Come funziona la distribuzione elettronica della forza frenante

Freni Galleria di immagini I sistemi di frenatura elettronici, come il sistema di controllo del freno ESP8 Bosch mostrato qui, rilevano le situazioni critiche e aiutano il conducente a mantenere il pieno controllo del veicolo. Guarda altre foto dei freni. Per gentile concessione di Bosch

La sicurezza di guida è da molti anni uno degli obiettivi principali dell'industria automobilistica. Le case automobilistiche hanno investito milioni di dollari nella ricerca di dispositivi di sicurezza e normativi e il risultato è stato un sorprendente miglioramento della sicurezza anche dei veicoli più economici. È più facile ora che mai trovare un'auto che permetta a te e alla tua famiglia di guidare in tutta comodità e sicurezza.

Molte delle nuove tecnologie di sicurezza automobilistica si basano su computer, microcircuiti in grado di percepire ciò che stanno facendo l'auto e il suo guidatore e compensare eventuali problemi che potrebbero minacciare il benessere dell'auto e dei suoi passeggeri. Alcuni dei miglioramenti in termini di sicurezza più impressionanti riguardano la frenata. La capacità di fermare un'auto in modo sicuro è fondamentale per prevenire gli incidenti. I sistemi di frenata antibloccaggio (ABS) si trovano ora in quasi tutte le auto e, con l'aggiunta di perfezionamenti come il controllo elettronico dello slittamento (ESC), questi sistemi, insieme a un guidatore attento, possono fermare molti incidenti prima che accadano.

Uno dei miglioramenti recenti di maggior successo ai sistemi di frenata antibloccaggio è stato elettronico distribuzione della forza frenante, o EBD. L'EBD si basa sul principio che non tutte le ruote devono compiere lo stesso sforzo per fermare l'auto.

EBD si basa sul principio che il peso supportato dalle ruote della tua auto non è distribuito uniformemente. Alcune ruote trasportano un carico più pesante di altre e richiedono più forza frenante per fermare l'auto senza che vada fuori controllo. Inoltre, la quantità di peso supportata da una ruota si sposta durante il processo di frenata, quindi la quantità di forza necessaria su ciascuna ruota può cambiare rapidamente. Un sistema EBD non solo è in grado di rilevare quanto peso è supportato da ciascuna ruota, ma cambia la quantità di potenza frenante inviata a ciascuna ruota su base istante per istante.

In che modo le case automobilistiche hanno realizzato questo piccolo miracolo tecnologico? E quanto è importante per te acquistare un'auto con un sistema EBD all'avanguardia? Troverai le risposte a queste domande nelle prossime pagine.

Contenuti

1. Spiegazione della distribuzione elettronica della forza frenante
2. Componenti per la distribuzione elettronica della forza frenante
3. Vantaggi della distribuzione elettronica della forza frenante

L'attrito tra i pneumatici della tua auto e la superficie stradale è fondamentale anche per l'accelerazione e la frenata. © iStockphoto.com / Greg McCracken

I pneumatici funzionano per attrito. Quando premi l'acceleratore, l'attrito tra le gomme e la strada è ciò che ti fa andare avanti. Quando premi il freno, l'attrito tra le gomme e la strada è ciò che ti rallenta. Ecco perché in condizioni gelide a volte è difficile far muovere la macchina quando lo desideri - e ancora più difficile farlo fermare.

L'attrito è anche ciò che mantiene l'auto in movimento nella direzione in cui vuoi che vada. Quando acceleriamo, spesso diamo per scontato che l'auto si muova nella direzione in cui puntano le ruote; tuttavia, se non ci fosse attrito tra il pneumatico e la strada, l'auto potrebbe facilmente scivolare di lato e andare fuori controllo.

È importante per la sicurezza di guida mantenere l'attrito tra il pneumatico e la strada, ma ci sono una serie di condizioni in cui questo attrito può essere perso. Uno è l'accelerazione su strade ghiacciate, come accennato in precedenza, ma l'attrito può anche essere perso se si frena troppo forte. Lo slancio in avanti dell'auto può mantenerla in movimento a una velocità significativamente maggiore della velocità a cui ruotano i pneumatici. Questo è chiamato blocco delle ruote ed è una causa comune di incidenti di guida. Una volta che accade, le gomme non aderiscono più alla pavimentazione e l'auto continua a viaggiare nella direzione in cui si stava dirigendo quando è iniziato lo slittamento.

La chiave per evitare uno sbandamento è il rapporto di scorrimento, la differenza tra la velocità di movimento dell'auto e la velocità di rotazione del pneumatico. I sistemi di frenata antibloccaggio (ABS) possono rilevare il rapporto di slittamento dei singoli pneumatici e modulare la forza frenante applicata a ciascun pneumatico in modo che il rapporto di slittamento rimanga entro un intervallo di sicurezza, evitando così uno slittamento.

Quando un'auto rallenta, il suo peso si sposta in avanti. In un'auto con motore anteriore, il peso extra in avanti aumenta l'aderenza dei pneumatici anteriori mentre riduce l'aderenza dei pneumatici posteriori. Ciò aumenta le probabilità che i pneumatici posteriori si blocchino durante la frenata. Quando le ruote posteriori slittano, l'auto può iniziare a coda di pesce o addirittura andare in rotazione. Tradizionalmente, i sistemi frenanti includevano una valvola proporzionale per allocare la corretta quantità di forza frenante ai pneumatici anteriori e posteriori. Tuttavia, con l'ABS la valvola proporzionale non fornisce più una soluzione ideale al problema.

È qui che entra in gioco la distribuzione elettronica della forza frenante (EBD). Con EBD, un computer chiamato centralina elettronica (ECU) determina individualmente il rapporto di slittamento di ciascuno degli pneumatici. Se la ECU rileva che le ruote posteriori rischiano di slittare, applica loro meno forza mantenendo (o, se necessario, aumentando) la forza applicata alle ruote anteriori. L'EBD è utile anche quando l'auto frena mentre si guida dietro una curva. Durante la svolta, le ruote esterne dell'auto ruotano più rapidamente delle ruote interne. Se viene applicata una forza frenante eccessiva, le ruote interne possono bloccarsi, causando il sovrasterzo e la perdita del controllo dell'auto. EBD può rilevare lo slittamento delle ruote interne e ridurre la forza frenante su quelle ruote senza ridurre la forza sulle ruote esterne.

Come vengono realizzati questi miracoli elettronici? Nella pagina successiva esamineremo l'hardware e il software che un sistema EBD utilizza per controllare individualmente la quantità di forza frenante applicata a ciascun pneumatico.

Un laser di precisione viene utilizzato presso il centro di ingegneria Bosch ad Abstatt, in Germania, per misurare la vibrazione intrinseca di un'unità di controllo del freno. Per gentile concessione di Bosch

L'hardware di sicurezza e normativo utilizzato da un sistema elettronico di distribuzione della forza frenante è molto simile all'hardware utilizzato da un sistema di frenata antibloccaggio senza EBD. È solo programmato in modo diverso. Ai fini dell'EBD, sono necessari tre diversi componenti hardware: sensori in grado di determinare il rapporto di slittamento di ciascuna ruota, valvole in grado di modulare la quantità di forza frenante che va a ciascuna ruota e un'unità di controllo elettronica in grado di calcolare la quantità di forza richiesta.

Sensori di velocità: Per determinare il rapporto di slittamento di una ruota, il sistema EBD necessita di due informazioni: la velocità di rotazione della ruota e la velocità dell'auto. Se la velocità di rotazione della ruota è inferiore a quella di movimento dell'auto, la ruota slitta e può verificarsi uno sbandamento. Un sensore è posizionato su ciascuna ruota per determinare la velocità della ruota. Non esiste un sensore specifico per misurare il movimento in avanti dell'auto. Viene invece calcolata la media delle misurazioni della velocità di tutte e quattro le ruote per creare una stima della velocità complessiva del veicolo.

Modulatori della forza frenante: La forza frenante viene applicata alle ruote idraulicamente, con il liquido dei freni pompato nelle linee dei freni in modo tale da attivare pneumaticamente i cilindri dei freni. Il sistema EBD può modulare la quantità di liquido dei freni che arriva a ciascuna ruota attraverso valvole ad azionamento elettrico.

Unità di controllo elettronico (ECU): L'ECU è un piccolo computer incorporato nel sistema di frenata antibloccaggio. Riceve input dai sensori di velocità, calcola il rapporto di slittamento delle ruote e utilizza i modulatori della forza frenante per applicare una quantità appropriata di forza per mantenere il rapporto di slittamento di ciascuna ruota entro un intervallo ragionevole.

La maggior parte dei sistemi EBD include anche un file sensore di imbardata, che rileva la rotazione del veicolo mentre gira. Questo può essere confrontato con l'angolo del volante utilizzando a sensore angolo volante Rilevare sovrasterzo (troppa rotazione rispetto all'angolo della ruota) o sottosterzo (rotazione insufficiente rispetto all'angolo della ruota). EBD può quindi correggere lo sterzo attivando uno dei freni posteriori. Ad esempio, se l'auto inizia a sottosterzare, il freno posteriore interno viene attivato per aumentare la rotazione dell'auto. Se l'auto inizia a sovrasterzare, il freno posteriore esterno viene attivato per diminuire la rotazione dell'auto. Il sensore di imbardata può essere utilizzato anche in combinazione con controllo elettronico della stabilità (ESC) per evitare incidenti di ribaltamento.

Quanto è importante per te avere un'auto con distribuzione elettronica della forza frenante? Nella pagina successiva vedremo come EBD ti aiuta a guidare in sicurezza.

La guida su strade ricoperte di ghiaccio - o alci che emergono improvvisamente - sono i rischi tipici del traffico nel Nord Europa. I sistemi di controllo del freno come l'ABS e il programma elettronico di stabilità (ESP) aumentano la sicurezza in queste situazioni critiche. Per gentile concessione di Bosch

Immagina di guidare lungo l'autostrada a 50 miglia all'ora (80,5 chilometri all'ora) e di vedere un ostacolo davanti a te, ad esempio un'auto ferma. Premi i freni ma non c'è spazio per fermarti completamente prima di entrare in collisione con il paraurti posteriore dell'auto. Disperato giri il volante di lato per girare intorno all'auto ferma, anche mentre stai ancora premendo il freno.

Che succede? Bene, se la tua auto ha un sistema frenante tradizionale, potresti essere sfortunato. Il peso variabile del veicolo può causare il bloccaggio dei pneumatici, riducendo la capacità di sterzata. Potresti scoprire che non puoi aggirare l'ostacolo in tempo. Oppure l'auto potrebbe sovrasterzare e andare fuori controllo. Con la distribuzione elettronica della forza frenante, d'altra parte, i pneumatici del tuo veicolo non si bloccano e mantieni la capacità di sterzare. E il sovrasterzo viene evitato mantenendo la giusta forza frenante sulle ruote interne ed esterne. Di conseguenza, è più probabile che tu esca da questa situazione con la tua auto intatta ei tuoi passeggeri illesi.

Ora immagina di guidare su una superficie ghiacciata o su una strada scivolosa di acqua piovana. In queste condizioni è davvero facile per la tua auto andare in sbandata. E sebbene EBD non sia in grado di rilevare direttamente le condizioni stradali, può dedurle dal rapporto di slittamento delle ruote e compensare di conseguenza. Se le condizioni sono diverse per ciascuna ruota, ad esempio se una ruota si trova su una zona di ghiaccio e l'altra no, ciò può essere rilevato attraverso il rapporto di slittamento. Sebbene non esista una soluzione magica al problema di fermare un'auto in cattive condizioni stradali, EBD può rendere la frenata di emergenza in queste condizioni il più sicura possibile.

Ecco un altro vantaggio meno che ovvio di EBD: quando carichi il bagagliaio della tua auto con i bagagli, cambia la trazione sulle ruote posteriori, il che significa che è possibile applicare più forza a queste ruote durante la frenata. Una valvola proporzionale standard non prenderebbe necessariamente in considerazione questo peso extra, ma la distribuzione elettronica del freno compensa adeguatamente la parte posteriore della tua auto ora più pesante. EBD non è in grado di rilevare direttamente questo peso extra, ma il sistema ne viene a conoscenza attraverso il suo effetto sul rapporto di slittamento degli pneumatici.

Per affermare l'ovvio, guidare in sicurezza è importante per tutti, anche per i pedoni. La distribuzione elettronica del freno e la tecnologia del sistema antibloccaggio, soprattutto se abbinata ad altre tecnologie di sicurezza come il controllo della trazione e il controllo elettronico della stabilità, è un importante contributo alla sicurezza di guida e può aiutare a mantenere te e la tua famiglia al sicuro, sia durante i lunghi viaggi che solo in auto alla drogheria locale.

Per ulteriori informazioni sui dispositivi di sicurezza e normativi e altri argomenti correlati, seguire i collegamenti nella pagina successiva.

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fonti

• Carley, Larry. "Distribuzione elettronica dei freni: la tecnologia emergente offre opportunità di servizio". Importa auto. 1 febbraio 2009. (3 novembre 2009) http://www.import-car.com/Article/46362/Electronic.aspx
• Ribbens, William B. "Capire l'elettronica automobilistica". Sesta edizione. 2003. Elsevier Science. Burlington, messa.