Os travões do futuro: O sistema de travagem do futuro

Parte 2. O sistema de travagem nos automóveis de amanhã

Agora que analisámos as transformações que os automóveis sofreram durante a sua evolução na parte um de "Os travões do futuro”, tentaremos compreender como será o sistema de travagem do futuro, à luz de certas tendências atuais, tais como a variável de sustentabilidade ambiental e a introdução da condução autónoma.

Sustentabilidade ambiental e o sistema de travagem: o que reserva o futuro?

Comecemos com a variável de sustentabilidade ambiental, em particular com o desafio mais exigente, a redução das emissões de dióxido de carbono. Para reduzir a quantidade de CO2 libertado para a atmosfera, precisamos de reduzir o consumo. Para além de depender do tipo de motor usado, os níveis de consumo dependem do peso do veículo, que é a razão pela qual o sistema de travagem precisa de ser alterado com vista a reduzir o peso.

Como reduzir o peso do sistema de travagem

As tecnologias que levaremos aqui em conta para reduzir o peso do sistema de travagem do automóvel são os discos de travão, as pastilhas de travão e as pinças.

Tecnologias dos discos de travão

Comecemos com os discos de travão, analisando as principais tecnologias, algumas das quais já se encontram no mercado, e outras que estarão disponíveis no futuro imediato:

discos de compósito em ferro fundido e alumínio (BMW)

superfície de travagem em ferro fundido e cubo de alumínio, unidos mecanicamente com pinos de aço: esta solução reduz o peso em cerca de 15% em comparação com um disco de travão em ferro fundido integral.

discos de compósito em ferro fundido e aço (MB)

desde 2014, a Mercedes oferece os seus modelos topo de gama com um disco de travão com uma superfície de travagem em ferro fundido, encaixados por interferência num cubo de aço. A solução, que é produzida pela Brembo como equipamento original Mercedes, reduz o peso em cerca de 15%.

discos co-moldados em ferro fundido e aço (pós-venda MB)

esta solução da Brembo junta uma superfície de travagem em ferro fundido a um cubo de aço co-moldando os dois materiais, o que reduz o peso em 15% ao mesmo tempo que mantém o desempenho e o estilo intactos.

discos eco-moldados em ferro fundido e aço (pós-venda MB)

esta é uma solução da Brembo que ainda não foi comercializada, e envolve um disco de compósito (ferro fundido para a superfície de travagem e alumínio para o cubo) encaixado por co-moldagem.

discos de moldagem dupla em ferro fundido e alumínio (primeira e segunda geração)

adequado para modelos de corrida e desportivos, os discos de primeira geração consistem em duas partes, superfície de travagem em ferro fundido e cubo de alumínio, encaixados por co-moldagem, com uma redução de peso de cerca de 20% e maior elasticidade do sistema, para reduzir o risco de deformação entre a superfície de travagem e o cubo.
Os discos de segunda geração utilizam uma posição diferente dos pinos que ligam a superfície de travagem ao cubo, o que melhora a ventilação dos discos e aumenta a capacidade de dissipação de calor e resistência às fendas térmicas.

discos flutuantes com ligação mecânica

discos de ferro fundido com alto teor de carbono ligados a um cubo de alumínio utilizando casquilhos elásticos que garantem boa elasticidade do sistema, evitando deformações e vibrações indesejadas.

discos de compósito em aço e aço inoxidável

discos com um cubo de aço, mecanicamente ligados a uma superfície de travagem de aço inoxidável. Ao usar aço inoxidável, a espessura tanto da superfície de travagem (máx 8 mm) como do cubo (2,5 mm) podem ser ambas reduzidas. A superfície de travagem pode suportar confortavelmente temperaturas de até 600°. A redução de peso é de aproximadamente 30% em comparação com discos de ferro fundido; no entanto, a durabilidade quer dos discos quer das pastilhas aumenta. O cubo de chapa de aço é feito por desenho profundo, em contraste com os orifícios e ranhuras manufaturados por perfuração. A superfície de travagem é produzida por aço inoxidável de perfuração a frio. Os dois componentes são, então, montados, e a superfície de descanso passa por um processo de retificação final para cumprir os valores de tolerância exigidos.

discos de alumínio integrais

Estes colocam algumas dificuldades devido às características críticas que o material exibe a temperaturas superiores a 400° e a utilização de pastilhas de travão especiais é antecipada. A utilização do alumínio permite reduzir o peso em cerca de 40% em comparação com um disco de ferro fundido semelhante.

discos de cerâmica de carbono

Discos flutuantes que usam material de cerâmica de carbono para a superfície de travagem, com uma redução de peso de até 50% em comparação com discos de ferro fundido. Esta tecnologia oferece outras vantagens: a ausência de deformação térmica, um coeficiente de atrito elevado e constante e durabilidade superior (de mais de 200 000 km).

Gráfico 1 - Redução de peso do disco de travão: tabela comparativa

O gráfico 1 resume as soluções implementadas ao longo dos anos para reduzir o peso do disco, que elencámos acima. Desde a sua utilização inicial em supercarros e carros desportivos), estas soluções foram também gradualmente implementadas em carros comuns, que constituem uma porção mais significativa do mercado, e é muito provável que esta tendência continue no futuro próximo.

Tecnologias das pastilhas de travão: Projeto Lybra

O Projeto Lybra envolve a utilização de um calço de fibra de vidro para as pastilhas de travão, em vez do calço metálico normal. Este calço é. por isso, moldado em conjunto com o material de atrito num processo de produção que difere consideravelmente do atualmente usado para produzir pastilhas de travão, com as seguintes vantagens:

peso das pastilhas de travão reduzido em cerca de 30%
condutividade térmica reduzida
problemas de corrosão erradicados.

Esta solução é particularmente adequada para utilização nos eixos traseiros de carros elétricos, onde a travagem regenerativa resulta numa diminuição da utilização do disco, baixas temperaturas de funcionamento e menor desgaste.

Tecnologias das pinças: formação de metal semi-sólido

Formação de metal semi-sólido é um processo que permite produzir pinças de travão de alumínio a partir de alumínio secundário (proveniente de alumínio reciclado) em vez de alumínio primário (alumínio puro, proveniente da mineração de bauxita e ligado com outro material para produzir pinças de travão), com dois objetivos principais:

amigo do ambiente, com um menor impacto ambiental, graças à utilização de alumínio reciclado
características mecânicas melhoradas e pinças mais leves graças à espessura reduzida com força mecânica idêntica.

A Tecnologia Brembo espera a utilização de alumínio secundário, que é fundido a 650°C em vez dos 740° usados em processos convencionais. A esta temperatura de fusão, o alumínio obtido encontra-se no estado semi-sólido, evitando a formação de impurezas: a estrutura semi-sólida mista é arranjada no molde numa estrutura esférica ou globular, que aumenta a força mecânica da pinça. A Brembo está atualmente a trabalhar na utilização desta mesma tecnologia também para alumínio, com o objetivo de reduzir o peso da pinça em aproximadamente 8%.

Como reduzir as partículas produzidas pelas pastilhas de travão

O cobre e outros metais que são depositados nas estradas devido ao desgaste das pastilhas de travão são tóxicos para certos micro-organismos aquáticos. Por isso, em 2010 os estados da Califórnia e de Washington aprovaram legislação em que as pastilhas de travão vendidas ou instaladas em ambos os estados devem apresentar níveis mais baixos de cobre e outros metais pesados. Estas "Regras para melhores travões" são regras locais que podem ter repercussões globais: em ambos os Estados, estão previstas 3 diferentes categorias de teor de materiais perigosos e, a partir de 2025. só podem ser vendidas pastilhas de travão nível N, com um percentagem de cobre inferior a 0,5% do peso total do material de atrito.

Projeto Cobra

A Brembo, em parceria com o Mario Negri institute, a Italcementi e a Connecting Ambition, está a participar no Projeto Cobra, para reduzir as partículas, usando uma nova tecnologia de produção de pastilhas de travão que substitui resinas fenólicas tradicionais por um novo material à base de cimento.

As resinas fenólicas são feitas de fenóis e formaldeído: esta é uma substância muito volátil, logo, muito perigosa, já que pode encontrar seu caminho para o trato respiratório humano.

Os novos materiais à base de cimento devem oferecer um desempenho equivalente aos materiais tradicionais. Isto significa que cumprem os mais elevados padrões de desempenho esperados das mais exigentes aplicações desportivas, ao mesmo tempo que minimizam as suas emissões de partículas finas e impacto ambiental. O novo processo não só reduz as partículas finas durante a travagem, mas também permite reduzir a energia durante o processo de produção, bem como o consumo de agua. O composto já possui aprovação ECE-R90.

Project Cobra infographic: new process for manufacturing pads with cementitious materials

Eletrificação e condução autónoma

À semelhança da redução de emissões e partículas, uma tendência recente muito importante relativamente ao futuro do automóvel - e, consequentemente, dos travões - é a eletrificação e a condução autónoma.