Les freins des voitures électriques regorgent de technologie
Les voitures électriques imposent des exigences particulières au système de freinage. Les véhicules sont plus lourds en raison des batteries, les couples sont plus élevés, l'accélération est plus forte. Cela provoque une usure accrue des disques et des plaquettes de frein lors du freinage – devrait-on penser. D'un côté, oui, mais les freins mécaniques sont nettement moins actionnés que sur les véhicules thermiques, en raison de la conception du système. Mots-clés : freinage régénératif. Selon les conditions d'utilisation, le véhicule électrique décélère en utilisant la fonction d'alternateur de la (des) machine(s) électrique(s) et la récupération d'énergie ou il est, au moins partiellement, assisté dans sa décélération. Les experts avancent environ un cinquième d'interventions de freinage en moins pour les voitures électriques. Les plaquettes de frein ne sont donc pas soumises à une usure accrue. Au contraire : comme les deux partenaires de friction, à savoir les plaquettes de frein et le disque de frein, ne sont pas sollicités en permanence, les plaquettes ont tendance à vieillir plus rapidement et peuvent se vitrifier. De la rouille peut par ailleurs se former sur les disques de frein. Il en résulte des vibrations liées au matériau et des émissions sonores telles que des crissements ou des frottements.
Cet aspect reste toutefois intéressant, car de tels bruits sont rapidement mis en avant sur les voitures électriques en raison du faible niveau sonore du moteur électrique, ce qui nuit au confort acoustique de la conduite. De plus, les performances de freinage peuvent se dégrader en cas de freinage d'urgence. « L'utilisation moindre des freins traditionnels peut poser des problèmes avec les voitures électriques », explique Jannis Dörhöfer, chargé de mission New Mobility auprès du TÜV, l’association allemande pour le contrôle technique. « Si les plaquettes de frein ne sont pas suffisamment et régulièrement chauffées, les propriétés du matériau peuvent en souffrir ». Il en résulte une baisse du coefficient de friction et donc une moins bonne efficacité de freinage. « Un contrôle et une maintenance à intervalles réguliers du système de freinage sont donc recommandés pour les véhicules électriques. »
C'est pourquoi HELLA propose dans son programme des plaquettes et des disques de frein spéciaux pour véhicules électriques. Ils sont spécialement conçus pour ces conditions particulières et garantissent puissance et confort de freinage malgré les « pauses forcées ». La couverture du marché de la rechange s'élève déjà à plus de 90 % pour les plaquettes de frein pour véhicules électriques et hybrides et à 85 % pour les disques de frein.
Un freinage sûr des voitures électriques nécessite une interaction complexe
Les voitures électriques décélèrent grâce au système de freinage classique et à la fonction de récupération d'énergie. Dans de nombreuses situations de conduite, le véhicule freine sans utiliser le frein mécanique à l'actionnement des freins. Mais ce qui semble simple suppose une interaction très complexe entre les composants électriques et hydrauliques. Décélération en douceur en descente, en amont d'un carrefour ou freinage d'urgence dans une situation dangereuse ? L'électromécanique doit reconnaître immédiatement la demande du conducteur.
Les voitures électriques ne décélèrent pas uniquement via le système de freinage classique. La décélération est soutenue, voire parfois même totalement remplacée, par la récupération (freinage régénératif).
Un servofrein électromécanique avec accumulateur de pression, une pompe à dépression électrique et le capteur de pédale de frein jouent ici des rôles centraux. En fonction de la demande, c'est-à-dire de la position et de la pression de la pédale de frein, le calculateur des freins calcule en quelques millisecondes la force de freinage nécessaire. Le servofrein actionne (selon véhicule et réglages) les freins mécaniques déjà à partir d’environ 0,25 g. À cela s'ajoutent la gestion intelligente de l'ABS et de l'ESP ainsi que l'intégration de systèmes d'assistance à la conduite comme l'assistance au freinage d'urgence. L'avantage : le système de freinage double (Brake-Blending = commande de freinage mixte) peut être piloté avec une extrême précision, l'intervention du frein est toujours dosée de manière optimale. Une interaction parfaite !
HELLA est le spécialiste des pompes à dépression et des pédales de frein électroniques ainsi que des capteurs correspondants. La sensation de la pédale peut être régulée dynamiquement par des valves hydrauliques ou des unités d'amortissement (simulateurs).
Voitures électriques : plaquettes de frein et disques de frein spéciaux
En principe, à première vue, il n'y a pas de différence entre les plaquettes et les disques de frein pour les voitures thermiques et les voitures électriques. La configuration est similaire. Mais les constructeurs automobiles adaptent constamment les cahiers des charges des voitures électriques. En ce qui concerne les plaquettes de frein, l'accent est mis sur les plaquettes silencieuses et à faible vibration (NVH = Noise (bruit), Vibration (vibrations) et Harshness (rudesse)). Parfois, les plaquettes de frein sont également plus « minces », elles présentent une surface de friction plus petite et plus mince due à une plus faible fréquence d'utilisation. De plus, cela permet une économie de matériaux, bénéfique pour l'environnement.
Lorsqu'il s'agit de développer des produits, HELLA met l'accent sur la protection de l'environnement et la compatibilité avec l'environnement, en plus d'obtenir des performances optimales du produit. Les plaquettes de frein pour véhicules électriques et hybrides, par exemple, sont toutes exemptes de cuivre. La formulation sans cuivre des plaquettes de frein est non seulement respectueuse de l'environnement, mais elle est aussi parfaitement adaptée aux types de véhicules, aux systèmes de freinage, à la puissance du moteur, au poids en charge et aux caractéristiques de freinage respectifs. Elles présentent une plus grande compressibilité et des coefficients de friction significativement plus élevés. Dans ce contexte, les plaquettes de frein doivent également fonctionner de manière optimale à froid en raison de la fréquence d'utilisation plus faible. HELLA teste toutes les propriétés relatives au coefficient de friction, à la pression exercée sur la pédale et à l'usure à chaud. Les plaquettes de frein dépassent en plus ce qui est requis par la réglementation actuelle ECE R90.
HELLA propose des disques de frein extrêmement robustes à haute teneur en carbone, spécialement conçus pour les véhicules électriques et hybrides très puissants. La teneur accrue en carbone permet une dissipation plus rapide de la chaleur et donc des performances de freinage optimales, même dans des situations extrêmes. Les disques de frein garantissent également un faible fading, une réduction des bruits de freinage, moins de voilage des disques et un confort de freinage accru. Pour prévenir la corrosion, les disques de frein sont revêtus d'une couche de vernis à base d'eau. Par ailleurs, ils peuvent être montés immédiatement en atelier, il n'est pas nécessaire d'enlever l'huile de protection.
Liquide de frein à point d'ébullition sec et humide élevé pour les voitures électriques
Bien que des actionneurs électromécaniques soient utilisés depuis longtemps pour le frein de stationnement électrique et que des véhicules équipés de freins à commande purement électrique soient déjà testés, le système de freinage par friction sur les véhicules électriques est pourtant encore actionné hydrauliquement. Avec DOT 5.1 EH, HELLA propose donc un liquide spécial à base de glycol pour les véhicules électriques. Celui-ci se distingue par un point d'ébullition sec et humide élevé, respectivement d'au moins 260°C et 180°C, une faible conductivité, une protection élevée contre la corrosion ainsi qu'une faible viscosité de 750 cSt maxi à -40 °C. Cela signifie que le liquide de frein devrait dépasser presque toutes les spécifications applicables aux liquides de frein courants de DOT 3 à DOT 5.1, ce qui le rend donc parfaitement adapté aux exigences élevées de l'électronique du réseau de bord embarquée sur les véhicules électriques d'aujourd'hui. Les accélérations sans perte de couple permettent aux véhicules électriques d'atteindre des vitesses élevées en très peu de temps. Atteindre rapidement l'arrêt complet à partir de ces vitesses exige une performance de freinage élevée correspondante, qui est garantie à tout moment par le point d'ébullition sec et humide supérieur à la moyenne du nouveau liquide de frein.
Système de freinage sur l'essieu arrière d'une Tesla. Une combinaison de freins hydrauliques et d'un frein de stationnement électrique.
Euro-7 et émissions de poussière de frein pour les voitures électriques : nouveau processus de test
Avec l'introduction de la nouvelle norme Euro-7 sur les gaz d'échappement à partir de 2025, les fabricants de plaquettes de frein pour voitures particulières devront également enregistrer les émissions de particules fines et respecter les valeurs correspondantes. Ce règlement s'appliquera aussi bien aux véhicules à moteur thermique qu'aux véhicules électriques et hybrides. La caractéristique centrale est ici l'interaction entre les partenaires de friction « plaquette » et « disque ». Cela dépend fortement de la composition des matériaux et de leur interaction dynamique au cours du cycle de vie des composants du frein. Pour finalement réduire cette poussière fine, HELLA mise sur des composés de plaquette de frein compatibles avec l'environnement.
La mesure des émissions elle-même n'est pas une tâche facile, d'autant plus que les valeurs mesurées doivent être reproductibles et comparables. C'est pourquoi un processus de test WLTP (Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Procedure) uniforme a été mis au point afin de garantir que les résultats des mesures soient applicables à la conduite réelle. Ce cycle a été défini à l'aide de données réelles de véhicules et reproduit différents points de fonctionnement du frein sur une période prolongée. Cela garantit une détection reproductible de l'usure des freins. Ce cycle de freinage WLTP devrait permettre à l'avenir de mesurer de manière uniforme les émissions de freinage sur les bancs d'essai. En outre, il est crucial de reproduire exactement le modèle de véhicule concerné sur le banc d'essai. Ainsi, non seulement, la combinaison de la plaquette de frein et du disque de frein, mais aussi le poids du véhicule et la répartition du poids influencent le comportement à l'usure.
Conclusion : le freinage des voitures électriques – tout simplement parfait !
En conclusion, les voitures électriques produisent en soi nettement moins d'émissions. Cela signifie donc non seulement l'élimination complète des gaz d'échappement du moteur, mais aussi une diminution du bruit et une réduction significative des émissions de poussière de frein liées au système, la récupération proportionnelle de l'énergie de freinage (récupération) étant la raison. Accélération silencieuse, freinage silencieux – tout simplement parfait !
