Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
CA 02299669 2000-03-06
-1 -
COMMANDE SENSITIVE DES FREINS PAR LE VOLANT
Dans l'ensemble de la production mondiale automobile, les
freins sont commandés par l'intermédiaire de la pédale de frein qui agit
mécaniquement sur un maître-cylindre hydraulique ou pneumatique. Ce
maître-cylindre transforme la poussée mécanique du conducteur en pres-
sion hydraulique, ou pneumatique, qui va actionner des pistons récepteurs
situés dans le frein de chaque roue. II existe une version électronique de
commande des freins qui intervient en cas de blocage des roues; le
système électronique commande alors directement les freins mais l'inter-
~o face avec le conducteur est toujours la pédale de frein.
Une limitation de ce type de commande est le temps néces-
saire pour le conducteur à changer de pédale pour effectuer son freinage.
En conduite à vitesse stabilisée, le conducteur règle la vitesse du véhicule
en modulant la position de la pédale d'accélérateur avec son pied droit, le
pied gauche étant réservé à l'actionnement de l'embrayage pour changer
les rapports de boîte de vitesses mécanique, ou alors le pied gauche n'est
pas utilisé si le véhicule est à transmission automatique.
Chaque fois qu'il est amené à freiner son véhicule, le
conducteur doit effectuer trois opérations avant d'obtenir la puissance
zo désirée du freinage:
1. relâcher complètement la pédale d'accélérateur;
2. changer la position de son pied pour venir en face de la
pédale de frein;
3. enfoncer la pédale de frein pour remplir les freins.
Le véhicule est alors en phase de freinage.
Le temps qui s'est écoulé pendant les trois premières
manoeuvres représente une distance parcourue pendant laquelle le
véhicule n'a pas commencé à freiner.
CA 02299669 2000-03-06
-2-
L'invention décrite ci-après se propose d'éliminer cette perte
de temps en fournissant au conducteur la possibilité de freiner directe-
ment avec ses mains.
On décrira plus en détail ci-après, à titre indicatif et nulle-
ment limitatif, un dispositif conforme à la présente invention en référence
aux dessins annexés sur lesquels
La Figure 1 est une vue schématique de côté montrant la
pédale de frein avec le capteur de déformation;
La Figure 2 est une vue en perspective de la pédale de frein
et du maître-cylindre avec les capteurs de déformation sur le maître-
cylindre;
La Figure 3a est une vue schématique de côté du volant
avec le capteur de déformation sur le volant;
La Figure 3b est une vue de face du volant de la Figure 3a;
La Figure 4 est une vue de côté du volant avec les capteurs
de déformation sur le support de la colonne de direction;
Les Figures 5a, 5b et 5c sont des vue schématiques d'une
réalisation du volant avec un palonnier et le capteur monté sur le
palonnier; et
zo La Figure 6 est une vue de côté du volant et d'un palonnier
fixé sur le tableau de bord près du volant et du capteur de déformation sur
le palonnier.
Une première réalisation consiste à utiliser le signal électri-
que en provenance d'un capteur de déformation fixé sur la pédale de frein
pour déterminer la valeur de couple de freinage à transmettre aux freins.
Un tel capteur à amplification mécanique interne de la déformation au
moyen du flambage d'une poutre a déjà été développé par la société
NewTech Mecatronic Inc. et décrit dans la demande de brevet internatio-
nale WO 99/41565 publiée le 19 août 1999 De méme, le système de
3o commande de freins avec asservissement du couple de freinage au
moyen de ces mêmes capteurs de déformation fixés sur chaque frein a
CA 02299669 2000-03-06
-3-
été déposé et développé par la société NewTech Brake Inc. La pédale de
frein 10 est équipée d'un capteur de déformation 12 fixé le long de son
âme centrale à proximité de l'axe d'appui de la tige 14 d'actionnement du
maître-cylindre (voir Figure 1). On dispose d'une pédale de frein senso-
rielle. Le capteur 12 mesure en temps réel la flexion de l'âme de la
pédale 10, ce qui détermine la force de la commande exercée par le
conducteur. Le calculateur électronique de freinage reçoit ce signal,
l'interprète pour détermine une consigne électronique d'asservissement du
couple de freinage.
Un premier avantage de ce dispositif est de gagner une
partie du temps de réaction en freinage d'urgence car le système de
freinage peut réagir très rapidement aussitôt que le conducteur touche la
pédale de frein. Le temps et l'énergie dépensés par le conducteur pour
enfoncer la pédale et pousser l'huile dans les canalisations sont ainsi
éliminés. II en résulte un gain de temps entre l'instant de décision de
freiner et la montée effective en couple des freins, donc un gain sur la
distance parcourue par le véhicule pendant ce temps.
Une variante du dispositif précédent consiste à placer le
capteur de déformation 12 sur le maître-cylindre hydraulique 16 dont on
zo mesure la déformation due à la pression interne du liquide de frein (voir
Figure 2). On vient alors de réaliser un maître-cylindre sensoriel, capable
de délivrer une information électrique proportionnelle à la pression du
liquide qui se trouve à l'intérieur. Cette disposition permet de placer le
capteur de déformation 12 sur une pièce fixe, ce qui peut présenter des
avantages pour la stabilité et la répétabilité de l'information.
L'invention proprement dite est une évolution du procédé
précédent. Ce procédé consiste à utiliser la même stratégie de pilotage
sensoriel des freins par électronique à partir d'un ou plusieurs capteurs de
déformation maintenant placés sur les branches du volant. Lorsque le
3o conducteur appuie sur le volant 20, il crée une déformation des branches
du volant qui est mesurée par les capteurs de déformation 12. Ce type de
CA 02299669 2000-03-06
-4-
volant 20 sera appelé volant sensoriel (voir Figures 3a et 3b). Les
capteurs de déformation 12 transforment la force du conducteur en signal
électrique proportionnel exploitable par le calculateur de freinage qui va
commander les freins de façon proportionnelle à la force du conducteur
par l'intermédiaire d'un ensemble de puissance asservi proportionnel.
L'énergie utilisée pour actionner les freins peut être hydraulique, électrique
ou pneumatique. L'avantage de cette disposition est que le conducteur ne
perd plus de temps à modifier l'emplacement de ses pieds en cas de
freinage surprise. II y a alors un nouveau gain important effectué sur le
~o temps de réaction qui se traduit par une nouvelle réduction de la distance
parcourue par le véhicule entre l'instant de la décision de freiner et l'appli-
cation effective du couple de freinage.
Une variante du dispositif précédent consiste à fixer un ou
plusieurs capteurs de déformation 12 sur la colonne de direction 22, de
façon à étre sensible aux mêmes forces que précédemment, mais avec
des capteurs fixes (voir Figure 4). L'avantage de cette disposition est la
simplicité de montage des capteurs.
Un variante du système précédent consiste à fixer des
palonniers 26 sur la jante du volant 20. Chacun de ces palonniers 26
zo équipé d'un capteur de déformation 12 sera appelé palonnier sensoriel
(voir Figures 5a, 5b et 5c). Ces palonniers sensoriels 26 tournent donc
avec le volant 20. Le conducteur va alors serrer la jante du volant à
l'endroit des palonniers 26 pour actionner le frein tout en gardant la possi-
bilité de tourner le volant 20 pour diriger le véhicule.
Une quatrième variante du système de commande précé-
dent consiste à placer les palonniers sensoriels 26 non plus sur le volant
20 mais à proximité du volant. Les palonniers sensoriels 26 sont donc
fixes dans l'espace et ne tournent pas avec le volant 20 (voir Figure 6).
Pour freiner, le conducteur va alors serrer avec sa main un ou plusieurs
3o de ces palonniers 26 avec la branche du volant qui lui fait face. La défor-
mation de chaque palonnier 26 est mesurée par le capteur de défor-
CA 02299669 2000-03-06
-5-
mation 12 fixé dessus, ce qui sert de consigne de commande au système
de freinage.
Une cinquième variante du système consiste à utiliser un
des quatre systèmes précédents pour réaliser une commande sensorielle
directionnelle des freins, c'est-à-dire que la consigne de commande des
freins n'est plus unique mais devient différentielle. Un effort plus important
sur un côté du système de commande sensoriel (branche ou jante du
volant - palonnier) favorise de façon différentielle la distribution des
couples de freinage pour modifier la trajectoire du véhicule vers la gauche
ou la droite.
