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Sistemi di frenata ABS per bici elettriche allo studio in Germania

29 Marzo 2016 • Approfondimenti tecnici

Un’università tedesca sta mettendo a punto un sistema di frenata ABS per bici elettriche, in modo da evitare il pericoloso bloccaggio della ruota anteriore in frenate d’emergenza. Con un AGGIORNAMENTO A MARZO 2016 (a fine articolo) sul sistema simile presentato da Volkswagen e Break Force One.

bici elettrica di test per sistema ABS

Le bici elettriche con motori potenti, in grado di farle andare a velocità fino ai 45 km/h, sono sempre più richieste in Europa. Cominciano a diffondersi soprattutto in quei paesi dove sono considerate mezzi legali (la categoria nota come speed-ebike), come ad esempio in Germania, Olanda e Svizzera (da noi in Italia il limite massimo di velocità per una bici elettrica a pedalata assistita è di 25 km/h, anche se sono abbastanza diffuse le bici elettriche non omologate in grado di andare a 45 km/h).

A una grande potenza e velocità deve corrispondere un potenziamento del sistema di frenata. Per questo le speed-ebike sono spesso dotate di freni a disco idraulici con rotori dall’ampio diametro, in modo da garantire una grande potenza di frenata. L’abbiamo notato ad esempio nel nostro test approfondito della Stromer ST2, una speed-ebike svizzera di alta gamma.

Tutto ciò significa che oggi anche chi è poco esperto può ritrovarsi ad avere a che fare con bici dotate di potenti sistemi di frenata. Una volta freni di questo tipo erano disponibili quasi esclusivamente su mountain bike pensate per ciclisti esperti che vogliono andare forte in discesa. Oggi chiunque (in paesi come Germania, Svizzera e Austria, e illegalmente anche da noi) può entrare in un negozio e comprare una speed-ebike da usare in città (se si hanno i soldi a disposizione). È ancora troppo poco diffusa secondo noi l’idea che per guidare bici di questo tipo è necessario fare un periodo di pratica: sono mezzi molto diversi dalle “normali” bici. Sfrecciare a 45 km/h in mezzo al traffico cittadino con una bici che pesa anche 28kg non è una cosa banale, ed è importante saper gestire bene le emergenze come le frenate improvvise.


Una frenata improvvisa può essere paradossalmente più pericolosa a velocità medio-basse che a velocità medio-alte, almeno per quanto riguarda la probabilità di bloccare la ruota anteriore. Procedendo a 45 km/h infatti la stessa inerzia della bici rende difficile bloccare la ruota anteriore. È quando la velocità scende a 15-20km/h che una frenata improvvisa può portare al bloccaggio della ruota anteriore, se un ciclista inesperto, per la paura, tira al massimo i freni. A questo punto entra in gioco il sistema di frenata: una bici elettrica “normale” avrà dei V-brake, o dei semplici freni a disco meccanici, pensati proprio per operare a queste velocità relativamente basse: anche tirando al massimo i freni, è molto difficile che la ruota anteriore si blocchi (al massimo si può bloccare quella posteriore, ma è un caso molto meno grave). Una speed-ebike invece avrà dei freni a disco idraulici con rotori magari da 180 o 200mm, pensati per far rallentare la bici da velocità di 45 km/h, ma sovradimensionati per velocità più basse: se per la paura si tirano al massimo quei freni a una velocità di 15 km/h, è facile che la ruota anteriori si impunti, e che il ciclista rischi di “volare” oltre il manubrio. Il problema si complica in caso di asfalto bagnato e sdrucciolevole. Un sistema ABS interverrebbe in caso di (rischio di) bloccaggio della ruota anteriore per diminuire l’intensità della frenata, assicurandosi così che la ruota anteriore continui a scorrere regolarmente. Applicare l’ABS alle bici però non è semplice.

Per questo motivo un team di ricercatori dell’università tedesca di Pforzheim sta mettendo a punto un sistema di frenata ABS (Anti-Blocking System) per bici elettriche. Il progetto è finanziato dal governo federale tedesco, nell’ambito di un programma dal chiaro nome “Bikesafe”. Prima di tutto i ricercatori hanno raccolto una grande quantità di dati in modo da capire bene come e quando si innesca il bloccaggio della ruota anteriore: una bici di test è stata dotata di una grande quantità di sensori di vario tipo; questo studio è stato condotto anche grazie a un modello di bicicletta simulato al computer. Per evitare rischi, si è usato un manichino al posto di un ciclista “vero”, proprio come succede nei crash-test automobilistici. Poiché era difficile e costoso far “pedalare” il manichino per attivare il motore, si è modificato il sistema di assistenza alla camminata, togliendo la limitazione a 6 km/h e riuscendo così ad attivare il motore a velocità sostenute anche a pedali fermi. Al raggiungimento di una certa velocità il motore veniva disattivato, e venivano attivati automaticamente i freni, in vari modi, per osservare i risultati e capire quando e come si innesca il bloccaggio della ruota anteriore e il volo del manichino oltre il manubrio.

sensori bici elettrica

(cliccare per ingrandire

La seconda fase è poi quella della messa a punto di un sistema anti-bloccaggio della ruota anteriore, con la collaborazione di alcune aziende del settore (in particolare Bosch e Magura). Le bici elettriche hanno il vantaggio di essere già dotate di una centralina e di una fonte di energia (la batteria) che possono essere usate per gestire anche il sistema ABS, riducendo il numero e il peso dei componenti da aggiungere alla bici. I problemi da risolvere sono vari. Prima di tutto c’è il problema del funzionamento dal punto di vista strettamente tecnico di un sistema del genere. Poi c’è il problema estetico, di ingombro e di peso: l’ABS non deve andare a peggiorare troppo questi aspetti della bici. Infine, c’è il problema economico: il prezzo finale di una bici con ABS non deve essere troppo superiore a quello delle bici attuali.

Al momento i ricercatori dell’università stanno appunto lavorando al sistema, e non sono disponibili ulteriori dettagli. Per maggiori informazioni su quanto si è fatto finora, potete consultare questo report dell’università di Pforzheim (pdf in tedesco), da cui abbiamo tratto anche le immagini che corredano questo articolo.

In generale, secondo noi le bici elettriche sono più sicure delle bici normali, per almeno 5 motivi.

Aggiornamento Marzo 2016: il sistema presentato da Break Force One

L’idea di aggiungere un sistema di ABS alle bici elettriche è talmente promettente che sono diversi i team che ci stanno lavorando. Al momento attuale il team di ricerca che ha il progetto allo stadio di sviluppo più avanzato sembra essere quello di Break Force One, un’azienda tedesca specializzata nella produzione di freni a disco di alta gamma per mountain bike. Il loro sistema verrà presentato nel corso di Eurobike 2016, nel prossimo settembre, ma sono già disponibili alcune interessanti anticipazioni.

dettaglio sistema ABS per bici elettrica

Qui il tubo del sistema ABS Break Force One è stato installato lungo la forcella anteriore. Foto VW

La sfida principale è sempre stata quella di mantenere peso e dimensioni basse, in modo da essere compatibili con l’uso su una bicicletta. Il sistema di Break Force One è costituito principalmente da un tubo di lunghezza pari a 75mm, diametro di 32mm, e peso di 280g. Serve un tubo come questo per ogni freno a cui si vuole applicare il sistema ABS. All’interno di questo tubo si trovano tutti i componenti elettronici e meccanici necessari per il funzionamento del sistema. Questo tubo va posizionato lungo il cavo di un sistema di freni a disco idraulici, in qualsiasi punto si preferisca fra manopola del freno e il freno vero e proprio; il sistema non è compatibile con freni a disco meccanici né con v-brake; è necessario anche un collegamento alla batteria e alla centralina della bici elettrica da cui vengono presi la corrente e alcuni dati dai sensori, necessari per il funzionamento. Stando a quanto afferma Break Force One, il loro sistema è in grado di “capire” quando la ruota anteriore sta per bloccarsi (e/o anche quando la ruota posteriore sta per alzarsi) a causa di una eccessiva azione frenante; a questo punto (addirittura prima che la ruota anteriore si blocchi effettivamente, quindi), il sistema di controllo presente all’interno di questo ormai famoso tubo interviene, interrompe la connessione fra manopola e freno, e regola esso stesso la pressione del liquido, diminuendo l’intensità della frenata.

Fin qui i dati disponibili sul sito ufficiale di Break Force One. A questo punto non possiamo non chiederci come funzioni effettivamente il sistema, e soprattutto come faccia a “capire” quando intervenire. Anche ammettendo che il sistema ABS abbia accesso a tutti i dati della centralina di una bici elettrica, non ci sembra ne sia possibile ricavare informazioni così precise sullo stato di rotazione delle ruote, tanto da intervenire addirittura prima che la ruota si blocchi. Normalmente le centraline per bici elettriche hanno informazioni relative quasi esclusivamente al sistema di trasmissione… la cosa che più si avvicina a un sensore utile per un sistema ABS è quello di rotazione della ruota posteriore, che però è di solito basato su un semplicissimo magnete che attiva un sensore a ogni rotazione completa della ruota, sicuramente troppo poco per basarci sopra un sistema di ABS. È chiaro che il sistema Break Force One deve avere accesso ad altri dati e ad altri sensori. Non crediamo che questi sensori siano posizionati sul “tubo” vero e proprio, dato che è possibile posizionare questo tubo dovunque si vuole fra manopola e freno. Probabilmente ci saranno degli accelerometri o altri sensori che trasmettono dati in wireless a questo tubo. Voi cosa ne pensate?

Il sistema è stato studiato in particolare per le bici elettriche sviluppate da Volkswagen, ma sembra essere compatibile con i più comuni sistemi per bici elettriche. Non è ancora chiaro se le bici elettriche Volkswagen vedranno mai la luce.

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