🧰 Le coup d'écrou #11 - Le freinage

Le freinage

Tout véhicule automobile doit être muni, suivant les dispositions légales, de deux systèmes de freinage. L’un est dit dispositif principal et l’autre est dit dispositif de secours. Chacun des deux dispositifs doit avoir des commandes indépendantes l’une de l’autre.

Le dispositif principal doit agir sur l’ensemble des roues du véhicule. Par contre, le dispositif de secours peut agir indifféremment sur les roues arrière ou sur les roues avant.

Les freins à commande par tiges et par câbles

Ce mode de commande n’est plus utilisé sur les véhicules modernes.

Le frein

Sur la pièce fusée (roue avant) ou sur l’extrémité de la trompette de pont (roue arrière) est rivée une plaque de tôle circulaire ou flasque de frein. Sur cette dernière sont fixés deux axes sur lesquels sont articulés deux segments de forme semi-circulaire, dont la section a la forme d’un T.

Sur la face externe de chaque segment est rivée (ou collée) une bande ou garniture, constituée par un treillis métallique enrobé d’une composition incombustible, et ayant un coefficient de frottement très élevé.

filetée de la tige de commande. Les deux segments sont maintenus constamment en contact avec la came par un ressort qui ramène les segments dans leur position de repos après le freinage.

Le tambour de la roue vient coiffer tout l’ensemble du frein de manière à ce que la face interne de la périphérie du tambour frôle, sans les toucher, les garnitures des segments, lorsque le frein est au repos.

Note : A la partie inférieure du flasque est fixé un conduit d’écoulement débouchant à l’extérieur du tambour afin que l’eau ou l’huile qui pourrait pénétrer accidentellement dans celui-ci ne reste pas à l’intérieur.

En exerçant une traction sur la tige de commande (vers la droite de la figure), le levier de la came pivote autour de son axe en faisant tourner la came. Celle-ci écarte les deux segments qu’elle appuie contre l’intérieur du tambour, assurant ainsi le freinage avec d’autant plus de force que l’action sur la commande est plus énergique.

L’énergie utilisée pour le freinage est transformée en chaleur qui se dissipe dans l’air ambiant. Pour que le frein soit efficace, il faut que la chaleur produite par le frottement se dissipe rapidement afin de ne pas causer de déformation du tambour ou des segments. Pour ce faire, les segments sont généralement en alliage léger coulé, à bonne conductibilité calorifique et les tambours, qui sont en fonte, doivent avoir une certaine épaisseur. Ces derniers sont parfois nervurés sur leur face externe pour avoir une plus grande rigidité et en vue d’une meilleure dissipation de la chaleur. Ils sont parfois fabriqué en alliage léger, bon conducteur de chaleur, et la bande de frottement, en fonte, est alors rapportée à l’intérieur.

Note : Lors du freinage, les extrémités des garnitures auraient tendance, si elles étaient à arêtes vives, à brouter à l’intérieur du tambour. Pour supprimer cet inconvénient, les extrémités des garnitures sont légèrement chanfreinées. On dit, dans la pratique, qu’elles sont détalonnées.

La pédale de frein agit par une tige sur un palonnier aux extrémités duquel sont fixés des leviers doubles qui, en pivotant avec le palonnier, exercent une traction sur les tiges de commande des leviers de cames.

Note : En agissant sur les écrous des extrémités des tiges, l’action du freinage peut être équilibré sur les deux roues opposées d’un même essieu.

Sur certains véhicules les tiges de commande sont remplacées par des câbles sous gaine dont les extrémités sont constituées par une tige filetée.

Dans ce type de freins, la force de freinage est fournie par le conducteur. Elle dépend de l’effort exercé par celui-ci ainsi que des rapports des longueurs des différents leviers mis en oeuvre. Ces freins peuvent être améliorés en efficacité sans que le conducteur ait à fournir un effort plus grand. Les freins ainsi améliorés sont désignés sous le nom de freins auto- serreurs.

Les freins auto-serreurs

Comme l’indique leur nom, ces freins sont à serrage partiellement automatique, grâce un montage particulier. C’est le tambour lui-même qui, en tournant, augmente l’intensité du freinage, par action sur les segments.
Ce frein, en plus d’être auto-serreur, peut comporter un dispositif de centrage automatique des segments, combiné avec un système de rattrapage de jeu des garnitures.

Le frein auto-serreur est monté sur un flasque fixé comme un frein ordinaire. Les segments ne présentent aucune particularité mis à part leur mode d’articulation sur le flasque. C’est dans la forme et le montage de la came que réside l’originalité de ce type de frein.
Grâce à ce dispositif, les segments pressés contre le tambour centrent automatiquement à l’intérieur de celui-ci.

Note : Lors du freinage, le système auto-centreur permet aux segments de se placer d’eux- mêmes dans le tambour. Toutefois, l’ensemble du dispositif doit être réglé auparavant une fois pour toutes.

Le frein de secours à main

Le frein à main ou frein de parcage doit être capable de maintenir à lui seul le véhicule à l’arrêt dans une déclivité de 18%. Sa commande doit être purement mécanique.
Le frein à main agit généralement par câbles tirés par le levier de commande, soit sur les freins avant, soit sur les freins arrière.

Ceci dit, le frein à main peut être du type à ruban, agissant sur un tambour solidaire en rotation de l’arbre de transmission. Le tambour est placé à la sortie de la boîte de vitesses. Le ruban, en tôle d’acier flexible, entoure le tambour sur presque tout son pourtour. Ses extrémités peuvent être rapprochées par un système de tige et de leviers, actionné par le câble de commande, ce qui a pour résultat le serrage du ruban sur le tambour. Ce type de frein s’échauffe très rapidement et il est vivement conseillé de ne pas l’utiliser pour l’arrêt du véhicule lorsque celui-ci est en marche.

Les freins à commande hydraulique

La commande hydraulique a remplacé sur la totalité des voitures de tourisme moderne la commande par câbles, cette dernière n’étant plus employée que pour le frein de secours.

Principe

La commande hydraulique est basée sur le principe de l’incompressibilité des liquides et sur la transmission des pressions au sein de ces derniers.
Dans le cylindre C1 coulisse un piston étanche P1 et dans le cylindre C2 un piston P2 également étanche. Un liquide quelconque remplit les deux cylindres et le conduit T.

Si le piston P1 est poussé dans le sens de la flèche, celui-ci exerce sur le liquide une poussée qui se transmet au sein du liquide jusqu’au piston P2 qui se déplace sous l’action de cette poussée.

Note : Les forces qui s’exercent sur les deux pistons sont du même rapport que celui des surfaces des deux pistons. Il est en de même pour le rapport de déplacement des deux pistons.

Le système de freinage hydraulique

Un système de freinage hydraulique se compose de trois parties :

-  Une pompe de commande ou maître-cylindre
-  Des cylindres récepteurs
-  Des canalisations

Le maître-cylindre ou pompe de commande

Il est placé sous le tablier du véhicule, derrière la pédale de frein. C’est un cylindre, en fonte, ouvert à une extrémité et percé à l’opposé d’un trou dans lequel se visse le raccord du conduit du liquide. Sur la partie supérieure du cylindre est raccordé un tuyau venant du réservoir de liquide. Parfois le réservoir est directement fixé sur la partie supérieure du cylindre.

A l’intérieur du cylindre, on y trouve le piston formé d’une partie cylindrique, et d’une partie tronconique évidée intérieurement dans laquelle s’engage la tige de poussée du piston. Des coupelles assurent l’étanchéité de chaque extrémité du piston et un jonc d’arrêt empêche le piston de sortir du cylindre. Un soufflet de caoutchouc ou cache poussière protège l’intérieur du cylindre de la boue et de la poussière.
Le réservoir est un petit récipient de tôle, de verre, ou de plastique fixé sur le tablier du véhicule et sur lequel se visse, à la partie inférieure, le tuyau d’alimentation du maître cylindre.

Note : Un trou de petit diamètre est percé dans le bouchon du réservoir afin que l’intérieur reste à la pression atmosphérique, quelle que soit la hauteur du niveau du liquide.

Le cylindre de roue

Le cylindre de roue est fixé à l’intérieur des flasques de freins, entre les extrémités des segments. Le cylindre est ouvert à ses deux extrémités et porte, sur le côté, deux orifices. Sur le premier se visse le raccord du tuyau d’arrivée du liquide et le deuxième, se situant au dessus du premier, est destiné à la purge du système.

Note : La purge consiste à supprimer toute présence d’air dans la commande.

A l’intérieur du cylindre coulissent deux pistons garnis sur leur face interne d’une coupelle de caoutchouc assurant l’étanchéité. Chaque piston est relié par une tige de poussée au segment de frein. Un cache-poussière en caoutchouc est fixé à chacune des extrémités du cylindre.

Les canalisations

On trouve dans une installation de freinage deux sortes de canalisations ; les unes sont rigides et les autres sont flexibles.
Les canalisations rigides sont fixées sur le châssis. Elles sont constituées par des tubes de cuivre. Les conduits flexibles sont employés entre les canalisations du châssis et les roues afin de permettre le débattement de celles-ci. Constituées de toile et de caoutchouc spécial, ils sont conçus pour résister à des pressions très élevées (jusqu’à 700 bars alors que la pression normale dans un système de freinage est de 70 bars) afin d’éliminer tout risque d’éclatement. Ils sont parfois gaînés en plus de fil d’acier afin d’en accroître encore la sécurité.

Fonctionnement

Lorsque le conducteur appuie sur la pédale de frein, la tige de poussée fait coulisser le piston du maitre-cylindre.

Dès que l’orifice (O2) est obturé, le liquide contenu en avant du piston est refoulé. Il passe par les trous de la soupape à double effet et appuie sur les bords de la coupelle souple qui s’incurvent vers l’intérieur. La poussée exercée par le piston se transmet aux cylindres de roues sous l’effet du liquide contenu dans les canalisations. Les pistons des cylindres de roue sont ainsi écartés et agissent sur les segments. Ceux-ci sont appliqués contre le tambour et le freinage s’effectue. Dès que l’action de freinage est terminée, les segments se rapprochent l’un de l’autre sous l’action du ressort de rappel et les pistons refoulent le liquide vers le maître-cylindre.

Sous l’action du ressort de rappel, le piston du maitre-cylindre revient en arrière mais plus vite que la colonne de liquide dont le retour est ralenti par le frottement à l’intérieur des canalisations. Pour empêcher qu’une dépression se crée dans le maître-cylindre, compromettant ainsi l’efficacité d’une nouvelle action de freinage, une certaine quantité de liquide venant de la réserve par l’orifice (O1) et contenue en arrière du piston, passe par les trous pratiqués dans ce dernier en obligeant les bords de la coupelle à s’incurver. Ce liquide supprime ainsi la dépression qui peut exister en avant du piston.

Caractéristique du liquide pour freins hydrauliques

Le liquide à employer dans les freins hydrauliques est une huile spéciale. Cette huile doit avoir des qualités bien définies. Elle doit avoir une fluidité sensiblement constante malgré les variations de température et n’exercer aucune action dissolvante sur les pièces en caoutchouc (coupelles, flexibles) du système de freinage.

Système de réglage des freins hydrauliques

Les segments des freins à commande hydraulique sont articulés généralement sur deux axes à excentriques permettant le centrage des segments depuis l’extérieur du tambour. Le jeu entre les garnitures des segments et le tambour se règle grâce à des cames excentriques fixées dans le flasque support de frein et sur lesquelles les segments viennent buter au repos.

Pour compenser l’usure des garnitures, il suffit donc d’agir depuis l’extérieur du tambour sur les têtes carrées des axes de cames pour faire tourner celles-ci dans le sens qui rapproche les segments du tambour.

Note #1 : Sur certains freins de construction américaine, le réglage du jeu entre les garnitures et le tambour se fait par le cylindre de roue. Le cylindre est fermé à chaque extrémité par un chapeau vissé portant une denture dans les dents de laquelle on peut engager la lame d’un tournevis. On peut ainsi faire tourner les chapeaux dans le sens qui réduit le jeu entre les segments et le tambour.

Note #2 : Sur d’autres freins de marque Lockheed, la compensation de l’usure des garnitures se fait automatiquement.

Les freins auto-serreurs à commande hydraulique

Ce système fonctionne suivant le même principe que les freins auto-serreurs à commande mécanique (came flottante). La came est remplacée par un cylindre de roue du modèle ordinaire. Le dispositif d’auto-centrage qui réunit les deux segments et transmet au secondaire la poussée du primaire est remplacé par une tige où s’engagent les extrémités des segments.

Freins à deux cylindres de roue

Dans les freins hydrauliques à un seul cylindre de roue (tout comme dans les freins ordinaires à came), les deux segments n’agissent pas avec la même intensité. Le segment qui est situé en avant de la came ou du cylindre de commande (dans le sens de rotation du tambour) freine plus fortement que le segment arrière.

En effet, lorsqu’il tend à être entraîné en rotation par le tambour, lors du freinage, le segment avant se trouve appliqué avec plus de force contre le tambour. Le segment arrière, au contraire, en raison de la position de son articulation par rapport à la came ou au cylindre, a plutôt tendance à s’éloigner du tambour lorsqu’il est en contact avec celui-ci.

Pour cette raison, l’efficacité des freins se trouve sensiblement diminuée. Pour pallier à cet inconvénient, certains constructeurs font commander les segments de freins par deux cylindres opposés.

Chaque cylindre s’articule sur l’extrémité d’un segment par un point fixe réglable (F). Grâce à cette disposition, les deux segments agissent comme le segment avant. Ils ont ainsi tendance tous deux à se serrer contre le tambour en rotation dès que qu’ils viennent en contact avec lui.

Les freins à disques

Ce type de frein hydraulique ne ressemble qu’aux précédents que par le principe de leur commande. Le tambour de frein est remplacé par un disque massif en acier. Ce disque est solidaire en rotation de la roue ou de l’arbre entraînant celle-ci. Le dispositif de freinage, appelé étrier, agit sur le disque, à la manière des mors d’un étau. Il est fixé à la périphérie du disque sur la pièce fusée de la roue.

Dans l’étrier, deux pistons coulissent dans des cylindres sous la poussée du liquide au moment du freinage et se serrent contre le disque par l’intermédiaire de garnitures. Ces garnitures de friction, appelées plaquettes de freins sont fixées sur les pistons et procurent l’adhérence nécessaire. En dehors de l’action de freinage, les garnitures frôlent le disque sans gêner sa rotation.

Les avantages de ce type de frein sont une grande efficacité, un échauffement réduit, et la possibilité de loger les freins la sortie du différentiel dans le cas où celui-ci est suspendu, ce qui allège les roues et permet de donner aux disques un plus grand diamètre.

Article écrit par Alexandre Degrandcourt

Crédits photos : Documents Lockheed, Documents Dewandre-Repusseau, Documents Westinghouse, Documents Telma

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