Vibrazioni in Frenata sulla BMW E90: Cause, Diagnosi e Soluzioni

Le vibrazioni durante la frenata su una BMW E90, pur essendo un fenomeno comune a molti veicoli, possono destare preoccupazione e richiedono un'analisi approfondita per essere risolte efficacemente. Nonostante l'assetto della E9x sia considerato un netto miglioramento rispetto ai modelli precedenti come la E46, le vibrazioni, quando si manifestano, sono solitamente avvertibili in modo chiaro e deciso, spesso attraverso il volante. Escludendo a priori i silent block, che pur svolgono un ruolo cruciale nella smorzamento delle vibrazioni, è fondamentale indagare su altre potenziali cause che possono compromettere l'efficienza e la sicurezza dell'impianto frenante. Anche una singola sollecitazione imprevista, come una botta, può averli rovinati, compromettendo la loro funzionalità.

I costanti progressi tecnici nell'industria automobilistica impongono requisiti sempre più stringenti anche agli impianti frenanti. Questo è dovuto a molteplici fattori: da un lato, i veicoli diventano sempre più performanti, quindi più veloci; dall'altro, a causa del crescente numero di componenti che garantiscono maggiore sicurezza e comfort, diventano anche più pesanti. L'impianto frenante deve quindi essere in grado di resistere a sollecitazioni sempre più elevate. Un ulteriore aspetto non trascurabile è rappresentato dai moderni autotelai e dalle tecniche di sospensione presenti sulle auto più recenti. Sebbene offrano un maggiore livello di comfort e una migliore dinamica di marcia, ammettono in cambio tolleranze dei singoli componenti molto più strette. Se in passato un veicolo con bracci oscillanti sull'asse anteriore aveva una tolleranza di circa 100 μm (0,10 mm) in caso di disallineamento del disco, oggi, con i moderni assi multibraccio, questo valore non raggiunge neanche la metà.

Identificare le Cause delle Vibrazioni: Dischi e Pastiglie Sotto Esame

Una volta superato il normale limite di usura di un disco freno, è prevedibile che si verifichino diversi fenomeni che possono manifestarsi come vibrazioni durante la frenata. Oltre alla normale usura, possono presentarsi problemi quali vibrazioni termiche, vibrazioni a freddo, variazioni dello spessore del disco, rumori, un effetto frenante insufficiente, la presenza di crepe o solchi sui dischi dei freni. In particolare, il materiale trasferito dalla pastiglia al disco può causare vibrazioni, così come un disco leggermente ovalizzato.

È importante notare che un disco deformato, anche leggermente, potrebbe non essere immediatamente evidente a un esame visivo. Sarebbe quindi sempre necessario provare la vettura e, durante la frenata, cercare di capire se la vibrazione provenga da uno o da entrambi i dischi. In molti casi, il meccanico sospetta un problema ai dischi. La verifica di pastiglie rovinate o dischi ovalizzati dovrebbe essere stata effettuata durante la manutenzione programmata. Infatti, nel caso specifico, dopo un tagliando effettuato in data 07/04, è stato espressamente richiesto al personale BMW di controllare i freni.

Vibrazioni Termiche: Il Calore Che Deforma

Le "vibrazioni termiche" si manifestano tipicamente con rumori forti in un campo di frequenza compreso tra 100 e 250 Hz. Durante la frenata, l'intensità del rumore può variare senza però influenzare l'effetto frenante. Il conducente avverte vibrazioni del volante e pulsazioni del pedale del freno. L'intensità di queste vibrazioni durante la frenata dipende dalla forza frenante momentaneamente applicata, che si traduce in una maggiore resistenza del pedale. Gli effetti causati dalle vibrazioni termiche sono solitamente localizzabili sotto forma di macchie anulari sulla superficie di attrito del disco del freno. Questi fenomeni sono causati da picchi locali di temperatura che si formano durante la frenata. Questi picchi provocano un trasferimento di materiale dalla pastiglia al disco o una deformazione permanente nella struttura della lega del disco. Un trasferimento di materiale può di norma essere eliminato effettuando alcune frenate in condizioni di carico normali. Una deformazione strutturale del materiale, chiamata anche trasformazione martensitica, è più dura della struttura originale e può essere eliminata solo tramite un procedimento di tornitura con asportazione di metallo. In questo caso, è fondamentale assicurarsi che la struttura indurita venga completamente rimossa, senza però raggiungere o superare lo spessore minimo consentito per il disco del freno. Per scongiurare qualsiasi rischio, si consiglia vivamente di sostituire il disco del freno in queste circost følgende.

Vibrazioni a Freddo: L'Irregolarità dello Spessore

Le "vibrazioni a freddo" si percepiscono durante una normale frenata attraverso pulsazioni del pedale del freno, oscillazioni torsionali prodotte dal volante e/o vibrazioni e oscillazioni dei componenti dell'asse e della carrozzeria. Le differenze principali rispetto alle vibrazioni termiche sono un campo di frequenza molto più basso (da 5 a 50 Hz circa) e il fatto che le vibrazioni a freddo possono verificarsi praticamente ad ogni frenata, indipendentemente dalla temperatura o dall'intensità della frenata stessa. A seconda della velocità, questi rumori possono essere più o meno forti.

La causa principale delle vibrazioni a freddo è una variazione dello spessore del disco del freno. Questo effetto può essere amplificato, analogamente alle vibrazioni termiche, da cuscinetti difettosi e ruote sbilanciate.

Cause di una variazione dello spessore del disco:

Durante la marcia, eventuali oscillazioni radiali (disallineamenti) create in fase di montaggio causano un contatto ripetuto, ad ogni giro della ruota, tra la pastiglia e il disco, anche se il freno non viene azionato. Sebbene le forze di contatto in questo caso siano relativamente basse, nel punto interessato del disco avviene un'asportazione di materiale (variazione dello spessore) che, a partire da una certa entità, causa le vibrazioni.

Fattori che influenzano la variazione dello spessore:

Le variazioni di spessore possono essere motivate dall'erosione causata dall'appoggio parziale della pastiglia sul disco. Spesso, i fattori scatenanti sono pastiglie o pistoncini non ben fissati. Ulteriori cause possono includere un montaggio non corretto (presenza di sporco, corrosione, coppia di serraggio eccessiva applicata con pistola a percussione, ecc.), le condizioni d'impiego, lo stile di guida del conducente, nonché le condizioni del traffico. Anche durante lunghi viaggi in autostrada, con frenate molto leggere, può verificarsi una variazione dello spessore con conseguenti vibrazioni. In questi casi, la maggior parte dei dischi dei freni può essere rigenerata dopo aver effettuato alcune frenate a fondo.

Il conducente percepisce queste vibrazioni a freddo sotto forma di pulsazioni del pedale del freno, indipendenti dalla temperatura. Gli effetti di una variazione dello spessore, che possono variare notevolmente da un modello di auto all'altro, dipendono dai fattori di trasmissione delle forze descritti sopra, nonché dalla capacità di smorzamento dei componenti degli assi, dello sterzo e del telaio.

Diagnosi e Controllo dei Componenti: Un Approccio Sistematico

Poiché le vibrazioni del freno possono essere indotte da molteplici cause, non è sempre facile effettuare una diagnosi precisa. Durante la procedura di diagnosi, è quindi necessario procedere passo dopo passo.

1. Localizzazione dell'asse: Innanzitutto, occorre stabilire chiaramente se queste anomalie riguardano l'asse anteriore o quello posteriore.

2. Esame dei componenti dell'impianto frenante: Successivamente, è necessario esaminare i componenti dell'impianto frenante partendo dal pedale del freno, passando per il servofreno, la pompa freno, le tubazioni del freno, i flessibili del freno e arrivando fino ai freni sulle ruote.

3. Sostituzione in coppia: Nel caso si rendesse necessaria una sostituzione, per motivi di sicurezza (effetto frenante irregolare), le pastiglie, i dischi, i tamburi e le ganasce vanno sostanzialmente sostituiti contemporaneamente sullo stesso asse.

4. Controllo ruote: Inoltre, occorre controllare anche lo squilibrio, le deformazioni verticali e laterali, così come le condizioni del profilo del battistrada di ciascuna ruota.

5. Verifica geometria e sospensioni: Infine, dovrebbero essere controllati ed eventualmente registrati la geometria dell'asse, le sospensioni delle ruote, i componenti dello sterzo e i cuscinetti delle ruote.

Misure Precise: Lo Spessore e il Disallineamento dei Dischi

Il controllo del disallineamento del disco del freno viene eseguito con il disco montato e l'ausilio di un comparatore (con precisione di almeno 0,01 mm) posizionato a circa 10-15 mm sotto il raggio più esterno del disco. Il valore misurato, girando più volte la ruota, non dovrebbe superare i 50 μm (0,05 mm) e, sui veicoli meno recenti, i 100 μm (0,10 mm). Un risultato soddisfacente si può ottenere anche quando il disco del freno viene posizionato sul mozzo in correlazione ai fori di fissaggio, in modo da ottenere il valore di misura più basso. Eventualmente, questa posizione deve essere ottimizzata tramite la sostituzione o la combinazione dei componenti coinvolti (mozzo, disco del freno, cuscinetto).

È richiesta la massima accuratezza anche in riferimento allo stato perfettamente pulito e ineccepibile delle superfici d'appoggio e degli accoppiamenti. Come già accennato, anche il mozzo può essere responsabile di un disallineamento eccessivo del disco e deve quindi essere misurato dal punto di vista dell'oscillazione radiale. In questo caso, si può presupporre un valore indicativo massimo di 30 μm (0,03 mm), riferito al raggio più esterno misurabile. In presenza di scostamenti maggiori, il mozzo e il cuscinetto della ruota devono essere controllati ed eventualmente sostituiti.

In fase di produzione, le variazioni di spessore dell'anello di attrito di un disco del freno possono essere misurate con precisione solo con l'aiuto di strumenti speciali. In officina, possono essere misurate con sufficiente esattezza con l'aiuto di un micrometro con una precisione di +/- 0,001 mm. In questo caso, occorre eseguire la misura in otto punti della circonferenza, a una distanza di circa 10 mm dal raggio di attrito più esterno. A seconda del modello di veicolo, variazioni dello spessore nell'ordine dei 12-15 μm (0,012-0,015 mm) possono già causare vibrazioni. Di conseguenza, questi valori non devono essere superati.

Il Ruolo Cruciale del Mozzo Ruota

Un mozzo ruota deformato e sporco può causare una serie di problemi, tra cui: deformazione del disco del freno, vibrazioni in frenata, sollecitazione su un solo lato del disco, distribuzione irregolare della temperatura, maggiore usura del giunto sferico e del cuscinetto della ruota, e persino il pericolo che i bulloni della ruota si allentino.

Un'ulteriore fase del controllo riguarda la superficie d'appoggio del mozzo della ruota. Con l'aiuto di un righello a filo è possibile controllare in modo facile e veloce la superficie d'appoggio del mozzo. Se si intravede luce passare dal bordo di appoggio, significa che il mozzo deve essere immediatamente sostituito. Il disco del freno può essere montato senza riserve solo se il mozzo della ruota presenta una superficie perfettamente piana.

Lo stesso effetto negativo si produce quando il disco del freno deve essere sostituito e, dopo la pulizia, viene applicato troppo grasso sul mozzo. Il disco del freno non poggia in posizione perfettamente piana sulla flangia e subisce un leggero disallineamento che, con il passare del tempo, aumenta sempre di più, fino a quando viene percepito dal conducente a causa dei sintomi sopra descritti.

Soluzioni e Manutenzione Preventiva

Quanto detto finora rende evidente che le cause di un'oscillazione radiale troppo elevata e, di conseguenza, di una variazione dello spessore non sono sempre facili da localizzare. Nei veicoli interessati, vengono spesso sostituiti solo i dischi e le pastiglie dei freni, anche se, tramite una diagnosi più accurata dei componenti e una loro eventuale sostituzione, sarebbe ampiamente possibile circoscrivere ed eliminare il problema. È fondamentale un approccio diagnostico metodico e completo per identificare la causa radice delle vibrazioni in frenata.

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