Approfondimenti | 16 Settembre 2019 | Autore: Giorgio Spolverini

​L’energia che arriva dai freni rigenerativi

L’impianto frenante, soprattutto su auto elettriche e ibride, diventa elettrificato: una soluzione sempre più diffusa. Non solo per ragioni di sicurezza e comfort, visto che è molto più potente e preciso, ma anche ambientali: recupera energia in rilascio per trasferirla al veicolo, che consumerà meno…

 

Che l’auto si stia elettrificando sempre di più per cercare di emettere meno emissioni nocive, è sotto gli occhi di tutti. Ogni singolo componente deve contribuire a una riduzione degli agenti inquinanti e, allo stesso tempo, garantire maggiore sicurezza e comfort.

Quindi, anche il freno del futuro, che è però già presente su molte vetture anche di classe media, è figlio della meccatronica e serve non solo a rendere più efficiente il veicolo, ma anche più interconnesso e “intelligente”, quindi sicuro.

Il recupero dell’energia, la continua riduzione del peso e delle emissioni sono diventati fattori importanti per un’auto del 2020 e perciò anche l’impianto frenante gioca un ruolo determinante nel raggiungimento di certi prefissati risultati.
 

Come funziona il recupero di energia in frenata?

Il sistema di recuperare energia dai freni esiste già dal 2014 in Formula 1 e subito dopo si è diffuso anche sulle auto stradali di tutti i giorni.
Ma come funziona un sistema frenante rigenerativo, che si basa principalmente sui freni Brake By Wire rispetto a uno tradizionale? Dal punto di vista dell’utilizzo da parte di chi guida non cambia proprio nulla rispetto ai freni tradizionali.

La frenata avviene proprio come se si fosse in presenza di un sistema idraulico classico. Però, quando si preme il pedale del freno in un sistema rigenerativo dotato di freni Brake by Wire, il sensore di corsa pedale rileva la posizione dello stesso per inviare l’informazione alla centralina di controllo, che elabora il segnale e invia immediatamente il comando agli attuatori.

L’attuatore idraulico elettromeccanico converte l’impulso elettrico ricevuto dalla centralina in pressione idraulica per serrare la pinza. Quest’ultima può essere una pinza freno tradizionale a collegamento idraulico, come anche una pinza elettromeccanica controllata direttamente dalla centralina e che trasforma l’energia elettrica ricevuta in forza frenante.
A seconda dei modelli e della sportività della vettura, i dischi freno possono essere in ghisa, in acciaio o in carbonio ceramico.
In caso di presenza di un impianto frenante a recupero d’energia, può essere più che lecito domandarsi se esso è sicuro anche in caso di avaria. La risposta è naturalmente affermativa, grazie alle omologazioni ISO presenti e comunque, in caso di guasto, il sistema lo riconosce per escludere la parte non funzionante.

Grazie alla sua particolare progettazione poi, esso è in grado di auto-riconfigurarsi e con l’uso degli attuatori ancora funzionanti garantisce una decelerazione del veicolo che è ancora ben oltre quella richiesta dalla legislazione per la frenata secondaria.
Solo in caso di assenza totale di energia elettrica, se il costruttore non sceglie l’alimentazione ridondante, il sistema di sicurezza idraulico tradizionale subentra al sistema Brake by Wire, consentendo comunque il funzionamento dell’impianto frenante con le ruote anteriori, soddisfacendo così i requisiti di legislazione per la frenata secondaria.
 

Tutti i vantaggi del freno elettrico

I vantaggi di sistemi frenanti elettrici come questi sono davvero tanti per gli automobilisti, come anche per i costruttori di veicoli e per l’utilizzo quotidiano di un’auto che ne è dotata più in generale.
Per l’automobilista, in termini di sicurezza, un sistema frenante elettrico permette una notevole riduzione degli spazi di arresto rispetto a un impianto tradizionale, perché è più pronto e modulabile, grazie all’intervento della centralina che calcola milioni di dati al secondo.

Chi guida, infatti, grazie al sistema frenante elettrico, sarà in grado di personalizzare sia la forza frenante sia la risposta al pedale (guida sportiva, guida comfort, guida su neve…).
Quando si parla di comfort, uno dei principali vantaggi del sistema elettrico di frenata rigenerativa è la stabilità di risposta indipendentemente dal carico: la frenata si adatta automaticamente alle condizioni di carico del veicolo mantenendo invariati i ridotti spazi di arresto.

Inoltre, un altro elemento fondamentale di questi tipi di sistema di frenata è dato dal passaggio da frenata dissipativa a frenata rigenerativa, che risulta dolce e impercettibile per chi guida.
Grazie alla frenata rigenerativa e dissipativa, si può arrivare addirittura a cambiare completamente lo stile di guida e frenare senza uso del pedale preposto: al rilascio dell’acceleratore, il sistema di frenata rigenerativa esegue una compensazione automatica del freno motore per ottenere una decelerazione stabile, che consenta di frenare il veicolo nel normale uso stradale sia in città, sia fuori dall’ambito urbano.

I benefici per l’automobilista non si fermano al piano di comfort e sicurezza, ma si spingono più in là, influenzando anche la sfera economica: una maggiore integrazione con la frenata rigenerativa comporta meno usura e si può anche arrivare a un consumo di dischi e pastiglie dieci volte inferiore rispetto a un sistema tradizionale.
Anche la vita del fluido freni ne guadagna e il controllo dell’usura consente di sincronizzare la manutenzione di dischi e pastiglie con il programma di manutenzione generale del veicolo.
I vantaggi, come accennato, sono numerosi anche per i costruttori dei veicoli.

L’elettrificazione del sistema frenante facilita l’interazione con gli altri componenti. Si pensi alla frenata attiva, al rilascio dell’acceleratore, oppure all’uso differenziato di ogni freno su singola ruota come funzione di differenziale bloccante per ristabilire l’assetto del veicolo.
Poi, non dipendendo più dai componenti tradizionali di frenata, i veicoli potranno essere radicalmente diversi e per i costruttori sarà più facile distribuire ancora meglio i pesi.
Anche l’ambiente ringrazia: l’integrazione del sistema rigenerativo di frenata permette di recuperare energia per ridurre la fase di ricarica delle batterie, soprattutto in ambito di vetture elettriche o ibride.
Per comprendere ancora meglio quanta autonomia in più si possa ottenere con la frenata rigenerativa, si consideri per esempio il caso di un’Audi e-tron: il 30% della sua autonomia proviene proprio dalla frenata rigenerativa, stando ai dati della casa.
In caso di vetture con motore termico tradizionale, si riduce invece il cosiddetto fenomeno di coppia residua: si tratta di uno sfregamento fisiologico e indesiderato tra disco e pastiglie non in fase di frenata che contribuisce a frenare, sebbene in maniera impercettibile, la vettura aumentando consumi ed emissioni.
Guardando poi un po’ più in là, i nuovi componenti di frenata rigenerativa permetteranno una migliore integrazione con le funzioni dei veicoli a guida autonoma.
Con i freni Brake by Wire, che sono predisposti per integrarsi con i sistemi di frenata rigenerativa e assistenza alla guida, quindi è facile capire come si possa facilmente arrivare alla frenata autonoma del veicolo, così come avviene con lo sterzo elettrico per quanto riguarda il suo intervento.
 

Guidare con un piede solo, si può

La massima espressione di un sistema frenante rigenerativo l’ha sviluppata Nissan con l’e-Pedal.
Il sistema permette di variare la resistenza elettromagnetica del motore in base al rilascio dell’acceleratore e può persino arrivare ad arrestare completamente l’auto, senza bisogno di intervenire sul pedale del freno.

I principali vantaggi di questo sistema consistono nel minor consumo dei freni e nella totale assenza nell’aria di polveri nocive generate dal funzionamento dei freni.
Inoltre, un sistema come l’e-Pedal può interagire perfettamente con dispositivi quali cruise control adattativo, per variare l’intensità di recupero dell’energia in frenata e rallentare o fermare del tutto l’auto in base alle condizioni del traffico che telecamere e radar rilevano in continuazione.
 

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Tags: sistema frenante

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