Titre de l’invention : Actionneur électromécanique pour système de freinage de véhicule L’invention se rapporte à un système de freinage pour véhicule. Plus précisément, l’invention se rapporte à système de freinage de véhicule comprenant un actionneur électromécanique et à un procédé de fabrication d’un organe de conversion d’un mouvement de rotation en un mouvement de translation pour un tel actionneur.

Un système de freinage, par exemple un système de freinage à disque plus communément appelé « frein à disque » ou un système de freinage à tambour plus communément appelé « frein à tambour », comprend en général des moyens de friction reliés à un actionneur apte à déplacer les moyens de friction en direction d’un organe de freinage fixé à une roue du véhicule. Cela a pour but de mettre les moyens de friction en contact avec l’organe de freinage pour freiner le véhicule par friction ou de les écarter de l’organe de friction dans le but de cesser le freinage. Lorsque le système de freinage est un frein à disque, les moyens de friction sont formés par des plaquettes de frein et l’organe de freinage est formé par un disque solidaire de la roue. Dans le cas où le système de freinage est un frein à tambour, les moyens de friction sont formés par au moins un segment portant une garniture de frein et l’organe de freinage est formé par un tambour solidaire de la roue.

L’actionneur comprend en général un moteur électrique couplé à un organe de conversion d’un mouvement de rotation, du moteur électrique, en un mouvement de translation, transmis aux moyens de friction. On parle alors d’actionneur électromécanique. On connaît dans l’état de la technique un organe de conversion formé par l’assemblage d’un écrou et d’une vis logée dans l’écrou. La vis comprend sur une face externe un filet apte à coopérer avec un trou taraudé de l’écrou. Le moteur fait tourner la vis, ce qui engendre un mouvement hélicoïdal de l’écrou par rapport à la vis et un coulissement de l’écrou par rapport au moteur pour entraîner les moyens de friction en translation par rapport à l’organe de freinage. La rotation de la vis par rapport à l’écrou génère de la friction entre ces deux éléments, si bien que le filet de la vis et le trou taraudé de l’écrou s’usent au fur et à mesure que le système de freinage est mis à contribution. La détérioration de la vis et de l’écrou fait diminuer le rendement de la conversion de mouvement, générant ainsi des pertes énergétiques qu’il est préférable d’éviter. En outre, en cas de détérioration prolongée, la vis risque de ne plus entraîner l’écrou, ce qui empêche la mise en mouvement des moyens de friction et donc le fonctionnement convenable du système de freinage, ce qui représente un danger pour l’intégrité du véhicule et de ses passagers.

Pour augmenter la durée de vie de la vis et de l’écrou, il est connu de lubrifier la vis et l’écrou avec de la graisse qui permet de diminuer les frictions générées lors de la conversion de mouvement. Cependant, ces frictions, toujours existantes, provoquent l'arrachage de particules de métal de la vis et/ou de l’écrou, qui se diffusent dans la graisse et diminuent son efficacité. En d’autres termes, le lubrifiant est efficace pour augmenter la durée de vie d’un ensemble vis-écrou, mais pas aussi efficace qu’on pourrait le souhaiter. L'invention a ainsi pour but de trouver un moyen d’augmenter la durée de vie des moyens de conversion qui soit plus efficace que la graisse de l’art antérieur.

A cet effet, on prévoit selon l’invention un système de freinage de véhicule comprenant un actionneur électromécanique qui comprend un organe de conversion d’un mouvement de rotation en un mouvement de translation comprenant un revêtement comportant une couche lubrifiante comprenant du nickel et du phosphore.

Ainsi, la graisse de l’art antérieur est remplacée par le revêtement qui permet une meilleure réduction de la friction de l’organe de conversion que la graisse. Ce revêtement est moins sujet à la pollution par des particules de métal que la graisse, si bien que le revêtement présente une plus grande durée de vie que la graisse. De ce fait, la durée de vie de l’organe de conversion s’en retrouve augmentée. Le revêtement est par ailleurs déposable de manière très précise et uniforme sur l’organe de conversion, bien plus que la graisse. Cela permet d’éviter la manifestation de « peak effects », que l’on peut traduire par « effets de pointe », correspondant à des contacts métal contre métal qui perturberaient les performances du revêtement. En outre, la présence de nickel dans le revêtement lui confère des propriétés anti-corrosion et une dureté qui contribuent aussi à augmenter la durée de vie de l’organe de conversion. Enfin, il a été constaté que la présence d’un tel revêtement permet une légère hausse du rendement de la conversion de mouvement.

En tenant compte de tous ces avantages, ce type de revêtement permet en général de multiplier par deux la durée de vie de l’organe de conversion, notamment via deux effets comparativement à la graisse : une plus importante diminution de la friction de l’organe de conversion, et une faible influence des particules de métal sur les performances du revêtement.

Avantageusement, l’organe de conversion comprend une vis et un écrou. L’invention est ainsi adaptée à un tel organe de conversion qui est généralement utilisé car peu onéreux et simple à mettre en œuvre.

Avantageusement, le revêtement est déposé sur la vis ou sur l’écrou. Ceci permet de choisir l’élément parmi la vis et l’écrou sur lequel on dépose le revêtement, ce qui montre la souplesse dans la mise en œuvre de l’invention.

Selon une variante de réalisation, le revêtement est présent sur la vis et sur l’écrou.

Avantageusement, la couche lubrifiante comporte une teneur en phosphore comprise entre 9 et 12% en masse.

Il a été constaté que cette gamme de teneur en phosphore permet d’optimiser la capacité lubrifiante du revêtement, et donc la durée de vie de l’organe de conversion.

Avantageusement, la couche lubrifiante comprend également un fluoropolymère, de manière préférée du polytétrafluoroéthylène. L’ajout de fluoropolymère permet d’augmenter davantage encore la capacité lubrifiante du revêtement.

De préférence, le revêtement comporte une couche d’accroche en nickel située sous la couche lubrifiante.

La couche d’accroche permet d’améliorer la tenue mécanique de la couche lubrifiante sur l’organe de conversion, ce qui améliore sa durée de vie. En outre, la couche d’accroche permet d’améliorer la protection de l’organe de conversion contre la corrosion.

Avantageusement, le revêtement présente une épaisseur comprise entre 10 et 80 pm, préférentiellement comprise entre 15 et 20 pm. II a été constaté que ces gammes d’épaisseurs permettent d’obtenir un bon compromis entre la capacité lubrifiante du revêtement et la durée de vie du revêtement.

Avantageusement, le système de freinage est du type système de freinage sec.

Il n’est ainsi pas nécessaire de rendre l’actionneur électromécanique résistant à la corrosion par un liquide de frein, ce qui simplifie la conception du système de freinage et diminue son coût de fabrication.

On prévoit également selon l’invention un système de freinage, à disque, de véhicule, comprenant un actionneur électromécanique tel que défini dans ce qui précède, ainsi qu’un système de freinage, à tambour, de véhicule, comprenant un actionneur électromécanique tel que défini dans ce qui précède. L’invention est ainsi adaptée à ces deux différents types de systèmes de freinage.

On prévoit en outre selon l’invention un procédé de fabrication d’un organe de conversion d’un mouvement de rotation en un mouvement de translation, dans lequel on met en œuvre les étapes suivantes :

- détermination d’un niveau d’auto-blocage de l’organe de conversion, - calcul des efforts de friction engendrés lors de la conversion d’un mouvement de rotation en un mouvement de translation par l’organe de conversion en cas de dépôt d’un revêtement comportant une couche lubrifiante comprenant du nickel et du phosphore sur l’organe de conversion, ce calcul permettant la détermination du pas de l’organe de conversion,

- application de coefficients de correction, liés à la présence du revêtement, à la détermination du pas afin d’obtenir un pas corrigé,

- fabrication de l’organe de conversion présentant un pas égal au pas corrigé, et

- application du revêtement sur l’organe de conversion.

Brève description des figures

L'invention va être exposée plus en détails dans la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :

[Fig. 1] la figure 1 est une vue en perspective et en coupe d’un système de freinage selon un premier mode de réalisation de l’invention,

[Fig. 2] la figure 2 est un schéma éclaté d’un organe de conversion d’un mouvement de rotation en un mouvement de translation, compris dans le système de freinage de la figure 1,

[Fig. 3] la figure 3 est une vue agrandie d’une partie d’une vis ou d’un écrou de l’organe de conversion de la figure 2, et

[Fig. 4] la figure 4 est une vue en perspective et en coupe d’un système de freinage selon un second mode de réalisation de l’invention.

Description détaillée

On a illustré en figure 1 un système de freinage 2 de véhicule selon un premier mode de réalisation de l’invention. Ce système 2 comprend un boîtier 4 solidaire d’un châssis d’un véhicule dans lequel le système 2 est installé, et des moyens de friction 6 montés coulissants par rapport au boîtier 4. Les moyens de friction 6 sont ici formés par deux plaquettes destinées à venir en contact avec des faces opposées d’un disque 8 solidaire d’une roue du véhicule (non représentée), le disque 8 s’étendant partiellement entre les deux plaquettes 6. Le système 2 a ici une configuration classique en étrier flottant. Cette configuration sera décrite plus loin. On décrira également plus loin comment le système de freinage 2 permet de ralentir le véhicule.

Le système 2 est du type sec et comprend un actionneur électromécanique 10 destiné à convertir un couple produit par un moteur électrique 12 en un coulissement des plaquettes 6 vers le disque 8 et un serrage de ce dernier. A cet effet, l’actionneur électromécanique 10 comprend un organe 14 de conversion d’un mouvement de rotation en un mouvement de translation, désigné plus simplement « organe de conversion » dans la suite.

L’organe de conversion 14 est représenté à plus grande échelle en figure 2. Il comprend une vis 16 couplée au moteur électrique 12 de sorte qu’un couple produit par le moteur 12 permet d’entrainer la vis 16 en rotation par rapport au boîtier 4 autour d’un axe principal 18 de la vis 16. La vis 16 présente un filet 20 sur sa surface externe.

L’organe de conversion 14 comprend un écrou 22 monté fixe en rotation par rapport au boîtier 4 et mobile à coulissement par rapport à l'organe de conversion 14 suivant l’axe 18. L’écrou 22 présente un trou taraudé 24. L’écrou 22 est couplé avec la vis 16 grâce au filet 20 et au trou taraudé 24 de sorte que la vis 16 et l’écrou 22 forment une liaison hélicoïdale. Cette liaison hélicoïdale est de préférence irréversible. Cela signifie qu’une rotation de la vis 16 est capable d'entrainer le coulissement de l’écrou 22 par rapport à la vis 16, mais qu’une force agissant sur l’écrou 22 pour le faire coulisser n'est pas en mesure d'entrainer la vis 16 en rotation en retour. Cela a pour effet d’améliorer la sécurité de l’organe de conversion 14, puisqu’il n’est en général pas conçu pour transformer un mouvement de translation en un mouvement de rotation.

L’actionneur électromécanique 10 comprend un piston 26 monté coulissant parallèlement à l’axe 18 par rapport au boîtier 4 et présentant un conduit ou logement 28 dans lequel s’étendent la vis 16 et l’écrou 22. Le piston 26 est fixé rigidement à l’une, proximale, des deux plaquettes 6. Cette dernière est ainsi montée coulissante parallèlement à l’axe 18 par rapport au boîtier 4.

Afin d’augmenter la durée de vie de l’organe de conversion 14, celui-ci est au moins partiellement recouvert d’un revêtement 30 comportant une couche lubrifiante 32 comprenant du nickel et du phosphore. Comme cela est représenté en figure 3, le revêtement est ici déposé sur les parties de la vis 16 et de l’écrou 22 qui sont en contact l’une avec l’autre lors de la conversion de mouvement, c’est-à-dire le filet 20 et le trou taraudé 24. Selon une variante de réalisation, le revêtement est déposé uniquement sur le filet 20 ou sur le trou taraudé 24. La couche lubrifiante 32 présente une teneur en phosphore comprise entre 9 et 12% en masse. Pour améliorer son pouvoir lubrifiant, la couche lubrifiante comprend également un fluoropoylèmere, ici du polytétrafluoroéthylène.

Le revêtement 30 comporte une couche d’accroche 34 réalisée en nickel et située sous la couche lubrifiante 32. La couche lubrifiante 32 est la dernière couche du revêtement 30, c’est-à-dire la couche la plus éloignée du support du revêtement 30. La couche d’accroche 34 permet d’améliorer la tenue de la couche lubrifiante 32 sur la surface de la vis 16 et de l’écrou 22. Elle permet en outre de protéger les parties recouvertes par le revêtement 30 contre la corrosion. Le revêtement 30, comprenant donc la couche lubrifiante 32 et la couche d’accroche 34, présente une épaisseur comprise entre 10 et 80 pm. Ici, le revêtement 30 présente une épaisseur comprise entre 15 et 20 pm. Le revêtement 30 est déposé par tout procédé de dépôt connu. La couche d’accroche 34 est par exemple déposée par dip-coating. La couche lubrifiante est par exemple déposée par placage nickel-phosphore autocatalytique, communément désigné par les termes anglo-saxons « Electroless nickel-phosphorus plating ». Un tel procédé de dépôt permet généralement d’obtenir une rugosité inférieure à 0,1 pm, ce qui rend la surface du revêtement 30 quasiment lisse et exempte de tout effet dit « de pointe », et une dureté comprise entre 530 et 900 HV, ce qui rend le revêtement résistant à des sollicitations mécaniques telles que la conversion de mouvement entre la vis 16 et l’écrou 22.

L’organe de conversion est dimensionné et réalisé selon le procédé de fabrication comportant les étapes suivantes :

- détermination d’un niveau d’auto-blocage de l’organe de conversion 14,

- calcul des efforts de friction engendrés lors de la conversion d’un mouvement de rotation en un mouvement de translation par l’organe de conversion 14 en cas de dépôt du revêtement 30 sur l’organe de conversion 14, ce calcul permettant la détermination du pas de l’organe de conversion 14,

- application de coefficients de correction, liés à la présence du revêtement 30, à la détermination du pas afin d’obtenir un pas corrigé,

- fabrication de l’organe de conversion 14 présentant un pas égal au pas corrigé, et

- application du revêtement 30 sur l’organe de conversion 14. On va maintenant décrire comment fonctionne le système de freinage 2.

On suppose que le véhicule est en déplacement. L’écrou 22 n’est pas en contact axial avec le piston 26, et les plaquettes 6 sont situées à distance du disque 8. Si l’utilisateur souhaite ralentir le véhicule, il actionne une commande de freinage (non représentée), par exemple une pédale de frein du véhicule ou un bouton situé dans un habitacle du véhicule, qui commande la rotation du moteur électrique 12 dans une direction de freinage. Le moteur électrique 12 entraîne ainsi la vis 16 en rotation par rapport au boîtier 4 autour de l’axe 18. La vis 16 étant en prise avec l’écrou 22, ce dernier est entraîné en coulissement par rapport au boîtier 4 parallèlement à l’axe 18.

Lors de son coulissement, l’écrou 22 finit par entrer en contact avec une extrémité axiale du conduit 28. A partir de ce moment-là, si on continue de faire tourner le moteur électrique 12, l’écrou 22 entraîne avec lui le piston 26 en coulissement parallèlement à l’axe 18. La plaquette proximale 6 étant rigidement fixée au piston 26, elle se déplace alors vers le disque 8 jusqu’à entrer en contact avec lui. A ce moment-là, c’est l’autre plaquette 6, distale, qui commence à se déplacer vers le disque 8 en direction opposée jusqu’à entrer en contact avec lui. En effet, le système de freinage 2 ayant ici une configuration en étrier flottant, une fois que la plaquette proximale 6, c’est-à-dire celle fixée au piston 26, entre en contact avec le disque 8, si on continue de faire tourner la vis 16, c’est la plaquette distale 6 que se met à coulisser parallèlement à l’axe 18 par rapport au châssis en direction du disque 8. En d’autres termes, l’écrou 22 assure l’application des deux plaquettes 6 contre les faces opposées du disque 8.

Etant donné que le disque 8 est solidaire de la roue, la friction entre les plaquettes 6 et le disque 8 permet de transformer l’énergie cinétique de la roue en chaleur. Cela a pour effet de diminuer la vitesse de rotation de la roue et donc de ralentir le véhicule. Une fois que la vitesse du véhicule a diminué jusqu’à une valeur souhaitée par le conducteur, il cesse d’actionner la commande de freinage. Celle-ci commande alors une rotation du moteur électrique 12 en direction opposée à la direction de freinage de manière que l’écrou 22 s’éloigne du disque 8. Le contact entre les plaquettes 6 et le disque 8 cesse, si bien qu’il n’y a plus de friction entre ces deux éléments. Le véhicule n’est alors plus ralenti.

On a représenté en figure 4 un système de freinage 2’ de véhicule selon un second mode de réalisation de l’invention. Il diffère de celui du premier mode de réalisation en ce qu’il s’agit d’un système de freinage du type à tambour. Une telle configuration de système de freinage est bien connue, par exemple du document FR-3014 513 A1, de sorte que son fonctionnement ne sera pas décrit dans ce qui suit. Le système de freinage 2’ est du type sec et comporte un actionneur électromécanique 10 tel que décrit dans le premier mode de réalisation. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation présentés et d'autres modes de réalisation apparaîtront clairement à l'homme du métier.

Liste de références

2 ; 2’ : système de freinage 4 : boîtier

6 : moyens de friction 8 : disque

10 : actionneur électromécanique 12 : moteur électrique 14 : organe de conversion

16 : vis

18 : axe principal 20 : filet 22 : écrou 24 : trou taraudé

26 : piston 28 : conduit : revêtement : couche lubrifiante : couche d’accroche