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1. WO2020136358 - METHOD FOR DESIGNING A GEAR MOTOR ADAPTED TO A PARTICULAR SPACE REQUIREMENT

Note: Text based on automatic Optical Character Recognition processes. Please use the PDF version for legal matters

[ FR ]

PROCEDE DE CONCEPTION D'UN MOTOREDUCTEUR ADAPTE A UN ENCOMBREMENT

PARTICULIER

DESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUE

La présente invention se rapporte au domaine des freins de véhicule automobile, et plus spécifiquement à un ensemble motoréducteur pour actionner les segments d'un frein à tambour.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

Dans l'industrie automobile, le freinage de stationnement électromécanique a pour fonction d'immobiliser le véhicule à l'arrêt afin de l'empêcher de bouger de façon inopinée. Il satisfait en outre à la disposition légale exigeant un deuxième système de freinage indépendant du système de freinage de service, généralement hydraulique, dans le véhicule et remplit d'autres fonctions de confort et de sécurité, notamment de par son aptitude à l'autodiagnostic.

Il est connu du document FR3016015 d'implanter au sein d'un frein à tambour, un actionneur mécanique en plus de l'actionneur hydraulique prévu initialement. Un tel frein à tambour, repéré par 1 sur la figure 1, comporte un plateau 2 de révolution d'axe AX équipé d'un premier et d'un second segment en arc de cercles 3 et 4 mobiles radialement pour pouvoir être pressés contre la face interne cylindrique d'un tambour non représenté.

Les segments 3 et 4 comportent chacun une âme 3a, 4a en tôle plane en forme de portion de couronne circulaire qui porte une garniture de freinage 3b, 4b, et sont montés diamétralement opposés avec leurs extrémités en appui à fois sur un cylindre de roue 6 hydraulique et sur un actionneur mécanique 7 portés par le plateau 2. Ces segments 3 et 4 sont en outre rappelés l'un vers l'autre par deux ressorts de rappel 8 et 9, et plaqués contre le plateau 2 chacun par un ressort 10, 11.

Une biellette de rattrapage d'usure 12 s'étend le long du cylindre de roue 6 en ayant une première extrémité en appui sur l'âme 3a du premier segment 3 et une seconde extrémité en appui sur l'âme 4a du second segment 4.

Le cylindre de roue 6 est destiné à être actionné lors d'une utilisation du frein à tambour 1 selon un premier mode de fonctionnement dit "simplex", qui assure un freinage progressif particulièrement adapté pour freiner le véhicule en service. Il comprend une chambre hydraulique cylindrique fermée à ses extrémités par deux pistons qui s'écartent l'un de l'autre lorsque la pression hydraulique augmente et pousse les extrémités associées des segments 3 et 4.

L'actionneur mécanique 7 assure quant à lui le freinage de stationnement et de secours en écartant les extrémités associées des segments pour assurer un blocage rapide et puissant des roues du véhicules selon un mode de fonctionnement dit "duo-servo", notamment quand le cylindre de roue 6 est inactif. Cet actionneur est entraîné par un moteur électrique 21 d'axe AY visible sur la figure 2.

En pratique, l'une des difficultés associées à l'utilisation d'un actionneur mécanique réside dans la nécessité de convertir une vitesse rotation élevée associée à un faible couple du moteur électrique, en un faible déplacement avec un effort suffisant. A cet effet, le document FR3016015 enseigne de prévoir un module de réduction 23 qui transmet une rotation du moteur 21, plus précisément une rotation d'un pignon moteur 24 d'axe AY entraîné directement par ce moteur, à l'actionneur mécanique 7. Ce module de réduction 23 est centré sur l'axe AY et comprend plusieurs étages de trains épicycloïdaux d'axe AY afin d'assurer une démultiplication de vitesse efficace entre sa sortie mesurée au niveau d'un pignon de sortie 26 d'axe AY s'accouplant à l'actionneur mécanique 7 et son entrée mesurée au niveau du pignon moteur 24. En outre, le moteur 21 et le module de réduction 23 sont logés ensemble dans un boîtier cylindrique 22 comme illustré sur les figures 1 et 2.

Une telle architecture de motoréducteur, dit de l'association du moteur 21 et du module de réduction 23, impose de prévoir le boîtier cylindrique 22 d'un diamètre suffisamment important pour pouvoir l'accueillir. Il en résulte que l'intégration du motoréducteur et de son boîtier n'est pas toujours rendu possible en fonction du type de véhicule, et plus spécifiquement en fonction de l'encombrement disponible entre le plateau 2 et un essieu de véhicule sur lequel ce plateau est monté.

Le but de l'invention est de proposer une architecture de motoréducteur permettant de s'adapter à une plus large gamme de véhicule.

EXPOSÉ DE L'INVENTION

A cet effet, l'invention a pour objet un procédé mis en œuvre par ordinateur de conception d'un motoréducteur comprenant un moteur électrique et un module de transmission accouplé au moteur électrique, ce module de transmission étant prévu pour assurer une réduction prédéfinie entre le moteur électrique et un actionneur mécanique d'un frein à tambour destiné à être installé sur un véhicule, ce procédé comprenant les étapes successives de :

- définir un modèle numérique de référence du module de transmission, incluant :

i) une chaîne cinématique linéaire de référence comprenant une pluralité d'éléments d'engrenage coopérant ensemble pour assurer la réduction prédéfinie,

ii) un boîtier de référence dans lequel est logée la chaîne cinématique de référence, ce boîtier de référence délimitant un volume de base admissible d'intégration du module de transmission par rapport à son environnement ;

- simuler numériquement l'environnement autour du frein à tambour monté sur le véhicule pour déterminer un encombrement disponible ;

- déterminer par processus itératif, au sein de l'encombrement disponible, un emplacement qui à la fois est apte à recevoir le moteur électrique et dans le prolongement duquel un chemin débouche sur l'actionneur mécanique en respectant le volume de base admissible d'intégration du module de transmission,

ce processus itératif comprenant les étapes successives jusqu'à validation d'une de ces étapes :

i) placer le moteur au niveau d'un emplacement dans le prolongement duquel le chemin est linéaire de manière à ce que la chaîne cinématique linéaire soit accouplée au moteur et l'actionneur mécanique ;

ii) placer le moteur au niveau d'un emplacement dans le prolongement duquel le chemin est non linéaire, et définir un modèle révisé du module de transmission qui comprend une chaîne cinématique révisée et un boîtier révisé, ce modèle révisé étant issue d'une modification du modèle de référence modifié de manière à ce que la chaîne cinématique du module révisé soit accouplée au moteur et l'actionneur mécanique, cette modification incluant au moins une déformation géométrique pour s'adapter au chemin non linéaire.

Avec cette solution, le nombre de véhicules pouvant être équipé d'un même frein à tambour est augmenté, la géométrie du motoréducteur pouvant être adaptée au juste besoin.

La présente invention a également pour objet un procédé de conception ainsi défini qui est mis en œuvre par CAO ;

La présente invention a également pour objet un procédé de conception ainsi défini, dont l'étape de détermination par processus itératif de l'emplacement qui à la fois est apte à recevoir le moteur électrique et dans le prolongement duquel un chemin débouche sur l'actionneur mécanique en respectant le volume de base admissible d'intégration du module de transmission, est une étape mise en œuvre automatiquement par un algorithme.

De manière avantageuse, la chaîne cinématique de référence comporte au moins deux éléments d'engrenage à engrènement tangentiel.

Préférentiellement, les éléments d'engrenage de la chaîne cinématique de référence sont des engrenages étagés.

Par exemple, la déformation géométrique consiste en un enroulement qui suit le contour du frein à tambour.

La définition du modèle révisé du module de transmission peut comprendre, avant la déformation géométrique, une modification de denture d'élément de la chaîne cinématique de référence qui assure l'accouplement avec le moteur électrique et/ou l'actionneur mécanique.

La définition du modèle révisé du module de transmission peut également comprendre, avant la déformation géométrique, une adjonction d'au moins une roue folle entre deux éléments d'engrenage de la chaîne cinématique de référence.

La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un motoréducteur comportant :

- une étape de conception d'un motoréducteur selon le procédé ainsi défini,

- une étape de fabrication du motoréducteur comprenant :

- la fourniture du moteur électrique ;

- la fabrication du module de transmission sur la base du modèle numérique de référence ou révisé suivant l'étape du processus itératif validée,

- assemblage du module de transmission au moteur électrique.

La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un frein à tambour comportant :

- la fourniture d'un tambour, d'un plateau, de segments, d'un actionneur mécanique fixé sur le plateau,

- la fixation, sur le plateau, d'un motoréducteur obtenu selon le procédé de l'invention.

La présente invention a également pour objet un motoréducteur pour actionneur mécanique comportant un moteur électrique, un module de transmission accouplé au moteur électrique, le module de transmission étant prévu pour assurer une réduction prédéfinie entre le moteur électrique et un actionneur mécanique, et un boîtier recevant le module de réduction et au moins en partie le moteur électrique, le module de transmission compotant une chaîne cinématique s'étendant selon un chemin donné entre le moteur électrique et la sortie du motoréducteur destinée à être accouplée à l'actionneur, ladite chaîne cinématique présente une forme courbe prolongée par le moteur électrique. Par exemple, la forme du motoréducteur suit sensiblement le contour du frein à tambour. Par exemple le motoréducteur a la forme d'une banane.

La présente invention a également pour objet un frein à tambour comportant un tambour, un plateau, des segments, un actionneur mécanique fixé sur le plateau en vue d'un freinage de parking et un motoréducteur selon l'invention.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

- La figure 1 déjà décrite est une vue en perspective d'un frein à tambour conformément à l'Etat de la technique ;

- la figure 2 déjà décrite est une vue de détail d'un motoréducteur assurant l'actionnement d'un actionneur mécanique équipant un frein à tambour conformément à l'Etat de la technique ;

- la figure 3 est un schéma d'une chaîne cinématique de référence conformément à l'invention ;

- la figure 4 est une vue en perspective d'un motoréducteur selon un modèle révisé conformément à l'invention.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS

L'idée à la base de l'invention est de proposer un procédé de conception d'un motoréducteur comprenant un module de transmission ayant une architecture de base assurant une réduction adaptée à l'actionneur mécanique 7 du frein à tambour 1 tel que décrit précédemment, mais dont la morphologie est adaptable au juste besoin à un encombrement donné dans un véhicule équipé de ce frein 1.

Modèle numérique de référence :

Le procédé selon l'invention débute par l'établissement d'un modèle numérique de référence d'un module de transmission mis en œuvre par ordinateur.

Il s'agit en premier lieu d'établir une chaîne cinématique linéaire de référence 33, en définissant un nombre d'éléments d'engrenage et la manière dont ils coopèrent ensemble.

Le module de transmission, prévu pour s'étendre parallèlement au plateau 2, s'étend préférentiellement le moins possible dans la direction suivant AX en vue de pouvoir être le plus facilement intégré, tout en conservant cependant un taux de réduction comparable à celui de l'état de la technique.

A cette fin, la chaîne cinématique de référence 33 se présente sous la forme d'une réduction dite composée dans lequel les éléments d'engrenage se

présentent ici sous la forme d'un train linéaire d'engrenages étagés à contact extérieur tangentiel, de préférence au nombre de quatre à six. Dans l'exemple de la figure 4, on dénombre cinq engrenages étagés 34, 35, 36, 37 et 38 comprenant respectivement un premier étage sous la forme d'une roue dentée 34a, 35a, 36a, 37a et 38a et un second étage sous la forme d'un pignon 34b, 35b, 36b, 37b et 38b lié rigidement à la roue dentée correspondante avec un diamètre inférieur à celle-ci.

Les engrenages étagés 34, 35, 36, 37 et 38 sont prévus chacun pour être montés à rotation, autour d'un axe distinct fixe AX34, AX35, AX36, AX37 et AX38, ces axes étant parallèles entre eux et alignés dans cet ordre suivant la direction de la réduction, i.e. depuis le pignon moteur 24, dont la position est jusqu'ici non établie, jusqu'à l'actionneur mécanique 7. Ils sont notamment dimensionnés de façon à ce que le pignon formant la sortie d'un engrenage engrène dans la roue dentée de l'engrenage suivant, avec la roue dentée 34a formant l'élément d'entrée de la chaîne cinématique, tandis que le pignon 38b forme l'élément de sortie de cette chaîne.

Comme il est connu de l'Homme du métier, le calcul de la réduction totale d'une telle réduction composée débute par identifier une réduction spécifique associée à chaque couple de pignon/roue dentée engrenés ensemble, correspondant au ratio du nombre de dents de ladite roue dentée sur le nombre de dents dudit pignon associé. La réduction totale correspond alors au produit de l'ensemble des réductions spécifiques.

Dans le cadre de l'invention, il s'agit de procéder au cheminement inverse, à savoir de définir un nombre d'engrenages étagés et le nombre de dents de leur pignon/roue dentée respectifs, en vue d'obtenir la réduction requise pour le fonctionnement de l'actionneur mécanique 7.

Une fois le nombre et les caractéristiques des engrenages étagés définis, il s'agit de les positionner en vue de limiter l'étendue du module de transmission dans la direction suivant AX une fois celui-ci installé. A cet effet, les engrenages étagés 35, 36, 37 sont disposés avec une orientation alternée, avec les pignons 35b et 37b disposés du même côté que la roue dentée 36a prévue entre ces deux pignons dans l'exemple de la

figure 4. Il est à noter que l'invention n'est pas limitée à cette disposition particulière et permet un agencement différent.

Le procédé selon l'invention prévoit ensuite d'enrichir le modèle numérique de référence, comprenant à ce stade la chaîne cinématique de référence 33, par un boîtier dit de référence formant une base rigide sur laquelle les axes des engrenages sont montés rigidement. Ce boîtier de référence encapsule la chaîne cinématique de référence 33 en s'étendant linéairement et à distance raisonnable de celle-ci de sorte à ne pas entraver la rotation des engrenages étagés. Il sert notamment à définir un volume de base admissible autour de la chaîne cinématique pour permettre l'intégration du module de transmission par rapport à son environnement.

Placement du moteur et définition complète du système de transmission :

1° itération

Compte tenu de la puissance mécanique requise, le moteur électrique 21 de l'état de la technique présente des dimensions importantes, il s'agit de déterminer à ce stade son emplacement d'intégration avant la validation du modèle numérique et la fabrication du module de transmission sur la base du modèle.

Soumis à l'espace disponible dans le véhicule pour l'accueillir, le moteur 21 est également placé de façon à pouvoir interposer le module de transmission entre celui-ci et l'actionneur mécanique. Plus particulièrement, il s'agit de s'assurer un accouplement possible au niveau des entrée et sortie du module de transmission avec l'actionneur mécanique 7 et le pignon moteur 24.

Il est à noter que dans l'exemple de la figure 3, la roue d'entrée et le pignon de sortie présentent chacun une denture latérale pour limiter la distance pignon moteur 24/actionneur mécanique 7 et octroyer une souplesse d'orientation possible du module de transmission, mais l'invention pourrait prévoir un autre type de denture sans sortir du cadre de l'invention.

Le placement du moteur consiste à :

- simuler numériquement l'environnement autour du frein à tambour monté sur le véhicule,

- intégrer le modèle numérique de référence du module de transmission en accouplant le pignon de sortie avec l'actionneur mécanique 7,

- balayer le champ disponible autour de l'actionneur mécanique 7 en faisant varier délibérément l'orientation du modèle numérique de référence du module de transmission autour du point d'accouplement entre cet actionneur mécanique 7 et l'élément de sortie de la chaîne cinématique de référence.

2° itération

Cependant, la résultante des contraintes d'encombrement et d'interposition entre l'actionneur mécanique 7 et le pignon moteur 24 appliquées au module de transmission basé sur son modèle de référence linéaire peut dans certains cas aboutir à aucune solution possible de placement du moteur électrique 21, en raison par exemple d'un obstacle.

A ce stade, la particularité majeure de l'invention réside dans le remaniement du modèle numérique de référence en déformant la géométrie de la chaîne cinématique de référence 33, par désalignement des axes d'engrenages, et automatiquement celle du boîtier de référence. Cette possibilité est d'autant plus aisée lorsque la chaîne cinématique comprend des engrenages étagés d'axes parallèles, dont la position peut être modifiée tout en conservant un engrènement tangentiel.

A cet égard, le procédé selon l'invention prévoit de :

- définir une position du moteur 21 et, basé sur cette position, de déterminer un chemin dans le prolongement du pignon moteur 24 vers l'actionneur mécanique 7, ce chemin étant non linéaire en contournant un obstacle par exemple,

- définir un modèle numérique révisé du module de transmission, comprenant une chaîne linéaire révisée et un boîtier révisé, en déformant la géométrie de chaîne linéaire cinématique de référence et le boîtier de référence associé en conformité avec ce chemin.

Il est à noter que la définition du chemin et la modification de la chaîne cinématique de référence/boîtier de référence sont avantageusement réalisées simultanément afin de s'assurer que :

- une interposition du module de transmission basé sur le modèle révisé est possible, autrement dit que le chemin respecte une longueur admissible par la chaîne cinématique pour qu'un couplage puisse être réalisé à la fois au niveau de l'actionneur mécanique 7 et du pignon moteur 24, et

- le volume de base admissible, autour de la chaîne cinématique révisée et installée, sera respecté pour permettre l'intégration du boîtier révisé, ce boîtier révisé conservant globalement le même espacement avec la chaîne cinématique révisée que celui mesuré entre le boîtier de référence et la chaîne cinématique de référence.

Dans l'exemple de la figure 4, le motoréducteur 41 comprend le module de transmission 42, incluant une chaîne cinématique 43 et un boîtier 44. Ce module de transmission 42 est fabriqué sur la base du modèle révisé, ici issu d'une déformation par enroulement de la chaîne cinématique de référence 33 et du boîtier de référence associé, en suivant le contour du plateau 2 du frein à tambour 1. Cet agencement est notamment optimisé en ce qu'il permet de former un ou plusieurs points d'attaches du boîtier 44 sur le frein à tambour 1, notamment au niveau du plateau 2, afin de limiter au maximum tout déplacement sous l'effet de vibrations parasites. L'invention prévoit de former un boîtier moteur 46 qui entoure le moteur électrique 21, ce boîtier moteur 46 pouvant soit être rapporté sur le boîtier 44, ou fabriqué monobloc avec ce dernier, par exemple par moulage.

Etapes intermédiaires

Dans cet exemple, le moteur électrique 21 s'étend à proximité et parallèlement au plateau 2 du frein à tambour 1, dans la continuité du module de transmission 42. Cet arrangement est particulièrement performant car il permet de sécuriser également le moteur électrique 21 au frein à tambour 1 de la même manière que le module de transmission 42, mais il est à noter que l'invention n'est pas limitée à cette orientation particulière et permet d'orienter ce moteur différemment pour respecter un encombrement spécifique à un véhicule donné.

Dans le cadre d'une orientation différente du moteur électrique 21, et donc du pignon moteur 24, l'invention prévoit notamment de modifier la denture de sortie du module de transmission, la roue d'entrée 34a dans l'exemple de la figure 3, et/ou la denture du pignon moteur 24 pour assurer leur couplage, comme par exemple prévoir une roue d'entrée et un pignon moteur à denture conique permettant un renvoi d'angle. Le même raisonnement peut néanmoins s'appliquer également à l'interface entre le module de transmission et l'actionneur mécanique sans sortir du cadre de l'invention. En pratique, cette modification de denture s'effectue durant l'élaboration du modèle révisé, et avant déformation effective pour se conformer au chemin.

Dans certains cas, l'intégration du moteur électrique 21 ne peut se faire qu'à un ou des endroits trop éloignés de l'actionneur mécanique 7, le chemin associé ne pouvant dès lors pas respecter la longueur admissible de la chaîne cinématique permettant à celle-ci de s'accoupler à la fois à l'actionneur mécanique 7 et au pignon moteur 24. En réponse, l'invention prévoit avantageusement l'adjonction au sein même de la chaîne cinématique de référence 33 d'une ou plusieurs roues folles, dit de l'anglais « idler gear », placées chacune entre deux éléments d'engrenage pour assurer leur couplage. Cette solution permet d'augmenter la longueur admissible de la chaîne cinématique sans pour autant avoir une incidence sur le taux de réduction, attendu que la chaîne cinématique de référence est établie pour fournir une réduction adaptée spécifiquement à l'actionneur mécanique 7. Il est à noter cependant que l'intégration d'un nombre impair de roues folles change le sens de rotation des éléments d'engrenages, ce qui est à prendre en considération le cas échéant pour définir le sens de rotation du moteur électrique dédié à l'application du freinage. De la même manière que dans le cas de la modification de denture, cet ajout s'effectue durant l'élaboration du modèle révisé, et avant déformation effective pour se conformer au chemin.

D'une manière générale, le procédé de conception selon l'invention comprend une succession d'étapes permettant de concevoir un motoréducteur adaptable à un encombrement particulier. Le procédé comprend les étapes majeures itératives d'établissement d'un emplacement du moteur électrique 21 dans le prolongement duquel un chemin débouche sur l'actionneur 7 qui peut soit conduire à fabriquer le motoréducteur sur la base du modèle de référence ou du modèle révisé comprenant une variation géométrique conditionnée par le placement du moteur si l'emplacement du moteur électrique ne permet pas d'accoupler directement la chaîne cinématique de référence à l'actionneur 7 et au moteur électrique 21. Le procédé comprend les étapes intermédiaires et cumulatives qui sont introduites selon le cas de figure dans l'établissement du modèle révisé, avant ladite variation géométrique, avec :

- une modification des dentures aux interfaces du module de transmission avec le pignon moteur et ou l'actionneur mécanique 7, et/ou

- l'introduction de roues folles au sein de la chaîne.

Le procédé de conception peut être réalisé uniquement par CAO, et de préférence, le processus itératif visant à définir l'emplacement du moteur électrique 21, et dans le prolongement duquel un chemin débouche sur l'actionneur mécanique 7 en respectant le volume de base admissible d'intégration du module de transmission, peut être réalisé automatiquement via un outil numérique reposant sur un algorithme.

Dans la description ci-dessus, la chaîne cinématique de référence 33 a été définie pour limiter son étendue dans la direction suivant AX, rendant l'utilisation d'engrenages étagés particulièrement efficace. Il est cependant à noter que l'invention ne se limite pas à l'utilisation de ce type d'éléments d'engrenage et permet l'utilisation d'éléments diverses et variés dès lors qu'il existe au moins deux éléments à engrènement tangentiel, ce caractère de tangentialité conditionnant la possibilité de déformation géométrique par décalage des axes de rotation tout en conservant leur engrènement.

Concrètement, l'invention pourrait prévoir des axes de rotation d'éléments d'engrenages qui ne sont pas tous parallèles suivant une même direction engrenages, permettant ainsi de déformer la chaîne cinématique de référence dans des plans différents. Un tel type d'arrangement est particulièrement bien adapté lorsque l'encombrement est un volume gauche qui nécessite de distordre la chaîne cinématique linéaire de référence suivant différentes composantes en direction.

En pratique, le procédé de conception selon l'invention permet, une fois la chaîne cinématique de référence 33 validée, d'augmenter le spectre de véhicules pouvant être équipé d'un même frein à tambour, attendu que la géométrie du motoréducteur associé peut être adaptée au juste besoin.

NOMENCLATURE

1 frein à tambour 33 chaîne cinématique de référence

2 plateau 34 ; 35, 36, 37, 38 engrenages étagés

3 premier segment 34a, 35a, 36a, 37a, 38a roues dentées

3a âme 34b, 35b, 36b, 37b, 38b pignons

3b garniture de freinage 41 motoréducteur

4 second segment 42 module de transmission

4a âme 43 chaîne cinématique du module de transmission

4b garniture de freinage 44 boîtier du module de transmission

6 cylindre de roue hydraulique 46 boîtier moteur

7 actionneur mécanique AX, A Y axes

8,9 ressorts de rappel AX34, AX35, AX36, AX37, AX38 axes des 10, 11 ressorts de latéral engrenages 34 ; 35, 36, 37, 38

12 biellette de rattrapage d'usure

21 moteur électrique

22 boîtier cylindrique

23 module de réduction

24 pignon moteur

26 pignon de sortie