Requisiti FMVSS 121: lo standard USA dei freni ad aria

FMVSS 121 — Federal Motor Vehicle Safety Standard n. 121, codificato nel 49 CFR 571.121 — e la norma statunitense che stabilisce le prestazioni minime per camion, trattori stradali, autobus e rimorchi nuovi con freni ad aria. Stabilisce quanto velocemente il compressore deve caricare l'impianto, quanto volume di serbatoi deve avere il veicolo, quanto rapidamente i freni devono applicarsi e rilasciarsi, quale distanza puo impiegare il veicolo per fermarsi da 60 mph, e che il veicolo deve disporre di frenata antibloccaggio. Fondamentale: e uno standard di costruzione. La NHTSA lo applica nei confronti del costruttore al momento della produzione, mentre le condizioni di un camion gia in servizio sono regolate dalle norme FMCSA del 49 CFR Part 393.

Cosa regola davvero lo standard

Il FMVSS 121 e formulato come una serie di test superati/non superati che un veicolo nuovo deve affrontare. In generale copre cinque aree: alimentazione e accumulo dell'aria, dispositivi di avviso, tempi di applicazione e rilascio dei freni, prestazioni di arresto di servizio ed emergenza, e forza di tenuta del freno di stazionamento. Include inoltre il requisito antibloccaggio che ha ridisegnato l'hardware dei freni ad aria nordamericani alla fine degli anni '90. Norme correlate colmano le lacune: FMVSS 106 copre tubi e tubazioni per freni ad aria, FMVSS 105 e 135 coprono i veicoli con freni idraulici, e FMVSS 136 copre il controllo elettronico della stabilita su trattori e autobus di grandi dimensioni.

Alimentazione dell'aria, serbatoi e dispositivi di avviso

Il test di carica e quello che i tecnici ricordano di piu: con i serbatoi che partono da 85 psi e il motore al regime massimo consigliato dal costruttore, il compressore deve portare la pressione del serbatoio di servizio a 100 psi entro 25 secondi. Ecco perche la cilindrata del compressore va specificata in base al veicolo invece che scelta a caso da uno scaffale — un'unita sottodimensionata su un grande banco di serbatoi non puo rispettare il requisito.

L'accumulo e dimensionato in base ai freni che deve alimentare. Il volume combinato dei serbatoi su un'unita motrice deve essere almeno dodici volte il volume combinato di tutte le camere del freno di servizio; i rimorchi sono soggetti a un multiplo inferiore. Ogni serbatoio necessita di uno scarico nel punto piu basso e di una protezione con valvola di non ritorno, cosi che un guasto a monte non svuoti l'intero impianto. Lo standard non indica un valore di taratura del regolatore — richiede che l'impianto raggiunga e mantenga la pressione di esercizio — quindi in pratica si osserva un disinserimento tra 120 e 135 psi, un inserimento tra 100 e 110 psi, e un impianto sano completamente carico intorno a 120 psi. L'avviso di bassa pressione deve attivarsi a non meno della meta del valore di disinserimento del regolatore, il che colloca cicalino e spia intorno a 60 psi sulla maggior parte dei mezzi.

Tempi di applicazione e rilascio

I limiti di tempo esistono affinche i freni di trattore e rimorchio entrino in funzione insieme e non in sequenza. I test partono da circa 100 psi di pressione nel serbatoio e misurano alla camera.

Questi sono i numeri attorno ai quali sono progettate le valvole relay, le valvole a rilascio rapido e il dimensionamento delle linee. Sostituire una valvola relay con una pressione di apertura errata o installare su un rimorchio una linea sottodimensionata puo far uscire il veicolo dai parametri per cui e stato omologato, anche senza perdite tecniche evidenti.

Distanza di arresto

La norma del 2009 sulla riduzione della distanza di arresto ha tagliato i requisiti per i trattori di circa il 30 percento, introdotta gradualmente da agosto 2011 per la maggior parte dei trattori a tre assi e dal 2013 per gli altri. Gli arresti si effettuano da 60 mph su superficie asciutta e il veicolo deve rimanere entro una corsia di 12 piedi.

Distanze separate e maggiori si applicano agli arresti a carico ridotto e agli arresti di emergenza con un circuito guasto. Questo test di guasto parziale e il motivo per cui ogni moderna unita motrice con freni ad aria divide l'impianto di servizio in circuiti anteriore e posteriore indipendenti — vedi come funziona un impianto frenante ad aria a doppio circuito per la parte impiantistica.

ABS e stabilita

La frenata antibloccaggio e diventata obbligatoria ai sensi del FMVSS 121 sui trattori stradali con freni ad aria costruiti dal 1 marzo 1997 in poi, e sugli altri camion, autobus e rimorchi con freni ad aria costruiti dal 1 marzo 1998 in poi. I trattori hanno una spia di malfunzionamento ABS in cabina; i rimorchi hanno una spia di malfunzionamento esterna sul lato sinistro, e i trattori costruiti da marzo 2001 devono anche mostrare in cabina una spia di malfunzionamento ABS del rimorchio. L'ABS del rimorchio si alimenta attraverso il connettore a sette vie, motivo per cui un pin corroso puo manifestarsi come spia ABS del rimorchio spenta piuttosto che come guasto frenante.

Freno di stazionamento e di emergenza

Il freno di stazionamento deve essere applicato meccanicamente — cioe con molle di accumulo, non con aria trattenuta — e deve tenere fermo il veicolo carico su una pendenza del 20 percento. Le molle iniziano ad applicarsi mentre la pressione dell'impianto scende, tipicamente nella banda 20-45 psi, motivo per cui una perdita incontrollata alla fine parcheggia il veicolo invece di lasciarlo libero di rotolare. Lo standard richiede inoltre che un guasto nell'impianto di servizio lasci comunque un mezzo per fermare il veicolo.

A chi si applica — e a chi no

Il FMVSS 121 si applica ai veicoli nuovi con freni ad aria costruiti per l'uso su strada negli Stati Uniti. Gli impianti idraulici e aria-su-idraulico rientrano in standard diversi, e alcuni rimorchi e mezzi fuoristrada o speciali sono esclusi o parzialmente esclusi. Nulla nel FMVSS 121 dice a una flotta come mantenere il camion in seguito; questo compito spetta alle norme FMCSA sui freni ad aria nella Part 393 e ai criteri di ispezione usati a bordo strada.

FMVSS 121 contro ECE R13

Fuori dal Nord America la maggior parte dei veicoli pesanti e omologata secondo il Regolamento UN n. 13. Entrambi i regimi inseguono lo stesso risultato, ma la filosofia dei test differisce abbastanza da rendere un camion USA conforme non automaticamente omologabile in Europa.

Le norme ECE R13 integrano anche la stabilita elettronica direttamente nella regolamentazione della frenata, mentre gli USA la gestiscono in uno standard separato. In pratica, questo spiega perche i rimorchi europei arrivano con EBS e rilevamento del carico di serie, mentre i rimorchi nordamericani montano comunemente solo valvole relay e ABS.

Cosa significa questo in officina

Non state omologando veicoli, ma potete tranquillamente farne decadere silenziosamente l'omologazione. Montate un compressore con cilindrata inferiore all'originale e il camion potrebbe non rispettare piu il tempo di carica da 85 a 100 psi. Eliminate o rimpicciolite un serbatoio e perdete il volume di riserva previsto dallo standard. Montate una valvola con tempistiche diverse e il rimorchio non entra piu in funzione insieme al trattore. Lasciate una spia ABS non funzionante e avete sia un problema di conformita sia un veicolo che si ferma piu lentamente sul ghiaccio. Abbinate i componenti alla specifica OE — Bendix, Wabco/ZF, Knorr-Bremse, Haldex, Meritor e i costruttori di camion pubblicano tutti i valori — e il veicolo continua a comportarsi come e stato omologato.