Investigation of frictionless brake systems analyzing their current and future use for automotive applications

Questa tesi magistrale in collaborazione con ITT ITALIA SRL riguarda l’analisi di sistemi di frenatura innovativi, in particolare concentrandosi sui sistemi senza attrito, allo scopo di definire lo stato dell’arte di queste tecnologie e comprenderne le tendenze future. L’aspetto chiave di questa tesi è individuato nell’unione di aspetti tecnici, analizzando come queste tecnologie operano, e aspetti di carattere aziendale, evidenziando rischi ed opportunità per le compagnie produttrici di sistemi frenanti. Ciò permette di comprendere dove allocare risorse per ricerca e sviluppo. Come primo passo viene fornita una panoramica sui principi della frenatura e sui principali sistemi di attuazione. Successivamente vengono trattati i freni convenzionali ad attrito come tamburo e disco, discutendo inoltre di un sistema innovativo ad attrito che sfrutta un fluido magnetoreologico. Ciò rappresenta una possibile soluzione per eliminare l’emissione di particolato dovuta all’usura. In seguito, i sistemi privi di attrito vengono studiati differenziando i dispositivi a dissipazione e a rigenerazione. Questi ultimi sono particolarmente utili per aumentare l’efficienza complessiva del veicolo. La frenata rigenerativa viene trattata considerando i principali vantaggi e svantaggi. Successivamente, viene proposto un confronto tra le tecnologie in termini di prestazioni frenanti utilizzando un modello semplificato di un veicolo passeggeri. Viene inoltre considerato il contesto produttivo per dare una panoramica sul mercato dei sistemi frenanti. L’analisi si concentra sulla prevista evoluzione di questo settore nei prossimi anni, in accordo con normative più stringenti e considerando l’impatto del Covid-19. Esempi più dettagliati di brevetti sono analizzati al fine di comprendere ulteriormente i percorsi intrapresi dalle aziende per ottenere un vantaggio competitivo. Infine, vengono studiati gli effetti dell’usura di pastiglie/ganasce sull’ambiente e sulla salute umana. Accoppiare frenata rigenerativa e freni ad attrito è una possibile soluzione per contenere questi effetti. Tuttavia, anche l’elettrificazione dei veicoli presenta un’impronta ecologica che deve essere considerata.