I tradizionali impianti a freno idraulico non sono cambiati molto nel corso dell’ultimo secolo. I miglioramenti apportati in corso d’opera hanno visto il passaggio dai freni a tamburo ai freni a disco e l’aggiunta dei sistemi di frenatura antibloccaggio (ABS) e dei programmi elettronici di stabilità (ESP). Aggiunte più recenti ai veicoli di produzione includono la frenatura a recupero e i sistemi di frenata autonoma d’emergenza (AEB). La maggior parte di questi sistemi è stata introdotta al fine di rendere i veicoli più sicuri su strada. Quindi perché rivoluzionare le basi?
La tecnologia
La sostituzione dei tradizionali sistemi a controllo meccanico con quelli a controllo elettronico è stata inizialmente presa in considerazione nel settore aerospaziale, nell’ambito della tecnologia Fly-by-wire. I sistemi di controllo per sterzo, accelerazione e freni diventano interamente elettrici, eliminando l’utilizzo di componenti meccanici come cavi e aste. Gli ingegneri dell’aviazione hanno scoperto che eliminando questi ingombranti componenti meccanici e utilizzando al loro posto impianti elettronici era possibile migliorare enormemente l’affidabilità e ottenere anche dimensioni più compatte. Finora, il settore automobilistico ha adottato il metodo dei sistemi a controllo elettronico solo nella tecnologia Throttle-by-wire.
Nel settore automobilistico, sono presenti tre tipi di soluzioni Brake-by-wire per il miglioramento avanzato dei sistemi frenanti: il primo è elettroidraulico, il secondo interamente elettrico, mentre il terzo è una combinazione dei primi due. Il sistema elettroidraulico elimina la necessità del servofreno. Utilizza sensori e attuatori per misurare la quantità di pressione applicata al pedale da parte del conducente, trasferendo questa forza a tutti i freni dal cilindro principale, utilizzando il fluido idraulico e i cilindri secondari. Con l’utilizzo di centraline e potenti attuatori, la pressione esercitata sui freni può essere molto superiore rispetto a un tradizionale impianto frenante idraulico (2000 psi vs 800 psi). Questa tecnologia è stata utilizzata in alcuni veicoli di produzione da parte di Mercedes-Benz, all’interno del loro sistema di controllo della frenata Sensotronic (SBC). Tuttavia, l’SBC ha avuto vita breve: è stato prodotto per soli 4 anni sui principali veicoli della casa automobilistica, ad esempio la Classe E (211) 06/2002. Il motivo sono stati i problemi di sicurezza in caso di avaria (maggiore distanza di arresto e necessità di pressione del pedale senza l’assistenza del servofreno) e il fatto che la centralina elettroidraulica rappresentava un costoso elemento soggetto a manutenzione (da sostituire dopo l’esecuzione di un numero prestabilito di attivazioni del freno), con un costo di quasi £1.000 solo per il componente!
Centralina elettroidraulica SBC Mercedes-Benz
La seconda soluzione è un impianto frenante interamente elettrico che sostituisce tutti i componenti idraulici meccanici con quelli elettrici. Centraline e attuatori elettronici vengono fissati alle pinze dei freni di ciascuna ruota. Le informazioni vengono inviate loro da una centralina di controllo mediante i fili del bus di comunicazione. Sensori aggiuntivi in ogni pinza includono temperatura, forza di serraggio e posizione dell’attuatore. Se sono presenti uno o più guasti sulle centraline delle pinze, la centralina di controllo può comunque mantenere la funzionalità del sistema. Attualmente, i tempi di reazione dei sistemi sono di 90 m/s rispetto a 300 m/s per un impianto frenante idraulico tradizionale, che può risultare utile nel campo di veicoli semiautonomi o autonomi. Dal momento che gli attuatori sulle pinze sono interamente elettrici, è possibile ritrarre con successo i pistoni quando non in uso, per un minore attrito per il veicolo, un maggiore risparmio di carburante e una riduzione di tutte le principali emissioni di gas di scarico per il rispetto dei regolamenti nazionali. Una delle aziende leader nell’adozione di impianti frenanti elettrici, come delineato di seguito, è Brembo.
Freno posteriore con ECU e attuatore sulla pinza
Il terzo sistema è una fusione dei sistemi elettroidraulico e interamente elettrico. È dotato di componenti elettroidraulici sull’assale anteriore e di componenti interamente elettrici sull’assale posteriore. Questo sistema combinato è in uso sui veicoli con freni anteriori più grandi che non sono adatti al montaggio di componenti interamente elettrici direttamente sulle pinze dei freni anteriori.
I sistemi idraulici tradizionali presentano alcuni difetti, ma i conducenti hanno fiducia nel fatto di disporre di un collegamento diretto dal pedale a tutti e quattro i freni, per poter rallentare o arrestare completamente il veicolo in caso di guasto del sistema frenante. Questo ha rappresentato il principale ostacolo all’adozione dei sistemi Brake-by-wire, la cui tecnologia è rimasta in fase di sviluppo per gli ultimi 15 anni. Benché i sistemi Brake-by-wire siano avanzati, può essere necessaria anche un’alimentazione a batteria separata dalla batteria principale del veicolo per gli impianti interamente elettrici come sistema di sicurezza in caso di avaria.
Con la sua capacità di integrare programmi di stabilità e avanzamenti nella tecnologia ABS, la tecnologia Brake-by-wire ha il potenziale per essere più sicura rispetto ai tradizionali sistemi frenanti idraulici. Tuttavia, con un numero così elevato di ostacoli da superare nel campo della sicurezza in caso di avaria, potremmo dover attendere ancora un po’ prima che questi sistemi riescano a soddisfare le normative dei regolamenti internazionali per la sicurezza funzionale dei veicoli stradali.
