La plupart des voitures modernes ont des freins sur les quatre roues, actionnés par un système hydraulique. Les freins peuvent être à disque ou à tambour.
Les freins avant jouent un plus grand rôle dans l'arrêt de la voiture que les freins arrière, car le freinage projette le poids de la voiture vers l'avant sur les roues avant.
De nombreuses voitures sont donc équipées de freins à disque, généralement plus efficaces, à l'avant et de freins à tambour à l'arrière.
Les systèmes de freinage entièrement à disque sont utilisés sur certaines voitures coûteuses ou hautes performances, et les systèmes à tambour complet sur certaines voitures plus anciennes ou plus petites.
Un circuit de freinage hydraulique comporte des cylindres maître et esclave remplis de liquide reliés par des tuyaux.
Maître et cylindres esclaves
Lorsque vous appuyez sur la pédale de frein, elle enfonce un piston dans le maître-cylindre, forçant le fluide le long du tuyau.
Le fluide se déplace vers les cylindres récepteurs à chaque roue et les remplit, forçant les pistons à appliquer les freins.
La pression du fluide se répartit uniformément dans le système.
La surface combinée de "poussée" de tous les pistons esclaves est bien supérieure à celle du piston du maître-cylindre.
Par conséquent, le piston maître doit parcourir plusieurs pouces pour déplacer les pistons esclaves de la fraction de pouce nécessaire pour appliquer les freins.
Cette disposition permet d'exercer une grande force sur les freins, de la même manière qu'un levier à long manche peut facilement soulever un objet lourd sur une courte distance.
La plupart des voitures modernes sont équipées de circuits hydrauliques jumelés, avec deux maîtres-cylindres en tandem, au cas où l'un tomberait en panne.
Parfois, un circuit actionne les freins avant et un les freins arrière; soit chaque circuit actionne à la fois les freins avant et l'un des freins arrière; soit un circuit actionne les quatre freins et l'autre uniquement les freins avant.
En cas de freinage brusque, une telle masse peut se détacher des roues arrière qu'elles se bloquent, provoquant éventuellement un dérapage dangereux.
Pour cette raison, les freins arrière sont délibérément rendus moins puissants que les freins avant.
La plupart des voitures sont désormais équipées d'un limiteur de pression sensible à la charge. Il se ferme lorsqu'un freinage important augmente la pression hydraulique à un niveau susceptible de bloquer les freins arrière et empêche tout autre mouvement de liquide vers ces derniers.
Les voitures avancées peuvent même avoir des systèmes antiblocage complexes qui détectent de différentes manières la décélération de la voiture et si des roues se bloquent.
De tels systèmes appliquent et relâchent les freins en succession rapide pour les empêcher de se bloquer.
De nombreuses voitures disposent également d'une assistance électrique pour réduire l'effort nécessaire pour appliquer les freins.
Habituellement, la source d'énergie est la différence de pression entre le vide partiel dans le collecteur d'admission et l'air extérieur.
L'unité d'asservissement qui fournit l'assistance est reliée par un tuyau au collecteur d'admission.
Un servo à action directe est monté entre la pédale de frein et le maître-cylindre. La pédale de frein pousse une tige qui à son tour pousse le piston du maître-cylindre.
Mais la pédale de frein fonctionne également sur un ensemble de soupapes à air, et il y a un grand diaphragme en caoutchouc relié au piston du maître-cylindre.
Lorsque les freins sont désactivés, les deux côtés du diaphragme sont exposés au vide du collecteur.
Une pression sur la pédale de frein ferme la valve reliant la face arrière de la membrane au collecteur et ouvre une valve qui laisse entrer l'air extérieur.
La pression plus élevée de l'air extérieur force le diaphragme vers l'avant pour pousser sur le piston du maître-cylindre, et assiste ainsi l'effort de freinage.
Si la pédale est ensuite maintenue et n'est pas enfoncée plus loin, la soupape d'air n'admet plus d'air extérieur, de sorte que la pression sur les freins reste la même.
Lorsque la pédale est relâchée, l'espace derrière le diaphragme est rouvert vers le collecteur, de sorte que la pression chute et le diaphragme retombe.
Si la dépression tombe en panne car le moteur s'arrête par exemple les freins fonctionnent toujours car il existe une liaison mécanique normale entre la pédale et le maître cylindre. Mais il faut exercer beaucoup plus de force sur la pédale de frein pour les appliquer.
Certaines voitures ont un servo à action indirecte monté dans les conduites hydrauliques entre le maître-cylindre et les freins. Une telle unité peut être montée n'importe où dans le compartiment moteur au lieu de devoir être directement devant la pédale.
Il s'appuie également sur le vide du collecteur pour fournir le coup de pouce. L'appui sur la pédale de frein provoque une accumulation de pression hydraulique à partir du maître-cylindre, une vanne s'ouvre et déclenche le servo à dépression.
Un frein à disque a un disque qui tourne avec la roue. Le disque est chevauché par un étrier, dans lequel se trouvent de petits pistons hydrauliques actionnés par la pression du maître-cylindre.
Les pistons appuient sur des patins de friction qui se serrent contre le disque de chaque côté pour le ralentir ou l'arrêter. Les plaquettes sont formées pour couvrir un large secteur du disque.
Il peut y avoir plus d'une paire de pistons, en particulier dans les freins à double circuit.
Les pistons ne se déplacent que sur une petite distance pour appliquer les freins, et les plaquettes dégagent à peine le disque lorsque les freins sont relâchés. Ils n'ont pas de ressorts de rappel.
Les bagues d'étanchéité en caoutchouc autour des pistons sont conçues pour permettre aux pistons de glisser progressivement vers l'avant au fur et à mesure que les plaquettes s'usent, de sorte que le petit écart reste constant et que les freins n'aient pas besoin d'être réglés.
De nombreuses voitures plus récentes ont des fils de capteurs d'usure intégrés dans les plaquettes. Lorsque les plaquettes sont presque usées, les fils sont exposés et court-circuités par le disque métallique, ce qui allume un voyant sur le tableau de bord.
Un frein à tambour a un tambour creux qui tourne avec la roue. Son dos ouvert est recouvert d'une plaque dorsale fixe sur laquelle se trouvent deux chaussures courbes portant des garnitures de friction.
Les patins sont poussés vers l'extérieur par la pression hydraulique déplaçant les pistons dans les cylindres de roue du frein, pressant ainsi les garnitures contre l'intérieur du tambour pour le ralentir ou l'arrêter.
Chaque sabot de frein a un pivot à une extrémité et un piston à l'autre. Un patin avant a le piston au bord d'attaque par rapport à la direction dans laquelle le tambour tourne.
La rotation du tambour a tendance à tirer fermement le patin avant contre lui lorsqu'il entre en contact, améliorant ainsi l'effet de freinage.
Certains tambours ont des patins avant jumelés, chacun avec son propre cylindre hydraulique; d'autres ont un patin avant et un patin arrière - avec le pivot à l'avant.
Cette conception permet aux deux chaussures d'être séparées l'une de l'autre par un seul cylindre avec un piston à chaque extrémité.
Il est plus simple mais moins puissant que le système à deux mâchoires principales et se limite généralement aux freins arrière.
Dans les deux cas, les ressorts de rappel tirent légèrement les patins vers l'arrière lorsque les freins sont relâchés.
La course de la chaussure est maintenue aussi courte que possible par un ajusteur. Les systèmes plus anciens ont des ajusteurs manuels qui doivent être tournés de temps en temps à mesure que les garnitures de friction s'usent. Les freins ultérieurs ont un réglage automatique au moyen d'un cliquet.
Les freins à tambour peuvent s'affaiblir s'ils sont appliqués à plusieurs reprises dans un court laps de temps - ils chauffent et perdent leur efficacité jusqu'à ce qu'ils refroidissent à nouveau. Les disques, avec leur construction plus ouverte, sont beaucoup moins sujets à la décoloration.
Outre le système de freinage hydraulique, toutes les voitures sont équipées d'un frein à main mécanique agissant sur deux roues - généralement les roues arrière.
Le frein à main offre un freinage limité en cas de défaillance complète du système hydraulique, mais son rôle principal est de servir de frein de stationnement.
Le levier de frein à main tire un câble ou une paire de câbles reliés aux freins par un ensemble de petits leviers, poulies et guides dont les détails varient considérablement d'une voiture à l'autre.
Un cliquet sur le levier de frein à main maintient le frein une fois qu'il est appliqué. Un bouton poussoir désengage le cliquet et libère le levier.
Sur les freins à tambour, le système de frein à main presse les garnitures de frein contre les tambours.
