Free Press

di James Walker, Jr. di scR motorsports

Da qualche parte su questo sito abbiamo discusso (in doloroso dettaglio alcuni aggiungerebbero) l’importanza del bias anteriore-posteriore, o equilibrio dei freni, e come la sua ottimizzazione può portare a migliori prestazioni di frenata. Tuttavia, un fattore critico nello stabilire il bias – la valvola meccanica di proporzionamento della pressione dei freni – è stato lasciato fuori dalla discussione. Dopo tutto, si può solo prendere tanto di questo discorso di polarizzazione dei freni in una sola seduta.

Detto questo, siamo tornati per condividere le complessità di come la pressione dei freni è distribuita alla parte anteriore e posteriore del veicolo. Ancora più importante, ci auguriamo che si prende la comprensione che la sostituzione, la modifica, o semplicemente armeggiare con la valvola di dosaggio può fare più male che bene. Mentre non è proprio magia nera, ci sono un sacco di opportunità per gettare il sistema in disordine senza nemmeno saperlo.

Di conseguenza, offriamo questo rapido sguardo in questi dispositivi e i loro fratelli meccanici. Una piccola quantità di conoscenza può produrre benefici sorprendenti, non ultimo dei quali è evitare brutte sorprese.

Controllo della pressione dei freni posteriori

In generale, ci sono tre modi per gestire la pressione dei freni posteriori: lasciarla stare, renderla proporzionale alla pressione dei freni anteriori, o controllarla in un modo che combina queste due strategie.

Strategia 1: Lasciar perdere

Se non si usasse nessun dispositivo per modificare la pressione del freno posteriore, allora, come mostrato nella figura A, la pressione del freno anteriore e quella del freno posteriore sarebbero sempre uguali. Naturalmente, questo è il modo più semplice per affrontare il problema, ma al fine di prevenire la distorsione posteriore in tutte le condizioni, il freno posteriore stesso dovrebbe essere assolutamente minuscolo.

Come si può immaginare, questa non è una soluzione realistica e non si trova nel mondo reale.

Strategia 2: Vero Proporzionamento

Il vero proporzionamento, come mostrato nella figura B, avrebbe come risultato che la pressione dei freni posteriori sarebbe linearmente proporzionale alla pressione dei freni anteriori in tutte le condizioni. Per quanto possa sembrare ironico, le “valvole di proporzionamento” non forniscono questo tipo di controllo, in quanto non sono i dispositivi puramente proporzionali che il loro nome implica.

Questo tipo di regolazione della pressione è certamente possibile da ottenere, ma richiede tipicamente cilindri master in tandem e un leveraggio di reazione regolabile, la stessa configurazione che si trova su quasi tutte le auto da corsa costruite appositamente oggi.

Sui veicoli così equipaggiati, il rapporto di proporzionamento è ottenuto attraverso una combinazione di selezione del diametro del pistone del cilindro maestro e la regolazione di un leveraggio meccanico di reazione che collega i due cilindri maestri. Conosciuta anche come barra di reazione, la geometria del leveraggio determina la distribuzione della forza anteriore-posteriore proveniente dal gruppo pedale del freno. Il vantaggio significativo di questa configurazione è che una barra di polarizzazione può essere progettata in modo tale che il conducente possa regolare il rapporto di proporzionamento anteriore-posteriore mentre è in velocità.

Nell’esempio mostrato di seguito, una regolazione della barra di polarizzazione di 0,010 pollici si traduce in un aumento della forza del cilindro di ingresso della pompa anteriore da 125lb a 133lb. Allo stesso tempo, la forza d’ingresso del cilindro master posteriore scende da 125lb a 117lb.

Il controllo in tempo reale del pilota sul bias rende le regolazioni per il cambiamento delle condizioni della pista o del carico di carburante praticamente senza sforzo. La complessità di questo design lo rende altamente impraticabile per l’uso su strada, ma in pista semplicemente non può essere battuto per la facilità di regolazione.

Strategie combinate – La valvola di proporzionamento dal nome sbagliato

Le valvole di proporzionamento convenzionali dovrebbero essere chiamate “regolatori della forza frenante” o “valvole di regolazione della pressione dei freni”. Mentre il loro nome potrebbe implicare un vero controllo proporzionale, in realtà forniscono una combinazione del controllo trovato nelle figure A e B.

Fino a certe pressioni, queste valvole permettono una pressione uguale a entrambi i freni anteriori e posteriori (à la figura A). Tuttavia, una volta raggiunto un punto di pressione prestabilito (600 psi nell’esempio), la pressione del freno posteriore continua a crescere, ma a un ritmo più lento (o pendenza) della pressione del freno anteriore. La figura C ce lo mostra abbastanza chiaramente.

Guardando i diagrammi, si può vedere che è possibile progettare sia un sistema di tipo B che un sistema di tipo C che alla fine danno lo stesso equilibrio dei freni nel punto di massima decelerazione. (Si noti che le figure B e C generano entrambe 950 psi di pressione della linea del freno posteriore quando la pressione della linea del freno anteriore è a 2000 psi.)

Tuttavia, si può anche vedere che i sistemi di tipo C – quelli che usano valvole di dosaggio – possono portarci più vicini all’equilibrio ottimale a livelli di decelerazione più bassi. Questo beneficio è relativamente insignificante in un’applicazione da corsa, poiché il veicolo funziona sempre alle massime decelerazioni, ma è di grande vantaggio sulla strada.

In tante parole, la valvola di dosaggio ci permette di guidare in città in condizioni di equilibrio dei freni ottimizzato (buono per la vita delle pastiglie dei freni anteriori) ma anche di tenere tutto sotto controllo quando abbiamo bisogno della massima frenata (buono per la stabilità).

A causa delle loro dimensioni compatte e del loro costo relativamente basso, questi dispositivi possono essere trovati su quasi tutti i veicoli che richiedono una riduzione della pressione dei freni posteriori per ottenere un bilanciamento ottimale dei freni. Le tipiche autovetture e le auto da corsa di serie rientrano perfettamente in questa categoria.

Valvole di proporzionamento a rilevamento dell’altezza

Le valvole di proporzionamento di alcuni veicoli fanno un passo in più, poiché il punto del ginocchio sul grafico può variare con la quantità di peso sull’asse posteriore. In effetti, quando il peso dell’asse posteriore aumenta, un collegamento tra l’asse e il corpo viene compresso. Questo collegamento agisce su una camma all’interno della valvola di dosaggio che aumenta il precarico della molla della valvola di dosaggio. Il risultato finale è che una maggiore frenata posteriore (bias) è consentita man mano che il peso viene aggiunto all’asse posteriore, aiutando a sfruttare la maggiore trazione ora disponibile alle gomme posteriori. La figura D illustra questa relazione abbastanza chiaramente.

Così, si può regolare la valvola di proporzionamento?

Credeteci o no, in quasi tutti i casi le valvole OEM sono ben abbinate al sistema frenante originale e non dovrebbero essere manomesse, poiché non ci sono parti interne che possono essere modificate da proprietari ambiziosi. Sfortunatamente, alcune sono regolabili esternamente, quindi la tentazione di armeggiare è proprio lì davanti a noi!

Un punto su cui riflettere è che, essendo un dispositivo meccanico, le valvole di dosaggio devono essere progettate come miglior compromesso per l’uso in tutte le condizioni. Alta velocità, bassa velocità, scenari di veicoli a pieno carico e vuoti devono essere tutti valutati e compresi nella progettazione della valvola di dosaggio.

Ovviamente se avete modificato il vostro veicolo in un modo che ha un impatto sulla polarizzazione anteriore-posteriore, potreste essere fuori dal campo sinistro! Come ripasso dal nostro articolo sulla distorsione, riproporremo gli elenchi delle modifiche che possono influenzare la distorsione anteriore-posteriore.

Fattori che aumentano il bias anteriore:

• Aumento del diametro del rotore anteriore
• Aumento del coefficiente di attrito delle pastiglie dei freni anteriori
• Aumento del diametro dei pistoni delle pinze anteriori
• Riduzione del diametro del rotore posteriore
• Riduzione del coefficiente di attrito delle pastiglie dei freni posteriori
• Riduzione del diametro dei pistoni delle pinze posteriori
• Basso centro di gravità (es.e. veicolo abbassato)
• Più peso sull’asse posteriore (cioè carico)
• Meno peso sull’asse anteriore
• Gomme meno appiccicose (limite di decelerazione più basso)

Fattori che aumenteranno la polarizzazione posteriore:

• Aumento del diametro del rotore posteriore
• Aumento del coefficiente di attrito della pastiglia del freno posteriore
• Aumento del diametro del pistone della pinza posteriore
• Riduzione del diametro del rotore anteriore
• Riduzione del coefficiente di attrito della pastiglia del freno anteriore
• Riduzione del diametro del pistone della pinza anteriore
• Centro di gravità più alto (es.e. veicolo sollevato)
• Meno peso sull’asse posteriore (cioè senza carico)
• Più peso sull’asse anteriore
• Più gomme appiccicose (limite di decelerazione più alto)

Modifiche al dosaggio

Potremmo iniziare questa sezione dicendo chiaramente che non si dovrebbe modificare la valvola di dosaggio. Ma che divertimento ci sarebbe? In tutta serietà, apportare modifiche alla valvola di proporzionamento per influire sull’inclinazione dei freni dovrebbe essere lasciato a coloro che hanno gli strumenti e i dispositivi di misurazione appropriati, ma se avete modificato il vostro veicolo in modo irriconoscibile, questa potrebbe essere la vostra unica soluzione per ripristinare un senso di corretta inclinazione del vostro sistema frenante.

Iniziamo qui con tre delle regole più basilari riguardanti l’installazione e la selezione della valvola di proporzionamento.

1. Se avete la necessità radicata di installare la vostra valvola di dosaggio regolabile, sappiate che non dovrebbe MAI essere installata se l’unità di fabbrica è ancora al suo posto. Le valvole di proporzionamento in serie tra loro possono fare cose brutte e imprevedibili!

2. Se avete la radicata necessità di installare una vostra valvola di proporzionamento regolabile, sappiate che non dovrebbe MAI essere installata in linea con i freni anteriori. L’effetto sarebbe quello di rendere il vostro veicolo con una polarizzazione posteriore prima che possiate dire “sovrasterzo terminale”. La pressione delle linee dei freni anteriori dovrebbe sempre essere lasciata sola – solo le pressioni posteriori dovrebbero essere considerate per il dosaggio.

3. In tutti i casi, l’equilibrio di base del sistema frenante deve essere vicino all’ottimizzazione per iniziare. Questo è l’unico modo in cui una valvola di dosaggio può essere efficacemente utilizzata. Non si dovrebbe mai presumere che la semplice aggiunta di una valvola di dosaggio risolverà tutte le condizioni di bias posteriore, poiché anche le migliori valvole di dosaggio devono essere ben adattate al veicolo di destinazione.

Selezione della valvola di dosaggio corretta per il vostro veicolo comporta non solo la selezione del punto corretto in cui inizia la limitazione della pendenza (il kneepoint), ma anche la selezione del tasso corretto con cui la pressione della linea del freno posteriore aumenta dopo quel punto (la pendenza). Quasi tutte le valvole di dosaggio regolabili sul mercato oggi hanno un punto di ginocchio regolabile (il punto in cui la pressione della linea del freno posteriore inizia a essere controllata), ma una pendenza fissa (la velocità con cui si sviluppa oltre il punto di ginocchio). Mentre un parametro è regolabile, entrambi sono critici per le prestazioni del sistema. Si noti che nella figura E le due curve hanno lo stesso punto di ginocchio, ma le pendenze variano notevolmente.

Come si fa a selezionare il punto di ginocchio e la pendenza giusti? Senza le risorse di test e misurazioni di una grande casa automobilistica, è quasi impossibile dirlo. Naturalmente, si potrebbe provare a trovare una soluzione che si ritiene appropriata, ma senza test in tutte le condizioni di carico, velocità e condizioni stradali potrebbe esserci una condizione operativa che aspetta solo di mordervi.

In breve, se vi trovate a pensare: “Mi chiedo come potrei scegliere la giusta valvola di dosaggio per la mia auto?” probabilmente non dovreste cambiarla voi stessi.

Proporzionamento elettronico: No Tampering Allowed

Come piccolo contorno alla valvola di dosaggio meccanica discussa qui, c’è un movimento in atto per sostituire la funzione della valvola di dosaggio con l’hardware che esegue la funzione ABS. Anche se questa non è ancora la norma, la maggior parte delle auto ad alte prestazioni hanno già questa caratteristica come equipaggiamento standard e si può prevedere con ragionevole certezza che la tendenza continuerà.

In base alle informazioni raccolte dai quattro sensori di velocità delle ruote dell’ABS, gli algoritmi del Dynamic Rear Proportioning (DRP) o Electronic Brake force Distribution (EBD) calcolano il rapporto di slittamento anteriore-posteriore dei quattro pneumatici. Poi, date soglie e parametri preimpostati, l’hardware dell’ABS può intervenire e modificare automaticamente la pressione dei freni che va alle ruote posteriori.

Perché il DRP e l’EBD si basano sullo slittamento reale delle ruote e non sulla pressione dei freni, questo tipo di proporzionamento posteriore è più flessibile e adattabile alle modifiche che si possono fare al proprio veicolo. È anche meno costoso, poiché l’OEM può ora rimuovere la valvola di proporzionamento meccanico dal veicolo e sostituire la sua funzione con altro hardware già a bordo.

Naturalmente, l’OEM non vuole che i proprietari armeggino con il loro proporzionamento anteriore-posteriore, e di conseguenza non c’è modo per l’appassionato di riprogrammare DRP o EBD per soddisfare i loro desideri. Naturalmente, se la polarizzazione anteriore-posteriore originale del veicolo è intatta, non c’è bisogno di riprogrammare comunque.

Pianificare saggiamente

In sintesi, c’è più della valvola di proporzionamento che incontra l’occhio. Dovreste fare ogni tentativo di pianificare e selezionare attentamente le vostre modifiche ai freni in modo da essere in grado di mantenere e raccogliere i benefici della valvola di dosaggio di serie. In altre parole, prestate attenzione a (e non allontanatevi troppo da) il bias di fabbrica in primo luogo e sarete avanti nel gioco.

Se per altri motivi siete costretti a rottamare lo stock e sostituirlo con un’unità aftermarket, sappiate che la selezione e la regolazione non sono per i non iniziati. Mentre c’è più di un modo per raggiungere il bilanciamento ottimale nel punto di massima decelerazione, senza la giusta quantità di know-how si potrebbero fare compromessi in condizioni di frenata parziale che non erano presenti con l’hardware di fabbrica.

Anche, ricordate che la semplice aggiunta o sostituzione di una valvola di proporzionamento potrebbe non essere sufficiente per rimediare a scenari di bias da caso limite. Un’adeguata pianificazione e una progettazione preliminare dovrebbero garantire che la polarizzazione del veicolo di base sia appropriata fin dall’inizio, consentendo alla valvola di dosaggio di essere usata correttamente come dispositivo di regolazione fine.

Si può fare in modo che la valvola di proporzionamento venga usata come un dispositivo di regolazione fine.