Tout savoir sur le freinage automobile !

Nous allons nous intéresser à la façon d’arrêter correctement la voiture lorsqu’elle est lancée à l’assaut du bitume. Et pour cela il n’y a qu’une solution : les freins !

freinagePour un physicien, un système de freinage permet de transformer de l’énergie cinétique (liée à la vitesse du véhicule et à sa masse) en énergie calorifique (chaleur). Pour nous, simples profanes, il sert à éviter le bac à sable en bout de ligne droite ! Pourtant, le principe reste le même, et il n’est pas inintéressant de bien comprendre la physique qui s’y cache afin de savoir prendre les bonnes décisions. Le « job » des freins est d’appliquer un couple résistant sur chaque roue afin de la faire ralentir. Pour cela, la meilleure technologie que l’on ait trouvée jusqu’à présent reste le frein à disque. Ce système est constitué d’un disque, solidaire de la roue, pincé par une « mâchoire ». La mâchoire applique un couple résistant sur le disque et le disque étant solidaire de la roue, ce couple s’applique également à la roue. La mâchoire est constituée d’une partie principale, appelée étrier, dans laquelle coulissent un ou plusieurs pistons qui viennent appuyer sur des plaquettes se trouvant de part et d’autre du disque. Ce ou ces pistons sont mis en mouvement grâce à la pression hydraulique générée dans le circuit de freinage par la pédale de frein, le master-vac et le maître-cylindre. Parce qu’un système de freinage automobile transforme l’énergie cinétique en énergie calorifique, il faudra toujours étudier la stabilité du système vis-à-vis de la température. Car plus le système freinera fort, plus de la chaleur sera dégagée.

Le couple de freinage peut se calculer de la manière suivante :

formule_calcul

Pour avoir un bon freinage, il « suffit » donc d’optimiser un ou plusieurs de ces termes. Dans la suite de l’article, nous aborderons chacun des termes et proposerons des pistes pour les améliorer.

general

 

Inertie des masses en mouvement

L’équation calculant le couple de freinage contient un terme inertiel (Ci) qui est opposé au terme principal et qui donc lutte contre le freinage. Ce terme représente le fait que des masses en mouvement, donc ici en rotation, ont une énergie propre qui luttera toujours contre les variations de couple : en accélération, l’inertie produira un couple résistant et en décélération, elle produira un couple moteur qui s’opposera au couple de freinage. Ici le couple inertiel contient l’ensemble des masses en mouvement qui sont liées à la roue. Il comprend donc l’ensemble jante + pneu, les disques, les arbres de transmission, le différentiel, la pignonnerie de boîte, le volant moteur et le moteur lui-même.
A vitesse stabilisée, le terme inertiel est nul mais lors de l’accélération ou du freinage, de l’énergie est nécessaire pour faire varier le mouvement de ces masses. Cette énergie ne se retrouve pas à la roue et est donc « perdue ». Comme l’inertie dépend de la répartition de la masse des objets dans l’espace, on cherchera à limiter la masse de ces parties. On pourra alors jouer sur le poids du volant moteur, du ou des arbres de transmission, du disque et de la jante, voire du pneu pour les puristes. Ici nous nous intéresserons seulement au disque. La plupart des disques de frein sont monobloc ( http://www.oreca-store.eu/braking/brake-discs.html ) et constitués de fonte grise, ce qui en fait un objet assez lourd.
floatting_discPour diminuer cette inertie on se dirigera vers des disques à bol séparé. Ces disques ont une surface de frottement identique aux disques monobloc, donc en acier, en carbone ou en céramique, pour les plus riches d’entre nous, mais toute la partie qui ne frotte pas sur la plaquette et qui est là uniquement pour fixer le disque sur le moyeu est fait dans un matériau plus léger comme l’aluminium. Les deux parties sont vissées l’une à l’autre par un grand nombre de vis. Mise à part la réduction de poids, un autre avantage est que lorsque le disque est usé, il suffit de changer seulement la zone de friction et non l’ensemble.

 

Suite de notre Dossier freinage : Le liquide de frein ->

Cet article est publié en collaboration et en partenariat avec l’excellent magazine
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Mathias Jannequin

Auteur Mathias Jannequin

Passionné par le web, la photographie, et les voitures vintages ! Fondateur du blog Le-Pilote-Automobile.com, je partage la rédaction des articles avec plusieurs auteurs passionnés et/ou pratiquants du sport automobile amateurs et professionnels.

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