Matteo Di Lallo
21 January 2019

Pinza freno: cosa determina la posizione di installazione

Partendo dal presupposto che la posizione della pinza freno non influisce sull’efficacia frenante, cerchiamo di capire quali siano i fattori che determinano la scelta di una o l'altra posizione in fase di progettazione.
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Se siete dei patiti di auto, andando in giro per strada, vi sarete sicuramente accorti che le auto non adottano sempre la stessa posizione nella quale installare una pinza freno. Sia considerando l'avantreno che il retrotreno, la pinza di un sistema frenante a disco può essere installata davanti al disco, dietro, sopra, sotto o in posizioni intermedie. Molto probabilmente ci avrete fatto caso ma non vi sarete mai chiesti il perché di queste scelte, pensando che poteva essere una pura e semplice scelta di gusto personale della Casa o una questione di costi o che forse poteva avere una qualche minima influenza sulle prestazioni. Ma quindi cosa influenza il posizionamento di una pinza freno? Quali differenze comporta una o l'altra posizione sulla vettura? Cerchiamo di chiarirlo con questo articolo. In prima istanza va detto che nella stragrande maggioranza dei casi le pinze freno vengono installate o davanti al centro ruota, cioè davanti al disco rispetto al senso di marcia, o dietro al centro ruota, cioè dietro al disco rispetto al senso di marcia. Esistono però altre posizioni in qui queste pinze possono essere installate anche se vengono usate con meno frequenza. La decisione di una Casa automobilistica di adottare una o l'altra posizione per installare una pinza freno su un disco freno è influenza da diversi fattori che ora andremo a spiegarvi.

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In prima istanza tra i fattori decisivi vi è sicuramente il packaging cioè la dislocazione di tutti i sistemi che compongono il telaio, lo sterzo e le sospensioni, il loro relativo ingombro e quindi lo spazio che questi sottosistemi lasciano all'istallazione di una pinza freno. Quando si ha a che fare con una vettura a trazione anteriore e motore trasversale, sull'avantreno troviamo il sistema di sterzo che adotta una tiranteria installata nella parte posteriore del disco cioè dietro al centro ruota. Per questo motivo in questi casi la pinza freno viene installata davanti al disco rispetto al senso di marcia. Se, invece, si ha a che fare con vetture a trazione posteriore e motore longitudinale, sull'avantreno troviamo il sistema di sterzo che adotta una tiranteria installata nella parte anteriore del disco cioè davanti al centro ruota. In questo secondo caso quindi vi è spazio a sufficienza per poter installare la pinza freno dietro al disco rispetto al senso di marcia. Naturalmente un discorso simile può essere fatto al posteriore dove anche in questo caso saranno gli spazi occupati dai sottosistemi a dettare legge sul posizionamento della pinza freno. Se però fino a qualche anno fa si poteva trascurare l'influenza della tiranteria dello sterzo, ora con i sistemi a quattro ruote sterzanti anche al retrotreno bisogna fare i conti con questo ulteriore sistema.
Un secondo fattore da tenere in considerazione è la distribuzione delle masse e l'influenza che questa distribuzione ha sul momenti d’inerzia e sulla posizione del baricentro della vettura. Spesso, infatti, si tende ad avvicinare le pinze freno al baricentro della vettura cioè a posizionare quella anteriore dietro al centro ruota e quella posteriore davanti al centro ruota. In sostanza questa "interna" tra la ruota anteriore e quella posteriore permette di ridurre i momenti d’inerzia della vettura così da ottenere una vettura più agile e reattiva nei cambi di direzione. Questo effetto diventa però sempre più importante tanto più la massa del veicolo è ridotta e dove quindi il peso delle pinze freno o delle masse non sospese equivale a una percentuale importante del peso delle masse sospese.
Sul fronte, invece, del baricentro della vettura, una diversa disposizione delle pinze freno ne può modificare la sua posizione sopratutto in altezza. Installando, infatti, le pinze freno in basso cioè sotto al centro ruota e parallele al terreno, si ottiene che i pesi delle masse non sospese sono collocati il più in basso possibile e quindi anche il baricentro della vettura viene spostato decisamente più in basso. Se le pinze freno vengono, invece, installate al centro della vettura (quella anteriore dietro al centro ruota e quella posteriore davanti al centro ruota) si ottiene un leggero peggioramento della posizione del baricentro, rispetto alla soluzione precedente, ma, come detto in precedenza, minori momenti d'inerzia dell'intera vettura. Infine, posizionando le pinze freno all'esterno della vettura (quella anteriore davanti al centro ruota e quella posteriore dietro al centro ruota), si ottiene lo stesso leggero peggioramento della posizione del baricentro senza però beneficiare senza però beneficiare di minori momenti d'inerzia dell'intera vettura anzi questi momenti d'inerzia potrebbero persino aumentare leggermente.
In terza luogo la diversa dislocazione delle pinze freno può avere effetti non solo sulla distribuzione dei pesi lungo il corpo vettura ma anche sul funzionamento del comparto sospensioni e sulla dinamica delle masse non sospese. Quando si frena, infatti, è inevitabile che si venga a creare un leggero effetto "trascinamento" tra il disco e la pinza freno. Il disco per effetto dell'attrito tenderà a trascinare leggermente la pinza freno e di conseguenza l'intero gruppo ruota nella direzione di rotazione della ruota. Questo trascinamento del gruppo ruota non può che modificare il movimento anche della sospensione con direzioni diverse a seconda della tipologia di posizionamento della pinza freno. Nello specifico, nel caso di pinza freno installata dietro al centro ruota in frenata la pinza e tutto ciò ad essa collegata verrà tirata verso l'alto, mentre nel caso di pinza freno installata davanti al centro ruota in frenata la pinza e tutto ciò ad essa collegata verrà tirata verso il basso. Questo effetto di sollevamento o schiacciamento della sospensione non potrà che avere una leggera influenza sulla dinamica e sull'equilibrio del veicolo, modificando seppur in modo sensibile il comportamento della sospensione, dell'avantreno e dello sterzo (alleggerendolo o rendendolo più pesante).
In ultimo, ma di certo non meno importante, il diverso posizionamento della pinza freno comporta diverse sollecitazioni che vengono trasmesse ai cuscinetti dei mozzi ruota durante la frenata. Se la pinza è installata davanti al disco rispetto al senso di marcia allora questa scaricherà sul cuscinetto ruota non solo la forza peso della vettura ma un'ulteriore forza data dalla frenata. Se la pinza è, invece, installata dietro al disco rispetto al senso di marcia questa scaricherà sul cuscinetto ruota la forza peso della vettura mentre l'ulteriore forza data dalla frenata andrà ad alleggerire il cuscinetto ruota, scaricandolo leggermente dal peso della vettura. Queste forze, che vanno però ad influenzare unicamente il carico verticale sui cuscinetti ruota e non la forza verticale trasmessa a terra tra pneumatico e asfalto, sono importanti per non sovraccaricare troppo sopratutto i cuscinetti ruota dell'avantreno che in frenata sono soggetti al maggior carico verticale.

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