frenos abs y sus componentes

Frenos ABS(Anti-lock Brake Sistem) Sistema de Frenos Anti-Bloqueo

FUNCIÓN 

Dispositivo que evita el bloqueo de las ruedas al frenar. Un sensor electrónico de revoluciones, instalado en la rueda, detecta en cada instante de la frenada si una rueda está a punto de bloquearse. En caso afirmativo, envía una orden que reduce la presión de frenado sobre esa rueda y evita el bloqueo. El ABS mejora notablemente la seguridad dinámica de los coches, ya que reduce la posibilidad de pérdida de control del vehículo en situaciones extremas, permite mantener el control sobre la dirección (con las ruedas delanteras bloqueadas, los coches no obedecen a las indicaciones del volante) y además permite detener el vehículo en menos metros. El sistema antibloqueo ABS constituye un elemento de seguridad adicional en el vehículo. Tiene la función de reducir el riesgo de accidentes mediante el control optimo del proceso de frenado. Durante un frenado que presente un riesgo de bloqueo de una o varias ruedas, el ABS tiene como función adaptar el nivel  de presión del liquido de freno en cada rueda con el fin de evitar el bloqueo y optimizar así el compromiso de:

Estabilidad en la conducción: Durante el proceso de frenado debe garantizarse la estabilidad del vehículo, tanto cuando la presión de frenado aumenta lentamente hasta el límite de bloqueo como cuando lo hace bruscamente, es decir, frenando en situación límite.
Dirigibilidad: El vehículo puede conducirse al frenar en una curva aunque pierdan adherencia alguna de las ruedas.
Distancia de parada: Es decir acortar la distancia de parada lo máximo posible. 
Para cumplir dichas exigencias, el ABS debe de funcionar de modo muy rápido y exacto (en décimas de segundo) lo cual no es posible mas que con una electrónica sumamente complicada.

COMO FUNCIONA 

Unos sensores ubicados en las ruedas controlan permanentemente la velocidad de giro de las mismas. A partir de los datos que suministra cada uno de los sensores, la unidad de control electrónica calcula la velocidad media, que corresponde aproximadamente a la velocidad del vehículo. Comparando la velocidad específica de una rueda con la media global se puede saber si una rueda amenaza con bloquearse.
Si es así, el sistema reduce automáticamente la presión de frenado en la rueda en cuestión hasta alcanzar un valor umbral fijado por debajo del límite de bloqueo.
Cuando la rueda gira libremente se vuelve a aumentar al máximo la presión de frenado. Solo una gira que rueda puede generar fuerzas laterales y, consecuentemente, cumplir funciones de guiado. Este proceso (reducir la presión de frenado / aumentar la presión de frenado) se repite hasta que el conductor retira el pie del freno o disminuye la fuerza de activación del mismo. 

CONSTRUCCIÓN

Hidrogrupo o unidad hidráulica.
El hidrogrupo está formado por un conjunto de motor-bomba, ocho electro válvulas cuatro de admisión y cuatro de escape, y un acumulador de baja presión.

Electroválvulas: están constituidas de un solenoide y de un inducido móvil  que asegura las funciones de apertura y cierre. La posición de reposo es asegurada por la acción de un muelle incorporado. Todas las entradas y salidas de las electroválvulas van protegidas por unos filtros.
A fin de poder reducir en todo momento la presión de los frenos, independiente del estado eléctrico de la electroválvula, se ha incorporado una válvula anti-retorno a la electroválvula de admisión. La válvula se abre cuando la presión de la "bomba de frenos" es inferior a la presión del estribo. Ejemplo: al dejar de frenar cuando el ABS está funcionando.
El circuito de frenado está provisto de dos electroválvulas de admisión abiertas en reposo y de dos electroválvulas de escape cerradas en reposo. Es la acción separada o simultanea de las electroválvulas la que permite modular la presión en los circuitos de frenado.

Conjunto motor-bomba: Esta constituido de un motor eléctrico y de una bomba hidráulica de doble circuito, controlados eléctricamente por el calculador. La función del conjunto es rechazar el liquido de frenos en el curso de la fase de regulación desde los bombines a la bomba de frenos. Este rechazo es perceptible por el conductor por el movimiento del pedal de freno.
El modo de funcionamiento se basa en transformar el giro del motor eléctrico en un movimiento de carrera alternativa de dos pistones por medio de una pieza excéntrica que arrastra el eje del motor.

Acumulador de baja presión: Se llena del liquido del freno que transita por la electroválvula de escape, si hay una variación importante de adherencia en el suelo.
El nivel de presión necesario para el llenado del acumulador de baja presión debe ser lo suficientemente bajo para no contrariar la caída de presión en fase de regulación, pero lo suficientemente importante como para vencer en cualquier circunstancia el tarado de la válvula de entrada de la bomba.
El caudal medio evacuado por la bomba es inferior al volumen máximo suministrado en situación de baja presión.

Esp

En realidad, pese a que a menudo se cobran como si fueran extras separados, ambos sistemas comparten la mayor parte de su infraestructura. Desde este punto de vista, el ESP se puede considerar una mera extensión del ABS. En cualquier caso, como su finalidad es distinta aunque complementaria, nosotros los seguiremos tratando como sistemas independientes.

El ABS debe sus siglas a Anti-lock Braking System, algo así como sistema de frenado anti-bloqueo. Es decir, un sistema que evita que las ruedas del vehículo dejen de girar a la misma velocidad que el coche durante una frenada brusca. ¿Por qué es beneficioso que no se bloqueen las ruedas? Veámoslo.

Recordad que si las ruedas giran a la misma velocidad del vehículo, entonces se produce lo que se conoce comorodadura sin deslizamiento. Es decir, el punto de contacto de la rueda con el asfalto no se mueve. En estas condiciones, la fuerza de fricción entre neumático y pavimento es lo que se conoce como rozamiento estático: aparece la fuerza justa y necesaria para evitar que ambas superficies se deslicen entre si.

Pero dicha fuerza tiene un máximo, si dicho máximo se supera el rozamiento estático no da a basto y se empieza a producir el deslizamiento. Claro, si no fuera así, sería imposible arrastrar cosas. Una vez empieza el deslizamiento, la fuerza pasa a ser fricción dinámica, y entonces adquiere un valor fijo, independiente de la velocidad.

Pero el valor fijo del rozamiento dinámico es significativamente menor a la fuerza máxima de fricción estática. Esto lo podemos notar al arrastrar muebles pesados: si empezamos empujando suavemente, veremos como no ocurre nada, aún no hemos superado el umbral de la fuerza estática, por lo que ésta compensa nuestro empuje y el mueble se queda en su sitio. Al esforzarnos más aplicando mayor fuerza, finalmente el mueble se empezará a mover. A partir de entonces, nos cuesta bastante menos proseguir el movimiento, incluso es fácil conseguir una velocidad notable.

En el proceso de frenado, todo esto significa que para maximizar la fuerza de frenado entre el neumático y el pavimento, debemos evitar el bloqueo de las ruedas. Como en el Precio Justo: debemos apretar el freno tanto como sea posible, pero sin pasarnos del umbral de la fuerza estática.

Además, el bloqueo tiene otra característica negativa para la seguridad vial. Como sabemos, para controlar la trayectoria del vehículo lo que hacemos simplemente es cambiar la orientación del eje de las ruedas delanteras. Como expliqué en su día, esto se basa en que la fricción estática siempre aplica su fuerza en la dirección contraria a dónde las superficies intentan deslizarse: si el eje de rotación está girado, el deslizamiento incipiente también lo estará, lo que nos permite orientar la fuerza de fricción hacia donde queramos.

Pero si la rueda se bloquea, la fuerza de rozamiento dinámica siempre apunta en el sentido contrario al deslizamiento existente. Y, como la rueda no está girando, da igual la orientación de la misma, el deslizamiento siempre ocurre hacia adelante. Por lo tanto, la fuerza siempre está orientada hacia atrás, independientemente de lo que hagamos con el volante. Por lo tanto, con las ruedas bloqueadas, no hay dirección.

El único caso en que el bloqueo de las ruedas puede ser beneficioso es en la conducción sobre superficies muy blandas, como pueden ser nieve, tierra o barro. En este caso, el bloqueo de las ruedas cava una zanja en el firme, por decirlo de alguna forma, mejorando el frenado. En estas condiciones, el ABS aumenta ligeramente la distancia de frenado, pero por lo menos permite mantener el control del vehículo.

Con todo esto, creo que ya estamos suficientemente convencidos de que tener ABS es guay y mejora las condiciones de frenado sobre casi cualquier superficie. Veamos cómo funciona, en su versión más simple.

En cada rueda hay un sensor que mide su velocidad de rotación. El sistema funciona por comparación: si nota que una de las ruedas está sufriendo una desaceleración notable, muy superior a la del resto de las ruedas, se da cuenta que está a punto de producirse el bloqueo y entra en acción. Eso sí, el sistema debe tener algo de tolerancia, ya que en cualquier curva las cuatro ruedas giran a velocidades distintas (en coches con ESP, se puede usar el sensor del volante para calcular la diferencia de velocidad necesaria en cada rueda).

Para evitar el bloqueo de la rueda, el sistema cierra una válvula en el sistema hidráulico que aisla el freno de la rueda en cuestión del resto del circuito. De esta forma, la presión ejercida sobre el pedal deja de transmitirse. Por si no fuera suficiente, la válvula reduce la presión ejercida con ese freno. De esta forma, la rueda se ve liberada de nuevo, y la fuerza de fricción con el suelo vuelve a hacer que gire.

Entonces, el sistema sigue vigilando la rueda hasta notar que vuelve a acelerar. En ese momento, sabe que el peligro del bloqueo ha desaparecido, así que vuelve a abrir la válvula, reconectando el freno en cuestión. De esta forma, se consigue que la frenada siempre esté al rededor del punto de bloqueo, pero sin llegar a él.

En el pasado, antes del uso extendido del ABS, los conductores debían realizar todo este proceso a ojo, notando cuando se producía un bloqueo para liberar el pedal. En la práctica, el conductor más experimentado podría llegar a hacer una o dos correcciones por segundo. El ordenador del ABS más modesto puede llegar a hacer hasta quince; y además, actuando únicamente sobre la rueda que lo necesita. Y en el momento que lo necesita, probablementemucho antes que el conductor se percate que está a punto de bloquear.

Un último comentario sobre el ABS. Cuando entra en funcionamiento, las válvulas provocan cambios de presión en el líquido de frenos, que en el pedal se sienten como una especie de martilleo. Esto es normal, no os asustéis. Se ha dado el caso de conductores que, al notar el martilleo, han levantado el pie, asustados. Si estamos realizando una frenada lo suficientemente brusca como para que salte el ABS, probablemente lo último que queremos es dejar de frenar.

Pasemos al sistema electrónico de control de estabilidad, ESP (de sus siglas en alemán; a veces ESC de sus siglas en inglés). Además de los sensores que miden la velocidad de cada rueda, el sistema tiene un sensor que mide la posición del volante, y varios sensores que miden las aceleraciones laterales del vehículo, así como sensores giroscópicos que miden el giro del vehículo.

El mecanismo de actuación consta de válvulas en el circuito hidráulico que llega a cada freno. A la práctica, se usan las mismas válvulas que en el sistema ABS, la unidad electrónica de control decide si las válvulas deben reducir la presión de frenado (para el ABS), o aumentarla (para el ESP).

Gracias al sensor en el volante, el sistema sabe hacia dónde quiere ir el conductor. Compara esa información con los datos de todos los sensores para saber si, efectivamente, el vehículo esta yendo en esa dirección. Si todo va bien, el sistema no hará nada. Pero en cuanto se hace evidente que el vehículo empieza a desviarse de la trayectoria deseada, la centralita electrónica toma cartas en el asunto y se dispone a salvar nuestro culo cuello.

La idea general es la misma que un vehículo oruga, como los que van por la nieve, o los tanques. Para girar a la izquierda, por ejemplo, estos vehículos simplemente hacen que la cadena de la derecha gire más rápido que la de la izquierda. Pues lo mismo: si el ESP piensa que debe corregir la trayectoria para que giremos más hacia la izquierda,frenará una las ruedas de ese lado para que las derechas giren más rápido.

Normalmente actuará sobre cada rueda individualmente: en el caso de un sobreviraje frenará sobre la rueda delantera del lado exterior, intentando detener la desviación del morro. En un subviraje, normalmente actuará sobre la rueda trasera interior, intentando que el vehículo pivote a su alrededor.

Igual que en el caso del sistema anti-bloqueo, el sistema puede analizar docenas de veces por segundo (en algunos casos hasta 25, según un anuncio de televisión, el del pajarito) todas las señales de los sensores, y actuar mucho antes que el conductor se percate de lo que podría haber sucedido.

Además de aplicar el freno a la rueda necesaria, el sistema puede reducir la potencia del motor. De esta forma, consigue moderar la velocidad y disminuir la aceleración que pueda agravar los derrapes. Sin embargo, esto no siempre es lo deseado, sobre todo si estamos en terrenos deslizantes, ya que el ESP cortará la aceleración al notar el deslizamiento de las ruedas. Por ese motivo, la mayoría de vehículos equipados con este sistema llevan un botón para desactivarlo, como el que podemos ver en la foto anterior.

Durante todo este mes hemos ido repasando poco a poco todos los conceptos Físicos relacionados con la frenada. Ha sido un camino largo y arduo, lo se. Pero creo que ha valido la pena. Una de las primeras cosas que uno aprende al ponerse a los mandos de un vehículo por primera vez en la vida es que detenerlo no es tan fácil como parece desde fuera. Desde que uno pisa el pedal del medio hasta que el vehículo se detienen ocurren tantas cosas diferentes que hemos necesitado ocho artículos para explicarlas.

Pese a eso, sin duda me he dejado cosas en el tintero. No dudo que me lo haréis saber en los comentarios (os invito a hacerlo). Pero, por lo menos, ahora ya sabemos un poco mejor todo lo que implica pisar el freno.

Esc

El ABS usa sensores en cada una de las ruedas, los cuales vigilan la velocidad angular de una especie de engrane o rueda dentada, la cual es interpretada por una computadora y comparada constantemente entre todas así como la velocidad que lleva el vehículo. Si alguna de las ruedas fuese extraordinariamente más lenta, como ocurre en caso de una frenada de pánico, la computadora del ABS evalúa las velocidades de todas las ruedas y recurre a una liberación de la presión, como si estuviésemos bombeando el pedal para evitar el bloqueo o el clásico “amarre” de cualquier llanta. Esto sucede gracias al grupo de válvulas electromagnéticas, cuya velocidad de bombeo o interrupción es sorprendente: hasta 18 veces por segundo.

 

Y EL DE ESTABILIDAD

Ya dispuestos los sensores en cada una de las ruedas con el sistema ABS, así como la existencia de un sistema de control y ajuste de la presión, para armar el ESC se agrega una segunda computadora, un sensor de giro en el volante y un sensor de guiñada o de giro sobre el eje vertical.

Así, el ESC aprovecha la capacidad electrohidráulica del ABS, pero requiere independencia de actuación en cada rueda. La intención es lograr que el vehículo mantenga su trayectoria a pesar de las condiciones que pudiera presentarse, siempre dentro de los límites de la física.

La gráfica lo explica mejor: en una curva deslizante, el control de estabilidad llega a detectar que alguna de las ruedas tiene más velocidad y si el sensor del volante y el de guiñada alertan sobre una velocidad o ángulo de pivote más allá de lo estipulado, la computadora frena de manera independiente e inmediata la rueda que permita insertar al coche en su trayectoria original.

Así, en una curva a la izquierda, si el eje trasero tiende a salirse hacia su derecha, el control de estabilidad actúa sobre la rueda delantera derecha. Esto evita el sobreviraje (oversteer).

Por el contrario, si el coche en la misma circunstancia presenta un fuerte subviraje (understeer), es decir, se va de frente, la computadora frena la rueda trasera izquierda para insertar al auto. Quizá no suene lógico al inicio, pero en la práctica resulta muy efectivo.

Ebd

El Sistema de frenos antibloqueo (ABS), la Distribución de la fuerza del frenado electrónicamente (EBD) y la Asistencia al frenado de emergencia (BAS).

La función de un sistema de frenado es transformar la energía cinética en energía calorífica para lograr reducir la velocidad del vehículo. Más allá de la utilización de diversos frenos a fricción (por ejemplo: disco o tambor) existen tecnologías especiales que contribuyen de manera complementaria.

Sin embargo, en varios casos, los usuarios desconocen el funcionamiento de estos elementos. De hecho, según un estudio realizado por el Instituto de Seguros para la Seguridad Vial (IIHS), el 50% de los conductores encuestados contestaron que creían que para activar el ABS debían bombear el pedal de frenos.

ABS, EBD y BAS:

Sistema de freno antibloqueo (ABS): Cuando se produce una frenada de emergencia, este sistema busca evitar que las ruedas se bloqueen y el vehículo se deslice sin control y no reacciones a los movimientos del volante. Para que esto no ocurra, los sensores envían una señal al Módulo de Control del sistema ABS, el cual reduce la presión realizada sobre los frenos, sin que intervenga en ello el conductor. Cuando la situación se ha normalizado y las ruedas giran de nuevo correctamente y la presión sobre los frenos vuelve a actuar con toda la intensidad.

Distribución de la fuerza del frenado electrónicamente (EBD): La función de este dispositivo es repartir la fuerza del frenado entre las ruedas delanteras y traseras para lograr una eficiente detención del vehículo. El sistema calcula si el reparto es adecuado a partir de los mismos sensores que el ABS. Ambos sistemas en conjunto actúan mejor que el ABS en solitario, ya que éste último regula la fuerza de frenado de cada rueda según si ésta se está bloqueando, mientras que el reparto electrónico reparte la fuerza de frenado entre los ejes, ayudando a que el freno de una rueda no se sobrecargue y el de otra quede infrautilizado.

Asistencia al frenado de emergencia (BAS): Este sistema interpreta cuándo se produce una frenada de emergencia y aplica al sistema de frenos la máxima potencia aunque el conductor no lo esté haciendo. Para interpretar cuándo se produce un frenada de emergencia, el BAS mide la velocidad con la que se suelta el acelerador y se pisa el freno, además de la presión con la que este movimiento se hace. En ese momento el BAS aplica una presión máxima y constante a los frenos hasta la detención total del vehículo. Siempre funciona combinado con el ABS.