Frein de Parking Électrique

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Description détaillée

Le frein de stationnement électrique remplace le frein à main traditionnel, ou la pédale de frein de stationnement.
L'automatisation de cette fonction permet :

• D'augmenter le confort de conduite : le frein de stationnement se serre et se desserre sans action directe du conducteur.

• De supprimer le levier de frein à main, remplacé par une commande électrique, ce qui permet un gain de place.

Aujourd'hui, ils peuvent servir d'aide au démarrage en cote et de freinage de secours par action sur la commande. Ce système est géré électroniquement.

Avec un tel système, on a donc la possibilité de disposer autrement l'habitacle sans avoir à garder une large place en console centrale pour un levier peu esthétique. De plus, des fonctionnalités  peuvent être ajoutées, comme un système d'assistance au démarrage en côte, une aide d'urgence pour l'ESP, un contrôle automatique du serrage et du desserrage sans action du conducteur à la mise du contact et à sa coupure, etc.

Ce système dispose toujours d'une tirette ou d'une poignée pour venir libérer mécaniquement le frein de parking en cas de dysfonctionnement électrique.

Deux philosophies de conception sont possibles :
- Les freins de parking électrique à commande câblée (scenic2, C4 picasso, 508, Focus Cmax, … ):

Un moteur électrique, associé à un mécanisme à vis sans fin, produit l'effort nécessaire au serrage des étriers arrière via une tension par câbles.

En résumé, seule la partie avant de l'ancien système est remplacée par de l'électronique : bouton et moteur avec électronique de contrôle de tension en lieu et place du levier. Mais la partie arrière de câblage et d'étriers est maintenue.

Exemple PSA :

« FSE : Frein de Stationnement Électrique »

- Les systèmes électromécaniques (C4 Picasso II, Scenic 3, Audi, BMW, 308 II, ... ):

Le serrage mécanique des garnitures de frein est assuré par un mécanisme à arbre autobloquant. L'entraînement du mécanisme est assuré par un moteur à courant continu. Mécanisme et moteur sont bridés sur l'étrier de frein.

En résumé, tout le système est modifié ! Du bouton aux freins il y a de l'électronique.

Voici un exemple d'étrier TRW instrumenté d'un moteur électrique :

Ce système est celui qui est monté par exemple sur l'Audi A8.

Compléments techniques:

Cette fonction de « frein de parking électrique » peut très bien être intégrée dans un autre calculateur : ESP, Airbag, capteur de lacet, etc. et remplir toutes les fonctions qui sont décrites ici. Cela peut s'appeler « integrated Electric Park Brake (EPBi) » ou « Frein de Parking Électrique intégré ».

La fonction « Auto Hold » :

Si le véhicule est équipé des fonctions ”Automatic Hold”, le conducteur peut l'enclencher.

Cela va permettre le maintien automatique (ou serrage du frein de parking) dès l'identification du signal d'arrêt (v = 0 km/h). Le véhicule est tout d'abord ralenti avec la pédale de frein (par le conducteur en phase de roulage normale) jusqu'à l'arrêt. Le desserrage du frein de  parking s'effectue automatiquement par l'actionnement de la pédale d'accélérateur alors qu'un rapport est en prise.

Il permet notamment de démarrer confortablement sans reculer dans les côtes et réalise donc en permanence un serrage-desserrage en fonction de la vitesse du véhicule.

- Les freins de parking électrique à commande câblée :
Articulés autour :

d'un bouton de commande avec son faisceau ;
d'un calculateur intégrant un moteur électrique et un capteur de force ;
de câbles droit et gauche ;
de deux étriers arrière ;
d'un câble de libération de secours ;
d'un ou plusieurs voyants dans le combiné.

Le calculateur peut être intégré à l'essieu arrière ou sur la console centrale.

Le calculateur reçoit une alimentation distribuée par un calculateur de gestion habitacle.

Les câbles sont ajustés électromécaniquement par l'intermédiaire du moteur électrique et transmettre la force qui est nécessaire au maintien. Cette force est connue par la cartographie (et ajustée) et contrôlée par le calculateur par le biais du capteur de force intégré.

Ce système est donc une boucle automatique fermée :

Demande d'un conducteur-mise sous tension d'un moteur-montée en traction-mesure de force-comparaison avec une cartographie-ajustements-maintien de l'état.

Ce capteur peut par exemple s'articuler autour d'un ressort (en bout de câble) qui va être comprimé lors du serrage. Le principe de détection est le plus souvent basé sur le phénomène de Hall (électromagnétisme).

Le voyant qui autrefois était mis à la masse par un contacteur enclenché mécaniquement par la levée du levier de frein à main sera cette fois :

• soit piloté via le réseau CAN comme une demande du calculateur « frein de parking » pour le « combiné ou tableau de bord » ;
• soit mis à la masse par le calculateur de « frein de parking », pour un allumage dans le calculateur « combiné ».

Il y a souvent une détection de butée de desserrage dans l'unité de commande (via le capteur Hall intégré et non pas une butée mécanique). Elle permet de déterminer la position de manoeuvre absolue. En cas de dépassement d'un seuil prédéfini, un avertissement est envoyé au conducteur et un défaut est mémorisé.

Exemple de vue interne de mécanisme : série 7 BMW

Exemple de câblage :

- Les systèmes électromécaniques :
Articulés autour :

d'un bouton de commande avec son faisceau ;
d'un calculateur ;
de deux étriers arrière instrumentés ;
d'un ou plusieurs voyants dans le combiné.

Le calculateur peut être intégré à l'essieu arrière ou sur la console centrale.

Moteur tournant, cette fonction est contrôlée par le calculateur d'ABS-ESP. Moteur arrêté, s'il y a un calculateur dédié, celui-ci devient maître de la gestion, pour, par exemple, serrer le frein de parking dès la coupure du contact.

 

L'étrier motorisé est constitué, en plus d'un étrier classique, d'un moteur électrique et d'un mécanisme permettant le serrage et le desserrage des freins.
Le mécanisme de rattrapage d'usure est identique à un étrier classique.

Principe de fonctionnement :

Le moteur entraîne le mécanisme de commande et actionne, avec démultiplication, la vis de serrage. Cette dernière déplace l'écrou de pression qui pousse le piston d'étrier, permettant le serrage des plaquettes. Le moteur, tournant en sens inverse, permettra le desserrage des plaquettes de la même manière.

Une démultiplication est nécessaire afin d'obtenir un couple suffisamment important pour presser les plaquettes de freins sur les disques.

Fonctions de base :

Indépendant du circuit de freinage.
Voies de pilotage doublées.
Peut réaliser des freinages en phase dynamique (urgence ou ralentissement aidé).
Autodiagnostic embarqué.

Fonctions supplémentaires possibles :

Antiblocage arrière pour le contrôle de stabilité.
Décélération dynamique via une demande ESP.
Fonction de libération-maintien automatique : « Auto-Hold ».
Serrage automatique à la coupure du contact.
Assistance aux mécanismes antivol.
Capteur d'inclinaison intégré.

Caractéristiques techniques :

Le temps de serrage est de moins de 1 seconde, pour un temps de desserrage généralement inférieur à 0,6 seconde.

La force de serrage maximum se situe autour de 20 kN pour une consommation maximum autour de 20 A par moteur, soit environ 40 A max pour le serrage des roues arrière.

S'il y a un calculateur indépendant de gestion, en phase moteur tournant, il consomme autour de 200 mA tant qu'il n'y a pas de demande de puissance, seule l'électronique interne est alimentée. Contact coupé et véhicule en veille, autour de 100 μA.

Exemple d'architecture :

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Méthodes et pratiques

Identifier le type de frein de parking.

Mettre en oeuvre une méthode de contrôle adaptée aux systèmes à gestion électronique.

Utiliser correctement l'outil de diagnostic.

Mettre en place des méthodes adaptées pour initialiser le système une fois le remplacement effectué.

Avec l'outil de diagnostic, les fonctionnalités suivantes sont le plus souvent disponibles :

- Lecture défauts.
- Test actionneur.
- Mesure paramètres.
- Effort de serrage mesuré / consigne.
- Vitesse de serrage mesuré / consigne.
- État du bouton.
- Tension d'alimentation.
- État de serrage.
- Nombres de cycles effectués (en moyenne 100 000 cycles de durée de vie).


Exemple de procédure d'apprentissage pour le système BMW sur série 7 après un remplacement du calculateur de gestion du frein de parking :

1/ Avec l'outil de diagnostic, passer en mode « atelier-montage » avant d'enlever le calculateur défectueux afin de libérer le câble et de rendre la fonction inopérante. Le nouveau calculateur est livré en mode « ouvert », il faudra donc décoder la fonction « mode atelier-montage ».

2/ Apprentissage de la fonction :

Contact mis.
Appuyez fortement sur la pédale de frein.
Maintenez la pédale de frein enfoncée.
Appuyez ou tirez sur la commande de frein de parking pour l'engager.
Appuyez ou poussez sur la commande de frein de parking pour le désengager.

Si tout s'est bien déroulé, vous pouvez effacer les défauts dans l'ESP et dans le calculateur de gestion du frein de parking. Un codage du pays peut également être à effectuer.

3/ Apprentissage ou rodage après échange des garnitures de frein :

Il y a un menu dans l'outil qui permet de lancer la procédure : action de serrage-desserrage pour tester la force à appliquer et vérifier avec la cartographie.

Exemples de cas où l'apprentissage s'arrête :

- Le programme a été exécuté.
- Le programme n'a pas été exécuté dans les 30 minutes.
- À la réception du signal de coupure du contact.
- Un système de régulation a été déclenché pendant le rodage.

Enfin pour le remplacement des plaquettes de frein:

- Desserrer le frein de stationnement.
- Débrancher la batterie.
- Le retour des étriers se fait de façon classique à l'aide d'un repousse piston en tournant ce dernier.
- Les apprentissages de positions et d'efforts sont nécessaires avec un outil diagnostic.

Procédure système par étrier :

- Mettre l'étrier de frein motorisé arrière en position de démontage ; À l'aide de l'outil diagnostic.
- Débrancher la batterie.
- Le retour des étriers se fait de façon classique à l'aide d'un repousse piston.
- Le calibrage ou la réinitialisation des positions sera nécessaire avec un outil diagnostic.

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Impact sur les compétences en atelier

Les techniciens doivent être en mesure de:

• connaître la structure des réseaux multiplexés
• connaître les protocoles et leurs modes dégradés
• maîtriser la lecture des schémas électriques.
• maîtriser toutes les fonctions de l'outil de diagnostic.
• maîtriser toutes les fonctions de l'oscilloscope et du multimètre
• connaître les procédures de configuration et de paramétrage.
• tester, initialiser et installer des ECU, capteurs et actionneurs.

Les non techniciens doivent être en mesure de:

• connaître les procédures de configuration et de paramétrage.
• avoir des notions du  fonctionnement des ECU, capteurs et actionneurs
• déposer et reposer les étriers et les câbles éventuels en respectant les procédures ou l'apprentissage de la fonction.

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Exemple d’outillage approprié

Outil de diagnostic.

Manivelle de déverrouillage (pas toujours requise ou présente dans le lot de bord).

Aujourd'hui les outils diagnostic constructeurs et multimarques ont la fonction remplacement des plaquettes de frein.

Il existe deux types de repousse piston:

Le repousse piston simple

Exemple:

 

Le repousse piston tournant.

Exemple:

 

 

Les deux sont nécessaires selon le type de frein de stationnement.