Difetti sostanziali dei freni In-board: sarà la fine?

In questa seconda parte dell'approfondimento legato alla soluzione dei freni In-board, andrò ad analizzare quelli che sono stati i difetti sostanziali di questa soluzione innovativa che l'hanno portata al definitivo abbandono. Potevano essere facilmente risolti? Secondo voi c'è ancora del potenziale in questa antica architettura frenante?

Alfa 75 Transaxle
Alfa 75 Transaxle, wikipedia.org

Normalmente, quando pensiamo all’impianto frenante, immaginiamo il gruppo (pinza, dischi e pastiglie freno) posizionati sui montanti ruota. Tuttavia, in passato era moderatamente utilizzata la soluzione chiamata “in-board“. Essa consiste sul posizionare i freni internamente al veicolo, più precisamente a monte dei semiassi collegati al mozzo ruota: che trasferiscono potenza alle ruote.

La prima parte dell’approfondimento potete trovarla nel sito o nel mio profilo autore.

Posizionare i freni nell’interno del veicolo, offre sicuramente maggior libertà ai progettisti per poter collocare tutte le componenti sul mozzo ruota, migliorandone la dinamica. Tuttavia pur essendo inferiori i vincoli spaziali, rispetto alla configurazione canonica, i difetti di questa soluzione sono stati decisivi, analizziamoli molto rapidamente.

in board brakes
modmafia.com

Difetti:

  • MANUTENZIONE POCO ECONOMICA: Posizionare i freni all’interno vuol dire che per qualsiasi guasto dell’impianto frenante, o molto semplicemente, cambio delle pastiglie freno, ci sarà l’esigenza di posizionarla sul ponte (dal meccanico), smontare l’intera scocca inferiore o i componenti necessari per poter intervenire. Questo è uno dei suoi principali difetti che ha spinto per l’abbandono della tecnologia, viste le esigenze e le tempistiche moderne.

    manutenzione freni
    riparasicuro.it
  • RIDOTTA REFRIGERAZIONE: I freni posizionati sul mozzo ruota risultano beneficiati dalla presenza di un forte flusso d’aria che li lambisce nell’avanzamento del veicolo. Questo porta lo stesso impianto a dissipare più calore, o meglio dire, a raffreddarsi forzatamente in modo maggiore.
    Per ovviare a questo difetto, è bene progettare una piccola presa d’aria a saracinesca elettronica (per limitare l’aumento di resistenza aerodinamica del veicolo), non appena i freni iniziano a surriscaldarsi maggiormente. Questa saracinesca convoglia aria ambiente in un condotto che dovrà sfociare direttamente sul freno.

    brakes
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  • DETRITI E FANGO: Un veicolo, generalmente, è sprovvisto di un mantello per isolare il fondo vettura. Pertanto il gruppo freno si troverebbe ad interfacciarsi con il suolo, questo con il pericolo che diminuisca la protezione da fango e detriti che comprometterebbero il funzionamento.
    Soluzioni? Pinze freno poste sull’estremità superiore del disco (lontane dal suolo) e maggior protezione sotto scocca.
brakes
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A livello strutturale dei semiassi?

La differenza sostanziale è proprio qui. Posizionando i freni proprio sull’uscita del differenziale (praticamente laddove esce potenza dal motore pronta a scaricarsi a terra mediante pneumatici), dovrò tener conto di un duplice aspetto.

Parliamo del fatto che sul semiasse vi sarà espressa sia una coppia motrice, sia una di tipo frenante. Il comportamento a livello strutturale è da pensarsi così. Non sempre, in fase di accelerazione, tutta la coppia motrice che viene erogata dal motore è scaricata al suolo. Perché non vi è (purtroppo) sempre aderenza tra veicolo e asfalto.
Questo porta ad avere, in alcuni casi, coppie frenanti (in fase di frenata) molto più grandi delle coppie motrici. Per il fatto che l’intera forza frenante non viene persa nel contatto ruota-asfalto o vari elementi di supporto, ma è completamente scaricata sul semiasse.

cedevolezza torsionale
learneasy.info

Bisognerà dimensionare correttamente i semiassi tenendo conto di un nuovo fattore di criticità per il progetto. Generalmente, per mantenere bassi costi di produzione e facilità di impiego, si utilizzano diametri maggiori per i semiassi, a scapito di potenza trasmessa e peso complessivo.

E’ bene aumentarlo il diametro per tener conto della cedevolezza torsionale. Cioè oltre ad una coppia motrice, vi è la presenza di una coppia frenante che agisce nello stesso intorno della trave, ma in verso di rotazione opposto.

Ultime considerazioni:

In fase di frenata, lo spostamento longitudinale del carico in avanti, porta il veicolo ad abbassare l’altezza dal suolo nel frontale, e incrementare quella nel posteriore. Per evitare questo moto di beccheggio (Pitch), si ricorre a soluzioni antidive che abbiamo approfondito per il mondo Formula 1, precedentemente. E’ consigliata la lettura.

Pitch
edn.com

L’indice antidive da dover adottare per il veicolo in questione al fine di ridurre questo moto di beccheggio dipende dalla ripartizione della coppia frenante (anteriore e posteriore) e dalla posizione dei freni (in o out- board). Perciò, potremo concludere il panorama complessivo sui freni interni sottolineando la loro importanza e influenza sull’intera dinamica della vettura.

La soluzione è stata abbandonata come dicevo prima, perché essenzialmente le strutture sospensive classiche risolvono molto bene il problema dei vincoli spaziali della sospensioni. Garantiscono tempistiche di manutenzione ridotte e come spesso accade, fu abbandonata per la poca popolarità che riscosse in quei anni. Sicuramente uno studio approfondito sulla presenza dei freni interni, portato avanti da più case automobilistiche, avrebbe risolto buona parte di questi difetti.
Come ben sappiamo, le case automobilistiche fanno sempre un bilancio su quanto è possibile guadagnare in termini di sviluppo su una determinata tecnologia e quanto risparmio economico se ne garantisce abbandonando l’idea.