FR3049670A1 - Dispositif de freinage comprenant une asymetrie - Google Patents

Abstract

Ce dispositif de freinage (10) comprenant deux plaquettes de frein (13, 14), chaque plaquette comprenant un support (11, 12) et une garniture (15, 16), les supports (11, 12) respectifs des plaquettes étant asymétriques l'un par rapport à l'autre.

Description

L'invention se rapporte aux dispositifs de freinage de véhicule.

On connaît un frein à disque pour véhicule automobile comprenant deux plaquettes montées de part et d’autres d’un disque au sein d’un étrier. Le disque étant lié à une roue du véhicule, le freinage consiste à appliquer les plaquettes contre le disque à l’aide d’un piston de manière à réduire la vitesse du disque et donc celle de la roue. Chaque plaquette comprend un support à garniture et une garniture destinée à être appliquée contre le disque. Les dimensions de chaque plaquette sont identiques.

Or, il arrive fréquemment qu’un phénomène de crissement apparaisse lors du freinage, lorsque la garniture frotte contre le disque. Ce phénomène de crissement est dû à l’entrée en résonance des garnitures lors du frottement et se traduit par l’émission de bruit dans une gamme de fréquences allant de 800 Hz à 18 kHz.

On connaît plusieurs solutions ayant pour objectif de lutter contre ce phénomène de crissement. On dispose par exemple des « shimes », qui sont des couches anti-bruit, sur les garnitures. On peut modifier également la forme des deux garnitures.

Cependant, ces solutions sont très empiriques et n’engendrent pas de résultats probants.

Un but de l’invention est de réduire le phénomène de crissement lors du freinage d’un véhicule. A cet effet, on prévoit selon l’invention un dispositif de freinage comprenant deux plaquettes de frein, chaque plaquette comprenant un support et une garniture, les supports respectifs des plaquettes étant asymétriques l’un par rapport à l’autre.

Ainsi, l’asymétrie entre les supports des plaquettes confère aux plaquettes des fréquences de résonance différentes. En effet, les plaquettes habituelles sont entièrement symétriques l’une par rapport à l’autre de sorte qu’elles présentent la même fréquence de résonance, et les phénomènes de résonance de chaque plaquette se cumulent. Selon l’invention, lorsque les plaquettes sont soumises à des vibrations du fait des frottements, les phénomènes des résonances des deux plaquettes ne se cumulent pas. Au contraire, dans certains modes de réalisation de l’invention, les résonances se compensent de sorte que le phénomène de crissement est considérablement diminué. Corollairement, dans un mode de réalisation de l’invention, les garnitures restent identiques, car on ne modifie que les supports. En variante, on modifie à la fois les supports et les garnitures.

Avantageusement, le dispositif présente une différence d’au moins 5% entre une valeur d’une dimension de l’un des supports et une valeur d’une dimension correspondante de l’autre support.

En effet, on a remarqué que plus on fait varier une dimension d’un support, plus la fréquence de résonance de ce support s’éloigne de la fréquence de résonance initiale.

De préférence, les dimensions différentes l’une de l’autre sont des épaisseurs respectives des supports.

Ainsi, on a observé des résultats probants lorsqu’on fait varier les épaisseurs des supports de garniture des plaquettes. Et une telle modification a pour avantage de ne pas nécessiter de modifications considérables du dispositif de freinage.

Avantageusement, l’asymétrie est réalisée au moins par une rainure située sur l’un des supports.

Ainsi, dans un mode de réalisation, on réalise deux rainures de dimensions différentes au sein respectivement des deux supports. Chaque plaquette présente alors une fréquence de résonance différente de celle de l’autre. Ce mode de réalisation permet d’introduire très simplement une dissymétrie dans le dispositif, ici encore sans impact important sur sa conception d’ensemble.

De préférence, l’autre support ne présente pas de rainure.

Ainsi, une des plaquettes présente une rainure au niveau du support de garniture, tandis que l’autre plaquette n’en présente pas. Là encore, les plaquettes présentent donc des fréquences de résonances différentes.

Avantageusement, au moins l’une des plaquettes porte une couche de matériau antibruit.

Ainsi, on combine asymétrie des supports et montage de couche anti-bruit sur la ou les plaquettes. On cumule donc les avantages de ces deux caractéristiques pour réduire encore les risques d’apparition de crissement.

Dans un mode de réalisation alternatif, aucune des plaquettes ne porte de couche de matériau anti-bruit. Ainsi, par rapport aux dispositifs portant ces couches, on diminue le coût de fabrication en supprimant un élément.

Avantageusement, le dispositif selon l’invention comprend en outre un disque disposé entre les plaquettes, les plaquettes ayant des fréquences de résonance dont des valeurs respectives sont situées de part et d’autre d’une valeur d’une fréquence de résonance du disque.

Ainsi, lors du freinage, les résonances ne se cumulent pas, mais au contraire se compensent de manière à éviter le phénomène de crissement.

Nous allons maintenant présenter un mode de mise en œuvre de l’invention à l’appui des figures annexées, qui sont fournies à titre d'exemples et ne présentent aucun caractère limitatif, dans lesquelles : - la figure 1 est une vue schématique en coupe d’un dispositif de freinage d’un premier mode de réalisation de l’invention ; - la figure 2 est un graphique illustrant les fréquences émises par des supports de garniture soumis à des frottements ; - les figures 3 à 18 représentent les mesures expérimentales de bruits avec divers supports de garnitures ; - les figures 19 à 22 illustrent les supports de garniture en vue de face et en section transversale du dispositif de la figure 1 ; et - les figures 23 à 26 illustrent des supports en vue de face et en section transversale, d’un dispositif selon un second mode de réalisation de l’invention.

La figure 1 illustre un dispositif 10 de freinage selon l’invention. Il comprend un étrier 18 portant deux plaquettes 13 et 14 de part et d’autre d’un disque 17. La plaquette 13 est poussée lors du freinage par un piston 19 en direction du disque 17, la plaquette 14 l’étant également selon un mouvement symétrique réalisé au moyen de l’étrier flottant 18, par un procédé connu de l’homme du métier.

Chaque plaquette comprend un support à garniture et une garniture. Chaque support a une forme générale plate. Ainsi, la plaquette 13, dite interne parce qu’elle est située du côté du piston 19, comprend un support à garniture 11, d’épaisseur e, portant une garniture 15 sur une face principale du support. De l’autre côté, la plaquette externe 14 comprend un support à garniture 12 d’épaisseur E et une garniture 16. e est une épaisseur inférieure à E, de sorte que les supports sont asymétriques l’un par rapport à l’autre suivant un plan parallèle à leurs faces principales. On en expliquera les raisons dans la suite. Ce sont les garnitures 15 et 16 des deux plaquettes qui sont donc pressées de part et d’autre du disque 17 lors du freinage. Dans toute la demande, on utilise indifféremment le terme de « support >> ou les expressions « support à garniture » et « support de garniture «pour désigner le même type d’élément.

Tout objet présente une fréquence de résonance propre. C’est donc le cas de chaque plaquette, et plus particulièrement de chaque support à garniture. Dans les expériences suivantes, on a voulu mesurer la fréquence propre de supports de garniture différents les uns des autres. Ainsi, le graphique de la figure 2 présente quatre courbes, chacune de ces courbes représentant une mesure dite de « fréquence en réponse » d’un support de garniture particulier. Le graphique représente les valeurs d’amplitude L de vibration en pm en fonction de la fréquence d’excitation f en Hz.

La courbe 1 concerne un support de garniture interne de 5,5 mm d’épaisseur. Par « interne «, on désigne un support situé sur une plaquette interne. A l’opposé, la courbe 2 concerne un support de garniture externe, c’est-à-dire situé sur une plaquette externe, de 5,5 mm d’épaisseur. La courbe 3 concerne un support interne de 6 mm d’épaisseur et la courbe 4 un support externe de 6 mm d’épaisseur. La réponse en fréquence mesurée nous donne une indication des fréquences de résonnance de chaque support.

Or, en vue de diminuer le phénomène de crissement observé lorsque les plaquettes sont pressées contre le disque, on souhaite que les fréquences de résonnance des deux supports situés dans un dispositif de freinage soient les plus éloignées possibles l’une de l’autre, de façon à ce qu’elles ne se cumulent pas. On observe ainsi sur le graphique de la figure 2 qu’un support d’épaisseur inférieure à celle d’un autre support présente une fréquence propre plus élevée. On peut ainsi envisager un dispositif comprenant le support interne de 5,5 mm d’épaisseur correspondant à la courbe 1 et le support externe de 6 mm d’épaisseur correspondant à la courbe 3, car on remarque que leurs fréquences propres ne se chevauchent pas, notamment au niveau des pics situés entre 10 000 et 11 000 Hz.

Mais quel est donc l’effet réel sur le crissement d’un dispositif comprenant deux supports d’épaisseurs différentes ? Est-ce que ce décalage de fréquence fonctionne et permet de diminuer le phénomène de crissement ? C’est l’objet des expériences suivantes.

Ainsi, les figures 3 à 18 illustrent 16 résultats expérimentaux. Ces expériences concernent quatre types de procédures A à D, disposés en lignes, et quatre types de dispositifs W à Z disposés en colonnes.

La procédure A est une procédure d’essai standard de qualification des freins au regard du bruit, en faisant varier les conditions de freinage (pression de 0 à 3 000 000 pascals, température de 50 à 300 °C). La procédure B cible les basses pressions (0 à 400 000 pascals). En effet cette zone de pression est connue pour être très sensible concernant le bruit des freins. La procédure C est de même type que la B, mais avec une température de -5°C. La procédure D, dite «froide», cherche à reproduire le comportement des freins en termes de bruit dans des conditions climatiques froides.

Les dispositifs W comprennent deux supports à garniture interne et externe de 6 mm d’épaisseur. Les dispositifs X comprennent deux supports à garniture interne et externe de 5,5 mm. Les supports Y et Z sont asymétriques. En effet, ils comprennent respectivement un support interne de 5,5 mm d’épaisseur avec un support externe de 6 mm d’épaisseur, et vice versa.

Pour chaque procédure avec chaque dispositif, on réalise une série de freinages et on mesure le bruit qui en résulte. Chaque graphique présente en ordonnées une gamme de bruit décibels allant de 70 à 120 décibels et en abscisse une gamme de fréquences allant de 0 à 18 kHz. On indique dans les graphiques des figures 3 à 18 les valeurs de certains groupements de fréquences et bruit, et surtout un pourcentage. Ce pourcentage correspond au nombre de freinages considérés comme bruyants, c’est-à-dire générant plus de 70 décibels dans des fréquences allant de 550 Hz à 16 500 Hz, comparé au nombre total de freinages réalisé dans l’expérience. Ce pourcentage est une des principales données des constructeurs automobiles pour évaluer les dispositifs de freinage. En effet, en général, en fonction des essais et des constructeurs, le seuil permettant de valider un dispositif est de 0% à 15% de bruit accepté.

Il est pertinent d’étudier les résultats par procédure. On se rend ainsi compte que pour chaque procédure, les pourcentages les plus bas ont lieu pour l’un des dispositifs Y ou Z, c’est-à-dire lorsque les deux supports de garniture sont asymétriques l’un par rapport à l’autre. Cela est particulièrement vrai pour les procédures B et C, le dispositif Y ne générant aucun bruit (0%), au sens donné précédemment. Dans la procédure C, le dispositif aux supports identiques W génère lui 43% de bruit. La différence de bruit généré par les deux dispositifs est donc considérable. Même de façon moins importante, ces résultats se retrouvent globalement dans les autres expériences des figures 3 à 18.

Ainsi, on a pu vérifier que les dispositifs de freinage comprenant un support d’une épaisseur différente de celle de l’autre support génèrent moins de bruit que les dispositifs traditionnels, dans lesquels les deux plaquettes et notamment les deux supports de garnitures sont identiques.

Les figures 19 à 22 illustrent les deux supports 11 et 12 du dispositif 10 de la figure 1. Le support 12 présente une forme générale plane, et son contour prend la forme d’un arc de cercle 23 au niveau supérieur et une forme généralement rectiligne au niveau inférieur 25. Le support 12 présente des moyens de fixation 27 d’une garniture. Le support 11 présente une forme globalement identique à celle du support 12. La seule différence entre les deux supports 11 et 12 est leur épaisseur. En effet, comme le montrent les figures 20 et 22, l’épaisseur edu support 11 est inférieure à l’épaisseur Edu support 12. En l’espèce, e vaut 5,5 mm contre 6 mm pour E. Ainsi, le dispositif de freinage comprenant l’un de ces supports sur la plaquette interne et l’autre sur la plaquette externe, tel que le dispositif 10 de la figure 1, émettra moins de bruit de crissement, conformément aux résultats expérimentaux précédents. Les épaisseurs peuvent prendre d’autres valeurs que celles mentionnées, dans une gamme allant de 4 à 15 mm.

Cependant, la variation d’épaisseur n’est pas la seule possibilité pour diminuer le phénomène de crissement. En effet, en variante, d’autres dimensions des supports sont modifiées pour faire varier les fréquences de résonance de ces supports. De manière générale, toute asymétrie des deux supports d’un même dispositif l’un par rapport à l’autre permet d’avoir des fréquences de résonance des supports différentes l’une de l’autre. Par asymétrie l’un par rapport à l’autre, on entend désigner le fait qu’il est impossible de trouver un plan de symétrie entre les deux supports. En d’autres termes, l’un des supports n’est pas la réflexion de l’autre par rapport à un plan. Une autre définition consiste à dire que les dimensions respectives des deux supports d’un dispositif ne sont pas toutes identiques. On peut également utiliser le terme « dissymétrie >>. De manière générale, toute asymétrie entre les deux supports à garniture d’un même dispositif de freinage entre dans le cadre de l’invention. En revanche, dans certaines variantes non illustrées, on note que deux supports sont différents mais symétriques. Ainsi, un support qui est le reflet de l’autre, en d’autres termes son symétrique par rapport à un plan, en est différent s’il est conçu comme l’envers de l’autre, mais il est son symétrique, de sorte que sa fréquence de résonance est identique.

Dans un autre mode de réalisation illustré aux figures 23 à 26, on observe deux supports 31 et 32 similaires aux supports 11 et 12, à ceci près que les deux supports 31 et 32 présentent la même épaisseur de 6 mm. Mais le support 32 comprend, au contraire de l’autre support, une rainure 33 verticale étroite s’étendant du bord supérieur 34 au bord inférieur 35 de façon rectiligne. Au niveau de cette rainure, l’épaisseur du support est donc largement diminuée. La fréquence de résonance du support 32 est, grâce à cette rainure, différente de celle du support 31, et le phénomène de crissement engendré dans un dispositif de freinage comprenant ces deux supports sera donc là encore diminué. L’asymétrie est donc ici réalisée par la présence d’une rainure.

Dans une variante non illustrée, chaque support présente une rainure, mais les rainures sont de dimensions différentes l’une de l’autre. Dans d’autres variantes non illustrées, les rainures ont d’autres formes et d’autres dimensions. Ainsi, dans une variante, un support présente une série de stries. Dans une autre, le dispositif présente des stries différentes en fonction du support sur lequel elles sont situées, de manière à présenter encore deux supports asymétriques. Dans une autre variante, le dispositif a au moins deux rainures sur au moins l’un des supports. Ces rainures ne sont pas être parallèles entre elles. Mais elles le sont dans une autre variante.

Enfin, l’objectif de l’asymétrie étant de différencier les fréquences de résonance respectives des deux supports, il est particulièrement avantageux d’amener les vibrations des supports à se compenser mutuellement, de façon à éviter tout bruit généré par ces vibrations. Ainsi, dans un mode de réalisation non illustré, on fait en sorte que les valeurs des fréquences de résonance des plaquettes soient respectivement inférieure et supérieure à la valeur de la fréquence de résonance du disque du dispositif.

Bien entendu, on pourra apporter à l'invention de nombreuses modifications sans sortir du cadre de celle-ci.

Par exemple, dans certaines variantes, on ajoute aux plaquettes de l’invention des shimes. Les shimes sont des couches anti-bruit montées sur les plaquettes afin d’amortir les vibrations lors du freinage. On peut aussi les désigner par l’appellation « couche viscoélastique ». Certaines variantes combinent les effets des couches anti-bruit et les effets dus aux asymétries entre les supports à garniture, pour affaiblir le phénomène de crissement. A l’inverse, sur certains dispositifs comprenant habituellement des couches viscoélastiques, on enlève ces dernières mais on utilise les supports conformes à l’invention. Ainsi, on diminue le coût de fabrication du dispositif en n’ayant plus besoin de couche de matériau viscoélastique.

Une autre forme d’asymétrie consiste à réaliser un ou plusieurs chanfreins sur un support, et pas sur l’autre.

Dans certaines variantes, on modifie également les garnitures des plaquettes. En effet, modifier les garnitures permet de modifier la fréquence propre de la plaquette, de sorte que le phénomène de crissement est diminué. On utilise donc une ou deux garnitures asymétriques l’une par rapport à l’autre dans le dispositif de freinage à disque, et on combine ainsi asymétrie des supports et asymétrie des garnitures.

Enfin, dans une autre variante, on modifie le disque de part et d’autre duquel les plaquettes sont situées. On peut par exemple faire varier son épaisseur, en combinant ces modifications avec l’utilisation de supports selon l’invention.

Claims (8)

1. REVENDICATIONS

   1. Dispositif de freinage (10) comprenant deux plaquettes de frein (13, 14), chaque plaquette comprenant un support (11, 12 ; 31,32) et une garniture (15,16), les supports (11, 12 ; 31,32) respectifs des plaquettes étant asymétriques l’un par rapport à l’autre.
2. 2. Dispositif (10) selon la revendication précédente, qui présente une différence d’au moins 5% entre une valeur d’une dimension de l’un des supports (11,12 ; 31,32) et une valeur d’une dimension correspondante de l’autre support.
3. 3. Dispositif (10) selon la revendication précédente, dans lequel les dimensions différentes l’une de l’autre sont des épaisseurs (e, E) respectives des supports (11,12; 31,32).
4. 4. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’asymétrie est réalisée au moins par une rainure (33) située sur l’un des supports (32).
5. 5. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel l’autre support (31) ne présente pas de rainure.
6. 6. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins l’une des plaquettes porte une couche de matériau anti-bruit.
7. 7. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel aucune des plaquettes ne porte de couche de matériau anti-bruit.
8. 8. Dispositif (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un disque (17) disposé entre les plaquettes, les plaquettes (13, 14) ayant des fréquences de résonance dont des valeurs respectives sont situées de part et d’autre d’une valeur d’une fréquence de résonance du disque.