La frenata è più del connubio tra dischi e pastiglie dei freni – spiegano gli ingegneri Master-Sport

Gli ingegneri dell’azienda Master-Sport affrontano la problematica dell’arresto del veicolo a seconda dello stato tecnico dell’auto e delle predisposizioni del conducente.

In teoria, lo spazio di frenata (a cui si riferiscono le case produttrici e i giornalisti che diffondono i dati) corrisponde alla distanza percorsa dal momento dell’azionamento dei freni a quello dell’arresto completo del mezzo.
Senza addentrarci in complicate equazioni fisiche, consideriamo – secondo la formula semplificata appresa ai tempi del liceo – lo spazio di frenata di un’autovettura su una superficie asciutta, espresso in metri, equivale a h=0,0052v², dove h indica lo spazio percorso e v indica la velocità in km/h (il prodotto del ritardo a e del coefficiente di attrito μ considerato è superiore a 7 m/s2)
Ciò significa che, viaggiando a una velocità di 50 km/h, lo spazio di frenata è pari a 13 m, a una velocità di 70 km/h raggiunge un valore di 25,48 m, a 90 km/h è già di 42,12 metri, a 100 km/h tocca i 52 m, a 120 km/h corrisponde a 74,88 m.
In realtà, tuttavia, merita particolare attenzione lo spazio di arresto del veicolo, ossia il tratto percorso dal momento in cui il guidatore nota la situazione di pericolo al momento dell’arresto. In questo contesto, lo spazio di frenata precedentemente calcolato (50km/h-13m, 70km/h-25,48m, 90km/h-42,12, 100km/h-52m, 120 km/h-74,88m) è solo uno dei componenti.
Lo spazio reale di arresto, infatti, corrisponde alla somma tra lo spazio di frenata, il tratto percorso durante la fase di reazione del conducente e quello percorso prima dell’eliminazione di tutti i giochi nell’impianto frenante (e nelle sospensioni).

REAZIONE DEL GUIDATORE

Si assume che il tempo di reazione tra la visione del pericolo e l’azionamento del pedale del freno vada da 0,5 a 1 secondo. In questo lasso di tempo, l’occhio registra l’immagine e trasmette l’informazione al cervello, dove l’immagine viene verificata e catalogata come un pericolo. Successivamente, viene trasmesso l’impulso nervoso che avvia il movimento del piede e la pressione del pedale del freno.
La velocità di reazione del cervello dipende da due fattori: stato di forma e riflessi condizionati.
Lo stato di forma è costituito da una serie di fattori come la visione corretta (rapidità di riconoscimento dell’ostacolo), il funzionamento rapido e adeguato del cervello (tale funzionamento viene ostacolato da farmaci psicotropi, alcol, sostanze stupefacenti, debolezza dovuta a malattie, febbre) e i movimenti veloci degli arti (possibili elementi di disturbo: stanchezza da esercizi fisici, contusioni, indumenti non idonei ecc.).
Il riflesso condizionato consiste nella riduzione al minimo delle operazione cerebrali, sintetizzate al livello zero-uno, ossia pericolo-reazione. Questa situazione, tuttavia, richiede lo sviluppo di azioni abituali. Tale abilità può essere acquisita unicamente attraverso un allenamento prolungato (in generale, è necessario aver percorso molti chilometri nella propria vita).
Tuttavia, è bene notare che, indipendentemente dalla velocità e dall’acquisizione di riflessi corretti, l’automobile continuerà ad avanzare prima della reazione del conducente: 50 km/h : 6,95-13,9 metri, 70 km/h: 9,7-19,4 metri, 90 km/h: 12,5-25 metri, 100 km/h: 13,9-27,8 metri; 120 km/h: 16,6-33,3 metri.

ELIMINAZIONE DEI GIOCHI

Dal momento dell’azionamento del pedale del freno alla pressione delle guarnizioni frenanti trascorre un intervallo di 0,5-1 secondi. Pertanto, il veicolo si sposta ancora di qualche metro (50 km/h : 6,95-13,9 metri, 70 km/h: 9,7-19,4 metri, 90 km/h: 12,5-25 metri, 100 km/h: 13,9-27,8 metri; 120 km/h: 16,6-33,3 metri).
Ciò è dovuto a due fattori. Il primo di essi consiste nella produzione di una pressione adeguata nell’impianto, mentre il secondo nella pressione esercitata sul pedale del freno. L’importanza dell’applicazione di una pressione adeguata in un impianto perfettamente funzionante, in modo tale da eliminare i giochi tra pedale del freno e stantuffo della pompa, pistoni delle pinze e pastiglie dei freni, pastiglie dei freni e dischi, è testimoniata dal suo ruolo prioritario nel sistema PRE SAFE, brevettato dalla Mercedes nel 2002 (prima applicazione su Classe S).
In presenza di elementi usurati nell’impianto frenante, alla “normale” eliminazione dei giochi dovuta alla struttura dell’impianto stesso, si aggiungono la necessità di percorrere la maggiore distanza tra guarnizioni e dischi (soprattutto in presenza di dischi deformati) e il prolungamento del tempo necessario per la preparazione dell’impianto alla frenata. Inoltre, i giochi a livello delle sospensioni fanno sì che sulle testine vadano ad agire forze aggiuntive, che possono comportare la perdita della stabilità direzionale.
Forza di pressione sul pedale del freno
La forza della pressione non raggiunge subito il valore massimo, ma in presenza del normale movimento del piede la sua crescita è lineare. Spesso, tuttavia, capita che il guidatore prema con forza il pedale e, subito dopo, lo ritiri, andando a ridurre la pressione nell’impianto e la forza di serraggio delle guarnizioni. Per eliminare tale fenomeno è stato adottato il sistema BAS (Brake Assist System), che in caso di pressione improvvisa del pedale del freno attiva “la frenata assistita, volta a prevenire il calo di pressione nell’impianto”.
Come risulta dall’elenco presentato, un veicolo in perfette condizioni e con un buon guidatore, alla velocità di 100 km/h, dovrà percorrere più di 27 metri prima che il rallentamento abbia effettivamente inizio. Se invece la vettura non presenta condizioni tecniche ideali, e se lo stato di forma di chi è al volante non è perfetto, lo spazio percorso supererà i 50 metri!!!

SPAZIO DI FRENATA

Solo allora avrà inizio il vero spazio di frenata, dovuto all’attrito tra pneumatico e pavimentazione stradale.
Considerando il modello relativo all’attrito responsabile del rallentamento del veicolo T= m*μ*a (dove m corrisponde alla massa del veicolo, a corrisponde all’accelerazione/ritardo, μ al coefficiente di attrito), facciamo notare che tutto dipende dal tipo di pavimentazione. La più sicura è la pavimentazione in cemento. Infatti, è liscia, leggermente porosa, e in caso di pioggia non diventa troppo scivolosa.
Cemento: asciutto μ = 0,8-1,0; bagnato μ = 0,6-0,8. La pavimentazione in asfalto è molto piacevole per la guida, ma solo quando è asciutta e la temperatura non è troppo alta. In caso di pioggia, l’asfalto diventa scivoloso e richiede una notevole riduzione della velocità, mentre nelle giornate molto calde, l’asfalto diviene morbido e surriscalda gli pneumatici. Asfalto: asciutto μ = 0,7-0,8; bagnato μ = 0,4-0,5
Il pavé, con il passare del tempo, diventa pericolosamente liscio, e nelle giornate piovose diviene molto scivoloso. Pavé: asciutto μ = 0,6-0,7; bagnato μ = 0,3-0,5
Per quanto riguarda le strade sterrate, i parametri dipendono in primo luogo dal tipo di substrato. Strada sterrata: asciutta μ = 0,5-0,6; bagnata μ = 0,3-0,4 Quando la superficie stradale, indipendentemente dal tipo, è coperta da un sottile strato di neve compatta, l’aderenza delle ruote alla carreggiata diminuisce, e il coefficiente μ va a situarsi tra 0,1 e 0,4.
In caso di gelicidio, quando la superficie stradale da un sottile strato di ghiaccio, l’aderenza sparisce quasi del tutto. Strada ghiacciata: μ = 0,05-0,15
A fini esemplificativi, vale la pena di presentare due valori estremi: cemento asciutto μ = 1,0 e cemento ghiacciato μ = 0,05. Ciò significa che, sul cemento ghiacciato, la forza di aderenza delle ruote alla superficie è venti volte inferiore.
I dati presentati evidenziano il fatto che, anche in presenza dei migliori dischi/pastiglie frenanti, la scarsa attenzione allo stato tecnico del mezzo e alle condizioni psico-tecniche del guidatore potrà compromettere l’efficacia della frenata.
Anche per questo, il suggerimento dell’azienda Master-Sport è il seguente:
Visto e considerato il grande numero di fattori che influiscono sullo spazio di frenata, si consiglia di utilizzare dischi/pastiglie frenanti di alta qualità. In questo caso, è bene affidarsi ai test di laboratorio e alla norma ECE R-90, il cui simbolo dovrà essere impresso sulla pastiglia/disco frenante. Questo simbolo costituisce una garanzia di qualità, confermata dall’omologazione da parte di laboratori accreditati, responsabile dell’esecuzione di svariati test sul prodotto.