Guide complet des systèmes de freinage automobile

L'automobile serait un instrument mortel sans son système de freinage. Les freins existent depuis la conception des premiers véhicules. Le système inhibe le mouvement en absorbant l'énergie d'un système mobile.

Au fil des ans, les avancées technologiques ont apporté différents designs et types de freinage. Ils sont indispensables sur les véhicules. Les composants varient selon le modèle et le type, mais le but et le principe de fonctionnement restent identiques. Un système de freinage peut équiper tout dispositif mécanique en mouvement, pas seulement les automobiles. Il doit répondre à certaines exigences que nous détaillerons. Des performances particulières sont requises, surtout sur les véhicules haute performance conçus pour aller très vite. Une énorme quantité d'énergie ou de puissance d'arrêt est nécessaire pour réduire la vitesse et arrêter le véhicule.

Aujourd'hui, vous découvrirez la définition, les fonctions, les composants, le schéma, les applications, les caractéristiques, les types et les principes de fonctionnement du système de freinage dans les dispositifs automobiles.

Qu'est-ce qu'un système de freinage ?

Un frein est un dispositif mécanique conçu pour freiner le mouvement en absorbant l'énergie d'un système mobile, généralement par friction. Il sert à ralentir ou arrêter un véhicule, une roue, un essieu, etc. Le système de freinage est un dispositif complexe à nombreuses pièces, mais son fonctionnement paraît simple : appuyer sur une seule pédale active les freins des quatre roues. Le ralentissement est obtenu par fluide hydraulique, souvent purgé pour une performance optimale. L'air est exclu du système, sans quoi les composants ne fonctionneraient pas bien.

La plupart des freins utilisent la friction entre deux surfaces pressées l'une contre l'autre pour convertir l'énergie cinétique de l'objet mobile en chaleur. D'autres méthodes de conversion d'énergie sont désormais employées. Dans l'automobile, les freins à friction stockent la chaleur de freinage dans le tambour ou le disque, qui la dissipent progressivement dans l'air.

Sur les véhicules modernes, la pédale de frein pousse sur le maître-cylindre. Un piston pousse la plaquette contre le disque, ralentissant la roue. Sur le frein à tambour, le cylindre pousse les mâchoires contre le tambour pour ralentir la roue.

Fonctions du système de freinage automobile

Voici les fonctions du système de freinage dans le moteur automobile :

• Le système de freinage aide à arrêter le véhicule dans la plus courte distance possible, en convertissant l'énergie cinétique en énergie thermique.
• Il fonctionne aussi sur tout dispositif mécanique en mouvement : le frein est appliqué pour l'arrêter dans un court laps de temps.

Composants du système de freinage

Voici les composants utilisés dans le système de freinage automobile :

Pédale de frein : actionne le frein en l'enfonçant avec le pied. Située entre l'accélérateur et l'embrayage.

Réservoir de fluide : loge le liquide de frein ou l'huile de frein.

Canalisations de fluide : tuyaux par où circule le liquide de frein dans le véhicule.

Plaquettes de frein : plaque de support en acier utilisée sur les freins à disque. Souvent en céramique, métal ou matériaux composites résistants.

Mâchoires de frein (Brake shoes) : deux pièces de tôle d'acier assemblées pour porter le garnissage de frein.

Tambour de frein (Brake drum) : composant rotatif en forme de tambour utilisé dans le système à tambour.

Disque (Rotor) : disque de frein en fonte lié à une roue ou un essieu, parfois en carbone-carbone renforcé, matrice céramique ou autres composites.

Garnissage de frein (Brake lining) : matériau résistant à la chaleur, souple mais robuste, à fort coefficient de friction. Il est logé à l'intérieur de la mâchoire.

Schéma d'un système de freinage automobile :

(Schéma non inclus dans le texte source)

Piston : composant mobile contenu dans le cylindre.

Étrier (Caliper) : porte les plaquettes et les pistons.

Étrier flottant ou coulissant (Floating or sliding caliper) : se déplace relativement au rotor, utilisant un piston d'un seul côté du disque pour pousser la plaquette intérieure sur la surface de freinage, puis tirant le corps d'étrier pour appliquer la pression sur l'autre face du disque.

Étriers fixes (Fixed calipers) : ne bougent pas relativement au rotor, sensibles aux imperfections. Utilisent une ou plusieurs paires de pistons opposés pour serrer le rotor des deux côtés.

Maître-cylindre (Master cylinder) : convertit la pression non hydraulique du pied du conducteur en pression hydraulique, puis contrôle les cylindres esclaves à l'autre extrémité du circuit hydraulique.

Servo-frein (Vacuum booster) : améliore le maître-cylindre et augmente la pression fournie par le pied du conducteur en utilisant le vide de l'admission moteur. Efficace seulement moteur tournant.

Caractéristiques

Les caractéristiques d'un système de freinage incluent : force de pointe, dissipation de puissance continue, fading (échauffement), progressivité, puissance, ressenti à la pédale, traînée, durabilité, poids et bruit. D'autres facteurs peuvent être considérés comme caractéristiques.

Types de systèmes de freinage

Voici les différents types de freinage utilisés sur les dispositifs automobiles :

Système de freinage électromagnétique

Design émergent, il utilise un moteur électrique embarqué. Le moteur assiste l'arrêt du véhicule. Ces systèmes équipent la plupart des véhicules hybrides où le moteur électrique recharge les batteries et alimente les freins. Sur certains bus, un frein retardateur secondaire à court-circuit interne et générateur est utilisé.

Système de freinage par friction

Le type frictionnel est le plus courant en automobile. Sa conception est complexe mais réparable, et se décline généralement en deux formes : plaquettes et mâchoires. Comme son nom l'indique, la friction arrête le véhicule. Ses composants incluent un dispositif rotatif avec une plaquette fixe et une surface de friction rotative. Les freins à bande ont des mâchoires qui serrent et frottent l'extérieur du tambour rotatif. Alternative : frein à tambour avec mâchoires qui s'écartent pour frotter l'intérieur du tambour.

Système de freinage hydraulique

Composé de maîtres-cylindres recevant le liquide de frein d'un réservoir. Par des connexions de tubes métalliques et raccords en caoutchouc, le système est relié aux cylindres de roue. La roue comporte deux pistons opposés, sur bande ou tambour. La pression écarte les pistons, forçant les plaquettes dans les cylindres, arrêtant la roue.

Système de freinage pneumatique (Air brake system)

Courant sur les poids lourds (camions, bus). Comme les autres types, on appuie sur la pédale. Cependant, l'air atmosphérique entre dans le compresseur via un filtre à air vers le réservoir par une valve de décharge. Il passe ensuite dans la chambre de frein par une valve de frein qui contrôle l'intensité du freinage. Résultat : le freinage.

Schéma frein à tambour et à disque :

(Schéma non inclus)

Autres types de systèmes de freinage :

Frein de stationnement et frein d'urgence

Ces systèmes fonctionnent avec leviers et câbles, commandés mécaniquement par force. Sur les véhicules récents, un bouton les actionne pour arrêter le véhicule en cas d'urgence ou en stationnement en pente. Le système peut contourner le freinage normal en cas de défaillance.

Quand le frein est engagé, un câble tire et passe par un levier intermédiaire qui amplifie la force et la transmet à l'égaliseur. Celui-ci la divise en deux câbles envoyant la force aux roues arrière pour ralentir et arrêter le véhicule.

Le système contourne les autres freins en agissant directement sur les mâchoires. Il est utile si le freinage principal tombe en panne.

Freinage à assistance (Servo brake system)

Présent sur la plupart des véhicules actuels, il amplifie la pression que le conducteur exerce sur la pédale. Il utilise le vide du collecteur d'admission pour générer la pression supplémentaire nécessaire. Efficace seulement moteur tournant. Certains véhicules combinent plusieurs types de freinage pour un système plus fort et fiable. Mais le système peut défaillir selon les combinaisons, risquant des accidents.

Freinage par pompage (Pumping brake system)

Utilisé sur les automobiles quand une pompe est intégrée au design. Sert sur moteur à piston à combustion interne pour couper l'alimentation en carburant, ce qui crée une perte de pompage interne au moteur, provoquant le freinage.

Principe de fonctionnement

Le fonctionnement d'un système de freinage est complexe, mais avec l'explication des composants et types, vous connaissez les termes. Il existe deux types principaux : frein à disque et frein à tambour. Les disques sont sur les roues avant, les tambours à l'arrière. Certaines voitures haut de gamme modernes ont des disques aux quatre roues.

Le conducteur appuie sur la pédale, générant une force amplifiée par le vide moteur. L'amplification permet une réponse plus rapide et efficace.

La force du servo-frein pousse le piston du maître-cylindre contre le ressort. Le liquide de frein circule sous pression. Ce fluide sous pression atteint l'étrier (freins à disque) et le cylindre de roue (freins à tambour) par les canalisations.

Regardez la vidéo pour voir le fonctionnement pratique d'un système de freinage automobile :

(Vidéo non incluse)

En conclusion, le système de freinage automobile est vital et essentiel car il empêche le véhicule de bouger quand nécessaire. Dans cet article, nous avons couvert divers aspects : fonctions, composants. Nous avons appris que le système peut équiper tout système mécanique en mouvement. Les différents types de freinage sont révélés, ainsi que leur fonctionnement.

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