Systèmes de freinage
Le freinage est basé sur le principe de la friction. Aucune autre dimension ou force physique n’est impliquée ; il s’agit uniquement d’une friction verticale entre la garniture de frein et le tambour, ou entre la plaquette et le disque. Et au bout du compte, c’est la friction entre le pneu et la route qui produit la force de freinage. La force de freinage résulte du coefficient de frottement provoqué par le contact entre deux matériaux différents.
Le principe même de la commande de freinage est de maintenir le glissement des roues afin d’assurer un certain contrôle et de faire en sorte que l’on puisse guider le véhicule. Si la roue se bloque, on ne peut plus diriger le véhicule. Pour éviter cela, un système de contrôle du freinage tente d’empêcher le blocage total de la roue pour conserver la possibilité de guider le véhicule, tout en transférant une partie de la puissance de freinage issue de la friction vers la route à travers la roue. C’est le principe fondamental du freinage qui s’applique à tout type de véhicule : les voitures particulières, les camions, les remorques, les motos et désormais même les vélos – Bosch a mis au point un système ABS pour freins à disque sur la roue avant des vélos électriques.
Sur un vélo, ou dans une voiture, les freins sont actionnés par un effort physique du conducteur (même si quelques véhicules disposent d’un certain degré d’assistance). Dans les camions en revanche, qui sont beaucoup plus lourds et peuvent peser jusqu’à 40 T, l’être humain n’a aucun moyen de générer une telle puissance de freinage. Les camions et les remorques utilisent donc un système pneumatique actionné par un compresseur. Lorsque le conducteur appuie sur la pédale de frein, il envoie un signal de freinage souvent transmis par air dans un petit conduit transversal vers des valves-relais, qui elles-mêmes le transmettent à un actionneur poussé vers le piston. Le piston actionne un levier sur le cylindre de frein pour créer une force de frottement sur le disque ou sur le tambour de frein. Le dispositif de réglage relie le tambour de frein à un mécanisme qui dilate automatiquement les garnitures de frein au fur et à mesure qu’elles s’usent.
Sur les précédents systèmes, les roues se bloquaient si les freins étaient actionnés trop brutalement, et le véhicule dérapait. Le degré de blocage dépend en partie de la surface de la route. Sur une surface sèche, 80 % de la puissance normale de freinage peut être transformée en friction. Si le sol est mouillé, le chiffre tombe à 20 % et sur une surface verglacée, il n’est plus que de 1 %. Il y a toujours une friction lors du blocage de roue, mais le plus gros problème est la perte de contrôle sur la direction ; l’inertie maintient le véhicule en ligne droite. On peut tourner le volant, mais le véhicule conservera la direction du mouvement initial.
Pour remédier à cela, des systèmes antiblocage de roues (ABS) sont venus équiper les camions au milieu des années 1970 et les remorques dans les années 1990 (Haldex Modal, 1991 ; Haldex Modulair, 1998). Ils comparent la vitesse du véhicule avec la vitesse de rotation de la roue. Si la roue menace de se bloquer, ou si elle tourne moins vite que le véhicule, l’ABS relâche les freins pendant une courte durée – mais il ne les actionne pas – jusqu’à ce que les deux vitesses se synchronisent. Cette variable s’appelle le facteur de glissement. Un glissement nul signifie que la roue est en rotation libre ; un facteur de glissement de 100 % signifie que la roue est bloquée. Un freinage optimal et un guidage optimal nécessitent un facteur de glissement de 20 à 30 %. Pour relâcher les freins, l’ABS libère de l’air dans le cylindre de frein. Dans un monde idéal, l’ABS ne devrait pas se déclencher. Si vous conduisez prudemment en observant bien ce qui se passe devant vous, l’ABS ne se déclenchera pas.
Les systèmes de freinage électronique (EBS) ont fait leur apparition quelques années plus tard sur les remorques, à l’image de Haldex EB+ Gen1 en 2001. Comparés à l’ABS, les systèmes EBS pour remorques peuvent actionner les freins ; l’EBS intervient dans toutes les actions de freinage. Il est déclenché grâce à un signal électrique provenant du tracteur. La plus grande évolution est l’absence de temps mort entre le moment où les freins reçoivent le signal et le moment où ils se déclenchent. Alors que les signaux de pression se propagent par air à la vitesse du son, les signaux électriques se transmettent à la vitesse de la lumière. C’est la raison pour laquelle l’EBS réduit considérablement la distance de freinage. On utilise pour ce faire une électrovanne supplémentaire. Un relais est toujours connecté au réservoir d’air, ce qui permet de stocker l’énergie de freinage.
Comme l’EBS de la remorque ne relâche pas seulement les freins mais peut également les actionner, il peut aussi intervenir sur des applications stratégiques, pour contrôler la stabilité. Le système mesure la vitesse – l’EBS est équipe d’un accéléromètre qui permet de déclencher le freinage sur un côté dans un premier temps ou sur les deux côtés. Cela permet de stabiliser la remorque lorsqu’elle atteint une vitesse trop importante.
Seuls l’ABS et le contrôle de stabilité sont exigés par la réglementation européenne pour les camions et les remorques, l’EBS n’est pour l’instant pas mentionné. Les améliorations qu’il apporte en termes de performance sont cependant si importantes que personne en Europe n’utilise l’ABS avec contrôle de stabilité, mais plutôt l’EBS, qui comprend les signaux électriques de demande de freinage et un contrôle en boucle fermée. Ce qui signifie que l’EBS actionne les freins et détecte la demande de freinage et le niveau de la pression dans le cylindre de frein. L’ABS utilise le contrôle en boucle ouverte, il se contente de mesurer la vitesse du véhicule et de relâcher les freins. Le système de stabilité de l’ABS actionne également les freins, mais il est lui aussi en boucle ouverte, il ne mesure pas le résultat.
Le boîtier EB+ Gen2 de l’EBS Haldex pour remorque est sorti en 2008, l’EB+ Gen3 en 2014 et le Gen4 (EB+ 4.0) a été commercialisé en 2020 (même s’il n’est arrivé sur le marché qu’en 2022 à cause du COVID). La première structure du système a initialement été usinée à partir d’un bloc d’aluminium massif, en partie en raison de la faible demande sur le marché cible. Le boîtier a par la suite été complété par une partie en plastique technique. Le nombre de données contrôlées électriquement a augmenté sur Gen2, et la CPU a été améliorée ; on a de nouveau utilisé un aluminium moulé sous pression afin de bénéficier de davantage de flexibilité au niveau de la production.
Désormais, EB+ 4.0 s’efforce d’intégrer un maximum d’éléments sur une plateforme unique. Sa conception est modulaire afin d’inclure autant de modules que l’exige le périmètre fonctionnel. L’un de ses principaux avantages est le gain de poids : 2 kg, si on le compare à Gen3. Il dispose de davantage de fonctions auxiliaires, notamment les robinets monte et baisse, les valves de relevage d’essieu ainsi que le stationnement. Le dispositif comprend une unité de commande électronique complexe offrant une intelligence et une puissance de calcul accrues. Alors que le Gen3 prévoyait un maximum de cinq modules différents, ce chiffre est passé à plus de huit sur EB+ 4.0. La puissance de calcul n’a cessé de se développer au fil des générations.
Une autre tendance concerne l’augmentation de la connectivité. L’EBS est la seule source d’alimentation standardisée sur une remorque ; elle alimente des fonctions auxiliaires telles que Soft Docking ou la télématique et connecte tous les systèmes électriques qui les entourent, les remorques à température ambiante ne disposant pas d’alimentation électrique. En fait, les connexions de données et les connexions électriques sont désormais combinées. Dans le passé, lorsque seul l’ABS était utilisé, le connecteur possédait cinq broches. Lorsque les remorques sont passées à l’EBS en 2001, le câble d’alimentation standard a été pourvu de sept broches, avec l’ajout du CAN bas et du CAN haut. C’est précisément là qu’EBS reçoit la demande de freinage, conformément à la norme ISO 11992 relative à la communication numérique du bus CAN.
À l’avenir, nous envisageons de nous tourner vers un frein électromécanique, dans un souci d’économie d’énergie. Toutes les applications de freinage perdent de l’énergie en libérant de l’air comprimé. Cette pression est régénérée par un compresseur connecté au moteur, qui consomme du carburant. L’air est une source d'énergie onéreuse, tout le monde essaie de l’éliminer du camion. Les freins électromécaniques actuellement étudiés par Haldex se composent d’un système de freinage par câble entièrement électrique, éliminant ainsi les conduites d’air et les actionneurs pneumatiques, en les remplaçant par un câblage électrique et un moteur électrique situé à l’extrémité de roue et exerçant une force sur le disque de frein. Mais malgré sa complexité technique, le système continue malgré tout à avoir recours à la friction pour le freinage, au niveau de l’étrier de frein et du tambour, et entre le pneu et la route.
