Gearhead 101: Comprendre le système de freinage

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Bon retour à Réducteur 101 - une série sur les bases du fonctionnement des voitures pour les néophytes de l'automobile.


Si vous suivez Gearhead 101, vous savez comment fonctionne un moteur de voiture, comment le moteur transfère la puissance qu'il génère via la transmission, et comment un Manuel ou transmission automatique fonctionne comme une sorte de tableau de commande de puissance entre le moteur et la transmission.

Aujourd'hui, nous allons parler du système automobile que vous utilisez des centaines de fois par jour et dont la défaillance vous tuerait ou vous blesserait gravement.


Je parle de vos freins.

Transformer le mouvement en chaleur

La physique des freins de voiture est assez simple. Pour ralentir et arrêter votre voiture, votre système de freinage transforme l'énergie cinétique (le mouvement de vos roues) en énergie thermique par le biais du frottement appliqué par vos freins sur les roues. Une fois que toute l'énergie cinétique des roues a été convertie en énergie thermique par les freins, votre voiture s'arrête.


Assez simple.



Mais il existe deux façons différentes d'écorcher ce chat qui se transforme en énergie thermique, et quelques autres parties qui leur permettent tous les deux de fonctionner.


Les éléments du système de freinage d’une voiture

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Pédale de frein. Vous connaissez la pédale de frein. C’est le levier sur lequel vous appuyez avec votre pied pour ralentir et arrêter la voiture. La pédale de frein sur la plupart des voitures modernes se connecte à un. . .


Servofrein. Aujourd'hui, la plupart des véhicules sont équipés de ce que l'on appelle des «freins assistés». Les freins assistés augmentent la force produite par votre pression sur la pédale, qui est appliquée au reste du système de freinage. Cela signifie que vous n’avez pas besoin d’appuyer trop fort sur la pédale de frein pour que votre voiture ralentisse ou s’arrête. Le servofrein est ce qui rend les freins assistés, les freins assistés.

Il existe deux types de servofreins: boosters assistés par le vide et boosters à assistance hydraulique. Les surpresseurs assistés par le vide créent un vide à l'aide d'une prise d'air du moteur. Ce vide amplifie la force créée lorsque vous appuyez sur la pédale, qui est appliquée aux pistons du maître-cylindre (plus à ce sujet dans un instant). Les boosters à assistance hydraulique utilisent la pression hydraulique de la direction assistée de votre voiture pour augmenter la force exercée sur le maître-cylindre.


Alors vous appuyez sur la pédale de frein. La force créée par cette action est amplifiée par le servofrein. Le servofrein transfère cette force au. . .

Moteur de voiture en illustration.


Maître cylindre. Si vous avez regardé sous le capot de votre voiture, vous avez probablement vu le maître-cylindre, mais vous ne saviez pas qu'il s'appelait ainsi. Le maître-cylindre contient le liquide de frein de votre voiture. Le liquide de frein traverse les conduites de frein vers chaque roue de votre voiture. Lorsque vous appuyez sur la pédale de frein, l'énergie est amplifiée par le servofrein, qui à son tour déplace un piston à l'intérieur du maître-cylindre, qui à son tour force le liquide de frein hors du maître-cylindre et dans les conduites de frein qui vont à chaque roue. Le fluide active alors les freins de vos roues.

Le maître-cylindre garantit qu'une puissance hydraulique égale est envoyée aux quatre freins. Si un frein devait obtenir plus de puissance que l'autre, cela entraînerait des pressions de freinage inégales, ce qui provoquerait un ralentissement ou un arrêt dangereux. Imaginez ce qui arriverait à votre voiture si vos roues droites ralentissaient plus vite que vos roues gauches. Vous feriez une queue de poisson ou peut-être retourner la voiture.

La plupart des maîtres-cylindres modernes sont divisés en deux réservoirs, chacun rempli de liquide de frein. C'est ce qu'on appelle un double système de freinage. Il agit comme une sécurité intégrée en cas de fuite ou de blocage de liquide sur les freins avant ou arrière.

Sur les voitures à traction arrière, un réservoir dans le maître-cylindre a des lignes menant aux roues avant; l'autre réservoir a des lignes allant aux roues arrière. Si une fuite se produit dans les conduites menant aux roues avant, vous aurez toujours du liquide provenant du réservoir vers les roues arrière.

Les voitures à traction avant utilisent un système hydraulique divisé en diagonale. C’est parce que dans les voitures à traction avant, les freins avant effectuent 90% du freinage. Si les deux freins avant s'éteignaient sur une voiture à traction avant, vous auriez beaucoup de mal à ralentir et à vous arrêter. Pour garantir qu’au moins un frein avant arrête la voiture en cas de fuite ou de blocage, la roue avant droite et la roue arrière gauche sont liées ensemble et la roue avant gauche est liée avec la roue arrière droite.

Bien sûr si tous les deux les réservoirs et les conduites de frein qui en sortent fuient ou sont bloqués, aucun des freins ne fonctionnera. C’est ce que l’on appelle une panne de frein catastrophique.

Conduites de frein. Les conduites de frein sont des tubes en acier qui partent du maître-cylindre et vont à chacun des quatre freins sur les roues de votre voiture. Les conduites de frein transfèrent le liquide de frein à un frein à tambour ou à un frein à disque. La pression du fluide active les freins.

Vue interne du tambour de rupture.

Freins à tambour. Il existe deux types de dispositifs de freinage utilisés sur les voitures: les freins à tambour et les freins à disque. Les freins à tambour sont installés sur les voitures depuis 1900 et ils sont toujours utilisés aujourd'hui. Les freins à tambour se fixent à la roue. L'intérieur du tambour contient deux plaquettes résistantes à la chaleur appelées mâchoires de frein. Lorsque vous appuyez sur la pédale de frein, le liquide de frein pénètre dans le frein à tambour. cylindre de roue. Le fluide active alors deux petits pistons à l'intérieur du cylindre de roue qui poussent les mâchoires de frein vers l'extérieur et les pressent contre le tambour de frein. Les pads ralentissent le tambour et le tambour (qui est attaché à la roue) ralentit la roue.

Les avantages des freins à tambour sont multiples: ils sont bon marché à fabriquer et à réparer, ils nécessitent moins de pression hydraulique pour s’activer et ils peuvent durer plus longtemps que les freins à disque.

Comme mentionné ci-dessus, les freins à tambour sont encore utilisés sur les voitures aujourd'hui. Si une voiture est équipée de freins à tambour, vous les trouverez généralement sur les roues arrière du véhicule.

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Freins à disque. L’un des inconvénients des freins à tambour est qu’ils sont autonomes. La chaleur créée par la friction dans les plaquettes de frein reste à l’intérieur des freins à tambour. Dans des conditions intenses et des freinages fréquents, les freins à tambour peuvent devenir vraiment très chauds. Si les freins deviennent trop chauds, ils ne peuvent plus produire le frottement nécessaire pour ralentir la voiture.

Pour résoudre ce problème, les ingénieurs ont développé le frein à disque.

Les freins à disque fonctionnent de manière assez simple. Vous appuyez sur la pédale de frein et le liquide de frein est envoyé à un piston sur le frein à disque. Le piston force les étriers à presser le disque ou le rotor. Les coussinets à l'intérieur des étriers créent des frottements, ce qui ralentit votre voiture.

Au lieu d'appuyer sur un tambour pour ralentir la voiture, les étriers trouvés sur les freins à disque pressent les plaquettes de frein dans vers un disque métallique fixé à la roue. Le fait de serrer avec les étriers permet d'améliorer le freinage. Premièrement, cela vous permet de créer plus de pression, ce qui contribue à augmenter la friction. Deuxièmement, la conception du frein à disque est ouverte. Les freins ne sont pas à l’intérieur d’un tambour. Cela permet à l'air de les refroidir beaucoup plus rapidement, ce qui augmente également la friction. Enfin, la conception permet d'augmenter la surface de la plaquette de frein, ce qui contribue à nouveau à augmenter la friction.

Les freins à disque ont été utilisés pour la première fois sur les voitures de course en 1951. En 1955, ils ont commencé à apparaître sur les voitures produites en série. Dans les années 1980, la plupart des voitures utilisaient des freins à disque, du moins sur les roues avant.

Lorsque vous freinez, vos roues avant effectuent l'essentiel du travail pour arrêter la voiture car tout l'élan va vers les roues avant. Parce que les roues avant effectuent la majeure partie du freinage, les fabricants placent des freins à disque sur les roues avant car elles freinent mieux que les freins à tambour.

Mettre tous ensemble

Associons donc toutes les parties du système de freinage.

Vous appuyez sur la pédale de frein. Cela active le servofrein, qui amplifie la force de la pédale de frein. Cette force est transférée au maître-cylindre. Un piston dans le maître-cylindre pousse le liquide de frein à travers les conduites de frein vers chaque roue.

Si une roue a un frein à tambour, le liquide de frein engagera un piston dans le cylindre de roue, ce qui activera un autre piston, qui poussera les plaquettes de frein contre le tambour de frein. La voiture ralentit ou s'arrête. Lorsque vous relâchez la pédale de frein, le liquide de frein reflue dans le maître-cylindre et les freins se relâchent.

Si la roue est équipée d'un frein à disque, le liquide de frein activera un piston qui entraînera la compression des étriers munis de plaquettes de frein contre un disque ou un rotor fixé à la roue, ralentissant ainsi la voiture. Lorsque vous relâchez la pédale de frein, le liquide de frein retourne dans le maître-cylindre, provoquant la réouverture des étriers du frein à disque.

Voilà, en un mot, comment fonctionnent les freins de votre voiture.

Qu'en est-il des freins antiblocage?

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Mais attendez . . . Il y a plus. Votre voiture a probablement des freins antiblocage (ABS). Avant l'ABS, lorsque vous claquiez sur les freins, vos roues s'arrêtaient complètement. Ils ont enfermé. Cela a fait déraper vos pneus. Un pneu dérapant vous offre peu ou pas de contrôle pour diriger la voiture. Donc, si vous conduisiez une voiture en 1950 et que vous deviez soudainement appuyer sur les freins pour éviter de heurter un enfant qui s'est enfui au milieu de la rue, vous déraperiez toujours en avant et vous n'auriez pas la capacité de diriger la voiture gauche ou droite. Si vous vouliez éviter un dérapage lorsque vous utilisiez les freins sur de vieilles voitures, vous devrez pomper le frein à plusieurs reprises (pour relâcher et bloquer les roues à plusieurs reprises), ce qui est plus facile à dire qu'à faire.

Pour éviter le dérapage des pneus, l'ABS utilise un ordinateur et des capteurs près de chaque roue pour surveiller la vitesse des roues. Lorsque vous appliquez une forte pression sur la pédale de frein, le système ABS vérifie indépendamment la vitesse de chaque roue. Si une roue va plus lentement que les autres roues, cela signifie que cette roue est probablement bloquée. Ainsi, le système ABS réduira la pression hydraulique envoyée à ce frein, ce qui lui permettra de tourner à nouveau, évitant un dérapage et vous permettant de garder le contrôle de la direction.

Vous savez que votre ABS fonctionne parce que lorsque vous claquez la pédale de frein, vous pouvez sentir le frein palpiter. Ne sois pas alarmé. Continuez à appliquer une pression. Vous ne voulez pas pomper les freins sur les voitures avec ABS ou bien ils ne fonctionneront pas correctement.

Lorsque vous achetez une nouvelle voiture, c’est toujours une bonne idée de vous faire une idée de son système ABS afin de ne pas paniquer un peu la première fois que vous le sentez s’engager. Vous pouvez le faire en conduisant dans un parking vide lorsqu'il pleut ou en neige (ce qui induira un peu de dérapage) et en appuyant sur les freins.