La frenatura degli autoveicoliEsposizione del problema nella sua essenza con riguardo all'aggiornamento delle prescrizioni ministerialisul controllo dell'efficienza della frenatura attualmente in discussione sul piano nazionale ed internazionale.

(1)

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ed a d o t t a n d o un angolo di avvolgimento a = 162°, p e r t e n e r conto della deviazione necessaria p e r scan- sare la cabina, risulta

È questo un p r o b l e m a che p e r la sua capitale i m p o r t a n z a continua ad a p p a s s i o n a r e i tecnici del- l ' a u t o m o b i l e di t u t t o il m o n d o . La frenatura è anzi- t u t t o un p r o b l e m a che r i g u a r d a la sicurezza del viaggiare e l ' i n c o l u m i t à delle p e r s o n e ; n a t u r a l m e n t e di quelle affidate al veicolo stesso, e di quelle che si t r o v a n o sulle strade alla m e r c è dei bolidi che le p e r c o r r o n o . Ma è a n c h e un p r o b l e m a che r i g u a r d a le prestazioni stesse del veicolo, poichè dalla capa- cità di frenatura d i p e n d o n o i t e m p i e gli spazi da esso percorsi n e i r a l l e n t a m e n t i bruschi davanti ad ostacoli improvvisi, e da questi t e m p i e spazi, che d o v r e b b e r o s e m p r e r a p p r e s e n t a r e dei valori m i n i m i , le velocità massime raggiungibili o acconsentite del veicolo. P i ù veloce (e pesante) è un veicolo, t a n t o p i ù efficace deve essere il suo i m p i a n t o f r e n i ; risul- t a n o p e r t a n t o legate a n c h e alle possibilità di au- m e n t o di questa efficacia le possibilità di u l t e r i o r e sviluppo delle prestazioni stesse degli autoveicoli oggi u s a t i .

Dai pericoli che possono derivare p e r il p u b b l i c o da un veicolo con insufficiente f r e n a t u r a , risulta chiaro e motivata la p r e o c c u p a z i o n e delle a u t o r i t à competenti di p r e s t a r e costantemente la loro attenzione al p r o b l e m a della sorveglianza dell'efficienza d e l l ' i m p i a n t o freni dei veicoli ammessi in circola- zione. Anzi, si v o r r e b b e a n d a r o l t r e ; e q u a l c u n o pensa che n o n soltanto la sorveglianza dell'efficienza della frenatura dei veicoli sia compito di dette au- t o r i t à , ma a n c h e il diritto spetti ad esse di prescrivere formule c h e , osservate dai costruttori fin dal-

7) il raggio delle ruote . . . R (cm) 8) il raggio del tamburo del freno . . r (cm) 9) la larghezza utile della ganascia fre-

nante . b (cm) 10) l'estensione in gradi della superficie di

contatto fra ceppo freno e tamburo ri-

spetto all'asse di simmetria del freno . φ'2 — φ'1

11) il senso di rotazione del tamburo del freno rispetto alla ganascia (per cui esistono i due tipi di ganasce: ganascia avvolgente, e ganascia svolgente) 12) il coefficiente d'attrito fra guarnizione

del freno e tamburo μ' Di questa molteplicità di fattori, soltanto una parte rappresenta valori costanti, mentre l'altra è data da valori variabili anche durante l'esercizio stesso. In modo particolare il peso G del veicolo, come tale, durante la frenatura non dice nulla, poichè non è il peso in sè che in effetti conta a tale riguardo, ma il carico parziale che grava sulle ruote anteriori e posteriori. Ora, come ben noto, la ripartizione di questo carico dipende dalla posizione che il baricentro occupa nella configurazione del veicolo, e non solo in senso orizzontale (che deter- mina la ripartizione del carico statico), ma anche, ed in modo formidabile, in senso verticale (che de- termina la ripartizione del carico dinamico). Più alto è il baricentro da terra, tanto maggiore è questo càrico dinamico che, ad una determinata decelerazione del veicolo dovuta ad azione di frenatura, va ad aggiungersi al carico statico delle ruote anteriori, e ad alleggerire quello delle ruote posteriori. Suc- cede così che un freno, ben proporzionato per ruote caricate con carichi misurati a veicolo fermo (ossia calcolati in conformità al peso totale G con ripar- tizione statica), si dimostri completamente insufficiente per le ruote anteriori ed esuberante, o spro- porzionato del tutto, per le ruote posteriori.

Solo da questa considerazione — peraltro fonda- mentale — risulta già come il problema va affron- tato per portarlo ad una soluzione rigorosa. Inizie- remo però la nostra rassegna, trattando per primo la prescrizione attualmente in vigore.

Secondo questa prescrizione, la relazione fra spazio di frenatura S e velocità iniziale V deve cor- rispondere alla formula:

(nel caso di a u t o c a r r i con r i m o r c h i o ) (2) ossia, g e n e r i c a m e n t e :

(3) dove: S = spazio percorso fino a l l ' a r r e s t o del vei-

colo ( m )

V — velocità iniziale ( k m / h ) a = u n a costante

P e r farci u n ' i d e a di quello che prescrive ad es.

la soprastante formula (1), r i p o r t i a m o q u i di seguito u n a t a b e l l i n a contenente gli spazi S così cal- colati p e r diverse velocità V :

V= 100 80 60 40 30 20 10 5 k m / h S = 142,7 91,4 51,4 22,9 12,86 5,72 1,43 0,357 m Sia a n z i t u t t o qui a n t i c i p a t o , che tale formula viene facilmente soddisfatta in pratica alle alte velocità, ma m e n o facilmente alle basse.

N e l caso ideale, che r a p p r e s e n t a il caso limite, la massima forza deceleratrice che p u ò agire su un veicolo è data da :

F^max=μG (4)

Lo spazio percorso fino all'arresto in questo caso è:

(5) Nel caso di u n a f r e n a t a m e n o p o t e n t e di quella l i m i t e , q u a n d o la forza F sia m i n o r e di Fm a x, cioè p e r F = η • F^max (con η < 1), lo spazio di f r e n a t u r a e v i d e n t e m e n t e deve risultare maggiore, ed essere (¹) :

(6)

si mette anzitutto in evidenza come questi siano in- versamente proporzionali agli sforzi di frenatura stessa. L ' i m p o r t a n z a di questo valore η, che è stato c h i a m a t o il « grado di efficienza di frenatura » e che sta in un ben d e t e r m i n a t o r a p p o r t o con i dati geo- metrici di ogni autoveicolo, v e r r à messa in luce p i ù avanti. Qui rileviamo p e r t a n t o come la formula (3) della prescrizione ora t r a t t a t a c o r r i s p o n d e alla so- p r a s t a n t e (6), q u a n d o p e r la costante a si sostituisca la r e l a z i o n e :

a = 3,62 . 2 μgη = 254,4 μη (8) Da questa relazione si ricava il grado d'efficienza di frenatura η , p e r cui si scrive :

bilire anche la percentuale x di « perdita di spazio di frenatura » rispetto alla frenata limite ideale, che deve essere:

restre: Fmax=μG = forza frenante massima nel caso ideale di

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È q u i n d i soddisfatta la r e g o l a m e n t a r e . Vittorio Zignoli

La frenatura degli autoveicoli

Esposizione del problema nella sua essenza con riguardo all'aggiornamento delle prescrizioni ministeriali sul controllo dell'efficienza della frenatura attualmente in discussione sul piano nazionale ed internazionale.

l'impostazione del p r o g e t t o , g a r a n t i r e b b e r o così un certo m i n i m o delle prestazioni di frenatura di cia- scun veicolo fin dalla sua nascita. L ' i d e a , encomia- bile come t a l e , presenta p e r ò e p u r t r o p p o delle dif- ficoltà di realizzazione, c h e , se a n c h e a p r i m a vista s e m b r a n o non i n s o r m o n t a b i l i , p u r tuttavia sono di carattere così complesso, da n o n aver finora per- messo u n a soluzione semplice che sia u g u a l m e n t e accetta a t u t t i gli interessati al p r o b l e m a .

C r e d i a m o p e r t a n t o fare cosa grata illustrare i diversi aspetti di questo p r o b l e m a , e r i p o r t a r e alcune p r o p o s t e di soluzione che d o v r e b b e r o essere intese a soddisfare le esigenze esistenti.

Le grandezze ed i fattori p r i n c i p a l i che influi- scono in q u a l c h e m o d o , d i r e t t a m e n t e o indiretta- m e n t e , sulla frenatura di un veicolo, s o n o :

1) il peso del veicolo G (kg) 2) il passo L (cm) 3) l'altezza del b a r i c e n t r o da t e r r a . . e (cm) 4) la distanza orizz. del b a r i c e n t r o dal-

l'asse post i (cm) 5) la r i p a r t i z i o n e dello sforzo frenante

alle ruote

dove : Fp = forza frenante alla periferia delle ruote poster.

Fa = forza frenante alla periferia delle ruote anter.

6) il coefficiente d'attrito fra ruote e terra μ

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colo. Sarà in tal caso T= 562 + 88 = 650 k g ; resta invariato £ = 412 k g .

Il r a p p o r t o T/t = 650/412 = 1,58.

Nel caso della cabina scarica è T/t = 450/291 =

= 1,55.

La condizione peggiore è q u i n d i la p r i m a e te- n u t o conto di e = 1 , 1 4 deve essere verificata l'ade- renza p e r T/t= 1 , 5 8 x 1 , 1 4 = 1,80.

Utilizzando gole a V con angolo di 35° e u s a n d o f0 = 0,09, come prescritto dal nostro r e g o l a m e n t o , il coefficiente d ' a d e r e n z a effettivo fra gola e fune è, secondo le n o r m e :

Essendo t u t t e le verifiche a b b o n d a n t e m e n t e po- sitive si adotta definitivamente il r i d u t t o r e m o d . 6.

Aderenza. — Assunta u n a decelerazione in fre- n a t u r a d = 0,5 m / s e c2 il coefficiente c d ' i n c r e m e n t o p e r l'inerzia delle masse, stabilito dal regolamento italiano, è

D ' a l t r o lato, s e m p r e a n o r m a di r e g o l a m e n t o , si deve assumere come caso p i ù sfavorevole quello della cabina al p i a n o p i ù basso con un carico del 5 0 % superiore a quello a m m e s s o . Il carico ammesso p e r 3 persone è di 75 x 3 = 225 kg, aggiungendo il 5 0 % si ha un carico eccezionale di 338 k g , cioè 338—250 = 88 kg p i ù di quelli considerati n e l cal-

(nel caso di a u t o c a r r i senza rimorchio) (1) e

F a c e n d o il r a p p o r t o di questi d u e spazi

Considerando ora che si p u ò s e n z ' a l t r o sta- (9)

aderenza globale. Sostituendo, risulta:

sta la (6).

e da que- zione (uniforme) del veicolo in g = 9,81 = acceleraz. ter-

(1) Segue da: F=η. dove decelera-

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(2)

Fig. 1. - Dipendenze fra μ, η, x ed il valore a della formula

La relazione fra i valori delle costanti a, il grado d'efficienza di frenatura η e la rispettiva perdita di spazio di frenatura x in funzione del coefficiente d'attrito μ, è messa in evidenza nel seguente dia- gramma della fig. 1. Da questo diagramma appare chiaro come la prescrizione di un valore a fisso non possa risolvere la situazione e soddisfare in eguai modo le esigenze esistenti nell'intero campo dei possibili coefficienti d'attrito μ. D'altronde la ve- locità V scompare e rimane come fattore di com- parazione unicamente il coefficiente d'attrito μ fra ruote e terra in funzione del grado di efficienza di frenatura η. E le curve delle varie costanti a rive- lano in modo particolare come l'efficienza di fre- natura η, per un valore a costante, da molto bassi valori nel campo di elevati (normali) coefficienti di attrito μ aumenti rapidamente col diminuire di questo stesso coefficiente d'attrito μ. Si comprende da questo fatto, come un freno, che soddisfi alla formula ufficiale per un determinato coefficiente di attrito μ (indipendentemente dalla velocità V) non soddisfi più ad un altro valore di μ.

In realtà, e anticipando quanto verrà discusso più in avanti, gli spazi di frenatura (in piano) sono dati da:

[la (6)]

nel Caso A2

nel Caso B

In queste formule entrano, all'infuori della co- stante 254,4 e del coefficiente d'attrito μ, i valori ξ,

L, e ed i, che rappresentano caratteristiche non tra- scurabili dei singoli veicoli. Come si vede invece dalla (3), nelle formule oggi in vigore, questi fattori non a p p a i o n o .

Questo stato di cose n a t u r a l m e n t e non p u ò soddisfare e r i c h i a m a l'attenzione delle p a r t i interes- sate ogni qualvolta la q u e s t i o n e p e r un motivo o p e r l ' a l t r o t o r n i ad essere a t t u a l e e p r e m e u n a soluzione.

Una recente p r o p o s t a a tale r i g u a r d o p a r t i v a dal concetto di prescrivere limiti che r i g u a r d a n o il p r o - dotto p.v, il quale p r o d o t t o r a p p r e s e n t a il lavoro specifico creato p e r a t t r i t o d u r a n t e la frenatura nel- l ' u n i t à di t e m p o e u n i t à di superficie frenante e che viene trasformato in calore nei freni.

Secondo questa p r o p o s t a , al valore p.v p r e - scritto dovrebbe c o r r i s p o n d e r e la relazione conven- zionale :

Come si vede, la variazione di carico è in ogni caso t u t t ' a l t r o che t r a s c u r a b i l e , e p r e n d e r p e r base di calcolo il valore del peso G = 7335 kg soltanto, significherebbe falsare la situazione reale in ma- niera del t u t t o inammissibile.

A n c h e la premessa al p u n t o 2 in realtà n o n si verifica. Le pressioni lungo l'arco di c o n t a t t o fra ceppo e t a m b u r o variano secondo u n a legge sinoi- dale (premessa l'assoluta rigidezza del t a m b u r o e delle ganasce del freno) e corrispondono alle defor- mazioni elastiche del m a t e r i a l e d ' a t t r i t o considerato.

Ora, in r e a l t à , nè il t a m b u r o , nè le ganasce sulle quali sono fissate le guarnizioni di frizione sono as- solutamente rigide, e cedono agli sforzi di c o m a n d o del freno in m a n i e r a p i ù o m e n o sensibile. Questi cedimenti possono provocare degli spostamenti tali nella r i p a r t i z i o n e delle pressioni, da d e t e r m i n a r e in d e t e r m i n a t e zone delle guarnizioni p u n t e di pressione m o l t o superiori a quei massimi c h e , dalla configurazione geometrica del freno, d o v r e b b e r o risultare in relazione alla pressione m e d i a calcolata. Un freno così concepito, p u r c o r r i s p o n d e n d o al p.v prescritto, n o n soddisferebbe affatto le esigenze p r a - tiche d'esercizio. D ' a l t r o n d e , a d e g u a r e il p.v in m o d o da t e n e r conto a n c h e di costruzioni di questo genere, v o r r e b b e dire r i n u n c i a r e alle possibilità, che continue migliorie a p p o r t a t e alle costruzioni, sia al r i g u a r d o dei m a t e r i a l i , sia al r i g u a r d o della siste- m a z i o n e stessa dei freni, t e n d o n o ad a u m e n t a r e sem- p r e di p i ù la loro efficacia e che c o m p o r t a n o l'evo- luzione, il progresso stesso della tecnica.

Ed in effetti, n o n è soltanto il p.v che conta.

Il p.v r a p p r e s e n t a un lavoro specifico che viene trasformato in calore. È c h i a r o , che dalle possibi- lità di dissipazione di questo calore d i p e n d e il valore massimo che questo lavoro specifico p u ò assu- m e r e , senza congestionare in m a n i e r a inammissibile il sistema. In un freno p o t e n t e m e n t e raffreddato, e v i d e n t e m e n t e è possibile a m m e t t e r e un p.v m o l t o elevato, dato che un surriscaldamento in questo caso n o n p o t r à verificarsi. Altra è la situazione in un freno dove un raffreddamento efficace non è possi- b i l e . In questo caso, p e r n o n t r a s c u r a r e l'efficacia di frenatura come t a l e , e v i d e n t e m e n t e il freno dovrà essere dimensionato p i ù a b b o n d a n t e m e n t e , dovrà cioè p r e s e n t a r e un p.v c o r r i s p o n d e n t e m e n t e p i ù basso. È d ' a l t r o n d e p u r e persuasivo, che anche i vari m a t e r i a l i stessi usati nella costruzione come p u r e il disegno stesso del freno a b b i a n o u n ' i m p o r - tanza f o n d a m e n t a l e sulle possibilità di dissipazione del calore generato d u r a n t e la f r e n a t u r a . E non p e r u l t i m o , grandissima i m p o r t a n z a ha il m a t e r i a l e stesso di cui è composta la guarnizione d ' a t t r i t o ;

poichè non t u t t i questi m a t e r i a l i d ' a t t r i t o , a p a r i t à di sviluppo di c a l o r e , a m m e t t o n o o r i c h i e d o n o u n a stessa pressione p e r g a r a n t i r e u n a ammissibile du- r a t a .

A v a l u t a r e t u t t i questi fattori in m o d o esatto e stabilire l'efficienza di frenatura da essi d i p e n d e n t e , non p u ò p e r t a n t o che esser c o m p i t o del costruttore stesso, il q u a l e , d o p o il calcolo, deve cercare con- ferma in u n a serie di esperienze sistematicamente eseguite.

A p p a r e perciò da t u t t e queste considerazioni fuori d u b b i o , che la p r o p o s t a di stabilire l'efficienza di frenatura di un veicolo prescrivendo d e t e r m i n a t i valori di p.v, è inaccettabile.

Da q u a n t o fin qui detto e m e r g e a n z i t u t t o chiaro il fatto che il p r o b l e m a va t r a t t a t o in d u e capitoli : 1) prescrizioni r i g u a r d a n t i il d i m e n s i o n a m e n t o dei freni p e r g a r a n t i r e un dato grado d'efficienza dei veicoli da c o s t r u i r e ;

2) prove p r a t i c h e r i g u a r d a n t i il controllo del- l'efficienza di frenatura dei veicoli già costruiti.

Il p r i m o caso che a b b i a m o p i ù sopra t r a t t a t o e che r i g u a r d a la formula a t t u a l m e n t e in vigore della

(2) ATA, Ricerche, luglio 1951: Wolf - «L'efficienza di frenatura ».

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e con le rispettive sostituzioni:

nel Caso A1

(11)

d o v e Pt = peso t o t a l e a pieno carico del veicolo (kg) St = superficie complessiva di t u t t e le guarnizioni dei freni a z i o n a n t i t u t t e le r u o t e (cm2)

V = velocità all'inizio della f r e n a t a a fondo (cioè fino al r a g g i u n g i m e n t o della ve- locità 0) ( k m / h )

p = pressione specifica m e d i a sulle ganasce (kg/cm2)

v = velocità di s t r i s c i a m e n t o fra t a m b u r o freni e g a n a s c e all'inizio della f r e n a t a (m/sec).

Voler prescrivere dei valori di p.v fissi per. t u t t a u n a gamma di tipi di veicoli, vuol ora d i r e :

1) A m m e t t e r e u n a pressione m e d i a fra c e p p o freno e t a m b u r o , u g u a l e t a n t o alle r u o t e a n t e r i o r i , come a quelle p o s t e r i o r i .

2) A m m e t t e r e u n a pressione m e d i a fra c e p p o freno e t a m b u r o , costante lungo t u t t a l'estensione di contatto delle guarnizioni.

Da q u a n t o già accennato all'inizio, il p u n t o 1 in realtà n o n p u ò sussistere n e m m e n o approssima- t i v a m e n t e e basta fare un semplice calcolo p e r con- vincersi della verità di questa asserzione. Sia ad es. : G = 7335 k g ; L = 3350 m m ; e = 1300 m m ; i=1240 m m ; avremo allora i carichi statici: Qa = 2720 sulle r u o t e a n t e r i o r i , e Qp = 4615 kg sulle suote poste- r i o r i ; a m m e t t i a m o possibile u n a frenatura t a l e , d a risultare la forza frenante t o t a l e : μ•G = 0,7•7335 =

= 5130 kg (caso limite); a questa frenata corrisponderebbe un incremento di carico dinamico di 1990 kg, che va aggiunto alle ruote anteriori, e detratto dalle ruote posteriori. Avremo così un carico di fre- n a t u r a alle r u o t e a n t e r i o r i di Qa din = 4710 kg e alle r u o t e posteriori di Qp d i n = 2 6 2 5 k g . A m m e t t i a m o p u r e u n a frenata m e n o p o t e n t e di quella ora calcolata, ad es. eseguita con u n a forza di frenatura del

50% soltanto rispetto alla p r i m a ; allora il q u a d r o cambia come segue :

forma : (con a = 70 e 65), r i e n t r a n e l capitolo 2.

La seconda p r o p o s t a t r a t t a t a , quella della p r e - scrizione di un d e t e r m i n a t o valore di p.v, r i e n t r a n e l capitolo 1. V o l e n d o fare le cose p e r b e n e , u n a prescrizione dovrebbe n a t u r a l m e n t e i m p e g n a r e t a n t o il capitolo 1, come il capitolo 2. Quello che in effetti p e r ò , e in fin fine, conta, sono le prove p r a - t i c h e ; ed è in questo senso che le legislazioni dei vari paesi finora h a n n o g u a r d a t o di risolvere il p r o - b l e m a . È u n a soluzione fin q u i accettata, ma che n a t u r a l m e n t e , come già d e t t o , n o n p u ò essere, da sola, perfetta. D ' a l t r o n d e anch'essa offre le sue dif- ficoltà, essendo u n ' e s a t t a misurazione dell'efficienza della frenatura p r a t i c a m e n t e cosa n o n t a n t o semplice, la quale richiede u n ' a t t r e z z a t u r a , che risulta sempre a n c o r a suscettibile di p e r f e z i o n a m e n t i .

Come accennato all'inizio di questo lavoro, u n a prescrizione che volesse stabilire l'efficacia della fre- n a t u r a di un autoveicolo fin d a l l ' i m p o s t a z i o n e del p r o g e t t o , d o v r e b b e t e n e r conto a n c h e dei dati geo- metrici del veicolo. Ma ciò n o n basta a n c o r a . Come è stato dimostrato in altro luogo (2), si presenta nello studio della f r e n a t u r a dei veicoli i n o l t r e la n e - cessità di distinguere 3 diversi « Casi », che sono stati definiti come il « Caso A1 », il « Caso A2 » e il

« Caso B ». Secondo queste definizioni il « Caso A1 », esiste q u a n d o in un veicolo, alla massima fre- n a t a , bloccano p e r p r i m o le r u o t e a n t e r i o r i ; è dato il « Caso A2 », q u a n d o , alla massima frenata, bloc- cano p e r p r i m o le r u o t e p o s t e r i o r i ; il « Caso B » è d a t o , q u a n d o alla massima frenata bloccano contem- p o r a n e a m e n t e le r u o t e a n t e r i o r i e le ruote poste-

(3)

r i o r i . Q u e s t ' u l t i m o « Caso B » r a p p r e s e n t a p e r t a n t o il caso ideale, poichè ad esso corrisponde la frenata limite a completa a d e r e n z a , oltre alla quale a n c h e t e o r i c a m e n t e n o n è possibile f r e n a r e .

Questi t r e « Casi » stanno con il grado d'effi- cienza di frenatura Η, già in antecedenza definito, nei seguenti r a p p o r t i :

Il « Caso », al quale un d a t o veicolo p e r un dato coefficiente d ' a t t r i t o μ a p p a r t i e n e , si stabilisce dalla relazione-condizione :

Caso A2

Caso B Caso A¹

(15)

dove s* = spazio di f r e n a t u r a m i n i m o teorico del Caso B

S = spazio di f r e n a t u r a m i n i m o realizzabile in u n o dei d u e Casi A (con relativo indice)

della forza frenante alle r u o t e posteriori F^p = forza frenante alle r u o t e posteriori Fa = forza frenante alle r u o t e anteriori

Se l'η così calcolata con l'introduzione dei rispet- tivi valori n u m e r i c i risulta m i n o r e di 1, a b b i a m o il

« Caso A2 »; se risulta maggiore di 1, a b b i a m o il

« Caso A1 »; se è u g u a l e ad 1, allora a b b i a m o il

« Caso B ». Come visto p i ù avanti, fra η e x esiste la relazione già riportata nella (10).

N o r m a l m e n t e i veicoli, come oggi costruiti, a p - p a r t e n g o n o al Caso A2 finchè il coefficiente d ' a t t r i t o μ fra ruote e terra s'aggira intorno a valori nor- mali ( 0 , 6 ÷ 0 , 7 ) . E vediamo ad es. dalla (13), che p e r un costante valore di μ e ripartizion e ξ fissa, il grado d'efficienza di frenatura η r i m a n e costante e i n d i p e n d e n t e dalla velocità V. P a r r e b b e così, in u n p r i m o m o m e n t o , allettante l ' i d e a d i p o t e r p r e - scrivere l'efficienza di frenatura di un veicolo stabi- lendo un certo valore di η p e r un determinat o va- lore di μ, dal quale il costruttore sarebbe costretto a ricavare [dalla (13)] la necessaria ripartizione della potenza di frenatura alle rispettive ruote a n t e r i o r i e posteriori. Senonchè, riferire il valore η ad un coefficiente d'attrito μ fisso, vorrebbe d ' a l t r o n d e Fig. 2. - Diagramma di frenatura (Questa rappresentazione ed i relativi calcoli per l'univocità delle definizioni formano proposta di unificazione).

Fig. 3. - « Freno Standard » schematizzato. Qui non è rappresentata l'apparecchiatura scrivente le curve v/t e v/s citata nel testo.

1. Pompa - 2. Servofreno - 3. Serbatoio di lavoro (press. ridotta costante) - 4. Valvola comando rapido. - 5. Contachilometri - 6. Cronometro - 7. Innesto contachnometri -8. Trasmissione flessibile contachilometri - 9. Fusibile per comando d. 4 - 10. R e g o a t o r e riduttore pressione

- 11. Bombola aria compressa (alta pressione) - 12. Tubazione con raccordo speciale per attacco alla pompa.

dire prescrivere un'efficienza di frenatura b u o n a p e r quel dato coefficiente d ' a t t r i t o preso in considerazione, ma forse inammissibile p e r un a l t r o , che sia più basso o p i ù a l t o .

P r a t i c a m e n t e ciò si r i v e l e r e b b e , ad e s . , dalla insufficiente frenatura alle frenate p r e c a u t e su ter- reno scivoloso. P e r avere un grado d'efficienza di frenatura costante in t u t t e le situazioni, cioè p e r t u t t i i gradi d'azione del freno, vale a dire a n c o r a su t u t t i i t e r r e n i con coefficienti d ' a t t r i t o μ p a r t e n t i dallo zero fino ad un massimo, l'aliquota di ripar- tizione ξ della forza frenante alle ruote anteriori e posteriori dovrebbe essere non costante, ma variabile secondo u n a legge, che è stata p u r e determinata in a l t r o luogo (3).

Volendo evitare u n a tale complicazione e prefe- r e n d o accettare u n compromesso, n e l quale u n a ri- partizione ξ fissa o p p o r t u n a m e n t e scelta soddisfi in m o d o accettabile le esigenze e n t r o l ' i n t e r o campo d'esercizio previsto, occorre valersi di qualcosa di più delle sole formule (12) e (13), e cioè di un sistema, n e l quale sia messo in evidenza, fra altro ed in m o d o p a r t i c o l a r e , la variabile μ.

Questo sistema è dato con il diagramma che ri- p o r t i a m o (come esempio), in fig. 22)). Un procedi- m e n t o di calcolo a d e g u a t o , che tiene n a t u r a l m e n t e conto del « Caso » al quale il veicolo considerato a p -

(3) ATA n. 8-1949, Wolf - « La legge di ripartiz. della potenza frenante ».

p a r t i e n e , p e r m e t t e di calcolare le curve nei q u a t t r o q u a d r a n t i , e queste offrono u n a visuale completa del f u n z i o n a m e n t o e dell'efficienza del freno sull'intero c a m p o del possibile esercizio, p e r m e t t e n d o il confronto assoluto e univoco delle prestazioni di frenatura fra i diversi veicoli ed i diversi sistemi di frenatura in esame. La curva di p a r a g o n e è la curva segnata con asterisco*e si riferisce al caso ideale B. Nel q u a d r a n t e I le curve indicano gli spazi di f r e n a t u r a in funzione degli sforzi esercitati sul p e d a l e freno ( s ' i n t e n d o n o s e m p r e gli sforzi massimi possibili al limite d ' a d e r e n z a delle rispettive ruote p e r frenata a fondo). N e l q u a d r a n t e II le curve r a p p r e s e n t a n o gli spazi di frenatura in funzione dei coefficienti d ' a t t r i t o . Il q u a d r a n t e I I I contiene le curve r a p p r e s e n t a n t i gli spazi di frenatura

« p e r d u t i » x in funzione del coefficiente d ' a t t r i t o μ. Ed infine nel q u a d r a n t e IV, la curva degli η in funzione di x. Soltanto p e r la curva ideale * del q u a d r a n t e I I , la rispettiva curva nel q u a d r a n t e I I I si identifica con la ordinata degli μ stessa, essendo in questo « Caso B » sempre x=O, e η = 1 . P e r t u t t i gli altri casi invece, deve sempre esistere u n a curva nel q u a d r a n t e I I I , c h e p i ù o m e n o si scosta da questa o r d i n a t a degli μ ( a d es. le curve 1 e 2 nella fig. 2), ad eccezione di un solo p u n t o p e r un d e t e r m i n a t o valore di μ, p e r il quale il rispettoso

« Caso A » diventa il « Caso B ». P i ù queste curve si accostano p e r ò a detta o r d i n a t a , t a n t o p i ù efficace risulta il freno. Basandosi d u n q u e su u n ' a l i -

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Nel caso

nel caso

(12) (13)

(14)

a l i q u o t a di r i p a r t i z i o n e

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ATTI E RASSEGNA TECNICA DELLA SOCIETÀ DEGLI INGEGNERI E DEGLI ARCHITETTI IN TORINO-NUOVA SERIE - ANNO 7 - N. 4 - APRILE 1953

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quota ξ, fissa (il che corrisponderebbe alla prassi oggi normale), occorrerebbe fissare ad es. un campo nel q u a d r a n t e I I I , come delimitato a modo d'esem- pio con la linea tratteggiata B in fig. 2, entro il quale dovrebbero essere contenute le curve dei freni ammessi ; di questi risulterebbe così garantito a p r i o r i un grado d'efficienza di frenatura η, varia- bile si, in funzione del coefficiente d'attrito μ, ma soltanto entro quei limiti, che sarebbero stati sta- biliti di comune accordo, dei quali il massimo però sarebbe s e m p r e il valore ideale 1.

Passando ora al p r o b l e m a del capitolo secondo, quello che r i g u a r d a le prove p r a t i c h e ossia il controllo s p e r i m e n t a l e dell'efficienza di frenatura degli autoveicoli già costruiti, possiamo anzitutto dire che esso in effetti consiste nella m i s u r a z i o n e p i ù esatta possibile della decelerazione conseguita d u r a n t e la f r e n a t u r a .

Sono stati a tale scopo già p r o p o s t i degli a p p a - recchi che p e r m e t t o n o la lettura diretta del valore della decelerazione di un veicolo frenato. P e r ò , fi- n o r a questi a p p a r e c c h i n o n h a n n o ancora raggiunto u n a perfezione t a l e , da g a r a n t i r e risultati sufficien- t e m e n t e esatti. Maggior esattezza si ottiene serven- dosi del mezzo i n d i r e t t o , m i s u r a n d o cioè il t e m p o e lo spazio di f r e n a t u r a , che r a p p r e s e n t a n o grandezze d i r e t t a m e n t e accessibili. È questo a n c h e il m e t o d o , che finora è stato preferito dalla maggio- ranza degli s p e r i m e n t a t o r i .

Nota è la r u o t a « Peiseler », c h e , trascinata dal veicolo, registra attraverso un c o n t a c h i l o m e t r i lo spazio percorso. M e d i a n t e un c o m a n d o a B o w d e n o elettrico, il contachilometri viene inserito nel- l'istante in cui viene azionato il freno. C o n t e m p o r a - n e a m e n t e si inserisce p u r e un c r o n o m e t r o , che per- m e t t e la l e t t u r a del t e m p o della frenata. La velocità del veicolo all'inizio della frenata p u ò essere o letta o registrata a u t o m a t i c a m e n t e dal t a c h i m e t r o .

Un m e t o d o p i ù sbrigativo, e n a t u r a l m e n t e a n c h e m e n o preciso, è quello di a z i o n a r e il freno in un d e t e r m i n a t o p u n t o di m a r c a z i o n e della strada e di m i s u r a r e poi il percorso c o m p i u t o dal veicolo du- r a n t e la f r e n a t u r a .

In tutti questi casi, il freno viene s e m p r e azio- n a t o dal conducente stesso, m e n t r e le altre misura- zioni vengono c o m p i u t e da un a c c o m p a g n a t o r e . È ovvio, c h e , n o n essendo possibile u n a perfetta sin- cronizzazione fra le diverse m a n o v r e , anche i risultati ne devono risentire di tale imperfezione. Inol- t r e , è u m a n a m e n t e impossibile azionare, n e l ripe- t e r e le p r o v e , il freno s e m p r e con la stessa forza, e t a n t o m e n o ancora, se alle prove p a r t e c i p a n o diverse persone. Poichè p e r un u o m o grosso e robusto ad es. 110 kg sul p e d a l e possono essere u n o sforzo m e d i o , m e n t r e p e r u n ' a l t r o , m e n o grosso e r o b u s t o , solo 80 kg possono già significare u n o sforzo n o n indifferente.

P e r offrire dei risultati esatti che p e r m e t t a n o confronti e non a m m e t t i n o d u b b i e contestazioni, è chiaro che l ' a p p a r e c c h i a t u r a di prova e di con-

trollo d o v r e b b e funzionare c o m p l e t a m e n t e a u t o m a - t i c a m e n t e , e d o v r e b b e esser composta di p a r t i nor- malizzate, stabilite ed accettate p e r convenzione.

Una p r o p o s t a di questo genere illustreremo q u i di seguito.

L ' a p p a r e c c h i a t u r a necessaria, d e n o m i n a t a « F r e - no s t a n d a r d », è r a p p r e s e n t a t a schematicamente in fig. 3 e p u ò esser r a g g r u p p a t a in un unico complesso, o esser composta di p a r t i staccate, da sistemare di volta in volta a secondo delle necessità. Il g r u p p o come r a p p r e s e n t a t o in fig. 3 viene installato n e l suo insieme in un posto p i ù a d a t t o dell'autoveicolo da p r o v a r e . Questo « F r e n o s t a n d a r d » consiste delle seguenti p a r t i p r i n c i p a l i :

1) u n a p o m p a freno;

2) un servofreno p n e u m a t i c o (od a l t r o ) ;

3) un serbatoio d ' a r i a compressa (pressione ri- d o t t a , standardizzata ad un certo valore, ad es.

6 at, o a diversi valori, regolabili a seconda del veicolo da p r o v a r e ) ;

4) u n a valvola p n e u m a t i c a (o elettrica) p e r co- m a n d o r a p i d o del servofreno;

5) un c o n t a c h i l o m e t r i ;

6) un c r o n o m e t r o (azionato c o n t e m p o r a n e a m e n t e con 7);

7) un c o m a n d o p n e u m a t i c o (o elettrico) p e r l'innesto e il disinnesto del c o n t a c h i l o m e t r i ( i n n e - sto c o n t e m p o r a n e o con 2);

8) u n a trasmissione flessibile attacco t a c h i m e t r o veicolo (o alla r u o t a « Peiseler »);

9) un p u l s a n t e a t e l e c o m a n d o p e r c o m a n d o valvola 4;

10) un r i d u t t o r e e regolatore pressione aria n e l serbatoio 3 ;

11) u n a b o m b o l a aria (o gas) compressa con t u b a - zione di collegamento con 3;

12) u n a t u b a z i o n e con raccordo speciale e m a n o - m e t r o p e r collegamento alla p o m p a freno del veicolo.

L ' a r i a (o gas) ad alta pressione c o n t e n u t a nella b o m b o l a 11 arriva attraverso la valvola di r i d u z i o n e e di regolazione 10 nel serbatoio 3, dove la pressione viene m a n t e n u t a costante al valore prescelto.

Il g r u p p o intero « F r e n o s t a n d a r d » viene installato sul veicolo da p r o v a r e , e la t u b a z i o n e 12 viene con- nessa con raccordo speciale alla p o m p a freno (4) del veicolo. Eseguita l'installazione, viene effettuato il r i e m p i m e n t o e lo spurgo d e l l ' i m p i a n t o i d r a u l i c o .

(⁴) È bene normalizzare anche questo attacco come lun- ghezze del tubo e come punto di collegamento, per elimi- nare falsature in seguito a diverse resistenze idrauliche deri- vanti da variazioni nella scelta arbitraria di questi fattori.

Si regola q u i n d i la pressione r i d o t t a n e l serbatoio 3 in m o d o c h e , facendo funzionare il servofreno, ri- sulti nella linea di frenatura ( m a n o m e t r o 12') la pressione di lavoro prescritta. M e d i a n t e u n a tabella di conversione, calcolo o t a r a t u r a del m a n o m e t r o 10' ( c h e r i s p o n d e alla pressione in 3), si p u ò stabilire la pressione di linea 12' a n c h e dalla l e t t u r a diretta a l m a n o m e t r o 10'. I l m a n o m e t r o 1 0 " indica la pressione nella b o m b o l a 1 1 .

Azionando il p u l s a n t e 9 a distanza, si a m m e t t e (nel nostro esempio) aria compressa nella valvola di c o m a n d o r a p i d o 4, la quale distribuisce contem- p o r a n e a m e n t e aria compressa al servofreno 2, all'innesto 7 del contachilometri 5 e al c o m a n d o del cro- n o m e t r o . Ha così c o n t e m p o r a n e o inizio la frena- t u r a (con forza s e m p r e u g u a l e e costante), la misurazione del t e m p o n o n c h è quella dello spazio percorso dal veicolo fino al suo a r r e s t o . Conviene fare il c o m a n d o 9-4'-4 in m o d o , che il « F r e n o s t a n d a r d » funzioni soltanto finchè si p r e m e sul p u l s a n t e 9 ' , così da p o t e r disinserire la frenatura in caso di ne- cessità col solo smettere della pressione sul p u l - sante e d o m i n a r e in tal m o d o ogni situazione i m p r e - vista che potesse verificarsi d u r a n t e la prova. La p o m p a freno del veicolo, p o t e n d o r i m a n e r e s e m p r e inserita, conserva a n c h e d u r a n t e la prova la sua piena efficacia e p u ò venir azionata dal p e d a l e indi- p e n d e n t e m e n t e e in qualsiasi m o m e n t o senza alcun r i g u a r d o alla a p p a r e c c h i a t u r a di prova installata.

Col cessare della pressione sul p u l s a n t e 9 ' , si di- sinnesta p u r e il c r o n o m e t r o 6. Nel disinnestare il c r o n o m e t r o a fine della prova, cioè nell'azione necessaria p e r eseguire questo c o m a n d o nell'esatto istante in cui il veicolo si ferma, r i m a n e l ' u n i c o

« fattore u o m o » ancora richiesto in questa a p p a r e c - c h i a t u r a . Ma siccome d ' a l t r o n d e il m o m e n t o d e l l ' a r - resto p u ò esser p e r c e p i t o m o l t o b e n e e senza diffi- coltà, l'esattezza che ne risulta è p i ù che sufficiente (a velocità elevata ad es. d u r a n t e 1/4 di sec. il veicolo p u ò p e r c o r r e r e un percorso rilevante, a velocità vicino allo zero invece no) p e r cui questo fatto non p u ò p r e o c c u p a r e .

Un u l t e r i o r e perfezionamento di questa a p p a - recchiatura « F r e n o s t a n d a r d », che a u t o m a t i c a - mente elimina a n c h e questo t r a s c u r a b i l e inconve- n i e n t e (se inconveniente si p u ò c h i a m a r l o ) , p r e v e d e l'applicazione s u p p l e m e n t a r e d i u n a p p a r e c c h i o scrivente che registra c o n t e m p o r a n e a m e n t e la curva velocità-tempo e velocità-spazio, così da risultare d o c u m e n t a t a la prova a n c h e con il relativo grafico.

Q u e s t ' u l t i m o p r o c e d i m e n t o s a r e b b e n a t u r a l m e n t e quello da preferire s e m p r e , poichè dal grafico si possono rilevare t u t t e le eventuali a n o m a l i e verifi- cantisi d u r a n t e la f r e n a t u r a , vale a dire le variazioni della decelerazione che sono a loro volta indice delle variazioni del coefficiente d ' a t t r i t o μ fra cepp i freno e t a m b u r i . Senza questa registrazione grafica, come risultato finale delle prove, si otterrebbe natural-

Fig. 4. - Prova dell'efficienza di frenatura mediante trascinamento (o spinta).

mente soltanto lo spazio di frenatura e una decelerazione media ottenuta p e r mezzo di calcolo, divi- dendo cioè la velocità iniziale p e r il t e m p o misurato.

P e r u l t i m o r i p o r t i a m o ancora u n ' a l t r a p r o p o s t a come s a r e b b e possibile effettuare le prove p e r la de- t e r m i n a z i o n e dell'efficienza della frenatura dei veicoli. T i p o di p r o v a , c h e , con m o d a l i t à convenzionali a d e g u a t e b e n definite, s a r e b b e p u r e idonea a risolvere il p r o b l e m a in m o d o soddisfacente. Ci rife- r i a m o alla fig. 4. Un veicolo A t r a i n a (o spinge) il veicolo B in prova. Il dispositivo di collegamento fra i due veicoli ( o p p o r t u n a m e n t e u n a b a r r a rigida o un p o n t e ) contiene inserito un dinamografo C, ed e v e n t u a l m e n t e p u r e u n a a p p a r e c c h i a t u r a scrivente gli altri fattori di misurazione desiderati. Le m o d a - lità di prova p o t r e b b e r o essere diverse, come ad es. : frenatura costante a velocità massima o m e d i a costante p e r un d e t e r m i n a t o t e m p o o percorso su strada « t i p o » p e r f e t t a m e n t e in p i a n o ; f r e n a t u r a i n t e r m i t t e n t e (con t e m p i da stabilire) a velocità costante (in questo caso il m o t o r e del veicolo t r a i n a n t e dovrebbe essere regolato da un regolatore centrifugo a giri costanti); t r a s c i n a m e n t o a t u t t a potenza del m o t o r e , frenatura a l t e r n a t a da zero ad un massimo, p e r u n d e t e r m i n a t o n u m e r o d i volte, v a r i a n d o la velocità di m a r c i a e n t r o limiti da stabilire (in questo caso il m o t o r e del veicolo d o v r e b b e essere sprovvisto di regolatore centrifugo e a d e g u a r e il N.

di giri alla resistenza opposta d a l grado di frenatura del veicolo trascinato (in questo caso s a r e b b e a p - p r o p r i a t o u n veicolo r i m o r c h i a t o r e m u n i t o d i con- vertitore di c o p p i a i d r o d i n a m i c o ) ; e a l t r e ancora.

Va n o t a t o , che la b a r r a di collegamento dei d u e veicoli deve essere applicata in altezza del b a r i c e n t r o del veicolo da p r o v a r e , che a l t r i m e n t i i risultati delle prove r i s u l t e r e b b e r o falsati rispetto alla r e a l t à ; inoltre agli sforzi di t r a i n o m i s u r a t i d u r a n t e la fre- n a t u r a d o v r a n n o esser d e t r a t t i quelli della n a t u r a l e resistenza al r o t o l a m e n t o del veicolo.

Come già d e t t o , prescrivere dati che r i g u a r d a n o il progetto stesso dei freni c o m p o r t a necessariamente certe complicazioni, che g e n e r a l m e n t e , p e r ora, si v o r r e b b e evitare. Quello che in fin fine conta, è p o t e r p r o v a r e c h e un freno esistente assolva al suo compito in m o d o soddisfacente. A questo possono servire egregiamente a p p a r e c c h i a t u r e di prova per- fezionate, se i m p i e g a t e con m o d a l i t à o p p o r t u n a - m e n t e e l a b o r a t e .

Maurizio Wolf

FIAT - Direzione Uffici Tecnici Autoveicoli Dip. Sviluppi e Ricerche.

La frenatura degli autoveicoliEsposizione del problema nella sua essenza con riguardo all'aggiornamento delle prescrizioni ministerialisul controllo dell'efficienza della frenatura attualmente in discussione sul piano nazionale ed internazionale.

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