Le freinage Ressources 2 - Weeblyressourcespedagogiquesmaintauto.weebly.com/uploads/... · F av et Far : les forces de freinage maxi au contact sol/enveloppe sans blocage du pneumatique

Dominique Fraysse – BTS AVA\Support de cours\Technologie Professionnelle\ Le freinge\Ressources 2. Page 1/14

Institut Supérieur des Formations Automobiles. Bordeaux

Formation : BTS AVA Domaine : Liaison au sol.

Nature du document : RESSOURCES 2

Technologie Professionnelle

Le freinage. Version : Formateur

1. Organisation structurelle. Vue fantôme

Légende

1 Pédalier 6 Partie opérative arrière : mâchoires

2 Assistance 7 Partie opérative arrière : tambour

3 Commande hydraulique + réserve de fluide 8 Régulateur de pression de freinage

4 Partie opérative avant : disque 9 Commande mécanique : levier

5 Partie opérative avant : étrier 10 Commande mécanique : câbles

2. La commande hydraulique. Principe : Relation entre Pression, Force et Surface.

Il s’appuie sur le Théorème de Pascal : « toute pression exercée en un point quelconque de la surface d’un liquide se

transmet dans toutes les directions sans perdre de son intensité, car les liquides sont incompressibles ». La pression exercée

sur une surface produit une force tel que :

F = P x S

Application:

F = P x S et F’ = P x S’ , Donc : P = F/S et P = F’/S’

D’où : F/S = F’/S’ , Par consequent : F’ = F x S’/S

La force exercée par le piston récepteur est égale au produit de la force appliquée sur le piston émetteur par le rapport des

surfaces piston récepteur sur piston émetteur. On fait cette constatation visuelle lorsque l’on observe les dimensions d’un

piston de maître-cylindre et celles d’un piston d’étrier.

F : force (daN)

P : pression (bar) , (1 bar = 105 Pa)

S : surface (cm²)

1 : Emetteur

2 : Récepteur

3 : Canalisation

F : force appliquée sur le piston émetteur

S : surface du piston émetteur

F’ : force transmise au piston récepteur

S’ : surface du piston récepteur

P : pression dans le circuit

Dominique

Tampon


Les circuits hydrauliques.

Les circuits sont doubles, d’où le terme « Tandem ». En cas de perte de pression sur un des deux circuits, le deuxième reste

opérationnel et agit sur deux cylindres récepteurs au moins.

Le maître-cylindre.

Rappel de la fonction à remplir : Transformer l’effort de conducteur en énergie hydraulique.

Constitution du maître-cylindre « tandem » à trou de dilatation.

1 Piston primaire 9 Coupelle primaire du piston secondaire

2 Piston secondaire 10 Coupelle secondaire du piston secondaire

3 Tige de poussée 11 Coupelle d’étanchéité entre les 2 circuits

4 Vis de butée du piston secondaire 12 Vis de butée du piston primaire

5 Ressort de rappel 13 Trou de compensation

6 Ressort précontraint 14 Trou de dilatation

7 Coupelle primaire du piston primaire 15 Chambre de ré alimentation

8 Coupelle secondaire du piston primaire 16 Circlips

Cylindre récepteur avant Maître-cylindre tandem Cylindre récepteur arrière

Canalisation souple Canalisation rigide

Position REPOS.

14 15 16

Position FREINAGE.


Phases de fonctionnement.

Position Piston 1 Trou

dilatation

1 Piston 2

Trou

dilatation

2 Circuit 1 Circuit 2

Remarques

Illustrations

Repos En appui sur

16 O En appui sur 14 O Pa Pa

Freinage

Se déplace

sous l’action

de 3

F

Se déplace sous

l’action de la

pression dans la

chambre 1

F Pression

�

Pression

�

Défreinage

Se déplace

sous l’action

de 6

F Se déplace sous

l’action de 5 F

Pression

�

Pression

�

Retour

position

repos

En appui sur

16 O En appui sur 4 O

Retour de

liquide au

réservoir

par 14

Retour de

liquide au

réservoir

par 14

Légende : O : ouvert

F : fermé

Pa : pression atmosphérique

� : augmente

� : diminue

Constitution du maître cylindre « tandem » à clapet.

Position REPOS.


1 Piston primaire 7 Clapet central du piston secondaire

2 Piston secondaire 8 Coupelle d’étanchéité entre les 2 circuits

3 Goupille mécanindus 9 Ressort de rappel

4 Coupelle primaire du piston primaire 10 Tige de poussée

5 Coupelle primaire du piston secondaire 11 Chambre de réalimentation

6 Clapet central du piston primaire

Position FREINAGE.


Position Piston 1 Clapet 6 Piston 2 Clapet 7 Circuit 1 Circuit 2 Remarques

Illustrations

Repos En appui sur 3 O En appui sur 3 O Pa Pa

Freinage

Se déplace

sous l’action

de 10

F

Se déplace sous

l’action de la

pression dans le

circuit 1

F � �

Défreinage

Se déplace

sous l’action

de 9

F Se déplace sous

l’action de 9 F � �

Retour

position

repos

En appui sur 3

F

Puis

O

En appui sur 3

F

Puis

O

Retour de

liquide au

réservoir

par 3

Retour de

liquide au

réservoir

par 3


Condition de bon fonctionnement.

Pour les 2 montages, il est nécessaire d’avoir, en position

repos, un jeu J entre la tige de poussée 10 et le piston 1

Défaut de fonctionnement.

Position Piston 1 Piston 2 Pression

circuit 1

Pression

circuit 2 Course pédale

Freinage sans défaillance Comprime le liquide

dans la chambre 1

Comprime le liquide dans la

chambre 2 � � courte

Freinage avec défaillance

sur circuit 1 Vient en appui sur 2

Comprime le liquide dans la

chambre 2 � � longue

Freinage avec défaillance

sur circuit 2

Comprime le liquide

dans la chambre 1

Vient en appui sur le corps

du MC � � longue

3. L’assistance. Rappel de la fonction à remplir : Amplifier l’effort du conducteur.

Appui mécanique

Détail des clapets a et b et

du piston plongeur 10

Clapet b

Clapet a


1 Piston moteur 8 Orifice de vide

2 Membrane 9 Tige de commande

3 Ressort de rappel 10 Piston plongeur

4 Tige de poussée 11 Disque de réaction

5 Aspiration avec clapet de retenue 12 Joint de piston moteur

6 Filtre 13 Joint de tige de poussée

7 Orifice de mise à la Pa 14 Maître-cylindre


Position Action

Conducteur

Clapet a

Clapet b Chambre A Chambre B Remarques

Illustrations

Repos

(moteur

tornant)

non fermé ouvert Pression < à la P atm

Freinage

Phase 1 oui fermé fermé

Pression < à la P

atm

Pression tend

vers la P atm

En amont du

point S sur la

courbe

Freinage

Phase 2 oui ouvert fermé

Pression < à la P

atm

Pression = à la P

atm

En aval du point

S sur la courbe

Défreinage non se

referme s’ouvre Pression redevient < à la P atm


Evolution de la force en sortie d’assistance en

fonction de la force appliquée par le conducteur

sur la pédale

Courbe 1 : Sans assistance (moteur à l’arrêt)

Courbe 2 : Avec assistance (moteur tournant)

Remarque : A l’arrêt du moteur, la pédale reste souple et devient dure après 2 ou 3 maneuvres. C’est un moyen

rapide de contrôler un critère de bon fonctionnement sans pour cela conclure à un diagnostic complet.

4. La commande mécanique. Frein principal.

Rappel de la fonction à remplir :

Transformer l’effort du conducteur en

énergie mécanique

Rapport d’amplification = A/B

Tige de poussée

Pédale

Frein de parking.

Rappel de la fonction à remplir : Assurer le maintien du véhicule à l’arrêt.

1 Levier de commande à main 5 Palonnier

2 Secteur denté 6 Câble

3 Carter de protection 7 Levier de commande des mâchoires

4 Tige réglable


5. La régulation de pression hydraulique des freins arrières. Rappel de la fonction à remplir : Limiter ou compenser la pression hydraulique sur les freins arrières.

Le transfert des charges des essieux en phase de freinage.

Posons les hypothèses et définitions suivantes :

G : centre de gravité du véhicule

P : poids du véhicule en kg

M : masse du véhicule en Newton

g : accélération de la pesanteur : 9,81 m.s -2

P = M . g

e : empattement du véhicule

h : hauteur du centre de gravité par rapport au sol

γ : décélération en m.s -2

α : coefficient d’adhérence entre le sol et l’enveloppe de pneumatique

∆Q : transfert dynamique de charge

F av et Far : les forces de freinage maxi au contact sol/enveloppe sans blocage du pneumatique

P av et P ar : les charges verticales appliquées sur chacun des essieux

1 : phase avant freinage

2 : phase freinage

Au freinage la décélération produit une force F = M . γγγγ

Avec M = P / g, d’où F = P γγγγ / g

D’autre part F . h = ∆∆∆∆Q . e

Par conséquent ∆∆∆∆Q = F . h / e

Ou

∆∆∆∆Q = P γγγγ / g . h / e

Le transfert de charge est lié:

- à la décélération

- au poids du véhicule

- à la hauteur de centre de gravité

- à l’empattement

phase avant freinage phase freinage

Les actions P1 av et P1 ar correspondent aux charges statiques sur

les essieux définies par la position du centre de gravité du véhicule

et par sa masse de celui-ci.

Le coefficient d’adhérence α détermine alors les forces de freinages

maxi F1 av et F1 ar

Effectivement tg αααα = F1 / P1

En phase de freinage, il y a transfert de charge de l’essieu

arrière sur l’essieu avant.

Par conséquent :

P2 av = P1 av + ∆∆∆∆Q

Et

P2 ar = P1 av - ∆∆∆∆Q

Conclusion : Il y a risque de blocage des roues arrières entraînant une absence de guidage latéral du véhicule.

Solution : Pour réduire la force de freinage admissible sur l’essieu arrière il convient de limiter ou de compenser la pression

de freinage arrière en fonction de la pression de freinage avant. Cette correction de pression peut se faire en fonction de la

variation de charge sur l’essieu. Cela veut dire que le correcteur de freinage est relié mécaniquement à la suspension arrière.


Les limiteurs fixes.

Constitution

1 Bouchon

Piston 4

2 Ressort

3 Corps

4 Piston

5 Joint d’étanchéité

6 Siège de clapet

Phases de fonctionnement

Position Pression Entrée (Pe) Pression Sortie

(Ps) Piston 4

Tarage du ressort 2

(T)

Siège de

clapet 6

Repos Aucune Repos

Repousse le piston

4

T > Pe . S

ouvert

Freinage

Phase 1 � �

Se soulève sous

l’effet de Pe . S T > Pe . S ouvert

Freinage

Phase 2 � �

Ferme le siège de

clapet T < Pe . S fermé

Défreinage � �

Revient en position

repos sous l’action

T

T > Pe . S ouvert

Position REPOS Position FREINAGE phase 2

Graphe d’évolution des pressions

en fonction de la force appliquée à la pédale

Les limiteurs asservis à la charge.

Constitution

Il diffère du limiteur non asservi par

l’adjonction d’un levier (relié à la

suspension du véhicule) et d’un

ressort à lame agissant sur le piston



Le fonctionnement est identique à celui du

limiteur non asservi. Cependant la pression qui

détermine la fermeture du clapet dépend du

tarage du ressort donc de la charge sur l’essieu

Graphe d’évolution des pressions en fonction de la force

appliquée à la pédale et de la charge sur l’essieu arrière

Les compensateurs asservis à la charge.

Constitution

2 Levier

3 Piston étagé

5 Joint

6 Corps

7 Ressort

8 Siège

10 Bouchon avec poussoir

11 Capuchon de protection


Position Pression Entrée (P1) Pression Sortie

(P2) Piston 3 Clapet 4

Repos Aucune En appui sur 10 sous l’action F1 Ouvert

Freinage

Phase 1 �

�

P2 = P1

Soumis aux actions F1 et F2 = P1 . S2

P1 . S3 = P2 . S3 donc s’annulent

F2 devient > à F1,

le piston monte

Se ferme

Freinage

Phase 2 �

�

P2 < P1

Equilibre des forces sur S2 rompu

P1 . S3 > P2 . S3,

le piston descend

S’ouvre

Phase 1 � �

P2 = P1 Retour à la phase 1 Se ferme

Phase 2 � �

P2 < P1 Retour à la phase 2 S’ouvre

Défreinage � � En appui sur 10 sous l’action F1 Ouvert


Pendant la phase de montée en pression, le piston oscille

autour d’une position d’équilibre. Par une succession

d’ouverture et de fermeture du clapet 4, la pression arrière

augmente moins que la pression avant.

Le point de compensation de la pression arrière est

déterminée par la force du ressort, donc par la valeur de

charge sur l’essieu.

L’inclinaison de la courbe de pression arrière est donnée par

le rapport de surface entre S2 et S3



et de la charge sur l’essieu arrière

Les compensateurs fixes.

Constitution

3 Piston étagé

4 Clapet à bille

5 Joint

6 Corps

7 Ressort du clapet à bille

9 Ressort

12 Joint


Le fonctionnement est identique à celui du compensateur

asservi. Le point de compensation de la pression arrière

est donné par la valeur de tarage du ressort

Montage particulier : Les compensateurs intégrés aux

cylindres récepteurs arrières.



Constitution

1 Piston du cylindre récepteur

2 Piston étagé

3 Clapet

4 Siège de clapet

5 Ressort de clapet

6 Ressort du piston étagé

7 Poussoir

8 Joint d’étanchéïté

A Chambre hydraulique à la pression avant

B Chambre hydraulique à la pression arrière


6. La partie opérative. Le frein à disque.

Différents types de frein à disque

� à étrier flottant � étrier multi pistons

� à étrier fixe � à disque non ventilé

� étrier mono piston � à disque ventilé

Avantages du frein à disque :

� Bonne évacuation de la chaleur

� Supporte les sollicitations intensives

� Conserve son efficacité malgré les fortes températures de fonctionnement

Constitution et fonctionnement :

1 Etrier 8 Axe de verrouillage

2 Joint de piston 9 Fil témoin d’usure

3 Piston 10 Fusée

4 Colonnette 11 Moyeu

5 Chape 12 Disque

6 Plaquettes 13 Arrivée de pression

7 Capuchon de piston c Course du piston correspondant à la

déformation du joint

Etrier fixe

Position Repos Position freinage

Détail de la déformation du joint d’étanchéité

Sous l’effet de la pression les pistons compriment les plaquettes sur le disque. Tout en assurant l’étanchéité entre pistons et

étrier, les joints de déforment. C’est cette déformation qui ramène en partie les pistons en position repos lors du défreinage.

10 11 12


Etrier flottant

Position Repos Position freinage

Sous l’effet de la pression, le piston comprime la plaquette sur le disque et l’étrier coulisse, comprimant à son tour la 2

ème

plaquette sur le disque.

Le frein à tambour

Constitution et fonctionnement :

1 Cylindre récepteur 9 Ressorts de rappel des segments

2 Biellette de frein à main 10 Ressorts de maintien de la biellette de frein à

main

3 Segment primaire 11 Levier de frein à main

4 Levier d’ajustement 12 Ressorts d’ancrage des segments

5 Loquet de réglage 13 Segment secondaire

6 Ressort de loquet 14 Câble de frein à main

7 Ressort de maintien des segments 15 Tambour

8 Plateau ou flasque

Sous l’effet de la pression hydraulique les pistons du cylindre récepteur 1 poussent les segments 3 et 13 qui entrent

en contact avec le tambour 12 ce qui tend à créer des forces de frottement. Lorsque la pression cesse, le ressort 9

rappelle les segments en position repos.

Fonctionnement du rattrapage automatique :

Les segments s’éloignant, on rattrape dans un

premier temps le jeu J. Le levier 4 pivote autour de

l’axe. Si l’usure des garnitures est suffisante le loquet

laisse échapper une dent sur le secteur denté du

rattrapage.


Fonctionnement du frein à main :

Le câble 14 tire sur le levier 11. Celui-ci s’articule

autour de son axe, plaque le segment 13 sur le

tambour et repousse la biellette 2 sur le levier 4.

Celui-ci prenant appui sur son point d’articulation et

sur le loquet 5 plaque le segment 3 sur le tambour

15.

7. Les liquides hydrauliques. La température :

Origines : - Accroissement du trafic, utilisation intensive des freins

- Style de conduite,

- Dessin aérodynamique des véhicules et accessoires (roues…), limitation du

refroidissement naturel.

Ordres de grandeur :

- Disques : 500°,

- Tambour : 300 à 400°,

- Liquide : 220° (par conductibilité).

Températures d’ ébullition :

- Température à laquelle le liquide passe en phase vapeur.

L’hydroscopie :

Définition : Contamination progressive(dans le temps) du liquide de freins par l’humidité de l’air.

Ordre de grandeur : - Liquide neuf ( - de 0.4%),

- de 2 à 4% suivant les conditions atmosphériques, la conduite,

le kilométrage parcouru.

- 3% d’humidité diminue la température d’ébullition de 90°C.

Le vapor-lock :

Définition : Libération des bulles de gaz (vapeur d’ eau issue de l’ hydroscopie) dans le circuit de freinage.

Conséquences : - Pédale de frein « élastiques »,

- Freinage défectueux ...ou plus grave : plus de frein.

Qualités requises :

Faible agressivité : éviter la corrosion et la détérioration des organes.

Etanchéité : malgré sa neutralité, le liquide agit sur le « gonflement » des joints en caoutchouc.

Lubrification : - assurer le bon glissement des pièces en phases freinage et défreinage,

- limiter l’usure,

Basse viscosité et Onctuosité élevée: le liquide doit être efficace même aux basses températures. ( point de

congélation < à – 40° C)

Repérage de la classification DOT.

La miscibilité entre deux produits

D’une manière générale, ne pas mélanger plus de 2 produits entre eux.

Consulter la miscibilité préconisée sur l’étiquetage du produit.

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