FR3148064A1 - Frein a disque electromécanique à compacité augmentée - Google Patents

Frein a disque electromécanique à compacité augmentée Download PDF

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Abstract

Frein à disque électromécanique comportant un étrier (102), des plaquettes de frein (P1, P2), un piston (111) monté mobile en translation dans l’étrier (102) le long d’un axe longitudinal (X), et un actionneur électromécanique (108) configuré pour déplacer le piston (111) contre la plaquette de frein (P1) et l’appliquer contre un disque de frein, ledit actionneur électromécanique (108) comportant un moteur électrique (M), un système de réduction (R), un système vis-écrou pour déplacer en translation au piston (111), dans lequel le système de réduction (R) comporte un porte-satellite (2) portant des satellites (4), un planétaire (1) mis en rotation par le moteur électrique, une couronne (6) fixe munie d’une denture intérieure (16), et dans lequel lesdits satellites (4) sont des satellites doubles comportant un premier pignon (4.1) engrenant le planétaire (1) et un deuxième pignon (4.2) engrenant la denture intérieure (16) de la couronne (6), lesdits premier (4.1) et deuxième (4.2) pignons étant solidaires en rotation l’un de l’autre. [Fig. 2]

Description

FREIN A DISQUE ELECTROMÉCANIQUE À COMPACITÉ AUGMENTÉE DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTERIEUR
La présente invention se rapporte à un frein à disque électromécanique présentant une compacité augmentée.
Un véhicule automobile est équipé au niveau d’au moins une des roues d’un frein. Il peut s’agir d’un frein à disque ou d’un frein à tambour.
Dans le cas d’un frein à disque à étrier flottant, celui-ci comporte généralement un étrier monté coulissant sur une chape fixée sur un porte-fusée, un piston monté dans l’étrier et deux plaquettes de frein de part et d’autre d’un disque fixé à la roue.
Traditionnellement, le piston est déplacé en direction du disque, par exemple par un fluide hydraulique sous pression.
On cherche à remplacer l’actuation hydraulique par une actuation électromécanique pour ne pas avoir à récupérer et recycler le liquide de frein usagé. En outre un frein électromécanique n’est pas sujet aux fuites.
Un frein électromécanique désigné EMB (« Electromechanical Brake » en terminologie anglo-saxonne) comporte par exemple un moteur électrique, un réducteur, un système vis-écrou convertissant la force de rotation du moteur en force de translation en sortie du réducteur, le piston et des plaquettes de frein. Lorsque le moteur électrique est alimenté, il déplace via le réducteur et le système vis-écrou le piston en direction du disque et applique la plaquette de frein contre le disque. Lorsque le sens du courant est inversé, le moteur électrique tourne en sens opposé, le piston est reculé, permettant à la plaquette de frein de s’écarter du disque de frein. Le système vis-écrou comporte généralement une vis à billes. Ce type de frein offre une grande réactivité.
Dans le domaine automobile, il y a des contraintes d’encombrement, on cherche donc à réduire les dimensions des freins et par conséquent les dimensions du moteur électrique, or la taille du moteur est liée au rapport de réduction fourni par le réducteur. On cherche également à réduire le nombre de composants afin d’augmenter la fiabilité du frein.
En utilisant un réducteur comprenant un train épicycloïdal de type I avec quatre satellites, le rapport de réduction ne doit idéalement pas dépasser 6:1 vu la contrainte du nombre de dents minimum requis. Un tel rapport est insuffisant. Une possibilité pour augmenter le rapport de réduction est d’associer les réducteurs. Or une telle combinaison de réducteurs présente un encombrement important, ce qui limite la réduction de l’encombrement du frein.
C’est par conséquent un but de la présente demande d’offrir un frein à disque électromécanique d’encombrement réduit.
Le but énoncé ci-dessus est atteint par un frein à disque électromécanique comportant un étrier, au moins une plaquette de frein, un piston, un moteur électrique, un réducteur, un dispositif de conversion d’un mouvement de rotation en un mouvement de translation en sortie du réducteur, dans lequel le réducteur comporte un train épicycloïdal à deux étages comprenant un planétaire configuré pour être entraîné par le moteur électrique, au moins trois satellites, un porte-satellite, une couronne fixe. Les satellites sont des satellites doubles dont une première portion axiale engrène le planétaire et une deuxième portion axiale engrène la couronne fixe. Le porte-satellite est configuré pour coopérer avec le dispositif de conversion.
En utilisant des satellites doubles, le réducteur présente à la fois un grand rapport de réduction et une grande compacité. Il en résulte un frein présentant un encombrement réduit.
De plus le nombre de pièces du réducteur est réduit, il en résulte une diminution de la masse du réducteur et donc du frein.
En outre, grâce à l’obtention d’un rapport de réduction élevé, il est possible de réduire le couple requis en entrée du réducteur à appliquer par le moteur électrique, ce qui permet d’utiliser un moteur électrique de taille réduite.
De manière avantageuse, le profil et/ou le module des dents des deux portions axiales des satellites doubles peuvent être différents, ce qui permet de s’adapter à différents types d’environnement et de ménager un espace intérieur pour intégrer un système vis – écrou, avantageusement vis à billes – écrou.
La présente invention a alors pour objet un frein à disque électromécanique comportant un étrier, au moins une plaquette de frein, un piston monté mobile en translation dans l’étrier le long d’un axe longitudinal, et un actionneur électromécanique configuré pour déplacer le piston contre la plaquette de frein et l’appliquer contre un disque de frein, ledit actionneur électromécanique comportant un moteur électrique, un système de réduction, un dispositif de conversion d’une force de rotation en une force de translation configuré pour appliquer ladite force de translation au piston. Le système de réduction comporte un porte-satellite portant au moins trois satellites, un planétaire configuré pour être mis en rotation par le moteur électrique, une couronne fixe par rapport à l’étrier, ladite couronne étant munie d’une denture intérieure, et ledit porte-satellite étant connecté au dispositif de conversion pour lui appliquer la force de rotation. Lesdits satellites sont des satellites doubles comportant un premier pignon engrenant le planétaire et un deuxième pignon engrenant la denture intérieure de la couronne, lesdits premier et deuxième pignons étant solidaires en rotation l’un de l’autre.
De préférence, le dispositif de conversion comporte une vis, avantageusement une vis à billes, et un écrou, ledit écrou étant aligné avec l’axe du frein et comportant une extrémité longitudinale reçue dans le porte-satellite. La vis est immobilisée en rotation par coopération avec le piston.
Dans un exemple de réalisation, le deuxième pignon comporte des dents dont le profil et/ou le module est et/ou sont différents du profil et/ou du module des dents du premier pignon.
Dans un exemple avantageux, l’axe du moteur électrique est parallèle à l’axe du frein et le système de réduction comporte un premier module de réduction entraînant en rotation le planétaire.
Très avantageusement, le porte-satellites comporte trois satellites doubles.
De préférence, le premier pignon et le deuxième pignon de chaque satellite sont d’un seul tenant.
Dans un exemple de réalisation, le porte-satellites comporte des axes parallèles à l’axe longitudinal du deuxième module de réduction sur chacun desquels est monté un satellite double, et un roulement est prévu entre l’axe et le satellite double.
De préférence, le système de réduction présente un rapport de réduction de l’ordre de 80 :1, et le rapport de réduction entre le planétaire et la sortie du porte-satellite est d’au moins de l’ordre de 12 :1.
Le frein à disque est par exemple un frein à disque à étrier flottant.
 BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
La description qui va suivre sera mieux comprise à l’aide des dessins en annexes sur lesquels :
est une vue en perspective d’un exemple de frein électromécanique selon l’invention,
est une vue en coupe longitudinale du frein de la ,
est une vue arrière du frein de la duquel le moteur électrique et une partie du système de réduction ont été retirés,
est une vue en perspective d’un exemple de réalisation d’un réducteur mis en œuvre dans le frein un disque selon l’invention,
est une vue en perspective du réducteur de la selon un autre point de vue,
est une vue en perspective du réducteur de la duquel la couronne dentée fixe a été omise.
DESCRIPTION DETAILLES DE MODES DE REALISATION
L’avant et l’arrière sont à considérer dans le sens de déplacement du piston lors d’une application d’une force de freinage.
Sur les figures 1 à 3, on peut voir un exemple de frein à disque électromécanique selon l’invention.
Le frein à disque F comporte un étrier 102 coulissant muni de colonnettes 104 destinées à coulisser dans des alésages pratiqués dans une chape (non représentée), qui est destinée à être fixée à un porte-fusée. L’étrier 102 comporte un corps 105 et une voûte 106 fixée au corps 105 par une extrémité et destinée à chevaucher un disque de frein 109 (représenté en trait interrompu sur la ) solidaire en rotation de la roue. Dans l’exemple représenté, le corps 105 et la voûte 106 sont deux pièces différentes reliées par des vis 107.
L’étrier comporte un actionneur de freinage 108 et deux plaquettes de frein P1 et P2 ( ).
La plaquette P1 est disposée entre l’actionneur 108 et le disque 109 solidaire en rotation de la roue (représenté en trait interrompu) et est désignée « plaquette intérieure ». La plaquette P2 est disposée entre le nez d’étrier 110 situé à l’extrémité libre de la voûte et le disque, et est désignée « plaquette extérieure ».
L’actionneur de freinage 108 est un actionneur électromécanique comportant un moteur électrique M, un système de réduction R, un dispositif de conversion V d’un déplacement en rotation en un déplacement en translation et un piston 111 mobile en translation le long d’un axe X. Le piston 111 est en contact avec la face arrière de la plaquette de frein P1. Le moteur M et une partie du système de réduction R sont reçus dans un carter C fixé sur l’arrière du corps de l’étrier.
Dans l’exemple représenté, le dispositif de conversion V d’un déplacement en rotation en un déplacement en translation est un dispositif vis-écrou, très avantageusement comportant une vis à bille 112 et un écrou 114. L’écrou 114 est relié à la sortie du système de réduction R afin d’être entraîné en rotation par celui-ci. La vis à bille 112 est, quant à elle, immobilisée en rotation autour de l’axe X et se déplace en translation suivant ce même axe, permettant ainsi la transmission de l’effort de freinage. Dans cet exemple, un pion 116 entre le piston 111 et l’écrou 114 assure, par effet de butée, la fin de course de la vis à bille 112 dans la phase de rappel du piston 111. En variante, on utilise des moyens comportant une butée, telle qu’une butée radiale. Le pion peut indifféremment être solidaire de l’écrou 114 ou du piston 111.
L’écrou 114 comporte un corps 114.1 muni d’un passage taraudé coopérant avec la vis à billes 112 et une collerette 114.2 s’étendant radialement vers l’extérieur.
Des roulements 118 sont prévus entre l’écrou et le corps de l’étrier. Dans cet exemple les roulements 118 sont des roulements à rouleaux, des rouleaux 120 étant interposés entre la face arrière de la collerette 114.2 et le corps 105 de l’étrier 102, et des rouleaux 120 sont interposés entre la face latérale extérieure du corps 114.1 de l’écrou et le corps 105 de l’étrier 102.
Lorsque le moteur électrique M est activé dans un sens de génération d’un freinage, l’écrou 114 est mis en rotation autour de l’axe X provoquant le déplacement en translation de la vis à bille 112 le long de l’axe X, appliquant ainsi la plaquette de frein P1 contre une face du disque de frein 109, et par réaction la plaquette de frein P2 contre l’autre face du disque de frein 109.
Dans l’exemple représenté, le système de réduction R comporte un premier module de réduction R1 et un deuxième module de réduction R2.
Dans cet exemple, le moteur électrique M est disposé sur le côté de l’étrier 102 et l’axe X1 de son arbre de sortie est parallèle à l’axe X.
Le premier module de réduction R1 est interposé entre le moteur M et le deuxième module de réduction R2 et assure la transmission de l’effort de rotation de l’axe X1 à l’axe X. Le premier module de réduction R1 est logé dans le carter C et comporte un train à trois roues, comprenant un pignon moteur en prise avec l’arbre moteur, une roue folle et un pignon. La roue folle intermédiaire permet d’assurer l’entraxe entre les axes X1 et X et ne change pas le rapport entre le pignon d’entrée du moteur M et le pignon d’entrée du réducteur R.
Le deuxième module de réduction R2 présente un axe X2 ( ) confondu avec l’axe X.
Sur les figures 4 à 6, on peut voir un exemple de réalisation du deuxième module de réduction R2.
Le deuxième module de réduction R2 est un réducteur planétaire ou à train épicycloïdal comportant deux étages.
Le deuxième module de réduction R2 comporte un planétaire 1 entraîné par le moteur électrique M via le premier module de réduction R1, un porte-satellite 2 formant une cage, des satellites 4 et une couronne 6 qui est immobilisée en rotation dans le corps d’étrier 105. L’immobilisation en rotation est assurée par exemple au moyen de nervures dont le nombre est déterminé en fonction du couple encaissé par la pièce.
La cage du porte-satellite 2 comporte une première base 7 en forme d’anneau et une deuxième base 8 en forme d’anneau reliées par des montants 10, quatre dans l’exemple représenté. Les anneaux sont centrés sur l’axe X1.
Chaque satellite 4 est monté en rotation autour d’un axe 12 fixé par une extrémité à la première base 7 de la cage et par une autre extrémité à la deuxième base 8. Les extrémités des axes sont par exemple serties dans les bagues. De préférence des roulements (non visibles) sont prévus entre chaque axe 12 et chaque satellite 4.
Selon l’invention, chaque satellite 4 est un satellite double comportant un premier pignon 4.1 formant une première portion longitudinale du satellite 4 et un deuxième pignon 4.2 formant une deuxième portion longitudinale du satellite 4. Le premier pignon 4.1 et le deuxième pignon 4.2 sont solidaires entre eux et de préférence d’un seul tenant.
Les satellites 4 sont répartis angulairement de manière régulière autour de l’axe X2.
Les premiers pignons 4.1 sont configurés pour engrener le planétaire en prise avec un arbre de sortie du premier module de réduction R1.
Les deuxièmes pignon 4.2 engrènent une denture intérieure 16 de la couronne 6.
La deuxième base 8 de la cage est configurée pour transmettre l’effort de sortie au dispositif de conversion V. Dans l’exemple représenté, le porte-satellite 2 est connecté mécaniquement à l’écrou 114 de sorte à lui transmettre l’effort de rotation. Le choix de la connexion mécanique entre le porte-satellite et l’écrou dépend du procédé de fabrication du porte-satellites et de l’écrou. Par exemple, la connexion comporte des cannelures à développante de cercle ou des cannelures en dodécagone, i.e. à 12 côtés plats.
Le fonctionnement du module de réduction est le suivant.
Les satellites 4 sont entraînés en rotation par la coopération entre les premiers pignons 4.1 et le planétaire 1 en prise avec le premier module de réduction entraîné par le moteur électrique M.
Du fait de l’engrènement des deuxièmes pignons 4.2 avec la denture intérieure de la couronne qui est fixe, les deuxièmes pignons 4.2 tournent autour de l’axe X1 dans la couronne entraînant le porte-satellite. L’écrou 114 est alors entraînée en rotation.
Le nombre de satellites n’est pas limitatif. En variante le réducteur comporte trois satellites, la cage est alors adaptée et comporte trois montants.
La mise en œuvre d’un tel deuxième module de réduction permet d’obtenir un rapport de réduction sensiblement plus élevé qu’un réducteur épicycloïdal standard, tout en présentant un encombrement limité.
Par exemple, on peut atteindre un rapport de réduction de l’ordre de 17 :1 avec un deuxième module de réduction à trois satellites, alors qu’un train épicycloïdal à trois satellites offre un rapport de réduction maximal de l’ordre de 10 :1.
On peut atteindre un rapport de réduction de l’ordre de 12 :1 avec un deuxième module de réduction à quatre satellites, alors qu’un train épicycloïdal à quatre satellites offre un rapport de réduction maximal de l’ordre de 6 :1. Plus le nombre de satellites est important, plus l’effort est partagé entre les satellites. Il est alors possible de réduire l’encombrement axial pour un même matériau composant les satellites. Le deuxième module de réduction comporte au moins 3 satellites, par exemple 3, 4 ou 5 satellites.
Ainsi la mise en œuvre d’un tel deuxième module de réduction permet de réaliser un système de réduction offrant un rapport de réduction de l’ordre de 80 :1 avec un premier module de réduction plus petit. Il en résulte que le couple en entrée à appliquer par le moteur électrique est plus faible. Un moteur plus petit est alors suffisant, ce qui participe à une réduction globale de l’encombrement. Par exemple, un couple d’entrée de 1,5 Nm peut être suffisant.
Le réducteur selon l’invention est compatible avec une configuration parallèle, c’est-à-dire une architecture dans laquelle l’axe de rotation X1 du moteur et l’axe X du réducteur sont parallèles et sont reliés par une roue intermédiaire. Le réducteur selon l’invention est également compatible avec une configuration série, c’est-à-dire une architecture dans laquelle l’axe du moteur X1 et l’axe X du réducteur sont coaxiaux, la connexion entre le moteur M et le réducteur R étant réalisé par exemple via un train épicycloïdal supplémentaire.
De manière très avantageuse, le deuxième module de réduction R2 comporte un espace central E qui permet de loger au moins une partie du dispositif de conversion. Dans l’exemple représenté, une extrémité longitudinale de la vis à billes est logée dans le porte-satellite, ce qui permet de réduire la dimension axiale de l’actionneur électromécanique.
Par ailleurs, de manière très avantageuse, il est possible de choisir des profils de dent et/ou ayant des modules différents entre le premier pignon 4.1 et le deuxième pignon 4.2 de chaque satellite, ce qui offre une grande liberté notamment dans la configuration de la forme intérieure du réducteur, permettant par exemple de pouvoir aménager l’espace au centre du réducteur avec une plus grande liberté.
Le deuxième module réducteur présente en outre l’avantage de comporter peu de pièces, il présente alors une grande compacité et une simplicité de réalisation, comparativement à l’association en série de deux réducteurs.
Puisqu’il met en œuvre des satellites double, le nombre d’arbres est limité, ce qui réduit le nombre de roulements éventuellement mis en œuvre entre le satellite et l’arbre.
Le deuxième module réducteur R2 est de préférence réalisé entièrement en acier.
Dans un autre exemple de réalisation, l’actionneur est tel que l’axe du moteur électrique est aligné avec l’axe du frein X. Dans un exemple de réalisation, le système de réduction comporte uniquement le module de réduction R2, et le moteur électrique est en prise directe avec les satellites du module de réduction R2.
Le frein à disque selon l’invention est tel qu’il permet de présenter une dimension dans la direction X plus faible comparativement à des freins à disque électromécaniques de l’état de la technique ayant une vis à billes de même longueur, notamment en utilisant une partie de l’espace disponible au sein du porte-satellite pour loger au moins une partie de la vis à billes.
Alternativement, il permet de conserver un frein de même longueur qu’un frein à disque électromécanique de l’état de la technique, tout en mettant en œuvre une vis à billes plus longue, la longueur supplémentaire étant logée dans le porte-satellite.
Le réducteur selon l’invention permet de garder un rendement similaire à celui des trains épicycloïdaux type I supérieur à 95% sous conditions normales de chargement et température.

Claims (9)

  1. Frein à disque électromécanique comportant un étrier (102), au moins une plaquette de frein (P1), un piston (111) monté mobile en translation dans l’étrier (102) le long d’un axe longitudinal (X), et un actionneur électromécanique (108) configuré pour déplacer le piston (111) contre la plaquette de frein (P1) et l’appliquer contre un disque de frein, ledit actionneur électromécanique (108) comportant un moteur électrique (M), un système de réduction (R), un dispositif de conversion (V) d’une force de rotation en une force de translation configuré pour appliquer ladite force de translation au piston (111), dans lequel le système de réduction (R) comporte un porte-satellite (2) portant au moins trois satellites (4), un planétaire (1) configuré pour être mis en rotation par le moteur électrique, une couronne (6) fixe par rapport à l’étrier (102), ladite couronne (6) étant munie d’une denture intérieure (16), et ledit porte-satellite (2) étant connecté au dispositif de conversion pour lui appliquer la force de rotation et dans lequel lesdits satellites (4) sont des satellites doubles comportant un premier pignon (4.1) engrenant le planétaire (1) et un deuxième pignon (4.2) engrenant la denture intérieure (16) de la couronne (6), lesdits premier (4.1) et deuxième (4.2) pignons étant solidaires en rotation l’un de l’autre.
  2. Frein à disque électromécanique selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de conversion (V) comporte une vis (112), avantageusement une vis à billes, et un écrou (114), ledit écrou (114) étant aligné avec l’axe (X) du frein et comportant une extrémité longitudinale reçue dans le porte-satellite (2), et dans lequel la vis (112) est immobilisé en rotation par coopération avec le piston (111).
  3. Frein à disque électromécanique selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le deuxième pignon (4.2) comporte des dents dont le profil et/ou le module est et/ou sont différents du profil et/ou du module des dents du premier pignon (4.1).
  4. Frein à disque électromécanique selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel l’axe (X1) du moteur électrique (M) est parallèle à l’axe du frein et dans lequel le système de réduction (R) comporte un premier module de réduction (R1) entraînant en rotation le planétaire (1).
  5. Frein à disque électromécanique selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel le porte-satellites (2) comporte trois satellites doubles (4).
  6. Frein à disque électromécanique selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel le premier pignon (4.1) et le deuxième pignon (4.2) de chaque satellite (4) sont d’un seul tenant.
  7. Frein à disque électromécanique selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel le porte-satellites (2) comporte des axes (12) parallèles à l’axe longitudinal (X2) du deuxième module de réduction sur chacun desquels est monté un satellite double (4), et dans lequel un roulement est prévu entre l’axe (12) et le satellite double (4).
  8. Frein à disque électromécanique selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel le système de réduction (R) présente un rapport de réduction de l’ordre de 80 :1, et dans lequel le rapport de réduction entre le planétaire et la sortie du porte-satellite est d’au moins de l’ordre de 12 :1.
  9. Frein à disque électromécanique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le frein à disque est un frein à disque à étrier flottant.
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CN113752821A (zh) * 2021-09-16 2021-12-07 青岛莱吉传动系统科技有限公司 一种基于复合行星轮系高速轮边电机驱动系统减速机构

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