Nous savons tous qu’appuyer sur le frein fait ralentir une voiture jusqu’à l’arrêt. Mais comment cela se fait-il ? Comment votre voiture transmet-elle la force de votre jambe à ses roues ? Comment multiplie-t-elle la force pour qu’elle suffise à arrêter quelque chose d’aussi gros qu’une voiture ? Comment une simple pression peut permettre d’éviter une collision ?
Lorsque vous appuyez sur la pédale de frein, votre voiture transmet la force de votre pied aux plaquettes de freins par l’intermédiaire d’un liquide. Comme les freins exigent une force beaucoup plus grande que celle que vous pourriez appliquer avec votre jambe, votre voiture doit aussi multiplier la force de votre pied.
Les freins transmettent la force aux pneus par friction, et les pneus transmettent cette force à la route par friction également.
La question se pose donc maintenant de savoir comment ces freins fonctionnent sans aucune connexion mécanique entre l’actionneur (levier ou pédale) et le patin de tambour ou l‘étrier de disque ? Pourquoi avons-nous besoin de liquide de freins pour notre système de freinage ? Alors creusons dans cet article pour le découvrir.
Le système de freinage hydraulique
Le système de freinage hydraulique est un type de système de freinage dans lequel, contrairement au système de freinage mécanique, l’huile hydraulique est utilisée pour transmettre la force de la pédale de frein ou du levier de frein aux mâchoires du tambour final ou à l’étrier du disque de frein afin d’obtenir le freinage.
Dans ce type de système de freinage, la force mécanique transmise par le conducteur sur la pédale de frein est convertie en pression hydraulique par un dispositif appelé maître-cylindre et cette pression hydraulique est ensuite transmise au tambour final ou à l’étrier du disque pour arrêter le véhicule.
Pourquoi avons-nous besoin d’un système de freinage hydraulique ?
Avant le système de freinage hydraulique, le type de système de freinage utilisé était le système de freinage mécanique, alors maintenant la question se pose si nous avons déjà un système de freinage mécanique, alors pourquoi un système de freinage hydraulique ? Découvrons-le.
Comme le freinage d’un véhicule automobile est un élément de sécurité très important, les réponses de la pédale de frein au freinage final doivent être très rapides, ce qui était une défaillance d’un système de freinage de type mécanique est maintenant très bien réalisé par le système de freinage hydraulique qui fournit un freinage rapide.
La force de freinage générée par le système de freinage hydraulique est très élevée par rapport au freinage mécanique qui est un facteur très important pour les super et hyper séries actuelles de véhicules.
L’usure par frottement dans le cas d’un système de freinage mécanique était très élevée en raison de l’implication de nombreuses pièces mobiles (câble de frein, tambour, plaquette de frein, plaquettes et disques,…) qui est très bien réduite au niveau optimal avec l’introduction du système de freinage hydraulique qui a beaucoup moins de pièces mobiles que le système mécanique.
Les chances de défaillance des freins en cas de freinage hydraulique sont très faibles par rapport au système mécanique en raison de la connexion directe entre l’actionneur (pédale de frein ou levier) et le disque ou le tambour de frein.
La complexité de conception en cas de freinage mécanique était très élevée, ce qui est réduit grâce à l’introduction d’un système de freinage hydraulique de conception simple et facile à monter.
L’entretien dans le cas d’un système de freinage mécanique était élevé en raison de l’implication d’un plus grand nombre d’éléments complexes, ce qui n’est pas un problème avec le système de freinage hydraulique car il est de conception simple avec moins de pièces mobiles.
Quels sont les types de systèmes de frein hydraulique ?
Le système de freinage hydraulique est classé sur 2 bases
1. Sur la base du mécanisme de contact par friction
Sur cette base, les freins hydrauliques sont de 2 types :
- Freins à tambours ou freins hydrauliques à expansion interne.
- Freins à disque ou freins hydrauliques à commande externe.
1. Frein hydraulique à tambour ou frein hydraulique à expansion interne
Dans le système de freinage hydraulique à tambour, les pièces impliquées sont :
- Pédales de frein ou leviers de frein – Dans le système de freinage hydraulique, le conducteur a besoin de la même pédale de frein ou du même levier de frein que les autres pour freiner, cette pédale de frein ou ce levier de frein est fixé au maître-cylindre par une tige mécanique ou une bielle.
- Maître-cylindre – C’est l’agencement simple du cylindre et du piston (voir article sur le maître-cylindre) qui convertit la force mécanique de la pédale de frein en pression hydraulique.
- La pédale de frein est reliée au piston du maître– Cylindre de telle manière que le mouvement de la pédale provoque un va-et-vient du piston à l’intérieur du maître-cylindre.
- Réservoir de liquide de frein – C’est le réservoir simple contenant le liquide de frein qui est relié au maître-cylindre à l’aide du tuyau de frein.
- Conduites de frein – Il s’agit du tube métallique creux à haute pression qui relie le maître-cylindre au tambour à l’intérieur de ces conduites de frein. Le liquide de frein à haute pression provenant des écoulements du maître-cylindre est responsable de l’actionnement ultérieur des freins.
- Cylindre de tambour – C’est l’autre cylindre monté à l’intérieur du tambour des freins à tambour et relié aux segments de frein, le liquide de frein haute pression des conduites de frein arrive à ce cylindre.
- Tambour de frein – Il s’agit du logement du cylindre de tambour, des segments de frein et du ressort, la partie extérieure du tambour tourne avec la roue et la partie intérieure composée du segment de frein et du cylindre reste fixe.
2. Freins hydrauliques à disque ou à commande externe
Les pièces hydrauliques du disque et celles du frein hydraulique du tambour sont à peu près les mêmes que celles du frein à tambour.
- Pédales de freins ou leviers de freins – Exactement comme les freins à tambour mentionnés ci-dessus.
- Maître-cylindre- Identique aux freins à tambour
- Réservoir de liquide de frein – Identique à celui du frein à tambour.
- Conduites de frein – Identiques à celles du frein à tambour, mais ici elles relient le maître-cylindre au cylindre d’étrier de frein à disque.
- Rotor à disque – C’est le disque métallique équipé du moyeu de roue de telle manière qu’il tourne avec la roue d’un véhicule. De plus, le rotor à disque est la surface qui fait contact par friction avec le sabot de frein afin d’arrêter ou d’accélérer le véhicule.
- Étrier de frein à disque – Il s’agit d’un petit composant stationnaire monté sur un disque tout comme un étrier, à l’intérieur duquel se trouve un logement de mâchoires de frein et un cylindre hydraulique, lorsque les freins sont serrés, les mâchoires de frein à l’intérieur de l’étrier se contractent et entrent en contact par friction avec le disque rotatif afin de fournir le freinage.
2. Sur la base de la répartition de la force de freinage
Sur cette base, les freins hydrauliques sont de 2 types :
- Freins hydrauliques à simple effet.
- Freins hydrauliques à double effet.
Avant d’entrer dans les différents types de systèmes de freinage de voiture, examinons un système simplifié :
Vous pouvez voir que la distance entre la pédale et le pivot est quatre fois plus grande que la distance entre le cylindre et le pivot, de sorte que la force exercée sur la pédale sera multipliée par quatre avant qu’elle soit transmise au cylindre.
Vous pouvez également voir que le diamètre du cylindre de frein est trois fois plus grand que le diamètre du cylindre de pédale. Cela multiplie la force par neuf. Au total, ce système multiplie par 36 la force de votre pied. Si vous appuyez 10 livres de force sur la pédale, 360 livres (162 kg) seront générées à la roue en serrant les plaquettes de frein.
1. Freins hydrauliques à simple effet
Dans les freins hydrauliques à simple effet, on utilise un maître-cylindre à simple cylindre qui fournit une pression hydraulique limitée qui ne peut être transférée que dans une seule direction, c’est-à-dire dans les vélos – une seule roue, dans les voitures – une seule paire (frein avant ou frein arrière) de roues.
2. Freins hydrauliques à double effet
Dans les freins hydrauliques à double effet, on utilise un maître-cylindre double ou tandem qui fournit une force de freinage plus élevée qui peut être transférée dans la double direction, c’est-à-dire à la fois les roues des vélos et toutes les roues des voitures.