La durée de vie d'un ensemble donné de plaquettes de frein dépend d'un ensemble très large de variables allant du style de conduite personnel aux lois impersonnelles de la physique. Les mécaniciens et les fabricants ont une plage de kilométrage vaguement convenue d'environ 30 000 à 70 000 miles (48 280 à 112 654 kilomètres), mais les histoires de plaquettes d'une durée de seulement 100 miles (160,9 kilomètres) à un incroyable 100 000 miles (160 934 kilomètres) abondent.
Ces chiffres considérables sont compréhensibles. Les plaquettes sont disponibles dans une gamme de types et de compositions - du composite au métallique en passant par la céramique - et sont attachées à un éventail encore plus déconcertant de systèmes de freinage et de rotors, qui affectent tous la durée de vie de la plaquette. À cela s'ajoutent la chaleur, la pression et la friction en quantités qui étonneraient la plupart des conducteurs. En effet, les freins, en particulier les plaquettes, sont parmi les composants les plus sollicités de votre voiture.
Aux fins de cet article, nous traiterons uniquement des plaquettes de frein, c'est-à-dire les plaquettes utilisées dans les freins à étrier plutôt que les freins à tambour. Les plaquettes utilisées dans les freins à tambour sont appelées "sabots". Ils servent le même objectif et sont souvent construits avec le même matériau ou un matériau similaire, mais ils fonctionnent d'une manière légèrement différente.
Commençons par aborder la question de la longévité en examinant de quoi sont faites les plaquettes de frein ou leur matériau de friction. Les tampons sont généralement de quatre types :organiques, semi-métalliques, métalliques et synthétiques. Chacun de ces types a ses propres caractéristiques qui doivent être mises en balance avec la durée de vie des plaquettes de frein :
Pour les matériaux de plaquettes ci-dessus, le meilleur pouvoir d'arrêt se trouve dans les plaquettes organiques. Mais ce même pouvoir d'arrêt signifie qu'une plus grande partie du matériau de la plaquette est usée lors d'un arrêt. Pour cette raison, les serviettes organiques durent le moins de temps en moyenne. Les coussinets semi-métalliques, les coussinets qui équipent maintenant la plupart des voitures, sont plus durs et durent plus longtemps, mais ils ne s'arrêtent pas aussi efficacement que les coussinets organiques. Il en va de même pour les plaquettes en céramique, bien que ces plaquettes durent souvent plus longtemps si le conducteur est prêt à payer le prix et à avoir une distance d'arrêt légèrement plus longue.
Et comme les pads consistent à s'arrêter, il est temps de jeter un œil à la masse. La réalité de la masse ou spécifiquement l'arrêt d'une masse donnée - comme une voiture - nous amène à la physique derrière l'usure des plaquettes.
À la base, un système de freinage convertit l'énergie cinétique d'une voiture en énergie thermique grâce à des dispositifs de friction, à savoir les plaquettes. La quantité d'énergie cinétique à l'œuvre dans une voiture est déterminée par son poids (je l'utilise de manière interchangeable avec la masse en pensant que les deux ne sont pas exactement les mêmes), sa vitesse et l'ampleur des changements de vitesse. D'un point de vue physique, l'énergie cinétique est calculée en multipliant le poids de la voiture par le carré de sa vitesse. Le produit est ensuite divisé par 29,9 et le résultat est la quantité d'énergie cinétique en pieds-livres.
Une application plus pratique est la suivante :deux voitures roulent à 30 miles par heure (48,3 kilomètres par heure). L'un pèse 2 000 livres (907,2 kilogrammes), l'autre 4 000 livres (1 814 kilogrammes). La voiture la plus légère génère 60 200 pieds-livres (81 620 newtons-mètres) d'énergie cinétique, la voiture la plus lourde génère 120 400 pieds-livres (163 240 newtons-mètres) d'énergie cinétique.
Notre voiture théorique roule et génère du couple et pratiquement rien ne se passe jusqu'à ce que le conducteur appuie sur le frein. Ensuite, tout un tas de choses se produisent. Les freins doivent vaincre l'inertie dynamique (la voiture en mouvement) et imposer une inertie statique (faire s'arrêter la voiture). Il le fait en changeant l'énergie cinétique en énergie thermique ou en chaleur - et cela génère beaucoup. Les coussinets de la petite voiture roulant à 60 miles par heure (96,6 kilomètres par heure) atteindront environ 450 degrés Fahrenheit (232,2 degrés Celsius) lors d'un arrêt d'urgence. Ceci, bien sûr, peut affecter la durée de vie du tampon. Ou, plus simplement, chaque fois qu'un conducteur s'arrête ou appuie sur les freins, les plaquettes s'usent, chauffent et meurent un peu.
La dernière partie de cette longue équation sur la durée de vie des plaquettes n'a rien à voir directement avec les plaquettes. N'oubliez pas que les plaquettes doivent appuyer contre un rotor pour ralentir la voiture. Ceci est accompli à l'aide d'un jeu d'étriers et les plaquettes sont pressées contre un rotor.
Un rotor peut ressembler à une simple pièce de métal, mais il est conçu très spécifiquement pour fonctionner avec les étriers et les plaquettes. La masse du rotor, ainsi que les ailettes thermiques intégrées, aident à dissiper une partie de l'énergie thermique développée lors du freinage et à prolonger la durée de vie des plaquettes. La surface a également une finition spécifique suffisamment lisse pour prolonger la durée de vie du patin, mais suffisamment rugueuse pour permettre un freinage efficace.
De même, les étriers doivent fonctionner pour appliquer correctement le piston et appuyer sur les plaquettes en cas de besoin, et les relâcher lorsqu'ils ne sont pas nécessaires également. Un étrier coincé ou collant peut signifier qu'une plaquette est en contact sous pression constant ou trop fréquent avec un rotor. Cela augmente l'énergie thermique et l'usure prématurée du coussinet.
Les variables de la durée de vie d'une plaquette de frein sont si larges qu'il est presque impossible de définir une durée de vie spécifique - bien que 30 000 à 50 000 miles (48 280 à 80 467 kilomètres) pour les plaquettes semi-métalliques soient une bonne estimation. Même le type de transmission d'une voiture peut affecter la durée de vie des plaquettes. Les conducteurs à transmission manuelle qui savent changer de vitesse pour contrôler la vitesse verront une durée de vie des freins plus longue que les conducteurs à transmission automatique. À l'autre extrémité du spectre, les personnes qui freinent ou freinent très fort voient souvent la durée de vie de leurs plaquettes réduite de moitié alors qu'un simple changement de style de conduite pourrait leur faire économiser de l'argent.
Compte tenu de cette variété, la meilleure façon de gérer la durée de vie des plaquettes est de les faire vérifier lors des vidanges d'huile de routine. Un ensemble de jauges de plaquettes de frein peut être utilisé pour mesurer l'usure, et un bon magasin peut vous dire combien de matériau de friction il vous reste sur la plaquette et combien de temps elles devraient durer. De nombreux pads ont également des indicateurs sonores. Un petit morceau de métal, généralement une pince à ressort, attaché à l'un des coussinets. Lorsque le patin s'use, les clips frottent contre le rotor et font un bruit de grincement.
Quelle que soit la durée de vie des plaquettes de frein typiques, faites toujours attention aux signes de mauvais fonctionnement des freins - perte de puissance, perte de puissance lorsque les freins chauffent ou tirer d'un côté ou de l'autre pendant le freinage. Tous ces signes indiquent que les plaquettes de frein se détériorent et que les freins sont essentiels au bon fonctionnement d'une voiture.
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