Sebbene alcuni veicoli di fascia alta stiano abbandonando i sistemi di frenatura idraulici a favore di versioni ibride brake by wire, molti automobilisti continuano a fare affidamento sui sistemi di tipo idraulici per frenare.
Anche se per decenni i veicoli sono stati dotati di sistemi di frenatura idraulici, sviluppare un sistema che dia un feedback al guidatore pur mantenendo il ritardo efficace ogni volta e in tutte le condizioni risulta estremamente difficile.
Durante l’operazione del sistema ci sono diverse variabili che influenzano le prestazioni:
- Il trasferimento di peso dagli assi posteriori agli assi anteriori, cosa che richiede una modulazione graduale della pressione alle ruote di carico.
- Il knee point1), punto in cui il servocomando riduce l’assistenza, nonché il rapporto tra l’assistenza e lo sforzo sul pedale
- A causa della pressione che viene applicata, le tubazioni e i tubi tendono ad espandersi e ridurre la pressione in linea per una data corsa del pedale (in casi estremi il guidatore potrebbe descrivere questo fenomeno in termini di “pedale spugnoso”)
1) Il servocomando, o servofreno, fornisce un’assistenza progressiva fino al knee point, punto in cui si riceve la massima assistenza a vuoto. Qualsiasi aumento della pressione di uscita oltre questo punto è dovuta esclusivamente ad un maggiore sforzo sul pedale. In questa fase, se non fosse ridotta l’assistenza si verificherebbe il bloccaggio delle ruote.
Occorre inoltre evidenziare come con l’introduzione dell’ABS multicanale sono stati risolti molti dei problemi dinamici sulla rotazione della ruota e sulla frizione dinamica contro quella statica, inclusa la modulazione della pressione causata dal trasferimento di peso durante la frenata.
Tuttavia, un ritmo di frenata rapido in cui è coinvolto l’ABS può creare ampie fluttuazioni e, a volte, pressioni in linea estremamente elevate che devono essere determinate usando trasmettitori di pressioni di alta qualità posizionati, in fase di sviluppo, in modo strategico nelle linee critiche.
Con pressioni di linea di circa 100 bar è indispensabile che tutti i componenti, tubazioni e tubi inclusi, siano progettati per supportare tali pressioni; e che il sistema non superi questi valori specifici.
Questo, però, non è così semplice, se si considera che le tubazioni e i tubi delle differenti aree delle sezioni trasversali con pareti di differenti spessori potrebbero tutti produrre prestazioni di frenata simili, ma alcuni potrebbero essere marginali sulla resistenza allo scoppio.
L’unico modo in cui questo può essere verificato è attraverso la misurazione accurata della pressione in linea mentre il sistema è completamente pressurizzato. Naturalmente questi valori rilevati devono rientrare nelle specifiche delle tubazioni e dei tubi dei fornitori.
Inoltre, è importante misurare la pressione in linea anche per confermare se il rapporto di leva del pedale riesca a pressurizzare il sistema a circa 80 bar in condizioni di forti frenate. Se la pressione desiderata non può essere raggiunta facilmente, il rapporto del pedale deve essere aumentato fino al raggiungimento della pressione in questione.
E durante lo sviluppo del sistema gli ingegneri devono anche scegliere il cilindro maestro con il giusto diametro: secondo uno dei luoghi comuni più diffusi, un cilindro maestro più largo creerebbe maggiore pressione. Se è vero che un cilindro maestro più largo crea una maggiore cilindrata, è anche vero che richiede più forza per creare la stessa pressione rispetto ad un cilindro con un diametro minore.
Se un cilindro maestro più largo recupererà il gioco del sistema con una forza sul pedale minore, al contempo richiederà una forza maggiore per creare la stessa pressione di sistema. Aggiungendo un cilindro maestro più largo il risultato sarà un pedale più duro che necessita di molta più pressione per creare la stessa quantità di forza frenante. Passare, ad esempio, da un cilindro maestro da 3/4” ad uno da 1” richiede il 77.7% in più della forza sull’asta di spinta.
Si può raggiungere l’obiettivo di ottimizzare le prestazioni dei freni solamente bilanciando l’intero sistema. Forza esercitata sul pedale, pressione del sistema e corsa della leva: tutto deve essere preso in considerazione, e, durante le fasi di progettazione e di sviluppo, i produttori sono giunti a fare affidamento su trasmettitori di pressione estremamente accurati prodotti specificatamente per applicazioni di questo tipo.