Fonctionnement Global du 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. 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. 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 ou les segments avec les tambours) afin de ralentir la rotation des disques ou tambours qui sont solidaires des roues pour freiner ou arrêter le véhicule.

Frein à tambour 

Le frein à tambour a longtemps été le seul système employé pour ralentir et arrêter une automobile. S’il n’est pratiquement plus de voitures de tourisme équipées de freins à tambour sur les quatre roues, nombre d’entre elles, bien qu’équipées de disques à l’avant, conservent ce système sur les roues arrière. Le principe de fonctionnement en est simple deux mâchoires en acier, garnies d’une couche de matériau à base. D’amiante, s’écartent à l’intérieur d’un tambour, généralement en fonte, solidaire de la roue. Le frottement qui en résulte freine le tambour et donc la roue, ralentissant puis immobilisant la voiture. L’écartement de ces mâchoires était autrefois assuré par une came, commandée par une tringlerie ou un câble. La commande hydraulique s’est généralisée après la Seconde Guerre mondiale.
Il se compose d’un tambour en fonte solidaire de la roue, de mâchoires solidaires du châssis, garnies d’un matériau à haute résistance au frottement et à l’échauffement et d’un cylindre qui presse les mâchoires contre le tambour. Les mâchoires sont en acier recouvert d’une garniture d’un matériau composite ayant un bon coefficient de frottement (0,35 à 0,40) avec le matériau du tambour et s’usant plus vite. L’usure peut être rattrapée par un mécanisme de réglage accessible de l’extérieur non (automatique).

Frein à disque 

Le frein à disque est un système de freinage performant pour les véhicules munis de roues en contact avec le sol : automobile, avion, train, etc. et pour diverses machines. Ce système transforme l’énergie cinétique du véhicule en chaleur. Bien que le système du freinage à disque existe depuis les débuts des véhicules motorisés, il n’a pas été utilisé avant très longtemps à cause d’un problème évident de fiabilité.
A l’époque, il était difficile pour les matériaux de lutter contre de telles chaleurs, le système a donc été abandonné au profit des freins à tambour, plus fiables.
Dans le domaine de l’automobile, c’est Jaguar qui fut le premier constructeur à développer un système de freinage à disque suffisamment performant pour être monté sur sa Type-C. A l’époque, il s’agissait là d’une gigantesque avancée technologique, ce qui permis au constructeur britannique de gagner la prestigieuse course des 24 Heures du Mans de 1953.Ensuite, Citroën fut le premier constructeur à proposer des freins à disque de série à l’avant de sa DS en 1955. Cinq années plus tard, Renault relève le défi de greffer pour la première fois quatre freins à disque sur sa Dauphine. La dernière réelle innovation en terme de freinage est l’arrivée des freins en céramique sur des voitures de série, faite par Mercedes en 2003.

Les Plaquettes 

Les plaquettes de frein sont composées d’une plaque en métal relativement rigide sur laquelle est collée une garniture, semblable à celle que l’on peut trouver dans les freins à tambour. Elle est toutefois soumise à des pressions plus élevées, la surface de contact étant plus réduite. La garniture est l’élément d’usure d’un système de frein et sa périodicité de changement est plus courte que celle du disque.

La surface d’une garniture est très réduite comparativement à la puissance de freinage qu’elle doit fournir. Elle doit avoir de bonnes propriétés thermomécaniques et également fournir un coefficient de frottement relativement stable avec la température afin d’assurer un freinage le plus constant possible. Si la rigidité de la garniture est relativement faible, de l’ordre de quelques GPa, la plaque métallique au dos de la garniture se doit d’être relativement rigide d’une part pour transmettre l’effort provenant du piston hydraulique et d’autre part pour répartir la pression le plus uniformément possible sur l’ensemble de la surface de la garniture. Cela permet une usure uniforme de la garniture, rendant le freinage constant au cours du temps et une répartition optimale du flux de chaleur. Les plaquettes sont les pièces les plus essentielles de l’étrier, elles assurent le pincement du disque et de ce fait l’arrêt du véhicule. Elles doivent supporter des températures importantes liées aux frottements contre le disque (ces températures peuvent atteindre les 800°C). Les plaquettes de frein automobile com portent des rainures.

Outre leurs caractères d’évacuation des poussières et de l’eau, ces rainures influent elles sur le comportement thermique de la plaquette. Cette dernière doit présenter :Une bonne résistance à l’usure, non agressivité des pistes de frottement. Absence de bruit. Haute résistance thermique. La température des garnitures peut atteindre 600°C 700°C.Une température trop élevée peut entraîner une perte d’efficacité presque totale du freinage appelée : évanouissement ou fading. La fabrication de la plaquette nécessite l’application de plusieurs techniques :
Support métallique : obtenu par découpage (découpage fin pour la première monte), il subit des opérations de nettoyage et de grenaillage.
Matériau de friction : pesage mélange.
L’ensemble : cuisson, cautérisation (pour la première monte), rectification et peinture.
Personnalisation : plaque antibruit, marquage

Maître-cylindre 

Partie intégrante du système de freinage d’un véhicule, le maître-cylindre est une pièce placée derrière la coupelle à dépression qui a pour principale mission l’envoi du liquide de frein sous pression à l’ensemble du dispositif de freinage, jusqu’aux roues. Le maître-cylindre se compose généralement :D’un réservoir de liquide de frein situé sur le dessus, pour compenser les variations liées à la température du circuit et de l’air, et qui présente deux repères, minimum et maximum, entre lesquels le niveau de liquide de frein doit toujours se situer ;
D’un cylindre et d’un piston dont le rôle est de faciliter la mise sous pression du circuit de freinage lorsque le conducteur actionne la pédale de frein ;

Circuit de freinage 

Circuit parallèle et le circuit croisé en X 

Le circuit en X consiste à relier les roues en diagonal (avant-gauche avec arrière-droit et avant-droit avec arrière-gauche) et non pas en parallèle (roues avant reliées entre elles et idem pour l’arrière). Le but de cette architecture est de pouvoir garder un peu de freinage aux roues arrière et avant en cas de fuite sur une des canalisations. Si l’une d’entre elles fuit, on perdra le freinage d’une roue avant et une roue arrière, ce qui permet d’avoir encore un peu de freinage à l’avant et à l’arrière.
Pour des raisons de sécurité, toutes les voitures construites actuellement doivent être équipées d’un double circuit de freinage : si l’un des circuits lâche, le deuxième permettra toujours d’arrêter la voiture.

Fonctionnement de Circuit parallèle et le circuit croisé 

La pompe à vide/admission (1) fait une dépression dans le servo frein (3), d’où une pédale très dure quand le moteur est arrêté. Le vide est donc fait soit par cette pompe à vide (diesel) ou en exploitant directement la dépression existante dans la tubulure d’admission quand il s’agit d’un moteur essence. Le servo frein, aidé d’un système de dépression, constitue une assistance au freinage puisqu’il n’y a plus besoin d’appuyer comme un forcené pour freiner efficacement.
Le liquide de frein est donc envoyé sous pression par les maitre-cylindre (2) (là où il y a le bocal pour vérifier le niveau de liquide de frein) dans tout le circuit afin de pousser les plaquettes via les étriers vers les disques (4). Les canalisations (matérialisées par les lignes rouges nuancées, afin de distinguer les deux circuits isolés : pour la sécurité) du circuit sont en métal afin de résister aux fortes pressions hydrauliques internes.
Il y a aussi un correcteur de freinage (5) situé à l’arrière dont le rôle est d’équilibrer la force entre les freins de devant et de derrière. Il est de plus en plus remplacé par un système hydro-électrique couplé au boitier ABS (appelé EBD en anglais et REF en français), le dosage est donc réalisé dès le début du circuit.

Les différents aides au freinage 

Pour faire face aux nombreux accidents dans l’histoire de l’automobile, les systèmes de sécurité ont été progressivement améliorés. D’ailleurs, le système de freinage a longtemps été au centre des préoccupations des constructeurs. Parmi toutes les innovations qu’ont connu les systèmes de freinage, l’innovation la plus important est sans doute le système ABS qui, utilisant  lors de freinages violents, permet d’éviter que les roues ne se bloquent totalement. Ce dispositif permet au conducteur de garder le contrôle de la direction de son véhicule, même sur des surfaces peu adhérentes.
Le système ABS est à présent associé au système de freinage d’urgence (AFU), qui permet de freiner à la puissance maximale immédiatement, ainsi qu’aux Electro stabilisateurs Programmés, ou ESP, qui permettent de corriger automatiquement la trajectoire du véhicule durant un freinage. Ce système peut actionner, de manière autonome, les freins dès qu’il émet la suspicion d’une possible collision.

Bancs de d’essai

Appelé aussi système de test, un banc d’essai permet de mettre un produit en conditions d’utilisation, afin d’observer et d’analyser ses comportements. Il est très utilisé en l’industrie et représente pour ce secteur une part importante du budget de développement de l’entreprise.
Le banc d’essai est un système physique fonctionnel, destiné à vérifier et/ou valider les propriétés et les fonctionnalités du produit, tout au long du processus de la fabrication jusqu’à sa forme définitive.
Les besoins en termes de système de test varient selon la nature du produit à tester. Il faut ainsi concevoir un banc d’essai sur mesure, spécifique à chaque gamme de produits.

Les différents types banc de test 

Selon la nature et le cycle de vie du produit, on distingue plusieurs types de bancs de test, à savoir:
Banc d’essai:
Le banc d’essai est une plate-forme conçue pour mesurer les performances d’un produit et d’en faire la mise au point. Le terme désigne également un environnement de développement sécurisé contre les risques et les dangers des expériences. En exemple, ce type de banc de test est utilisé pour l’essai de choc automobile.
Banc d’essai didactique :
Les bancs didactiques sont destinés à l’enseignement de diverses technologies. Ces équipements présentent un intérêt pédagogique évident puisqu’ils permettent aux étudiants de visualiser très clairement le fonctionnement de systèmes ou sous-systèmes qui ne sont habituellement pas visibles à l’œil nu, améliorant ainsi leur compréhension sur les phénomènes mis en jeu.
Banc de validation :
Le banc de validation permet de tester un produit en phase de fabrication afin de le valider avant sa commercialisation. Il s’agit de vérifier que les performances du produit correspondent à ses spécifications de conception.
Banc d’endurance :
Aussi appelé banc de maturité et de robustesse, le banc d’endurance permet de tester la durée de vie et la fiabilité du produit. Ce banc de test est utilisé en phase de développement.
Banc de charge pour la maintenance :
Ce banc de test est sollicité en phase de maintenance, particulièrement dans le domaine de l’électronique. Il permet de détecter un produit défectueux et l’origine de sa panne.
Certains systèmes de test proposent également le changement des pièces et des composantes défectueuses du produit.
Banc de test GO/NO GO :
Ce banc de test est conçu pour la vérification du bon fonctionnement du produit en état de marche. Si les résultats sont conformes aux spécificités du produit, la décision favorable serait un (Go). S’ils ne sont pas conformes aux attentes, le projet serait arrêté (No go).

Table des matières

Introduction générale
Chapitre 01 : la bibliographie 
Introduction
1.1 Fonctionnement Global du système de freinage
1.1.1 Les Composants Du Système De Freinage Et Leur Fonctionnement
1.1.2 Frein De Service
1.1.3 Frein De Stationnement
1.2 Frein à tambour
1.2.1 Principe de fonctionnement
1.3 Frein à disque
1.3.1 Les types de disque frein
1.3.2 Avantages et Inconvénients
1.3.3 Matériaux Des Disques De Freins
1.3.3.1 Fonte grise
1.3.3.2 Aciers inoxydables
1.3.3.3 Matériaux composites
1.4 Les Plaquettes
1.5 Etrier
1.5.1 Frein à étrier coulissant
1.5.2 Frein à étrier fixe
1.6 Assistance (servofrein)
1.6.1 Composants du servofrein
1.6.2 Fonctionnement du servofrein
1.7 Maître-cylindre
1.7.1 Le fonctionnement du maître-cylindre
1.8 Circuit de freinage
1.8.1 Circuit parallèle et le circuit croisé en X
1.8.2 Fonctionnement de Circuit parallèle et le circuit croisé
1.9 Les Différents Aides Au Freinage
1.9.1 Système de freins antiblocage (ABS)
1.9.2 Fonctionnement d’un système ABS
1.10 Bancs d’essai
1.10.1 Les différents types de bancs de test
1.10.2 Le fonctionnement d’un banc de test
1.11 Elaboration du cahier de charge
1.11.1 La bête à corne
1.11.2 Diagramme PIEVRE
1.11.3 Diagramme FAST
1.11.4 Cahier de charge
Chapitre 2 : conception et modélisation
Introduction
2.1 Dessin Assisté par Ordinateur
2.2 Conception Assistée par Ordinateur
2.3 Techniques de représentation en CAO
2.3.1 Modélisation fil de fer
2.3.2 Modélisation surfacique
2.3.3 Modélisation solide
2.4 Logiciel de conception SolidWorks
2.5 Mise en plan des pièces élémentaires du système de freinage
2.6 La conception de l’accouplement
2.7 Modélisation 3D du Banc d’essai pour le système de freinage
2.8 Simulation et Analyse de mouvement du banc d’essai pour le système de freinage
Chapitre 03 : La réalisation 
Introduction
3.1 L’usinage de L’accouplement « arabe moteur – l’accouplement flexible »
3.2 Usinages sur l’accouplement de cardon
3.3 Réalisation du châssis
3.4 Les pièces procurées
Conclusion Générale

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