Last modified: 31 mars 2024

Freins

Le système de freinage est crucial pour la sécurité des passagers et des autres usagers de la route, ainsi que pour la longévité du véhicule. Cet article explorera les différents types de freins EV, notamment les freins à disque en acier, les freins en carbure, les freins en céramique et les freins à tambour. Il comprend également des détails sur les freins mixtes.

En raison de la capacité de freinage régénératif des moteurs électriques des véhicules électriques, les freins à friction traditionnels peuvent être utilisés moins fréquemment, ce qui entraîne une usure réduite des plaquettes et des disques de frein par rapport aux véhicules à moteur thermique. Cependant, il est important de noter que tous les véhicules électriques disposent toujours de freins à friction traditionnels comme système de secours ou supplémentaire en cas de freinage brusque ou d’urgence. L’utilisation du freinage régénératif et des freins à friction standard dans les véhicules électriques dépend de la conception et de la configuration spécifiques du véhicule, ainsi que des préférences et des habitudes de conduite du conducteur.

Freins à disque

Les freins à disque, ou « freins à disque », sont des systèmes de freinage automobile. Il s’agit d’un système de freinage basé sur la friction qui utilise un disque rotatif, ou rotor, pour ralentir ou arrêter le véhicule.

Un système de frein à disque typique comporte plusieurs composants, notamment le disque de frein, l’étrier de frein, les plaquettes de frein et parfois les conduites de frein et le maître-cylindre de frein. Le disque de frein est un disque métallique plat et circulaire fixé au moyeu de la roue et tourne avec la roue.

L’étrier de frein est un mécanisme qui abrite les plaquettes de frein et est positionné sur le disque de frein. Les plaquettes de frein sont généralement constituées d’un matériau à haute friction et sont positionnées de chaque côté du rotor. Lorsque le conducteur freine, la pression hydraulique est utilisée pour pousser les plaquettes de frein contre le rotor, créant ainsi une friction et provoquant le ralentissement ou l’arrêt du véhicule. Les pistons sont utilisés pour pousser les plaquettes de frein, et les freins plus puissants ont plus de pistons.

Les freins à disque sont connus pour leur puissance de freinage et leur dissipation thermique supérieures à celles d’autres types de systèmes de freinage, tels que les freins à tambour. Ils dissipent plus efficacement la chaleur générée lors du freinage, ce qui contribue à réduire l’évanouissement des freins, un phénomène dans lequel les performances de freinage diminuent en raison d’une accumulation excessive de chaleur. Les freins à disque ont également tendance à fournir des performances de freinage plus cohérentes et linéaires, permettant une meilleure modulation et un meilleur contrôle.

Les freins à disque sont devenus la norme dans la plupart des véhicules modernes en raison de leurs avantages en termes de performances, bien que certains véhicules plus anciens ou plus petits puissent encore utiliser des freins à tambour dans certaines applications. Les freins à disque peuvent être trouvés sur les roues avant et arrière de nombreux véhicules et constituent un élément de sécurité essentiel qui joue un rôle crucial dans le système de freinage global d’un véhicule.

Les disques de frein, ou rotors, peuvent être fabriqués à partir de différents matériaux en fonction de l’application spécifique et des exigences de performances.

Freins à disque en fonte/acier

Les freins à disque en acier sont le type de freins le plus couramment utilisé dans les automobiles, y compris les véhicules électriques. Ces freins fonctionnent en utilisant la friction entre les plaquettes de frein et le disque de frein pour ralentir ou arrêter le véhicule. Les plaquettes de frein sont constituées d’un matériau composite comprenant des fibres d’acier, des fibres de carbone et des matériaux céramiques. Le disque de frein est généralement en fonte.

L’un des principaux avantages des freins à disque en acier est leur fiabilité et leur durabilité. Ils sont également relativement peu coûteux par rapport aux autres types de freins. Cependant, ils présentent certains inconvénients. La première est qu’ils peuvent générer beaucoup de chaleur, ce qui peut entraîner une usure des freins et une réduction des performances. De plus, ils peuvent créer beaucoup de poussière de frein, ce qui peut nuire à l’environnement.

Freins en carbure

Les freins au carbure sont un type de frein haute performance utilisé dans certains véhicules électriques. Ils sont constitués d’un matériau composite comprenant des fibres de carbone et du carbure de silicium. Ce matériau présente une haute résistance à la chaleur et à l’usure, ce qui le rend idéal pour une utilisation dans des applications hautes performances.

L’un des principaux avantages des freins au carbure est leur capacité à résister à des températures élevées sans perdre en efficacité. Ils sont également plus résistants à l’usure que les freins à disque en acier, ce qui signifie qu’ils ont une durée de vie plus longue. Cependant, ils sont plus chers que les freins à disque en acier, ce qui peut les rendre moins pratiques pour certaines applications.

Freins en céramique

Les freins en céramique, également connus sous le nom de freins composites en céramique ou freins en carbone-céramique, sont un type de système de freinage utilisé dans les véhicules électriques (VE) et les véhicules hautes performances. Ils sont conçus pour offrir des performances de freinage supérieures, en particulier dans des conditions de vitesse et de température élevées.

Les freins en céramique sont fabriqués à partir d’un matériau composite constitué de fibres céramiques, telles que le carbure de silicium (SiC), noyées dans une matrice de carbone ou de silicium. Cette combinaison de matériaux confère aux freins en céramique leurs propriétés uniques, notamment une conductivité thermique élevée, une faible dilatation thermique et une excellente résistance à l’usure.

L’un des principaux avantages des freins en céramique dans les véhicules électriques est leur capacité à supporter des températures élevées sans subir d’évanouissement des freins. L’évanouissement des freins est un phénomène qui se produit lorsque le système de freinage devient trop chaud, ce qui entraîne une réduction des performances de freinage. Étant donné que les véhicules électriques disposent souvent de systèmes de freinage par récupération qui dépendent fortement des freins pour la récupération d’énergie, les freins en céramique peuvent gérer la chaleur générée lors d’un freinage par récupération agressif sans perte significative des performances de freinage.

En plus de leurs performances à haute température, les freins en céramique offrent également plusieurs autres avantages pour les véhicules électriques. Ils sont généralement plus légers que les freins en acier traditionnels, ce qui peut contribuer à réduire le poids total du véhicule et à améliorer le rendement énergétique. Les freins en céramique sont également connus pour leur durabilité et leur longévité exceptionnelles, ce qui signifie qu’ils peuvent durer plus longtemps entre les remplacements que les freins traditionnels, réduisant ainsi les coûts de maintenance au fil du temps.

Cependant, les freins en céramique présentent certains inconvénients. L’un des principaux inconvénients est leur coût élevé. Les freins en céramique sont nettement plus coûteux à fabriquer que les freins en acier traditionnels, ce qui peut en faire une option de luxe pour les véhicules électriques haut de gamme ou les véhicules de performance. De plus, les freins en céramique peuvent être plus fragiles et peuvent ne pas fonctionner aussi bien à des températures extrêmement froides, ce qui pourrait limiter leur efficacité dans certains climats.

Dans l’ensemble, les freins en céramique constituent une option de freinage haute performance pour les véhicules électriques qui offrent d’excellents avantages en matière de résistance thermique, de durabilité et de réduction de poids. Cependant, leur coût plus élevé et leurs limites potentielles dans des températures extrêmement froides doivent être pris en compte lors de l’évaluation de leur adéquation à une application particulière de VE.

Etrier de frein flottant ou fixe ?

L’étrier de frein peut être flottant ou fixe.

Étrier de frein flottant

Un étrier de frein flottant, également connu sous le nom d’étrier coulissant ou d’étrier à piston unique, comporte un ou plusieurs pistons d’un côté du rotor de frein, tandis que l’autre côté « flotte » ou glisse sur des goupilles de guidage ou des boulons. Lorsque les freins sont appliqués, la pression hydraulique pousse le(s) piston(s) contre les plaquettes de frein, qui se fixent ensuite sur le rotor, créant une friction et ralentissant le véhicule. Le côté coulissant de l’étrier se déplace vers l’intérieur, guidé par les goupilles ou les boulons, pour permettre aux plaquettes de frein d’entrer en contact avec le rotor. Cette conception permet à l’étrier de s’auto-centrer et de s’ajuster aux variations d’épaisseur et d’usure du rotor.

Étrier de frein fixe

Un étrier de frein fixe, également appelé étrier à pistons opposés ou étrier à plusieurs pistons, comporte des pistons des deux côtés du rotor de frein. L’étrier est monté rigidement sur la suspension ou l’essieu du véhicule, et les deux jeux de pistons appliquent simultanément une pression sur les plaquettes de frein pour se fixer sur le rotor lorsque les freins sont appliqués. Les étriers fixes comportent généralement plusieurs pistons de chaque côté de l’étrier, disposés dans une configuration opposée, ce qui permet de répartir uniformément la force de serrage sur les plaquettes de frein et de fournir des performances de freinage constantes.

Les principales différences entre les étriers de frein flottants et fixes comprennent :

Construction : Les étriers flottants ont généralement un seul piston sur un côté de l’étrier, tandis que les étriers fixes ont plusieurs pistons des deux côtés de l’étrier.

Montage : Les étriers flottants « flottent » ou glissent sur des broches ou des boulons de guidage, permettant un centrage automatique et s’adaptant à l’usure du rotor, tandis que les étriers fixes sont montés rigidement sur la suspension ou l’essieu du véhicule.

Nombre de pistons : Les étriers flottants ont généralement un piston par étrier, tandis que les étriers fixes peuvent avoir plusieurs pistons par étrier, souvent dans une configuration opposée.

Usure des plaquettes de frein : Les étriers flottants peuvent user les plaquettes de frein de manière inégale en raison de leur conception coulissante, tandis que les étriers fixes ont tendance à user les plaquettes de frein plus uniformément.

Performances de freinage : Les étriers fixes sont généralement connus pour offrir des performances plus élevées et de meilleures performances de freinage, en particulier dans les applications hautes performances ou lourdes, en raison de leur force de serrage accrue et de leur disposition des pistons.

Les étriers flottants et fixes sont utilisés dans les systèmes de freins à disque et présentent leurs avantages et leurs inconvénients en fonction de l’application spécifique et des exigences de performances. Le choix entre des étriers flottants et fixes est généralement déterminé par des facteurs tels que le type de véhicule, les exigences de performances, les considérations de coût et les préférences du fabricant. De nombreux modèles ont des étriers fixes sur l’essieu avant et flottants sur l’essieu arrière.

Freins à tambour

Les freins à tambour sont un type de frein utilisé dans certains véhicules électriques, notamment sur les roues arrière. Ils fonctionnent en utilisant la friction entre les mâchoires de frein et l’intérieur du tambour de frein pour ralentir ou arrêter le véhicule. Les mâchoires de frein sont constituées d’un matériau composite comprenant des fibres d’acier, des fibres de carbone et des matériaux céramiques. Le tambour de frein est généralement en fonte.

L’un des principaux avantages des freins à tambour est leur simplicité et leur faible coût. Ils sont également très fiables et ont une longue durée de vie. Cependant, ils sont moins efficaces que les autres types de freins, notamment à grande vitesse. De plus, ils peuvent générer beaucoup de chaleur, ce qui peut entraîner une usure des freins et une réduction des performances.

Des tailles différentes

La taille des freins utilisés dans les véhicules électriques peut varier en fonction du poids, de la taille et de l’utilisation prévue du véhicule. En règle générale, des freins plus gros sont nécessaires pour les véhicules plus lourds et pour les véhicules utilisés pour des applications hautes performances.

La taille des freins est généralement déterminée par le diamètre du disque de frein ou du tambour de frein. Plus le diamètre est grand, plus les plaquettes ou les segments de frein ont de surface d’adhérence, ce qui signifie qu’une force de freinage plus importante peut être appliquée.

Technologie de freinage par fil et freins mixtes

La technologie Brake-by-wire est un système innovant utilisé dans les véhicules électriques (VE) qui permet une intégration transparente du freinage par récupération avec le freinage par friction traditionnel. Le freinage régénératif est un processus dans lequel le moteur électrique d’un véhicule électrique agit comme un générateur, convertissant l’énergie cinétique du mouvement du véhicule en énergie électrique, qui est ensuite stockée dans la batterie pour une utilisation ultérieure. La technologie de freinage électrique permet au véhicule de basculer automatiquement entre le freinage par récupération et le freinage par friction, en fonction de divers facteurs tels que la vitesse du véhicule, l’état de charge de la batterie et les actions du conducteur.

Les composants de base d’un système de freinage électrique comprennent des capteurs, des actionneurs et une unité de commande électronique (ECU) qui surveille et contrôle le système de freinage. Les capteurs, tels que les capteurs de vitesse de roue, les capteurs de position de la pédale de frein et les capteurs d’état de charge de la batterie, collectent des données sur la vitesse, l’accélération, le freinage et l’état de la batterie du véhicule. Des actionneurs, tels que des moteurs électriques ou des solénoïdes, contrôlent l’application de la force de freinage aux roues. L’ECU traite les données du capteur et détermine la quantité appropriée de force de freinage à appliquer, soit par freinage par récupération, soit par freinage par friction, et commande les actionneurs en conséquence.

L’un des principaux avantages de la technologie de freinage électrique est sa capacité à combiner le freinage par récupération et le freinage par friction de manière transparente et efficace. Lorsque le véhicule décélère ou s’arrête, le système de freinage électrique peut d’abord enclencher le freinage par récupération, qui capte l’énergie cinétique du véhicule et la convertit en énergie électrique pour charger la batterie. Cela contribue à étendre l’autonomie du véhicule et à augmenter l’efficacité énergétique globale. Si une force de freinage plus importante est nécessaire au-delà de ce que le freinage par récupération peut fournir, le système peut alors passer progressivement au freinage par friction, où les plaquettes de frein sont appliquées sur les roues pour fournir une puissance de freinage supplémentaire.

Un autre avantage de la technologie de freinage électrique est sa flexibilité et son adaptabilité. Le système peut être programmé pour ajuster le niveau de freinage par récupération en fonction de divers facteurs, tels que les préférences du conducteur, les conditions routières et l’état de charge de la batterie. Par exemple, dans les situations où la batterie est complètement chargée ou où les conditions routières sont glissantes, le système peut augmenter l’utilisation du freinage par récupération pour maximiser la récupération d’énergie et améliorer la stabilité du véhicule.

De plus, la technologie de freinage électrique permet des fonctionnalités de freinage avancées, telles que le freinage par récupération dans les virages, qui peuvent contribuer à améliorer la maniabilité et la stabilité du véhicule lors des manœuvres en virage. En contrôlant indépendamment la force de freinage appliquée à chaque roue, le système peut optimiser le freinage régénératif dans chaque roue pour offrir une meilleure traction et stabilité dans les virages.

Cependant, il est important de noter que la technologie de freinage électrique comporte également certains défis potentiels. L’une des principales préoccupations est la fiabilité et la sécurité du système, car il repose en grande partie sur des composants électroniques et des logiciels. Des mesures de sécurité appropriées, une redondance et des tests rigoureux sont essentiels pour garantir le fonctionnement sûr du système. De plus, l’éducation et la formation des conducteurs sont essentielles pour aider les conducteurs à comprendre les caractéristiques uniques des systèmes de freinage électrique et à les utiliser efficacement.

En résumé, la technologie de freinage par fil est un système avancé qui permet une intégration transparente du freinage par récupération et par friction dans les véhicules électriques. Il offre une efficacité énergétique, une autonomie et des fonctionnalités de freinage avancées améliorées, mais nécessite également une attention particulière à la fiabilité, à la sécurité et à la formation du conducteur. À mesure que la technologie continue d’évoluer, les systèmes de freinage électrique devraient jouer un rôle important dans l’avenir des systèmes de freinage des véhicules électriques, contribuant ainsi à un transport plus efficace et durable.

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