le systÈme de freinage -...

LE SYSTME DE FREINAGE

LPO G. Monge - P. Mohen

Nom Doc. Professeur Prnom Classe


2LPO G. Monge - P. Mohen

1/ Ncessit du systme

L'tude suivante portera sur les systmes de freinage classiques sans "ABS" (systme anti-blocage des

roues).

Prambule

L'utilisation d'un vhicule oblige le conducteur a rguler sa vitesse en fonction de la circulation (trafic,

feux tricolores, stop, cder le passage) et des diffrents obstacles rencontrs. Les rsistances

l'avancement (rsistance au roulement, l'air ou la pente) n'tant pas suffisantes pour ralentir ou arr-

ter rapidement le vhicule, il sera ncessaire d'avoir recourt un systme de freinage.

Conclusion :

Le systme de freinage permet de rduire, de manire contrle par le conducteur, la vitesse du vhicule et de l'immobiliser lorsqu'il est l'arrt.

3/ Conditions remplir

Pour que le systme rponde aux exigences du conducteur en toute scurit et aux normes en vigueur,

celui-ci devra tre :

Efficace : dure et distance de freinage rduite, Stable : conservation de la trajectoire du vhicule, Progressif : freinage proportionnel l'effort du conducteur, Confortable : effort rduit pour le conducteur.

2/ Principe de fonctionnement

La dclration du vhicule est obtenue mcaniquement par le ralentissement des roues. Ce ralentis-

sement s'accomplit par transformation de l'nergie cintique initiale en nergie calorifique, au moyen

d'un frottement entre deux lments : l'un li au chssis du vhicule, l'autre li la roue.

4/ Frontire d'tude



5/ Analyse fonctionnelle

6/ Analyse technologique

1 Freins disque 6 Freins tambour

2 matre cylindre 7 Correcteur de freinage

3 Rservoir de liquide 8 Cbles de frein main

4 Voyants d'alerte et d'tat 9 Levier de frein main

5 Assistance (servofrein) 10 Canalisations et flexibles



6.1/ Les freins disque

a/ Fonction :

Transformer l'nergie cintique en nergie calorifique par frottement.

b/ Constitution :

1 Disque

2 trier

3 Flexible de frein

4 Vis de purge

5 Plaquettes

c/ Les disques :

Il existe deux types de disques :

Les disques pleins, Les disques ventils pour un meilleur re-

froidissement.

plein ventild/ Les triers :

Les triers flottants Les triers fixes

1 Vis de purge 6 Soufflet de colonnette

2 Piston 7 trier

3 Joint d'tanchit 8 Plaquettes

4 Capuchon de protection 9 Support d'trier

5 Agrafe ou ressort anti-bruit 10 Colonnette



e/ Fonctionnement :

Les triers flottants Les triers fixes

Lorsque le conducteur sollicite la commande de

freinage, le liquide se dplace dans les canalisa-

tions jusqu'aux pistons. Le flux d'huile pousse le

piston qui, son tour, pousse la plaquette contre

le disque. L'trier se dplace alors sous la pres-

sion du liquide et ramne l'autre plaquette contre

le disque en le pinant.

Lorsque le conducteur appuie sur la pdale de

frein, le liquide se dplace dans les canalisa-

tions jusqu'aux pistons. Ceux-ci se dplacent et

poussent les plaquettes contre le disque en le

pinant.

Au freinage, l'avance des pistons entrane la dformation des

joints. Lorsque le freinage cesse, les joints reprennent leur

forme initiale. Les pistons sont ramens en position repos et le voile du disque participe au retour des

plaquettes au repos.

6.2/ Les freins tambour

a/ Fonction :

Transformer l'nergie cintique en nergie calorifique par frottement.

b/ Constitution :

1 Flasque

2 Vis de purge

3 Cylindre rcepteur

4 Ressort de rappel

5 Mcanisme de rattrapage de jeu

6 Ressort de biellette

7 Maintien latral des segments

8 Segment secondaire (tendu)

9 Tambour

10 Ressort de maintien

11 Segment primaire (comprim)



c/ Les cylindres de roue :

C'est un rcepteur hydraulique qui permet de transformer la

pousse du liquide en dplacement mcanique des segments. Il

comporte la vis de purge.

d/ Les segments ou mchoires de frein :

En tournant, le tambour a tendance entraner les segments.

De ce fait, le segment primaire (1) (ou comprim) va s'arc-bouter

sur son appui, ce qui augmente le frottement et donc le freinage.

C'est le phnomne d'enroulement.

Nota : sa garniture est dcale vers le bas.

Au contraire, le segment secondaire (2) (ou tendu) a tendance

tre repouss et donc prendre moins d'appui sur le tambour.

Le frottement et le freinage sont plus faibles.

Nota : sa garniture est dcale vers le haut.

e/ Les mcanismes de rattrapage de jeu :

Ce systme est ncessaire afin de maintenir constant l'cartement entre les garnitures et le tambour et de ce fait, maintenir une course constante la pdale malgr l'usure des garnitu-res.

Les freins tambour se caractrisent principalement par leur systme de rattrapage de jeu.

Le systme "Bendix" Le systme "Lucas" ("Girling")



6.3/ La commande hydraulique : le matre cylindre tandem

a/ Fonction :

Transformer l'nergie mcanique en nergie hydraulique. Doser et dis-tribuer cette nergie.

b/ Principe de l'amplification :

La premire amplification est ralise par la pdale. L'effort du conducteur sera multipli en fonction

de la longueur des bras de levier.

F1 = effort conducteurF2 = force applique au matre cylindre

ABF

ABFF

BFAF==

=112

12

Ex : F1 = 10 daN ; A = 20 mm ; B = 160 mm

8020160102 ==F F2 = 80 daN

La seconde amplification est ralise par la diffrence de surface entre les pistons metteurs et les

pistons rcepteurs :c'est l'amplification hydraulique.

Selon le thorme de Pascal : "la pression

sur le surface d'un liquide est identique en

tous points" (les liquides sont incompressi-

bles).

On utilise alors la relation existante entre

la pression, la force et la surface :

SFp =

1212

22

11

SSFF

SF

SFp === Ex : S1 = 1 cm ; S2 = 5 cm ; F1 = 80 daN

4001580

1212 ===SSFF

F2 = 400 daN



c/ Constitution :

1 Tige de pousse 7 Sortie circuit primaire 13 Coupelle d'tanchit entre cir-

2 Jonc d'arrt 8 Ensemble piston se- 14 Bute de repos du piston se-

3 Ensemble piston pri- 9 Sortie circuit secondaire 15 Ressort du piston primaire

4 Trous d'alimentation 10 Bouchon 16 Coupelle primaire du piston pri-

5 Trous de dilatation 11 Ressort piston se- 17 Coupelle secondaire du piston

6 Corps du MC 12 Coupelle primaire du pis- 18 Rondelle bute

d/ Principe de fonctionnement :

Le matre cylindre tandem est compos de deux ensembles : l'ensemble primaire et l'ensemble se-

condaire. Il permet d'alimenter distinctement mais simultanment deux circuit de freinage.

Freinage :L'action de conducteur sur la pdale entrane le dplacement de la tige de pousse et des pistons. Les

coupelles primaires viennent obturer les trous de dilatation.

Lorsque les garnitures de frein sont en contact avec les tambours et les disques, la pression monte

dans les deux circuits.



D freinage :Ds que le conducteur lche la pdale de frein, les pistons, sous

la pousse de leur ressort, reviennent plus vite que la colonne

de liquide. Il se cre une lgre dpression dans les circuits et le

liquide de frein est alors "aspir" et passe par les trous de com-

pensation des pistons jusqu' ce que les trous de dilatation du

matre cylindre soient dcouverts. Le liquide de frein retourne

dans le rservoir.

e/ Tableau de fonctionnement :

Repos Freinage

Position Piston 1 Piston 2 Pression circuit 1 Pression circuit 2 Course pdale

ReposAu repos grce

son ressortAu repos grce

son ressortPa Pa

FreinageAvance, command mcaniquement par la tige de pousse

Avance, command hydrauliquement

par la pression qui s'tablit dans le

Normale selon l'ac-tion du conducteur

Normale selon l'ac-tion du conducteur

Courte

Circuit primaire dfaillant Circuit secondaire dfaillant

Position Piston 1 Piston 2 Pression circuit 1 Pression circuit 2 Course pdale

Freinage cir-cuit 1 dfail-

lant

Avance, command mcaniquement par la tige de pousse

Avance, command mcaniquement par la bute du piston

primaire

Faible ou Pa Normale Longue

Freinage cir-cuit 2 dfail-

lant

Avance, command mcaniquement par la tige de pousse

Avance, command hydrauliquement

par la pression qui s'tablit dans le

Normale ds que le piston 2 a pris appui

sur le fond de la chambre

Faible ou Pa Longue

6.4/ Le circuit hydraulique

a/ Fonction :

Transmettre l'nergie de freinage vers les orga-

nes de freins.



b/ Les ralisations les plus courantes :

Circuit en I Circuit en X Circuit en H ou double I

c/ Le liquide de frein :

T bullition sec

T bullition humide

DOT 3 205 C 140 C

DOT 4 230 C 155 C

DOT 5 (liquide silicone) 260 C 180 C

DOT 5.1 260 C 180 C

Les liquides de freins sont avides d'eau : ils absorbent l'humidit de l'air. Si leur teneur en eau atteint 3 % (aprs environ deux ans d'utilisation) leur temprature d'bulli-

tion chute de 80 90 C.

Important : Les liquides d'origine diffrente ne sont pas miscibles entre eux.

Ils sont d'origine :

Minrale (LHM) : Ils sont trs peu utiliss (Citron, Rolls-Royce) et sont de couleur rouge ou vert.

Synthtique : Ce sont les plus utiliss et sont classs par normes en fonction de leur point d'bullition : DOT3, DOT4 et DOT5.1. Ils sont de couleur ambre.

Silicones : DOT 5. Ils sont trs peu utiliss et sont de couleur violette.

6.5/ La commande mcanique :

a/ Fonction :

Maintenir l'arrt le vhicule.

b/ Constitution :

1 Levier de frein main

2 Tige de rglage

3 Palonnier

4 Cble de frein

5 Secteur dent

6 Contacteur de frein main



c/ Fonctionnement :

Le conducteur actionne le levier en le faisant pivoter sur son axe. Celui-ci

reste en position aprs enclenchement des crans de verrouillage. Par l'in-

termdiaire du palonnier, les cbles (1) se tendent et entranent les leviers

(2) situs dans les organes de frein ( l'arrire dans la majorit des cas).

Ces leviers agissent soit :

En cartant les segments de frein afin de les mettre en contact avec le tambour (frein

tambour),

En poussant les pistons qui appliquent les plaquettes contre les disques (frein dis-

que).

6.6/ Les tmoins de dysfonctionnement

Ce voyant est de couleur rouge ce qui implique l'arrt immdiat du vhicule suivant les conditions de circulation.

Il indique une anomalie de fonctionnement sur le circuit de freinage (baisse du niveau de li-

quide de frein ou frein main mal desserr).

Ce voyant est de couleur rouge ce qui implique l'arrt immdiat du vhicule suivant les conditions de circulation.

Il indique une usure trop importante des plaquettes de frein (si le systme en est quip).

a/ Les voyants au tableau de bord :

b/ Le niveau de liquide de frein :

c/ La position du levier de frein main :

d/ L'usure des plaquettes :



6.7/ Les correcteurs de freinage

a/ Ncessit :

Lors d'un freinage, il y a un transfert de charge dynamique de l'arrire vers l'avant. L'essieu avant se

trouve surcharg alors que l'essieu arrire se trouve dlest. De ce fait, l'adhrence des roues avant

augmente alors que celle des roues arrires diminue.

Il faut donc diminuer la force de freinage sur les roues arrires pour viter leur blocage (risque de "tte

queue"). La force de freinage des roues avant peut tre augmente, le risque de blocage tant moins

important.

b/ Fonction :

Limiter la pression de freinage des roues arrire pour viter leur blocage.

c/ Les diffrents correcteurs de freinage :

Les limiteurs :

Limiteur simple, Limiteur asservi la charge.Les compensateurs :

Compensateur simple, Compensateur asservi la charge, Compensateur intgr.

d/ Les limiteurs :

1 Bouchon

2 Rglage

3 Levier

4 Corps

5 Ressort

6 Joint

7 Piston

8 Clapet

P1 Pression du MC

P2 Pression vers freins ARLimiteur simple Limiteur asservi

Au repos :La communication entre le matre cylindre (MC) et les rcepteurs arrire

est permise.

Freinage sans limitation :Lors du freinage, la pression provenant du MC agit sur le clapet (S1).

Tant qu'elle est infrieure au tarage du ressort, la pression vers les rcep-

teurs arrire n'est pas limite.



Freinage avec limitation :La pression provenant du MC est suprieure au tarage du ressort. Le clapet se

ferme, la pression dans le circuit arrire ne peut plus s'lever : c'est la limitation.Dfreinage :La pression provenant du MC chute, le ressort repousse le clapet vers le bas, le

circuit entre l'avant et l'arrire est rtabli.

Courbe caractristique d'un limiteur simple Courbe caractristique d'un limiteur asservi

Effort la pdale (daN)

Chargesur

l'essieuAR

Pression (Pa)

700kg

450 kg

AV

AR

e/ Les compensateurs :

la diffrence des limiteurs, les compensateurs ne limitent pas la pression des freins arrire une va-

leur dfinie mais autorisent, partir d'une certaine valeur, une pression arrire moins leve mais pro-

portionnelle la pression du circuit avant.

1 Ressort

2 Corps

3 Piston tag

4 Clapet

5 Bouchon avec poussoir

P1 Pression MC

P2 Pression freins ARCompensateur simple



Les vhicules quips de double

circuit de freinage en X et de freins

tambour l'arrire peuvent recevoir

des compensateurs intgrs dans

les cylindres rcepteurs.

Pression (Pa)

Effort la pdale (daN)

AV

AR

Pression de coupure

Remarque :

Les correcteurs hydromcaniques tendent disparatre au profit des rgulations lectroniques de frei-

nage (mont sur les systmes "ABS" rcents).

6.8/ L'assistance dpression

L'assistance dpression, aussi appele servofrein ou master vac, est intercale entre le pdalier et le matre cy-lindre.

a/ Fonction :

Amplifier l'effort du conducteur.

b/ Constitution :

1 Tige de pousse 7 Piston moteur

2 Piston plongeur 8 Canal de communication

3 Canal de communication 9 Clapet de communication

4 Rondelle de raction 10 Filtre

5 Clapet anti-retour A Chambre arrire

6 Ressort de rappel B Chambre avant



c/ Principe de fonctionnement :

Phase reposLe clapet de communication (1) est ouvert, le clapet

de pression atmosphrique (2) est ferm.

Les chambres avant (B) et arrire (A) sont soumises

la pression moteur et le ressort repousse le piston

vers larrire.

Phase dactionLe clapet (1) est ferm, le clapet (2) est ouvert.

La chambre A est soumise la pression

atmosphrique, la chambre B une "dpression"

do le dsquilibre du piston et lassistance de leffort la

pdale.

7/ Maintenance

Origine de la dpression :

Pour un moteur essence : pression moteur (collecteur d'admission), Pour un moteur diesel : pompe vide.

7.1/ Contrle du circuit de freinage

Les canalisations de freins doivent tre inspectes chaque monte du vhicule sur un pont lvateur.

Les flexibles doivent retenir une attention plus particulire. Les contrles visuels porteront sur l'absence

de fuite, de fissures, d'hernies et de chocs.

7.2/ Contrles des pices d'usure

L'paisseur des plaquettes et des

segments ainsi que le diamtre

intrieur du tambour sont mesur

avec un pied coulisse. L'pais-

seur du disque est mesur avec

un micromtre. Le voile du disque

est mesur avec un comparateur.

Chaque mesure effectue est compare une valeur de rfrence constructeur

(valeur mini pour les paisseurs et valeur maxi pour le diamtre du tambour et

le voile du disque) pour dterminer les lments remplacer.

Nota : Tous les lments d'usure se changent par paire.

Nota : Le remplacement des disques impose le montage d'un jeu de plaquettes neuves.



7.3/ Contrle de la pression de freinage

Pour contrler la pression sur chaque rcepteur, il faut brancher sur

les vis de purge des manomtres.

Nota : Cette intervention permet de vrifier la bonne rpartition de la

pression et le rglage du correcteur de freinage (si rglable).

7.4/ Purge du circuit de freinage

chaque ouverture du circuit (ouverture d'un raccord), il est impratif de chasser l'air du circuit en le

purgeant.

Cette intervention doit se faire seul l'aide d'un appareil de purge ou ventuellement deux (mthode

dite " la pdale").

Nota : Respecter l'ordre de purge prconis par le constructeur.

Nota : Le liquide de frein doit tre remplac environ tous les ans (DOT 5.1) ou tous les deux ans (DOT

4).

7.5/ Rglage du frein main

Aprs chaque dpose des garnitures, des c-

bles ou du levier (le frein main tant le plus

souvent sur les freins arrire), il sera ncessaire

de rgler la tension des cbles du frein main.

Nota : Le rglage s'effectue le plus souvent au

niveau du palonnier soit dans l'habitacle soit

sous le vhicule.

8/ Autres solutions technologiques

Actuellement, tous les systmes tendent tre gr par un calculateur. Les systmes de freinage r-

cents sont tous des systmes antiblocage de roues de type "ABS".

De mme, certains vhicules sont quips de frein de stationnement lectrique et automatique (ex :

Espace IV, Scenic II).

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