FRENOS EN AUTOMOCIÓN (PARTE II)

Hola de nuevo a todos/as

En el anterior artículo técnico ya hablé un poco, a modo de introducción, de qué es y como funciona un freno de automóvil. Ahora pasaré a explicar qué son y como funcionan los distintos sistemas de seguridad relacionados con los frenos, los cuales forman parte de la seguridad activa del vehículo. 

Un inciso, para todo aquel que no sepa que es la seguridad activa o pasiva de un automóvil. La seguridad activa del vehículo son un conjunto de mecanismos o dispositivos, tanto mecánicos como electrónicos, cuya función es disminuir la probabilidad de que ocurra un accidente. A la seguridad pasiva  pertenecerán todos aquellos dispositivos o mecanismos (mecánicos o electrónicos, al igual que los anteriores) que reduzcan, una vez ocurrido el accidente, los daños sufridos por los ocupantes.

En primer lugar decir que hay sistemas de seguridad activa repartidos en todas las áreas del coche, es decir instalados en un montón de sistemas de coche. Estos sistemas son el de iluminación (faros halógenos primero, luego Xénon y ahora los famosos LED), en las suspensiones, con mejores diseños e incorporación de amortiguación con control electrónico, también en el sistema de tracción con la incorporación de tracción 4x4 o controles electrónicos de tracción, etc...pero me voy a centrar exclusivamente en los frenos y como se han ido desarrollando estos sistemas. A continuación los sistemas que considero son los más importantes:

1. Sistema Antibloqueo de Frenos (A.B.S): 

Quizá el más famoso sistema aplicado a la seguridad automovilística, junto con el cinturon de seguridad (seat belt). El sistema antibloqueo de frenos fué introducido por primera vez en los aviones, ya que se necesitaba un gran poder de frenado debido al mayor tamaño de estos a partir de los años 60-70. Se necesitaba un sistema que asegurara un gran poder de frenado pero sin comprometer la estabilidad, y el antibloqueo de frenos era la respuesta. Bosch lo incorporaría al automóvil en 1978, toda una revolución en lo que a seguridad activa del vehículo se refería. Como siempre ocurre, al principio los modelos que lo incorporaron fueron vehículos de lujo, siendo el Mercedes Clase S y el BMW Serie 7 los pioneros en su incorporación. Con el tiempo y cambio de pensamiento, en los años 90 fueron incorporándolo más coches y su popularización vino ya en el siglo XXI y con la obligatoriedad en nuestros días, impuesta por la CEE, de que cualquier vehículo nuevo tendrá que llevarlo instalado para su circulación por la misma CEE. A continuación un gráfico de como va instalado el ABS:

Bien, la función de este sistema es asegurar en una frenada de emergencia (se entiende que aplicamos toda la fuerza de frenado) que las ruedas del vehículo mantienen un límite de adherencia mínimo para poder controlarlo, es decir para realizar un giro o esquive de manera "controlada".

El sistema al principio constaba de más de mil partes, pero ahora consta de aprox. unas 140. Las más importantes son las siguientes:

• Hidrogrupo: 

Es la base de todo el sistema ABS junto con la unidad de control electrónico (UCE en español y ECU en inglés). Está formado por el conjunto motor-bomba, 8 electroválvulas (2 por cada rueda, una de admisión y otra de escape) y un acumulador de baja presión. 

• Electroválvulas: Para asegurar la apertura y el cierre de las mismas llevan un solenoide y un inducido móvil. La posición de reposo se asegura por un muelle que se coloca a tal efecto. Siempre en todo momento hay dos válvulas de admisión abiertas y dos válvulas de escape cerradas, y la acción alternada o conjunta de estas válvulas es la que modula la presión de frenado. ¿Qué no sabéis que es un solenoide y un inducido? No os preocupeis. Un solenoide es cualquier dispositivo físico capaz de generar un campo magnético, en la práctica es un alambre metálico enrrollado de manera que forma una bobina por la que se hace pasar corriente eléctrica (generándose un campo magnético en el interior). El inducido es la parte de un motor eléctrico en la cuál se genera la corriente eléctrica debido a que a traves de un campo magnético se "induce" una corriente eléctrica, se intercambia energía mecánica (por el giro de la pieza) a través de un campo magnético. A continuación un ejemplo de solenoide y otro de inducido (mejor dicho un esquema de una electroválvula):

• Conjunto motor-bomba: Son un motor eléctrico y una bomba hidráulica de doble circuito, recordad que en la actualidad los equipos de frenos cuentan con doble circuito independiente, y también que son independientes de la bomba de frenos explicada en el anterior artículo. Estos dos elementos están controlados eléctricamente por la ECU o UCE. El conjunto rechaza parte del líquido de frenos, en fase de frenado de emergencia, desde los bombines (mordazas) de freno hasta la bomba de frenos. El retorno de este líquido es el que provoca el famoso "rebote" del pedal en fase de frenado fuerte. La UCE es la que decide cuánta cantidad de líquido se rechaza, ¿cómo? Muy sencillo, el motor eléctrico comanda la bomba hidráulica, la cúal lleva dos pistones de aspiración y regulando el régimen de giro de nuestro motor (las revoluciones por minuto o r.p.m.) regularemos la presión de aspiración de la bomba, haciendo que se aspire más o menos líquido según sea necesario, desde el acumulador de baja presión hasta la bomba de frenos.

• Acumulador de baja presión: Es un elemento de regulación para el sistema del ABS. Como su propio nombre indica, "acumula" el líquido de freno en fase de baja presión, es decir cuando se cierra la electroválvula de admisión y se abre la electroválvula de escape, siempre que haya variaciones importantes de adherencia en el suelo. El nivel de presión necesario para el llenado es lo suficientemente mínimo mientras estamos en la fase de frenado fuerte (para que no haya problemas en descargar el circuito principal). El caudal medio evacuado por la bomba hidráulica es inferior "siempre" al volumen máximo suministrado en situación de baja presión del circuito. 

• Detectores de ruedas

También se les llama captadores de ruedas y miden la velocidad de giro instantanea de cada rueda del vehículo. Unos ejemplos gráficos:

 

El funcionamiento del sistema es muy sencillo, la rueda fónica es una rueda dentada que gira solidaria con el soporte del disco del freno o tambor (este a su vez con la rueda del vehículo). Su giro es captado de la siguiente manera por el captador que manda la señal eléctrica a la UCE o ECU:

Como observamos en la figura, la rueda fónica (dentada) gira, gracias a un solenoide se induce una corriente eléctrica. Cada pico superior de la gráfica corresponde a un punto de la rueda, por ejemplo un diente y cada pico inferior a un hueco entre dientes (esto no tiene porqué ser así en realidad y podría ser al revés, dependerá de qué elegimos como referencia). Esa señal eléctrica se manda a través de un cable a la ECU, y la ECU fijará los valores máximos de presión del circuito para intentar mantener dentro de unos límites de armonía esa señal, es decir, para que esa gráfica se mantenga de la manera más simétrica posible. 

• ECU o UCE (unidad de control electrónico)

Es el elemento que controla el funcionamiento de todo el sistema antibloqueo de frenos o ABS. Esta unidad de control está formada por dos microprocesadores, los cuales controlan las informaciones que les llegan de los captadores o sensores de cada rueda, tratando esta información en paralelo con el objetvo de que si hay alguna desigüaldad importante, ésta sea tratada como un fallo del sistema y la ECU proceda a corregir ese fallo. La corrección se realiza amplificando la señal de la ECU y enviándola al hidrogrupo, de manera que activará las electroválvulas y el acumulador.

El calculador trabaja con dos microprocesadores diferentes, los dos tratan la misma información y utilizan un mecanismo de comunicación jerarquizada entre ellos. Cada microprocesador está programado con algoritmos de cálculo diferentes, esto es así para que en caso de que los cálculos de uno den resultados distintos a los del otro, se active inmediatamente el sistema ABS.

En caso de fallo del sistema, este calculador limita el funcionamiento del ABS y el suyo propio, señalando el fallo del mismo por un testigo en el cuadro de instrumentos que nos indica el mal funcionamiento del sistema e interrupción del mismo. Cada vez que se arranca el vehículo, la ECU realiza un autodiagnóstico que dura alrededor de 2,5 seg. durante los cuales comprueba los aspectos generales del sistema, si todo esta correcto se apaga el testigo pasado ese lapso de tiempo, si no se mantendrá encendido permanentemente. También durante la marcha del vehículo se realizan autodiagosis, dependiendo de la velocidad del mismo, y si hay alguna anomalía se indicará de igual manera que en el arranque.

Y ahora supongo que estaréis pensando que todo esto está muy bien pero, ¿como funciona realmente este sistema en su conjunto? De acuerdo, ahora que ya conocemos los principales elementos que conforman este sistema, pasamos a explicar el funcionamiento. En primer lugar decir que si la fuerza de frenado (la que aplicamos en lso frenos a través de nuestra bomba normal) es menor que la de adherencia de las ruedas, el sistema no actua (no hace falta como es lógico).

Si nuestro caso es que aplicamos mayor fuerza de frenado que la de adherencia de las ruedas (estas se bloquean) entonces el sistema ABS entra en acción en las siguientes fases:

• Mantenimiento de presión: La electroválvula de admisión se cierra, y no es posible aplicar más presión a los frenos.
• Disminución de presión: Si la anterior fase no es suficiente para evitar el bloqueo, entonces se abre la electroválvula de escape (la de admisión permanece cerrada). Inmediatamente la bomba hidráulica se pone en funcionamiento, la bajada de presión se efectúa gracias al acumulador de baja presión, y la bomba permite llevar líquido de frenos del acumulador a la bomba de freno.
• Aumento de la presión: Ahora ya las ruedas están desbloqueadas y la fuerza de frenado es menor que la de adherencia por lo que se vuelve a aumentar la presión de frenado. La electroválvula de escape se cierra, la bomba hidráulica deja de funcionar y la de admisión se abre, por lo que la bomba de frenos vuelve a conectar directamente con las mordazas. 

Todo este proceso, que aquí se extiende varios párrafos dura la friolera de menos de un segundo. Las intervenciones del sistema, y sus 3 fases, se repiten de 18 a 25 veces por segundo en un sistema ABS moderno. Es por esta razón que se ha convertido en un sistema de seguridad activa imprescindible hoy día y su contribución a la reducción de accidentes ha sido evidente. 

Una recomendación que os doy a través de esta humilde página, y siempre que dispongáis de este sistema de frenado, es que cuando os encontréis en una situación de frenado de emergencia apliquéis toda, repito TODA la fuerza que podáis al pedal de freno, para que así el ABS actúe mejor, además de no olvidaros de pisar el embrague a fondo también para evitar el calado del motor y, como consecuencia, la interrupción del sistema ABS, y por supuesto usar siempre el cinturón de seguridad, porque no siempre es evitable el impacto.

En los coches más modernos, el ABS dispone además de más sistemas asociados que aumenta la seguridad activa del vehículo, como son:

• BAS (Brake Assist System): Un sensor detecta que hemos pisado rápidamente y con fuerza el freno, pero no todo en todo su recorrido. Este sistema interpreta que queremos realizar un frenado de emergencia y aplica toda la fuerza de frenado disponible, gracias a un servofreno incorporado al ABS.
• EBV o EBD (Electronic Brake Variation System): Regula la frenada, a través de un sensor entre ejes delantero y trasero, para optimizarla y reducir la distancia de frenado.
• Servotronic: Es un sistema que regula la frenada en curva (precursor del sistema de control de estabilidad). Actúa regulando la presión en curva, de manera distinta entre ruedas interiores y exteriores, dando un efecto direccional a la frenada y evitando en lo posible la salida de la trayectoria del vehículo.
• ASR (Anti-Slip Regulation): Aunque es un sistema de control de tracción está muy relacionado con el ABS debido a que se vale de este último para controlar el derrapaje de ruedas en fase de aceleración del vehículo. Cuando aceleramos de manera brusca, se puede producir patinaje de las ruedas que traccionan. Esto se debe a que hemos superado el límite de adherencia del neumático, es entonces cuando el ASR hace intervenir al ABS para que frene cada rueda adecuadamente. Además el ASR controla la centralíta electrónica del motor del vehículo, haciéndo que deje de suministrar carburante durante un período de tiempo hasta que se recuperen los valores adecuados de adherencia. El sistema suele intervenir a partir de unos 25-30 Km/h, aproximadamente igual que el ABS.

Por hoy creo que ya es suficiente, en la próxima entrega hablaré del control de estabilidad (ESP o DSC o VSC, depende del fabricante), el cúal es una evolución del ABS.

A continuación, la bibliografía consultada:

- http://www.aficionadosalamecanica.com/sistema_abs.htm
- http://es.wikipedia.org/wiki/Inducido
- http://es.wikipedia.org/wiki/Solenoide
- http://agrega.educacion.es/buscador/BuscarAvanzadoCU/MostrarResultadosImagenesPrepararRetornoDetalleImagenes.do?idioma=es&buscContenido=perdida&pagina=1&formato=&idODE=&recurso=&procesoCognitivo=&contexto=&edad=&autor=&diaPublic=&mesPublic=&anyoPublic=&c_s_secuencia=&valoracion=&enlaceTaxSelec=&identificadorODE=es_20071227_1_5006517&tipoVisualiz=&nodoDestino=&enlaceComuSelec=&tipoBusqueda=02&tipoLayoutBuscador=BUSCADOR&idTesauro=&nomTesauros=&idTesauroSug=&nivelAgreg=&destinatarios=&keyword=&numeroResultados=
- http://www.monografias.com/trabajos16/frenos-abs/frenos-abs.shtml#FUNCION
- http://suite101.net/article/abs-sistema-antibloqueo-de-frenos-historia-y-funcionamiento-a40743
- http://www.km77.com/glosario/s/seguacti.asp