[CHASSIS] Freinage - Corrélation Efficacité / Chaleur

Bonjour


Je me pose quelques questions au sujet du freinage - en fonction qu'on utilise des plaquettes de différentes qualités :
Voici l'état de mes réflexions et de mes "postulats" :

Le freinage est une transformation de l'energie cinétique en chaleur - ce qui permet de ralentir le véhicule.


A iso-pneu / iso-vitesse, je ne peux prendre un virage qu'à une certaine vitesse maximale
, pour passer de 200km/h à 50 km/h par exemple :
Nous sommes d'accord que quelque soit la distance de freinage, j'aurai dissipé la même quantité d'énergie cinétique (1/2 m.v²)

En première approche
le calcul de distance de freinage : d = (v²-v0²) / 2* accel
v, vitesse initiale
v0, vitesse finale
accel en m.s² (négative en ce qui nous concerne)

si j'utilise une plaquette standard :
J'ai un certain coeff de frottement plaquette/disque
et ça me permet de générer une certaine décélaration sur la moto (imaginons 8 m.s²)
ce qui donne 181 m de freinage

avec une plaquette plus performante
on peut imaginer que le seul facteur amélioré serait le coeff de frottement
et ça me permet de générer une certaine décélération sur la moto (imaginons 10 m.s²)
ce qui donne 145 m de freinage

(tout ce qui est freinage aéro est sensiblement équivalent quelque soit la plaquette utilisée il me semble, donc négligeable dans cette comparaison.)


La quantité d'énergie dissipée est la même, mais ma distance de freinage est raccourcie avec une meilleure plaquette, donc le temps de freinage aussi.
Ce qui veut dire que la plaquette et le liquide de frein doivent absorber cette énergie dans un temps plus court
donc chauffer plus qu'une plaquette standard -

Je peine un peu à exprimée cette notion de température en fonction du temps (certainement lié à la 2e loi de la thermodynamique)
Jusque là, tout va bien,

Mais il y a certains paramètres que j'ai remarqué d'expérience :

Certaines plaquettes ne transfert pas la température de la même manière vers le liquide de refroidissement.
2 marques de plaquettes différentes ayant une efficacité de freinage équivalente :
l'une peut ramollir très vite le levier de frein alors que l'autre permet de conserver une pression équivalente au levier (dur le même nombre de freinage, avec temps au tour équivalent)
Cela est certainement lié au matériau de la plaquette ...

Et donc ma question est :

Peut-il y avoir des plaquettes plus performante qui absorbe cette énergie dans un temps plus court sans broncher car la température reste concentré sur la plaquette.
IL faut donc que le matériau utilisé soit à la fois plus isolant et avec un meilleur coeff de frottement ?
Est-ce que la recherche des fabricant de plaquettes se concentrent sur ces paramètres ?

Lors de mon accident, Est-ce que cela expliquerai que mon liquide de frein se serait mis à bouillir, car j'ai utilisé des plaquettes plus performantes ? (+RBF600 / disque d'origine) -
Est-ce que la matière/qualité du disque peut influencer sur cette "création" de température sachant que lorsqu'on remonte à la base, c'est bien une même quantité d'énergie que nous cherchons à dissiper ?

Si vous pouvez guider ma lanterne ???

 

Emil' a écrit:

Le freinage est une transformation de l'energie cinétique en chaleur - ce qui permet de ralentir le véhicule.

Salut Emil', je n'ai pas le temps de faire une réponse longue à ton message mais cette phrase n'est pas correcte en soi; le freinage est une diminution de l'énergie cinétique du véhicule, c'est tout. La chaleur est une conséquence mais pas la seule.
En fait, pour diminuer ton énergie cinétique, cela nécessite que de l'énergie quitte ton véhicule. 2 formes de dissipation d'énergie sur ton système de freinage:
- la chaleur comme tu l'as dis,
- la perte de matière sur tes plaquettes (=casser les liens chimiques et physiques du matériau).

A chaleur égale, une plaquette plus tendre freinerait donc plus qu'une plaquette d'origine!.

C'est bien ça, il y a un autre paramètre que la chaleur ... Merci Edouard !

Le truc,
pour parler concrètement :

Par exemple les AP RACING CRR - qui freine fort, peu de transfert de chaleur vers le levier (ça ne ramolli presque pas)
mais il faut les changer toutes les 30 minutes, mais pas très cher.

Les AP RACING TTR (haute performance, cher) freinage raccourci MAIS usure beaucoup moindre, ça se change toutes les 3h .... Je ressent plus de ramolissement au levier les fois où je les aient testées, jusqu'à l'accident ...
Est-ce qu'il y a un autre aspect mécanique que j'aurais négligé (liquide, disque ?)
Pourtant RBF600 neuf et disque nettoyé...

Idem pour les Brembo Z04 (jamais essayé) - (très cher), mais ne s'usent presque pas....

Est-ce qu'il y a des matière de plaquette plus dur à "arracher", donc qui freinent mieux mais sans provoquer plus de chaleur ?

Je n'ai pas testé d'autres marques hautes-performance type VESRAH
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est-ce que certains ont des retours d'infos sur cette marque par rapport à mes questionnement ? Notamment la vitesse d'usure  ?

Idem sur du NISSIN RACING :
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-
Un autre paramètre que je n'ai pas évoqué, c'est la pression au levier. Mais elle est conditionnée à la décélération max que peut subir la moto.
Une plaquette qui m'amène plus fort à la limite nécessitera peut-être moins de pression au levier (et donc moins de chauffe, donc plus d'usure ??)

Toutes mes questions se font dans le cadre d'une moto normale - avec disque acier, pas la peine d'évoquer (pour le moment) les motoGP ///

Mais en Sprint, le freinage est l'arme essentielle pour passer devant, c'est pour ça que je cherche la meilleure performance sur ce terrain.

Emil' a écrit:

Peut-il y avoir des plaquettes plus performante qui absorbe cette énergie dans un temps plus court sans broncher car la température reste concentré sur la plaquette.
IL faut donc que le matériau utilisé soit à la fois plus isolant et avec un meilleur coeff de frottement ?
Est-ce que la recherche des fabricant de plaquettes se concentrent sur ces paramètres ?

La chaleur étant une des résultante de cette évacuation de l'énergie,vouloir isoler les plaquettes va concentrer la chaleur sur celles ci, et le disque. Soit ton étrier sert de dissipateur ( la belle époque où on les plaçait devant) soit on ventile le disque. Bon ne parlons pas de certains disques qui font ça très bien, de monter en température, et qui sont même efficaces chauds, puisque tu ne veux pas parler carbone.
le mieux ne serait il pas justement d'avoir le meilleurs contact thermique entre plaquettes et étrier pour se servir de la masse de ces derniers pour evacuer la chaleur? si tu concentre la chaleur sur les pistons, c'est le liquide de frein qui va servir de refroidisseur.( et en connait les limites…)

Le liquide de frein peut servir à absorber une petite partie de la chaleur car il accepte une bonne température (point d'ébullition à 312°c)
(c'est pour ça que je rempli toujours mon bocal de frein quasi au max)
Mais le liquide circulant très peu, c'est quand même celui qui est à proximité de l'étrier qui grille en premier - donc, il faut, selon moi, isoler au maximum le liquide de l'étrier, quitte à faire bosser un peu plus le disque et la plaquette - c'est là où le paramètre usure évoqué par Edouard me semble très interessant.
Il doit quand même y avoir la bonne usure, ni trop vite, ni trop lente, avec la bonne création de température...
Peut-être que mes plaquettes se sont glacées, donc grosse pression au levier et grosse production de chaleur avec un freinage moyen...

L'autre sujet de préoccupation,
c'est l'étrier 4 plaquettes VS 2 plaquettes

Un copain à moi s'est aussi retrouver sans frein à Carole sur sa S1000RR (étrier 4 plaquettes) et à percuter le mur à autre vitesse.
Il s'est broyé une main ...

Et puis les technologies d'étrier monobloc/forgé/moulé/2 pièces etc ...

Emil', il ne faut pas se planter sur le raisonnement de la chaleur: le but est que la chaleur quitte ton véhicule, pas que celle-ci s'accumule. Une fois que ton véhicule est chaud, le fait qu'il contienne X quantité de calories au lieu de x ne va pas t'aider, ce qui va t'aider c'est si le nombre de calories/minutes qui passent dans l'air est élevé. C'est là que la réflexion de Gull est bonne, c'est que si la chaleur passe de ta plaquette à ton étrier tu as l'ensemble qui est chaud et la surface chaude en contact de l'air est plus grande.

Dans la mesure où mon étrier est un élément standard, je n'ai pas beaucoup d'action possible dessus ...

Et qui dit étrier + chaud, dit liquide + chaud donc + de risque de le faire bouillir ...

Idéalement, il faut considérer que c'est le disque qui fait le boulot de dissipation de la chaleur...
J'avais évidemment saisi que le but n'est pas d'accumuler les calories,
mais disons qu'il y a un max de température qui se réparti entre les différents composants -

le liquide en absorde 15% (je suis à iso-liquide RBF 600)
L'étrier 15% (Je suis à iso-étrier quoiqu'il y ait moyen d'acheter d'autres modèles d'où mes questions)
et le disque 70% (je suis à iso disque - car disque origine obligatoire)
(chiffre pifométrique)

Donc le seul paramètre c'est la plaquette en fait ...
D'où mes questions sur la chaleur car le problème vient bien de cette fichue plaquette...
Et je ne saisissais pas comment une plaquette pouvait mieux freiner sans provoquer un échauffement plus important,
tu as en partie répondu avec le paramètre d'usure... Mais les plaquettes plus performante s'usent beaucoup moins vite ...

Je suis persuadé que l'isolation plaquette/étrier (qui dépends de la matière de la plaquette, car les supports sont souvent en féraille) à son importance aussi.

la plaquette est juste guidée par l'étrier, l'essentiel de l'échange se fait par les pistons, qui ont la plus grande surface de contact avec le cul des plaquettes. Si on pose l'hypothèse de travail que la matère entre la garniture et le piston est 100% isolant seul le disque évacuera la chaleur. est ce dans cette voie que tu veux aller?
Perso, je pense que plus de matière chauffe, plus tu as d'échange thermique. j'aurais tendance à refroidir les étriers, si les disques sont ' intouchables'.

Première photo, refroidissement des étriers, deuxième, refroidissement des disques, fait à Carole en 88.
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Emil' a écrit:

Et je ne saisissais pas comment une plaquette pouvait mieux freiner sans provoquer un échauffement plus important,
tu as en partie répondu avec le paramètre d'usure... Mais les plaquettes plus performante s'usent beaucoup moins vite ...

OK mais la perte de matière peut aussi se trouver sur le disque. Si la plaquette s'use moins mais que le disque s'use plus, c'est kif-kif.

refroidissement des étrier pour refroidir le liquide, mais vous êtiez iso-plaquette ...
Moi je cherche à freiner plus fort sans chauffer plus - ce qui me parait compliquer ...

IL y a une raison aussi pour la forme des pistons :
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d'une part pour gagner du poids,
mais peut-être aussi pour limiter la transmission de chaleur ??

Citation :

OK mais la perte de matière peut aussi se trouver sur le disque. Si la plaquette s'use moins mais que le disque s'use plus, c'est kif-kif.

La durée de vie du disque face aux plaquette, dans mes conditions d'utilisation, est nettement supérieure à celle des plaquettes,
cela me parait osé de compter sur l'usure du disque ...

D'abord, si tu as des plaquettes avec un µ inférieur, normalement on tire plus fort sur le levier est on arrive au même taux de dissipation d'énergie (c-à-d puissance de freinage).

Deuxièmement, j'ai un pote qui travaille chez Bosch, dans le dessin des systèmes de freinage des bagnoles... y compris la Corvettes LS2. Les freins de voitures génèrent bien plus de chaleur que ceux des motos : sur la Corvette, le gros problème avec une utilisation sur piste était que le rayonnement de chaleur des disques abîmait les caoutchoucs des joints de la suspension et la direction. Il fallait mettre des réflecteurs métalliques...

Bon, ils font aussi des testes à la destruction : on monte un frein sur un banc d'essai, et on freine alors qu'un moteur fait tourner quand même l'axe. On arrive à faire que les pistons percent les plaquettes pour se souder au disque. Et pourtant, il dit qu'il n'a jamais vu une vraie ébullition de liquide de frein. Ce qu'on voit par contre est un effet psychologique intéressant : dès que le frein cesse de freiner assez fort à cause de température élevée des plaquettes, le chauffeur a tendance à pousser plus fort sur le pédale. Ce qui fait que le pédale baisse un peu plus (mais pas tant que ça, avant que le tout ne parte en métal fondu) et dans tout les cas, le chauffeur dit que le pédale est devenu mou...

Cela sans même qu'il y ait un mur qui s'approche à pleine vitesse, qui doit perturber encore plus les perceptions...

Je suis catégorique, le ramollissement du levier n'est pas psychologique.

Qd le systême chauffe, il est nécessaire de faire parcourir plus de course au levier, et même la résistance est moindre.

Ce n'est peut-être pas le liquide qui est en jeu, mais de la dilatation des différents éléments. En tout cas, ce ramollissement existe, c'est bien pour ça qu'on met une molette de rattrapage de jeu sur les levier de frein en course...

J'ai déja réussi à transformer du liquide neuf en liquide grillé (brun foncé) en 1 seule séance à Carole ...

Citation :

D'abord, si tu as des plaquettes avec un µ inférieur, normalement on tire plus fort sur le levier est on arrive au même taux de dissipation d'énergie (c-à-d puissance de freinage).

Je suis d'accord avec ça - la limite étant la bascule par l'avant.
Mais en tirant plus fort, on converti plus d'énergie en chaleur qu'en usure ? Donc globalement le freinage est quand même moins bon (??)

Le web est bloqué ici, mais peut-être des pistes à explorer :
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VESRAH propose cette courbe :
chaque courbe représentant une qualité de plaquette racing
RJL étant la gamme standard
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où l’abscisse est "temps&température"
et à gauche, le coefficient de frottement (plus c'est haut, plus ça freine)
on voit que la RJL sature rapidement...

J'ai tapé "étude sur le freinage" sur le gogole et j'ai eu ce résultat:

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J'ai pas le temps de tout lire

Emil' a écrit:

Ce n'est peut-être pas le liquide qui est en jeu, mais de la dilatation des différents éléments. En tout cas, ce ramollissement existe, c'est bien pour ça qu'on met une molette de rattrapage de jeu sur les levier de frein en course...
.

À partir du moment où tu commence à freiner, tu emprisonnes un volume fini de liquide de frein dans le circuit. Si cette phase dure suffisamment longtemps pour que des éléments se dilatent le volume du circuit devient plus important que le volume de liquide, donc oui, AMHA, tu sens la poignée combler le manque.

Dans le cas cité par GrahamB, si les pistons passent à travers le tout et fondent sur les disques il est normal de sentir la pédale suivre non?

I.7 AUTRES TYPES DE DISQUES ET LEURS CARACTERISTIQUES
I.7.1 Les disques rainurés
La raison pour laquelle on rainure les disques est trop souvent mal comprise. Les gens
croient généralement que les rainures sont là pour améliorer le refroidissement. Il n’en est
rien. Elles sont là pour nettoyer la surface de la plaquette et briser la couche gazeuse qui peut
se former entre la plaquette et le disque quand les hautes températures sont atteintes [4] . En
pratique, la chaleur crée des poussières et des gaz entre le disque et la surface de la plaquette,
réduisant ainsi l’efficacité, (Fig. I.19).
Chapitre I Etude Bibliographique
12


Fig. I.19 : Disque rainuré.
I.7.2 Les disques percés
Le perçage des disques permet en plus du refroidissement, le nettoyage des disques,
(Fig. I.20). Les trous sont plus efficaces avec le temps car ils sont plus ou moins
autonettoyants. Mais l’augmentation du nombre de trous réduit la surface de friction, un
disque avec une masse insuffisante (diamètre trop petit ou trop fin) a tendance à craqueler et
casser [4].

@Gull

Surtout que les pistons continuent à avancer à cause de l'usure de plaquette, donc le levier continue à descendre malgré une force constante appliqué dessus.

Le 2e lien de Biger est très interessant

Où il est dit que le but de la manoeuvre est de transformer l'énergie cinétique en chaleur, et de l'évacuer. l'usure des composants ne semble pas un paramètre important (un dommage colatéral de la recherche du meilleur coef de frottement?)

oui - je cherche aussi ...

Mais si on enlève le paramètre "usure", alors il ne reste que la chaleur - auquel cas il n'est pas possible de dissiper la même chaleur en moins de temps sans rencontrer un pb quelque part puisque le matériel standard (en plaquette CRR) est déja à la limite ...
Donc les plaquette plus puissante ne peuvent pas être utilisées tel quel -
donc je me suis mis en danger en utilisant ce type de matériel sans avoir réfléchi toute la chaine de freinage - maitre-cylindre / étrier / disque / liquide ...
Pourtant les copains me disent que la Z04 freine de la mort... Mais si on en revient simplement au coeff d'adhérence, ça ne suffit pas ...


Il est évoqué à certains endroit l'utilisation de disque fonte, plus performant que les disques acier.

L'usure des plaquettes, c'est de l'usinage, et l'usinage ça génère de la chaleur… si les particules de plaquettes devaient jouer dans la transformation de l'énergie cinétique, il faudrait en bouffer des quantités! Je pense que l'usure est un élément parasite, dont on se passerait bien, en Endurance, pas chez les vendeurs de plaquettes.

Est ce que tu as le garde boue d'origine sur la Béhème?

vi

Pourtant les copains me disent que la Z04 freine de la mort... Mais si on en revient simplement au coeff d'adhérence, ça ne suffit pas ...


Mais - le facteur qui change, c'est le circuit

sur un grandcircuit, ça freine de la mort, quand on freine toutes les 30s - ça a le temps de refroidir, donc on peut utiliser des Z04 qui freinent de la mort.

et sur un circuit plus petit, il faut alors utiliser du plaquettes standard, avec un µ plus faible, pour générer la chaleur sur un temps plus long et éviter des pics trop élevé de température.


Cette conclusion ne me satisfaisant pas complétement ...


surtout que à iso-perfo de freinage, j'ai déja ressenti des écart de tenu à la chaleur,
mais ça vient alors du fadding: cad que c'est la performance de la plaquette qui s'effondre quand elle devient trop chaude...

Emil' a écrit:

refroidissement des étrier pour refroidir le liquide, mais vous êtiez iso-plaquette ...
Moi je cherche à freiner plus fort sans chauffer plus - ce qui me parait compliquer ...

IL y a une raison aussi pour la forme des pistons :
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d'une part pour gagner du poids,
mais peut-être aussi pour limiter la transmission de chaleur ??

Dans l'étrier de la METISS les pistons ont une extrémité en créneaux (dans la zone en contact avec la plaquette) pour réduire le transfert thermique par conduction.
[Vous devez être inscrit et connecté pour voir cette image]
Tu as le droit de toucher aux pistons (sans changer d'étrier) ?

Mmm -
non mais les pistons sont vraiment au ras de l'étrier quand les plaquetets sont neuves, et donc noyés dans le cache poussière ... ça m'embeterait d'aller attaquer dans cette zone ...

Un facteur qui n'est pas tellement pris en compte en moto, mais beaucoup plus en auto, c'est la surface de plaquette mise en jeu pour un résultat cherché. Sans tenir compte des disque ventilés, voir de plus grand dia ( quand c'est possible), souvent les étriers sont remplacés par des modèles de 6 voir 8 pistons avec de grandes plaquettes qui permettent un effort certes supérieur mais avec une très grande surface d'appui et moins de pression unitaire. En auto on observe qu'avec de petites plaquettes même très performantes, la perte d'efficacité est rapide. Je pense que le facteur pression unitaire sur plaquettes et disque est important au sujet de l'élévation de température locale et destruction du coef.de frottement, et usure. A l'extrême on appuierai avec des disques type embrayage à sec au lieu de plaquettes çà serait efficace sauf pour le disque acier ou fonte qui ne refroidirait plus, donc mauvaise solution
Dan