TEMA 9: SISTEMAS DE SEGURIDAD EN LOS FRENOS
1. CONCEPTOS BÁSICOS
La seguridad activa de los vehículos depende en gran medida de la eficacia del sistema de
freno. En los circuitos de freno sin gestión electrónica, el circuito está diseñado con dispositivos
mecánicos e hidráulicos que adaptan las presiones de frenado a las condiciones de carga,
desaceleración, etc. del vehículo.
El conductor es el elemento principal, ya que aplica las fuerzas de frenado teniendo en cuenta
el estado del terreno, velocidad, carga del vehículo, etc.
En condiciones de adherencia normales, el vehículo responde de forma eficaz a las fuerzas de
frenado que se apliquen. El problema aparece cuando disminuye el coeficiente de rozamiento
entre el neumático y el terreno (coeficiente de adherencia,); en ese momento, el neumático
derrapa y el vehículo pierde estabilidad.
El derrape o deslizamiento
La velocidad periférica de una rueda que gira libremente, que ni se frena ni acelera, es igual a
la velocidad de desplazamiento del vehículo. Sin embargo, la acción de una fuerza de
frenado o de aceleración sobre el neumático provoca una deceleración o una
aceleración del neumático con respecto a la superficie de la calzada. El neumático
resbala o derrapa.
Esta diferencia de velocidad entre la velocidad del vehículo y la velocidad de la rueda
se denomina derrape o deslizamiento. Indica la relación entre estas 2 velocidades, y por eso se
representa en porcentaje.
Si la rueda se encuentra bloqueada, presenta un derrape del 100%, mientras que si la rueda
gira libremente, el derrape es del 0%.
El coeficiente de rozamiento óptimo que pueden alcanzar los neumáticos en
procesos de frenado se sitúa ente el 15 y el 22%. Este margen representa la
zona de trabajo de los sistemas de frenado gestionados electrónicamente
(ABS).
Los neumáticos transmiten a la calzada fuerzas longitudinales y trasversales.
Las longitudinales actúan durante la aceleración o deceleración del vehículo, mientras que las
transversales actúan en el guiado lateral del vehículo.
Las fuerzas longitudinales y transversales se reparten en la fuerza de rozamiento máxima que
puede transmitir el neumático. Significa que, por ejemplo, una rueda totalmente bloqueada no
puede soportar ninguna fuerza de guiado lateral. El vehículo ya no puede maniobrar y pierde el
control de la dirección.
2. SISTEMAS DE FRENO ANTIBLOQUEO
Consisten en circuitos de freno que incorporan una gestión electrohidráulica para gobernar la
presión de frenado que recibe cada rueda. Estos sistemas de freno se conocen como: ABS, ASB,
ABR
Principales ventajas de los sistemas antibloqueo
, No hay pérdida de la estabilidad direccional durante el frenado.
Hay mayor control de la dirección aún en frenadas de emergencia.
La distancia de frenado es más corta. - Se reduce el desgaste de los neumáticos.
Constitución del sistema de freno antibloqueo
Independientemente de la variante que se monte, utilizan
componentes similares para su funcionamiento. Al circuito hidráulico
del vehículo se le incorporan los componentes del circuito
electrohidráulico, unidad de control, módulo electrohidráulico,
captadores, etc. Sus partes son:
UNIDAD DE CONTROL ELECTRÓNICA Y BLOQUE HIDRÁULICO
En este modelo, forman un conjunto en el que también se encuentra la
bomba.
La unidad de control electrónica recibe las señales de entrada de los sesores, del conmutador
de luces de freno y de los demás captadores o elementos del sistema. Procesa las señales, y,
cuando detecta que la rueda puede bloquearse, activa las válvulas electromagnéticas del
bloque hidráulico y la bomba.
La unidad de control está diseñada como sistema redundante,
es decir, el procesamiento de la señal se realiza mediante 2
procesadores separados, los cuales a su vez se supervisan
mutuamente. Esta dispone de la función, autocomprobación y
memoria de averías para localizar los fallos. Cuando detecta
fallos o averías importantes, anula el sistema antibloqueo y el
circuito funciona como un circuito de freno normal.
SENSORES DE RUEDAS
La misión de un sensor es transformar las magnitudes físicas o químicas en magnitudes
eléctricas que un módulo pueda procesar. En sensores específicos, se dan etapas intermedias
no eléctricas.
En los sistemas de freno antibloqueo se emplean sensores de dos tipos: pasivos y activos.
SENSOR PASIVO O INDUCTIVO
Formado por un imán permanente rodeado de un bobinado. Los extremos del
bobinado están conectados al módulo electrohidráulico. Delante del extremo frontal
del imán permanente gira el anillo del sensor, el cual se encuentra fijo al cubo de
rueda.
Al girar, la rueda mueve el anillo o rueda dentada ferromagnética, la cual genera las
líneas de fuerza magnética del imán permanente, induciendo en el bobinado del
sensor una tensión alterna sinusoidal.
La frecuencia y amplitud de la tensión alterna del sensor dependen de la velocidad de
giro del anillo o rueda fónica.
Para que el módulo electrohidráulico pueda procesar correctamente la señal que emite
el sensor, es necesaria una velocidad mínima aproximada de 5 a 7 km por hora.
, La señal que emite el sensor está condicionada por la suciedad del sensor y del anillo,
los cuales deben estar limpios, así como de la separación entre ambos, cota. Esta cota
se encuentra entre los 0,5 y 1,5 mm según el modelo.
1. Imán permanente. 2. Bobinado. 3. Módulo electrohidráulico.
4. Anillo del sensor o rueda fónica. 5. Cota.
SENSOR ACTIVO O MAGNETORRESISTIVO
El principio físico se basa en el efecto por el cual la conductividad eléctrica de capas
ferromagnéticas anisotrópicas varía bajo la influencia de un campo magnético externo
que discurre al mismo nivel (efecto hall).
La variación de la resistencia de estas capas depende de la dirección y de la intensidad
de campo magnético.
El sensor de rueda está formado por dos resistencias magnetorresistivas, conectadas
con otras dos resistencias constantes en forma de conexión en puente Wheatstone.
Este tipo de conexión compensa las influencias que provocan el envejecimiento y la
temperatura de los sensores pasivos.
El puete de medición es explorado por un anillo que forma los imanes
permanentes alterados. El anillo se encuentra unido al cubo de la rueda o a
la pista interior del cojinete, y gira a la misma velocidad que la rueda.
El sensor integra una unidad electrónica de evaluación que transforma la
señal sinusoidal resultante del método de medición en una señal PWM
(modulación de amplitud de impulsos) de frecuencia constante (señal cuadrada
digital). El sensor requiere una tensión de alimentación para su funcionamiento y
dispone de 2 salidas eléctricas, en total, tres cables.
La señal del sensor resulta de la corriente que fluye a través del mismo. Una corriente
alta (14mA, aprox) es integrada por el módulo electrohidráulico como una señal HIGH,
y una corriente baja de (7mA, aprox) como una señal LOW. Este sensor no tiene
desgaste.
Montaje de los sensores de ruedas
El sensor o captador de régimen de rueda se monta generalmente
atornillado a la mangueta de la rueda. Ya sean activos o pasivos, se
pueden montar de forma axial o radial.
INTERRUPTOR DE LUZ DE FRENO
Encargado de encender las luces de freno cuando se pisa el pedal. Se fija generalmente al
soporte del pedal de freno. La unidad de control electrónica recibe
la señal de tensión del interruptor cuando se pisa el pedal. Si el
vehículo dispone de control de tracción, al pisar el pedal se
desactiva y prevalece la función de frenado sobre el control de la tracción.
Funcionamiento del sistema de freno antibloqueo
El sistema ABS mide las revoluciones de las ruedas mediante sensores, conectados a la unidad
de control electrónica. Esta recibe las señales de las 4 ruedas y calcula la velocidad de
referencia del vehículo. Esta velocidad de referencia constituye una medida para la velocidad
real.
1. CONCEPTOS BÁSICOS
La seguridad activa de los vehículos depende en gran medida de la eficacia del sistema de
freno. En los circuitos de freno sin gestión electrónica, el circuito está diseñado con dispositivos
mecánicos e hidráulicos que adaptan las presiones de frenado a las condiciones de carga,
desaceleración, etc. del vehículo.
El conductor es el elemento principal, ya que aplica las fuerzas de frenado teniendo en cuenta
el estado del terreno, velocidad, carga del vehículo, etc.
En condiciones de adherencia normales, el vehículo responde de forma eficaz a las fuerzas de
frenado que se apliquen. El problema aparece cuando disminuye el coeficiente de rozamiento
entre el neumático y el terreno (coeficiente de adherencia,); en ese momento, el neumático
derrapa y el vehículo pierde estabilidad.
El derrape o deslizamiento
La velocidad periférica de una rueda que gira libremente, que ni se frena ni acelera, es igual a
la velocidad de desplazamiento del vehículo. Sin embargo, la acción de una fuerza de
frenado o de aceleración sobre el neumático provoca una deceleración o una
aceleración del neumático con respecto a la superficie de la calzada. El neumático
resbala o derrapa.
Esta diferencia de velocidad entre la velocidad del vehículo y la velocidad de la rueda
se denomina derrape o deslizamiento. Indica la relación entre estas 2 velocidades, y por eso se
representa en porcentaje.
Si la rueda se encuentra bloqueada, presenta un derrape del 100%, mientras que si la rueda
gira libremente, el derrape es del 0%.
El coeficiente de rozamiento óptimo que pueden alcanzar los neumáticos en
procesos de frenado se sitúa ente el 15 y el 22%. Este margen representa la
zona de trabajo de los sistemas de frenado gestionados electrónicamente
(ABS).
Los neumáticos transmiten a la calzada fuerzas longitudinales y trasversales.
Las longitudinales actúan durante la aceleración o deceleración del vehículo, mientras que las
transversales actúan en el guiado lateral del vehículo.
Las fuerzas longitudinales y transversales se reparten en la fuerza de rozamiento máxima que
puede transmitir el neumático. Significa que, por ejemplo, una rueda totalmente bloqueada no
puede soportar ninguna fuerza de guiado lateral. El vehículo ya no puede maniobrar y pierde el
control de la dirección.
2. SISTEMAS DE FRENO ANTIBLOQUEO
Consisten en circuitos de freno que incorporan una gestión electrohidráulica para gobernar la
presión de frenado que recibe cada rueda. Estos sistemas de freno se conocen como: ABS, ASB,
ABR
Principales ventajas de los sistemas antibloqueo
, No hay pérdida de la estabilidad direccional durante el frenado.
Hay mayor control de la dirección aún en frenadas de emergencia.
La distancia de frenado es más corta. - Se reduce el desgaste de los neumáticos.
Constitución del sistema de freno antibloqueo
Independientemente de la variante que se monte, utilizan
componentes similares para su funcionamiento. Al circuito hidráulico
del vehículo se le incorporan los componentes del circuito
electrohidráulico, unidad de control, módulo electrohidráulico,
captadores, etc. Sus partes son:
UNIDAD DE CONTROL ELECTRÓNICA Y BLOQUE HIDRÁULICO
En este modelo, forman un conjunto en el que también se encuentra la
bomba.
La unidad de control electrónica recibe las señales de entrada de los sesores, del conmutador
de luces de freno y de los demás captadores o elementos del sistema. Procesa las señales, y,
cuando detecta que la rueda puede bloquearse, activa las válvulas electromagnéticas del
bloque hidráulico y la bomba.
La unidad de control está diseñada como sistema redundante,
es decir, el procesamiento de la señal se realiza mediante 2
procesadores separados, los cuales a su vez se supervisan
mutuamente. Esta dispone de la función, autocomprobación y
memoria de averías para localizar los fallos. Cuando detecta
fallos o averías importantes, anula el sistema antibloqueo y el
circuito funciona como un circuito de freno normal.
SENSORES DE RUEDAS
La misión de un sensor es transformar las magnitudes físicas o químicas en magnitudes
eléctricas que un módulo pueda procesar. En sensores específicos, se dan etapas intermedias
no eléctricas.
En los sistemas de freno antibloqueo se emplean sensores de dos tipos: pasivos y activos.
SENSOR PASIVO O INDUCTIVO
Formado por un imán permanente rodeado de un bobinado. Los extremos del
bobinado están conectados al módulo electrohidráulico. Delante del extremo frontal
del imán permanente gira el anillo del sensor, el cual se encuentra fijo al cubo de
rueda.
Al girar, la rueda mueve el anillo o rueda dentada ferromagnética, la cual genera las
líneas de fuerza magnética del imán permanente, induciendo en el bobinado del
sensor una tensión alterna sinusoidal.
La frecuencia y amplitud de la tensión alterna del sensor dependen de la velocidad de
giro del anillo o rueda fónica.
Para que el módulo electrohidráulico pueda procesar correctamente la señal que emite
el sensor, es necesaria una velocidad mínima aproximada de 5 a 7 km por hora.
, La señal que emite el sensor está condicionada por la suciedad del sensor y del anillo,
los cuales deben estar limpios, así como de la separación entre ambos, cota. Esta cota
se encuentra entre los 0,5 y 1,5 mm según el modelo.
1. Imán permanente. 2. Bobinado. 3. Módulo electrohidráulico.
4. Anillo del sensor o rueda fónica. 5. Cota.
SENSOR ACTIVO O MAGNETORRESISTIVO
El principio físico se basa en el efecto por el cual la conductividad eléctrica de capas
ferromagnéticas anisotrópicas varía bajo la influencia de un campo magnético externo
que discurre al mismo nivel (efecto hall).
La variación de la resistencia de estas capas depende de la dirección y de la intensidad
de campo magnético.
El sensor de rueda está formado por dos resistencias magnetorresistivas, conectadas
con otras dos resistencias constantes en forma de conexión en puente Wheatstone.
Este tipo de conexión compensa las influencias que provocan el envejecimiento y la
temperatura de los sensores pasivos.
El puete de medición es explorado por un anillo que forma los imanes
permanentes alterados. El anillo se encuentra unido al cubo de la rueda o a
la pista interior del cojinete, y gira a la misma velocidad que la rueda.
El sensor integra una unidad electrónica de evaluación que transforma la
señal sinusoidal resultante del método de medición en una señal PWM
(modulación de amplitud de impulsos) de frecuencia constante (señal cuadrada
digital). El sensor requiere una tensión de alimentación para su funcionamiento y
dispone de 2 salidas eléctricas, en total, tres cables.
La señal del sensor resulta de la corriente que fluye a través del mismo. Una corriente
alta (14mA, aprox) es integrada por el módulo electrohidráulico como una señal HIGH,
y una corriente baja de (7mA, aprox) como una señal LOW. Este sensor no tiene
desgaste.
Montaje de los sensores de ruedas
El sensor o captador de régimen de rueda se monta generalmente
atornillado a la mangueta de la rueda. Ya sean activos o pasivos, se
pueden montar de forma axial o radial.
INTERRUPTOR DE LUZ DE FRENO
Encargado de encender las luces de freno cuando se pisa el pedal. Se fija generalmente al
soporte del pedal de freno. La unidad de control electrónica recibe
la señal de tensión del interruptor cuando se pisa el pedal. Si el
vehículo dispone de control de tracción, al pisar el pedal se
desactiva y prevalece la función de frenado sobre el control de la tracción.
Funcionamiento del sistema de freno antibloqueo
El sistema ABS mide las revoluciones de las ruedas mediante sensores, conectados a la unidad
de control electrónica. Esta recibe las señales de las 4 ruedas y calcula la velocidad de
referencia del vehículo. Esta velocidad de referencia constituye una medida para la velocidad
real.
