Alors que le monde se rapproche de l’objectif « zéro émission », les ingénieurs des transports sont sous pression pour proposer des moyens novateurs de conserver la confiance des conducteurs dans l’évolution des technologies.
Prenons l’exemple du système de freinage hydraulique : le système hydraulique actuel est un véritable chef-d’œuvre d’ingénierie. Ce que les conducteurs prennent pour acquis en appuyant sur la pédale de frein a pris des décennies à développer et à perfectionner. Bien que ce système qui ralentit les véhicules soit un exploit technique complexe, l’introduction du servofrein n’est pas moins impressionnante.
Si nous examinons la force exercée par le conducteur sur la pédale par rapport au ralentissement du véhicule, nous constatons que cette force n’est pas linéaire. Avec l’aide du servofrein, la première partie de la courbe est plus raide, de sorte que le conducteur obtienne une corrélation directe entre l’effort sur la pédale et le ralentissement. Toutefois, à un moment nommé « point d’inflexion », l’assistance est réduite afin d’empêcher le conducteur de bloquer les roues par inadvertance, ce qui réduit l’efficacité du freinage.
Bien que les fabricants de freins maîtrisent à la perfection l’optimisation scientifique de ces systèmes, il existe une très fine distinction entre un excellent système de freinage et un système de freinage dangereux en conditions extrêmes. Les conducteurs expérimentent souvent cela lors d’un freinage d’urgence, lorsque le véhicule ralentit initialement comme prévu, puis ensuite « manque de freins » juste avant l’accident. Ceci est généralement attribué à une chute brutale de l’assistance servofrein, laissant le conducteur exercer une pression excessive sur la pédale à un stade critique de l’opération.
Bien qu’il s’agisse d’un scénario catastrophe, un système de freinage limité peut parfois offrir une expérience utilisateur insatisfaisante, même dans des conditions de conduite idéales. Le phénomène appelé « pédale dure » correspond à un manque de rétroaction (retour de sensations), se traduisant par une inadéquation entre la force exercée sur la pédale et le freinage attendu. Le conducteur a alors l’impression de ne pas contrôler le véhicule.
Mais après avoir perfectionné ces systèmes de freinage hydraulique depuis plusieurs décennies, l’industrie automobile est obligée de repenser tout ce qu’elle a appris : les véhicules électriques redéfinissent les systèmes de contrôle des véhicules.
Système de freinage à commandes électriques d’une voiture de course de Formule 1
Image Source: https://www.formula1-dictionary.net
Révolutionner les systèmes de freinage des véhicules électriques
Au fur et à mesure que l’électrification se met en place et que les moteurs à combustion interne traditionnels sont progressivement supprimés, les composants mécaniques tels que les servofreins ne disposent plus d’une source d’alimentation prête à l’emploi, ce qui signifie que des pompes et des moteurs électriques doivent être développés pour piloter les systèmes de contrôle.
En outre, pour intégrer des systèmes de conduite automatisés, les commandes évoluent rapidement vers l’architecture électrique/électronique (E/E), souvent appelée « freinage à commandes électriques ».
Toutefois, pour qu’un système de freinage à commandes électriques fonctionne de manière sûre et efficace, il convient de préserver l’intégrité de l’interface Homme-Machine (IHM). Pour y parvenir, les ingénieurs doivent cartographier les deux différentes forces (mesurées en pression, force/surface) : la force exercée par le conducteur sur la pédale et la pression résultante exercée sur les pistons de l’étrier d’un système hydromécanique « traditionnel ».
Il est impératif d’utiliser des capteurs de pression de haute qualité
Étant donné que l’intégrité de ces données est cruciale pour le développement efficace d’un système E/E, seuls des capteurs de pression de haute qualité, capables d’enregistrements , peuvent être utilisés.
Ces capteurs doivent non seulement être capables de capturer des données extrêmement précises, mais ils doivent le faire dans un environnement où les produits chimiques agressifs, la chaleur, les vibrations et les contraintes d’espace ne favorisent pas toujours des appareils de mesure soigneusement calibrés.
Pour cette raison, les équipes de développement s’appuient sur une poignée de fournisseurs de capteurs de pression, capables de fournir un équipement de mesure de qualité sur lequel ils peuvent compter.
Tout est question de rétroaction
Armés des données de pressions d’entrée et de pressions de sortie, les ingénieurs doivent maintenant essayer de reproduire, non pas la performance d’arrêt absolu, mais la rétroaction d’un système traditionnel. Avec des capteurs de vitesse de roue, il est assez facile de maximiser le ralentissement mais il est plus difficile de reproduire les retours de sensation d’un léger « freinage de contrôle » à faible vitesse.
C’est là que les données de conduite en conditions réelles valent de l’or : le ratio entre la force appliquée sur la pédale et la pression du système doit être répliqué par une unité de commande électronique qui gère la force de freinage. C’est une tâche particulièrement difficile, car les conducteurs utilisent le freinage de manière différente en fonction des conditions de la route, de la circulation et de leurs préférences personnelles. Un conducteur pressé peut être amené à utiliser le freinage de manière précipité et brutale, alors que les personnes âgées ont tendance à freiner de manière plus progressive et tranquille.
Le degré de difficulté de conception d’une rétroaction fiable peut être évalué grâce aux performances des systèmes montés sur les Formule 1 : Après trois ans d’essais, certaines équipes ne parviennent toujours pas à concevoir un système de freinage à commandes électriques qui offre une rétroaction suffisante pour les lourdes manœuvres de freinage.
Bien que les systèmes de freinage à commandes électriques soient encore loin d’une production en série à faibles coûts, les spécialistes des systèmes de freinage ont pu quantifier avec précision les impératifs de ces systèmes à l’aide de capteurs de pression fiables et précis.
