Les tenants et aboutissants des disques, des tambours, des chaussures et du système hydraulique: comment vos freins vous protègent.
Les freins sont aussi importants que le moteur de n’importe quelle voiture et ils sont essentiels pour assurer votre sécurité lorsque vous conduisez. Le principe de base des freins est simple: ils prélèvent l’énergie cinétique du véhicule en mouvement et la transfèrent en énergie thermique par frottement pour que la voiture s’arrête. Tous les freins suivent le même principe, mais différents systèmes réalisent ce frottement de différentes manières.
De nombreux facteurs vont déterminer le type de système de votre voiture et les composants qu’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 ils sont susceptibles de l’être. Comprendre le système de freinage d’une voiture et les systèmes de freinage des véhicules peut être vital, alors lisez la suite!
COMPOSANTS DU SYSTÈME DE FREINAGE
Avant d’aborder le type de système 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 tampons résistants à la chaleur. Lorsque la pédale est enfoncée, les pads poussent vers l’extérieur et pressent le tambour et le tambour arrête la roue. Le frottement provoqué entre les patins et le tambour provoque le transfert de l’énergie cinétique en énergie thermique.
Ces types de freins étaient couramment utilisés sur les voitures jusqu’aux années 1980. Alors que les voitures devenaient de plus en 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 s’utilisent pas du tout. Ils sont toujours adéquats et ils font le travail. Ils sont souvent utilisés pour les freins des roues arrière, comme lorsqu’une voiture s’arrête, la plupart 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 les voitures d’entrée de gamme ou les modèles moins chers.
FREINS À DISQUE
Les freins à disque sont ce qui a «remplacé» les freins à tambour en tant que choix le plus populaire pour la plupart des voitures. Les freins à tambour poussent et cela ne crée pas autant de pression que de se faufiler sur la roue. Les experts ont donc conçu un système dans lequel quelque chose est pressé plutôt que pressé. Ils ont également découvert qu’une plus grande surface signifie également plus de friction et est essentielle pour améliorer le freinage à des intensités élevées. La combinaison de la recherche de quelque chose à presser et de la recherche d’une grande surface a conduit à l’adoption de freins à disque.
Un frein à disque est un mécanisme pour ralentir ou 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 composite 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, donc 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 signifieront finalement un système de freinage plus efficace.
LES PLAQUETTES DE FREIN
Qu’il s’agisse d’un disque ou d’un tambour utilisé par votre voiture, le composant principal contenu dans le disque ou le tambour est une plaquette de frein (parfois appelée «patin»). Ce sont eux qui créent 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-métalliques ou entièrement métalliques. Tous les matériaux utilisés sont conçus pour absorber le plus de chaleur 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 s’user. 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 en raison des flocons métalliques du 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.
C’est ce qu’utilisent les voitures de course. Ils ont une capacité d’arrêt incroyable, mais sont bruyants et vont user le disque comme une glace 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 MÉCANIQUE
Les freins mécaniques ont été les premiers des types de systèmes de freinage installés sur les automobiles lorsqu’ils ont été produits en série au 20e siècle. Ces systèmes impliquaient une série de poulies, de câbles, de cames et d’autres dispositifs afin d’appliquer une friction sur le tambour de frein et d’arrêter la voiture. Lorsque la pédale était enfoncée, elle tirait sur un câble, la «conduite de frein», qui à son tour obligeait le tambour à appuyer sur la roue et à arrêter la voiture.
Il y avait de nombreux problèmes avec ces systèmes de freinage. D’une part, ils nécessitaient beaucoup 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 subissaient trop de pression ou que la force requise pour arrêter le véhicule était trop importante, ils pouvaient également se casser facilement et cela serait très dangereux. Les systèmes avaient également besoin de maintenance en raison de leur précision; si un levier était désactivé ou si la tension des câbles n’était pas tout à fait correcte, différentes roues recevraient des pressions de freinage différentes, ce qui rendrait 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 activé 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 est uniquement destiné à sécuriser la voiture lors du stationnement plutôt qu’à l’arrêter, un système mécanique convient donc.
SYSTÈMES DE FREINAGE HYDRAULIQUES
Le système de freinage le plus courant pour les voitures modernes est un système de freinage hydraulique et votre voiture est presque certainement équipée de freins hydrauliques. Les voitures ont généralement cela pendant 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 un fluide 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 qui peut fonctionner à des températures élevées et à haute pression.
Dans ce type de système de freinage, la force mécanique provient du conducteur appuyant sur la pédale de frein. Cette force pousse alors le liquide de frein à travers les conduites et, comme il n’est pas 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 segments de tambour (selon le type de système).
Chaque étrier de frein contient une série de pistons (jusqu’à 6) et la pression hydraulique force l’étrier à se bloquer sur le disque ou le tambour. Les plaquettes de frein fixées à l’étrier de frein créent des frottements lorsqu’elles frottent contre le disque ou le tambour de frein et c’est ce qui finit par arrêter 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 mécanique qui étaient 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 hydraulique. 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, encore une fois par opposition aux freins mécaniques. Ils sont également incroyablement rapides et réactifs à la pédale et il faut très peu de force appliquée sur les freins pour exercer une pression sur les tambours ou les disques.
Etant donné qu’un système hydraulique a beaucoup moins de pièces mobiles qu’un système mécanique, l’usure de ces pièces et tout entretien associé ou résultant sont également réduits. 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 faciles à assembler, ce qui facilite la maintenance.
SYSTÈME DE FREINAGE SERVO
Souvent également appelé freins assistés, ou servo-frein ou servofrein , un système de servofrein 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 servo de frein fonctionne en créant un vide partiel, 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, 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 être équipées de 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 de frein, une dépression multiplie la force exercée par le conducteur sur la pédale de frein. L’aspect extérieur d’un servo de frein est une cartouche qui contient un diaphragme, une valve et est généralement construite en métal. Attaché au servo de frein est également un clapet anti-retour, qui limite la direction de l’air vers l’extérieur uniquement afin d’éliminer le risque de perdre la fonction de freinage pendant que la voiture fonctionne.
Si le vide échoue 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.
