FR3068097A1

FR3068097A1 - Etrier de frein de vehicule

Info

Publication number: FR3068097A1
Application number: FR1755864A
Authority: FR
Inventors: Fabien Chaigneau; Pascal Champion; Thierry Pasquet
Original assignee: Foundation Brakes France SAS
Current assignee: Hitachi Astemo France SAS
Priority date: 2017-06-27
Filing date: 2017-06-27
Publication date: 2018-12-28
Anticipated expiration: 2037-06-27
Also published as: FR3068097B1

Abstract

L'étrier de frein (1) de roue (6) de véhicule comprend un bâti (2), et au moins un organe (4) sollicitant le bâti (2) en compression sur plus de la moitié d'une dimension totale du bâti (2).

Description

L’invention se rapporte aux freins de roue de véhicule, notamment les freins à disque.

Le frein à disque est un système de freinage performant pour les véhicules munis de roues en contact avec le sol : automobile, avion, train, vélo tout terrain, etc. et pour diverses machines réclamant des freins performants et endurants.

Le frein à disque est un système utilisant un disque, fixé sur le moyeu de la roue, et des plaquettes venant frotter de chaque côté du disque. Les plaquettes sont maintenues dans un étrier (frein fixe) ou une chape (frein coulissant), fixés au véhicule. Un ou plusieurs mécanismes poussent sur les plaquettes, en général un ou plusieurs pistons soumis à une pression hydraulique (véhicules de tourisme, commerciaux, poids lourds) ou à un mécanisme lui-même actionné par un actionneur pneumatique (frein de semiremorque). L'effort ainsi généré provoque le serrage puis la friction des plaquettes sur le disque. La force de friction entre les plaquettes et le disque crée le couple de freinage.

Cependant, cette force altère le système de freinage. Par exemple, elle dissipe de la chaleur qui dégrade les propriétés mécaniques des composants du système de freinage, notamment celles de l’étrier de frein. La force mécanique de réaction au freinage de la part du disque altère elle aussi les propriétés mécaniques des composants du système de freinage, en particulier celles de l’étrier.

Or, de nombreux système d’aide à la conduite (freinage d’urgence, correction de trajectoire, technologie anti-patinage) pilotent électroniquement l’effort de freinage appliqué à la roue. Les propriétés mécaniques du système de freinage, notamment de l’étrier de frein, sont des paramètres essentiels de ces systèmes. II est donc nécessaire de connaître leurs valeurs exactes afin de piloter le freinage le plus efficacement. Pour ce faire, il est possible de placer des capteurs en charge de récolter empiriquement les paramètres nécessaires au bon fonctionnement de tels systèmes et, ce faisant, de contrôler la fiabilité du système de freinage. Dans la pratique, les mesures réalisées par les capteurs dépendant des conditions d’utilisation du frein et les capteurs étant euxmêmes sujets à une usure rapide, les mesures récoltées sont souvent non conformes à la réalité physique. II est donc difficile de conserver les propriétés mécaniques initiales des composants du système de freinage, notamment de l’étrier de frein.

L'invention a pour but de faciliter la préservation des propriétés mécaniques des composants du système de freinage.

A cet effet, on prévoit selon l’invention un étrier de frein de roue de véhicule, comprenant :

- un bâti, et

- au moins un organe sollicitant le bâti en compression sur plus de la moitié d’une dimension totale du bâti.

Ainsi l’organe réalise une précontrainte du bâti. Plus précisément, durant le freinage, les forces de compression qui préexistent dans le bâti s’opposent aux forces mécaniques de réaction au freinage de la part du disque et donc, par transmission, de la roue. La résultante de ces forces est quasi-nulle, voire nulle, ce qui permet au bâti de l’étrier de ne pas subir de forces pouvant le déformer : par exemple, cela évite que les faces internes du bâti s’écartent. De fait, les propriétés mécaniques du bâti sont conservées plus longtemps. L’invention permet donc de conserver les propriétés de l’étrier de frein. De plus, comme exposé plus haut, de nombreux systèmes d’aide à la conduite et/ou au pilotage requièrent des données précises et constantes. Ici, une des données conservée est la raideur du bâti : celle-ci n’est pas altérée au cours du freinage grâce à l’invention.

Avantageusement, le bâti est d’une seule pièce.

Suivant le schéma de conception de l’étrier de frein, son procédé d’assemblage, le matériau dans lequel le bâti est réalisé, et les organes assurant la compression ou encore les autres composants du système de frein, il peut être avantageux de réaliser le bâti en une seule pièce afin de garantir un meilleur assemblage des pièces et/ou d’obtenir de meilleures propriétés mécaniques du système de frein. Un bâti en une seule pièce peut aussi permettre de réduire le temps de fabrication de l’étrier, son coût ou encore les ressources humaines nécessaires à sa fabrication.

Alternativement, le bâti comprend deux pièces distinctes, les pièces étant, par exemple, réalisées dans des matériaux différents, et l’organe ou au moins l’un des organes liant les deux pièces l’une à l’autre.

Les organes sont généralement dans une matière plus résistante que les pièces du bâti. Plus ils seront résistant à la limite à la rupture, plus ils permettront d’introduire une sollicitation dans le bâti et donc de rendre plus raide l’étrier.

Selon cette conception de l’étrier de frein, l’organe ou au moins l’un des organes réalise à la fois la liaison et la compression des deux parties distinctes du bâti.

De préférence, les pièces du bâti sont réalisées dans l’un ou l’autre des matériaux suivants : aluminium, acier, fonte. Ces matières permettent d’alléger la masse de l’étrier à déformation équivalente.

Ces matières offrent une très grande résistance en flexion. Ainsi elles s’opposent naturellement aux forces de réaction au freinage.

De préférence, au moins l’un des organes génère une force ayant une valeur comprise entre 50 et 100 kN, de préférence entre 60 et 80 kN.

Cette gamme de compression permet à l’étrier de frein de s’adapter à une gamme variée de systèmes de freinage. Elle permet également à l’étrier de s’adapter à de nombreuses conditions d’utilisation du système de freinage, donc à différentes forces de réaction au freinage.

Avantageusement, l’organe ou au moins l’un des organes comprend une vis et un écrou, de préférence un écrou borgne.

On forme ainsi un système vis-écrou, ou vis-noix. La liaison ainsi formée est très solide. De plus, par construction, l’assemblage de la vis et de l’écrou s’oppose aux forces de réaction au freinage. Si le bâti est composé de deux pièces distinctes, ce type d’organe peut également réaliser la liaison entre celles-ci. L’écrou borgne permet notamment de protéger la liaison.

Avantageusement ou alternativement, l’organe ou au moins l’un des organes comprend un tirant, un câble ou une plaque de tôle.

Ces organes forment des moyens de compression et/ou de liaison aux propriétés différentes. Celles-ci peuvent mieux convenir à divers bâtis d’étriers de frein donnés. De ce fait, l’étrier est utilisable dans une plus large gamme de systèmes de freinage. II est également possible de combiner les organes entre eux.

De préférence, l’organe ou au moins l’un des organes est en acier, en tungstène ou en matière plastique.

Ces matières offrent une très grande résistance en traction. Ainsi elles s’opposent naturellement aux forces de réaction au freinage.

On prévoit également selon l’invention un système de freinage comprenant un étrier de frein selon l’invention.

On prévoit également selon l’invention un procédé de fabrication d’un étrier de frein de roue de véhicule, dans lequel on assemble un bâti et au moins un organe de sorte que l’organe ou au moins l’un des organes sollicite le bâti en compression sur plus de la moitié d’une dimension totale du bâti.

Nous allons maintenant présenter un mode de réalisation de l’invention donné à titre d’exemple non limitatif et à l’appui des figures annexées sur lesquelles :

- les figures 1 et 2 sont des vues en perspective d’un étrier de frein selon un mode de réalisation de l’invention ;

- la figure 3 est une vue en perspective éclatée de l’étrier de la figure 1 ;

- la figure 4 est une vue de dos de l’étrier de la figure 1 ;

- la figure 5 est une vue en coupe de l’étrier de la figure 4 selon le plan V-V ;

- la figure 6 est un schéma d’une partie des composants du système de freinage selon l’invention ;

- la figure 7 est un schéma fonctionnel du système de freinage selon l’invention ; et

- la figure 8 est un schéma des forces s’exerçant sur l’étrier selon l’invention.

Comme illustré sur la figure 1, dans le présent mode de réalisation de l’invention, l’étrier de frein 1 a une forme générale en « U >> de façon à former un logement apte à accueillir un disque 8 d’un système de freinage 12 comprenant plusieurs composants connus de l’état de la technique, et équipé de l’étrier 1 selon un des modes de réalisation de l’invention. La figure 7 illustre le schéma fonctionnel d’un tel système. Le disque 8 et l’étrier 1 y sont notamment illustrés.

Dans ce mode de réalisation, l’étrier de frein 1 comprend un bâti 2 comprenant deux pièces 2a et 2b liées entre elles par deux organes 4. La pièce 2b du bâti est sensiblement plus mince que la pièce 2a, dans le présent exemple.

Les pièces 2a et 2b s’assemblent selon leurs faces 22a et 22b comme l’illustre la figure 3. Les deux faces 22a (non visible sur la figure 3) et 22b sont planes. Cependant, on peut imaginer que les deux pièces 2a et 2b s’assemblent selon une autre géométrie.

Les organes 4 sont ici des systèmes vis-écrou ou boulons comprenant chacun une vis 4b et un écrou borgne 4a comprenant un fourreau allongé. Les écrous sont des cylindres circulaires droits et sont borgnes comme l’illustrent les figures 1 et 3. Les organes 4 lient les pièces 2a et 2b entres elles grâce à la complémentarité géométrique des écrous 4a et des vis 4b.

Pour cela, les pièces 2a et 2b présentent chacune deux logements 24a et 24b cylindriques à section circulaire. Chacun des logements est débouchant à ses deux extrémités. Les logements 24a, 24b viennent en coïncidence lorsque les deux pièces 2a et 2b sont assemblées de sorte que le bâti est traversé par deux logements rectilignes parallèles entre eux et distants l’un de l’autre. Ces logements s’étendent suivant la direction longitudinale du bâti.

Lorsque l’ensemble est assemblé, les écrous 4a font saillie de la pièce 2a du bâti hors des logements respectifs par une extrémité libre de chaque écrou qui porte un lamage 34 ayant ici une forme plate carrée s’étendant dans un plan perpendiculaire à l’axe de la tige. Ce lamage forme une butée axiale bloquant l’écrou en coulissement suivant l’axe 24 du logement. Par ailleurs, la pièce 2a présente à l’extrémité des logements 24a des cavités ou renfoncement de forme complémentaire à celles des lamages afin d’immobiliser le lamage et donc l’écrou en rotation par rapport au bâti autour de l’axe 26 de chaque logement 24. C’est ici une géométrie de forme carrée qui bloque les extrémités des écrous 4a à l’entrée des parties 24a des logements 24 mais d’autres formes sont envisageables.

De manière analogue, lorsque l’ensemble est assemblé, les têtes des vis 4b font saillie de la pièce 2b du bâti hors des logements. La tête forme une butée axiale bloquant la vis en coulissement suivant l’axe 26 du logement.

Les organes 4 sont situés en partie haute du bâti comme l’illustre la figure 4. Ainsi, la sollicitation en compression bénéfice d’un plus grand moment pour s’opposer aux forces de réaction au freinage visant à écarter les pièces 2a et 2b et s’exerçant en partie basse du bâti. Les proportions des pièces 2a et 2b sont plus facilement appréciables sur la figure 5. L’orifice 30 est également visible sur la figure 5. Il permet à la chaleur de se disperser hors de l’étrier. De plus, il permet un gain de matière.

Deux moyens de fixation 14 du bâti (figure 2) permettent à l’étrier de frein d’être assemblé aux autres composants du système de frein et au véhicule.

Nous allons maintenant présenter un mode de mise en oeuvre du procédé d’assemblage de cet étrier à l’appui des figures 3 et 5. Les étapes décrites par la suite peuvent être réalisées dans un ordre différent.

Les écrous borgnes 4a sont insérés dans les extrémités distales des logements 24a de sorte qu’ils font saillie à partir des extrémités proximales des logements 24a de la pièce 2a au niveau de la face 22a.

Puis la pièce 2b est placée contre la pièce 2a avec leurs faces 22a et 22b en contact surfacique. Pour cela, la pièce 2b est insérée autour des parties saillantes des écrous borgnes 4a via les extrémités proximales des logements 24b de sorte que les écrous borgnes 4a pénètrent dans les logements 24b et se rapprochent de l’extrémité distale des logements 24b, sans l’atteindre.

Ensuite, les tiges filetées 4b sont insérées par l’extrémité distale de la pièce 2b dans cette dernière. Ici, les tiges filetées sont donc insérées et vissées dans les écrous borgnes 4a.

Le système vis-écrou formant une liaison hélicoïdale, on applique un mouvement de rotation, ici de vissage, des tiges filetées 4b à travers les écrous borgne 4a.

On effectue ensuite leur serrage pour serrer les pièces 2a, 2b l’une contre l’autre. On fait en sorte que chaque organe 4 exerce des forces F (visibles à la figure 5) sur des facettes 32 situées respectivement dans la cavité recevant le lamage et celle recevant la tête de la vis. Ces forces sont orientées parallèlement aux axes 26, en directions opposées les unes aux autres et de résultante nulle. Elles engendrent une compression appliquée sur plus de la moitié de la longueur du bâti 2 car les facettes 32, lieu des liaisons entre les pièces 2a, 2b avec les écrous 4a et les vis 4b, interdisent le mouvement de translation des vis selon les axes 26. Ces forces s’appliquent aussi sur les faces 22a, 22b des pièces 2a, 2b. Elles sont orientées perpendiculairement au plan du disque 8 et parallèlement à l’axe de rotation de la roue comme illustré à la figure 6. On effectue le serrage de sorte que la force F a ici une valeur comprise entre 50 et 100 kN, de préférence entre 60 et 80 kN. On réalise ainsi un bâti d’étrier qui est précontraint, car il est au repos le siège de ces forces de compression.

Nous allons à présent décrire le fonctionnement d’un tel étrier au sein d’un système de freinage à l’appui des figures 6 et 8. La figure 8 se veut schématique et ne prétend pas représenter avec précision le fonctionnement d’un frein à disque.

En fonctionnement, la roue 6 a un mouvement de rotation autour de l’axe 18. Ce mouvement est transmis au disque 8, en rotation autour du même axe. Lors du freinage, des plaquettes de frein (non représentées) disposées sur l’étrier appliquent alors une force de friction sur les faces opposées du disque 8.

En réaction, le disque 8 oppose des forces de réaction R_T à mesure que sa vitesse de rotation décroît (en dégageant de la chaleur). Ces forces Rt de direction opposées, sont alors transmises par les plaquettes aux pièces 2a et 2b comme illustré à la figure 8.

Cependant, grâce aux organes 4, les pièces 2a et 2b sont déjà soumises aux forces F de compression orientées en direction opposé. Ces forces compensent donc en tout ou partie les forces de réaction. Aucun mouvement de translation selon l’axe 10 n’est donc possible, comme explicité plus haut. De plus, le moment de la force F_a (voir figure 8) s’oppose au moment de la force Ria- Il en est de même avec les moments des forces Rtô et F_b de sorte que l’étrier ne se déforme pas sous l’effet des forces Rt grâce aux forces F car celles-ci permettent d’obtenir un moment global nul.

De manière générale, les organes 4 sont réalisés en matière plastique, en acier et/ou en tungstène. De même, les pièces 2a et 2b peuvent être réalisées en fonte, aluminium et/ou fonte. Il est possible de combiner plusieurs matières parmi celles précitées pour fabriquer les organes 4 ou les pièces 2a et 2b.

L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation présentés et d'autres modes de réalisation apparaîtront clairement à l'homme du métier.

Dans le mode de réalisation décrit, l’organe 4 comprend une vis et un écrou. Cependant, si un des organes, voire même la totalité, est un (des) tirant(s), un (des) câble(s) ou encore une (des) plaque(s) de tôle, le fonctionnement global d’un tel étrier est sensiblement le même : les forces de compression F s’opposent aux forces de réaction R_T comme illustré à la figure 8.

De manière alternative, on peut imaginer que le système vis-écrou soit formé par l’assemblage de la vis 4b et de filetages situés au sein des logements 24 en remplacement des écrous 4a. Un tel assemblage ferait office d’organe 4.

Liste des références utilisées :

1. étrier

2. bâti

2a. pièce du bâti

2b. pièce du bâti.

4. organes

4a. écrous

4b. tiges filetées

6. roue

8. disque

10. axe pertinent de l’étrier

12. système de freinage 14. moyens de fixation du bâti 16. élément de l’étrier

18. axe de la roue 6

22a. face de la pièce 2a du bâti 22b. face de la pièce 2b du bâti 24. logements

24a. logements de la partie 2a du bâti

24b. logements de la partie 2b du bâti

26. axe des logements 30. orifice du bâti 32. facettes du bâti

Claims

Revendications

1. Etrier (1 ) de frein de roue (6) de véhicule, comprenant :

- un bâti (2), et

- au moins un organe (4) sollicitant le bâti en compression sur plus de la moitié d’une dimension totale du bâti.
2. Etrier selon la revendication précédente dans lequel le bâti (2) est d’une seule pièce.
3. Etrier selon la revendication 1 dans lequel le bâti (2) comprend deux pièces distinctes (2a, 2b), les pièces étant, par exemple, réalisées dans des matériaux différents, et l’organe ou au moins l’un des organes (4) lie les deux pièces (2a, 2b) l’une à l’autre.
4. Etrier selon la revendication 3 dans lequel les pièces sont réalisées dans l’un ou l’autre des matériaux suivants : aluminium, acier, fonte.
5. Etrier selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel au moins l’un des organes (4) génère une force (F) ayant une valeur comprise entre 50 et 100 kN, de préférence entre 60 et 80 kN.
6. Etrier selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’organe ou au moins l’un des organes (4) comprend une vis (4b) et un écrou (4a), de préférence un écrou borgne.
7. Etrier selon l’une quelconque des revendications dans lequel l’organe ou au moins l’un des organes (4) comprend un tirant, un câble ou une tôle.
8. Etrier selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel l’organe ou au moins l’un des organes (4) est en acier, en tungstène ou en matière plastique.
9. Système de freinage (12) comprenant un étrier (1) de frein selon l’une quelconque des revendications précédentes.
10. Procédé de fabrication d’un étrier (1) de frein de roue (6) de véhicule, dans lequel on assemble un bâti et au moins un organe de sorte que l’organe ou au moins l’un des organes sollicite le bâti en compression sur plus de la moitié d’une dimension totale du bâti.