Titre : DISPOSITIF POUR RELÂCHER RAPIDEMENT UN FREIN DE STATIONNEMENT ÉLECTROMÉCANIQUE

L'invention se rapporte à un dispositif pour relâcher rapidement un frein de stationnement électromécanique d'un véhicule.

De nombreux véhicules sont équipés de freins de stationnement dont la commande n'est pas manuelle, et notamment de freins électromécaniques. De tels freins sont munis d'un actionneur mécanique entraîné par un moteur électrique. Le conducteur du véhicule les commande typiquement en appuyant sur un bouton qui les fait basculer entre des états de serrage et des états de relâchement (« release »). Quand une commande de changement d'état est faite par le conducteur, une unité de contrôle moteur sensible à cette commande agit sur l'actionneur du frein d'après une stratégie prédéfinie. Et quand le frein est dépourvu d'un capteur qui permettrait de mesurer une force ou une pression de serrage, une stratégie usuelle de commande du relâchement du frein consiste à délivrer au moteur électrique une commande électrique dont la durée est suffisante pour garantir que le frein est complètement relâché à la fin de la commande, quels que soient l'état initial du frein et les circonstances du relâchement.

Mais cette durée de commande est excessive dans la plupart des situations, et ressentie comme importante par le conducteur.

L'objet de l'invention est ainsi de diminuer cette durée de relâchement quand cela est possible pour améliorer le confort d'utilisation du véhicule, en s'appuyant encore sur une stratégie (« release strategy ») de commande d'actionneur fondée sur une délivrance de commande électrique, tout en garantissant un relâchement complet du frein.

L'invention s'applique principalement, mais pas exclusivement, aux systèmes de freinage dont le freinage de service est assuré hydrauliquement alors que les freinages de stationnement et de secours sont assurés par le moteur électrique. Le document US 2016/032399 Al est relatif à un dispositif de frein de stationnement électromécanique pour un véhicule, comprenant un frein associé à une roue du véhicule, 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, dont des commandes de relâchement du frein ; et où l'unité de contrôle moteur comprend encore :

- un module de mesure continue d'intensité du courant électrique fourni au moteur électrique durant les commandes de relâchement ;

- un module de décision relié aux modules de mesure continue d'intensité du courant électrique et de fourniture de commandes, qui fonctionne, durant chacune des commandes de relâchement, en évaluant des valeurs successives de ladite intensité du courant électrique, en repérant une stabilisation de ladite intensité du courant électrique, et en arrêtant de fournir le courant électrique après avoir repéré la stabilisation.

Dans ce document, une course supplémentaire d'ouverture des patins est appliquée après la détection de la stabilisation du courant, afin de garantir un relâchement effectif du frein en toutes circonstances. Il apparaît toutefois que cette ouverture ne peut en général pas être obtenue avec exactitude, et qu'elle risque d'être inférieure à la valeur jugée nécessaire. Les inventeurs ont en effet constaté que la stabilisation du courant électrique, supposée coïncider avec le début du desserrage des patins, se produit souvent auparavant selon l'état du frein, et en particulier selon sa température et l'application possible d'un freinage hydraulique réalisé par le conducteur.

L'invention se distingue du document ci-dessus en ce que l'unité de contrôle comprend une sonde de température et une sonde de pression hydraulique faisant continuellement des mesures, respectivement, d'une température et d'une pression hydraulique représentatives d'une température et d'une pression hydraulique présentes dans le frein, - le module de décision est relié à la sonde de température et à la sonde de pression hydraulique,

- et le module de décision est agencé pour déterminer une durée déterminée de prolongation de fourniture du courant électrique après que la stabilisation a été repérée, la durée déterminée dépendant des mesures de la sonde de température et de la sonde de pression hydraulique.

La durée de prolongation du desserrage est alors déterminée avec une précision permettant de garantir un relâchement suffisant, mais point excessif, du frein. Le procédé plus rudimentaire du document antérieur ne permet pas d'obtenir ce résultat, faute de prendre en compte l'état du frein au moment du relâchement.

La précision d'estimation de la durée de prolongation, nécessaire à un relâchement sûr, est encore accrue si la durée déterminée dépend aussi d'une valeur de stabilisation de l'intensité du courant électrique, obtenue durant la stabilisation.

En pratique, la durée de prolongation pourra être déterminée pour appliquer une course de fin de desserrage (DI) plus une course de sécurité de desserrage (l ₂ + ) au frein, la course de fin de desserrage (DI) étant généralement obtenue par une fonction linéaire de la pression hydraulique, la course de sécurité de desserrage (l ₂ + I ₃ ) étant fixe.

Un autre aspect de l'invention est un dispositif de frein de stationnement électromécanique pour un véhicule, comprenant ledit frein, qui est associé à une roue du véhicule, un actionneur du frein, ledit moteur électrique de déplacement de l'actionneur, et l'unité de contrôle moteur du moteur électrique suivant ce qui précède.

Un autre aspect de l'invention est un véhicule automobile doté du dispositif de frein de stationnement conforme à ce qui précède.

Un autre aspect de l'invention est un procédé de commande d'un frein électromécanique de véhicule par des commandes de courant électrique de serrage et de relâchement du frein fournies à un moteur électrique de commande d'un actionneur du frein, comprenant des mesures continuelles de valeurs d'intensité du courant électrique pendant les commandes de relâchement d'une température représentative d'une température dans le frein et d'une pression hydraulique représentative d'une pression hydraulique dans le frein, et une interruption des commandes de relâchement après une durée déterminée dès qu'une stabilisation desdites valeurs est constatée, la durée déterminée dépendant des mesures de la température, de la pression hydraulique et d'une valeur de stabilisation du courant électrique.

D'après certaines caractéristiques optionnelles mais avantageuses de l'invention :

- l'unité de contrôle moteur est conçue pour calculer une dérivée temporelle de ladite intensité du courant électrique ;

- l'unité de contrôle moteur est conçue pour repérer la stabilisation en détectant un franchissement d'un seuil déterminé, par une fonction obtenue grâce au module de mesure ;

- la fonction est une valeur absolue de ladite dérivée temporelle ;

- la fonction est l'intensité du courant électrique.

L'invention sera maintenant décrite dans ses différents aspects, caractéristiques et avantages au moyen de la description détaillée des figures suivantes, qui en illustrent une réalisation particulière donnée à titre purement illustratif :

- la Figure 1 représente schématiquement un véhicule automobile ;

- la Figure 2 illustre un frein électromécanique en éclaté ;

- la Figure 3 illustre l'unité de contrôle moteur dudit frein ;

- la Figure 4 illustre les étapes de relâchement du frein ;

- la Figure 5 illustre une commande du courant électrique de commande du frein ;

- la Figure 6 illustre comment la durée du relâchement du frein est ajustée ;

- la Figure 7 est un diagramme du procédé ;

- et la Figure 8 illustre des fonctions de correction de la stratégie d'après l'état du frein. La figure 1 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 équipée d'un frein principal 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 figure 2 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 figure 2) 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 mise en oeuvre sur d'autres véhicules et d'autres freins que ceux-ci.

La figure 3 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 ; 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. Le module de mesure 20 mesure l'intensité du courant dans le circuit électrique sur lequel sont installés le moteur électrique 18 et ladite source d'énergie. Le dispositif comprend encore des moyens de mesure continuelle d'une température du frein 7 par une sonde de température 21, et d'une pression hydraulique 22. La sonde de température 21 est avantageusement placée au plus près d'un des patins de frein 7 afin d'atténuer au mieux leur température, et la sonde de pression hydraulique 22 peut mesurer directement la pression dans la cavité hydraulique 13 ou, comme on l'a représenté ici, estimer la pression hydraulique dans le frein 7 en mesurant la pression dans une autre portion du circuit hydraulique 10 soumis à l'action sur une pédale de frein 6, comme le maître-cylindre. Les sondes 21 et 22 de température et de pression hydraulique fournissent, comme le module de mesure 20, leurs mesures au module de décision 23.

La figure 4 est un diagramme qui illustre les étapes du relâchement du frein 7 à partir d'un état serré en fonction du mouvement de translation de l'écrou 16 du système vis-écrou 17, d'après la stratégie connue. On peut décomposer ce mouvement en trois déflexions : une première déflexion, de longueur li, correspond à la course utile du système vis-écrou 17 et est supposée aboutir au début du relâchement des portions ; une deuxième déflexion, de longueur , doit être ajoutée bien qu'elle soit inutile théoriquement au relâchement du frein, mais elle correspond à une course à vide (« idle stroke ») du système vis-écrou 17 qui sert à dégager le disque enserré entre les patins du frein 7 ; et une troisième déflexion l ₃ doit aussi être ajoutée pour garantir que la course à vide souhaitée soit effectivement obtenue malgré les incertitudes de construction et de fonctionnement du frein 7. D'après un exemple réel, les déflexions ont pour valeurs li=0,94mm, l ₂ =0,35mm et l ₃ =0,05mm respectivement, la déflexion totale étant alors égale à 1,34mm. Toutes ces déflexions sont invariables dans une stratégie connue. On voit que les déflexions l ₂ et l ₃ imposées pour des raisons de sécurité ou de bon fonctionnement ultérieur du frein 7 ont une part importante dans la déflexion totale ; il faut ajouter que la déflexion nécessaire au desserrage des patins du frein 7 est en réalité presque toujours inférieure à h, et qu'elle est souvent très inférieure, car h est une valeur calculée à partir d'un serrage extrême du frein 7 qui n'est pas nécessairement présent au début du relâchement. Les commandes des procédés connus ont cependant, pour la plupart, une durée uniforme et calculée pour imposer cette déflexion totale (li+l ₂ +l ₃ ).

La forme expérimentale d'une commande électrique de relâchement du frein 7 à partir d'un état serré est représentée à la partie supérieure de la figure 5, qui représente l'intensité I du courant passant par le circuit électrique comprenant le moteur électrique 18 en fonction du temps t ; la partie inférieure de cette figure 5 représente la déflexion correspondante obtenue pour l'actionneur 8. La commande comprend successivement un pic de démarrage 24, une portion en décroissance 25 et une portion plate 26 où le courant est uniforme à une basse intensité (« idle current »). Le pic de démarrage 24 à haute intensité du courant correspond à un état transitoire principalement dû aux rattrapages de jeu dans les mécanismes, la portion en décroissance 25 correspond au relâchement progressif du frein 7, et la portion plate 26 à une course à effort résiduel, ou course à vide de l'actionneur 8 quand le frein 7 est complètement relâché. Dans la portion en décroissance 25 et la portion plate 26, l'intensité I est proportionnelle à l'effort appliqué par le moteur électrique 18 et qui est nécessaire pour déplacer l'actionneur 8.

D'après l'invention, la déflexion totale de l'actionneur du frein 7 (ou la translation de l'écrou 16) au cours d'un relâchement doit devenir égale à (li'+l ₂ +l ₃ ) (figure 6), où h' correspond à la déflexion strictement nécessaire au desserrage des patins, et donc \ΐ £ li, alors que l ₂ et l ₃ restent inchangés. Il faut souligner que l'i peut être de beaucoup inférieur à h, par exemple voisin de 0,6mm dans l'exemple mentionné.

On y parvient en ajoutant le module de mesure 20, qui mesure l'intensité I du courant fourni au moteur électrique 18 et dont le signal de sortie, fourni au module de décision 23, est une fonction conforme à la figure 5. Quand la portion plate 26 est atteinte, le module de décision 23 calcule une durée de prolongation Dΐ d'application du courant permettant d'accomplir seulement la course totale nécessaire (l'i + l ₂ + l ₃ ). La détection de la portion plate 26 revient à une détection de stabilisation du courant électrique. Le critère de détection peut avantageusement être le franchissement vers zéro d'un seuil déterminé par la valeur absolue de la dérivée temporelle de l'intensité I du courant (dl/dt) ; d'autres critères de stabilisation pourraient être envisagés, comme le franchissement vers zéro d'un seuil de la valeur de l'intensité I du courant électrique.

La figure 5 illustre encore, en pointillés, les effets de la stratégie connue : la commande électrique se prolonge après Dΐ, de même que la course à vide, de manière à obtenir finalement la déflexion (li+l ₂ +l ₃ ).

Le mode de détermination de la durée de prolongation Dΐ est un aspect essentiel de l'invention, et il sera détaillé ci-dessous : la stabilisation du courant électrique à une valeur de stabilisation lo ne coïncide en réalité, généralement, pas avec le commencement du desserrage des patins.

La figure 7 illustre les étapes principales du procédé. L'étape El consiste en l'application d'une commande de relâchement du frein par le conducteur. À l'étape E2, l'unité de contrôle moteur 9 devient active, le module de fourniture de commandes 19 fournit une commande au moteur électrique 18, et le module de mesure 20 commence à mesurer l'intensité I du courant de la commande. L'unité de décision 23 observe continuellement l'évolution de l'intensité I, ou d'une fonction temporelle qui lui est corrélée et qu'elle calcule, à l'étape E3. Si elle conclut que cette fonction s'est stabilisée (étape E4), notamment si la fonction franchit un seuil déterminé (par exemple d l/dt < 5 A/s), elle ordonne que la commande électrique soit prolongée seulement pendant une durée At déterminée et que la commande s'arrête ensuite (étape E9) ; sinon, le programme revient à l'étape E3.

Voici comment la durée de prolongation Dΐ est estimée au cours d'étapes E5, E6, E7 et E8 se déroulant entre les étapes E4 et E9, simultanément ou successivement pour E5, E6 et E7 :

- la température Q dans le frein 7 est mesurée au moyen de la sonde de température 21 (étape E5) ;

- la pression hydraulique P dans le frein 7 est mesurée au moyen de la sonde de pression hydraulique 22 (étape E6) ;

- et la valeur de stabilisation lo du courant électrique est aussi mesurée

(étape E7).

Comme on l'a déjà mentionné, les mesures de température et de pression peuvent être faites directement dans le frein 7, ou au voisinage de celui-ci, et faire alors éventuellement l'objet de corrections. En variante, en E5 on estime la valeur de la température Q.

Les inventeurs ont constaté que la stabilisation du courant électrique du moteur électrique 18 arrivait en réalité un peu avant le desserrage effectif des patins quand le frein 7 était chaud, ou qu'une pression hydraulique lui était appliquée par un appui du conducteur sur la pédale de frein 6. Cela signifie que la déflexion l'i n'est pas achevée à l'instant de stabilisation du courant électrique (au début de la portion plate 26) dans ces circonstances, et qu'il faut encore appliquer, en plus des courses de sécurité l ₂ et l ₃ , une course de fin de desserrage DI, qu'il est possible de connaître à l'avance par des essais préalables sur le frein 7 et des mesures de la température Q et de la pression hydraulique P. En d'autres termes, la durée de prolongation At du fonctionnement du moteur électrique 18 après la stabilisation de son courant d'alimentation devient adaptative ou variable dans l'invention, ainsi que la course correspondante d'écartement des patins du frein 7, afin de maintenir la course de sécurité (I2+I3) après le desserrage des patins à une valeur invariable.

Le module de décision 23 contient donc des fonctions telles que celles de la figure 8, qui expriment la course de fin de desserrage DI en fonction de la pression hydraulique P et de la température Q (ici L100, L ₂ oo et L ₃₀ o pour des températures de 100°C, 200°C et 300°C respectivement pour le frein 7). La pression hydraulique P est exprimée en bars, et la course de fin de desserrage DI en millimètres. Ces fonctions sont, à température égale, approximativement linéaires (DI = a P + b, où a et b sont de coefficients fixes) dès qu'un freinage modéré est appliqué, et tendent vers zéro l'absence de freinage (DI « 0 pour P « 0).

Enfin, la durée de prolongation Dΐ dépend en général non seulement de la fin de course (DI + l ₂ + I3) à appliquer, mais de la vitesse de rotation du moteur électrique 18 quand la valeur de stabilisation lo a été atteinte. Cette vitesse en fonction de l'intensité peut aussi être déterminée par des essais préliminaires. L'invention permet donc une durée plus courte des relâchements (environ un tiers de moins qu'avec les procédés connus, dans des conditions ordinaires), une économie du matériel et de l'énergie consommée, et aussi des resserrages plus rapides du frein grâce au raccourcissement de la course à vide, ce qui est très apprécié si le frein de stationnement doit aussi servir de frein supplétif dans certaines circonstances d'urgence pendant la conduite : celle-ci devient plus sûre.

Nomenclature

1 Automobile

2 Roues avant

3 Essieu avant

4 Roues arrière

5 Essieu arrière

6 Pédale de frein

7 Frein

8 Actionneur

9 Unité de contrôle moteur

10 Circuit hydraulique

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

21 Sonde de température

22 Sonde de pression hydraulique

20 Module de mesure

23 Module de décision

24 Pic de démarrage

25 Portion en décroissance

26 Portion plate 60 Moto réducteur

61 Bride

62 Bride

I Intensité du courant électrique lo Valeur de stabilisation du courant électrique t Temps dl/dt Dérivée de l'intensité

II Déflexion imposée de relâchement du frein 11' Déflexion utile de relâchement du frein

12 Première déflexion additionnelle de l'actionneur

13 Deuxième déflexion additionnelle de l'actionneur DI Fin de course de desserrage des patins

Q Température P Pression hydraulique

Dΐ Durée de prolongation de commande de courant

El Commande du conducteur

E2 Fourniture de commande et mesure d'intensité

E3 Fonction d'évolution de l'intensité

E4 Stabilisation

E5 Mesure de température

E6 Mesure de pression hydraulique

E7 Mesure de l'intensité stabilisée

E8 Détermination de la durée de prolongation

E9 Prolongation déterminée puis arrêt de la commande

Lioo, L200, L300 Fonctions de fin de course de desserrage