Les
Freins
Le freinage 
Je ne vous ferais pas l'affront de définir ce qu'est le freinage...
Par contre, je vais me permettre de définir les différentes
parties du système de freinage. Il existe deux types de freins
: le frein à tambour et le frein à disque.
Le frein à disque représenté ici semble le plus répandu
dans le monde de la moto.
Le frein à tambour est encore utilisé principalement pour
la roue arrière par exemple pour la Kawasaki ER5. Dans ce cas,
le
disque et l'étrier
sont remplacés par le tambour
représenté ci-dessus.
Les systèmes actionnant les freins peuvent être multiple.
On trouve des systèmes de tringlerie, appelé commande par
cable, ou la mise en pression d'un liquide, appelé commande hydraulique.
Sauf pour le frein à tambour, la commande hydraulique est la plus
répandue dans le monde de la moto. Ce système est un circuit
fermé. En effet, le volume de liquide de freins contenu dans le
circuit est toujours le même. Mais, j'en vois derrière leur
écran et qui se demande : "Ben alors pourquoi mon niveau de liquide
de freins il baisse ?", et franchement c'est une très bonne question...
On verra ça plus loin...
La pression du liquide de frein est régulée par le maitre
cylindre. En effet, le maitre cylindre contient le liquide de frein
et permet la démultiplication de la force exercée sur le
levier ou pédale de frein...
Comment? Encore une bonne question.... Ben ça c'est dans le
chapitre "Frein à disque"...
Cette pression va être menée vers la roue par les durites:
- Dans le frein à disque, elle va actionner un ou plusieurs
pistons dans l'étrier
pour serrer les plaquettes
sur le disque.
- Dans le frein à tambour, elle va mettre en mouvement dans
le tambour, les machoires.
Le fonctionnement des différents types de freins.
1 - Le frein à tambour.
Dans le frein à tambour, le système de freinage est totalement
enfermé dans le tambour.
Dans le tambour, il y a le flasque porte-machoires (en bleu). Celle-ci
est dépendante de la rotation de la roue. On voit en gris sur le
schema la piste de freinage. Lors du freinage, le jeu de tringle
vient faire tourner la came (en violet) qui appuie sur une des machoires
(en
rouge) qui s'articule autour du pivot (en vert) pour venir appuyer
sur la piste de freinage. Lors du lachement du levier de frein, les ressorts
(en noir) remettent à la position initiale la machoire. On remarque
qu'il n'y a qu'une seule des deux machoires qui freine. Il existe cependant
des freins à tambour à double came, où chacune des
cames poussent leur machoire.
Nous allons maintenant voir comment la came est actionnée par
la tringlerie.
En fait, il n'y a rien de plus simple. Un cable tendu relie la pédale
(ou le levier) de frein à un axe fixé à la came (image
du haut). Lors du freinage (image du bas), ce cable est tiré et
met ainsi en mouvement la came. Vous remarquez que la force exercée
sur le levier de frein est exactement la même que celle qui va actionner
la came et donc les machoires.
Il existe la possibilité d'actionner les machoires par un système
de mise en pression comme on va le décrire pour le frein à
disque qui permet de démultiplier la force exercée sur le
levier de frein. Bien que très repandu dans l'automobile, ce système
est très peu représenté dans le monde de la moto,
on le trouve chez certains scooters comme le Honda 250 Foresight.
1 - Le frein à disque
Le frein à disque est donc le plus représenté dans
le monde de la moto. Il a existé des freins à disque commandés
par cable mais ce système a été largement remplacé
par la commande hydraulique.
Alors comment freine un frein à disque ?
Nous l'avons expliqué en grande ligne dans l'introduction. Lors
du freinage, le liquide de frein (en jaune) est mis en pression
par le maitre cylindre (en
gris). Cette pression est menée par la durite
(en vert) jusqu'à l'étrier
(en bleu) qui contient un ou plusieurs pistons(en cyan) qui
poussent alors les plaquettes
(en violet) contre le disque
(en rouge) qui est dépendant de la roue.
Il existe deux types principaux d'étrier
:
- L'étrier fixe.
- L'étrier mobile.
Les étriers mobiles.
Parmi les étriers mobiles, il y a encore l'étrier flottant
et l'étrier pivotant. Dans la majorité des cas, dans le monde
de la moto, c'est l'étrier fixe qui s'est imposé.
Commençons par les étriers mobiles.
Dans les étriers mobiles, il n'y a qu'un seul piston, ou encore
comme le fait Honda, deux pistons juxtaposés.
Voyons l'étrier flottant.
Lors du freinage, le piston pousse la plaquette qui vient alors en
contact du disque (en rouge). La plaquette ne peut alors aller plus loin
alors que le piston continu à exercer sa pression. Alors, c'est
l'étrier qui va se déplacer dans le sens opposé. Ainsi,
la deuxième plaquette fixe vient en contact du disque. On remarque
que des caoutchoucs (en noir) qui assurent l'étanchéité
entre le piston et la partie mobile de l'étrier appelés anneau
d'étanchéité. Lors du freinage, les anneaux d'étanchéité
sont déformés. Quand la poignée de frein est relachée,
ces anneaux d'étanchéité aident à la remise
en place du piston et ainsi de relacher le disque.
Le piston ne retourne pas exactement à sa position initiale
car la distance supplémentaire parcourue par le piston dû
à l'usure des plaquettes ne pourra pas être compensée
par les anneaux d'étanchéité. Ainsi, plus les plaquettes
sont usées plus le pistonest sorti, mais les plaquettes restent
exactement à la même distance du disque. Ainsi, quelque soit
l'usure des plaquettes la course du piston sera identique, et donc la rapidité
du freinage sera la même.
Dans le cas de l'étrier pivotant.
L'étrier (en vert) est fixé au tube de fouche
(en
bleu) sur un axe. Lors du freinage, le piston (en bleu marine)
est poussé par le liquide de frein sous pression et vient appliquer
la première plaquette (en violet) contre le disque (en
rouge). Le piston continue a pousser et c'est alors l'étrier qui
se balance autour de son axe pour venir serrer le disque entre les deux
plaquettes. Lors du relachement du levier de frein, le poids de l'étrier
permet son retour à la verticale, et le piston revient
à sa position initiale.
De la même manière qu'avec l'étrier flottant, le
piston ne retourne pas exactement à son point de départ et
compense ainsi l'usure de la plaquette. Par contre, la plaquette fixe elle
revient exactement à son point de départ. Ainsi, la course
pour freiner avec les deux plaquettes augmente avec l'usure de celles-ci.
Les étriers fixes.
Pour l'étrier fixe comme son nom l'indique, il n'y a que les pistons
qui bougent, le corps de l'étrier reste fixe. Dans ce cas, l'étrier
fixe doit avoir au minimum deux pistons l'un en face de l'autre. Le plus
souvent on observe deux pistons de chaque coté comme représenté
dans la figure ci-dessus. Dernièrement, on voit apparaitre des étriers
6 pistons, comme sur la Suzuki GSF1200 Bandit.
Au fait, à quoi ca sert d'augmenter le nombre de piston ?
Et bien, c'est très simple, plus il y a de pistons d'un coté,
plus les plaquettes peuvent être longues, donc plus la surface de
freinage est importante. Et, en théorie, plus le freinage est puissant.
Le principe du freinage est donc tout ce qu'il y a de plus simple.
En actionnant le levier de frein, le liquide de frein (en jaune)
est mis sous pression et va pousser les pistons (en bleu) qui appuient
les plaquettes (en violet) contre le disque (en rouge).
On remarque encore une fois que le piston ne revient pas exactement
à sa position initiale, ce qui permet de compenser l'usure des plaquettes.
Pourquoi le niveau de liquide de frein baisse?
Maintenant après avoir lu tout cela vous devez être en mesure
de comprendre pourquoi le niveau de liquide de frein baisse malgré
que le circuit soit fermé. Et bien, c'est à cause du phénomène
de compensation de l'usure des plaquettes. En effet, comme le piston le
revient pas tout à fait à la même place, il laisse
un volume plus important pour contenir le liquide de frein. Ainsi, quand
les plaquettes sont très usées, le niveau de liquide de frein
est plus bas... Donc pour conclure avec ça, ceci explique également
qu'il faut un réservoir sur le maitre cylindre. En effet, sans réservoir,
il y aurait un moment lors de la compression de liquide où il n'y
aurait plus assez de liquide donc on comprimerait l'air qui est un fluide
comprimable. Donc, il n'y aurait aucun effet sur le piston et donc pas
de freinage... Dangereux non...!
Pourquoi le frein à disque est-il meilleur?
Pourquoi le frein à tambour a été abandonné
au fur et à mesure bien que son action soit plus rapide qu'un frein
à disque et indépendant des intempéries extérieures.
Et bien tout simplement car il est moins puissant pour une raison fort
simple: le disque est pincé par les plaquettes et l'action des pistons
directement sur les plaquettes permet une pression trés importante
et quasiment sans perte. De plus, un frein à tambour, au dela d'une
certaine force appliquée, le mécanisme se déforme,
on va donc perdre de la puissance de freinage... Enfin, le frein à
tambour évacue moins bien la chaleur qu'un frein à disque
du fait de son enfermement et il sera donc beaucoup moins endurent.
Fonctionnement d'un maître cylindre.
Donc comme nous l'avous vu, le maître cylindre est une pièce
maîtresse du système de freinage car c'est grace à
lui que le liquide de frein est mis en pression. Il permet également
l'aide du retour de piston de frein.
Le maître cylindre est composé d'un corps (en vert)
surmonté d'un réservoir et d'un piston (en bleu).
On remarque que le piston coupe la lumière du maître cylindre
en deux parties. La lumière du maître cylindre est alimentée
par du liquide de frein par deux ouvertures, l'une devant le piston et
l'autre dans la seconde partie.
Comment ça marche?
Lorsque vous appuyez sur votre poignée de frein, vous poussez
le piston (en bleu). Cette pression va permettre d'envoyer du liquide de
frein devant le piston. Puis, le piston va obturer la première ouverture
et le piston va continuer sa course compressant ainsi le liquide de frein.
Lorsque que vous lachez la poignée, le ressort (en gris) va
pousser le piston en arrière créant ainsi une dépression
dans le liquide de frein qui va permettre de faire reculer le piston de
l'étrier et ainsi de desserrer les plaquettes. Le piston va démasquer
la première ouverture et ainsi uniformiser la pression qui règne
dans le système de freinage. La dépression est moins forte
que la pression qui a été exercée. Ceci participe
au phénomène de compensation de l'usure des plaquettes.
Maintenant apprenons à calculer la force exercée lors
d'un freinage grâce à ce système du maître cylindre.
C'est en fait la différence entre le diamètre entre le maitre
cylindre et le piston qui permet de fournir un effort multiplicateur égal
au rapport des carrés des diamètres. Par exemple, vous avez
un maitre cylindre de 11mm de diamètre et un piston de 36mm de diamètre,
l'effort multiplicateur s'élève à : 36²/11²
soit 10,7 fois. De plus, il faut tenir compte de la taille du levier de
frein. C'est à dire que si vous exercez une pression de 4kg (freinage
fort) sur un levier de 5, vous exercez sur les plaquettes une force de
(5*10,7*4) soit 214kg... Pas mal non...
Les plaquettes.
La plaquette de freinage est aussi un organe important du système
de freinage.
La plaquette est composé du support en gris et de la
garniture
en
violet. Quand la garniture atteint 2mm ou 3mm selon le constructeur, les
plaquettes sont à changer. Je dis bien LES plaquettes car on ne
change jamais qu'une seule plaquette. L'usure est généralement
mesurée directement par un repère sur la plaquette. Par ailleure
pour voir aussi où en est l'usure vous pouvez aussi regarder le
niveau de liquide de frein. Ainsi, il est inutile de faire le niveau de
liquide de frein car quand il est au plus bas c'est que ce sont vos plaquettes
qui sont usées sauf bien sûr s'il descend en dessous du niveau
minimum
(amis, dans ce cas, gare à la fuite).
Plus les plaquettes sont grandes, plus le freinage est efficace. Malheureusement
tout n'est pas si simple. Il n'y a pas que la taille de la plaquette qui
compte... D'ailleurs sur votre moto, vous n'étes pas maître
de la taille des plaquettes, c'est l'étrier qui la fixe. L'efficacité
du freinage est bien sûr dépendant de la démultiplication
de la force exercée sur le levier. Enfin, l'efficacité du
freinage est aussi largement dépendant de la matière de la
garniture de la plaquette.
Il existe aujourd'hui trois types de garniture sur le marché
:
- Organique
- Fritté ou métal
- Semi-organique.
Les organiques sont de conception ancienne mais n'empêche pas
la performance. Elles sont fabriquées à base de fibre métalique
en général elles sont riches en graphite. Les plaquettes
métales elles sont plus riche en alumine.
En fait, les plaquettes comportent un grand nombre de métaux
(bronze, cuivre, fer...) et la composition joue énormément
sur le freinage.
Pour une moto puissante, on aurait tendance à proposer des plaquettes
métales. Mais ces plaquettes sont chères et très abrasives,
elles usent beaucoup plus rapidement le disque et elles ne conviennent
pas aux disques en fonte. Les plaquettes organiques quant à elles
sont largement suffisante au moto de faible cylindrée. Elles ont
l'avantage de ne pas trop user le disque mais en général,
elles sont moins efficaces. Peut être que les plaquettes semi-organiques,
qui est un mélange des deux, seraient un bon compromis.
Mais attention comme je l'ai souligné, certaine marque qui commercialise
des plaquettes organiques sont bien meilleures que les plaquettes frittées
d'autre marque. Donc pour bien choisir les plaquettes, il suffit de savoir
en quoi est fait son disque (car s'il est en fonte ça ne laisse
pas le choix) et de lire la presse ou encore mieux de demander à
d'autres motards.
Les nouveaux systèmes de freinage.
Les nouveaux systèmes de freinage ont permis d'améliorer
le confort du pilote moto en évitant le blocage de roue comme l'ABS
mis au point par BMW ou encore en répartissant automatiquement le
freinage avant/arrière comme le Dual-CBS de Honda. Toutes ces nouvelles
techniques font appel à une éléctronique compliquée.
Sans entrer dans les détails de cette éléctronique,
nous allons voir le principe de ces deux nouveaux systèmes de freinage.
L'ABS.
L'ABS est une gestion totalement élétronique du freinage
afin d'éviter tout blocage de roues. Le principe est relativement
simple mais l'éléctronique qui gère tout cela doit
être très performante.
Comment ca marche?
Chaque roue est équipée d'un pignon à 100 dents
qui tourne solidairement avec elle. Le passage de chaque dent est enregistré
par un capteur qui génère alors une impulsion. La fréquence
des impulsions générées permet de mesurer la vitesse
de rotation de chacune des roues. A l'avant et à l'arrière,
situé entre le maître cylindre et l'étrier, il y a
un modulateur de pression pouvant réguler la pression du liquide
de frein.
Lors du freinage, la fréquence des impulsions générées
par le capteur de la roue avant est comparée à la fréquence
des impulsions générées par le capteur de la roue
arrière permettant ainsi de comparer les vitesses de rotation de
chacune des roues. Si une vistesse est plus faible que l'autre, le modulateur
de pression baisse légèrement la pression du liquide de frein
permettant de relacher légèrement le disque et ainsi de libérer
la roue concernée. L'électronique exécute les comparaisons
environ 7 fois par seconde et tant que la vitesse de la moto est supèrieure
à 4 km/h. Bien sur, il y a un système de secours, en effet
en cas de problème quelconque, le système ABS est déconnecté
complétement pour retrouver un système de freinage normal.
Le Dual-CBS.
Que signifie Dual-CBS?
Dual Combined Brake System Diagram. Ce système de frein mis
au point par Honda, a été utilisé initialement pour
le CBR1000 en 1992 avant d'être généralisé à
pratiquement toutes les motos de la gamme.
Comment ça marche?
Certain vont dire "ben c'est simple c'est comme sur la voiture c'est
une répartition avant/arrière" et bien non c'est pas si simple.
On remarque la présence d'un servomoteur (en vert) qui
permet d'envoyer le liquide de frein vers l'arrière. Ce servomoteur
est lié à la roue avant à un maitre cylindre secondaire.
Chacun des étriers à trois pistons. Ceci est très
important. la pédale de frein permet d'actionner tous les pistons
centraux (en bleu). Le levier de frein, permet lui de pousser les
pistons extérieurs de la roue avant (en rouge). Comme il
y a deux disques, il y a deux étriers pour la roue avant. Le servomoteur
lui permet de pousser les pistons extérieurs de la roue arrière
(en vert). Sur l'animation, en jaune est représenté
le chemin parcouru par le liquide de frein.
Quand on appuie sur la pédale de frein, tous les pistons centraux
sont poussés à l'avant comme à l'arrière. Par
contre, lorsqu'on fait un freinage fort avec la pédale, le liquide
de frein va actionner le maître cylindre secondaire qui va permettre
au servomoteur d'actionner les deux pistons extérieurs du frein
arrière.
Quand on actionne le levier de frein, les pistons extérieurs
de la roue avant sont poussés. Lorsque le freinage devient plus
appuyer, le maitre cylindre secondaire est actionné et permet alors
de pousser les pistons extérieurs de l'étrier arrière.
Ainsi, quand vous freinez du levier et de la pédale, vous poussez
la totalité des pistons du système de freinage.
lhttp://perso.libertysurf.fr/mecamotos/
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