La technologie des freins a beaucoup évolué depuis que les premiers ingénieurs ont enroulé une ceinture de cuir autour d’un tambour en acier et l’ont resserrée pour ralentir la voiture. Plus d’un siècle plus tard, nous avons des plaquettes de frein en bronze fritté, des fluides en silicone liquide et des rotors en matériau allant de la fonte au diamant synthétique. Les rotors en aluminium se situent quelque part entre les deux, ce qui constitue une amélioration par rapport aux rotors en fer dans tous les domaines cruciaux sauf un.
Principes de freinage
Les freins à disque fonctionnent en convertissant l'énergie cinétique - le mouvement - en thermique énergie. Pour ce faire, ils pressent un disque de frein en métal en rotation entre deux patins de friction fixes. Mais cette énergie thermique ne disparaît pas tout simplement: elle pénètre dans le rotor et les composants adjacents et finit par se disperser dans le flux d'air. Une dispersion rapide est indispensable, car les freins peuvent facilement monter à plus de 1 000 degrés F dans les applications routières et deux fois plus que dans les applications de course.
Poids non suspendu - L'aluminium a quelques avantages, mais surtout le poids. L'aluminium pèse environ le tiers de ce que fait la fonte, ce qui est particulièrement utile pour les poids non suspendus. Le "poids non suspendu" désigne le poids propre assis sur les pneus, par opposition au poids non contrôlé par la suspension. Un poids inférieur non suspendu signifie moins de tension sur les ressorts et les amortisseurs; moins de tension sur la suspension signifie que vous pouvez utiliser des ressorts et des amortisseurs plus doux, ce qui vous évite de sacrifier le confort de conduite pour des prouesses en manipulation.
Inertie de rotation - Le frein a un autre côté l’importance du rotor en termes de poids, et cette partie concerne l’inertie de rotation. Un rotor de frein agit comme un volant d'inertie, stockant de l'énergie mécanique. Le volant d'inertie essaie toujours de maintenir la vitesse, résistant à l'accélération et à la décélération. Des rotors en aluminium plus légers réduisent cet effet de volant d'inertie, ce qui contribue à améliorer les performances d'accélération et de freinage. Un rotor en rotation joue également un rôle de stabilisateur gyroscopique, ce qui signifie qu’un fer plus lourd augmentera l’effort de braquage tout en atténuant les retours de direction. Le rotor en aluminium plus léger diminue les efforts tout en augmentant le retour d'informations et la précision de la direction.
Dissipation de chaleur
La dissipation de chaleur et la conductivité électrique sont des concepts étroitement liés, suffisamment pour être pratiquement interchangeables en termes d'ingénierie. L'argent est l'un des meilleurs conducteurs électriques et thermiques connus, suivi du cuivre, de l'or et de l'aluminium. La conductivité thermique de la fonte est relativement triste; environ 3,5 fois moins que l'aluminium. Cela signifie que le fer absorbe la chaleur plus lentement et s'y accroche plus longtemps, ce qui permet à la chaleur d'être transférée dans les plaquettes et le liquide de frein au lieu de rayonner dans l'air où elle se trouve.
Performance de freinage
Aluminium et La fonte a des performances similaires en termes de coefficient de friction, ou de capacité à saisir et à maintenir les plaquettes de frein. En fonction de l'alliage spécifique utilisé, l'aluminium peut facilement dépasser le coefficient de frottement de l'acier, en particulier lorsqu'il est combiné à d'autres métaux spécialement conçus pour améliorer ce coefficient. La fonte peut également contenir des éléments d'alliage, cette partie est donc plutôt facile à laver. Mais l'inertie réduite de l'aluminium lui permet de gagner en performance, puisque l'effet net est positif en termes de performance.
Chaleur et durabilité - Vous vous demandez peut-être pourquoi, si l'aluminium est tellement merveilleux, nous utilisons autre chose que des canettes recyclées pour les disques de freins. En effet, tout simplement, l’aluminium revient à l’état liquide à environ 660 degrés Fahrenheit - bien en deçà des températures rencontrées lors d’une conduite énergique. Cela a toujours rendu le débat entre l'aluminium et le fer assez théorique, car même la fonte de qualité inférieure peut supporter plus de 2 100 degrés. Les rotors en acier peuvent supporter des températures encore plus élevées - plus de 3 000 degrés, en fonction de l'alliage. Cela seul permet de fabriquer des rotors en fonte moins chers mais moins idéaux, idéaux pour la plupart des applications de performance ou de voitures lourdes.
Solutions et développements
Les fabricants ont travaillé sur les moyens de faire fonctionner l'aluminium en modifiant les alliages et en liant les noyaux en aluminium en acier disques externes dans un effort pour maintenir les rotors ensemble. Les freins ont considérablement progressé, les rendant universellement fonctionnels pour les applications autres que les motos, mais d’autres matériaux progressent également. Les disques de frein carbone-céramique et carbone-carbone offrent toutes les économies de poids et les avantages de l'aluminium, mais peuvent résister à des températures plus élevées que celles de l'acier. Certes, ces matériaux coûtent 10 fois plus cher, si bien que l'aluminium pourrait encore avoir un avenir sérieux dans les performances automobiles et les applications de véhicules lourds.
