Quels sont les différents types de systèmes de freinage et comment fonctionnent-ils

Les tenants et aboutissants des disques, tambours, patins et systèmes hydrauliques: comment vos freins vous protègent.

Les freins sont tout aussi importants que le moteur de n’importe quelle voiture et ils sont essentiels pour vous garder en sécurité lorsque vous conduisez.
Le principe de base des freins est simple : ils captent l’énergie cinétique du véhicule en mouvement et la transfèrent en énergie thermique par friction pour immobiliser la voiture.
Tous les freins suivent le même principe, mais différents systèmes réalisent ce frottement de différentes manières.

Il y a beaucoup de facteurs qui vont déterminer quel type de système votre voiture a et quels composants elle utilise car tous les systèmes varient légèrement, mais voici les systèmes que votre voiture est susceptible d’avoir, comment ils fonctionnent et quels sont les composants clés de ceux-ci sont susceptibles d’être. Comprendre le système de freinage d’une voiture et les systèmes de freinage des véhicules peut être vital, alors continuez à lire!

Composants du système de freinage

Avant d’aborder le type de systèmes qu’une voiture peut utiliser pour freiner, il convient de mentionner les composants clés, surtout si vous envisagez de réparer ou de remplacer des pièces du système de freinage. Les types de pièces que votre système de freinage utilise dépendront souvent de la marque et du modèle de la voiture, des vitesses qu’elle peut atteindre, du prix de la voiture et de son âge. Un système de freinage utilisera un tambour ou un disque et contiendra des plaquettes de frein.

Freins à tambour

Les freins à tambour sont le moyen le plus ancien d’arrêter une voiture. Un tambour est fixé à l’intérieur de la roue et à l’intérieur se trouvent deux coussinets résistants à la chaleur. Lorsque la pédale est enfoncée, les patins poussent vers l’extérieur et pressent le tambour et le tambour arrête la roue. Le frottement causé entre les patins et le tambour entraîne le transfert d’énergie cinétique en énergie thermique.

Ces types de freins étaient couramment utilisés sur les voitures jusqu’aux années 1980. Alors que les voitures commençaient à devenir plus puissantes, les freins à tambour n’étaient pas à la hauteur du défi de les arrêter. Ils deviennent très chauds dans des conditions intenses de freinage fréquent et s’ils sont trop chauds, ils ne peuvent pas transformer l’énergie du mouvement en chaleur et ils cessent de fonctionner. Après les années 1980, de nombreuses voitures ont commencé à utiliser des freins à disque à la place.

Cela ne veut pas dire, cependant, que les freins à tambour ne sont pas du tout utilisés. Ils sont toujours adéquats et ils font le travail. Ils sont souvent utilisés pour les freins de roue arrière, car lorsqu’une voiture s’arrête, la majeure partie de la pression est appliquée aux freins avant. Comme les freins à tambour sont moins chers à fabriquer et plus simples à entretenir, ils sont souvent utilisés sur des voitures d’entrée de gamme ou des modèles moins chers.

Freins à disque

Les freins à disque sont ce qui a “remplacé” les freins à tambour comme le choix le plus populaire pour la plupart des voitures. Les freins à tambour poussent et cela ne crée pas autant de pression que de serrer la roue. Les experts ont donc conçu un système où quelque chose est pressé plutôt que pressé. Ils ont également découvert qu’une plus grande surface signifie également plus de frottement et est vitale pour améliorer le freinage à forte intensité. La combinaison de la recherche de quelque chose à presser et de la recherche d’une surface élevée a conduit à l’adoption de freins à disque.

Un frein à disque est un mécanisme permettant de ralentir ou d’arrêter la rotation d’une roue de son mouvement. Un frein à disque est normalement en fonte, mais dans certains cas, il est également en composites de carbone ou de céramique. Ceci est lié à la roue et / ou à l’essieu. Pour arrêter la roue, un matériau de friction sous forme de plaquettes de frein est forcé contre les deux côtés du disque. Le frottement causé sur la roue du disque ralentira ou s’arrêtera.

Certains disques ont des modifications pour s’assurer qu’ils refroidissent plus rapidement et restent plus efficaces. Ceci est souvent réalisé en laissant entrer l’air, de sorte que des modifications comme un trou au milieu, de petits espaces autour de l’extérieur ou des ailettes permettront à l’air d’accéder au disque et, finalement, un système de freinage plus efficace.

Plaquettes de frein

Qu’il s’agisse d’un disque ou d’un tambour que votre voiture utilise, le composant principal contenu dans le disque ou le tambour est une plaquette de frein (parfois appelée “sabot”). C’est ce qui crée la friction. De nombreux matériaux différents sont utilisés pour les plaquettes de frein, mais certaines plaquettes courantes peuvent être organiques (en utilisant du verre, du kevlar, du carbone, etc.), en céramique, semi-métallique ou entièrement métallique. Tous les matériaux utilisés sont conçus pour absorber autant de chaleur que possible.

Les plaquettes de frein organiques sont très silencieuses et n’usent pas le disque, mais elles doivent être changées plus fréquemment car elles ont tendance à être usées.
Les plaquettes en céramique sont également très silencieuses, durent longtemps et ont une grande capacité de freinage, bien meilleure que les plaquettes organiques.
Les plaquettes semi-métalliques dépassent même la capacité des plaquettes en céramique, mais à cause des flocons métalliques dans le matériau synthétique, elles usent davantage le disque, de sorte que le disque de frein devra être changé plus souvent.
Enfin, il existe des plaquettes de frein entièrement métalliques. Ce sont ce que les voitures de course utilisent. Ils ont une capacité d’arrêt incroyable, mais sont bruyants et useront le disque comme une crème glacée fondant au soleil. Votre voiture est susceptible de contenir des plaquettes de frein synthétiques ou en céramique et ce sont deux bons choix pour la conduite quotidienne.

Systèmes de freinage mécaniques

Les freins mécaniques ont été les premiers types de systèmes de freinage installés sur les voitures automobiles lorsqu’ils ont été produits en série au 20e siècle. Ces systèmes impliquaient une série de poulies, câbles, cames et autres dispositifs afin d’appliquer un frottement sur le tambour de frein et d’arrêter la voiture. Lorsque la pédale était enfoncée, elle tirait sur un câble, la “conduite de frein”, ce qui obligeait le tambour à appuyer sur la roue et à immobiliser la voiture.

Il y avait de nombreux problèmes avec ces systèmes de freinage. D’une part, ils ont nécessité une énorme quantité d’entretien car les conduites de frein et toutes les autres pièces mobiles devaient être maintenues en parfait état pour que les freins fonctionnent. Lorsque les câbles de frein étaient soumis à une pression excessive ou que la force nécessaire pour immobiliser le véhicule était trop importante, ils pouvaient également s’enclencher facilement et ce serait très dangereux. Les systèmes avaient également besoin d’entretien en raison de leur précision; si un levier était éteint ou si la tension dans les fils n’était pas tout à fait correcte, différentes roues recevraient des pressions de freinage différentes, rendant la voiture très difficile à contrôler.

En raison de tous ces problèmes, à la fin des années 1950, les freins mécaniques étaient rarement vus sur les voitures et ils ont été remplacés par des freins hydrauliques.

Cela dit, la plupart des voitures ont encore une forme de freins mécaniques: le frein à main. En plus d’avoir des freins hydrauliques principaux, les voitures ont souvent un frein à main mécanique qui utilise un levier et un bras dans le tambour de frein pour aider à arrêter la voiture. Ils sont actionnés par un câble du levier de frein à main à l’intérieur de la voiture. Un cliquet sur le levier de frein à main maintient le frein une fois qu’il est appliqué. Un bouton-poussoir désengage le cliquet et libère le levier. Toutes les voitures ont un système de frein à main (parfois électrique et non mécanique) qui agit sur deux roues – généralement les roues arrière. Ce système mécanique n’est vraiment destiné qu’à sécuriser la voiture lors du stationnement plutôt qu’à l’arrêter, un système mécanique convient donc.

Systèmes de freinage hydraulique

Le système de freinage le plus courant pour les voitures modernes est un système de freinage hydraulique et votre voiture a presque certainement des freins hydrauliques. Les voitures l’ont généralement sur les quatre semaines et les systèmes hydrauliques peuvent utiliser un disque de frein ou un tambour de frein.

Contrairement aux systèmes de freinage mécaniques plus anciens, les systèmes hydrauliques utilisent du liquide pour appliquer une pression sur les freins. Le liquide hydraulique est stocké dans les conduites de frein et est utilisé pour transmettre la pression ou la force de la pédale de frein ou du levier de frein pour arrêter la voiture. Le liquide de frein, ou liquide hydraulique, est une substance non compressible pouvant fonctionner à des températures et à une pression élevées.

Dans ce type de système de freinage, la force mécanique provient du fait que le conducteur appuie sur la pédale de frein. Cette force pousse alors le liquide de frein à travers les conduites et, comme il est non compressible, vers le système de freinage. Dans un dispositif connu sous le nom de maître-cylindre, cette force est ensuite convertie en pression hydraulique qui est envoyée aux étriers de frein ou aux patins de tambour (selon le type de système).

Chaque étrier de frein comporte une série de pistons (jusqu’à 6) et la pression hydraulique force l’étrier à se serrer sur le disque ou le tambour. Les plaquettes de frein fixées à l’étrier de frein créent un frottement lorsqu’elles frottent contre le disque de frein ou le tambour, ce qui finit par immobiliser la voiture.

Les systèmes de freinage hydraulique présentent également des avantages distincts.

Premièrement, la force générée dans le système de freinage hydraulique est plus élevée par rapport aux anciens systèmes de freinage mécaniques utilisés dans les voitures. Ceux-ci sont plutôt primitifs et reposent sur des leviers, des tringleries ou des cames, qui ne transfèrent pas autant de force que les systèmes de freinage hydrauliques. Les systèmes mécaniques peuvent également perdre leur efficacité avec le temps lorsque les pièces de travail se décomposent.

Le risque de rupture des conduites de frein hydrauliques est très faible et elles nécessitent très peu d’entretien, contrairement aux freins mécaniques. Ils sont également incroyablement rapides et sensibles à la pédale et nécessitent très peu de force appliquée sur les freins pour exercer une pression sur les tambours ou les disques.

Étant donné qu’un système hydraulique comporte beaucoup moins de pièces mobiles qu’un système mécanique, l’usure de ces pièces, et tout entretien associé ou résultant, est également réduite. Cela rend le système moins cher et plus fiable qu’un système mécanique.
Étant donné que les systèmes mécaniques pouvaient également différer considérablement dans leur conception et leur construction d’une voiture à l’autre, cela rendait les réparations souvent délicates. Les systèmes hydrauliques ont une conception relativement simple et sont facilement assemblés, ce qui facilite la maintenance.

Système de freinage servo

Souvent également appelé freins à assistance électrique, ou servofrein ou servofrein, un système de freinage servo est conçu pour donner une puissance supplémentaire afin de réduire l’effort nécessaire pour appliquer le frein et fonctionnera en conjonction avec des freins hydrauliques.

Le servomoteur de frein fonctionne en créant un vide partiel, ce qui augmente alors la force appliquée au cylindre principal. Avec un servo de frein, la pédale de frein appuie d’abord sur une tige attachée, ce qui permet ensuite à l’air d’entrer dans le servomoteur tout en fermant le vide. La pression augmente alors sur la tige qui se connecte à une tige à l’intérieur du maître-cylindre.

Le servo de frein est devenu plus courant dans les voitures car les freins à disque ont remplacé les freins à tambour comme configuration standard dans les véhicules. Les freins à disque obligent les voitures à avoir des freins électriques pour éliminer la majorité de la force qu’un conducteur doit exercer pour arrêter la voiture.

À l’intérieur du système d’asservissement des freins, un vide multiplie la force exercée par le conducteur sur la pédale de frein. L’aspect extérieur d’un servo de frein est un bidon qui contient un diaphragme, une vanne et est généralement construit en métal. Un clapet anti-retour est également fixé au servo-frein, qui limite la direction de l’air vers l’extérieur uniquement afin d’éliminer le risque de perte de la fonction de freinage pendant le fonctionnement de la voiture.

Si le vide tombe en panne parce que le moteur s’arrête, par exemple, les freins fonctionnent toujours car il existe une liaison mécanique normale entre la pédale et le maître-cylindre. Mais beaucoup plus de force doit être exercée sur la pédale de frein pour les appliquer.

Tanière:

un technicien souriant avec beaucoup d’expérience dans les tutoriels vidéo d’AUTODOC; Jamais vu sans ses lunettes; pilote sa BMW X5 E53; rêve de recevoir un bouton de lecture en or pour obtenir 1 000 000 d’abonnés sur YouTube.