Comment fonctionne le système de freinage d’une voiture ?

Comment fonctionne le système de freinage d’une voiture ?

Dans un article précédent, nous avons vu l’importance et la variété des moteurs de voitures possibles. Néanmoins, faire avancer ou reculer celle-ci est une chose, mais qu’en est-il de l’arrêter ? C’est là que les freins entrent en jeu. 

Mais que contient un système de freinage ? Cela dépend du système choisi. Aujourd’hui, avec des freins à disque, on retrouve des plaquettes de frein, des disques par exemple. En revanche, il existe une multitude d’autres types de freins comme hydraulique, qui est utilisé dans des compétitions de vélo avec le liquide qui se propage dans le système pour mettre en route le système de frein. 

A quoi sert un système de freinage sur une voiture ?

Les freins permettent de ralentir le véhicule partiellement, ou alors jusqu’à l’arrêt complet.

L’efficacité de ceux-ci diffèrent : en fonction du poids, de la taille du véhicule, de la vitesse, de la pression sur la pédale, des conditions météorologiques, du système dédié, de l’usure des composants… énormément de variables disponibles, ce qui rend difficile d’établir une généralité pour un freinage parfait.

Prenons l’exemple d’une voiture. Avec le moteur, il y a déjà un frein : le frein moteur. Cela va permettre de ralentir le véhicule lorsque l’on lâche la pédale d’accélérateur pour éviter la roue libre. Si on appuie sur la pédale de frein, la force exercée sur les roues avant peuvent aller jusqu’à deux tonnes pour une voiture classique.

On peut atteindre cette force en appuyant avec une pression de 14kg. Pour une F1 par exemple, la pression exercée par un pilote sur la pédale de frein peut varier entre 40 et 160 kg. Je vous laisse faire le calcul pour la force exercée sur les pneus…

Les freins fonctionnent avec de la friction, comme sur les vélos par exemple lorsque l’on appuie sur le frein, les patins viennent émettre une friction sur la roue avant. Là c’est pareil pour une voiture, mais avec des températures allant jusqu’à 800°C. En F1, ils peuvent dépasser les 1000°C. Ils atteignent ces températures en partie avec le freinage dégressif. Ce système fonctionne notamment grâce au liquide de frein. N’oubliez pas de le changer tous les 2 à 4 ans suivant le constructeur et ses recommandations. 

Sur nos voitures, il y a également des aides pour le freinage. Il y a d’ailleurs tout un système d’aide à la conduite

On peut citer notamment l’ABS qui a été une invention exceptionnelle pour l’automobile en termes de sécurité et d’aide pour la conduite. ABS signifie AntiBlocage Système. Son but ? éviter que la roue se bloque lorsque nous faisons un freinage. Cela veut dire que même en pilant, la force du freinage va se répartir, et continuer à freiner, sans même bloquer les roues. Une avancée technologique exceptionnelle qui évitera de nombreux drames. 

Il existe aussi l’ESP. Son but est de vraiment stabiliser la voiture lors d’un freinage, en répartissant vraiment les forces de la voiture dans tous ses recoins. Cependant, la sortie de route est toujours possible ! Ce n’est pas un remède magique. 

Enfin, on peut rajouter l’AFU. L’Aide au Freinage d’Urgence est là pour, comme dit son nom, aider le conducteur/trice, lorsqu’il y  un freinage d’urgence. L’ABS va aider à ne pas bloquer les roues, et l’AFU va amplifier la force de freinage jusqu’à la limite du blocage de roue pour vous aider à freiner fort, très vite.

Les systèmes de freinage utilisés dans l’automobile

Le frein à l’ancienne

Comme son nom l’indique, ce système est vraiment… ancien. C’est apparu lors des premiers véhicules motorisés, mais a fait preuve d’une grande inefficacité, et une dangerosité extrême. En effet, c’est comme si nous mettions un frein à vélo sur une voiture. Impossible d’arrêter la voiture. Ford a néanmoins essayé d’améliorer ce système de freinage, mais sans succès. Une amélioration était plus que nécessaire. Le gros avantage, c’est que le prix était vraiment faible. C’était acceptable pour les véhicules de l’époque, mais avec l’apparition de plus gros moteurs et plus de puissance, c’était impossible de continuer avec ce système.

Le frein à tambour

Le frein à tambour est le système utilisé au 20ème siècle. Pour essayer de simplifier au mieux la compréhension de ce système, on va le décrire comme si vous étiez dans un toboggan. Si vous restez droits, vous ne toucherez pas les parois du toboggan et glissez jusqu’en bas. Cependant, si vous écartez les bras à l’intérieur, vous allez freiner votre descente et vous pouvez vous arrêter. Le système de freinage tambour est la même idée. Il y a une partie centrale appelée le moyeu qui reste fixe dans le cylindre. Deux mâchoires en forme d’arc sont présentes le long du tambour, et un ressort est au milieu pour leur permettre de s’écarter, et de les faire revenir à leur position initiale. Le seul problème de ce système, c’est que le freinage est assez aléatoire, et l’entretien est assez compliqué… Néanmoins, il est largement plus efficace que le frein à l’ancienne, et ne salit pas les jantes. Les garnitures (sur la photo), sont peu coûteuses, ce qui ne dérange pas pour les changer régulièrement.

Un système assez bon, beaucoup utilisé au 20ème siècle, même pour certaines catégories de course, mais aujourd’hui très peu utilisé, ou alors pour des freins arrière de petite voiture ou certains 4×4.

Le frein à disque

La naissance du frein à disque

Le frein à disque est le système commun de nos jours. Il a remplacé le freinage à tambour, qui commençait à montrer ses faiblesses. Avec ce système de freins à disque, on peut pallier les incertitudes de freinage du système à tambour. D’ailleurs, les avions ont très vite oublié le système à tambour pour passer à un système à disque. Même chose pour les voitures de courses, car demande de freinage important vis-à-vis de la vitesse qui augmente chaque année. Toutes nos voitures ont aujourd’hui des freins à disque, généralement sur les roues avant.

On doit cette invention à Jaguar, qui en 1953 avait inventé ce système pour équiper ses voitures pour les 24H du Mans. La DS, fût la première voiture de tourisme à être équipée de ce système en 1955.

Fonctionnement du frein à disque

Le disque est situé sur le moyeu (partie centrale). Deux patins viennent se serrer contre le disque de frein, provoquant un frottement qui entraîne le freinage voire l’arrêt du véhicule. Il faut faire attention, car une plaquette de frein s’use vite. 

On peut voir ici, les trois phases de la friction sur la partie centrale. Lorsque l’on regarde la première image, il n’y a pas de pression sur la pédale de frein. Sur la seconde, une pression est exercée partiellement. Enfin, sur la troisième, il y a une pression complète sur la pédale de frein.

Pour l’aspect esthétique, un système de freinage à disque est le plus beau et personnalisable. En effet, certaines marques, notamment de luxe, aiment accorder leur étrier à la couleur de la voiture.

Néanmoins, ce système est très salissant, car il dégage des nuages de particules de poussières entre autres lorsqu’un freinage, en principe assez important, est réalisé. On le voit souvent lors d’un GP de F1.

Si on regarde bien l’image, on peut voir à notre droite, au niveau de la roue de Max Verstappen un nuage de fumée noir, qui se dissocie du blanc du vibreur. C’est en effet, le nuage de particules des écopes de frein.

Lors de nos stages en FR 2.0, nous équipons évidemment nos monoplaces avec des freins à disque. Nous ne voulons pas tenter l’expérience avec les freins à l’ancienne… ils ne pourraient pas vous arrêter à plus de 200 km/h !

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