I sistemi frenanti tradizionali non sono cambiati molto nell'ultimo secolo, quindi il concetto di tecnologia Brake-by-Wire rappresenta un cambiamento che le case automobilistiche e il pubblico sono stati riluttanti ad abbracciare. Brake-by-wire si riferisce ai sistemi di frenatura che controllano i freni tramite mezzi elettrici.
La natura confortante dei freni idraulici
Nei sistemi frenanti tradizionali, premendo il pedale del freno si genera una pressione idraulica che attiva le ganasce o le pastiglie dei freni. Nei sistemi più vecchi, il pedale agisce direttamente su un componente idraulico noto come cilindro primario. Nei sistemi moderni, un servofreno, solitamente alimentato dal vuoto, amplifica la forza del pedale e facilita la frenata.
Il freno per cavo interrompe quella connessione, motivo per cui la tecnologia è vista da alcuni come più pericolosa del controllo elettronico dell'acceleratore o dello sterzo per cavo.
Quando il cilindro primario viene attivato, genera pressione idraulica nelle tubazioni dei freni. Tale pressione agisce successivamente sui cilindri secondari presenti in ciascuna ruota, che pizzicano un rotore tra le pastiglie dei freni o spingono le ganasce dei freni verso l'esterno in un tamburo.
I moderni sistemi di freno idraulico sono più complicati di così, ma funzionano secondo lo stesso principio generale. I servofreni idraulici o a depressione riducono la quantità di forza che il conducente deve applicare. Tecnologie come i freni antibloccaggio e i sistemi di controllo della trazione sono in grado di attivare o rilasciare automaticamente i freni.
I freni elettrici ed elettroidraulici sono stati tradizionalmente utilizzati solo sui rimorchi. Poiché i rimorchi sono dotati di collegamenti elettrici per le luci dei freni e gli indicatori di direzione, è facile collegare un cilindro primario elettroidraulico o attuatori elettrici. Tecnologie simili sono disponibili presso gli OEM, ma la natura critica per la sicurezza dei freni ha portato l'industria automobilistica a esitare ad adottare la tecnologia Brake-by-Wire. Tuttavia, con l'avvento dei sistemi di guida autonoma e di guida assistita, il Brake-by-Wire ha visto un uso più ampio.
I freni elettro-idraulici si fermano brevemente
Gli attuali sistemi Brake-by-Wire utilizzano un modello elettroidraulico che non è completamente elettronico. Questi sistemi hanno sistemi idraulici, ma il conducente non attiva direttamente il cilindro primario premendo il pedale del freno. Il cilindro primario è invece azionato da un motore elettrico o da una pompa regolata da una centralina.
Quando il pedale del freno viene premuto in un sistema elettroidraulico, l'unità di controllo utilizza le informazioni provenienti da una serie di sensori per determinare la forza frenante necessaria per ciascuna ruota. Il sistema può quindi applicare la quantità necessaria di pressione idraulica a ciascuna pinza.
L' altra differenza principale tra i sistemi frenanti elettroidraulici e quelli idraulici tradizionali è la quantità di pressione coinvolta. I sistemi frenanti elettroidraulici funzionano tipicamente a pressioni più elevate rispetto ai sistemi tradizionali. I freni idraulici funzionano a circa 800 PSI in condizioni di guida normali, mentre i sistemi elettroidraulici Sensotronic mantengono pressioni comprese tra 2.000 e 2.300 PSI.
I sistemi elettromeccanici sono davvero "frenanti"
Sebbene i modelli di produzione utilizzino ancora sistemi elettroidraulici, la vera tecnologia Brake-by-Wire elimina completamente l'idraulica. Questa tecnologia non è stata mostrata in nessun modello di produzione a causa della natura critica per la sicurezza dei sistemi frenanti. Tuttavia, è stato sottoposto a ricerche e test significativi.
A differenza dei freni elettroidraulici, i componenti di un sistema elettromeccanico sono elettronici. Le pinze hanno attuatori elettronici al posto dei cilindri secondari idraulici, e il tutto è governato da una centralina invece che da un cilindro primario ad alta pressione. Questi sistemi richiedono anche una varietà di hardware aggiuntivo, inclusi sensori di temperatura, forza di bloccaggio e posizione dell'attuatore in ogni pinza.
I freni elettromeccanici includono reti di comunicazione complicate poiché ogni pinza riceve più input di dati per generare la giusta quantità di forza frenante. A causa della natura critica per la sicurezza di questi sistemi, in genere è presente un bus secondario ridondante per fornire dati grezzi alle pinze.
Il problema di sicurezza appiccicoso della tecnologia Brake-By-Wire
I sistemi frenanti idroelettrici ed elettromeccanici sono potenzialmente più sicuri dei sistemi tradizionali. Tuttavia, a causa del potenziale per una maggiore integrazione con ABS, ESC e tecnologie simili, i problemi di sicurezza hanno frenato questi sistemi. I sistemi frenanti tradizionali possono e falliscono, ma solo una catastrofica perdita di pressione idraulica impedirà completamente al conducente di fermarsi o rallentare. I sistemi elettromeccanici intrinsecamente più complessi hanno una moltitudine di potenziali punti di guasto.
I requisiti di failover e altre linee guida per lo sviluppo di sistemi critici per la sicurezza come il freno per cavo, sono disciplinati da standard di sicurezza funzionale come ISO 26262.
Chi offre la tecnologia Brake-By-Wire?
La ridondanza e i sistemi in grado di funzionare con una quantità ridotta di dati renderanno alla fine la tecnologia freno-by-wire sufficientemente sicura per un'adozione diffusa. A questo punto, solo un paio di OEM hanno sperimentato i sistemi elettroidraulici.
Toyota ha introdotto un sistema di freno elettroidraulico nel 2001 per la sua Estima Hybrid. Da allora sono disponibili variazioni della sua tecnologia dei freni a controllo elettronico (ECB). La tecnologia è apparsa per la prima volta negli Stati Uniti per l'anno modello 2005 con la Lexus RX 400h.
Un esempio in cui la tecnologia Brake-by-Wire ha sofferto di un mancato lancio è stato quando Mercedes-Benz ha ritirato il suo sistema Sensotronic Brake Control (SBC), anch'esso introdotto per l'anno modello 2001. Il sistema è stato ufficialmente ritirato nel 2006 dopo un costoso richiamo nel 2004, con la Mercedes che ha affermato che avrebbe offerto la stessa funzionalità del suo sistema SBC tramite un tradizionale sistema di freno idraulico.
