Fonctionnement du freinage d'une voiture
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Après la lecture de cet article, vous saurez tout ou presque sur le système de freinage d'une auto, bonne lecture ! N'hésitez pas à le compléter en participant en bas de page. Nous allons voir dans un premier temps le système disque/étrier qui freine la roue et par la suite le circuit complet.
Freins à disques
Tout d'abord il faut savoir que les freins à disques se distinguent des freins à tambour, dont la réputation est moindre malgré des prestations très honorables (découvrez ici leurs avantages et inconvénients).
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Le principe consiste à appuyer fort (c'est l'étrier (2)) des plaquettes (1) contre le disque (3) (qui tourne à la vitesse des roues) pour ralentir l'auto, on dit alors que l'énergie cinétique (énergie liée à un mouvement) est transformée en énergie calorique (en chaleur, car les plaquettes et disques chauffent très fort quand ils frottent intensément l'un contre l'autre). Notez qu'ici le disque est transparent pour mieux voir les plaquettes.
Etrier FIXE ou FLOTTANT
Etrier FIXE
Ce système est utilisé sur les véhicules premium car plus cher à mettre en oeuvre (mais aussi plus efficace donc. Cela dépendra aussi du nombre de pistons que contient l'étrier). C'est le liquide de frein (sous pression dans le circuit) qui va actionner/pousser des pistons (2) dans l'étrier (1). En appuyant sur la pédale on augmente la pression du circuit, repoussant les pistons de l'étrier sur lesquels les plaquettes (3) sont posées. Les plaquettes vont alors buter contre le disque (4) qui tourne provoquant ainsi leur arrêt. Ici l'étrier ne bouge pas, seules les pistons et les plaquettes font un mouvement vers l'avant.
Voici l'apparence d'un disque perforé et ventilé (permet de refroidir plus vite)
D'ici on voit bien l'une des plaquettes en forme de "croissant"
Vue du dessus, on voit cette fois-ci les deux plaquettes avec le disque au milieu, prêt à être pris en étau pour freiner
Vue de profil, on voit très bien que c'est un disque ventilé (voir plus bas pour explication)
Etrier FLOTTANT
Ici il s'agit d'un étrier flottant, il peut bouger car il est fixé sur des axes appelés coulisseaux (5) (ou encore colonnettes). Grâce à cela, il n'y a besoin ici que d'un seul piston (2), ce qui réduit donc le coût mais aussi l'efficacité (présent sur les véhicules plus économiques, donc la majorité). Ici, l'action de freiner va à la fois pousser l'une des plaquettes (3) contre le disque (4) (grâce au piston (2) donc) mais aussi faire coulisser tout l'étrier (1) dans le sens opposé afin que la plaquette en face vienne aussi toucher le disque. Ici les disques et colonnettes sont immobiles même quand vous freinez, cela vous permettra peut-être de mieux comprendre le schéma ci-dessus. Pour résumer, le fonctionnement du frein à disque utilisant un étrier flottant est d'utiliser la force d'un seul piston pour plaquer deux plaquettes contre le disque (la première est plaquée directement par le piston, et la deuxième se plaque grâce au mouvement de l'étrier entier). Quand une colonnette est grippée ou mal lubrifiée, il se peut alors que les plaquettes ne reviennent pas bien vers l'arrière quand on lâche le frein (semblable à un grippage des pistons sur un étrier fixe). De plus, si une seule colonnette sur deux est grippée, l'usure des plaquettes ne se fera pas de manière droite. Des plaquettes usées de manière anormale (face en "pente") est donc un indice éventuel que vos coulisseaux sont HS.
Et voici les plaquettes. Il est recommandé d'appliquer de l'huile cuivrée sur leur dos pour éviter les bruits au freinage.
Circuit de freinage complet
La pompe à vide/admission (1) fait une dépression dans le servo frein/mastervac (3), d'où une pédale très dure quand le moteur est arrêté. Le vide est donc fait soit par cette pompe à vide (diesel) ou en exploitant directement la dépression existante dans la tubulure d'admission quand il s'agit d'un moteur essence (autant faire des économies !). Le mastervac, aidé d'un système de dépression, constitue une assistance au freinage puisqu'il n'y a plus besoin d'appuyer comme un forcené pour freiner efficacement.
Le liquide de frein est donc envoyé sous pression par les maitre cylindre (2) (là où il y a le bocal pour vérifier le niveau de liquide de frein) dans tout le circuit afin de pousser les plaquettes via les étriers vers les disques (4). Les canalisations (matérialisées par les lignes rouges nuancées, afin de distinguer les deux circuits isolés : pour la sécurité) du circuit sont en métal afin de résister aux fortes pressions hydrauliques internes.
Il y a aussi un correcteur de freinage (5) situé à l'arrière dont le rôle est d'équilibrer la force entre les freins de devant et de derrière. Il est de plus en plus remplacé par un système hydro-électrique couplé au boitier ABS (appelé EBD en anglais et REF en français), le dosage est donc réalisé dès le début du circuit.
Désormais, les liens entre la pédale et les freins a tendance à disparaître, c'est ce que l'on appelle les freins "by wire", sans fil.
A lire aussi :
Circuit parallèle VS circuit croisé en X
Le circuit en X consiste à relier les roues en diagonal (avant-gauche avec arrière-droit et avant-droit avec arrière-gauche) et non pas en parallèle (roues avant reliées entre elles et idem pour l'arrière). Le but de cette architecture est de pouvoir garder un peu de freinage aux roues arrière et avant en cas de fuite sur une des canalisations. Si l'une d'entre elles fuit, on perdra le freinage d'une roue avant et une roue arrière, ce qui permet d'avoir encore un peu de freinage à l'avant et à l'arrière.
Voici un maitre cylindre
Voici le mastervac qui est ici surplombé par le réservoir de liquide de frein. Le maitre cylindre est aussi visible sous le vase d'expansion.
Avec ABS ?
Avec l'ABS, le circuit ressemble à cela :
Il n'y a plus besoin de compensateur / limiteur de freinage pour l'essieu arrière, le boitier ABS se débrouille seul pour faire cette tâche.
Système doublé
Il y a système doublé et système doublé ... Dans certains cas, cela consistera à véritablement doubler le circuit pour obtenir plus de force de freinage au niveau des pistons d'étrier : voitures haut de gamme lourdes (Classe S etc..), d'où leur freinage exceptionnel !
Dans d'autres cas, cela indiquera que le système est divisé en deux circuits distincts (indiqué sur les schémas du haut par deux nuances de rouge) : cela permet d'avoir encore un peu de freinage en cas de fuite quelque part.
Enfin, cela peut aussi qualifier le frein à main qui est un système de freinage indépendant.
Liquide utilisé pour l'embrayage ?
Le liquide de frein est souvent partagé avec un autre circuit, celui de la commande d'embrayage. En effet, si le système utilisait auparavant (dans la grande majorité des cas) un simple câble, il y a désormais un système hydraulique en lieu et place : plus d'infos ici.
Différence entre disque plein et disque ventilé
Voici un disque plein "classique" destiné avant tout aux voitures au budget serré ou alors pour les freins arrière des auto plus hautes en gamme. Généralement il y a du ventilé à l'avant (freins avant plus sollicité que l'arrière, servant principalement à la stabilité) et du plein à l'arrière.
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Les disques ventilés permettent qu'il y ait de l'air qui s'engouffre au coeur de ce dernier pour améliorer le refroidissement. Il s'agit donc en quelque sorte de deux disques plaqués l'un contre l'autre avec un espace entre les deux.
Quand on dit qu'ils sont perforés c'est qu'ils il y la présence de petits trous circulaires sur la surface du disque, très commun sur les motos.
Différence entre Mastervac/servofrein et AFU (aide au freinage d'urgence)
L'AFU et le mastervac constituent tous deux des aides au freinage, cependant ils n'ont absolument rien à voir dans leur fonctionnement et n'ont pas le même rôle. En effet, le mastervac (ou servo frein), est un procédé mécanique qui engendre une plus grande force de freinage avec une même pression sur la pédale. En gros c'est une optimisation de la conception du circuit de freinage pour qu'il fonctionne mieux, mais cela est totalement mécanique et ne varie pas d'un freinage à l'autre.
L'AFU est un système bien différent puisque son rôle est de corriger l'humain. En effet, des études ont mis en avant que la majorité des conducteurs (70% selon un document Renault) n'osaient pas appuyer à fond sur la pédale de frein de peur qu'ils bloquent leurs roues (en gros c'est "l'ABS naturel qu'on a dans le cerveau"). Donc les ingénieurs ont mis au point un système qui détecterait les situations d'urgence afin qu'il appuie très fort à votre place (puisque vous avez peur de bloquer les roues, et bien pas lui !). Il observe continuellement la manière dont vous pressez la pédale, si un comportement suspect est détecté (vitesse rapide de la pression par exemple) il active l'aide.
Voici le Mastervac / Servofrein
Pompe à vide en rade ?
Il est très simple de savoir si une pompe à vide est en panne (quand le vide n'est pas obtenu par la tubulure d'admission comme sur les essences), il suffit de voir si elle aspire de l'air. Dans ce cas, il suffit de débrancher la durite entre le mastervac et la pompe à vide, si de l'air est aspiré vers le pompe c'est qu'elle marche.
ABS : ça freine mieux ?
Oui et non ... En fait l'ABS ne permet pas de freiner plus court mais de freiner mieux. Je ne cherche pas à vous égarer mais c'est bel et bien le cas. En fait, pour être plus clair, l'ABS corrige les erreurs de l'homme mais ne permet pas de freiner plus court. Le problème est que lorsque l'on freine trop fort, les roues se bloquent ce qui rallonge énormément les distances de freinage (on glisse comme un skieur au lieu de freiner efficacement, et en plus on perd le contrôle de la direction ...). L'ABS est juste constitué d'un petit "robot" qui contrôle des dizaines de fois par seconde ce qu'il se passe au niveau de vos roues, selon la vitesse du véhicule. Dès qu'il détecte un blocage des roues il prend le contrôle des freins en relâchant la pression. Effectué des dizaines de fois par seconde, cela permet des ajustements réalisés à une vitesse éclaire !
Pour résumer, il permettra de freiner plus court car il rend le freinage parfai alors qu'un humain freinera avec imperfection. En revanche, si un humain réussi à doser parfaitement le frein, l'ABS n'a plus d'utilité. Tout ça pour dire qu'il ne fera pas freiner plus fort votre auto, il améliorera juste la manière.
Attention cependant, car un ABS est programmé par des ingénieurs informaticiens. Si cette programmation est de qualité moyenne, l'efficacité de l'ABS sera réduite. Tout ça pour dire que les ABS ne se valent pas tous et que leur fonctionnement évolue.
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