frein (suite)

Les pistons des cylindres de roue sont reliés par une tige de poussée aux segments de frein qu’ils commandent. Certains modèles, dits « à action différentielle », sont équipés de deux pistons d’alésages inégaux. Ils sont utilisés soit pour renforcer l’action de freinage d’un des segments, soit pour équilibrer les poussées des deux segments, qui s’usent ainsi de façon égale.

Les avaries affectant le fonctionnement de la commande hydraulique sont rares. Cependant, on prend l’habitude de prévoir un montage en double circuit où un clapet, placé à la sortie du maître cylindre, assure l’indépendance des freinages avant et arrière. Si la pression baisse dans l’un des circuits, le clapet obture immédiatement le circuit avarié, et l’automobiliste dispose, comme frein de secours, du second circuit, qui recueille toute la pression transmise par le maître cylindre.

Les études nouvelles

L’adhérence des pneus au sol conditionne le guidage du véhicule sur sa trajectoire, et le couple retardateur, engendré par les freins, peut amener le dérapage dès que les roues sont bloquées. Ce sont les roues arrière qui ont tendance à se bloquer les premières, en raison de l’allégement de la charge portée par l’essieu correspondant, au moment du freinage : on monte, dans le système, un limitateur de pression qui, par l’intermédiaire d’un clapet, ferme le circuit alimentant les cylindres de roues arrière dès que la pression d’entrée, exercée par le maître cylindre, dépasse une valeur limite à partir de laquelle le blocage devient possible.

• Frein Autostable de Ferodo. Ce prototype tient compte des deux causes d’instabilité du freinage.
1. Variation du couple retardateur en fonction du coefficient de frottement garnitures-tambour. Dans un frein classique, du type duo-servo, l’équilibrage est réalisé en tête des organes de serrage, où la réaction varie considérablement en fonction de ce coefficient de frottement. Le couple de freinage étant proportionnel à la différence réaction - force de freinage, pour une variation du coefficient de frottement de l’ordre de 3/100, le couple de freinage varie de 10 m.kg. Dans le montage Autostable, les pistons de commande des cylindres de roue des freins avant sont alimentés, pour chacune des roues, par un circuit indépendant, dit « circuit primaire ». Les volumes de fluide, envoyés par le maître cylindre, sont égaux, mais les pressions peuvent différer d’un frein à l’autre, l’effort sur la pédale demeurant égal à la moyenne arithmétique des deux pressions. Les mâchoires de frein prennent appui non sur des points fixes, mais sur des pistons qui chassent l’huile dans un troisième circuit, dit « circuit secondaire », pour alimenter les freins arrière. L’équilibrage est réalisé au niveau des réactions, et la variation du couple de freinage dépend seulement de celle des forces de freinage, qui est faible. Dans les mêmes conditions que précédemment, cette variation n’est plus que de 1,67 m.kg.
2. Réaction à la variation subite de l’adhérence au sol. En ce cas, les deux freins avant étant couplés, tout blocage de l’une ou l’autre des roues, par manque d’adhérence au sol, se traduit par une diminution du couple de freinage et par une baisse de pression dans le secondaire. Aucune des roues arrière ne peut être bloquée.

• Antipatineur électronique D. B. A. La société D. B. A. (Ducellier, Bendix et Air-Equipement) a mis au point un système antipatineur où la pression des freins est réglée automatiquement pour que l’adhérence utilisée soit maximale. L’état dynamique de la roue est étudié en fonction de l’accélération, dérivée de la vitesse dont dépend la valeur de l’adhérence. Passé un seuil d’adhérence maximale S₁, on fait tomber la pression de freinage jusqu’à un seuil de décélération nulle S₂ où le glissement de la roue décroît. Sous pression constante, la roue accélère de nouveau jusqu’à atteindre une valeur maximale D qui est celle de la meilleure adhérence où la pression de freinage redevient normale. La vitesse de la roue est mesurée par un disque cranté qui lui est solidaire et qui se déplace à proximité d’un capteur électromagnétique. Celui-ci envoie une impulsion électrique au passage de chacune des dents. Les calculs sont effectués par un appareil électronique adressant ses ordres à un contrôleur de pression qui agit par l’intermédiaire de groupes d’action, à commande soit hydraulique, soit pneumatique.

Les freins dans les véhicules ferroviaires

Particularité du freinage sur voie ferrée

Le freinage des véhicules ferroviaires exige la dissipation d’une énergie importante, tandis que l’effort de retenue développé au contact de la roue et du rail est limité par une adhérence relativement faible. L’énergie est généralement dissipée par le frottement de sabots appliqués sur les bandages des roues, et l’efficacité maximale du freinage est obtenue lorsque la force de frottement des sabots est aussi voisine que possible de l’effort tangentiel de retenue de la roue sur le rail. Pour les vitesses couramment pratiquées (jusqu’à 160 km/h), c’est finalement l’adhérence qui limite les performances de freinage. Cette adhérence varie dans de très fortes proportions en fonction de l’état du rail, et la valeur utilisable ne peut pratiquement guère dépasser 0,1 en moyenne, sous peine de provoquer le glissement de la roue sur le rail (enrayage). Cette limite conduit à un effort égal au dixième du poids de la roue et entraîne des décélérations moyennes (1 m/s²) nettement plus faibles que celles qui sont obtenues sur les véhicules routiers, par exemple, et des distances d’arrêt supérieures. Pour améliorer les performances de freinage des trains, il est indispensable d’utiliser des dispositifs capables de développer un effort retardateur sur tous les essieux du convoi, de façon à obtenir l’effort de retenue maximal compatible avec ce que permet l’adhérence de chaque roue. D’autre part, lorsque la vitesse des trains augmente (au-delà de 160 km/h), il faut dissiper l’énergie cinétique du train, qui est presque entièrement transformée en énergie calorifique par le frottement des sabots. Les surfaces de contact portées à des températures élevées peuvent subir des altérations profondes et des usures telles que le système de freinage devient rapidement inutilisable.