Tecnologie per la frenatura, oltre l'ABS

L'Anti-lock Braking System è la soluzione ormai generalizzata per migliorare in modo significativo l'efficienza di frenatura dei veicoli, specie in caso di condizioni precarie del fondo stradale. Sulle macchine agricole, e in particolare sui trattori, ci sono però vari altri modi per assicurare un'efficace azione frenante

La circolazione delle macchine agricole (e in particolare dei trattori) sulle strade aperte al traffico pubblico è sempre stata fonte di attenzione da parte del legislatore, a causa del combinato dovuto agli ingombri notevoli, alle masse elevate e alle velocità limitate, che costituiscono una fonte intrinseca di pericolo sia per i mezzi stessi che per gli altri utenti della strada.

A più riprese, i requisiti minimi inerenti la sicurezza sono stati progressivamente migliorati; in tema di efficienza di frenatura, un progresso significativo è stato acquisito con l’aumento della velocità massima di costruzione dei trattori da 30 a 40 km/h, in occasione del quale è stata sancita l’obbligatorietà della frenatura su entrambi gli assi della macchina (ovvero su tutte le quattro ruote).

Analoga considerazione è stata a suo tempo formulata per le attrezzature trainate (in primis i rimorchi), che da tempo devono essere dotati di dispositivi di frenatura che presentino una ben definita efficienza, in base alla loro massa massima ammissibile.

Pertanto, sia nei moderni trattori che sui rimorchi gli impianti frenanti sono un elemento estremamente importante per la sicurezza nella circolazione di questi mezzi. Il nuovo Regolamento UE recentemente entrato in vigore ha introdotto dei limiti molto stringenti in tal senso, con aspetti innovativi, quali ad esempio la “compatibilità” tra il trattore e il rimorchio.

L’ormai noto ABS (Anti-lock Braking System) è diventato obbligatorio per tutti i nuovi trattori con velocità massima (potenziale) uguale o superiore a 60 km/h; in prospettiva, nei prossimi anni il medesimo requisito sarà introdotto anche per i modelli tra 40 e 60 km/h.

I costruttori sono quindi al momento impegnati ad implementare in tal senso i loro nuovi prodotti, attingendo a piene mani alle soluzioni tecniche già sperimentate con successo in settori affini, quale ad esempio quello dell’autocarro.

Bosch Rexroth ha messo a punto il cosiddetto “ABS idraulico”, che in sostanza agisce sulla modulazione delle valvole che determinano la pressione dell’olio nell’elemento frenante di ogni singola ruota. Se, invece, si tratta della frenatura pneumatica (quella del rimorchio è molto diffusa in Italia), è da segnalare l’americana WABCO, che produce da tempo diversi impianti misti-automatici di tipo pneumatico, sia a singola che a doppia linea, completi di regolatore di pressione e valvola load-sensing, per un impiego più “risparmioso” dell’intero impianto. Sempre sul rimorchio, l’italiana Zaccaria propone già modelli con frenatura pneumatica e idraulica dotati di ABS. Pur funzionando in modo autonomo, sia il cilindro idraulico che quello pneumatico agiscono sul medesimo stelo che muove le leve collegate agli organi frenanti. Viceversa, quando la pressione nell’impianto diventa nulla, una molla solidale ai cilindri dell’asse posteriore attiva il freno di stazionamento.

Benché non sia specificamente un apparato di frenatura di rimorchi agricoli, il ForCon 201 (Force Control ovvero la cosiddetta “guida forzata”, della Fliegl Agrartechnik GmbH) assicura significativi miglioramenti nella conduzione dei rimorchi che ne sono dotati, tra cui una maggiore stabilità in frenata, una tenuta di strada migliorata anche su percorsi in pendenza e dissestati, una ridotta usura degli pneumatici (specie nelle curve strette), un più alto livello di sicurezza in caso di guida in pendenza; una miglior distribuzione dei pesi a terra tramite gli pneumatici; la possibilità di muoversi sia in marcia avanti che indietro senza problemi anche su dossi o cunette.

Ancora, la tedesca Knorr-Bremse ha sviluppato il Trailer-EBS TEBS G2.1, un dispositivo frenante elettronico il cui cuore è proprio l’ABS. Come valore aggiunto, ci sono anche le funzioni RSP (Roll Stability Program), ovvero un dispositivo che riconosce le situazioni critiche in termini di stabilità trasversale e frena automaticamente le singole ruote riducendo l’accelerazione laterale, e l’ALB, grazie alla quale l’entità della frenata è modulata proporzionalmente al carico.

 

Le alternative all’ABS

è ampiamente provato che l’ABS sia un espediente tecnico efficace, ma piuttosto costoso. Pertanto, per il macchinario agricolo sono state messe a punto numerose soluzioni alternative, che talvolta agiscono anche in maniera indiretta, atte a migliorare l’efficienza della frenatura (ma sarebbe meglio dire della “decelerazione”) del trattore o, meglio ancora, dell’insieme trattore-rimorchio.

Tra queste, alcune sono ben note e ampiamente collaudate mentre altre, pur non nuove nel panorama tecnico, stanno riscuotendo un certo successo alla luce delle novità messe a disposizione dal progresso tecnico del settore.

 

Inserimento automatico della trazione anteriore

La prima evoluzione in tal senso è stata quella dell’inserimento automatico della trazione anteriore in frenata. Questa soluzione, ad esempio definita “Terralock” da New Holland, è ormai ampiamente collaudata, e oltre alla selezione della modalità di trazione più adatta alle singole applicazioni, provvede automaticamente ad inserire il moto alle ruote anteriori in fase di frenata, in modo da sfruttare la resistenza di quella parte di trasmissione che si oppone con la sua inerzia all’avanzamento del veicolo.

 

Freni a disco

La svolta successiva è stata l’applicazione, diretta o indiretta, dei freni su tutte le ruote. La prima opzione, di tipo aggiuntivo, fu quella di frenare l’albero della trasmissione del moto alle ruote anteriori, ma più di recente ci si è orientati sull’applicazione dei freni a disco (talvolta multipli) sulla parte finale della trasmissione del moto a tutte le ruote del trattore, con un significativo aumento dell’efficienza frenante.

In considerazione dei notevoli carichi da frenare, e quindi la massiccia quantità di calore da smaltire, fu preferita da subito l’opzione del raffreddamento con il cosiddetto “bagno d’olio”, per la quale i dischi sono collocati in un contenitore nelle cui pareti sono ricavate delle intercapedini, entro cui scorre un flusso di olio per raffreddare il tutto.

Più di recente ci si è orientati verso l’applicazione di dischi esterni calettati sui mozzi, come avviene di frequente nel campo automotive.

 

Il freno motore

Installata da tempo sugli autocarri, la funzione “freno motore” si sta progressivamente diffondendo in altri ambiti dell’automotive (specie su veicoli dotati di motore diesel), e ovviamente anche sui trattori agricoli, dove si rivela particolarmente utile nei lunghi trasferimenti in discesa con carichi notevoli al traino, per rallentare gradualmente la velocità di marcia (oppure mantenerla entro i limiti desiderati) senza intervenire sui pedali dei freni di servizio, evitando quindi pericolosi sovraccarichi dell’intero impianto, ottenendo al contempo un incremento di efficienza di frenatura fino al 40%.

L’azione è quella di “strozzare” (ovvero di rallentare) il flusso di uscita dei gas di scarico attraverso il silenziatore. Premendo l’apposito comando si modula di fatto la chiusura di una valvola a farfalla, che genera una contropressione nella camera di combustione e quindi la riduzione del regime motore.

In tal modo, anche la fase di scarico del motore (oltre a quella di compressione) diventa una fase passiva, aumentando così l'azione frenante complessiva sulle ruote, tramite ovviamente la trasmissione.

L’alimentazione del combustibile è azzerata elettronicamente, tramite la disattivazione dei comandi di accelerazione del motore, di solito sino a quando il suo regime non si riduce a 1100-1200 giri/min o la velocità di avanzamento scende sotto i 10 km/h.

Da notare che la piena efficienza frenante si ha soltanto a regimi motore elevati, anche se in questo caso (contrariamente a quanto si è abituati a considerare) il consumo di gasolio è nullo.

Per favorire un’azione combinata, l’intero sistema è gestito pneumaticamente, e spesso collegato al circuito dei freni ad aria compressa del rimorchio.

 

Inserimento dei servizi idraulici

Un’ulteriore opzione finalizzata al medesimo risultato del freno motore, ovvero creare una forza resistente in grado si opporsi al moto del veicolo, è quella di attivare quando necessario uno o più servizi gestiti idraulicamente, in modo da incrementare l’efficacia frenante complessiva.

In tal senso, per i modelli che ne sono provvisti, si sfrutta l’azionamento della ventola viscostatica e/o dell’intero impianto idraulico, impiegato in questo caso come freno negativo.

 

Inserimento della trazione idrostatica

Si tratta di una possibilità che al momento è preclusa a quasi tutti i trattori agricoli, perché caratterizzati da una trasmissione integralmente meccanica, ma che sulle operatrici semoventi (specie quelle di grandi dimensioni, come ad esempio le mietitrebbiatrici e le falcia-trincia-caricatrici, a trasmissione mista meccanica-idraulica) è da sempre utilmente adottata. In tal caso, una volta “messa in scarico”, la parte idrostatica dedicata all’avanzamento del veicolo mostra un’elevata efficienza nel rallentarlo. Tale soluzione è considerata ormai da molti anni così valida da essere ammessa ufficialmente già in sede di omologazione come impianto di frenatura principale, ovvero come “freno di servizio”.

Una “variazione sul tema” è quella che prevede la medesima situazione funzionale, che però agisce sui motori idraulici direttamente applicati alle ruote, come avviene ad esempio per le vendemmiatrici semoventi.

 

Il futuro

Come quasi sempre accade, in campo trattoristico le applicazioni di tipo veicolare sono trasposizioni di ciò che già è entrato nell’uso comune in altri ambiti dell’automotive. Pertanto, è probabile che nel prossimo futuro potremo assistere anche sulle macchine agricole semoventi alla sostituzione della trazione idrostatica con quella elettrica e conseguente recupero di energia in frenata, ma anche all’adozione della frenata assistita di emergenza e dello “smart cruise control”, ovvero il controllo adattativo della velocità di crociera.

In ogni caso, è ciò è altamente lodevole, l’evoluzione tecnologica migliorerà la sicurezza nella circolazione stradale di veicoli, quali sono quelli agricoli, che presentano tuttora diverse criticità rispetto a tutte le altre categorie, a tutto vantaggio di un miglioramento globale delle condizioni di lavoro.

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L’ABS (Anti-lock Braking System)

Il Sistema controlla in continuo la velocità delle singole ruote, rilevando mediante il confronto dei dati rilevati  quando una  di esse si sta bloccando a causa di una frenata eccessiva, rispetto all’aderenza che si verifica in quel momento tra i pneumatici e la superficie di appoggio. Quando l’ABS rileva che la ruota è prossima al bloccaggio (lo “skid”, ovvero lo strisciamento) il sistema interviene sulle elettrovalvole interne, per prevenire l’aumento o la riduzione di pressione negli attuatori dei freni di servizio su quella ruota (oppure, in funzione della  configurazione, su una serie di ruote). Quando l’ABS rileva che la ruota gira alla velocità attesa (cioè simile a quella delle altre ruote), consentirà alla pressione di servizio di aumentare, pur continuando a monitorare la velocità periferica, per scongiurare qualsiasi successiva tendenza al bloccaggio.

Per garantire un’efficace funzionalità dell’ABS, si installano dei sensori (ruote foniche e sensori di velocità) su almeno un asse del carro. La ruota fonica è una ruota dentata cui fa riscontro un sensore di prossimità generalmente di tipo magnetico, in grado di rilevare il “passaggio” di ogni dente. Per garantire che il segnale di velocità sia preciso, è essenziale che il numero di denti della ruota fonica sia quello corretto in relazione alla dimensione del pneumatico utilizzato. Ad esempio, per pneumatici da 1,4 m di diametro si adottano ruote foniche da 120 denti.

Nel caso di rimorchi con più assi, sono adottate diverse logiche di controllo; quella “a lato indipendente” prevede che 4 ruote siano dotate di sensori (quindi controllate direttamente), ma che siano applicati solo due modulatori, uno per ogni lato. In tal modo, le pressioni sui lati sinistro e destro sono controllate in modo autonomo: in pratica, la pressione sugli organi frenanti di entrambe le ruote di un lato sono modulate dai segnali provenienti dalla ruota che gira alla velocità più bassa.

L’ABS non è utile solamente per ridurre gli spazi di frenata in condizioni di scarsa aderenza, ma anche (e a volte soprattutto) per migliorare la tenuta di strada e la stabilità del veicolo o, ancora di più, del treno composto dalla motrice e dall’operatrice trainata.

Un’evoluzione dell’ABS è l’EBS, ovvero l’Electronic Braking System, che incorpora in un unico dispositivo l’ABS e l’ASR (il Traction Control System); in tal modo, oltre a tempi di reazione ancora più brevi e quindi ad uno spazio di frenata ancora inferiore, si tiene anche conto del grado di usura dei singoli pneumatici e del controllo di velocità (il cosiddetto “cruise control”) nella marcia in discesa, utile specie quando si ha un pesante rimorchio al traino.