Dove si sviluppano le nuove pinze di Brembo? Dove si applica l’analisi strutturale per ottimizzarne la progettazione e valutare la resistenza dei componenti? Dove si svolgono le prove di durata, con applicazione di imponenti pressioni e temperature estreme? Dove si controllano la rumorosità, le vibrazioni e la ruvidità? Dove si valuta l’impatto delle polveri? Dove si ricercano materiali innovativi? Dove si iniziano le prove su strada? Al Kilometro Rosso di Stezzano, il parco scientifico e tecnologico fondato dall’attuale presidente emerito di Brembo Alberto Bombassei. È uno dei principali distretti europei dell’innovazione. È un luogo dove la ricerca e l’impresa si incontrano, e dove si realizza il trasferimento tecnologico. È qui che Brembo ha i suoi laboratori di testing, di ricerca avanzata e i banchi dinamici. È qui che batte il cuore pulsante della sperimentazione continua di Brembo, ed è qui che si alza l’asticella delle prestazioni e della sicurezza.
Per tutte queste motivazioni, Industria Italiana ha realizzato un “viaggio” negli spazi che l’azienda occupa nel Kilometro rosso. Un viaggio nell’innovazione di particolare rilievo, visto che Brembo – guidata dal Presidente Esecutivo Matteo Tiraboschi e dall’ad Daniele Schillaci – investe il 6% del fatturato in R&D; ed è l’azienda che per prima ha portato sul mercato i freni in carbonio ceramico, e a breve anche il sistema frenante Sensify, la soluzione che combina pinze, dischi e materiali d’attrito con software, intelligenza artificiale e algoritmi predittivi. Puntando su leggerezza e alte prestazioni, ha conquistato il mercato di alta gamma, e vanta clienti come Ferrari, Porsche, Mercedes, Aston Martin e Bmw.
In particolare, al Kilometro Rosso si svolgono due fasi: lo Sviluppo di componenti nuovi diretti alla produzione di massa e la loro validazione. Sono passaggi fondamentali, sia in termini di prestazioni che di sicurezza. Richiedono entrambi sofisticate tecnologie e competenze ingegneristiche e non solo. In questo viaggio, siamo stati accompagnati dal Testing & Validation Manager – Disc Division in Brembo Francesco Cucchi.
Perché Brembo è nel Kilometro Rosso
Nato e sviluppatosi dal 2009 su iniziativa privata, Kilometro Rosso con i suoi Resident Partner rappresenta una realtà di riferimento nel panorama internazionale della ricerca e del trasferimento tecnologico: 31 laboratori, più di 50 progetti di ricerca e sviluppo finanziati per oltre 170 milioni di euro da grant erogati dalla Commissione Europea, 750 brevetti depositati, 70.000 delegati ufficiali provenienti da tutto il mondo, 200 eventi all’anno per promuovere l’innovazione tecnologica con oltre 18.000 partecipanti e più di 500.000 ingressi registrati all’anno.
Già incubatore di imprese innovative riconosciuto dalla Regione Lombardia, Kilometro Rosso è inoltre partner dei principali network nazionali e internazionali che supportano startup e PMI innovative, quali ad esempio: International Association of Science Parks and Areas of Innovation (Iasp), InnovUp – Italian Innovation & Startup Ecosystem, Made – Competence Center Industria 4.0, Dih – Digital Innovation Hub Lombardia Bergamo, Afil – Associazione Fabbrica Intelligente Lombardia, Cysero Vc, Eni Joule, Eureka! Venture SGR, Open Italy e B4i – Bocconi for Innovation… In un certo senso, il rapporto tra l’azienda e il distretto è simbiotico. Inoltre, tre mesi fa l’azienda ha reso noto che gli spazi di Italcementi (che se ne va) sono in acquisizione: un moderno edificio, situato all’estremità nord del Kilometro Rosso, è stato progettato dall’architetto Richard Meier e realizzato nel 2012. L’intero complesso di cui fa parte la struttura si estende su una superficie complessiva di 23mila metri quadrati. L’operazione di acquisto è prevista concludersi entro il 2023.
Cosa fa Brembo al Kilometro Rosso
Come si diceva, al di là degli uffici e della ricerca, ci sono due fasi fondamentali che vengono realizzate nel Kilometro Rosso da Brembo. Da una parte, quella citata dello sviluppo di componenti nuovi. Qui si parte dal Dvp (Design Validation Plan), un processo di pianificazione, test e reporting per verificare che un prodotto, una parte o un componente soddisfi una serie specifica di requisiti di prestazioni e affidabilità definiti dagli ingegneri durante la fase di progettazione.
«E’ la progettazione che definisce quali prove questi oggetti devono superare sulla base di specifici requisiti. Poi, queste vengono svolte qui al Kilometro Rosso» – afferma Cucchi. Dall’altra, quella menzionata della validazione. Qui si prendono componenti che sono già rappresentativi della mass production, quelli di serie, e se ne testano le funzionalità analogamente a quanto fatto durante la fase di sviluppo.
Il laboratorio di testing
Quanto ai componenti, si tratta di pinze ottenute tramite fusione o realizzate per lavorazione dal pieno, con centri di lavoro computerizzato. «Quanto al Dvp, riceviamo i “dati” del veicolo dal cliente: ad esempio, caratteristiche dimensionali del veicolo, peso e velocità. Tali parametri permettono il corretto dimensionamento dell’impianto sia attraverso opportuni strumenti di calcolo sia attraverso esperienze pregresse. In questo modo siamo in grado di offrire al cliente delle proposte con le migliori soluzioni di impianto frenante per le diverse vetture» – afferma Cucchi. I passaggi successivi sono la realizzazione della pinza in modalità virtuale 3D e al Fem, un particolare tipo di analisi strutturale per ottimizzare la progettazione e valutare la resistenza strutturale dei componenti – riducendo così i costi di prototipazione. Come funziona? In base ad un metodo, (Finite Element Method) quello degli elementi finiti: è una tecnica numerica che serve a cercare soluzioni approssimate di problemi descritti da equazioni differenziali alle derivate parziali riducendo queste ultime a un sistema di equazioni algebriche. Insomma, è un po’ complesso e richiede competenze in matematica.
«In tutti i casi, consente di evidenziare le zone di stress delle pinze e quelle di deformazione; in questo modo, si può procedere all’ottimizzazione delle parti che le compongono aumentandone la rigidezza e le prestazioni» – afferma Cucchi. Per realizzare la pinza, si parte da un blocco di alluminio e la si realizza grazie all’impiego congiunto e integrato di software per la progettazione (Cad) e per la fabbricazione (Cam) utilizzando centri di lavoro computerizzati. «Si ottimizza molto, realizzando spazi lì dove il materiale non serve ai fini della rigidezza, e aggiungendone quando si tratta di modificare le frequenze ed evitare i fischi» – afferma Cucchi.
Si misura anche lo spostamento dei pistoni nelle due fasi di applicazione e rilascio della pressione. I pistoni svolgono un ruolo fondamentale: quando si applica pressione mediante il pedale del freno, nel sistema idraulico viene generata la pressione necessaria a spingerli, in modo che possano premere le pastiglie contro il disco del freno. C’è un particolare sensore che misura lo spostamento dei pistoni, il Lvtd (Linear Variable Displacement Transducer), che è in sostanza un dispositivo elettromagnetico usato per la misura di piccoli movimenti lineari. Molto importante è anche valutare la deformazione nella struttura della pinza: bisogna considerare che la pressione può arrivare a 150 bar. «I clienti chiedono che la pinza lavori a 360 gradi, soprattutto in fase di rilascio della pressione» – afferma Cucchi. Ciò che soprattutto si vuole evitare è che le pastiglie continuino ad aderire parzialmente al disco, generando una coppia residua.
«Per evitare ciò, abbiamo realizzato un banco particolare, con sensori in grado di valutare lo spostamento della pastiglia durante le fasi operative del componente. Dopodiché abbiamo realizzato una soluzione particolare, Enesys Energy Saving System» – afferma Cucchi. Enesys si basa su un design brevettato delle molle, che garantisce un ritorno molto più rapido e costante delle pastiglie alla loro posizione iniziale una volta rilasciato il pedale del freno. In questo modo si evitano attriti indesiderati, e si riducono sia l’usura che le emissioni. Si giunge dunque all’area delle prove di durata dove si applicano pressioni pulsanti alle pinze, sino a 160 bar, e temperature che variano tra 180°C e – 40° Celsius. Successivamente si effettuano anche dei cicli combinati aggiungendo alla sola pressione anche la coppia frenante equivalente ad 1 g. Perché la pinza possa passare alla mass production, va sperimentata a 350mila cicli in queste speciali condizioni. «D’altra parte, la pinza è pensata per non essere mai sostituita» – afferma Cucchi.
I banchi dinamici
I “banchi dinamici” sono quelli che misurano la performance dei freni, e anche quelli che valutano gli aspetti Nvh (Noise, Vibration, Harshness), una misura del comfort dell’impianto frenante di un veicolo. È il risultato della combinazione di tre parametri: noise, e cioè il livello di rumorosità del freno durante la marcia; vibration, e quindi le vibrazioni percepite dal guidatore; e harshness, la ruvidità percepita dal driver in fase di frenata. Qui conta soprattutto il noise e le vibrazioni. Questi test sono eseguiti su fusello, disco e pinza ma anche montando l’intero assale del veicolo. La camera di prova è controllata sia per umidità che per temperatura (anche a – 20° Celsius) perché bisogna capire come rispondono i componenti al variare delle condizioni climatiche.
«Nello sviluppo Nhv la parte di simulazione è fondamentale. Riusciamo a farlo in maniera fedele fino a 8 Khz. Per farlo modifichiamo la forma dei componenti e ottimizziamo il sistema per una maggiore stabilità. Va detto che i calcoli sono molto complessi, perché risolvono le equazioni della dinamica ad autovalori complessi. Il costo computazionale è importante perché, oltre alla complessità del sistema, si vuole valutare diversi casi di carico reale oltre alla robustezza del sistema in generale» – afferma Cucchi. Dove non si arriva con la simulazione, lo si fa con la sperimentazione. Per esempio si utilizza un laser 3D per misurare la velocità di deformazione durante il “fischio” del sistema frenante a banco; «dopodiché si processano gli output con il citato Fem identificando le aree dei componenti da modificare per migliorare la stabilità del sistema. Va detto che producendo fuselli, dischi e pinze, abbiamo tutto il know how che serve: conosciamo certe grandezze caratteristiche, che sono clusterizzate in un data base in relazione alle problematiche da affrontare» – afferma Cucchi.
Il controllo sulle polveri
Brembo effettua anche un controllo sulle polveri, e in particolare sul Pm 10 prodotto dai suoi impianti frenanti. Anzitutto, all’interno dell’azienda sono presenti degli esperti che definiscono i criteri in base ai quali deve essere realizzato il “banco di prova” per certificare la quantità di polvere emessa da un freno. Nella pratica, il freno viene inserito all’interno di uno speciale “case” sigillato; una condotta di aria penetra in questo spazio, passa sul freno e “preleva” le polveri che andranno poi a depositarsi su particolari filtri. Questi vengono portati in laboratorio, dove vengono pesati per valutare la quantità di polvere: stiamo parlando di milligrammi. In quest’area sono anche presenti due banchi di prova per veicoli marcianti e non marcianti chiamati banchi a rulli, che operano h24 e grazie ai quali si sperimentano climi diversi, fino a – 20° Celsius.
La nuova area di testing
Qui invece da una parte si fa ricerca e sviluppo di materiali innovativi (il lavoro è svolto soprattutto da chimici), dall’altra si fanno ottimizzazione e failure analysis, «per capire cosa non ha funzionato» – afferma Cucchi. C’è anche una parte dedicata alla “prove strada”. Si porta nel veicolo tutto ciò che è stato sviluppato nelle fasi precedenti per ottenere riscontri molto concreti. Gli impianti frenanti sono montati sia su vetture di serie che su prototipi, e cioè su veicoli che saranno in commercio tra qualche anno. Questa parte è suddivisa in tre divisioni: auto, moto e veicoli commerciali. Le persone che lavorano in quest’area – giovani diplomati ed ingegneri con laurea quinquennale – sono spesso fuori sede per effettuare test di durata e di performance. Le prove di durata possono essere realizzate nelle vicinanze, per esempio dalle parti del Lago di Garda o nelle montagne della bergamasca.
Le prove di performance vengono invece effettuate nel comprensorio di di Vairano (in provincia di Pavia) o in quello di Nardò (Lecce). «Talvolta però i nostri collaudatori devono andare molto più lontano per testare i nostri prodotti con il cliente» – termina Cucchi.
(Ripubblicazione dell’articolo del 10 maggio 2023)
