I freni sono senz’altro una delle parti più importanti all’interno di un veicolo, in quanto sono i principali responsabili della sicurezza sulla strada. L’impianto frenante può essere soggetto a vari guasti, che vanno affrontati prima possibile per avere sempre un’auto e soprattutto un impianto in perfette condizioni.

Le varie componenti dell’impianto frenante, sottoposte a costante attrito, si rovinano più facilmente. Alcune di queste componenti sono consumabili: dischi dei freni, ganasce, tamburi, pastiglie vanno sostituiti quando l’usura diventa importante. Le pinze dei freni si possono bloccare, quindi bisogna cercare di lubrificarne i perni altrimenti vanno sostituite o revisionate tramite attrezzature specifiche che permettono il totale ripristino e il perfetto collaudo prima di essere montate ed usate.

Ma come è composto un impianto frenante? Vediamo lo schema di seguito riportato per aver un’idea generale sui diversi componenti principali e vediamo nel dettaglio il loro compito e funzionamento.

Pompa ABS

L'unità ABS è un sistema utilizzato nelle automobili dagli anni '70, dopo essere stato utilizzato per la prima volta in un'auto di Formula 1 negli anni '60. La commercializzazione del sistema è merito della Bosch. La multinazionale tedesca già nel 1965 aveva sviluppato un dispositivo che evita il bloccaggio delle ruote in frenata, ma solo con l’evoluzione tecnologica e la sua sempre più crescente diffusione, l’ABS è diventato un sistema ormai affidabile e in grado di aiutare concretamente l’automobilista in situazioni di emergenza.

Il significato di ABS deriva dal tedesco “Antiblockiersystem“, cioè “sistema antibloccaggio”, e spiega esattamente il compito svolto dal dispositivo, che consiste proprio nell’evitare l’improvviso bloccaggio di una ruota a seguito di una frenata improvvisa.

il sistema ABS sia un sistema di assistenza alla frenata che impedisce il bloccaggio delle ruote in caso di arresto improvviso su fondi scivolosi grazie alla presenza di sensori posizionati sulle singole ruote che “dialogano” con una centralina elettronica. Questa calcola la velocità di rotazione di ogni ruota e, nel caso in cui la centralina rilevi il bloccaggio di una o più ruote in frenata, interviene sulla pompa idraulica per diminuire la forza di frenata. In una frenata improvvisa, quindi, l’automobilista dovrà soltanto preoccuparsi di premere il pedale del freno senza dover pensare all’eventuale bloccaggio delle ruote. Sarà la centralina dell’ABS  a dosare correttamente la  forza frenante evitando la perdita di direzionalità del mezzo. Quando l’ABS entrerà in funzione, si avvertirà una sorta di vibrazione nel pedale del freno. Questo segnale indica il corretto funzionamento del sistema dato che la centralina, comandando la pompa idraulica, comanderà dunque le pastiglie dei freni facendo stringere e rilasciare i dischi in millesimi di secondo.

Molte case costruttrici, oggi, aggiungo supporto al sistema ABS equipaggiando le proprie vetture con l’assistente di frenata di emergenza che, in caso di una frenata brusca ma senza il raggiungimento della pressione di bloccaggio, aumenta la pressione, obbligando così la vettura ad una frenata con l’intervento dell’ABS.

Grazie all’ABS, quindi, si evita il blocco delle ruote in frenata e la conseguente scivolata della vettura sull’asfalto, garantendo all’automobilista la capacità di sterzare e di evitare eventuali ostacoli.

Composizione e schema di un gruppo pompa ABS

MOTORE POMPA

Come accennato, l'unità ABS fornisce un pompaggio verso la pinza, in modo che la ruota non possa bloccarsi. Questo è un processo molto veloce che si ripete decine di volte al secondo. Il motore della pompa del sistema ABS garantisce il mantenimento della pressione sul sistema frenante. Questa pressione è necessaria quando l'unità ABS interviene per effettuare il pompaggio.

HCU

L'HCU sta per "Hydraulic Control Unit" o unità di controllo idraulica, viene chiamato anche blocco idraulico. L'HCU è un blocco di alluminio con varie valvole e canali. Quando interviene l'ABS, è importante alleviare la pressione che il sistema accumula frenando una ruota. Questo viene fatto tramite le valvole. Inoltre, ci sono vari pin nell'HCU che possono aprire e chiudere i canali nell'ABS.

CENTRALINA ABS

Sulla base dei dati, ad esempio, dei sensori delle ruote e dei sensori di pressione, la centralina dell'ABS determina se l'ABS debba effettivamente intervenire. Non appena la centralina rileva un valore "errato", il motore della pompa viene attivato per intervenire.

ABS con ESP

Oltre al sistema ABS convenzionale, sempre più unità utilizzano ESP, che sta per Electronic Stability Program. Mentre l'ABS assicura che le ruote non si blocchino durante la frenata, ESP assicura che l'auto vada effettivamente nella direzione desiderata dal guidatore. Quando l'auto minaccia di diventare sottosterzante o sovrasterzante, la funzionalità ESP frena una o più ruote, in modo che l'auto rimanga dritta sulla strada. ESP garantisce quindi un comportamento di guida stabile in tutte le direzioni.

Le pinze

Viene spesso trascurata, ma a conti fatti si tratta di un componente fondamentale nell’intero impianto frenante di un’automobile. L’attrito di cui, finora, abbiamo discusso in questo approfondimento infatti può generarsi soltanto perché, all’azionamento del pedale del freno, questa pinza, al suo interno, spinge la pastiglia contro il disco mediante l’ausilio di un piccolo pistone.

Esistono due tipi di pinza freno: fissa o flottante.

Nel primo caso è fissata rigidamente con viti o bulloni a un supporto posto sul montante della sospensione, nel secondo caso, grazie alla pressione che riceve dalla pompa maestra, la pinza scorre assialmente su una staffa fino a fare intervenire le pastiglie su entrambe le superfici del disco.

Il disco, solidale alla ruota attraverso il mozzo o il semiasse, gira passando fra le due pastiglie alloggiate nella pinza, a una distanza di circa 0,2mm. Quando la pinza riceve il fluido in pressione, i pistoni della medesima si spostano e spingono le pastiglie sul disco con una forza proporzionale a quella esercitata dal conducente sul pedale del freno. L'attrito fra le pastiglie e il disco genera una coppia frenante e quindi una forza che rallenta o arresta l'autoveicolo.

L'energia posseduta dal veicolo in movimento, viene trasformata dall'attrito in calore, la cui quantità è tanto maggiore quanto più è pesante e veloce l'autovettura all'atto della frenata. In caso di frenature in successione frequente, ad elevate velocità o su lunghi percorsi in discesa, l'efficacia dei freni non deve diminuire, pertanto questi devono soddisfare tre requisiti essenziali:

• Buona resistenza termica;
• Ventilazione sufficiente per dissipare il calore prodotto;
• Costanza delle caratteristiche di attrito delle pastiglie freni in un ampio campo di temperature.

Rispetto ai freni a tamburo i freni a disco presentano maggiori vantaggi in tutti e tre i punti.

Freni a disco e freni a tamburo

I freni a tamburo sono stati impiegati per molto tempo su auto e moto, in quanto i più semplici ed economici: sono costituiti da un cilindro rotante (il tamburo) e da due ganasce fatte con un materiale di attrito che esercitano forza sul tamburo dall’interno, frenandone la rotazione.

I freni a disco sono in caratterizzati dalla presenza di un disco su cui esercita la sua azione una pinza che ospita le pastiglie frenanti, costituite da una base metallica su cui è applicato uno strato di materiale d’attrito, e che in fase di frenata vengono premute contro il disco.

I freni a disco hanno ormai quasi completamente sostituito quelli a tamburo: questi ultimi vengono ancora utilizzati (ma solo per la ruota posteriore) per gli scooter di bassa cilindrata e per molte utilitarie, per motivi economici e per la loro massa ridotta.

Fate molta attenzione: tutto questo non dipende dal fatto che i freni a tamburo abbiano una forza di frenata minore, anzi! Il problema è che in frenata raggiungono temperature altissime, che rischiano di rovinarli e deformarli, rendendoli meno sicuri (vengono utilizzati sulle ruote posteriori proprio perché in frenata lavorano meno di quelle anteriori).

       

Pastiglie freno

Oggetto di molta attenzione da parte degli appassionati di automobili poiché la frenata viene fortemente influenza dal potere di attrito delle pastiglie. Quelle che, in genere, vengono montate ‘di serie’ sono scelte in base al rapporto durata-costo anziché tenendo conto delle prestazioni.

In fase di scelta delle pastiglie consigliamo di valutare sempre, oltre al coefficiente d’attrito, anche la loro capacità di mantenere prestazioni costanti nel tempo alle più svariate temperature, la loro prontezza di risposta quando si aziona il pedale del freno e, ovviamente, quanto sono rumorose.

Più sarà l’attrito, più il rumore aumenterà. Per assestare bene i dischi, una volta rimpiazzate le pastiglie dell’impianto frenante, meglio ‘rodarle’ per qualche centinaio di chilometri, a velocità media, evitando frenate brusche o eccessivamente prolungate.

Ganasce freno

Le ganasce sono costituite da un arco di acciaio sul quale viene fatto aderire per sinterizzazione o tramite rivetti il materiale d'attrito. L'impasto per il materiale d'attrito ha caratteristiche diverse rispetto quello delle pastiglie: essendo la superficie di attrito maggiore può avere un coefficiente d'attrito inferiore; deve però smaltire al meglio il calore anche perchè si trova a lavorare in un ambiente chiuso.

Poiché dopo numerose frenate, lo spessore della guarnizione d'attiro diminuisce, e graduatamente bisogna agire sul registro interno al tamburo, che permette tramite regolazione di mantenere le ganasce in una posizione iniziale ottimale e mantenendo costante il gioco tra ganasce e tamburo.

Oltre alla classica usura il principale motivo di scarsa resa delle ganasce è dovuta spesso ad una perdita del liquido dei freni: quest'ultimo essendo molto corrosivo fa degradare rapidamente il materiale d'attrito sulle ganasce rendendo necessario un intervento di sostituzione.

Olio dei freni

Il funzionamento dei freni delle nostre auto è abbastanza semplice: premendo il pedale applichiamo una pressione che viene trasferita alle pinze attraverso un liquido contenuto in un circuito idraulico.

Questo liquido è quello che comunemente chiamiamo olio dei freni, ma che in effetti olio non è: sarebbe più corretto parlare di liquido dei freni.

L’olio dei freni, avendo l’importante compito di trasmettere la pressione del pedale alle pastiglie, deve contenere specifiche sostanze volte ad evitare:

• Che si comprima.
• Che corroda l’impianto frenante.
• Che vada in ebollizione in seguito alle alte temperature.

Il serbatoio che lo contiene deve permettere che ci sia sempre la giusta quantità di liquido a disposizione, considerando il fatto che la maggiore usura dei freni richiama più fluido verso le pinze.

Problemi e manutenzione

I freni dell’auto sono una delle componenti più importante per la sicurezza sulle strade, e vanno controllati periodicamente in quanto, con il passare del tempo posso andare incontro a varie problematiche, fra le quali:

• Usura di pastiglie e ganasce.
• Abbassamento del livello dell’olio nell’impianto.

Per quanto riguarda l’usura dei freni, di solito ha come conseguenza una risposta anomala del pedale, e la macchina potrebbe vibrare in fase di frenata. Le pastiglie dei freni sono studiate in modo da emettere una sibilo prima che siano consumate del tutto, ma è ovviamente opportuno non arrivare a questo punto e farle controllare a scadenze regolari, come riportato sul libretto d’uso della propria autovettura.

Per quanto riguarda l’olio dei freni, è molto importante controllare il suo livello, perché due sono i motivi principali che lo fanno diminuire:

• Una perdita nell’impianto.
• Un’eccessiva usura delle pasticche.

In ogni caso è sempre opportuno recarsi in officina, in modo che venga trovato e risolto il problema nel migliore dei modi.

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