LE FREINAGE

Prescription légales

Tout véhicule pesant en charge plus de 350Kg doit être muni:

  - d'un frein principal, généralement à commande au pied agissant simultanément  sur toutes les roues
  - d'un frein de secours à commande à main agissant:

                                                                             * soit sur les roues avant,

                                                                 * soit sur les roues arrière,

                                                                 * soit sur l'arbre de transmission

But du freinage

Obtenir:

 -  un ralentissement rapide et l'arrêt net du véhicule devant un obstacle,

 -  le maintient du véhicule à l'arrêt,

 -  un ralentissement modéré,  

Principe

Chaque frein comporte:

- une partie solidaire de la roue

- une partie ne pouvant tourner, qui vient se frotter sur la partie tournante après un  léger déplacement,
 le frottement absorbe l'énergie cinétique de la partie tournante et la transforme en  énergie calorifique de longues durées

Principe de freinage
 

 Ce sont des problèmes de frottement

- Frottement d'une surface de friction sur un tambour ou un disque (évacuation des calories). Si le frein chauffe trop,
son efficacité est réduite  (le coefficient de frottement des garnitures diminue quand la température augmente). Sur les freins  à tambour la dilatation du tambour et des segments est inégale.
 - Frottement de pneus sur le sol, il faut éviter le blocage de la roue car le coefficient de frottement du  pneu sur le sol est supérieur au coefficient de glissement. Lorsqu'il y a blocage, la partie fixe (surface de friction)  est alors solidaire de la partie mobile ( tambour ou disque). Il n'y a plus transformation d'énergie au niveau des freins et le véhicule s'arrête par le glissement du pneumatique sur le sol.

 Puissance de freinage

 Le freinage brutal provoque:
 - des poussées importantes (inertie) sur les passagers et les marchandises,
 - des efforts anormaux sur les essieux, la transmission et la suspension,
- éventuellement le blocage d'une ou plusieurs roues ( pertes de tenue de route)

 La puissance de freinage dépend:
 - de la force d'appui (F) de la partie frottante ( démultiplication de la commande,  force physique du pilote, commande  assistée),
 - du coefficient de frottement (f) de la partie frottante ( limité à 0,3 - 0,4 sinon  broutement et blocage)
- du nombre de tours - minute (N) de la partie tournante  ( dépend de la vitesse du  véhicule). Il sera plus  grand si le frein   est placé sur la transmission.
 - du rayon de la partie tournante ( limité par le diamètre de la roue) on voit  l'avantage à loger les freins à la sortie du différentiel.

 P=puissance de freinage=       2pRN
                                                               ------- =Fxf
                                                             60        

Distance de freinage
- Distance parcourue par un véhicule avant de s'immobiliser, la décélération possible  est limitée par  l'adhérence des  pneus sur le sol qui dépend:
 - de la vitesses du véhicule,
 - de l'usure et du gonflage des pneumatiques,
 - de la charge
 - de la nature et de l'état de la chaussée ( pluie) un bon freinage assure une  décélération de 6m/s²

Répartition des efforts de freinage

L'effort de freinage doit être identique sur les roues d'un mêmes essieu pour éviter le  déport du véhicule
 Le freinage doit être plus énergique sur les roues avant que sur les roues arrières
 L'essieu arrière est surchargé
 Les roues déchargées vont perdre plus rapidement leur adhérence et vont se bloquer, il est donc  nécessaire d'appliquer une puissance de freinage sur les roues arrières. La prépondérance sur les roues avant est facilement réalisable grâce aux commandes hydraulique ou avec un montage mixte freins à disque à l'avant et tambour à l'arrière

 Qualités des freins

efficacité: se situe à la limite du blocage

Progressivité:La puissance de freinage doit être proportionnelle à l'effort du pilote.

Régularité:
Peu sensible aux variations du coefficient de frottement des garnitures (influence de l'eau, de la chaleur) effort constant malgré l'usure des garnitures

Bruit:

indice d'un mauvais fonctionnement:

 - vibration d'un tambour
- ressort de rappel cassé
- mauvais réglage
- disque voilé

Échauffement:
 normal après un long usage (descente,conduite au frein), sinon il provient soit d'un déréglage, soit du faux  rond du tambour
 un tambour épais ou en alliage léger muni d'ailettes favorise l'élimination de la chaleur, les ailes   enveloppantes diminuent la pénétration de l'air. On voit l'intérêt d'accoler les tambours au différentiel. Cette solution offre par ailleurs l'avantage de supprimer les tuyauteries souples des freins à commande   hydrauliques ( sécurité).

Entraîne le bruit:
- segment déformé
- mauvais réglage
- tambour ovalisé

Broutement: 

Se manifeste par une action irrégulière et saccadée du frein peut être du:
 - à un coefficient de frottement des garnitures trop grand
 - à un défaut de rigidité des segments
 - à un défaut d'étalonnage des garnitures
-  à une ovalisation ou un excentrage des tambours
-  à un jeu excessif des roulements de roues
-  à un disque voilé
 - à des plaquettes déformées

Organisation d'un système de freinage:
Tout système de freinage comprend:
 - les freins
 - leurs commandes,
 - un servofrein qui multiplie l'effort du pilote

Classification des freins:
- freins à ruban
- freins à mâchoires extérieures
- freins à mâchoires intérieures ou segments

Avantages:
- simple,
- efficace,
- protégé contre les souillures extérieures

Avantages du frein à disques:
- facile à disposer hors des roues
 -usure uniforme
 -refroidissement plus facile
- efficacité plus constante (meilleur refroidissement)
- jeu non modifier entre disque et garniture (dilatation se faisant suivant le rayon)
- moins sensibles à la présence d'eau (force centrifuge)

  Les garnitures:

qualités recherchées:
- constance du coefficient de frottement,
- usure faible (fréquence des réglages),
- plasticité suffisante (mise en forme)
Constitution:
Amiante imprégné de résine et de caoutchouc (maintenant les garnitures et les plaquettes ne dispose  plus d'amiante   ainsi que le joint de culasse)
Fabrication:  Tissées ou moulées sous pression
Montage:   Par rivet ou collage sur segment en fonte, en acier ou aluminium

Les commandes:

Mécaniques:   Utilisées pour les freins de secours
Organisation:  à tringles ou à câbles souples
Inconvénients:
- démultiplication limitée,
- élasticité qui empêche l'application d'efforts importants,
- difficulté d'équilibrer les efforts de freinage,
- rendement passable,
- risque de rupture,
- entretien régulier
Hydrauliques:   Basées sur l'incompressibilité des liquides
Principe de fonctionnement:
 Le rapport des forces pressantes est égal au rapport des surfaces
 Les canalisations:
 En cuivre, en acier ou en nylon, la liaison entre cylindres récepteurs est assurée par des canalisations souples

 Répartiteurs de freinage:

Rôle et but:
 l'adhérence (influencée par la charge) des roues avant augmentera au détriment de celle des roue arrières   en fonction de  l'effort de freinage. Pour que le freinage soit optimum en efficacité et sécurité il faut faire   varier dans les mêmes proportions  l'effort de freinage exercé sur les roues arrières par rapport à celui des  roues avant. Le rôle est donc d'assurer la  prépondérance des roues avant sans provoquer le blocage des roues arrières
 - répartiteur simple effet
 - répartiteur à double effet
 - répartiteur à tarage variable

Avantages de la commande hydraulique:

 - transmission instantanée,
 - rendement excellent,
 - grande démultiplication de l'effort,
 - bonne uniformité du freinage sur les roues,
 - entretien réduit

réglages des freins:

freins à segment:  La distance entre les garnitures et le tambour doit être le plus faible possible
Prépondérance de freinage:
Sur voiture légère les roues avant doivent subir une puissance de freinage supérieure aux roues arrières. les dispositifs sont:
 - diamètre des cylindres récepteurs plus grand à l'avant qu'à l'arrière,
 - montage d'un répartiteur de freinage,
- montage mixte (étriers avant, tambour arrière)
 - diamètre des cylindres d'étrier plus grand à l'avant qu'à l'arrière,
 - montage de 2 étriers à l'avant

Les servofreins:

But:   Renforcer l'action du pilote au cours du freinage

Conditions à remplir:
Laisser au pilote le contrôle du dosage de l'effort de freinage, en cas de panne le pilote doit pouvoir  assurer le freinage

 Principe:    Repose sur l'utilisation d'une énergie fournie par le véhicule, au moyen d'un appareil à la disposition du pilote

Réalisations:
 Varient suivant la source d'énergie qui peut être:
 - mécanique : abandonnée
 - pneumatique
 - à dépression: utilisation de la dépression existant dans le collecteur (courant sur vl)
 - pneumatique: l'air est employé directement pour manœuvrer les freins (courant sur pl)
 - électrique: peut développer

 Servofrein hydrovac:

Source d'énergie:   Dépression prélevée en aval du papillon des gaz

Valeur de la dépression:
  Elle est  fonction:
 - de la vitesse de rotation
 - de la position du papillon des gaz ( fermé au moment du freinage)

 Servofrein à air comprimé:

Généralités:  L'énergie est fournie par de l'air comprimé envoyé dans des cylindres munis de piston, lequel se déplaçant sous l'effet de la pression de l'air agit sur la came du frein par l'intermédiaire d'une tige et d'un levier. L'installation nécessite un compresseur d'air entraîné par le moteur qui doit avoir une marge de puissance suffisante. Les freins se prêtent fort bien au freinage des remorques dont ils assurent l'immobilisation en cas de rupture d'attelage de la remorque.

Servofrein électrique:  Un électro-aimant est monté flottant sur le flasque, il peut donc tourner d'un certain angle. Dans ce mouvement, il commande l'écartement des mâchoires de frein par l'intermédiaire d'un levier terminé par   une came. L'électro-aimant est alimenté par un rhéostat commandé par la pédale de frein

Les ralentisseurs:

généralités:  Appareil permettant de réduire sensiblement la vitesse du véhicule par action indépendante de celle des freins à friction.  Utiles dans les grandes descentes

Frein moteur WESTINGHOUSE:  Consiste en un obturateur monté sur l'échappement du moteur qui transforme momentanément celui-ci en compresseur  d'air. Parallèlement l'alimentation en combustible est coupée.

Tableau de dépannage:

contrôle servofrein :  moteur arrêté, actionner plusieurs fois la pédale de frein, elle doit rester dure et devenir haute,  mettre le moteur en marche, la pédale doit s'enfoncer légèrement
 anomalies:  Contrôle de la source à vide, désaccoupler en tirant le clapet d'alimentation le moteur au ralenti, appliquer le doigt sur le clapet si une aspiration  franche est ressentie, le servofrein est bloqué  changer

Organisation du maître-cylindre tandem

Fonctionnement:

 En appuyant sur la pédale de frein, le piston primaire 2 se déplace vers le fond de l'alésage.
  La colonne de liquide située entre le piston 2 du circuit AV et le piston 5 du circuit AR provoque le déplacement du 5 vers le fond de l'alésage, on obtient un freinage sur  les roues AV et AR

 Cas d'un accident sur le circuit AV:

La pression dans le circuit AV est nulle.Le piston primaire 2 se déplace sans effet hydraulique jusqu'au  contact de la butée 19.Le piston secondaire 5 est poussée mécaniquement et provoque le freinage sur les  roues AV et AR

Cas d'un accident sur le circuit AR:

La pression dans le circuit AR est nulle. Les deux pistons se déplacent sans effet hydraulique jusqu'au contact du piston secondaire 5 dans le fond de l'alésage, a ce moment, le piston 2 continuant sa course comprime le liquide dans le circuit AV et  provoque le freinage des roues AV

 Nivocode:    indique au conducteur la suffisance de liquide de frein dans le réservoir du maître-cylindre

 Indicateur de freinage:       commande les deux feux de stop généralement la commande est  mécanique

 I.C.P= indicateur de chute de pression

MAÎTRE-CYLINDRE (simple)
 

Maître-cylindre / freinage:

Cessation de freinage:

Maître-cylindre / Repos:
 

Mastervac fonctionnement:

Organisation du mastervac:

    P.A= pression atmosphérique
   AR= arrière
   AV= avant

 Hydrovac:  Renforce la pression émise par le maître-cylindre, le circuit est placé après le maître-cylindre,  action commandé par la dépression du moteur

 Mastervac:  Renforce l'action du conducteur lorsqu'il appuie sur la pédale de frein placé avant le   maître-cylindre, commandé par la dépression du moteur et l'action mécanique de la pédale de frein. utilisé sur les véhicules européens

position arrêt:

Les chambres A et B sont mis à la dépression le piston est en équilibre l'action de son ressort est prépondérante le distributeur est en butée vers la droite est en contact avec le clapet déformable

 début de freinage:

1 phase : sous l'action de la pédale de frein, la tige de poussée ce déplace le clapet déformable vient en  contact de sa portée, ce qui ne permet plus la communication  entre la chambre A et B est resté à la dépression

freinage assistance:

La tige de poussée continue d'appuyer sur le distributeur, qui vient en butée vers la gauche, le clapet  déformable étant en butée,  il y a donc mise à la pression atmosphérique de la chambre B. Le piston ce déplace  entraînant avec lui le  disque de réaction qui fait ce déplacer le piston du maître-cylindre   

stabilisation:

Sous la réaction de la pression du maître-cylindre, le disque de réaction ce déforme et repousse le  distributeur contre le clapet.  La chambre B est donc isolée de la P.A le piston ce stabilise et maintient la pression dans le circuit de freinage.

Augmentation du freinage:

Si on désire augmenter le freinage, la tige de poussée fait avancer de nouveau le distributeur et on est ramené à la phase  freinage

Cessation de freinage, retour au repos:

Le conducteur lâche la pédale, la tige de poussée est ramenée par le ressort, le distributeur revient en  contact avec le  clapet déformable le repousse ce qui permet la communication entre la chambre A et B

Freins à disque à étrier fixe:

Remarques:  Au moment du freinage, lors du déplacement du piston je joint (5) torique ce déforme, ce qui permet lors  du cessation du freinage le rappel du piston

Freins à disque à étrier flottant:

Rattrapage de jeu automatique:
 

Repos:

Soupape double effet Montage 4 freins à disques

La soupape double effet est inexistante afin d"éliminer toute pression résiduelle  (l'étanchéité du piston ainsi que le rappel est assuré par le joint torique)

Montage mixte:

Répartiteur double effet:

Pour effet E1 sur la pédale la soupape s'appuie et limite la pression à la valeur de P1 dans le circuit arrière, si E augmente  l'ensemble piston soupape se déplace et renforce la pression dans le circuit des roues arrières.

Répartiteur à tarage variable:

En fonction de la charge C à l'arrière du véhicule au moment du freinage pour un effort E sur la pédale, la pression P est  limitée dans le circuit arrière alors quel  continu d'augmenter dans le circuit avant

Répartiteur simple effet:

A partir d'un effort sur la pédale, le répartiteur limite la pression dans le circuit des roues arrière à la valeur de P1, il est noter que la pression continue à croître dans le circuit avant

Cylindre de roue:

Amélioration frein à segment:

Surface des garnitures différentes f de 3=F de 4 surfaces de 1 supérieur à la surface 2 pression 1 inférieur  à pression 2 repère 1 mâchoire engageante repère 2   mâchoires dégageante

  F=PxS
  F= force en bar, P= m/dans S=section en cm3

Dispositif à 2 cylindres récepteurs (1 par garniture) la disposition des cylindres par rapport au sens de rotation rend les 2 garnitures engageantes

Freins auto-serreurs . système BENDIX , montage flottant au moment du freinage la garniture primaire par intermédiaire de la biellette 3 s'appuie sur la garniture secondaire la surface des mâchoires (garnitures) est identique

Système qui n'est plus utilisé, cependant chaque mâchoires comporte deux cames de réglage 2 talons

Seul la pointe ce règle par l'excentrique (r1) le talon 3 ce centre automatiquement, le ressort (r2) rappel le talon à la cessation du freinage

Remarques: Conclusion, déséquilibre entre la puissance de freinage du segment primaire et celle du  secondaire, le segment primaire s'use plus rapidement

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