force de freinage

La force de freinage est la force mécanique transmise par le système de freinage d'un véhicule pour ralentir ou arrêter les roues. Elle est générée lorsque le conducteur appuie sur la pédale de frein, ce qui met sous pression le fluide hydraulique (ou, dans les systèmes de freinage pneumatiques, l'air comprimé) qui agit sur les étriers de frein ou les cylindres de roue. L'étrier ou le cylindre serre ensuite le matériau de friction, généralement des plaquettes ou des mâchoires de frein, contre un disque ou un tambour, créant ainsi le frottement qui décélère le véhicule. La force de freinage est généralement exprimée en newtons ou en kilonewtons et varie en fonction de la pression appliquée et de la surface effective des composants de freinage.

La relation entre l'effort sur la pédale et la force de freinage réelle est régie par le servofrein et le rapport de multiplication hydraulique. Un servofrein à dépression ou électrique amplifie la pression du pied du conducteur d'un facteur de 5 à 9, selon la conception du système. Le système hydraulique multiplie ensuite cela à nouveau grâce à différentes surfaces de piston dans le maître-cylindre et les cylindres de roue. Un petit déplacement au niveau du maître-cylindre produit des déplacements plus importants au niveau des roues, échangeant la distance contre la force. Cet avantage mécanique permet à un conducteur de générer des forces de freinage de dizaines de kilonewtons avec une pression de pédale raisonnable.

La force de freinage doit être soigneusement équilibrée de l'avant vers l'arrière et d'un côté à l'autre. Une force de freinage inégale fait tirer le véhicule d'un côté pendant le freinage et peut entraîner le blocage des roues et le dérapage. Les systèmes de freinage antiblocage (ABS) modernes modulent la force de freinage sur chaque roue indépendamment, pulsant la pression hydraulique pour éviter le blocage tout en maintenant une décélération maximale. La répartition électronique de la force de freinage (EBD) ajuste la répartition de la pression entre les essieux avant et arrière en fonction de la charge, de la dynamique du véhicule et des capteurs de glissement des roues. Sur les véhicules équipés de freinage régénératif, les freins à friction sont combinés au couple de freinage du moteur, de sorte que la force de freinage totale provient de plusieurs sources.

Facteurs qui dégradent la force de freinage

L'évanouissement des freins (fading) se produit lorsque des freinages répétés et intenses génèrent de la chaleur qui réduit le coefficient de frottement du matériau des plaquettes, diminuant la force de freinage disponible à une pression hydraulique donnée. La contamination du liquide de frein par l'humidité abaisse son point d'ébullition, permettant la formation de poches de vapeur dans les conduites à haute température; une vapeur ne peut pas transmettre la pression, de sorte que la force de freinage chute soudainement. Des plaquettes de frein usées réduisent la surface de contact et l'épaisseur, et l'air dans le système hydraulique crée une compressibilité qui absorbe l'énergie. Des dommages au servofrein ou une perte de pression hydraulique réduisent également fortement la force de freinage. Dans les systèmes de freinage pneumatiques utilisés sur les poids lourds, l'humidité et les contaminants dans l'air comprimé réduisent la force de freinage et ralentissent le temps de réponse des freins.

La force de freinage est un élément clé des cotes de sécurité des véhicules et des protocoles d'essai commerciaux. Des normes telles que l'ISO 3164 et la Federal Motor Vehicle Safety Standard (FMVSS) 135 spécifient une décélération de freinage minimale (généralement de 6 à 8 m/s²) qu'un véhicule doit atteindre sur une surface sèche. Les dynamomètres de frein mesurent la force de freinage réelle sur les bancs d'essai. Les ingénieurs utilisent les calculs de force de freinage pour dimensionner les composants de freinage, sélectionner les matériaux de friction et valider les performances du système de freinage dans tous les états thermiques et de charge. Une force de freinage insuffisante pour la masse du véhicule est une défaillance de conception structurelle; une force de freinage excessive qui bloque les roues en conduite normale réduit la distance d'arrêt et augmente le risque d'accident.