FR3124467A1

FR3124467A1 - Dispositif de commande d’un frein électro-mécanique fonctionnant en frein de secours

Info

Publication number: FR3124467A1
Application number: FR2106905A
Authority: FR
Inventors: Weiqiao WANG; Julien SASSO; Alex PATRÃO CARQUEIJÓ
Original assignee: Hitachi Astemo France SAS
Current assignee: Hitachi Astemo France SAS
Priority date: 2021-06-28
Filing date: 2021-06-28
Publication date: 2022-12-30
Anticipated expiration: 2041-06-28
Also published as: FR3124467B1

Abstract

Des commandes (38, 41) de commande de mouvement d’un actionneur de frein électro-mécanique, fonctionnant en frein de secours durant la conduite du véhicule, sont fournies pour alternativement serrer et resserrer le frein en fonction d’une différence de vitesse (Δω) entre la roue qu’équipe le frein et une autre roue. Les commandes de relâchement (38) sont interrompues dès que la valeur d’intensité (I) du courant électrique entraînant l’actionneur se stabilise, afin d’éviter des courses à vide de l’actionneur et de permettre des resserrages rapides ensuite. Figure pour l’abrégé : Figure 5.

Description

DISPOSITIF DE COMMANDE D’UN FREIN ÉLECTRO-MÉCANIQUE FONCTIONNANT EN FREIN DE SECOURS

L’invention se rapporte à un dispositif de commande d’un frein électro-mécanique fonctionnant en frein de secours.

Certains véhicules automobiles sont munis, outre de freins de service principaux commandés directement par un conducteur voulant ralentir, de freins utilisés comme freins de secours, supplétifs des précédents et commandés automatiquement dans certaines conditions de conduite du véhicule quand les freins principaux sont actionnés. De tels freins de secours peuvent être, d’après des réalisations importantes déjà existantes, des freins électro-mécaniques équipant les roues non motrices et utilisés à titre principal comme freins de stationnement. L’invention pourrait être appliquée néanmoins à d’autres configurations de freinage.

Un problème qui apparaît avec ces freins de secours est relatif à des blocages possibles des roues qu’ils équipent. Il est normal d’interrompre le freinage de ces roues si un blocage est constaté, et de le reprendre seulement quand le blocage cesse. Un procédé habituel est de comparer la vitesse de la roue concernée avec la vitesse de la roue de l’autre essieu, en général donc la roue motrice, du même côté du véhicule ; le blocage de la roue est supposé présent si la différence des vitesses dépasse un seuil déterminé. Mais on constate que la reprise du freinage de secours n’est pas immédiate avec les stratégies existantes de commande des freins de secours, quand le blocage a cessé. Le freinage d’ensemble du véhicule est donc dégradé.

Cet inconvénient est aggravé par l’impossibilité de déterminer sans équivoque l’apparition d’un blocage. Le procédé de comparaison des vitesses des roues est souvent en défaut dans des conditions de route glissante (mouillée, gelée ou boueuse) par exemple, car la roue motrice peut s’emballer alors que la roue équipée du frein de secours tourne normalement. La détection incorrecte de blocage qui est alors faite peut subsister un long moment avant que la roue emballée ne reprenne l’adhérence au sol ; et la reprise du freinage de secours se révèle encore plus lente.

L’objet de l’invention est de permettre une reprise rapide du serrage de freins électro-mécaniques utilisés en freins de secours pendant la conduite du véhicule, dès que la détection, éventuellement incorrecte, d’un blocage de la roue qu’équipe le frein de secours a cessé.

L’invention s’applique principalement, mais pas exclusivement, aux systèmes de freinage dont le freinage de service est assuré hydrauliquement alors que le freinage de stationnement et de secours est assuré par le moteur électrique.

Sous une forme générale, l’invention est relative à un dispositif de freinage pour un véhicule comprenant une première roue et une deuxième roue, le dispositif comprenant :

- un premier frein associé à la première roue et qui est un frein principal commandé directement par le conducteur du véhicule,

- un deuxième frein associé à la deuxième roue et qui est un frein supplétif,

- un actionneur du deuxième frein,

- un moteur électrique déplaçant l’actionneur dans un sens de freinage du deuxième frein, et dans un sens de relâchement du deuxième frein, opposé au sens de freinage,

- une unité de contrôle moteur du moteur électrique, comprenant :

- un module de fourniture de commandes de freinage et de relâchement au moteur électrique pour déplacer l’actionneur soit dans le sens de freinage soit dans le sens de relâchement du deuxième frein,

- un module de mesure de vitesses de la première roue et de la deuxième roue, et de comparaison desdites vitesses des roues,

- un module de décision reliant le module de mesure de vitesses de rotation au module de fourniture de commandes et conçu pour ordonner à celui-ci de fournir les commandes au moteur électrique en fonction des comparaisons des vitesses des roues,

caractérisé en ce que l’unité de contrôle moteur comprend un module de mesure d’intensité de courant électrique fourni au moteur électrique pendant les ordres de commande ; et en ce que le module de décision est conçu pour arrêter les ordres de commande de relâchement du deuxième frein en fonction d’un critère de niveau ou de variation de niveau de ladite intensité.

Les commandes de relâchement se prolongent en effet, d’après les stratégies existantes, tant que la différence des vitesses des deux roues est supérieure à un second seuil, beaucoup plus bas que le précédent, c’est-à-dire jusqu’à ce que les vitesses des deux roues soient redevenues presque identiques. L’invention repose sur la constatation qu’il n’est en réalité pas utile de prolonger les commandes de relâchement au-delà de la durée nécessaire à desserrer effectivement le frein de secours et que des prolongations des commandes de desserrage n’ont plus d’effet d’antiblocage ensuite, mais produisent seulement des courses à vide de l’actionneur qui empêchent de reprendre immédiatement le freinage supplétif ensuite. On espère donc diminuer la durée de freinages dégradés par des commandes d’antiblocage sur le frein de secours quand ces freinages dégradés ne sont plus utiles.

Sous un autre aspect, l’invention concerne aussi l’unité de contrôle moteur de frein électro-mécanique de véhicule conforme à ce qui précède, donc comprenant :

- un module de fourniture de commandes de freinage et de relâchement à un moteur électrique de déplacement d’un actionneur du frein soit dans un sens de freinage soit dans un sens de relâchement du frein,

- un module de mesure de vitesses d’une première roue et d’une deuxième roue du véhicule, et de comparaison desdites vitesses des roues,

caractérisée en ce qu’elle comprend un module de mesure d’intensité de courant électrique fourni au moteur électrique pendant les commandes ; et en ce que le module de décision est conçu pour arrêter les commandes de relâchement du frein en fonction d’un critère de niveau ou de variation de niveau de ladite intensité.

Dans une réalisation importante de l’invention, le critère correspond à une diminution d’une dérivée temporelle de ladite intensité au-dessous d’un seuil déterminé.

La stabilisation de l’intensité de la commande de l’actionneur du frein de secours correspond en réalité au commencement d’une course à vide de l’actionneur, qu’il est donc utile d’interrompre.

De manière analogue, le critère correspond à une diminution d’une valeur de ladite intensité au-dessous d’un seuil déterminé. Ce critère est peu différent du précédent en pratique, car il a des effets proches sur la commande.

Le frein de secours peut être, comme on l’a déjà mentionné, un frein de stationnement.

Selon d’autres caractéristiques optionnelles : le module de décision est conçu pour arrêter les commandes de freinage quand un premier seuil de différence des vitesses des roues est atteint ; ou le module de décision est conçu pour commencer les commandes de relâchement quand un second seuil de différence des vitesses des roues est atteint.

Un autre aspect de l’invention est un véhicule comprenant un tel dispositif de freinage ; où par exemple la première roue est une roue avant, et la deuxième roue est une roue arrière.

Un autre aspect encore de l’invention est un procédé de freinage d’un véhicule automobile comprenant une première roue, une deuxième roue, un frein principal commandé par un conducteur du véhicule et un deuxième frein qui est un frein électro-mécanique commandé par une unité de contrôle moteur comme frein de secours, le procédé comprenant des délivrances de commandes de serrage ou de relâchement du deuxième frein en fonction d’un freinage par le frein principal et de comparaisons continuelles de vitesses de la première roue et de la deuxième roue, caractérisé en ce qu’il comprend des mesures continuelles de valeurs d’intensité d’un courant électrique fourni au moteur électrique, et d’interruption des commandes de relâchement dès que ladite intensité se stabilise durant les commandes de relâchement.

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

- la représente schématiquement une automobile ;

- la représente schématiquement un frein électro-mécanique en éclaté ;

- la représente l’unité de contrôle moteur du frein ;

- la illustre une stratégie existante et ses effets ;

- la illustre une stratégie selon l’invention et ses effets ;

- la illustre un cas particulier de stratégie existante ;

- et la illustre un cas particulier de stratégie selon l’invention.

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 principal 6 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 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 en étant relié à une batterie ou une autre source d’énergie sur le véhicule 1, un module de mesure d’intensité 20 qui mesure l’intensité I du courant électrique passant dans le circuit d’alimentation du moteur électrique 18, et un module de mesure de vitesses 25 renseigné par des capteurs 21 et 22 de mesure respective des vitesses de rotation de la roue arrière 4 qu’équipe le frein 7 et de la roue avant 2 du même côté (gauche ou droit) du véhicule 1, et qui calcule la différence Δω de leurs vitesses de rotation, et un module de décision 23 qui relie les modules de fourniture de commandes 19 et de mesure d’intensité 20 et de vitesses 25. Le module de décision 23 utilise les sorties des modules de mesure d’intensité 20 et de vitesses 25 pour commander la délivrance des commandes.

Un processus de freinage typique des stratégies existantes est illustré par la . Le diagramme supérieur 26 illustre une série de commandes (successivement 27, 28 et 29) au cours du temps t, et le diagramme inférieur 30 la différence Δω des vitesses de rotation des roues, calculée par le module de mesure 25, durant cette période. Le temps t est représenté en abscisses, et l’intensité I du courant électrique ainsi que la différence Δω sont représentées en ordonnées pour les diagrammes 26 et 30. La première commande 27 est une commande de serrage du frein 7 qui commence à un instant t₁déterminé par une décision de freinage prise par le conducteur. Elle continue jusqu’à un instant t₂de détection que la différence des vitesses Δω dépasse vers le haut un seuil inférieur Δ₁, ce qui laisse supposer un blocage de la roue arrière 4. Si la différence des vitesses Δω dépasse plus tard (à un instant t₃) et vers le haut un seuil supérieur Δ₂plus élevé que le précédent, la deuxième commande 28 est donnée ; elle est une commande de relâchement du frein 7, et elle se prolonge jusqu’à un instant t₄où la différence des vitesses Δω repasse au-dessous du seuil inférieur Δ₁. Si le freinage par le conducteur s’est poursuivi et que la différence des vitesses Δω continue de décroître, la troisième commande 29, qui est une commande de serrage, commence peu après, à un instant t₅, et elle dure jusqu’à ce que le seuil inférieur Δ₁soit encore franchi vers le haut – ce qu’on a représenté ici à l’instant t₆– ou jusqu’à ce que le freinage par le conducteur cesse.

Le diagramme supérieur 26 montre que les commandes 27 et 29 de serrage s’expriment successivement par un pic de démarrage 31 d’intensité élevée, qui correspond à des rattrapages de jeu dans les mécanismes, puis une portion plate 32 de faible intensité qui correspond à une course à vide de l’actionneur 8 avant que le disque ne soit serré, et enfin une portion en croissance 33 qui correspond à un serrage progressif, de plus en plus fort, du disque. L’intensité I du courant électrique qui alimente le moteur électrique 18 est en effet corrélée, voire proportionnelle, à la force de serrage du frein 7 appliquée par la vis 15 ; sa valeur n’est pas commandée, mais elle est mesurée par le module 20. Et les commandes de relâchement telles que 28 s’expriment successivement par un pic de démarrage 31 qui correspond encore à un rattrapage de jeux, une portion en décroissance 34 qui correspond à un relâchement progressif du disque, et une portion plate 35 de faible intensité qui correspond encore à une course à vide de l’actionneur 8, cette fois dans le sens de desserrage. Les commandes de serrage telles que 27 et 29, et les commandes de relâchement telles que 28, ont donc des durées totales qui varient en fonction des franchissements des seuils Δ₁et Δ₂, et que leurs différences du durée se reportent surtout sur les durées respectives des portions plates 32 et 35.

Or l’invention repose sur la constatation que la portion plate 35 des commandes de relâchement, correspondant aux courses à vide de relâchement, est inutile et devient même nuisible quand le frein 7 doit être resserré. L’invention est exposée à l’aide de la , qui représente un diagramme supérieur 36 et un diagramme inférieur 37 analogues respectivement aux précédents (26 et 30), mais qui en diffèrent après l’instant t₃: la commande de relâchement, maintenant 38 au lieu de 28, possède une portion en décroissance 39 analogue à celle (34) de la , mais une portion plate 40 de course à vide beaucoup plus brève que celle (35) de la . Cette différence est produite par l’unité de contrôle moteur 9 et plus particulièrement par le module de décision 23, qui interrompt la fourniture du courant électrique dès que l’intensité I que mesure le module de mesure d’intensité 20 se stabilise. Un critère de stabilisation qu’on peut exploiter est le passage de la dérivée temporelle (dI/dt) de l’intensité I au-dessous d’un seuil déterminé. D’autres critères pourraient être envisagés, par exemple le passage de la valeur de l’intensité I elle-même au-dessous d’un seuil déterminé. En d’autres termes, on peut exploiter un niveau ou une variation de niveau de l’intensité I du courant électrique.

Examinons l’effet possible de ce raccourcissement de durée sur la suite du freinage. Comme la course à vide de la commande de relâchement 28 ou 38 s’effectue alors que le frein 7 est déjà desserré, le diagramme inférieur 37 de la différence Δω des vitesses reste inchangé jusqu’à ce qu’une nouvelle commande de serrage puisse être commandée à l’instant t₅identique à celui de la , ou éventuellement un peu plus tôt, dès que le seuil inférieur Δ1 a été franchi vers le bas. La seconde commande de serrage 41 (à la place de 29) se distingue en ce qu’elle comprend, après un pic de démarrage 42, une portion 43 en croissance, analogue à la portion en croissance 33 des commandes de serrage de la , mais qui est presque immédiatement obtenue après le pic de démarrage 42, ce qui signifie que le serrage du frein 7 reprend très peu de temps après l’instant t₅, et s’explique par l’interruption précoce de la course à vide au desserrage précédent ; la portion plate 32 des commandes de serrage 27 et 29 de la n’apparaît plus ici, ou du moins elle est grandement raccourcie.

La reprise presque immédiate du serrage explique que le diagramme inférieur 37 présente, après l’instant t₅(à la portion 44), une décroissance au-dessous du seuil inférieur Δ₁qui est moins marquée qu’à la . La valeur de la différence Δω des vitesses peut alors remonter plus vite et retrouver le seuil inférieur Δ₁à un instant t₇antérieur à t₆, ce qui signifie que la seconde commande de serrage 41 s’interrompt à cet instant t₇et qu’elle est plus brève que la commande de serrage 29. On voit que l’invention permet de reprendre plus facilement les freinages par le frein 7 de secours quand la situation s’y prête, d’améliorer donc le freinage d’ensemble et de mieux réagir aux surprises de route.

L’invention est particulièrement bénéfique dans certaines situations particulières illustrées par la , où la roue avant 2 s’emballe sur un sol glissant : la commande de relâchement 49 qui est alors commandée, d’après le même critère que précédemment, est impuissante à faire repasser la différence Δω des vitesses au-dessous du seuil supérieur Δ₂, quand la roue arrière 4 n’est pas bloquée par le frein 7. La commande de relâchement peut alors comporter une portion plate 50 très longue, qui se traduit par une rétraction importante ou même complète de la vis 15, et un retard correspondant pour resserrer le frein 7 ensuite.

Et dans certaines circonstances favorables, représentées par la , la valeur de la différence Δω des vitesses peut demeurer entre les seuils Δ₁et Δ₂après l’arrêt de la commande de desserrage 38 (portion 51). Cette situation stable peut correspondre à un freinage légèrement plus important aux roues arrière 4, qui est parfaitement acceptable. Il est alors inutile de resserrer le frein 7, et l’unité de contrôle moteur 9 peut rester alors inactive, sans solliciter inutilement le reste du dispositif : la commande de serrage 41 de la n’est pas ordonnée alors.

Nomenclature

1 Automobile

2 Roues avant

3 Essieu avant

4 Roues arrière

5 Essieu arrière

6 Frein principal

7 Frein de secours

8 Actionneur

9 Unité de contrôle moteur

10 Capteurs

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

20 Module de mesure d’intensité de courant

21, 22 Capteurs de vitesse de rotation de roues

23 Module de décision

25 Module de mesure de vitesses

26 Diagramme d’intensité

27, 28, 29 Commandes de courant électrique

30 Diagramme de différence de vitesses

31 Pic de démarrage

32 Portion plate

33 Portion en croissance

34 Portion en décroissance

35 Portion plate

36 Diagramme d’intensité

37 Diagramme de différence de vitesses

38 Commande de relâchement

39 Portion en décroissance

41 Commande de serrage

42 Pic de démarrage

43 Portion en croissance

49 Commande de relâchement.

50 Portion plate

51 Portion stable de différence de vitesses

60 Motoréducteur

61 Bride

62 Bride

I Intensité du courant électrique

dI/dt Dérivée temporelle de l’intensité

t Temps

t₁à t₇Instants de détection de seuils

Δ₁Seuil inférieur de différence de vitesses

Δ₂Seuil supérieur de différence de vitesses

Δω Différence de vitesses

Claims

Unité de contrôle moteur (9) d’un frein (7) électro-mécanique de véhicule (1), comprenant :
- un module de fourniture de commandes (19) de freinage et de relâchement à un moteur électrique (18) de déplacement d’un actionneur (8) du frein (7) soit dans un sens de freinage soit dans un sens de relâchement du frein (7),
- un module de mesure de vitesses (25) d’une première roue et d’une deuxième roue du véhicule, et de comparaison desdites vitesses des roues,
- un module de décision (23) reliant le module de mesure de vitesses de rotation au module de fourniture de commandes (19) et conçu pour ordonner à celui-ci de fournir des commande au moteur électrique en fonction des comparaisons des vitesses des roues,
caractérisée en ce qu’elle comprend un module de mesure d’intensité (20) de courant électrique (I) fourni au moteur électrique pendant les commandes ; et en ce que le module de décision est conçu pour arrêter les commandes de relâchement du frein en fonction d’un critère de niveau ou de variation de niveau de ladite intensité.
Unité de contrôle moteur selon la revendication 1, caractérisée en ce que le critère correspond à une diminution d’une dérivée temporelle de ladite intensité au-dessous d’un seuil déterminé.
Unité de contrôle moteur selon la revendication 1, caractérisée en ce que le critère correspond à une diminution d’une valeur de ladite intensité au-dessous d’un seuil déterminé.
Unité de contrôle moteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le module de décision est conçu pour arrêter les commandes de freinage quand un premier seuil (Δ1) de différence des vitesses des roues est atteint.
Unité de contrôle moteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le module de décision est conçu pour commencer les commandes de relâchement quand un second seuil (Δ2) de différence des vitesses des roues est atteint.
Unité de contrôle moteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le deuxième frein (7) est un frein de stationnement.
Dispositif de freinage pour un véhicule (1) comprenant une première roue (2) et une deuxième roue (4), le dispositif comprenant :
- un premier frein (6) associé à la première roue et qui est un frein principal commandé directement par le conducteur du véhicule,
- un deuxième frein (7) associé à la deuxième roue et qui est un frein supplétif,
- un actionneur (8) du deuxième frein,
- un moteur électrique (18) déplaçant l’actionneur dans un sens de freinage du deuxième frein, et dans un sens de relâchement du deuxième frein, opposé au sens de freinage,
-caractérisé par une unité de contrôle moteur (9) du moteur électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 6.
Véhicule automobile (1), caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif de freinage selon la revendication 7.
Véhicule selon la revendication 8, caractérisé en ce que la première roue (2) est une roue avant, et la deuxième roue (4) est une roue arrière.
Procédé de freinage d’un véhicule automobile comprenant une première roue (2), une deuxième roue (4), un frein principal (6) commandé par un conducteur du véhicule et un deuxième frein (7) qui est un frein électro-mécanique commandé par une unité de contrôle moteur (9) comme frein de secours, le procédé comprenant des délivrances de commandes de serrage ou de relâchement du deuxième frein en fonction d’un freinage par le frein principal et de comparaisons continuelles de vitesses de la première roue et de la deuxième roue, caractérisé en ce qu’il comprend des mesures continuelles de valeurs d’intensité d’un courant électrique fourni au moteur électrique, et d’interruption des commandes de relâchement dès que ladite intensité se stabilise durant les commandes de relâchement.