I freni dei veicoli elettrici sono ricchi di tecnologia
I veicoli elettrici impongono requisiti particolari al sistema frenante. I veicoli sono più pesanti a causa delle batterie, le coppie sono più elevate, l'accelerazione più sostenuta. Ciò provoca una maggiore usura dei dischi e delle pastiglie freno durante la frenata, si potrebbe pensare. Da un lato sicuramente, ma i freni meccanici vengono azionati in misura significativamente inferiore rispetto alle auto con motore a combustione interna a causa del sistema. Parola chiave: frenata rigenerativa. A seconda della situazione operativa, la decelerazione del veicolo elettrico è realizzata o almeno parzialmente supportata dalla funzione di generatore del motore elettrico o dei motori elettrici attraverso il recupero di energia (recupero). Gli esperti parlano di un quinto in meno di interventi sui freni nelle auto elettriche. Le pastiglie freno non sono quindi soggette a una maggiore usura. Al contrario: poiché i due elementi della coppia di attrito, le pastiglie e il disco del freno, non sono sollecitati in modo permanente, le pastiglie tendono a invecchiare più rapidamente e possono andare incontro a vetrificazione. Sui dischi freno può formarsi della ruggine, traducendosi in vibrazioni ed emissioni acustiche legate al materiale, come cigolii o smerigliature.
Si tratta di un punto interessante, in quanto questi rumori si fanno sentire, soprattutto nelle auto elettriche, a causa della silenziosità del motore elettrico, compromettendo così il comfort acustico di guida. Inoltre, le prestazioni in frenata possono diminuire quando si deve frenare bruscamente. "L'uso ridotto dei freni convenzionali può causare problemi alle auto elettriche", afferma Jannis Dörhöfer, responsabile della new mobility presso l'associazione tedesca TÜV. "Se le pastiglie freno non vengono riscaldate sufficientemente e regolarmente, le proprietà del materiale possono risentirne." Il risultato è una riduzione del coefficiente di attrito e quindi un'azione frenante peggiore. "Per i veicoli elettrici si raccomanda quindi un'ispezione e una manutenzione regolare del sistema frenante."
Per questi motivi, HELLA (una joint venture tra HELLA e TMD Friction) dispone di un gamma di pastiglie e dischi freno speciali per i veicoli elettrici. Sono stati progettati appositamente per queste condizioni particolari e garantiscono prestazioni e comfort di frenata nonostante le "pause di riposo". Attualmente la copertura del mercato nell'aftermarket ammonta già a oltre il 90% delle pastiglie freno per veicoli elettrici e ibridi e all'85% dei dischi freno.
La frenata sicura dei veicoli elettrici richiede un'interazione complessa
I veicoli elettrici decelerano attraverso il classico sistema di frenata e la funzione di recupero. In molte situazioni di guida, il veicolo frena completamente senza il freno meccanico quando si aziona il freno e si è in fase di rilascio. Ciò che sembra semplice, tuttavia, richiede un'interazione molto complessa dei componenti elettrici e idraulici. Decelerazione dolce in discesa, prima di un incrocio o brusca frenata d'emergenza in una situazione di pericolo? L'elettromeccanica deve riconoscere immediatamente il desiderio del conducente.
Le auto elettriche non decelerano solo attraverso il classico sistema frenante. La decelerazione è supportata, e in alcuni casi addirittura sostituita completamente, dal recupero (frenata rigenerativa).
Il servofreno elettromeccanico con accumulatore di pressione, la pompa per vuoto elettrica e il trasduttore del pedale del freno svolgono un ruolo centrale. In base alle esigenze, ovvero in base alla posizione e alla pressione del pedale del freno, la centralina dei freni calcola la forza frenante necessaria in millisecondi. Al di sopra di una certa forza di decelerazione, il servofreno attiva i freni meccanici (a seconda del veicolo e delle impostazioni). A ciò si aggiunge il sistema di controllo intelligente di ABS ed ESP e l'integrazione dei sistemi di assistenza alla guida come il sistema di assistenza alla frenata di emergenza. Il vantaggio: il sistema a doppia frenata (miscelazione dei freni = sistema di controllo misto dei freni) può essere controllato con estrema precisione, l'intervento dei freni è sempre dosato in modo ottimale. Un'interazione perfetta, dunque!
HELLA è uno specialista delle pompe per vuoto e dei pedali dei freni elettronici, nonché della relativa tecnologia dei sensori. La sensibilità del pedale può essere regolata addirittura in modo dinamico da valvole idrauliche o unità di smorzamento (simulatori).
Veicoli elettrici: Pastiglie freno speciali, dischi freno speciali
Fondamentalmente, a prima vista non ci sono differenze tra le pastiglie e i dischi freno per le auto a combustione e quelle elettriche. Il layout è simile. Ma le case automobilistiche stanno costantemente adattando i capitolati delle auto elettriche. Per le pastiglie freno, l'attenzione è rivolta alla silenziosità e alle vibrazioni ridotte (rumorosità, vibrazione, rugosità, NVH = Noise, Vibration, Harshness). A volte le pastiglie freno sono anche "più sottili": hanno una superficie di attrito più piccola e sottile, dovuta alla minore frequenza di utilizzo. Inoltre, è possibile risparmiare materiale, a tutto vantaggio dell'ambiente.
Nello sviluppo dei prodotti, HELLA si concentra sulla tutela dell'ambiente e sulla compatibilità ambientale, oltre che sulle prestazioni ottimali. Le pastiglie freno dei veicoli elettrici e ibridi, ad esempio, sono tutte prive di rame. La formulazione priva di rame delle pastiglie non è stata realizzata unicamente nell'ottica di tutelare l'ambiente, ma anche studiata appositamente per ogni tipo di veicolo, sistema frenante, potenza del motore, condizioni di guida e tutte le caratteristiche di frenata. Hanno una maggiore compressibilità e tendono ad avere coefficienti di attrito più elevati. A causa della minore frequenza di utilizzo, le pastiglie freno devono funzionare in modo ottimale anche a freddo. HELLA ha testato il coefficiente d'attrito, la pressione sul pedale e la capacità di dissipare il carico termico di questo materiale nel proprio Centro di Ricerca e Sviluppo. Inoltre le pastiglie freno superano i requisiti della normativa ECE R90 in vigore.
Soprattutto per i veicoli elettrici e ibridi molto potenti, HELLA propone dischi freno ad alto tenore di carbonio con un'alta resistenza ai carichi. L'elevata percentuale di carbonio consente prestazioni di frenata ottimali anche in situazioni estreme grazie a una dissipazione di calore più veloce. I dischi freno garantiscono inoltre un basso comportamento di fading, una riduzione della rumorosità di frenata, una minore ovalizzazione dei dischi e un maggiore comfort di frenata. Per prevenire la corrosione, i dischi freno sono rivestiti con una vernice a base d'acqua. Inoltre, possono essere installati immediatamente in officina, senza dover rimuovere l'olio protettivo.
Liquido freni con elevato punto di ebollizione a secco e a umido per veicoli elettrici
Sebbene gli attuatori elettromeccanici siano utilizzati da tempo nel freno di stazionamento elettrico (EPB) e siano già in fase di sperimentazione veicoli con freni ad azionamento puramente elettrico, il sistema frenante ad attrito dei veicoli elettrici è ancora azionato idraulicamente. Con il liquido DOT 5.1 EH, HELLA sviluppa quindi uno speciale liquido freni a base di glicole per i veicoli elettrici. Deve essere caratterizzato da elevati punti di ebollizione a secco e a umido, rispettivamente di almeno 260°C e 180°C, da una bassa conduttività, da un'elevata protezione dalla corrosione e da una bassa viscosità, al massimo 750 cSt a -40°C. Ciò significa che il liquido freni supera quasi tutte le specifiche applicabili ai liquidi freni già comuni, dal DOT 3 al DOT 5.1, ed è quindi equipaggiato in modo ottimale per le elevate esigenze dell'elettronica di bordo dei veicoli elettrici di oggi. Le accelerazioni senza perdita di coppia garantiscono che le auto elettriche raggiungano velocità elevate in tempi molto brevi. Per tornare a fermarsi rapidamente a queste velocità è necessaria una prestazione di frenata altrettanto elevata, garantita in ogni momento dal punto di ebollizione a secco e a umido superiore alla media del nuovo liquido freni.
Sistema frenante sull'asse posteriore di una Tesla. Una combinazione di freno idraulico e freno di stazionamento elettrico (EPB).
Euro 7 ed emissioni di polvere dei freni nelle auto elettriche: nuova procedura di prova
Con l'introduzione della nuova normativa sui gas di scarico Euro 7 a partire dal 2025, i produttori di pastiglie freno per autovetture dovranno registrare anche le emissioni di particolato e rispettare i valori corrispondenti. Questo regolamento si applica ai veicoli con motore a combustione interna, nonché ai veicoli elettrici e ibridi. L'aspetto centrale è l'interazione tra gli elementi della coppia di attrito "pastiglia" e "disco". Dipende fortemente dalla composizione dei materiali e dall'interazione dinamica durante il ciclo di vita dei componenti per freni. Per ridurre questo particolato, HELLA e TMD Friction si affidano a mescole per pastiglie freno compatibili con l'ambiente.
La misurazione delle emissioni in sé non è un'impresa semplice, soprattutto perché i valori misurati devono essere riproducibili e confrontabili. Per garantire che i risultati delle misurazioni possano essere trasferiti alla guida reale, è stata quindi sviluppata una procedura di prova WLTP (Worldwide Harmonised Light Vehicles Test Procedure) standardizzata. Questo ciclo è stato definito con l'aiuto di dati reali del veicolo e mappa vari punti di funzionamento del freno su un periodo di tempo più lungo. Ciò garantisce una registrazione riproducibile dello sfregamento del freno. Con questo ciclo di frenata WLTP, in futuro le emissioni in frenata saranno misurate in modo uniforme sui banchi di prova. Inoltre, è fondamentale rappresentare accuratamente il rispettivo modello di veicolo sul banco di prova. Ad esempio, la combinazione di pastiglie e dischi freno, ma anche il peso del veicolo e la sua distribuzione influenzano il comportamento all'usura.
Risultato: la frenata nei veicoli elettrici: una cosa pulita!
In conclusione, si può affermare che i veicoli elettrici di per sé producono un numero significativamente inferiore di emissioni. In questo modo non solo si eliminano completamente i gas di scarico prodotti dal motore, ma si riducono anche la rumorosità e le emissioni di polvere dei freni, grazie al recupero proporzionale dell'energia dei freni (recupero). Accelerazione e frenata silenziose: una cosa pulita!