Chaque commande donnée par le conducteur – accélérer, freiner, tourner – se traduit par une force que le véhicule ne peut échanger avec l’asphalte qu’à travers l’empreinte au sol des pneumatiques, une surface qui, pour chaque roue, est à peu près grande comme une carte postale. Cette force a une limite, fixée par l’adhérence disponible : au-delà de ce seuil, le pneumatique ne transmet plus ce qui lui est demandé et la voiture cesse de répondre aux commandes. Le rôle de l’ABS et du contrôle de traction est précisément d’empêcher que le pied du conducteur ne dépasse cette limite. Ce sont deux systèmes symétriques, bâtis sur le même principe physique et, sur les voitures modernes, sur le même matériel, mais appliqués à des situations opposées :
- Le glissement du pneumatique, c’est-à-dire le phénomène à maîtriser
- L’ABS, qui le gère au freinage
- Le contrôle de traction (ASR ou TCS), qui le gère à l’accélération
Le glissement : le phénomène à maîtriser
Contrairement à l’intuition, un pneumatique ne transmet aucune force longitudinale lorsqu’il roule en parfaite synchronie avec le sol. Pour qu’une force motrice ou freinante naisse, un petit écart est nécessaire entre la vitesse périphérique de la roue et la vitesse réelle du véhicule : c’est le glissement, en anglais slip, qui s’exprime en pourcentage. Lorsque le glissement augmente, le coefficient de frottement entre la gomme et l’asphalte croît rapidement jusqu’à un maximum – atteint approximativement entre 10 % et 20-30 %, selon le type et l’état du revêtement – puis diminue.
Le point crucial est ce qui se produit au-delà de ce maximum. Quand le glissement atteint 100 %, c’est-à-dire avec la roue complètement bloquée au freinage ou qui tourne dans le vide à l’accélération, on passe du frottement de roulement au frottement de glissement, dont le coefficient est plus faible : la voiture freine ou accélère moins bien qu’elle ne le pourrait. Mais surtout, un pneumatique qui glisse longitudinalement n’est plus en mesure de générer une force latérale appréciable. Voilà pourquoi une roue avant bloquée rend la direction inefficace et une roue arrière bloquée prédispose au tête-à-queue. Toute l’électronique de contrôle de l’adhérence travaille donc à maintenir le glissement autour de sa valeur optimale, sans jamais le laisser dégénérer.
ABS : les organes qui le composent
L’ABS, c’est-à-dire l’Anti-lock Braking System, s’articule autour de trois groupes de composants :
- Les capteurs de vitesse de roue, placés en regard d’une roue phonique dentée solidaire du moyeu. Sur les systèmes les plus anciens, on emploie des capteurs inductifs passifs, qui génèrent d’eux-mêmes un signal alternatif dont la fréquence croît avec la vitesse de rotation, mais qui devient peu lisible à très basse vitesse. Sur les voitures récentes prédominent les capteurs actifs, à effet Hall ou magnétorésistifs, alimentés par le calculateur et capables de restituer un signal fiable pratiquement jusqu’à l’arrêt du véhicule.
- Le calculateur électronique, qui compare entre eux les signaux des quatre roues, en tire une vitesse de référence du véhicule et calcule, roue par roue, le glissement et la décélération angulaire.
- Le groupe hydraulique, ou modulateur, interposé entre le maître-cylindre et les étriers. Il contient, pour chaque canal de régulation, deux électrovannes – une d’admission, normalement ouverte, et une de décharge, normalement fermée – ainsi qu’un accumulateur basse pression et une pompe de retour actionnée par un petit moteur électrique.
On notera que l’ABS ne dispose d’aucun organe de freinage propre : il agit exclusivement sur la pression du liquide générée par le conducteur, qu’il peut maintenir, réduire et rétablir.
ABS : le cycle de régulation
Lorsque le calculateur détecte qu’une roue décélère bien plus rapidement que la voiture, signe que le blocage est imminent, il enclenche sur le canal concerné une séquence en trois phases. Dans la phase de maintien, l’électrovanne d’admission est fermée : la pression dans l’étrier reste figée à la valeur atteinte et l’éventuelle poussée supplémentaire sur la pédale n’arrive plus au frein. Si, malgré cela, la roue continue de trop ralentir, on passe à la décharge : l’électrovanne de décharge s’ouvre et une partie du liquide s’écoule vers l’accumulateur basse pression, la pression de freinage baisse et la roue, moins freinée, réaccélère en se rapprochant de la vitesse du véhicule. Une fois l’adhérence retrouvée, on entre dans la phase de rétablissement : la vanne de décharge se referme, celle d’admission se rouvre et la pompe de retour renvoie le liquide de l’accumulateur vers le circuit.
La séquence n’est pas exécutée une seule fois, mais se répète cycliquement pendant toute la durée de l’intervention, à une fréquence de l’ordre d’une dizaine de cycles par seconde, et plus élevée sur les systèmes récents. Les pulsations que le conducteur perçoit sous la plante du pied lors d’un freinage d’urgence sont précisément la manifestation tactile de l’ouverture et de la fermeture des électrovannes et du fonctionnement de la pompe. Il en découle une règle de conduite souvent négligée : la pédale doit être enfoncée à fond et maintenue enfoncée, car c’est à l’ABS de se charger de la modulation. Relâcher la pédale en réponse aux pulsations revient simplement à freiner moins.
Canaux de régulation et limites de l’ABS
La configuration la plus répandue prévoit quatre capteurs et quatre canaux indépendants, un par roue, de sorte que chaque frein soit modulé selon l’adhérence effectivement disponible sous cette roue. Des installations plus simples adoptent trois canaux, en régulant l’essieu arrière de manière unitaire selon le critère dit select-low : la régulation s’aligne sur la roue arrière qui dispose du moins d’adhérence, ce qui pénalise légèrement la distance d’arrêt mais privilégie la stabilité du train arrière. Le même matériel sert par ailleurs de support à l’EBD, le répartiteur électronique de freinage, qui dose la pression destinée à l’essieu arrière en fonction de la charge, remplaçant par une logique adaptative l’ancien compensateur de freinage mécanique.
Il convient enfin de dissiper un malentendu répandu : l’ABS n’augmente pas l’adhérence disponible et ne garantit pas en soi une distance d’arrêt plus courte. Sur des sols meubles comme le gravier ou la neige fraîche, une roue bloquée accumule devant elle un coin de matière qui contribue à l’arrêt ; en empêchant le blocage, l’ABS renonce à cet effet et la distance de freinage peut même s’avérer plus longue. Ce que le système restitue toujours, en échange, c’est la capacité du pneumatique à générer une force latérale, et donc la possibilité de braquer pendant le freinage. Dans l’Union européenne, l’ABS est obligatoire sur les voitures neuves depuis le 1er juillet 2004.
Le contrôle de traction : l’ABS appliqué à l’accélération
Le contrôle de traction, désigné selon les constructeurs par ASR (Antriebsschlupfregelung, régulation du patinage en traction) ou TCS (Traction Control System), aborde le même problème par l’autre extrémité : non pas la roue qui se bloque, mais la roue motrice qui patine. La détection s’effectue avec les mêmes capteurs que l’ABS, par comparaison : si une roue motrice tourne sensiblement plus vite que la vitesse de référence du véhicule, obtenue en général à partir des roues non motrices, le système diagnostique le patinage et intervient au moyen de deux leviers distincts, souvent combinés entre eux.
Le premier est l’intervention sur les freins. Le groupe hydraulique, doté dans ce cas d’une pompe capable de générer de la pression de manière autonome, c’est-à-dire sans que le conducteur touche la pédale, freine de façon ciblée la seule roue qui patine. L’effet est double : la roue revient dans la zone d’adhérence et, puisque le différentiel répartit le couple en fonction de la résistance qu’il rencontre, freiner la roue qui tourne dans le vide rend du couple disponible pour celle qui, elle, est en adhérence. Le système se comporte ainsi comme un différentiel autobloquant, sans recourir à des organes mécaniques dédiés. C’est un levier rapide et sélectif, mais il dissipe de l’énergie en chaleur ; il est donc employé principalement pour des interventions brèves et à basse vitesse, comme les démarrages sur revêtement dégradé ou en conditions d’adhérence asymétrique.
Le second levier est l’intervention sur le moteur. En dialoguant avec le calculateur moteur, le contrôle de traction réduit le couple effectivement délivré : sur les moteurs à essence, en agissant sur le papillon motorisé, en retardant l’avance à l’allumage ou en supprimant l’injection sur certains cylindres ; sur les moteurs suralimentés, en réduisant également la pression de suralimentation. Cette voie est moins immédiate que la précédente, puisqu’il faut attendre le cycle de fonctionnement du moteur, mais elle est tenable dans la durée et se trouve donc privilégiée lorsque le patinage persiste, par exemple lors d’une accélération sur chaussée mouillée. Sur les voitures électriques, le concept reste identique, avec l’avantage que le couple du moteur électrique se règle de façon bien plus directe et rapide que celui d’un moteur à combustion interne.
Du contrôle de l’adhérence au contrôle de la trajectoire
L’ABS et le contrôle de traction partagent donc capteurs, calculateur et groupe hydraulique, et se bornent à gouverner le comportement longitudinal du véhicule : de combien la roue ralentit par rapport à la voiture au freinage, de combien elle accélère par rapport à elle en traction. Aucun des deux ne sait toutefois dans quelle direction le conducteur cherche à aller, ni si la voiture suit effectivement cette direction. C’est sur cette base déjà disponible que vient se greffer l’échelon suivant, le contrôle électronique de stabilité (ESP ou ESC), qui ajoute le capteur d’angle de braquage et celui de vitesse de lacet pour comparer la trajectoire voulue à la trajectoire réelle et la corriger en freinant des roues individuelles. Son fonctionnement, ainsi que celui des autres principaux dispositifs d’assistance, a déjà été traité dans l’article Systèmes de contrôle de conduite : quand l’électronique est au service du conducteur.