis-écrou

18 Moteur électrique

19 Module de fourniture de commandes

20 Module de mesure de courant

21 Module de mesure de pression

23 Module de décision

30 Diagramme de courant

31 Diagramme d’effort

32 Pic de démarrage

33 Portion plate

34 Portion croissante

35 Portion plate

36 Portion croissante

40 Diagramme de courant

41 Diagramme d’effort

42 Pic de démarrage

43 Portion plate

44 Portion croissante

45 Portion plate

46 Portion croissante

60 Motoréducteur

61 Bride

62 Bride

63 Diagramme de courant

64 Portion croissante

65 Diagramme d’effort

66 Portion croissante

67 Portion plate

70 Maître-cylindre

71 Réseau de canalisations

E50 Décision de serrage

E51 Mise en marche

E52 Mesure de pression

E53 Correction

E54 Composante hydraulique

E55 Composante mécanique

E56 Seuil de courant

E57 Mesure du courant

E58 Seuil atteint ?

E59 Arrêt

F Effort de serrage

F_{H yd}Composante hydraulique d’effort

F_TarEffort cible de serrage

F_TarNewComposante mécanique cible

I Intensité du courant électrique

I₁Seuil d’arrêt

I₂Seuil d’arrêt modifié

K_corrCoefficient de correction

P_mesPression mesurée

P_corrPression de correction

P_estPression estimée

t₁à t₅Instants des diagrammes temporels

t Temps

Claims (12)

1. Unité de contrôle moteur (9) destinée à commander un moteur électrique (18) d’actionneur (8) d’un frein (7) électromécanique de véhicule, comprenant :
   - un module de fourniture de commandes (19) au moteur électrique, dont des commandes de serrage du frein ;
   - un module de mesures (20) continues de valeurs d’un courant électrique (I) fourni au moteur électrique lors des commandes de serrage ;
   - un module de mesure (21) d’une pression hydraulique appliquée au frein ;
   - et un module de décision (23), conçu pour commander le module de fourniture de commandes (19) d’après des stratégies prédéfinies, les stratégies comprenant, pour les commandes de serrage, un arrêt du serrage à un effort de serrage cible (F_Tar) appliqué par le frein, l’arrêt étant décidé par le module de décision d’après les mesures des valeurs du courant électrique en fonction de la mesure de la pression hydraulique.
2. Unité de contrôle moteur selon la revendication 1, caractérisée en ce que le module de décision est conçu pour estimer un effort de serrage total appliqué au frein en additionnant une première composante (F_TarNew) dépendant des valeurs du courant électrique et une seconde composante (F_Hyd) dépendant d’une estimation de la pression hydraulique (P_est).
3. Unité de contrôle moteur selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la mesure de pression hydraulique est faite à un maître-cylindre (70) du véhicule.
4. Unité de contrôle moteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l’estimation de la pression hydraulique (P_est) estimée est égale à la mesure de la pression hydraulique (P_mes) diminuée d’une valeur fixe (P_corr).
5. Unité de contrôle moteur selon la revendication 4, caractérisée en ce que la valeur fixe est de 7 à 15 bars.
6. Unité de contrôle moteur selon les revendications 3 et 4, caractérisée en ce que la valeur fixe est de 10 bars.
7. Unité de contrôle moteur selon la revendication 2, caractérisée en ce que la seconde composante est proportionnelle à l’estimation de la pression hydraulique (P_mes), en appliquant un coefficient de diminution (K_corr) à ladite estimation de la pression hydraulique.
8. Unité de contrôle moteur selon la revendication 7, caractérisée en ce que le coefficient de diminution est fixe et compris entre 15 % à 30 %.
9. Unité de contrôle moteur selon la revendication 8, caractérisée en ce que le coefficient de diminution est de 20 %.
10. Unité de contrôle moteur selon la revendication 2, caractérisée en ce que le module de décision (23) est conçu pour estimer la seconde composante (F_Hyd), puis estimer une valeur (F_TarNew) de la première composante d’effort pour laquelle l’effort de serrage sera égal à l’effort de serrage cible (F_Tar), et arrêter le module de fourniture de commandes (19) quand un seuil (I₂) du courant électrique, estimé comme correspondant à ladite valeur de la première composante d’effort, est mesuré.
11. Dispositif de frein électromécanique pour un véhicule, comprenant l’unité de contrôle moteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, ledit frein (7) électromécanique de véhicule, qui est associé à une roue (4) du véhicule, ledit actionneur (8), et ledit moteur électrique (18).
12. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu’il est pourvu d’un dispositif de frein électromécanique selon la revendication 11.