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LE SYSTEME DE FREINAGE ABS

RAPPEL DE CONNAISSANCE

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RAPPEL DE CONNAISSANCE SUR LE SYSTÈME DE FREINAGE ABS

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SOMMAIRE

N° Page 1 2 3 4 5 6

NOTION D’ADHÉRENCE D’UN PNEUMATIQUE PRINCIPE DU SYSTÈME ABS PRINCIPE DE LA RÉPARTITION DU FREINAGE PRINCIPE DE L’ANTI-PATINAGE PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DU SYSTÈME ABS COMPOSANTS DU SYSTÈME 6.1 Freinage 6.2 Groupe hydraulique 6.3 Électrovannes de régulation 6.4 Pompe de refoulement 6.5 Cycles de contrôle des électrovannes 6.6 Capteurs 6.7 Le calculateur

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1. NOTION D’ADHÉRENCE D’UN PNEUMATIQUE Le coefficient d’adhérence est un paramètre qui définit la faculté d’un pneumatique de transférer de la roue à la chaussée un effort (force) dans des conditions données. Il dépend principalement : - de la qualité du pneumatique - de la nature du revêtement de la chaussée Une bonne adhérence permet de transmettre un effort maximum de la roue à la chaussée Exemple de valeurs de coefficients d’adhérence  Condition du sol Béton sec Asphalte sec Chemin de terre sec Béton mouillé avec : Film d’eau de 1 mm Film d’eau de 2 mm Verglas -

Pneu neuf 0,85 0,80 0,50

Pneu usé 0,95 0,90 0,50

0,55 0,45 0,10

0,40 0,30 0,10

Glissement de la roue au sol :

Le coefficient de glissement de la roue au sol est exprimé en pourcentage et est défini par : Coefficient de glissement = 100 x (vitesse du véhicule – vitesse de la roue) Vitesse du véhicule En cas de blocage des roues (glissement maximal) lors d’un freinage, il se produit une perte d’adhérence importante qui entraine une perte d’efficacité de la stabilité et de la maniabilité directionnelle et par conséquent une distance d’arrêt augmentée.

Force de freinage

Glissement Un glissement d’environ 20% donne un bon compromis entre la stabilité, la maniabilité directionnelle et la force de freinage. ECODIME - Zone Juliette - Bât.126B - Orly Fret 720 - 94399 Orly Aérogare Cedex - France Tél. 33 1.49.75.46.46 - Fax 33 1.49.75.47.64 – www.ecodime.com - email : [email protected] Reproduction interdite – Copyright ECODIME 2008

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2. PRINCIPE DU SYSTÈME ABS (de l’Allemand Antiblockiersystem) La vitesse de rotation de chaque roue est mesurée par des capteurs placés dans les moyeux. Elle est transmise en permanence au système de contrôle de l'ABS via des impulsions électriques. Dès qu'une roue amorce un blocage, le boîtier ABS commence sa régulation. Le calculateur va adapter la pression appliquée aux vérins des étriers de freins, par l'intermédiaire du groupe électrovannes. Dans une situation de freinage normal, les électrovannes sont ouvertes. Quand l'ABS entre en action, il commence par fermer une première électrovanne, qui stoppe l'envoi du liquide de frein. Si le blocage persiste, une deuxième électrovanne est fermée, ainsi de suite. Les étriers de frein relâchés, les roues sont libérées. Dès que la roue commence à reprendre de la vitesse, la pression est renvoyée, toujours par étapes, jusqu'au moment où la roue atteint la vitesse de rotation des autres ou jusqu'à un prochain début de blocage. Cette opération peut s'effectuer jusqu'à 12 fois par seconde, pour assurer un freinage homogène (ce qui explique pourquoi le conducteur ressent des vibrations dans la pédale de frein). L'ABS nécessite donc un régulateur extrêmement sophistiqué : il doit non seulement réagir de façon très précise aux informations qui lui parviennent, mais aussi prendre en compte les différentes inerties du système de freinage, ou même le diamètre différent d'une roue de secours qui n'aurait pas le même diamètre.

La vitesse du véhicule est aussi prise en compte ; elle est calculée à partir de la vitesse des roues. Dès que la vitesse descend sous les 5 km/h, l'ABS s'arrête : si les freins restaient serré sur une voiture à l'arrêt, le régulateur relèverait que les roues sont bloquées, et par conséquent relâcherait toute la pression. ECODIME - Zone Juliette - Bât.126B - Orly Fret 720 - 94399 Orly Aérogare Cedex - France Tél. 33 1.49.75.46.46 - Fax 33 1.49.75.47.64 – www.ecodime.com - email : [email protected] Reproduction interdite – Copyright ECODIME 2008

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La figure reproduit le comportement de deux voitures pendant un essai de freinage sur piste mouillée. Une voiture est munie d'antiblocage des roues, l'autre pas. Les résultats mettent en évidence que la voiture non munie de système antiblocage ne parvient pas à éviter l'obstacle à cause du blocage des roues.

1 Normal 2 Avec système antiblocage

Fig. 2.1 Essai de freinage

La sécurité de conduite est améliorée quand le conducteur peut maintenir le contrôle directionnel de la voiture pendant les coups de frein d'urgence même sur revêtements de chaussée peu adhérents, en pouvant compter sur l’action efficace du mécanisme de direction. Il est important de mettre en évidence que la fonction principale ne consiste pas à réduire la distance d'arrêt mais à assurer le contrôle directionnel du véhicule au cours du freinage. Les distances d'arrêt dépendent uniquement des conditions d'adhérence entre les pneus et le revêtement de la chaussée et de l'efficacité du système de freinage.

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L'avancement et l'arrêt d'un véhicule sont possibles grâce à l'adhérence qui se développe entre les pneus et le revêtement de la chaussée. En absence d'adhérence, les véhicules ne peuvent pas avancer. L'adhérence dépend : - Du frottement fonction du type de revêtement de la chaussée et de la présence d'agents extérieurs tels que l'eau, l'huile, le verglas, etc. - De la force appliquée qui dépend du poids du véhicule et de la charge aérodynamique. - De la température des surfaces en contact. Plus l'adhérence est forte, plus les forces pouvant être appliquées sont élevées : - Pour l'avancement - couple moteur - Pour l'arrêt - couple freinant - Pour la direction - couple directeur

1 Force freinante 2 Force latérale  Coefficient d'adhérence S Glissement du pneu (%)

A= Zone de stabilité directionnelle B= Zone d'instabilité directionnelle C= Zone de régulation du système ABS

100% de glissement du pneu = roue bloquée permanente La zone C indique le champ d'intervention de l'ABS. Un glissement du pneu compris entre 7% et 18% est considéré optimal afin de garantir une action freinante efficace sur ligne droite sans compromettre la stabilité directionnelle sur virage en tenant compte des forces F1 et F2 indiquant les forces freinantes maximales applicables sur ligne droite et sur virage sans risquer le glissement du pneu. ECODIME - Zone Juliette - Bât.126B - Orly Fret 720 - 94399 Orly Aérogare Cedex - France Tél. 33 1.49.75.46.46 - Fax 33 1.49.75.47.64 – www.ecodime.com - email : [email protected] Reproduction interdite – Copyright ECODIME 2008

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3. PRINCIPE DE LA RÉPARTITION ÉLECTRONIQUE DU REINAGE Le transfert de charge dû à la décélération du véhicule pendant le freinage engendre le fait que les ressorts du système de suspension de l'axe avant se compriment et ceux de l'axe arrière se détendent. La force appliquée sur les roues de l’axe avant est donc supérieure à celle appliquée aux roues de l’axe arrière. Cette différence augmente en fonction du poids transporté. Le système de répartition du freinage permet d'obtenir une force de freinage équivalente sur les roues avant et arrière. La répartition de freinage de type hydraulique est effectuée avec une vanne réductrice de pression. Avec une petite décélération, la valve réductrice de pression reste ouverte, le ressort maintient ouvert le piston et le circuit de l'avant-train et du train arrière sont alimentés avec la même pression

Vers les freins arrière Pression en provenance du maitre cylindre

Vers les freins arrières

faible décélération

Faible décélération

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Avec une décélération élevée, en dominant la réaction du ressort dans la vanne limitatrice de pression, le piston intercepte le flux au train arrière et à partir de ce moment seule la pression dans l'avant-train peut augmenter. Vanne limitatrice de pression

Forte décélération Les systèmes électroniques exploitent les mêmes composants pour le système antiblocage roues et pour la répartition du freinage, EBD (Electronic Brake Distribution). Les conditions de freinage idéal sont obtenues, quand le coefficient d'adhérence longitudinale au train arrière équivaut à celui de l'avant-train. Le système tient compte des variations du coefficient de frottement étant donné que le boîtier électronique évalue la force freinante effective appliquée aux roues (et pas celle théorique de projet). En outre, le système est en mesure de répartir l'effort freinant entre les roues qui appartiennent au côté gauche et au côté droit du véhicule quand cela s'avère nécessaire, par exemple pour des motifs d'inclinaison de la chaussée. Le système électronique de répartition du freinage permet donc d'obtenir, par rapport au dispositif traditionnel à contrôle mécanique, de meilleures performances à des coûts réduits. Le contrôle électronique de la répartition du freinage permet d'obtenir dans toute situation la force freinante optimale sur les quatre roues. 1 Force freinage arrière 2 Force freinage avant 3 Charge minimale 4 Charge maximale

Évolution idéale de la répartition du freinage ECODIME - Zone Juliette - Bât.126B - Orly Fret 720 - 94399 Orly Aérogare Cedex - France Tél. 33 1.49.75.46.46 - Fax 33 1.49.75.47.64 – www.ecodime.com - email : [email protected] Reproduction interdite – Copyright ECODIME 2008

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4. PRINCIPE DE L’ANTIPATINAGE Le contrôle de l’antipatinage (ASR Anti Slip Regulation) ou (TC traction Control) limite le patinage sur les roues motrices durant les phases d’accélération. En cas de patinage le calculateur réduit automatiquement l’ouverture de la vanne papillon de façon à réduire la puissance du moteur jusqu'à ce que les roues retrouvent l’adhérence sur le sol.

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Calculateur Capteur de vitesse avant gauche Capteur de vitesse avant droit Bouton ASR marche/arrêt Capteur de vitesse arrière doit Capteur de vitesse arrière gauche Voyant ASR Voyant EBD Voyant ABS

Le calculateur détecte le patinage des roues avant en calculant la différence de vitesse avec les roues arrière relevée à partir des capteurs montés sur chacune des roues. Le calculateur élimine le patinage en réduisant le couple moteur sur les roues motrice en fermant la vanne papillon.

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5. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DU SYSTÈME ABS Ce système antiblocage est muni de double circuit à 4 capteurs et 4 canaux. Le circuit hydraulique est dédoublé en diagonale. Le maître-cylindre est de type conventionnel avec double petit piston en tandem et servofrein à dépression. Un circuit alimente le frein avant droit et arrière gauche, l'autre alimente le frein avant gauche et le frein arrière droit. Le système est constitué par : - Un groupe hydraulique avec boîtier électronique incorporé - Quatre capteurs de vitesse des roues, un interrupteur de la pédale du frein et deux lampes témoins de contrôle dans le tableau de bord. Le boîtier électronique intègre la fonction répartiteur de freinage (Electronic Brake Distribution) pour la gestion de la distribution de la force freinante sur les roues avant et arrière.

1 Maître-cylindre avec servofrein 2 Groupe hydraulique ABS/EBD 3 Boîtier électronique 4 Connecteur principal ABS 5 Capteur vitesse roues 6 Étriers freins

7 Lampe témoin contrôle ABS 8 Lampe témoin liquide freins 11 Connecteur diagnostic A Circuit hydraulique Avant Droit – Arrière Gauche B Circuit hydraulique Avant Gauche – Arrière Droit

Composants du système

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Le système antiblocage de roues est une unité autonome interposée entre la pompe et l'étrier des freins. Le module de contrôle électronique incorporé dans l'ensemble du modulateur reçoit les signaux des 4 capteurs de vitesse et de l'interrupteur de la pédale du frein. En cas de blocage d'une ou de plusieurs roues, le boîtier électronique commande les électrovalves de régulation et la pompe de refoulement pour réduire la pression dans les étriers des freins qui tendent à se bloquer.

1 Pompe freins 2 Électrovalves de régulation 3 Pompe de refoulement 4 Étrier frein 5 Capteur de vitesse 6 Boîtier électronique 7 Lampe témoin de contrôle et diagnostic ABS A Contrôle composants et diagnostic B Régulation pression de freinage C Détection signaux et calcul

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Les éventuelles anomalies de fonctionnement sont signalées par l'éclairage de la lampe témoin ABS dans le tableau de bord. Dans ce cas, le boîtier électronique désactive la fonction antiblocage et les freins continuent à fonctionner de manière conventionnelle. Avec l'éclairage de la lampe témoin ABS, la panne (même intermittente) présente à cet instant dans le circuit est en outre mémorisée

V F T Vv Vr A B C

Évolution de la vitesse Évolution de la force freinante Temps Vitesse d'avancement Vitesse de rotation des roues Ouverture de la vanne d'admission Fermeture vanne d’admission et fermeture vanne de décharge Ouverture vanne de décharge et activation pompe de refoulement

Cycles de régulation ABS

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6. COMPOSANTS DU SYSTÈME 6.1 Freinage Le système de freinage à disque est très performant car il est progressif et dissipe parfaitement la chaleur. Il se compose de: - Un disque en acier, solidaire de la roue. - Des étriers équipés de plaquettes, solidaires du châssis

1 Flasque 2 Disque 3 Garnitures 4 Étrier 5 Flexible du liquide de frein

Les pistons des cylindres d’étriers de freins réagissent à la pression hydraulique et poussent les plaquettes contre les disques, entraînant un ralentissement par frottements. En effet, L'étrier supporte les deux plaquettes qui, sous l'action d'une commande hydraulique, pressent le disque, empêchant ainsi sa rotation. Le rappel des plaquettes et de l'étrier flottant s'effectue d'une part par le joint carré situé entre le piston et le cylindre de l'étrier et d'autre part par le léger voile du disque. Les plaquettes de freins mettent alors en œuvre une puissance importante qui sera dissipée sous forme de chaleur

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6.2 Groupe hydraulique Le groupe hydraulique régulateur de pression comprend : - 8 électrovannes de régulation - 4 électrovannes d'admission du liquide frein - 4 électrovannes de décharge du liquide frein - La pompe de refoulement à double petit piston - 2 accumulateurs à haute pression - 2 accumulateurs à basse pression

1 Connecteur principal 2 Module contrôle électronique 3 Groupe hydraulique 4 Moteur pompe de refoulement

Groupe hydraulique Le groupe hydraulique intervient seulement pour limiter la pression de freinage sur les roues proches du blocage ou bloquées. Le fluide des freins est pressurisé par le maître-cylindre (pompe freins en tandem) actionné par un petit piston de la pompe. La sortie vers les étriers se produit à travers les quatre tuyaux spécifiques.

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6.3 Électrovannes de régulation Chaque canal veille à la régulation de la pression sur l'élément freinant de chaque roue (étrierplaquette-disque) au moyen de deux électrovannes : l'électrovanne d'admission et l'électrovanne de décharge. Les deux vannes sont alimentées par le relais spécifique et commandées par le boîtier électronique. Les vannes d'admission sont du type normalement ouvertes ; au cours d'un freinage normal sans intervention du système antiblocage, elles permettent le passage du fluide des freins de la pompe aux éléments freinant, en faisant ainsi augmenter la pression de freinage en fonction de la force exercée par le conducteur sur la pédale de frein. Les vannes de décharge sont du type normalement fermées ; pendant un freinage normal sans intervention du système antiblocage, elles empêchent l'écoulement du fluide de freins pressurisé pour les éléments freinant vers la pompe de retour en permettant ainsi le maintien de la pression de freinage dans le circuit. Au cours d'un freinage avec intervention du système pour motif de blocage d'une ou de plusieurs roues, les valves d'admission correspondantes se ferment pour empêcher l’augmentation de la pression, tandis que les vannes de décharge s'ouvrent pour réduire la pression. Simultanément avec l’ouverture des vannes de décharge, le boîtier électronique actionne la pompe de refoulement pour garantir une rapide réduction de la pression cause du blocage des roues.

1 Vannes d'admission 2 Vannes de décharge Groupe hydraulique à 8 électrovannes ECODIME - Zone Juliette - Bât.126B - Orly Fret 720 - 94399 Orly Aérogare Cedex - France Tél. 33 1.49.75.46.46 - Fax 33 1.49.75.47.64 – www.ecodime.com - email : [email protected] Reproduction interdite – Copyright ECODIME 2008

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1 Entrée fluide de la pompe freins 2 Sortie vers frein roue 3 Électrovalve d'admission 4 Électrovalve de décharge 5 Conduit pompe de refoulement 6 Accumulateur haute pression 7 Accumulateur basse pression

Bloc électrovannes Les accumulateurs de pression servent à atténuer les pulsations hydrauliques qui se produisent dans les circuits comme conséquence de l'actionnement des électrovannes de régulation et de la pompe de refoulement. Pour chaque circuit sont présents deux accumulateurs : un accumulateur de haute pression positionné entre la pompe de refoulement et la pompe freins et un accumulateur de basse pression positionné entre la pompe de refoulement et l'électrovanne de décharge. Les deux accumulateurs sont constitués par des cavités formées dans le groupe hydraulique de manière à stocker une certaine quantité de fluide provenant des étriers pendant la phase de réduction de la pression et à la rendre au circuit à la fin de cette phase.

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CM Maître-cylindre SP Servofrein à dépression AAP Accumulateur de haute pression ABP Accumulateur de basse pression

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M Moteur pompe de retour P Petit piston pompe de refoulement EVI Électrovanne d'admission EVS Électrovanne de décharge

Schéma hydraulique

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6.4 Pompe de refoulement La pompe de refoulement est actionnée par un moteur de puissance élevée alimenté par un relais spécifique. Le relais est commandé par le module de contrôle électronique seulement en cas d'intervention de l’antiblocage frein pour réduire la pression. La pompe est en mesure de générer des pressions allant jusqu'à 250 bars. La pompe est constituée par une paire de petits pistons poussés par un excentrique mis en rotation par le moteur de la pompe et par deux valves unidirectionnelles à bille pour l'entrée et la sortie du fluide. La pompe prélève le fluide du circuit en aval du modulateur, entre l'électrovalve de régulation et l'étrier freins, et le réintroduit dans le circuit en amont du modulateur entre l’électrovalve et la pompe freins. La pompe est actionnée simultanément aux électrovalves de décharge. L'action combinée des électrovalves et de la pompe de refoulement réduit la pression dans les étriers et est sentie par le conducteur sous forme de légères pulsations sous la pédale du frein. Le dysfonctionnement ou le non-fonctionnement de la pompe de refoulement sont signalés par le calculateur avec l'éclairage de la lampe témoin “ABS” sur le tableau de bord.

1 Excentrique de commande 2 Petit piston de pompage 3 Vanne d'admission 4 Vanne de sortie 5 Conduit d'entrée fluide 6 Conduit de sortie fluide 7 Groupe vannes Pompe de refoulement du fluide

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6.5 Cycles de contrôle des électrovannes Dans des conditions de repos, le fluide des freins à la pression atmosphérique ambiante alimente les étriers des freins à travers la valve d'admission (EVI) normalement ouverte. Aucune force n'étant appliquée sur la pédale du frein, aucune pression ne se développe dans le circuit hydraulique.

AAP ABP P EVI EVS

Accumulateur de haute pression Accumulateur de basse pression Pompe de refoulement Électrovanne d’admission du liquide de frein Électrovanne de décharge du liquide de frein

Position de repos

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En appliquant une force sur la pédale du frein, une pression proportionnelle à la force appliquée est développée dans le circuit hydraulique. Cette pression se traduit en force freinante appliquée aux roues, avec réduction de la vitesse et roulement des pneus. Les capteurs de vitesse informent le boîtier électronique sur la rotation des roues avec une fréquence proportionnelle à la vitesse de rotation des roues individuelles. En absence de blocage des roues, la vanne EVI n'est pas commandée par le module ABS et reste, par conséquent, ouverte en permettant le passage du fluide pressurisé.

Freinage sans blocage roues

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En cas de blocage d'une ou de plusieurs roues, la fréquence du signal émis s'approche de la valeur zéro. Le module ABS intervient en limitant la pression dans le circuit hydraulique correspondant à travers la vanne d'admission EVI, la vanne de décharge EVS et la pompe de refoulement P. Dans une première phase est actionnée la vanne EVI pour fermer le passage du fluide vers l'élément et empêcher une augmentation ultérieure de la pression dans le circuit.

Intervention ABS avec maintien de la pression

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Outre maintenir la vanne EVI fermée, le boîtier électronique commande l'ouverture de la vanne EVS pour décharger la pression du circuit freinant. Une partie du fluide peut ainsi arriver dans l'accumulateur de basse pression, tandis que la pompe de refoulement est actionnée simultanément et prélève le fluide du circuit et le repressurisé en l'envoyant à nouveau à la pompe freins. L'accumulateur de haute pression positionné entre la pompe de refoulement et la pompe freins atténue les pulsations hydrauliques afin d'éviter de gênants contre coups sur la pédale de frein.

Intervention ABS avec réduction de la pression

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Après la réduction de la pression qui évite le blocage de la roue, la fréquence émise par le capteur de vitesse tend à augmenter en indiquant ainsi au boîtier électronique que la roue a repris de l'adhérence. Il est nécessaire d'augmenter à nouveau la pression dans le circuit pour assurer également des espaces d'arrêt réduits. Le boîtier électronique désactive la vanne EVS (elle se referme), et ouvre la vanne EVI en permettant ainsi le rétablissement de la pression de freinage et l'arrêt du véhicule.

Intervention ABS avec augmentation de la pression

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6.6 Capteurs Capteurs de vitesse Les capteurs de type “actif”, sont constitués par un capteur à effet Hall qui se trouve face à un codeur magnétique intégré dans le coussinet du moyeu. Dans ces conditions, le signal est moins influencé par les perturbations électromagnétiques et par la température. Le codeur est magnétisé avec une succession régulière de pôles Nord et Sud. Le capteur détecte la variation de champ magnétique et produit un signal de fréquence proportionnelle à la vitesse de rotation de la roue.

Codeur magnétique et capteur de vitesse Les avantages de ce type de capteurs sont : - Une grande précision - Un signal directement électronique - Un entrefer plus large en comparaison des capteurs inductifs - Une solution compacte et robuste. Le dysfonctionnement d'un ou de plusieurs capteurs est signalé par le boîtier électronique avec l'éclairage de la lampe témoin Anomalie sur le tableau de bord. En cas d'anomalie, le boîtier électronique désactive le système ABS, en garantissant quand même le fonctionnement du système freinant conventionnel. Interrupteur pédale de freins C'est l'interrupteur placé sur la pédale du frein qui sert pour commander l'éclairage des feux de stop arrière. Il envoie au boîtier électronique une tension de 12V pour signaler l'actionnement des freins. ECODIME - Zone Juliette - Bât.126B - Orly Fret 720 - 94399 Orly Aérogare Cedex - France Tél. 33 1.49.75.46.46 - Fax 33 1.49.75.47.64 – www.ecodime.com - email : [email protected] Reproduction interdite – Copyright ECODIME 2008

LE SYSTEME DE FREINAGE ABS

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6.7 Le calculateur Le calculateur reçoit les informations des capteurs de vitesse de roue et du contacteur STOP (pour faire la différence entre un blocage du au freinage et un blocage du à l’arrêt du système)). Il reçoit également une alimentation électrique et la mise à la masse. En retour, il pilote les électrovannes, le voyant de contrôle au tableau de bord et le relais de la pompe de refoulement. A la mise du contact, il effectue un "autodiagnostic" du dispositif. Si un défaut du système apparaît, le voyant s’allume au tableau de bord et le calculateur met hors service le dispositif ABS. Dans ce cas on dispose du freinage traditionnel. La calculateur garde en mémoire tous les défauts et permet la lecture de ceux-ci avec un outil de diagnostic.

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