L’entrata in vigore della normativa Euro 7 rappresenta un cambio di paradigma fondamentale per l’ingegneria dei sistemi frenanti. Per la prima volta nella storia della regolamentazione europea, il processo di omologazione dei veicoli non si limita al monitoraggio degli inquinanti gassosi e del particolato allo scarico, ma estende il controllo alle emissioni non derivanti dalla combustione (non-exhaust emissions).

Il focus tecnico si sposta sull’interfaccia tra disco e pastiglia: il particolato ultrafine generato dall’usura per attrito è stato identificato come una delle principali sorgenti di PM10 e PM2.5 in ambito urbano, un fenomeno che rimane critico anche nei veicoli a trazione elettrica (BEV) nonostante l’apporto della frenata rigenerativa. Dal punto di vista ingegneristico, il rispetto dei limiti imposti — fissati inizialmente a 7 mg/km per i veicoli leggeri — obbliga anche a una revisione profonda della catena cinematica frenante.

Non si tratta solo di ottimizzare le mescole delle pastiglie, ma di esplorare nuove frontiere tecnologiche che spaziano dai trattamenti superficiali dei dischi (coating) tramite deposizione laser (DED), all’integrazione di sistemi di filtrazione attiva e alla gestione software coordinata tra frenata idraulica e recupero energetico. Questo approfondimento analizzerà i nuovi protocolli di test definiti dal gruppo di lavoro PMP (Particulate Measurement Programme) dell’UNECE, le risposte dei Tier-1 alle sfide termomeccaniche e l’impatto dei nuovi materiali sulla durata dei componenti e sulle performance di frenata.

Analisi dei protocolli di campionamento

La conformità alla normativa Euro 7 non si basa più su stime teoriche, ma su un protocollo di validazione estremamente rigoroso denominato WLTP-Brake. Questo test sposta la misurazione dalla strada al laboratorio, utilizzando banchi dinamometrici a inerzia che operano all’interno di camere a flusso d’aria controllato. L’aspetto tecnicamente più critico di questa procedura è il mantenimento dell’isocinetismo: l’aria che investe l’impianto frenante deve muoversi a una velocità tale da garantire che le particelle staccatesi per attrito siano trasportate verso i sensori senza subire alterazioni dimensionali o deposizioni indesiderate sulle pareti del tunnel.

Non si misura solo la massa totale del particolato (PM10 e PM2.5), ma si procede anche al conteggio numerico delle particelle ultrafini, obbligando gli ingegneri a monitorare costantemente le condizioni termiche del sistema per evitare che la degradazione dei materiali volatili infici i risultati del test.

Dinamica dell’attrito e generazione del particolato ultrafine

Comprendere l’impatto dei freni richiede un’immersione nella tribologia dei contatti tra superfici. Il particolato non è semplicemente il risultato meccanico di due materiali che si sfregano, ma il prodotto di una complessa dinamica di “terzo corpo”. Durante la decelerazione, l’interfaccia tra disco e pastiglia crea un sottile film di detriti che agisce da lubrificante solido o da abrasivo a seconda delle condizioni di pressione e temperatura. Quando il sistema opera a basse temperature, l’usura è prevalentemente di tipo abrasivo, generando particelle più pesanti che rientrano nel PM10.

Tuttavia, al superamento di soglie termiche critiche, solitamente collocate sopra i 250 °C, i leganti organici presenti nelle pastiglie iniziano a subire processi di pirolisi. Questo fenomeno dà origine a una nucleazione di particelle ultrafini (PN) che, pur avendo una massa trascurabile, sono numericamente elevate e pongono le sfide maggiori per la salute respiratoria e per il superamento dei limiti Euro 7.

Innovazione nei materiali d’attrito

Per rispondere alla soglia di 7 mg/km, l’industria dei materiali d’attrito sta affrontando una trasformazione radicale delle proprie formulazioni chimiche. Le tradizionali mescole “Low-Steel“, apprezzate per le alte prestazioni ma critiche per l’elevata generazione di polveri metalliche, stanno lasciando il posto a evoluzioni delle mescole NAO (Non-Asbestos Organic).

La sfida tecnica risiede nel sostituire le fibre di ferro e rame con materiali ceramici e lubrificanti solidi alternativi, come la grafite avanzata o i solfuri metallici complessi, che siano in grado di mantenere un coefficiente d’attrito stabile su un ampio range operativo. L’obiettivo è creare una pastiglia che non solo si usuri meno, ma che sia chimicamente stabile alle alte temperature, minimizzando il rilascio di gas che potrebbero poi condensare in particolato fine una volta usciti dal gruppo ruota.

Tecnologie di Hard-Coating per modificare la superficie del disco

Una delle soluzioni ingegneristiche più efficaci per abbattere drasticamente le emissioni consiste nel modificare radicalmente la superficie del disco attraverso tecnologie di hard-coating. Invece di utilizzare la ghisa grigia nuda, i produttori stanno adottando la tecnica dell’High-Speed Laser Cladding per depositare uno strato protettivo di carburi metallici, come il carburo di tungsteno o di cromo. Questo processo fonde una polvere metallica sulla superficie del disco tramite un raggio laser ad alta potenza, creando un rivestimento estremamente duro e resistente all’usura.

Oltre a ridurre quasi totalmente il contributo del disco alla massa di particolato emessa, questo strato garantisce una resistenza alla corrosione superiore. Questo aspetto è fondamentale poiché elimina la formazione di ossidi che, solitamente, vengono raschiati via durante le prime frenate del mattino, producendo un picco di emissioni molto elevato nei cicli di prova.

Integrazione della frenata rigenerativa e strategie di Brake-Blending

Il passaggio verso l’elettrificazione introduce un’ulteriore variabile tecnica nella gestione delle emissioni: la frenata rigenerativa. Nei veicoli moderni, gran parte delle decelerazioni urbane viene gestita dal motore elettrico, riducendo drasticamente l’uso dell’impianto idraulico. Tuttavia, la normativa Euro 7 impone strategie di “Brake-Blending” estremamente sofisticate. Il software di controllo deve bilanciare la coppia frenante tra i due sistemi non solo per massimizzare il recupero di energia, ma anche per gestire la salute dei dischi.

Un problema tecnico emergente è infatti l’ossidazione per inutilizzo: per evitarla, il sistema deve prevedere cicli di pulizia automatica (scouring) che azionano i freni meccanici in modo controllato. La sfida per gli ingegneri del software è calibrare queste attivazioni affinché avvengano nelle condizioni di minima generazione di particolato, utilizzando sensori e logiche predittive basate sui dati ADAS.

Sistemi di captazione attiva e filtrazione particellare alla pinza

Per i segmenti di veicoli più pesanti, come i SUV o i veicoli commerciali leggeri, il solo miglioramento dei materiali potrebbe non essere sufficiente a garantire il rispetto dei limiti più stringenti. In questi casi, la soluzione tecnica si sposta verso sistemi di captazione e filtrazione localizzata direttamente sul gruppo ruota. Questi dispositivi, che possono essere passivi o attivi, sono progettati per agire come una “marmitta” per i freni. I sistemi passivi sfruttano la naturale turbolenza generata dalla rotazione del disco per convogliare le polveri verso elementi filtranti integrati nella pinza o nei condotti di raffreddamento.

Le soluzioni più avanzate esplorano invece la captazione elettrostatica, utilizzando cariche elettriche per attrarre le polveri metalliche verso specifici magneti o filtri dedicati, impedendo fisicamente la loro dispersione nell’atmosfera e garantendo un livello di pulizia che i soli materiali d’attrito non potrebbero raggiungere.

L’avvento della normativa Euro 7 sancisce la fine dell’era in cui il sistema frenante poteva essere considerato un apparato isolato, puramente meccanico e deputato esclusivamente alla sicurezza attiva. La sfida imposta dai nuovi limiti sulle emissioni di particolato obbliga l’industria automobilistica a una revisione profonda del design e della selezione dei materiali, spostando l’asse della ricerca verso una simbiosi sempre più stretta tra hardware e software.

Se da un lato l’adozione di dischi rivestiti e pastiglie di nuova generazione rappresenta la risposta immediata alla riduzione della massa particellare, dall’altro l’affinamento degli algoritmi di frenata rigenerativa e l’introduzione di sistemi di filtrazione attiva delineano il futuro della mobilità a impatto quasi nullo.