Qu’est-ce que les freins?- Types, pièces et application

Qu’est-ce qu’un frein?

Un frein est un dispositif mécanique qui inhibe le mouvement en absorbant l’énergie d’un système en mouvement. Il est utilisé pour ralentir ou arrêter un véhicule, une roue, un essieu en mouvement, ou pour empêcher son mouvement, le plus souvent réalisé au moyen de frottements.

La plupart des freins utilisent généralement le frottement entre deux surfaces comprimées pour convertir l’énergie cinétique de l’objet en mouvement en chaleur, bien que d’autres méthodes de conversion d’énergie puissent être utilisées. Par exemple, le freinage par récupération convertit une grande partie de l’énergie en énergie électrique qui peut être stockée pour une utilisation ultérieure.

D’autres méthodes convertissent l’énergie cinétique sous des formes stockées telles que l’air comprimé ou l’huile sous pression en énergie potentielle. Les freins à courants de Foucault utilisent des champs magnétiques pour convertir l’énergie cinétique en courant électrique dans le disque, l’aileron ou le rail des freins, qui est converti en chaleur.

Pourtant, d’autres méthodes de freinage convertissent même l’énergie cinétique sous diverses formes, par exemple en transférant l’énergie sur un volant tournant.

Les freins sont généralement appliqués sur des essieux ou des roues en rotation, mais ils peuvent prendre d’autres formes telles que la surface d’un liquide en mouvement (vannes utilisées dans l’eau ou l’air).

Certains véhicules utilisent une combinaison de mécanismes de freinage, par ex. Faites glisser des voitures de course avec les deux freins de roue et un parachute ou un avion avec les deux freins de roue et des volets de traînée qui sont soulevés dans les airs pendant l’atterrissage.

Qu’est-ce que le système de rupture?

Dans un véhicule automobile, un système de freinage est un agencement de diverses liaisons et composants (conduites de frein ou liaisons mécaniques, freins à tambour ou à disque, maître-cylindre ou points d’appui, etc.) qui sont disposés de manière à convertir l’énergie cinétique du véhicule en énergie thermique qui à son tour arrête ou désacralise le véhicule.

La plupart des freins utilisent le frottement des deux côtés de la roue, l’actionnement collectif de la roue convertit l’énergie cinétique de l’objet en mouvement en chaleur. Par exemple, le freinage par récupération convertit une grande partie de l’énergie en énergie électrique qui peut être stockée pour une utilisation ultérieure.

Les freins à courants de Foucault utilisent des champs magnétiques pour convertir l’énergie cinétique en courant électrique dans le disque, la lame ou le rail des freins, qui est converti en chaleur.

Voici les types de systèmes de freinage les plus courants dans les automobiles modernes. Il est toujours bon de savoir lesquels conviennent à votre voiture pour faciliter le dépannage et l’entretien.

Définition des freins

Un frein est un dispositif mécanique qui inhibe le mouvement en absorbant l’énergie d’un système en mouvement. Il est utilisé pour ralentir ou arrêter un véhicule, une roue, un essieu en mouvement, ou pour empêcher son mouvement, le plus souvent réalisé au moyen de frottements.

Parties du système de freinage

Voici les parties du système de freinage:

• Pédale de frein
• Maître-Cylindre
• Plaquettes de frein
• Module de commande ABS
• Servofrein
• Freins à disque
• Freins à tambour
• Frein d’urgence
• Pédale de frein
• Capteurs de vitesse de roue

Pédale de frein

La pédale est celle que vous poussez avec votre pied pour activer les freins. Il provoque l’écoulement du liquide de frein à travers le système pour exercer une pression sur les plaquettes de frein.

Le conducteur appuie sur la pédale de frein pour activer les freins. Un piston dans le maître-cylindre se déplace lorsque la pédale est enfoncée.

Maître-cylindre

Le maître-cylindre est essentiellement un piston activé par la pédale de frein. C’est ce qui retient le liquide de frein et le force à travers les conduites de frein lorsqu’il est activé.

Convertit la pression non hydraulique en pression hydraulique que les cylindres de roue utilisent pour appuyer les plaquettes de frein contre les rotors pour immobiliser le véhicule.

Conduites de frein

Généralement en acier, les conduites de frein sont celles qui transportent le liquide de frein du réservoir du maître-cylindre aux roues où une pression est appliquée pour arrêter la voiture.

Cylindres de roue

Les plaquettes de frein sont reliées aux cylindres de roue qui pressent (freins à disque) ou écartent (freins à tambour) les plaquettes de frein lorsque du liquide s’y écoule.

Plaquettes de frein

Les plaquettes de frein sont ce qui frotte réellement contre les tambours ou les rotors. Ils sont faits de matériaux composites et conçus pour durer plusieurs milliers de kilomètres. Cependant, si vous entendez un bruit de grincement ou de hurlement lorsque vous essayez d’arrêter votre voiture, cela signifie probablement qu’il est temps de changer de plaquettes de frein.

Module de commande ABS

Présent sur les véhicules équipés de freins ABS, le module effectue des contrôles diagnostiques du système de freinage ABS et détermine quand envoyer la pression correcte à chaque roue pour empêcher les roues de se bloquer.

Servofrein

Réduit la pression nécessaire au freinage pour permettre à tout conducteur d’actionner les freins. Utilise la dépression et la pression du moteur pour augmenter la force exercée par la pédale de frein sur le maître-cylindre.

Freins à disque

Habituellement présents sur les roues avant, les freins à disque comportent des plaquettes de frein qui appuient sur un disque (rotor) lorsque la pédale de frein est appliquée pour arrêter le véhicule. Les plaquettes sont fixées à un ensemble d’étrier de frein qui encadre le rotor.

Freins à tambour

Situés à l’arrière du véhicule, les freins à tambour comportent des cylindres de roue, des sabots de frein et un tambour de frein. Lorsque la pédale de frein est enfoncée, les mâchoires de frein sont forcées dans le tambour de frein par les cylindres de roue, ce qui entraîne l’arrêt du véhicule.

Frein d’urgence

Fonctionne indépendamment du système de freinage principal pour empêcher le véhicule de rouler. Également connu sous le nom de frein de stationnement, de frein à main et de frein électronique, le frein d’urgence est principalement utilisé pour maintenir le véhicule en place lorsqu’il est garé.

Capteurs de vitesse de roue

Faisant partie du système de freinage ABS, les capteurs de vitesse surveillent la vitesse de chaque pneu et envoient les informations au module de commande ABS.

Types de systèmes de freinage

Voici les types de systèmes de freinage:

• Système de freinage hydraulique
• Système de freinage électromagnétique
• Système de freinage servo
• Système de freinage mécanique

Système de freinage hydraulique

Ce système fonctionne avec du liquide de frein, des cylindres et des frottements. En créant une pression à l’intérieur, l’éther de glycol ou le diéthylène glycol forcent les plaquettes de frein à empêcher les roues de bouger.

• La force générée dans le système de freinage hydraulique est plus élevée par rapport au système de freinage mécanique.
• Le système de freinage hydraulique est l’un des systèmes de freinage les plus importants pour les véhicules modernes.
• Avec un système de freinage hydraulique, la probabilité de défaillance des freins est très faible. La connexion directe entre l’actionneur et le disque de frein ou le tambour réduit considérablement le risque de défaillance du frein.

Système de freinage électromagnétique

Les systèmes de freinage électromagnétique se trouvent dans de nombreux véhicules modernes et hybrides. Le système de freinage électromagnétique utilise le principe de l’électromagnétisme pour obtenir un freinage en douceur. Cela permet d’augmenter la durée de vie et la fiabilité des freins.

De plus, les systèmes de freinage conventionnels ont tendance à glisser, alors que cela est soutenu par des freins magnétiques rapides. S’il n’y a pas de frottement ou de besoin de lubrification, cette technologie est préférée pour les hybrides. De plus, il est assez modeste par rapport aux systèmes de freinage traditionnels. Il est principalement utilisé dans les tramways et les trains.

Pour que les freins électromagnétiques fonctionnent, un flux magnétique, lorsqu’il est conduit dans une direction perpendiculaire au sens de rotation de la roue, un courant rapide circule dans une direction opposée au sens de rotation de la roue. Cela crée une force opposée à la rotation de la roue et ralentit la roue.

Avantages du système de freinage électromagnétique:

• Le freinage électromagnétique est rapide et bon marché.
• Avec le freinage électromagnétique, il n’y a pas de coûts d’entretien tels que le remplacement régulier des sabots de frein.
• Le freinage électromagnétique peut améliorer la capacité du système (telles que des vitesses plus élevées, des charges lourdes).
• Une partie de l’énergie est fournie au service public, ce qui réduit les coûts de fonctionnement.
• Le freinage électromagnétique génère une quantité négligeable de chaleur, tandis que le freinage mécanique génère une chaleur énorme sur les sabots de frein, ce qui entraîne une défaillance des freins.

Système de freinage servo

Également appelé freinage à vide ou à assistance sous vide. Ce système augmente la pression exercée sur la pédale par le conducteur.

Ils utilisent le vide produit dans les moteurs à essence par le système d’admission d’air dans le tuyau d’admission du moteur ou par une pompe à vide dans les moteurs diesel.

Un frein qui utilise l’assistance électrique pour réduire l’effort humain. Un vide moteur est souvent utilisé dans une automobile pour fléchir un grand diaphragme et faire fonctionner le cylindre de commande.

• Les servofreins du système de freinage sont utilisés avec le système de freinage hydraulique. La taille du cylindre et des roues est pratiquement utilisée. Les boosters à vide augmentent la force de freinage.
• Une pression sur la pédale de frein libère le vide sur le côté du servomoteur. La différence de pression d’air pousse le diaphragme pour freiner la roue.

Système de freinage mécanique

Le système de freinage mécanique entraîne le frein à main ou le frein de secours. C’est le type de système de freinage où la force de freinage appliquée à la pédale de frein est transmise par les différentes liaisons mécaniques telles que des tiges cylindriques, des pivots, des ressorts, etc. au tambour de frein final ou au rotor à disque pour arrêter le véhicule.

Les freins mécaniques ont été utilisés dans plusieurs véhicules automobiles, mais sont archaïques de nos jours en raison de leur moins d’efficacité.

Types de freins de voiture

Voici les différents types de freins:

• Freins à disque
• Freins à tambour
• Freins d’urgence
• Freins Antiblocage

Freins à disque

Les freins à disque sont constitués d’un rotor de frein fixé directement à la roue. La pression hydraulique du maître-cylindre fait qu’un étrier (qui maintient les plaquettes de frein juste à l’extérieur du rotor) serre les plaquettes de frein de chaque côté du rotor. Le frottement entre les patins et le rotor provoque un ralentissement et un arrêt du véhicule.

Freins à tambour

Les freins à tambour sont constitués d’un tambour de frein fixé à l’intérieur de la roue. Lorsque la pédale de frein se contracte, la pression hydraulique appuie deux sabots de frein contre le tambour de frein. Cela crée des frottements et provoque un ralentissement et un arrêt du véhicule.

Freins d’urgence

Les freins d’urgence, également appelés freins de stationnement, sont des systèmes de freinage secondaire qui fonctionnent indépendamment des freins de service.

Alors qu’il existe de nombreux types de freins d’urgence (un levier de levier entre le conducteur et le passager, une troisième pédale, un bouton-poussoir ou une poignée près de la colonne de direction, etc.), presque tous les freins d’urgence sont alimentés par des câbles qui exercent mécaniquement une pression sur les roues.

Ils sont généralement utilisés pour maintenir un véhicule à l’arrêt en stationnement, mais peuvent également être utilisés en cas d’urgence si les freins à l’arrêt tombent en panne.

Freins antiblocage

Les systèmes de freinage antiblocage (ABS) se trouvent sur la plupart des véhicules plus récents. Si les freins fixes sont appliqués soudainement, l’ABS empêche les roues de se bloquer afin d’empêcher les pneus de déraper. Cette fonctionnalité est particulièrement utile lorsque vous conduisez sur des routes mouillées et glissantes.

Comment fonctionne votre système de freinage de voiture et comment l’entretenir?

Les voitures ont des freins sur les quatre roues qui sont actionnés par un système hydraulique. Les freins sont du type à disque ou à tambour. De nombreuses voitures ont des freins à disque aux quatre roues, bien que certaines aient des disques pour les roues avant et des tambours pour l’arrière.

Le système de freinage de la voiture fonctionne de plusieurs façons:

• Votre pied appuie sur la pédale de frein et la force générée par votre jambe est amplifiée plusieurs fois par un effet de levier mécanique. Il est ensuite amplifié davantage par l’action du servofrein.
• Un piston se déplace dans le cylindre ET il comprime le fluide hydraulique hors de l’extrémité.
• Le liquide de frein hydraulique est forcé autour de l’ensemble du système de freinage dans un réseau de conduites de frein et de flexibles.
• La pression est transmise de manière égale aux quatre freins.
• La force crée un frottement entre les plaquettes de frein et les disques de frein à disque, ce qui arrête votre véhicule.

Comment entretenir le système de freinage de votre voiture?

L’entretien de la voiture peut vous aider à économiser de l’argent plutôt que d’apporter votre voiture au magasin uniquement en cas de problème. Des précautions doivent être prises avant de faire face à un accident. Lorsque votre véhicule est soumis à l’inspection annuelle de l’État, vos freins sont examinés pour en déterminer la tenue de route.

Voici quelques étapes pour entretenir le système de freinage de votre voiture afin de vous aider.

• Surveillez les niveaux de liquide de frein et effectuez un contrôle tous les trois mois. Le liquide de frein doit être remplacé tous les deux ans ou tous les 30 000 à 40 000 miles.
• Les disques de frein doivent être changés au besoin en fonction de votre style de conduite et des conditions environnementales. Changez vos disques de frein à des intervalles similaires pour une voiture normale. Les freins des voitures de sport doivent être changés après 20 000 miles. Si vous faites changer vos freins chez Fred, nous ajoutons du nouveau liquide dans votre maître-cylindre. Assurez-vous de vous renseigner sur notre plan de durée de vie des fluides BG pour étendre la protection de votre système de freinage.
• Purgez vos conduites de frein pour évacuer l’air de votre système. Cela signifie que vos freins seront pompés pendant que quelqu’un surveille la soupape de purge et ferme la soupape lorsque le liquide de frein commence à s’écouler.
• Faites inspecter vos plaquettes de frein et vos rotors pour vous assurer qu’ils sont en excellent état de fonctionnement. Si le frein est mal usé, il est temps de remplacer la plaquette de frein.

Freinage – fondamentaux: la friction et son application aux automobiles

• Un système de freinage est conçu pour ralentir et arrêter le mouvement du véhicule. Pour ce faire, divers composants du système de freinage doivent convertir l’énergie de déplacement du véhicule en chaleur. Ceci est fait en utilisant la friction.
• Le frottement est la résistance au mouvement exercée par deux objets l’un sur l’autre. Deux formes de friction jouent un rôle dans le contrôle d’un véhicule: cinétique ou en mouvement, et statique ou stationnaire. La quantité de frottement ou de résistance au mouvement dépend du type de matériau en contact, de la douceur de leurs surfaces de frottement et de la pression qui les maintient ensemble.
• Ainsi, en un mot, un frein de voiture fonctionne en appliquant une surface statique sur une surface mobile d’un véhicule, provoquant ainsi des frottements et convertissant l’énergie cinétique en énergie thermique. Les mécanismes de haut niveau sont les suivants.
• Lorsque les freins d’une automobile en mouvement sont mis en mouvement, des plaquettes de frein ou des sabots de frein de texture rugueuse sont pressés contre les parties en rotation du véhicule, qu’il s’agisse d’un disque ou d’un tambour. L’énergie cinétique ou l’élan du véhicule est ensuite converti en énergie thermique par frottement cinétique des surfaces de frottement et la voiture ou le camion ralentit.
• Lorsqu’un véhicule vient s’arrêter, il est maintenu en place par frottement statique. Le frottement entre les surfaces des freins ainsi que le frottement entre les pneus et les routes résistent à tout mouvement. Pour surmonter le frottement statique qui maintient la voiture immobile, les freins sont desserrés. L’énergie thermique de la combustion du moteur est convertie en énergie cinétique par la transmission et la chaîne cinématique, et le véhicule se déplace.

Caractéristiques des freins

Les freins sont souvent décrits selon plusieurs caractéristiques dont:

• Force maximale : La force maximale est l’effet de décélération maximal pouvant être obtenu. La force maximale est souvent supérieure à la limite de traction des pneus, auquel cas le frein peut provoquer un dérapage de la roue.
• Dissipation de puissance continue: Les freins deviennent généralement chauds en cours d’utilisation et tombent en panne lorsque la température devient trop élevée. La plus grande quantité de puissance (énergie par unité de temps) qui peut être dissipée par le frein sans défaillance est la dissipation de puissance continue. La dissipation de puissance continue dépend souvent, par exemple, de la température et de la vitesse de l’air de refroidissement ambiant.
• Fondu: Lorsqu’un frein chauffe, il peut devenir moins efficace, appelé fondu de frein. Certaines conceptions sont intrinsèquement sujettes à la décoloration, tandis que d’autres conceptions sont relativement immunisées. De plus, les considérations d’utilisation, telles que le refroidissement, ont souvent un effet important sur le fondu.
• Douceur: Un frein qui est agrippant, qui pulse, qui bavarde ou qui exerce une force de freinage variable peut entraîner des dérapages. Par exemple, les roues de chemin de fer ont peu de traction et les freins à friction sans mécanisme antidérapant entraînent souvent des dérapages, ce qui augmente les coûts de maintenance et entraîne une sensation de « bruit sourd » pour les conducteurs à l’intérieur.
• Puissance: Les freins sont souvent décrits comme « puissants » lorsqu’une faible force d’application humaine entraîne une force de freinage supérieure à celle typique des autres freins de la même classe. Cette notion de « puissant » ne se rapporte pas à une dissipation de puissance continue, et peut prêter à confusion en ce sens qu’un frein peut être « puissant » et freiner fortement avec une application douce du frein, tout en ayant une force de pointe inférieure (pire) à un frein moins « puissant ».
• Sensation de pédale: La sensation de pédale de frein englobe la perception subjective de la puissance de freinage en fonction de la course de la pédale. La course de la pédale est influencée par le déplacement du liquide du frein et d’autres facteurs.
• Glisser: La traînée des freins varie en fonction de la conception du système pour tenir compte de la conformité totale du système et de la déformation qui existe lors du freinage, avec la possibilité de rétracter le matériau de friction de la surface de frottement en condition de freinage.
• Durabilité: Les freins à friction doivent porter des surfaces qui doivent être renouvelées périodiquement. Les surfaces d’usure comprennent les patins ou les plaquettes de frein, ainsi que le disque ou le tambour de frein. Il peut y avoir des compromis, par exemple, une surface d’usure qui génère une force de pointe élevée peut également s’user rapidement.
• Poids: Les freins sont souvent un « poids supplémentaire » en ce sens qu’ils ne remplissent aucune autre fonction. De plus, les freins sont souvent montés sur roues et le poids non suspendu peut nuire considérablement à la traction dans certaines circonstances. « Poids » peut signifier le frein lui-même ou peut inclure une structure de support supplémentaire.
• Bruit: Les freins créent généralement un bruit mineur lorsqu’ils sont appliqués, mais créent souvent des bruits de grincement ou de grincement assez forts.

Freins à disque vs Freins à tambour

Une autre classification des freins est en termes de disque et de tambour. Cela fait référence à la mécanique réelle de ralentissement du véhicule. Jetons un coup d’œil à ces deux systèmes.

Freins à tambour

Un ensemble de freins à tambour se compose d’un tambour en fonte qui est boulonné et qui tourne avec la roue du véhicule, et d’une plaque de support fixe à laquelle sont fixés les patins, le cylindre de roue, les régleurs automatiques et les tringleries. De plus, il pourrait y avoir du matériel supplémentaire pour les freins de stationnement.

Les patins sont recouverts de garnitures de friction qui entrent en contact avec l’intérieur du tambour lorsque les freins sont appliqués. Les patins sont forcés vers l’extérieur par un piston situé à l’intérieur du cylindre de roue. Lorsque le tambour frotte contre les chaussures, l’énergie du tambour en mouvement est transformée en chaleur.

Cette énergie thermique est transmise à l’atmosphère. Lorsque la pédale de frein est relâchée, la pression hydraulique chute et les patins sont ramenés à leur position non appliquée par des ressorts de rappel.

Freins à disque

Dans un frein à disque, les éléments de friction se présentent sous la forme de plaquettes, qui sont serrées ou serrées autour du bord d’une roue rotative. Avec les freins à disque automobiles, il y a une unité de roue séparée appelée Rotor (communément appelé disque) à côté de la roue du véhicule.

Ce rotor est en fonte. Puisque les coussinets se serrent contre les deux côtés de celui-ci, les deux côtés sont usinés lisses. Habituellement, les deux surfaces sont séparées par une section centrale à ailettes pour un meilleur refroidissement (de tels rotors sont appelés rotors ventilés ou en termes courants comme disques ventilés).

Les plaquettes sont fixées à des patins métalliques, qui sont actionnés par des pistons, comme pour les freins à tambour.

Les pistons sont contenus dans un ensemble étrier, logeant les enveloppes autour du bord du rotor. L’étrier est empêché de tourner au moyen de boulons le maintenant au travail du cadre de suspension de la voiture.

Contrairement aux sabots d’un frein à tambour, les plaquettes agissent ici perpendiculairement à la rotation du disque lorsque les freins sont appliqués. L’effet est différent de celui produit dans un tambour de frein, où la traînée par frottement entraîne réellement la chaussure dans le tambour.

On dit que les freins à disque ne sont pas sous tension et nécessitent donc plus de force pour obtenir le même effort de freinage. Pour cette raison, ils sont habituellement utilisés en conjonction avec l’unité de freinage électrique.

En général, les freins à disque sont considérés comme plus efficaces que les freins à tambour. Cependant, ils sont plus compliqués et ont donc un coût plus élevé

Interrupteurs de feux stop

Lors de l’exercice d’un frein, un feu commence à brûler à l’arrière du véhicule. L’ensemble interrupteur de feu stop et support de montage est fixé au support de pédale de frein et est ainsi activé en appuyant sur la pédale de frein.

Qu’est-ce que le liquide de frein?

Le liquide de frein est un type de liquide hydraulique utilisé dans les applications de frein hydraulique et d’embrayage hydraulique dans les automobiles, les motos, les camions légers et certaines bicyclettes. Il est utilisé pour transférer la force en pression et pour amplifier la force de freinage. Cela fonctionne car les liquides ne sont pas sensiblement compressibles.

La plupart des liquides de frein utilisés aujourd’hui sont à base d’éther de glycol, mais des fluides à base d’huile minérale (Citroën/ Rolls-Royce liquide hydraulique minéral (LHM)) et de silicone (DOT 5) sont également disponibles.

Les trois principaux types de liquide de frein maintenant disponibles sont DOT3, DOT4 et DOT5. DOT3 et DOT4 sont des fluides à base de glycol et DOT5 est à base de silicium. La principale différence est que DOT3 et DOT4 absorbent l’eau, alors que DOT5 ne le fait pas.

Les principales exigences pour les liquides de frein sont des températures de fonctionnement élevées, de bonnes propriétés à basse température et à température de viscosité, une stabilité physique et chimique, une protection des métaux contre la corrosion, l’inactivité concernant les articles en caoutchouc mécanique et l’effet lubrifiant.

Purge des freins

Les liquides ne peuvent pas être comprimés; cependant, les gaz sont compressibles. S’il y a de l’air dans un système hydraulique de frein à liquide, celui-ci sera comprimé à mesure que la pression augmentera. Cette action réduit la quantité de force qui peut être transmise par le fluide.

C’est pourquoi il est important de garder toutes les bulles hors du système hydraulique. Pour ce faire, l’air doit être libéré des freins. Cette procédure est appelée saignement du système de freinage.

La procédure simple consiste à forcer le liquide à travers les conduites de frein et à le sortir par une soupape de purge ou une vis de purge. Le fluide élimine tout air qui peut se trouver dans le système. Les vis de purge et les vannes sont fixées au cylindre de roue ou à l’étrier.

Le purgeur doit être nettoyé. Un tuyau de vidange est ensuite connecté du purgeur au bocal en verre où le liquide sortant de la vanne de purge est collecté. Le saignement implique la répétition des procédures à chaque roue pour assurer un saignement complet.

Pendant ce temps, une personne devrait également être chargée de faire le plein de liquide dans un récipient au-dessus du maître-cylindre pour compenser le liquide évacué par les vannes. Si le rechargement n’est pas poursuivi, il y a des chances que des bulles d’air se développent dans le système, ce qui retarde encore le processus.

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