La physique des freins

La force dans les doigts du pilote !

oui ça dépend de la conception. Mettons que tu forces toujours de la même façon sur ton levier. La force fournie est utilisée pour enfoncer le piston et donc presser le liquide. La géométrie du levier joue donc beaucoup sur la force de freinage par exemple.
Par contre je pense qu'il y a surtout abus de langage sur la puissance. Dans notre cas le levier tourne autour d'un axe z par exemple. La puissance fournie au liquide est donc le produit de la vitesse de rotation autour de cet axe z et du couple fournie rapporté à cet axe z.
En considérant le fluide incompressible (ce qui est le cas) on peut en négligeant les pertes dues aux frottements dans la durite montrer que la puissance calculée au levier est celle arrivant à l'étrier. Là encore la géométrie de l'étrier joue nombre de piston disposition. Donc la puissance de freinage dépend de la vitesse de rotation de ton levier et de la force appliquée donc de la façon dont tu freines. C'est pour ça que je pense que c'est vraiment qu'un abus de langage...

merci stp0 pour cette réponse qui me convient mieux que celle de diderot (sauf ton respect).

Mais alors, j'ai bien peur d'avoir eu raison dans ma démonstration...

Les constructeurs nous prendraient-ils pour des cons alors? Ils nous fabriquent bien des composants le plus rigide possible alors qu'un peu de souplesse apporte un plus suivant les conditions.

en faite les tailles des pistons en haut (dans le maitre cylindre) et en bas (l'étrier) fait que suivant la force que tu appliques sur ton levier elle va etre plus ou moins démultiplié en arrivant en bas. grace a des surfaces de pression différente qui resulte directement de la conception de ton frein.

L'effet de levier exercé par le levier de frein, est très facile à comprendre. Si vous essayez de pousser une porte en appuyant a coté des charnières ca sera bien plus difficile que si vous appuyez au niveau de la poignée. Il y a tout un boulot réalisé sur les leviers de freins qui portent bien leur nom, comme par exemple sur les hope Tech, qui sont démultipliés.
Donc là on a bien un effet de force. Je ne pense pas que ca ne dépende que de la pression exercée par le doigt sur le levier.

Je pense aussi que les matériaux qui servent à "encadrer" le fluide auront une influence sur le comportement du frein. en particulier les durites et les membranes.

Quand à utilisez le terme de puissance... je n'ai pas d'avis.

La pelleteuse disait:

D'un point de vue physique, si je ne me trompe, le frein ne peut que transmettre la puissance du serrage du levier vers l'etrier, mais ne peut pas en générer. Il semblerait donc que la puissance du freinage soit uniquement dépendante de la pression sur le levier.

Non tu ne te trompes pas, car il n'y a que ton doigt et seulement ton doigt qui puisse gérer la puissance de freinage. On n'a pas l'assistance d'un mastervac pour avoir de la puissance aux pistons (fais le test en freinant ta voiture moteur coupé , nan je rigole faut pas le faire )

Pour l'anecdote, j'ai ressuscité récemment une veille paire de XT 4 pistons que j'ai du acheté en 2001 pour mon beau stinky de l'époque. Ils trainaient dans un carton.
Je me souviens qu'ils me paraissaient bien progressifs et puissants à l'époque. Je me suis donc dis que j'allais les retapé parce qu'ils sont beaux et ils ont de belles durites aviation.

http://www.totalbike.com/images/interbike/2000/disc_xt.JPG

Après avoir changé le liquide et plaquettes, je rode et je teste. Mais c'est la déception. Ils sont certes progressifs, mais il faut beaucoup de force pour s'arrêter, voire même utiliser 2 doigts..
En fait les pistons sont sous-dimensionnés par rapport à ce qu'on voit aujourd'hui. Donc mine de rien, il y a eu une belle évolution de ce côté la et je me rends compte que mes petits Hayes HFX 9 que j'utilise sur mon enduro son pas si mauvais que ça finalement.
Il me semble qu'une grosse partie des shimano qui ont suivi sont maintenant en simple piston ! C'est pas pour rien.

La puissance d'un frein c'est le couple de freinage multiplié par la vitesse de rotation de la roue.
Tous les freins ne donnent pas le même couple de freinage si tu tires de la même façon. (principaux paramètres: diamètres des pistons de maître cylindre et d'étrier, nature du disque et des plaquettes, taille du disque, nombre et répartition des trous dans la bande de freinage).
Un frein dit "puissant", est donc un frein qui, à action égale sur le levier, et à vitesse égale, fournit plus de puissance, c'est à dire, un frein qui donne plus de couple à action égale sur le levier.

Le type de maître cylindre influe aussi qu'il soit soit axiale comme les avid élixir , ou radial comme les RO de formula !!
J'ai tous un chapitre sur les freins mais la flemme de sortir la doc !!

La puissance d'un frein serait essentiellement liée à la logueur du levier et à la taille des pistons?

Freemel91330 ( 9 oct. 2012) disait:

Le type de maître cylindre influe aussi qu'il soit soit axiale comme les avid élixir , ou radial comme les RO de formula !!
J'ai tous un chapitre sur les freins mais la flemme de sortir la doc !!

Bof, c'est uns histoire de géométrie, mais ça n'influe pas sur la démultiplication. Le rapport entre la longueur du levier effective (tenant en compte la position du(des) doigt(s)), et la distance entre l'axe du piston et le point de pivot du levier (en gros, le "bras de levier" du levier), joue aussi sur la démultiplication. Pas la position du piston.

Deux différence majeures entre la position standard et la position dite "radiale":
La première c'est que pour des petites mains, le radial est une horreur ergonomique
la deuxième c'est que le "carter" est soumis à moins de contraintes, donc être plus léger.
Autre différence, qui n'a aucune influence: les bulles sont pas du même coté dans le ""vase d'expansion"".

Edit: @ la.pelleteuse: regarde mon message précédent!

Pour moi, il est clair qu'il n'y a pas que la puissance de ton doigt qui joue :s (ou alors je n'ai pas compris tes conclusions...)

Les matériaux utilisés sont primordiaux (essayons de freiner avec des plaquettes et des disques en plexi, je pense qu'on ira loin avant de s'arrêter). et comme il a été dit, la taille de tout ça, avec la surface qui entre en frottement (c'est pas pour rien que les vélos de route ont des pneus de section aussi large que mon p'tit doigt...) et je rejoins je ne sais plus qui sur le fait que la qualité des durites et de l'huile doivent être importants et ne pas se dilater à outrance sinon, tu peux tirer longtemps sur le levier là aussi, si tout se perd dans l'élasticité de la durite, la plaquette ne bougera pas :s

Enfin, c'est ce que je pense. Puis au ressenti, il y a une net différence entre certains freins (du moins le peu que j'ai testé, autant en vélo qu'en auto)

Je commence à plus trop suivre...

la.pelleteuse ( 9 oct. 2012) disait:

Je commence à plus trop suivre...

C'est le but de t'enfumer !

Pour le maître cylindre radial :
Plus compact comme tu l'as dit , plus léger
Le mouvement des pièces est beaucoup plus naturel et plus direct .
Les frottements comme les déformations sont diminués ( donc plus fiable )
Et le feeling est améliorer ( enfin comme la moto , il y'a levier mou (beringer) et levier ferme (brembo)
Et plus le maître-cylindre est petit plus on doit fournir d'énergie (course plus longue) et plus le piston du maître-cylindre est gros , la course est plus courte , donc le freinage est plus direct !!

J'espère me faire comprendre de tout le monde ce qui n'est pas toujours le cas !!

cedric83 ( 9 oct. 2012) disait:

Pour moi, il est clair qu'il n'y a pas que la puissance de ton doigt qui joue :s

Exact, le doigt exerce une force, mais à puissance nulle, puisqu'immobile (si freinage constant)

cedric83 ( 9 oct. 2012) disait:

Les matériaux utilisés sont primordiaux

tout à fait. un disque inox freine moins bien qu'un disque en faiblement allié.

cedric83 ( 9 oct. 2012) disait:

avec la surface qui entre en frottement

Non, pas d'influence directe sur la puissance de freinage. c'est le "Rayon équivalent" qui entre en jeu, donc la répartition de la surface, non pas la taille de la plaquette. une plaquette en trapèze freinera mieux.
J'irais jusqu'à pousser le vice sur le fait qu'une petite surface de plaquette augmente la pression de contact, et permet une meilleure pénétration de la garniture dans les trous, augmentant le couple de freinage à bsse vitesse.

cedric83 ( 9 oct. 2012) disait:

et je rejoins je ne sais plus qui sur le fait que la qualité des durites et de l'huile doivent être importants et ne pas se dilater à outrance sinon, tu peux tirer longtemps sur le levier là aussi, si tout se perd dans l'élasticité de la durite, la plaquette ne bougera pas :s

Si tu ne met pas en contact ton levier et ton grip, il n'y a pas de perte de "puissance" par "l'élasticité" du frein, le souci sera plus du coté du "feeling", et de la fatigue musculaire. Donc influence indirecte sur la puissance.

merci pour tes éclaircissements
je suis bien d'accord avec ça et la liste de didero

Massacre ( 9 oct. 2012) disait:

J'irais jusqu'à pousser le vice sur le fait qu'une petite surface de plaquette augmente la pression de contact, et permet une meilleure pénétration de la garniture dans les trous, augmentant le couple de freinage à bsse vitesse.

les trous, ou events, dans un disque de frein, ne servent en rien a "accrocher" les plaquettes.
que ce soit en moto, voiture, velo ou tout autre système avec des freins a disques, les disques pleins marchent tres bien.
les trous dans ceux ci ne servent qu a contrer le fait que lors d un freinage , il y a creation de gaz(en plus de l arrachement de matiere) et dilatation de la couche d'air par echauffement thermique(l air contenu dans les interstices du materiau de la plaquette)ce qui entrainerait un decollement de la plaquette par rapport au disque( par effet coussin d air) en pratique ca decole pas mais ca rend le freinage moins puissant...

les trous servent aussi a brasser l'air et a aider au refroidissement, mais de facon moindre par rapport a un disque ventilé....puis vu que ca fait perdre du poids au disque, tout en le rendant plus joli...


d accord avec toi, l'augmentation de surface de la plaquette ne sert a rien, une plaquette de 1m² aura le meme coeff de frottement qu'une de 10cm².(voir les demonstrations de tabor et bowen)
reste que plus c est grand plus ca dissipe la chaleur et plus ca peur acceuillir un piston de gros diametre, qui lui forcera plus.

razgriz65 ( 9 oct. 2012) disait:

Massacre ( 9 oct. 2012) disait:

J'irais jusqu'à pousser le vice sur le fait qu'une petite surface de plaquette augmente la pression de contact, et permet une meilleure pénétration de la garniture dans les trous, augmentant le couple de freinage à bsse vitesse.

les trous, ou events, dans un disque de frein, ne servent en rien a "accrocher" les plaquettes.
que ce soit en moto, voiture, velo ou tout autre système avec des freins a disques, les disques pleins marchent tres bien.
les trous dans ceux ci ne servent qu a contrer le fait que lors d un freinage , il y a creation de gaz(en plus de l arrachement de matiere) et dilatation de la couche d'air par echauffement thermique(l air contenu dans les interstices du materiau de la plaquette)ce qui entrainerait un decollement de la plaquette par rapport au disque( par effet coussin d air) en pratique ca decole pas mais ca rend le freinage moins puissant...

les trous servent aussi a brasser l'air et a aider au refroidissement, mais de facon moindre par rapport a un disque ventilé....puis vu que ca fait perdre du poids au disque, tout en le rendant plus joli...

J'avais aussi lu que les trous servaient en partie à évacuer la pellicule d'eau au moment du premier tour du disque en contacte avec les plaquettes quand on roule sous la pluie, mais j'en suis que très moyennement convaincu.

razgriz65 ( 9 oct. 2012) disait:

Massacre ( 9 oct. 2012) disait:

J'irais jusqu'à pousser le vice sur le fait qu'une petite surface de plaquette augmente la pression de contact, et permet une meilleure pénétration de la garniture dans les trous, augmentant le couple de freinage à bsse vitesse.

les trous, ou events, dans un disque de frein, ne servent en rien a "accrocher" les plaquettes.
que ce soit en moto, voiture, velo ou tout autre système avec des freins a disques, les disques pleins marchent tres bien.
les trous dans ceux ci ne servent qu a contrer le fait que lors d un freinage , il y a creation de gaz(en plus de l arrachement de matiere) et dilatation de la couche d'air par echauffement thermique(l air contenu dans les interstices du materiau de la plaquette)ce qui entrainerait un decollement de la plaquette par rapport au disque( par effet coussin d air) en pratique ca decole pas mais ca rend le freinage moins puissant...

les trous servent aussi a brasser l'air et a aider au refroidissement, mais de facon moindre par rapport a un disque ventilé....puis vu que ca fait perdre du poids au disque, tout en le rendant plus joli...

ça sert aussi à rompre le film d'eau.
Mais, dans le cas d'un VTT, le disque acier étant beaucoup plus dur que la plaquette, la quasi totalité de la déformation est portée par la plaquette. Celle ci a donc la capacité de rentrer dans les trous, augmentant localement le coefficient de frottement. La pénétration décroît avec la vitesse, ce qui fait qu'en fait, à part à deux à l'heure ou sur un parking, tu as entièrement raison, mais dans ces cas là, l'action des trous n'es pas négligeable. (c'est pour ça que des ashima aro 08 freinent de façon raisonnable à basse vitesse, malgré le peu de rigidité induite par le matériau et la finesse du truc).

Pour l'évacuation de la chaleur, vu le volume d'air devant, je suis sceptique sur une influence sensible du phénomène. Shimano met des ailettes sur ses plaquettes, à mon avis c'est pas pour rien.

D'ailleurs un proto de disque en carbone avec plaquettes céramiques pour freiner encore plus fort !!

ha bon? en vtt ca me parait bizarre, ils fonctionnent bien qu'une fois qu'ils sont chaud. et il faut un certain temps non?

OK merci, ça commence à etre plus clair.

Pour les disques en carbone, j'avais lu dans un article sur le record de vitesse d'Eric Barone qu'il s'en servait car plus ils chauffent, plus ils freinent.