Thèmes:
- Préface
- Conduit par cable
- Combinaison de freinage électrique et hydraulique
- Mélange de freins
Préface:
Les véhicules à propulsion électrifiée (hybride, entièrement EV, pile à combustible) ont la possibilité de freiner électriquement. Lorsque vous relâchez la pédale d'accélérateur ou freinez légèrement, le moteur électrique fonctionne comme un générateur. L'énergie cinétique du véhicule est convertie en énergie électrique pour la batterie HT. Le gamme augmente lorsque vous freinez beaucoup doucement et que le système de freinage a la possibilité d'appliquer beaucoup de freinage régénératif. Vous pouvez en savoir plus à ce sujet sur la page : Onduleur.
En 2023, le freinage électrique est toujours associé au circuit de freinage hydraulique classique. En cas de panne électrique ou sur les véhicules plus anciens lors d'un arrêt d'urgence, le circuit de freinage hydraulique est (partiellement) activé. Cela sert de sauvegarde. Les sections suivantes montrent comment les constructeurs combinent freinage électrique et hydraulique pour assurer un bon confort et garantir la sécurité en cas de panne du système électrique.
Conduit par cable:
Le système de freinage « drive by wire » a pour fonction de freiner hydrauliquement avec assistance électrique. Il n'y a pas de connexion hydraulique directe entre la pédale de frein et les pistons de frein dans les étriers de frein. La pédale de frein applique une pression de freinage à un simulateur de force de freinage. La pression de freinage est mesurée. Un moteur électrique crée la pression souhaitée dans le circuit de freinage hydraulique. Le système de freinage à entraînement par câble offre les avantages suivants par rapport au système de freinage conventionnel :
- Un servofrein à dépression n'est plus utilisé, car le moteur électrique fournit la pression de fluide requise ;
- Les fuites de liquide peuvent être détectées et fermées par frein. Pour cette raison, un maître-cylindre de frein n'est plus nécessaire pour deux circuits de freinage distincts ;
- Le conducteur ne constate pas de transition entre freinage électrique et hydraulique lors du passage du freinage par récupération sur les moteurs électriques au freinage par appui de la plaquette de frein contre le disque ;
- Les vibrations du système ABS ne se font plus sentir au niveau de la pédale de frein ;
- La contre-pression (simulée) dans la pédale de frein peut être adaptée aux réglages (confort/sport).
Le schéma hydraulique ci-dessous montre le système utilisé par BMW (DSCI). L'opération est la suivante :
Lorsque le conducteur actionne la pédale de frein, une force est exercée sur le maître-cylindre de frein (7). Ce maître-cylindre de frein possède deux sorties : vers le simulateur d'effort sur la pédale de frein (8) et vers une valve de desserrage. La pression de simulation est transmise au simulateur de force sur la pédale de frein via la ligne bleue. Une contre-pression est créée dans ce composant, qui est reconnaissable par le conducteur comme une contre-pression dans les cylindres de frein. Il n’y a aucune connexion physique entre le maître-cylindre de frein et les cylindres de frein de roue. La pression de simulation est mesurée par un capteur de pression (5). En fonction de la pression de simulation, l'ECU contrôle le moteur électrique (10). Cela exerce une pression de travail dans le cylindre de pression de frein (9). Un capteur de pression côté pression de travail renvoie la pression accumulée à l'ECU. Les connexions rouges sur le diagramme montrent comment la pression de service atteint les cylindres de frein de roue (1) via les valves. Les soupapes de maintien de pression (3) sont ouvertes au repos, de sorte que la pression de freinage peut être créée directement à partir du cylindre de pression de freinage. Les réducteurs de pression (2) sont fermés au repos.
Légende:
- Remmen
- Réducteurs de pression
- Soupapes de maintien de pression
- Débrancher les vannes
- Manomètres pour circuit de travail de pression de freinage et circuit de simulation
- Réservoir de liquide à frein
- Maître cylindre
- Simulateur de force sur la pédale de frein
- Cylindre de pression de frein
- Moteur électrique
- Vanne de diagnostic
- Raccordements jaunes : réservoir d'alimentation et de retour du liquide de frein ;
- Connexions bleues : pression de simulation ;
- Raccordements rouges : pression de service (pression de freinage).
En cas de fuite près du cylindre de pression de freinage ou en cas de défaut électrique empêchant le moteur électrique d'établir une pression de travail suffisante, les soupapes de décharge (4) sont excitées pour garantir la sécurité. La connexion entre le maître-cylindre de frein et les cylindres de frein de roue est ouverte et la connexion avec le cylindre de pression de frein est fermée. Comme le servofrein manque, vous devez appuyer plus fort sur la pédale de frein pour freiner.
Combinaison de freinage électrique et hydraulique :
Les véhicules entièrement électriques et hybrides disposent toujours d’une combinaison de systèmes de freinage électrique et hydraulique. Le système de freinage « frein par fil » du paragraphe précédent n’est pas encore souvent utilisé. Dans ce système, il n'y a pas de connexion directe entre la pédale de frein et les cylindres de frein de roue. Un moteur électrique puissant fournit toute la puissance de freinage, même lors d'un arrêt d'urgence. Dans ce cas, un servofrein n’est pas nécessaire.
Dans la plupart des véhicules électriques et hybrides, une combinaison de freinage électrique et hydraulique est obtenue de la manière suivante : avec un freinage doux (dosé), un freinage régénératif (électrique) a lieu car les moteurs électriques fonctionnent comme une dynamo. Lors d'un freinage brusque et/ou en cas de dysfonctionnement, le système hydraulique s'enclenche immédiatement. Un servofrein est utilisé ici pour augmenter la pression de freinage. Il y a donc une interaction entre le moteur électrique et les freins mécaniques lors du freinage. Ce système est parfois aussi appelé « drive by wire », bien que ce concept soit mieux adapté au système du paragraphe précédent.
Le schéma ci-dessous est basé sur la Toyota Prius 3. La pédale de frein (1) crée une pression de freinage dans le maître-cylindre de frein (3). Lors d'un freinage doux, seuls les moteurs électriques sont freinés. Le simulateur de pression de freinage (4) fournit une contre-pression lorsque vous appuyez sur la pédale de frein. La valve du simulateur de pression de freinage s'ouvre dans des conditions de fonctionnement normales. Lors d'un freinage brusque, les vannes de verrouillage (5) sont ouvertes et la vanne du simulateur est fermée. Les étriers de frein des roues avant sont alimentés en pression de freinage. L'ouverture et la fermeture des valves hydrauliques (6) permettent à la pression de freinage d'atteindre également les roues arrière. Les capteurs de pression de freinage (de gauche à droite : p lv à mp rv) mesurent la pression et la transmettent au calculateur. Les valves hydrauliques (5, 6 et 7) sont régulées sur la base de la pression de freinage souhaitée au moyen d'un signal PWM.
Le système est conçu de telle manière qu'en cas de panne de courant, la pression de freinage sur les roues arrière est complètement relâchée et la pression sur les roues avant est contrôlée par le conducteur avec la pédale de frein.
Légende:
- Pédale de frein
- Réservoir de liquide à frein
- Maître-cylindre tandem
- Simulateur de pression de freinage
- Vannes de verrouillage
- Vannes hydrauliques (fermées de gauche à droite)
- Valves hydrauliques, avant fermées, arrière ouvertes
- Accumulateur de pression
- Pompe hydraulique entraînée par un moteur électrique
- Soupape de limitation de pression
- Raccordements jaunes : réservoir d'alimentation et de retour du liquide de frein ;
- Connexions bleues : pression de freinage de la pompe hydraulique ;
- Raccordements rouges : pression de freinage du maître-cylindre de frein (avec vannes ouvertes).
Le freinage hydraulique de la Toyota Prius 3 se fait via les roues avant. Les roues arrière ne sont pas reliées au maître-cylindre de frein. C'est le cas des véhicules modernes, dont le Kia Niro : les quatre cylindres de frein sont activés par le maître-cylindre de frein via deux circuits.
Lors du freinage de véhicules équipés d'un système de freinage similaire, le passage du freinage électrique au freinage hydraulique a lieu dans certaines circonstances. Pour garantir que la décélération du freinage et la sensation dans la pédale de frein se déroulent sans problème, le « mélange de freins » est utilisé dans ce système de freinage. C'est décrit dans la section suivante.
Mélange de freins :
Lors du relâchement de la pédale d'accélérateur ou du freinage dosé, de nombreux véhicules électriques freinent exclusivement sur les moteurs électriques. L'énergie cinétique est convertie en énergie électrique, augmentant ainsi l'autonomie du véhicule. Le système de freinage hydraulique est peu utilisé. Lorsqu'une décélération de freinage élevée est requise, le frein électrique et le frein de service hydraulique fonctionnent ensemble. Nous appelons la collaboration des deux systèmes de freinage « mixage des freins ». Dans les générations précédentes de véhicules hybrides et entièrement électriques, cela ne se déroulait pas sans problème et la diminution de la vitesse du véhicule changeait lorsque le frein hydraulique était appliqué. Avec les technologies actuelles, le conducteur ne remarque plus la transition entre les deux systèmes de freinage. Attention : il ne s'agit pas de la technologie utilisée avec le drive by wire.
Le graphique montre la transition des deux systèmes de freinage où la décélération du freinage reste constante. La force du conducteur sur la pédale (a) reste la même pendant 10 secondes. Lorsque le freinage démarre, le frein de service hydraulique et le freinage récupératif des moteurs électriques fonctionnent ensemble. Au cours des six premières secondes, nous constatons que la décélération due au freinage par récupération augmente. Le moteur électrique fonctionne comme un générateur et alimente la batterie HT avec l'énergie générée. La force de freinage du frein de service hydraulique continue de diminuer jusqu'à ce qu'il ne fonctionne plus. Après environ 7,5 secondes, nous approchons de l'arrêt du véhicule et la puissance de freinage électrique disparaît. La force de freinage hydraulique augmente à nouveau. Après 8,5 secondes, le véhicule s'arrête. Le conducteur continue d'appuyer un instant sur la pédale de frein.
a : force de la pédale du conducteur
b : décélération due au freinage par récupération (par moteur électrique)
c : décélération due au frein de service hydraulique
d : délai souhaité par le conducteur
e : diminution de la vitesse
d = c + b
