Shimano sta per lanciare i freni elettronici?

Da quanto si è potuto apprendere dall’ufficio brevetti statunitense, il colosso nipponico della componentistica per bici Shimano – con il brevetto n. 11970237 pubblicato in data 30 aprile 2024 – deposita un progetto avanzato di sviluppo della frenata elettronica su bici da corsa, proseguendo nello sviluppo di una prima versione già depositata in Giappone nel 2018.

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Il sito tecnico specializzato nello studio dei brevetti www.wheelbased.com ha riportato per primo la notizia.

Shimano: frenata idraulica e elettronica

Che cosa emerge da questa novità? Sono tre i progetti presentati.

Un primo impianto con un sistema frenante ibrido, che utilizza una parte idraulica e una elettrica.
Un secondo impianto frenante di nuova concezione che produce una frenata completamente idraulica/tradizionale, ma su una leva elettronica.
Il sistema ibrido rileva la pressione del biker sulla leva freno idraulica che trasforma la pressione in un segnale elettrico, che viene inviato alla pinza, la quale applica una pressione idraulica alle pastiglie utilizzando un piccolo motore e un ingranaggio.
Sembra strano ma è così. il processo è il seguente: pressione del fluido idraulico – segnale elettronico – pressione del fluido idraulico.

Un secondo concetto è un sistema frenante completamente elettrico e alimentato a batteria.
La leva del freno invia un segnale elettrico alla pinza, la pinza converte quel segnale elettrico in pressione idraulica con lo stesso motore e gruppo di ingranaggi, e i freni si stringono.

In realtà nel brevetto è presente un terzo modello: identico al primo ma con un cavo Bowden meccanico anziché il fluido idraulico.

Il nuovo sistema frenante nel dettaglio

Il primo concetto è mostrato nelle figure 3 e 4. Entrambe queste immagini mostrano la stessa pinza in due diverse modalità, elettrica e idraulica.

Nella prima figura la linea del freno in alto è collegata a una leva del freno e contiene il tipico liquido dei freni.

L’interruttore 73 (scatola rossa) ha due canali del fluido, uno diritto e l’altro angolato. Viene spostato all’estrema sinistra in modo che il flusso del fluido passi attraverso il canale angolato e termini al sensore di pressione 74. Nell’altra posizione funziona come un impianto idraulico tradizionale.

Quando il sistema è in funzione in questa elettrica e la persona che guida la bicicletta preme i freni, il fluido si pressurizza (freccia blu) nella linea dei freni, il sensore di pressione rileva l’aumento di pressione e invia un segnale al controller (76) che, alimentato a batteria, invia un segnale di frenata all’unità motore 71, che procede nel muovere i pistoni con una spinta idraulica.

L’immagine seguente mostra la sequenza del movimento della potenza attraverso il motore 71a, il gruppo di ingranaggi 71b/c, la vite circolare 71d e il pistone 71e. Il motore gira, facendo girare gli ingranaggi, muovendo la vite, che quindi muove il pistone dentro e fuori. Il pistone forza il fluido attraverso i percorsi fino alle pastiglie e abbiamo la frenata.

Nella figura 4 è presentato un sistema parallelo piuttosto semplice: il flusso del fluido passa attraverso il percorso lineare nel meccanismo di commutazione 73 direttamente ai pistoncini. Al di fuori del meccanismo di commutazione, questo non è molto diverso dai freni delle bici prodotte in questo momento.

La ricarica del sistema frenante

Dai disegni sembra che il sistema possa essere caricato tramite una dinamo durante la guida, oppure attraverso una batteria esterna, presumibilmente dalla batteria centrale Di2 già disponibile.

Il meccanismo di autoricarica è una dinamo al mozzo che genera energia elettrica con la rotazione della ruota anteriore (20) e la fornisce alla batteria (24).

Sistema completamente elettrico

C’è una seconda parte di questo brevetto, che è mostrata in figura 5. Il disegno mostra una pinza frenante completamente elettrica, senza alcun fluido. È presente solo un segnale elettrico ma Shimano non specifica se il segnale è trasmesso in wireless.

Nella frenata completamente elettrica, la leva del freno (40B), invia un segnale a un controller e il controller lo elabora inviando un segnale di frenata al motore che fa affondare i pistoni

Sistema ibrido meccanico

Le figure 6 e 7 presentano un ulteriore sviluppo del concetto ma con un segnale nella leva freno attivato meccanicamente e poi elettronicamente anziché da idraulico a elettrico.

Questo modello utilizza cavi Bowden meccanici per trasmettere una segnale (forza) al controller della pinza del freno, che indica al motore di attivare la frenata. La sequenza della pressione del fluido segue lo stesso sviluppo dei progetti precedenti.

Frenata idraulica e elettronica: che cosa ci dobbiamo aspettare

Apparentemente sembrerebbe complicato e non di buon senso, passare dalla pressione del fluido idraulico al segnale elettronico per finire pressione del fluido idraulico per avviare la frenata, ma l’uso di quel segnale elettronico tra i due fluidi idraulici potrebbe aprire a nuove possibilità che sarebbero difficili con il solo fluido idraulico. Una su tutte è l’ABS, in cui un segnale elettrico proveniente dal controller può essere in grado di modulare la pressione del fluido in base allo slittamento delle ruote in modo rapido e semplice.

Regolazione dei freni e batterie

Ma poi nascono una serie di altre domande: è la regolazione dei freni? Sarebbe più semplice regolare la posizione della pastiglia rispetto al rotore con un piccolo motore elettrico che muove un pistone?

Ma la vera domanda ogni volta che si scrive di freni elettrici, è: “Che cosa succede se la batteria muore?”.

Sembra che Shimano stia tentando di rispondere a questa domanda esattamente in questo modo: la modalità di frenatura elettrica è quella standard, mentre la modalità di frenatura idraulica resta di sicurezza. Se le batterie si scaricano, il sistema può funzionare anche in modo tradizionale per riportarti a casa. Per questo l’impianto ibrido ha un sistema che può funzionare sia elettronicamente che idraulicamente.

Prospettive e tecnologie all’avanguardia

Per quanto riguarda il sistema completamente elettrico, è verosimile prevedere che questa diventerà la norma tra 10-15 anni. È l’ovvio passo successivo e, per quanto vogliamo smentire questo concetto, il fly-by-wire è presente negli aerei, nelle automobili e persino in alcune auto da corsa. Le auto IMSA hanno anche una mappatura dei freni, il che significa che un segnale di frenata in ingresso può emettere diverse pressioni/sequenze di frenata in base ad altri input (velocità, angolo di sterzata, eventi ibridi, eccetera).

Tuttavia, essendo soltanto brevetti depositati, al momento non possiamo sapere se questi progetti vedranno mai la luce, né se entreranno effettivamente in produzione.

[Fonte]