Comment fonctionnent vos freins ?

28 Août 2017 | Infos conducteur

Système primordial de la voiture, le système de freinage est LE mécanisme qui assure notre sécurité ainsi que celle de nos passagers. Élément à ne pas négliger, le système de freinage d’une voiture doit être entretenu et contrôlé régulièrement afin de garder un fonctionnement optimum. Tout conducteur est amené à utiliser 3 types de freinage sur sa voiture : le freinage principal, celui actionné grâce à la pédale de frein, le frein moteur, souvent utilisé lors des descentes et le frein de stationnement, utilisé pour immobiliser le véhicule ou en cas de freinage d’urgence.

Nous les utilisons quotidiennement mais savez-vous réellement ce qu’il se passe sous le capot lorsque vous actionnez l’un de ces freins ? Avatacar.com vous explique tout sur le système de freinage !

 

Fonctionnement global du système de freinage

Le système de freinage permet de diminuer la vitesse d’un véhicule jusqu’à son arrêt complet, il utilise le principe de friction entre deux surfaces en contact qui se trouvent en mouvement relatif.

L’efficacité d’un freinage dépend du poids du véhicule, de la vitesse, de la force exercée et des matériaux de friction (disques et plaquettes) utilisés sur les surfaces de freinage. La puissance de freinage est environ 7,5 fois plus importante que celle du moteur. Avec une force de 14kg exercée sur la pédale de frein, la force de freinage appliquée sur une roue avant peut dépasser les 2 tonnes et 1,4 tonnes sur une roue arrière. La température des éléments en friction peut atteindre les 800° et 70% du freinage s’effectue sur les freins avant.

Dans un système de freinage tous les composants sont liés les uns aux autres, c’est la pression hydraulique qui permet de les faire fonctionner.

La commande de freinage s’effectue à partir du maitre-cylindre, pièce maitresse du système sur laquelle est raccordé le réservoir de liquide de frein, c’est en quelque sorte le même principe qu’une seringue à laquelle seraient raccordés 4 tuyaux, un pour chaque roue !

Quand le conducteur appuie sur la pédale de frein, la force qu’il utilise sur la pédale est transmise au servofrein, lui-même relié par des leviers et tiges à la pédale, qui transfère alors cette puissance au maitre cylindre. C’est donc votre force d’appuie qui déterminera la puissance de votre freinage.

Lorsque le conducteur exerce une pression sur la pédale de frein, le maitre cylindre va alors pousser le liquide de frein (pression hydraulique) dans les canalisations jusqu’aux étriers (pour les freins à disques) ou cylindres de roues (pour les freins à tambours). Ces canalisations sont montées en deux circuits croisés : un qui contrôle la roue avant gauche et la roue arrière droite et le deuxième la roue avant droite et la roue arrière gauche; ce fonctionnement optimise le système de freinage qui restera alors équilibré en cas de problème avec l’un des deux circuits.

La pression hydraulique exercée par le maitre cylindre va ainsi permettre aux pièces de friction d’entrer en contact (les plaquettes de frein avec les disques oules segments avec les tambours) afin de ralentir la rotation des disques ou tambours qui sont solidaires des roues pour freiner ou arrêter le véhicule.

Système de freinage

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Les composants du système de freinage et leur fonctionnement

Aujourd’hui la majorité des véhicules sont équipés de freins à disque à l’avant et à l’arrière, cependant quelques voitures citadines ou certains utilitaires conservent des freins à tambour, uniquement à l’arrière. 

Les deux types de frein

Tous les véhicules sont équipés de deux systèmes de freins distincts, le frein de service et le frein de stationnement. Un autre système connu, le frein moteur, peut lui aussi être utilisé pour ralentir le véhicule.

Frein de service

  • Le maitre-cylindre : c’est la commande mère du système
  • Le liquide de frein : Sans lui, plus rien ne fonctionne ! Son remplacement est préconisé environ tous les deux ans. Un liquide usé provoque une absence de lubrification du système et des fuites prématurées, ainsi que des risques de vapor lock* causé par un taux important d’humidité (*dysfonctionnement du carburateur dû à l’absence d’essence ou de diesel, ce qui créé des difficultés à démarrer ou un moteur qui cale).
  • Les flexibles : Ils relient les canalisations rigides aux étriers de frein. Ils sont en caoutchouc et doivent être vérifiés à chaque visite de contrôle.
  • Les étriers : Organe hydraulique dans lequel viennent se loger les plaquettes, plus communément appelé « la pince ».
  • Les plaquettes de frein : deux plaquettes par roue, disposées de part et d’autre du disque de frein. Pièces consommables : les garnitures, souvent munis d’un témoin d’usure qui allumera le voyant pour informer le conducteur du changement à prévoir.
  • Les disques de frein : Solidaire du moyeu sur lequel est fixée la roue, sa rotation sera ralentie ou stoppée par la friction des plaquettes de frein sur sa portée. Sur les véhicules récents, équipés d’ABS ou ESP, on constate un remplacement de disques pour deux remplacement de plaquettes en moyenne. Le frein à disque est progressif et demande une grande pression pour devenir très efficace.
  • Le kit de frein à tambour : composé de cylindre de roue (organe hydraulique) et de segments de frein qui s’écartent vers l’extérieur sous la pression, deux mâchoires viennent alors frotter l’intérieur du tambour, ce qui permet de ralentir et immobiliser le tambour de frein (les pièces consommables sont les garnitures). Le remplacement du kit de frein est à prévoir environ tous les 100 000 kms.

 

Frein de stationnement

On utilise majoritairement le système de frein de stationnement pour l’immobilisation complète du véhicule, il peut être utilisé lors des démarrages en côte et parfois lors des freinages d’urgence. Le frein de stationnement possède plusieurs appellations : frein de stationnement, frein à main et frein de parking. Il peut être mécanique ou électrique.

Le fonctionnement du frein de stationnement mécanique est assuré par des câbles de frein (un pour chaque roue) qui, lorsque le conducteur tire sur le levier, viennent pousser les segments de frein sur les tambours : les mâchoires sont ainsi plaquées sur le tambour et bloquent les roues, la rotation devient impossible. Le véhicule est immobilisé.

Depuis quelques années, le frein de stationnement est devenu électrique sur les nouveaux modèles de voiture. Ce système, lancé par Renault sur Laguna et Scénic, se démocratise de plus en plus chez les constructeurs.

Il existe deux systèmes de frein de stationnement électrique ou EPB (Electronic Parking Brake) en Français FSE (Frein de Stationnement Électrique) :

  • Un système piloté par câbles (le levier de frein à main est remplacé par un moteur électrique, placé sous le siège du conducteur, qui tire sur les câbles de serrage des disques de frein arrière)
  • Un système par étriers électro-hydrauliques (petit moteur électrique sur chaque étrier qui pousse le piston)

Le fonctionnement du système FSE est très simple : il serre automatiquement le frein de stationnement à chaque coupure du moteur ou à chaque activation de sa commande. Celui-ci se desserre au redémarrage de la voiture, le desserrage peut se faire également manuellement en appuyant soit sur la pédale de frein, soit sur la pédale d’accélération.

Un des avantages de ce système est de permettre au conducteur d’avoir une assistance lors des démarrages en côte (activation dès 3% de pente), en effet le frein de stationnement peut rester actif jusqu’à 2 secondes après avoir lâché la pédale de frein.

Pour chacun des deux systèmes, l’intervention d’un professionnel équipé de l’outil de diagnostic électronique s’impose lors du remplacement des garnitures de frein arrière.

Deux autres systèmes bien connus viennent complémenter le système de freinage : les systèmes ABS et ESP.

Le système ABS (Anti Blocking System) est rendu obligatoire par la Commission Européenne depuis 2004 pour tous les constructeurs. Cependant beaucoup de véhicules en étaient d’ores-et-déjà équipés, sachant que cette invention date de 1936.

Le principe de fonctionnement de l’ABS est de diminuer l’instabilité du véhicule lors de freinage extrême en empêchant le blocage des roues. Pour cela, lors d’un fort freinage, l’ABS régule la pression hydraulique du liquide de frein afin d’éviter que le blocage complet des roues ne se fasse. Le freinage est alors automatiquement réalisé par l’ABS qui effectue un freinage par pompage (freinage par à-coups). Ce procédé apporte au conducteur un meilleur contrôle du véhicule qui peut alors changer sa trajectoire et ainsi éviter une éventuelle collision avec d’autres véhicules.


Système de freinage ABSExplania

Le système ESP (Electronic Stability Program), système de correction de trajectoire, est quand à lui rendu obligatoire sur tous les nouveaux modèles depuis le 1er novembre 2014.

Ce système offre une aide précieuse dans les situations de braquage d’urgence (par exemple, éviter de percuter un obstacle survenu sur la route), il permet de stabiliser le véhicule et de limiter les risques de dérapage. L’ESP peut agir sur le frein, le moteur et même sur la boite de vitesse, la voiture est pour cela munie de plusieurs capteurs :

  • un capteur de vitesse au niveau de chaque roue,
  • un capteur de lacet pour la vitesse de rotation du véhicule,
  • et un capteur d’angle de volant qui enregistre la direction indiquée par le conducteur.

Ces capteurs sont directement reliés au calculateur ESP qui, en fonction de la situation du véhicule, activent ou non le système ESP.

Lors de son activation, l’ESP applique la direction voulue par le conducteur en agissant sur les différents points de contrôle pour éviter tout dérapage du véhicule. Par exemple, dans le cas d’un braquage brusque, l’ESP freinera certaines roues du véhicule pour maintenir une direction la plus stable possible et ainsi empêcher la voiture de chasser sur le côté.

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Frein moteur

Très souvent utilisé pour ralentir le véhicule lors de différentes situations (descentes, arrivée à des carrefours,…), le frein moteur est une des solutions de freinage indépendante des deux autres systèmes précédemment cités.

Le fonctionnement du frein moteur consiste à utiliser l’inertie même du moteur pour le freiner.

Lorsque le conducteur passe une vitesse inférieure à celle enclenchée et qu’il lève le pied de l’accélérateur (ou aussi lorsque l’on cesse complètement d’appuyer sur la pédale d’accélération) le moteur n’est, à ce moment, plus alimenté en carburant. Les roues en revanche, avec le changement de vitesse, continuent de tourner (grâce aux pignons de la boîte de vitesse, eux-mêmes reliés au moteur) ce qui entraine donc machinalement le moteur. C’est ce qu’on appelle la décélération du véhicule.

L’avantage est que le frein moteur n’utilise pas de carburant, ce qui apporte une conduite plus économique, et qu’il diminue fortement l’utilisation des plaquettes de frein, limitation de leur usure.

L’ensemble du système de freinage est capital pour votre sécurité, il est donc important de bien l’entretenir et de le faire contrôler régulièrement pour éviter toute surprise désagréable en conduite !

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