1) Les principes de base
 Le travail des freins consiste principalement à faire ralentir la moto, voire l'arrêter, le tout sans déraper, et sur la plus courte distance possible.
Sur le principe du rien ne se crée, rien ne se perd, les freins transforment donc le mouvement (energie cinétique) de la moto en chaleur (énergie calorifique).
Ils doivent donc absorber au mieux l'enérgie cinétique, pour bien freiner, et également dissiper de la manière la plus efficace l'énergie calorifique, pour ne pas chauffer.
Les différents types de moto n'ont pas les mêmes besoins en matière de freinage. En effet, l'énergie cinétique est proportionnelle à la masse et au carré de la vitesse (e=1/2.m.v²).
Prenons deux exemples un peu extremes :
un ensemble moto-pilote de 220 kilos, genre RS250, et un ensemble de 440 kilos, genre Golddwing.
A 120 km/h, la gold a une énergie cinétique de 244 KJ (kilo-joules) et la RS 122 KJ.
Mais une RS à 240 km/h a une énergie cinétique 4 fois plus importe qu'à 120km/h : 488 KJ
Pour la Gold, 240 c'est du domaine du rêve... même en full power, mais par exemple à 160, vitesse de crosière, son énergie cinétique serait de 434 KJ.
Le freinage d'une sportive est donc beaucoup plus pointu que celui d'un tourer, regardez comment ces deux machines sont montées en freins :
Gold : à l'avant 2 disques de 296mm, etriers 3 pistons, à l'arrière 1 disque de 316mm etriers 3 pistons, + dual cbs
RS250 : à l'avant 2 disques 298mm et etriers 4 pistons, à l'arrière 1 disque 220mm et etriers 2 pistons.
Le freinage dépend aussi de l'adhérence du pneu, de l'amortissement de la moto et de sa géométrie, sans parler de la qulité du sol ;-).
Les limites du freinage proprement dit ayant quasiment été atteintes en termes d'efficacité pure, les recherches portent maintenant sur la géométrie de la moto et les systèmes d'assistance, par exemple pour reculer le point de basculement sur la roue avant lors du transfert de charge qui à lieu pendant le freinage.
Le freinage est constitué de quatre éléments distincts:
- La commande qui donne l'ordre de freinage: pedale, levier.
- Le transmetteur d'ordre : une tringle, un cable, un tuyau rempli de fluide.
- Le frein fixé sur la fourche ou le bras oscillant.moto.
- La partie mobile à freiner, solidaire de la roue.
Quelques dates:
- 1858: Invention du frein Hydraulique par le Britannique William Froude.
- 1868: Invention du frein à air comprimé par le Français Joseph Farcot.
- 1899: Premier freinage sur un véhicule utilisant un moteur à pétrole, en utilisant le frein moteur via l'échappement.
- 1901: Invention du frein à disque, par Mr.Lanchester en Angleterre, monté sur les motos Impérial.
- 1904: Première application du freinage à air comprimé sur une voiture.
- 1954: Jaguar introduit le frein à disque Dunlop en course automobile. Qui est lui-même dérivé de l'aviation.
- 1965: Introduction du frein à disque sur les motos de compétition.
- 1968: Apparition du frein à disque en série sur la Honda 750 CB.
- 1986: BMW Introduit ABS (Anti-Blocking Système).
2 ) Les freins à tambour
C'est le système qui à équipé quasiment toutes les motos jusqu'à la fin des années 60, à l'exception de quelques machines utilisant des freinages plus ou moins ésotériques.
C'est un système de conception simple trés facile à fabriquer.
Les frein à tambour est constitué de :
- Une piste cylindrique qui sert de surface de freinage. Elle est généralement en fonte, et usinée dans le moyeu de la roue.
- Un axe fixe.
- Un levier actionné par un cable de frein ou une tringle, qui actionne à son tour la came.
- Une ou plusieures cames de forme oblogue, qui poussent les machoires vers l'extérieur, donc vers l'intérieur de la piste de freinage.
- Deux machoires de frein en aluminium, qui se plaquent sur l'interieur de la piste de freinage. Elles supportent des garnitures frittées appelée "Ferodo", du nom de son inventeur.
-Des ressorts de rappel.
Quand il n'y a qu'une came, on parle de frein à simple came. Une seule came pousse les machoires vers la piste de freinage. Seulement, les deux machoires ne se comportent alors pas de la même manière : La première dans le sens de rotation de la roue à un tendance naturelle à s'écarter, elle sur-freine. Pour l'autre c'est le contraire.
Pour remédier à cela, on a inventé les double came, là, on remplace l'axe de pivot par une deuxième came. Le Ferodo s'use alors moins, les deux cames sont poussées simultanément, le contact avec le tambour est meilleur et le freinage plus efficace. Par contre, le reglage doit être précis pour que tout ca soit bien synchronisé, et il n'est pas forcement évident à faire.
En compétition on a également vu des frein à quatre cames, en fait des assemblage de deux freins à double came de chaque côté du moyeu de la roue. Un système un peu aléatoire et impossible à regler.
Le frein à tambour est peu puissant et peu endurant : il évacue trés mal la chaleur, et sa puissance de freinage diminue avec l'echauffement: au delà de 100km/h, il montre ses limites, et peut chauffer trés fort, à plus de 700°.
Il est sensible à l'humidité: comme il évacue mal l'eau, il ne seche pas bien, et répond mal sous la pluie. Il a également tendance à rouiller, ce qui peut provoquer des bloquages dangereux.
Son efficacité diminue également avec l'accumulation de poussières dans le tambour et le glacage des garnitures.
Ses piètres performance et son caratère imprévisible le cantonnent de nos jours à la roue arrière des petites cylindrées et des utilitaires.
Ajoutez à cela que c'est trés moche un frein à tambour...
3) Les freins à disque
Le frein à disque est dérivé de l'aéronautique.
Jaguar a été le premier constructeur à l'utiliser sur une voiture pour les 24 heures du man de 1954, puis les autres constructeurs auto ont suivi le mouvement.
En moto, on doit le premier essai de frein à disque sur une machine moderne à MV. Elle utilisait un système actionné par des cables.
Toutefois, c'est la Honda 750 four qui est considérée comme la première machine de série équipée de freins à disque avec commande hydrolique, en 1968. Le résultat n'était pas terrible.
Cependant, les freins à disque ont vite évolué et balayé les tambours grâce à leurs avantages.
Ils chauffent moins, car ils sont à l'air libre, et la surface d'échanges mécaniques est plus importante.
Ils sont moins sensibles l'eau qui est chassé par la force centrifuge. Par ailleurs, les trous dans les disques rompent le film d'eau.
Ils offrent un freinage plus constant, et une réponse rapide, même par temps de pluie.
Le maitre cylindre.
Il transforme l'effort appliqué sur le levier ou la pédale de frein en pression dans le circuit de feinage.
C'est une sorte de pompe : le levier actionne un piston qui pousse un fluide, le liquide de frein, dans un tuyau, la durite, vers les etriers.
Le rapport entre la longeur du levier et le diametre du piston determine pression. Plus le diamètre du piston est petit, plus la pression est élevée pour un effort identique.
Le maitre cylindre comporte un reservoir incorporé ou séparé pour etre protegé des chutes : le bocal d'expension. Le liquide de frein quitte le bocal vers les etrier quand on serre le frein, et il y retourne quand on le relache. Cela permet également de compenser en partie l'usure des plaquettes.
Le circuit de freinage ne consomme pas de liquide, sauf en cas de fuite (la, c'est dangereux). Par contre, ce liquide s'oxyde et perd peu à peu ses propriétés mécaniques : le freinage devient mou, repond mal. Il est temps de le changer.
La durite.
C'est un tuyau, fixé aux deux extremité par des banjos, qui relie le maître-cylindre à l'étrier. S'il y a deux disques de frein, un répartiteur... hum... réparti le liquide dans deux autyres durites.
Une durite est en général en caoutchouc épais, elle doit être assez flexible pour supporter le débattement de la roue, et assez solide pour ne pas se déformer sous la pression.
On peut utiliser des durites dites "avia", en nylon gainées d'acier traissé, qui sont moins élastiques, permettant une commande plus franche.
Le liquide de frein.
Lorsque l'on freine, ca dégage beaucoup de chaleur.
Le liquide du circuit hydrolique doit donc ne pas se transformer en vapeur sous l'effet de la chaleur à chaque coup de frein.
La valeur DOT (3, 4, 5) désigne le point d'ébulition du liquide (entre 200 et 260°).
L'étrier.
Il entoure la piste de freinage du disque, sur le principe de l'éteau.
Il est fait de 1 à 8 pistons en moto.
Sous l'action de la pression dans la durite, les pistons poussent les plaquettes de freins vers la piste de freinage du disque. Les pistons font l'inverse du maître-cylindre : ils transforment une pression en effort.
Dans le cas d'un étrier avec 1 piston, c'est le disque qui bouge pour se centrer dans l'etrier. L'etrier flottant est monté sur un axe coulissant.
On peut modifier la puissance de freinage en modifiant la surface ou le nombre des pistons.
Quand on à plusieurs pistons, l'effrot de freinage est plus uniforme sur le disque, ce qui améliore le freinage.
On peut également mettre des pistons de diamètres différents : le premier piston dans le sens de rotation de la roue est plus petit, car la plaquette, comme la machoire de frein à tambour, a naturellement tendance à serrer.
Les plaquettes de frein.
Ce sont des plaques métaliques sur lesquelles est collée une garniture, souvent en matériau fritté (aggloméré par compression).
Ce sont elles, qui poussées par les pistons, viennent frotter contre la piste de freinage du disque, ce qui ralentit la moto...
Le disque.
Il est fait en acier, en fonte, en alu traité voire en carbone. Il est solidaire de la roue et tourne à la même vitesse qu'elle dans l'etrier.
Il est constitué d'une piste de freinage qui sert de contact avec la garniture des plaquettes, et d'un moyeu, la frette.
Si la piste et la frette sont en une seule piece, on parle de disque fixe.
C'est le premier à être apparu, et le moins cher à fabriquer, mais il est sensible à la dilatation et ne supporte pas les températures élevées.
Si ces deux parties sont séparées, et solidarisées par des plots, on parle de disque flottant. La piste de freinage à une tolérance de mouvement dans l'axe de la roue et dans le sens de la route. Ca évite les déformations (effet de voile) dûes à la chaleur.
Une piste plus plus épaisse évacue mieux la chaleur, mais diminue la tenue de route à cause de l'effet gyroscopique qui résulte de l'augmentation de la masse suspendue d'une côté de la roue.
On peut aussi mettre des disques de plus grand diametre, ce qui améliore la puissance de freinage, ou mettre plus de disques, ce qui réduit l'effort sur la fourche et répartissant les efforts de manière égale de chaque côté du moyeu.
4) L'assistance au freinage.
Sujet épineux s'il en est. Alors, pour ou contre l'assistance au freinage?
En fait, le blocage de roue fait peur, surtout à l'avant, ce qui fait que de nombreux motards ont tendance à sous-freiner de l'avant, et sur-freiner de l'arrière pour l'éviter. Ce qui rallonge la distance de freinage, et compromet l'équilibre de la moto pendant le freinage.
On ne parle pas là de jouer avec les freins sur un circuit nickel avec des pneus à 10000 balles pour attaquer une courbe, mais de la vie du motards de tous les jours, sur des routes pourries, avec des pneus pas forcément tout neufs, et certainement pas le talent de Mike the Bike... même s'ils le croient souvent ;-)
ABS : le système antiblocage.
C'est la première assistance au freinage à laquelle on peut penser.
Qui dit bloquage des roues (en particulier de l'avant) dit gamelle dans la majorité des cas. L'abs est censé empécher ça.
A chaque instant, un calculateur mesure la vitesse de rotation des roues grace à des capteurs optiques ou magnétiques.
Si dans un laps de temps programme, la centrale abs mesure une baisse de vitesse de rotation trop importante, elle en déduit que la moto dérape, et fait baisser la pression du circuit hydrolique jusqu'à ce que les mesures indiquent une fin de dérapage.
La qualité et la fiabilité de ce système dépendent grandement de la la réactivité du système qui régule la pression. Plus il est rapide, la distance de freinage diminue.
Ceci dit, avec ce système, pas question de faire chasser l'arrière pour se placer en courbe. Mais sur route ouverte, qui le fait?
Systemes de couplage : le freinage combiné.
Comme le frein avant est inquiétant pour certains motards, les constructeurs (moto-guzzi le premier) ont inventé ce système pour diriger une partie de l'effort de freinage arrière vers le frein avant : sur un seul des disques, ou sur une partie des pistons.
La distance de freinage et le risque de blocage baissent grâce à la répartition de l'effort.
Honda a amélioré ce systeme avec le dual CBS : le couplage est double : lefrein arrière commande un partie du freinage avant, et le frein avant une partie du freinage arrière.
Ce système, couplé à l'abs, comme sur la pan european, est trés efficace.
BMW propose encore mieux avec l'abs et l'assistance au freinage couplé. Sur certains modèles haut de gammes, une pompe electrique vient assisté le freinage couplé avant arrière, ce qui permet de gagner 3 metres à 100km/h.
A vous de choisir.
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