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Sistema de frenos

UNIDAD 11.“Sistema de frenos”

Misión: reducir la velocidad de marcha o detener un vehículo en movimiento.

11.1 Frenos de zapatas:

Constitución:

- Pedal - Cilindro de bombas- Émbolo de bomba- Depósito de líquido de frenos- Válvula- Cilindro de bombín- Émbolos del bombín- Zapatas- Muelle- Tambor

Mecanización e Instalaciones Agrarias Página 1

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Fig. 1: componentes del freno de tamborFuncionamiento:

- Pedal de frenado pisado : la bomba somete el líquido a presión por el circuito; este líquido no vuelve al depósito ya que lo impide la válvula, por lo que es conducido hasta el bombín, obligando a los émbolos de éste a separarse. Al apoyarse éstos sobre los extremos de las zapatas las abren hasta hacerlas rozar con el tambor, reduciendo de esta manera la velocidad de marcha.

- Pedal de frenado sin pisar : desaparece la presión del líquido, el muelle hace que las zapatas vuelvan a su posición inicial así como los émbolos del bombín y de la bomba.

11.2 Frenos de discos:

Constitución:

- Bomba: elemento encargado de trasmitir la presión ejercida por el conductor sobre el pedal del freno. Dicha presión es llevada por los conductos hasta las ruedas para detener su movimiento. Es una especie de jeringa llena con líquido de frenos.

- Disco: disco metálico unido a la rueda, y que es aprisionado por las pastillas en el momento de la frenada.

- Pastillas: Compuestas por una parte metálica y un forro de fricción.

- Bombines: elementos que están en contacto con las pastillas y se desplazan en función de la presión del líquido de frenos

- Pinza- Mordaza: Abrazaderas encargadas de aprisionar

las pastillas contra el disco.


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- Muelle

Fig. 2: vista de la mordaza en el disco Fig. 3: bomba de freno

Fig.4: pastillas de frenoFuncionamiento:Al pisar el pedal de freno, conseguimos que el líquido de frenos pase por el circuito a presión, venciendo a los pistones situados en la mordaza, que a su vez están en contacto con las pastillas que son las encargadas de de contactar con el disco, reduciendo la velocidad del vehículo.Al soltar el pedal de freno, la acción del muelle situado en la bomba, hace que vuelve todo el conjunto a su posición de inicio.

Ventajas:Este sistema tiene una mejor evacuación del calentamiento de los distintos elementos que lo componen.No se produce el fenómeno de “fanding” que suele presentarse en los frenos de tambor. Este fenómeno aparece cuando por frenadas sucesivas se incrementa el calor, el tambor tiende a dilatarse alejando la superficie de adherencia de contacto con las zapatas.


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Fig. 5 esquema del funcionamiento

11.3 Seguridad Activa

La seguridad activa es la encargada de evitar, dentro de lo posible, situaciones de riesgo que pueden provocar accidentes.

Existen variados equipamientos de estabilidad que se pueden incorporar a un vehículo, los cuales son descritos en detalle en las siguientes hojas. Sin embargo, el diseño inicial del vehículo es uno de los factores mas influyentes en su estabilidad, independientemente de los elementos adicionales que incorpore. Dinámicamente, en la estabilidad de un vehículo tienen especial relevancia la posición su centro de gravedad y la distribución del peso entre los dos ejes. Mientras mas bajo esté el centro de gravedad y mas uniforme sea la distribución del peso entre sus ejes, mayor será el límite de adherencia del vehículo. Otros elementos de importancia son la geometría de la suspensión del vehículo, el tipo de neumáticos o el sistema de frenos.

Es importante tener estos elementos en cuenta antes de hacer un juicio sobre la estabilidad de un vehículo sólo al leer su listado de equipamiento de seguridad activa. Probablemente, un todoterreno provisto de una extensa batería de elementos electrónicos de estabilidad no estará a la altura en comportamiento dinámico en pavimento de un sencillo compacto, ya que se verá penalizado por su elevado centro de gravedad, unas suspensiones y neumáticos diseñados para circular por terrenos escarpados, y su mayor peso.

Sistema antibloqueo de frenos (ABS)

El bloqueo de las ruedas es una situación crítica puesto que limita la capacidad de control del automóvil por parte del conductor. Esta situación conlleva una pérdida de estabilidad de marcha y derrape del vehículo, produce un aumento de distancia y tiempo de frenado, y hace que se pierda progresividad en la frenada. Si el bloqueo se produce en las ruedas traseras, el vehículo derrapa tendiendo a cruzarse en la carretera, y si ocurre en las ruedas delanteras, el vehículo continúa en línea recta dejando inoperante el sistema de dirección.

La función que ejerce el sistema ABS (Antilock Brake System) es la de dosificar el esfuerzo de frenada adecuándolo a las condiciones de adherencia en cada una de las ruedas, de manera que nunca se llegue al bloqueo de ninguna rueda. Los dispositivos de freno antibloqueo son capaces de dar una respuesta apropiada a la pérdida de adherencia y, en consecuencia, suprimir todo riesgo de pérdida direccional y de estabilidad del vehículo en la frenada. Además, regula la presión aplicada al líquido de frenos sobre cada rueda en función de la adherencia de la misma con el suelo y del esfuerzo ejercido por el conductor sobre el pedal, limitando la fuerza de frenado en ellas a un valor inferior al del bloqueo.


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Figura 6: Pérdida de control en la frenada y discos de freno

Por ejemplo, si pasamos con nuestro vehículo por un charco de aceite de manera que una de las ruedas (la derecha, ver figura 2) queda en contacto con este líquido y frenamos, la rueda izquierda rodará sin resbalar, lo cuál constituye su normal funcionamiento, pero la rueda derecha debido al contacto con el aceite tenderá a resbalar, lo que produce una clara inestabilidad. Es por esto, que el sistema ABS dejará de frenar esta rueda, con el fin de que deje de resbalar y se logre nuevamente la estabilidad.

Figura 7: Ejemplo de funcionamiento sistema ABS

En resumen, el sistema antibloqueo de frenos aporta tres ventajas principales desde el punto de vista de la seguridad activa: Mayor eficacia sobre superficies resbaladizas (agua, nieve, hielo) ya que la

detención del vehículo se consigue en un tiempo y distancia menores. En el caso de la frenada sobre pavimento seco se obtienen valores menores con este sistema aunque muy similares a los obtenidos sin él.

Mejor estabilidad puesto que al no bloquearse las ruedas, se tiene un control total de la dirección del vehículo. De hecho, la mayor ventaja del ABS sobre pavimento seco no es la distancia de frenado sino que permite al conductor mantener el control direccional del vehículo durante el frenado, lo que en muchas situaciones será más importante que parar en una distancia determinada.

Frenada más progresiva al no bloquearse las ruedas, se tiene un control total de la frenada, que es función directa de la fuerza aplicada al freno por el conductor.


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Para darle un adecuado uso el sistema de frenos ABS es importante seguir los consejos que se describen a continuación: Debe mantener su pie en el freno en situaciones de frenado de emergencia.

Mantenga una presión firme y continua sobre el pedal del freno mientras trata de hacer que el ABS en las cuatro ruedas del vehículo funcione adecuadamente. No hay que despegar el pie del pedal del freno hasta que el vehículo se haya detenido. Tampoco hay que solicitar en exceso el freno. En el caso de que se trate de un vehículo con ABS únicamente en las ruedas traseras, puede que las ruedas delanteras se bloqueen, tal como sucede con los frenos convencionales. Si ello sucediera, el conductor debería soltar ligeramente el pedal del freno en la presión justa para que éstas volvieran a girar y con ello no se perdiera la dirección del coche.

Debe practicar el conducir con ABS en un estacionamiento vacío o en un área abierta. La práctica ayuda a los conductores a acostumbrarse a las pulsaciones o ruidos que pueden ocurrir cuando el ABS está activado.

No debe conducir un vehículo equipado con ABS más agresivamente que uno que no lo tenga.

No debe bombear los frenos en un frenado de pánico o repentino. El sistema ABS bombea los frenos automáticamente, mucho más rápido, y permite un mejor control de la conducción.

Sistema de control de tracción (TCS)

El TCS (Traction Control System) consiste en un sistema muy similar al ABS, pero no actúa en casos de frenado, sino en casos de excesiva aceleración. Cuando la potencia transmitida al eje de la tracción es superior a la admisible por el rozamiento entre las ruedas y el pavimento, se produce un deslizamiento y el vehículo pierde motricidad y control. Este sistema busca la mejor motricidad del vehículo para evitar el patinado de los neumáticos sobre firme deslizante o bajo una fuerte aceleración. Utiliza los mismos elementos que componen el sistema de frenos antibloqueo.

Figura 8: Sistema de control de tracción

El diferencial que equipan todos los vehículos que permite diferencias de giro entre las ruedas motrices de un mismo eje, lo cual es beneficioso cuando el vehículo gira. En las curvas, las ruedas que van por la parte exterior recorren una trayectoria más larga que las que van por el sector interno, con lo que se produce una diferencia de giro que el diferencial es capaz de absorber.


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Sin embargo, este sistema no es el mas adecuado para repartir la tracción sobre superficies resbaladizas. Supongamos que una de las ruedas tractoras está sobre asfalto mojado y la otra sobre asfalto seco. Al momento de acelerar con decisión, la rueda sobre asfalto mojado patinaría y, por acción del diferencial, recibiría toda la fuerza motriz, mientras a la rueda que puede transmitirla se le elimina por completo esta fuerza. La consecuencia de este hecho es el derrape una rueda del vehículo sin que este traccione y comience su marcha. El sistema de control de tracción permite corregir esta situación a través del frenado de la rueda que derrapa, con lo que la fuerza motriz automáticamente se transmite a la otra rueda.

La otra situación en que este sistema es útil ocurre cuando las dos ruedas del eje de la tracción pierde adherencia. En este caso, el TCS trata de igualar la velocidad de giro de los dos ejes del vehículo, ya sea frenando las ruedas motrices o actuando sobre la gestión electrónica del motor para reducir su potencia.

Sistema de control de estabilidad (ESP) (incluye ABS y TCS)

Llamado programa electrónico de estabilidad (Electronic Stability Program en inglés), este sistema mejora las prestaciones del vehículo en cualquier combinación de las tres situaciones básicas de la conducción: aceleración, frenado y curva.

Los ESP reconocen eficazmente cuando un conductor puede perder el control del vehículo y activan los frenos individualmente en cada rueda, además de reducir el par motor para ayudar a mantener la estabilidad. El sistema se compone de sensores de velocidad, de aceleración y de giro del volante, entre otros, junto con actuadores en los frenos para cada rueda y un procesador que analiza la dinámica del vehículo mas de 100 veces por segundo.

Cuando se realiza una maniobra brusca o a elevada velocidad en un vehículo, pueden producirse dos situaciones: el subviraje y el sobreviraje. El subviraje ocurre cuando deslizan las ruedas del eje delantero en una curva, provocando que el vehículo tienda a seguir derecho realizando una trazada más amplia que la determinada por su conductor. El sobreviraje, por su parte, corresponde al deslizamiento del eje trasero del vehículo en una curva. En estas circunstancias, el eje trasero tiende a girar mas que el resto del vehículo lo que podría provocar un trompo.


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Figura 9: Acción del ESP ante subviraje y sobreviraje

El sistema ESP permite controlar, siempre dentro de los límites de la física, las situaciones anteriores mucho mejor que un conductor promedio. Por ejemplo, si en una curva hacia la derecha se produce sobreviraje y el vehículo comienza a realizar un trompo, el sistema interviene frenando la rueda delantera izquierda, creando de esta forma una fuerza que contrarresta el sobreviraje y permite estabilizar el vehículo. Por otro lado, si en la misma curva anterior se produce subviraje, el ESP frena la rueda trasera derecha de manera que el vehículo mantenga la trayectoria escogida por su conductor. En casos extremos, el sistema también puede reducir el par motor con el objetivo de disminuir la velocidad, a través de la gestión electrónica del motor.

Sistema distribución automática de frenado (EBD)

El EBD (Electronic Brake Distribution) representa un perfeccionamiento del sistema ABS y proporciona una extraordinaria estabilidad al frenar bruscamente en curvas, regulando individual y electrónicamente la presión de frenado en cada una de las cuatro ruedas. Este sistema utiliza la infraestructura de los frenos antibloqueo, a la que agrega un sensor del ángulo de la dirección y un control sobre la gestión del motor.

En un vehículo convencional se permite la independencia en el frenado de los ejes delantero y trasero, de manera que las ruedas delanteras efectúen la mayor parte del trabajo producto del mayor peso que reciben cuando se frena. Sin embargo, la adherencia de las ruedas, el nivel de carga o realizar una curva modifican la cantidad de frenado que puede transmitir cada rueda al pavimento. Además, en un mismo eje no hay independencia de frenado entre las dos ruedas, con lo que las dos transmiten la misma cantidad de frenada al pavimento. Este hecho no supone ningún inconveniente si el vehículo frena cuando circula en línea recta, aunque la situación cambia si el frenado se produce en una curva.

Cuando un vehículo está trazando una curva, las ruedas que van por el exterior de ella deben soportar un mayor peso debido a la acción de la fuerza centrífuga sobre la masa del vehículo. Por esta razón, las ruedas que van por el exterior de la curva pueden transmitir una mayor cantidad de frenada sin perder adherencia que las interiores. Si el vehículo cuenta con EBD, el sistema permite en estas circunstancias la independencia


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en la cantidad de frenada que se envía a cada rueda, con lo que se obtiene una mayor eficacia en el frenado al aprovechar al máximo la adherencia de cada rueda.

Con este sistema se logra la independencia total del frenado de las cuatro ruedas, logrando una frenada óptima.

Sistema de asistencia a la frenada (BAS)

Se ha demostrado que en situaciones de frenada de emergencia, la mayoría de los conductores comienzan presionando el freno con poca presión y luego la van aumentando. Este comportamiento generalmente desencadena distancias de frenado mayores a las que se podrían haber conseguido frenando apropiadamente. El comportamiento ideal en una frenada de emergencia es justo el contrario: inicialmente se debe pisar con decisión el pedal del freno, y luego ir soltando si es necesario.

El sistema de asistencia a la frenada (Brake Assistant System) es un sistema electrónico que interpreta el comportamiento del conductor, e inicia un frenado a fondo cuando identifica una situación de emergencia, lo que hace reducir la distancia de frenado sustancialmente. Para realizar la frenada el sistema guarda en un acumulador líquido de freno, el cual se abre para provocar la sobrepresión en la frenada cuando el sistema lo determina.

En algunos vehículos equipados con este sistema, cuando se detectan frenadas de emergencia se encienden automáticamente los intermitentes, de manera de avisar a los demás conductores que el vehículo se detendrá bruscamente.

Sistema de suspensión activa o adaptativa

El sistema de suspensión activa se presenta como la respuesta a la necesidad de desarrollar vehículos seguros y capaces de combinar elevados niveles de confort, control y maniobrabilidad. Este sistema resuelve el clásico conflicto entre confort y estabilidad, manteniendo un contacto suficiente entre neumáticos y eliminando tanto el balanceo en curva como el cabeceo en la frenada.

Figura 10: Componentes del sistema de suspensión activa

El sistema se compone de actuadores hidráulicos que reemplazan en algunos casos al conjunto muelle-amortiguador de cada rueda, junto con bombas, sensores, servoválvulas


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y la unidad de control electrónico. Esta unidad monitorea constantemente el perfil de la carretera y envía señales eléctricas que controlan las suspensiones delantera y trasera. De esta forma, con el sistema de suspensión activa se consigue que el comportamiento de la suspensión sea el apropiado para cada circunstancia de la conducción.

Figura 11: Acción del sistema de suspensión activa

Cuando un vehículo con suspensión activa toma una curva, el sistema limita la inclinación de la carrocería, permitiendo un mejor control del vehículo al evitar el movimiento de su centro de gravedad. Además, este sistema permite controlar el reparto de carga entre los ejes delanteros y traseros del vehículo, distribuyendo las fuerzas en la suspensión de cada rueda para que el vehículo mantenga una altura fija y nivelada sin importar su nivel de carga. Por otro lado, este sistema también permite mejorar la adherencia de cada neumático al asfalto, con lo que aumenta la capacidad de maniobrabilidad del vehículo y su nivel de seguridad activa.

Sensor de presión neumáticos

Es muy difícil que un neumático en buen estado e inflado a la presión correcta se reviente repentinamente, sobre todo si se le ha dado un uso normal. Generalmente, lo que sucede es que el neumático que ha sufrido un pinchazo comience a perder presión lentamente hasta quedar completamente bajo. Este proceso conlleva peligro si el conductor no percibe que uno de sus neumáticos se está desinflando, ya que al perder aire aumenta la temperatura de este, con lo que se pueden producir deformaciones e incluso el desllante del neumático.


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Figura 12: Componentes y funcionamiento del sistema de control de presión en los neumáticos

El sistema de control de presión de los neumáticos se compone de sensores en las cuatro ruedas que monitorean continuamente la presión, una unidad de control y un display en el tablero de instrumentos que puede contar con una alarma sonora. Cuando el sistema detecta una pérdida de presión en algún neumático, activa una señal en el tablero de instrumentos que alerta al conductor de la situación.


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