Développement d'une métrologie thermique des contacts glissants en freinage

Development of a thermal metrology of the sliding contacts in braking situations

• Auteur / Autrice : Jean Thévenet
• Direction : Bernard Desmet, Monica Siroux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et énergétique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Valenciennes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Automobiles -- Freins à disque

Pyrométrie

Résumé

La mesure de température est un élément essentiel à la compréhension des phénomènes thermomécaniques se produisant à l’interface du contact patin-disque. Les conditions de mesure de température de surface d’un disque frein au cours du freinage étant assez restrictives, il a été nécessaire de développer une métrologie thermique adaptée. Un pyromètre bichromatique rapide à fibre optique a été ainsi conçu, développé et validé. Le pyromètre est composé d’une fibre optique en verre fluoré et de deux détecteurs HgCdTe équipés avec deux filtres passe-bandes. Ce pyromètre permet de réaliser simultanément la mesure de température et d’émissivité de surface d’un disque de frein, dans la gamme 200-1000°C avec un temps de réponse de l’ordre de 8 μs. Le pyromètre a été étalonné à l’aide d’un corps noir et validé grâce à des mesures réalisées sur une cible de température et d’émissivité connue. Des essais réalisés sur deux bancs de freinage différents ont permis de mettre en évidence des variations d’émissivité au cours du freinage et leur importance sur la mesure de température d’un disque de frein pendant le freinage.

Heat generated in the pad-disc contact during braking is the main cause of surface degradations such as oxidation, wear and thermo-mechanical failure, in particular cracking. In order to estimate the consequences of thermal damage, a fiber optic two-color pyrometer was conceived, developed and validated for brake disc surface temperature and emissivity measurement. The two-color pyrometer consists of a fluoride glass optical fiber, two HgCdTe detectors equipped with bandwith filters and a data conditioning and acquisition device. The two-color pyrometer measures the brake disc temperature in the 200-800°C range with a time resolution of 8 µs. The calibration formula for the signals obtained using a blackbody of known temperature is used to compute the true temperature. The uncertainty estimation for temperature and emissivity was obtained from the calibration results. Tests were carried out on known temperature target and a satisfactory correlation was found between results obtained with our two-color pyrometer and those obtained with a commercial two-color pyrometer. Hold braking and deceleration braking tests performed on two different braking test benches enabled us to reach the brake disc surface temperature and emissivity during braking. Experimental results show a significant variation of disc emissivity during braking. Direct measurement of emissivity was carried out on the brake disc after braking and shows the emissiviy dependence with the surface quality.