FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE FRENOS ABS Realizado por

FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE FRENOS ABS Realizado por: Antonio Pérez

¿Qué significa ABS? ABS son las siglas de Anti-lock Braking System o Antiblokiersystem, que significa Sistema Anti-Bloqueo

¿Qué debemos saber para comprender cómo funciona un sistema antibloqueo de frenos o ABS?

¿Qué hemos de saber para comprender el funcionamiento de un sistema de frenos con ABS? El sistema de frenos tiene la misión de permitir la parada del vehículo, transformando la energía cinética que este ha adquirido durante la marcha en calor, mediante el rozamiento de dos superficies: • Una solidaria al vehículo a través de los elementos de suspensión (zapatas o pastillas de freno, según sistema). • Y otra que establece la unión con el suelo (tambores o discos, según sistema) a través del neumático. La distancia que recorre el vehículo antes de pararse estará en función principalmente del peso del vehículo, velocidad de éste, eficacia del sistema de frenos, adherencia de los neumáticos y fuerza aplicada al pedal de frenos. El estado de los elementos de suspensión y la presión y estado de los neumáticos, así como el tipo de pavimento también intervienen por afectar a la adherencia del neumático. Actualmente los circuitos de frenos en los automóviles suelen ser hidráulicos, de doble circuito y asistidos. La asistencia aumenta la presión y eficacia de los frenos con un menor esfuerzo en el pedal. Esto mejora el confort y seguridad en la conducción, pero supone un inconveniente en situaciones imprevistas de peligro o en pavimentos deslizantes, sobre todo en conductores inexpertos, debido a que un aumento brusco o excesivo en la presión ejercida sobre el pedal de frenos suele conllevar el blocaje de los neumáticos, con el consiguiente derrapaje y pérdida de adherencia.

Pero, ¿cuál es la diferencia entre derrapaje y adherencia del neumático? Debido a la acción frenante se produce una diferencia entre la velocidad periférica del neumático y la lineal del vehículo. A esta diferencia se la denomina DERRAPAJE o DESLIZAMIENTO. Distinguiremos entre: Deslizamiento = 0% equivale al giro libre del neumático. Deslizamiento = 100% equivale a un neumático bloqueado. Mediante ensayos se ha demostrado que la mejor condición de frenada corresponde a un deslizamiento comprendido entre el 5 y el 20%. Debemos de saber que el bloqueo o derrapaje de las ruedas delanteras supone una pérdida de adherencia de los neumáticos que conlleva la pérdida de direccionalidad del vehículo, mientras que si éste efecto se produce en las ruedas traseras el vehículo tiende a iniciar un giro sobre sí mismo con la consiguiente pérdida de estabilidad.

Entonces, ¿cuál es la función del ABS? El ABS, del alemán Anti-Blockier-Sistem, permite conservar la direccionalidad y estabilidad ante frenadas superiores al coeficiente de adherencia, limitando el deslizamiento a valores comprendidos entre el 5 y 20% y, por tanto, aprovechando al máximo la distancia de frenado. No olvidar que el estado y tipo de pavimento, así como el estado de neumáticos, elementos de suspensión, dirección y, por supuesto el correcto funcionamiento de sistema de frenos también intervienen en dicha distancia de frenado. Tampoco podemos olvidar que en curvas se puede perder el control del vehículo, aún con ABS, cuando se supera la velocidad límite de deslizamiento como consecuencia del efecto de la fuerza centrífuga. Por tanto ya podemos decir que: El ABS no acorta la distancia de frenado, sino que evita el que esta se prolongue. Además asegura la direccionalidad durante la frenada y contribuye a mejorar la estabilidad del vehículo.

El ABS es un sistema de “SEGURIDAD ACTIVA” Recordemos que en el automóvil los sistemas de seguridad se pueden clasificar en tres grupos: - Sistemas de seguridad “PREVENTIVA”; aquellos que tratan de evitar que se presente la posibilidad o riesgo de accidente. - Sistemas de seguridad “ACTIVA”; los que una vez que se presenta el riesgo de accidente tratan de evitar que éste se produzca. El ABS evita el bloqueo de las ruedas durante la frenada, con lo que se consigue: - Evitar que la distancia de frenado se prolongue. - Asegurar la direccionalidad del vehículo durante la frenada. - Contribuye a mejorar la estabilidad del vehículo. - Sistemas de seguridad PASIVA; actúan una vez que se ha producido el accidente, tratando de evitar daños en conductor y ocupantes que se encuentran en el habitáculo del vehículo, denominado “célula de habitabilidad”. En los vehículos actuales, los sistemas ABS, ASR y ESP están integrados y funcionan de forma coordinada con los sistemas de control inercial (control o gestión electrónica de potencia del motor). Con ellos se ha conseguido incrementar de forma considerable la adherencia, estabilidad y comportamiento del vehículo en condiciones adversas, pero no debemos olvidar que las condiciones de la carretera, el conductor y las leyes de física (inercia) aún no pueden ser controladas por sistemas electrónicos. Es por esto que a veces, en algunos accidentes, no faltan frenos o adherencia, sino que simplemente “FALTAN METROS O SOBRA VELOCIDAD”.

ATENCIÓN Debemos saber que hay ocasiones en las que no funciona el ABS ¿Y qué ocurre cuando esto sucede? El ABS no funciona en los casos siguientes: Ø Con velocidades inferiores a 5 km/h aprox. ; para asegurar la parada del vehículo. El testigo de avería no se enciende. Ø En caso de avería; se encenderá el testigo de avería, se desconecta el sistema y se asegura el funcionamiento del sistema de frenos tradicional. Ø Cuando se produce el efecto acquaplanning*; detectado por la diferencia de régimen de giro que se produce entre las ruedas motrices y las otras; el testigo de avería no se enciende y el sistema de ABS se desconecta. El ABS se vuelve a activar cuando los sensores de régimen de giro de las ruedas informan a la UCE que el efecto acquaplanning a terminado (igualación de los regímenes de giro). * El acquaplanning se produce cuando la escultura o dibujo del neumático no puede evacuar la cantidad de agua que se interpone entre él y el pavimento, por lo que se produce una elevación del vehículo y pérdida de adherencia. Este efecto se puede presentar por cantidad elevada de agua, por velocidad elevada del vehículo o por desgaste de los neumáticos y por tanto de la capacidad de drenaje de los mismos.

Veamos un ejemplo de un circuito de frenos con ABS El servofreno mejora el confort en la conducción, reduciendo la fuerza a aplicar en el pedal durante la frenada, pero ante frenadas de emergencia facilita el bloqueo de las ruedas. 1. Circuito hidráulico. 5. Pedal de frenos. 2. Pinzas de freno. 6. Accionamiento freno de mano. 3. Unidad electrohidráulica. 7. Frenos posteriores. 4. Servofreno (isovac).

Las partes principales que debemos conocer y saber distinguir en un sistema de frenos ABS son las siguientes.

LOS SENSORES DE RUEDA Del tipo inductivo, generalmente ubicados sobre las juntas homocinéticas o bien incorporados a los cojinetes de buje y en un número que ser de 2, 3 o 4, según sistema. Informan al calculador del régimen de giro de las ruedas. En función de la media aritmética de sus señales el calculador determina de la velocidad del vehículo. Los sistemas actuales suelen emplear 4 y su señal tiene otras aplicaciones en vehículos con sistemas Can-bus o Multiplexadas (por ejemplo información de velocidad del vehículo)

LA UNIDAD ELECTROHIDRÁULICA También es llamado grupo electrohidráulico, puesto que suele incorporar todo el sistema hidráulico y el grupo de relés de accionamiento y, en las versiones actuales, el calculador, de tecnología híbrida (tamaño reducido). En las imágenes se muestran dos grupos electrohidráulicos, de cuatro canales (arriba) y tres canales (derecha).

EL CIRCUITO ELÉCTRICO

EL PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO ES EL SIGUIENTE La unidad electrohidráulica (5) se encuentra en serie con el circuito de frenos tradicional. El calculador (4) es informado por medio de los sensores (1) y determina las intervenciones a efectuar, si es preciso, en la unidad electrohidráulica, al tiempo que determina el correcto funcionamiento de los sensores, la alimentación eléctrica del sistema, del circuito en general, de la unidad electrohidráulica y el estado de él mismo, desactivando el sistema en caso de anomalía y encendiendo el testigo de avería.

Y entonces, ¿cómo funciona un ABS?

VEAMOS AHORA CUAL ES LA LOGICA DE FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE FRENOS ABS Las señales transmitidas por los sensores son elaboradas y transformadas en señales que el calculador utiliza para reconocer los valores de velocidad del vehículo y, durante los procesos de frenado, la aceleración, deceleración y deslizamiento de cada una de las ruedas. Cuando el conductor pisa el pedal del freno, cada una de las ruedas decelera de modo distinto. A partir de la combinación de las distintas velocidades de las ruedas, se elabora una velocidad de referencia que se memoriza y actualiza continuamente en el calculador. Esta velocidad indica, aproximadamente, la velocidad del vehículo en cada instante de la fase de frenado. Comparando la velocidad de cada una de las ruedas con la velocidad de referencia el calculador controla constantemente las señales de deslizamiento de cada una de las ruedas. La fuerza frenante puede aumentar hasta que se acentúe el deslizamiento de una rueda con respecto a las demás; cuando esto ocurre (en inglés “split”) y la rueda sobrepasa el porcentaje de deslizamiento máximo determinado por el fabricante, el calculador gestiona el accionamiento de las electroválvulas de la centralita electrohidráulica para que se reduzca la fuerza frenante en la rueda que ha perdido adherencia. Entonces, la rueda afectada vuelve a acelerar. Como consecuencia, el deslizamiento de dicha rueda disminuye manteniendo la adherencia de la misma con el pavimento.

El calculador memoriza en su interior las valores límite de deceleración y aceleración que no pueden superar ninguna de las ruedas. Así pues, a través de una comparación sistemática, continua y rapidísima de los valores de deslizamiento, deceleración y aceleración de la rueda, se mantiene bajo control el rodamiento del neumático durante la frenada. En cuanto se superan los valores límite de aceleración/deceleración, de deslizamiento, deceleración/aceleración y “split” combinados, el calculador interviene dirigiendo las electroválvulas de la centralita electrohidráulica en tres fases de regulación: • • • Aumento de presión. Disminución de presión. Mantenimiento de presión.

Estas fases determinan un ciclo de regulación intermitente pero velocísimo que se repite hasta que el coche se detiene completamente. El calculador dirige las tres fases suministrando, según sistemas: a las electroválvulas: Impulsos de corriente de distinta intensidad en sistemas con electroválvulas 3/2, una electroválvula por canal de regulación. - Impulsos de corriente a electroválvulas distintas en sistemas con electroválvulas 2/2, dos electroválvulas por canal de regulación. Además, según sistemas*, se aplica a las dos ruedas traseras la misma fuerza frenante que el calculador determina para la rueda trasera que más tiende al bloqueo, es decir, la de menor adherencia al suelo (este principio es genérico y varía según sistema y modelo de ABS). * Actualmente, es habitual la eliminación del compensador de frenada en el eje trasero ya que esta función la asume el sistema ABS.

MUY IMPORTANTE Debido a que los parámetros que controla el calculador del sistema ABS (velocidad y aceleración de las ruedas) dependen en gran parte de la inercia del conjunto llanta-neumático. LOS VEHÍCULOS EQUIPADOS CON ABS DEBEN MONTAR EXCLUSIVAMENTE LAS LLANTAS, NEUMÁTICOS Y PASTILLAS DE FRENO QUE RECOMIENDA EL FABRICANTE.

Una vez dicho todo esto vamos a ver como funciona el proceso de regulación de un ABS. Veremos dos sistemas de control hidráulico de los más convencionales. • Con una válvula de tres vías por canal de regulación. • Con dos válvulas de dos vías por canal de regulación (más empleado en la actualidad).

Conozcamos en primer lugar los distintos componentes y cual es su misión 1 - Calculador. 2 - Acumulador. 3 y 4 - Electrobomba de recuperación. 5 - Electroválvula de control. 6 - Bomba de frenos. 7 - Sensor de rueda. 8 - Rueda fónica o rueda dentada.

Al pisar el pedal de frenos aumenta la presión en el circuito y el vehículo comienza a frenar.

Se detecta una deceleración excesiva; el calculador alimenta la electroválvula (5), reduciendo la presión en el circuito de accionamiento, y el motor eléctrico (3) de la bomba de recuperación.

Una vez reducida la presión, el calculador alimenta la electroválvula con una intensidad de corriente determinada (equilibrio con los muelles), colocando el pistón en posición intermedia y aislando el circuito de accionamiento (mantenimiento de presión). La bomba de recuperación origina la devolución del líquido al circuito principal provocando una vibración característica en el pedal de freno denominada “pulsación del ABS” y que delata la activación de éste al conductor.

Una vez realizada la fase de mantenimiento de presión, el calculador observará el comportamiento de la rueda, determinando una nueva fase de aumento o reducción de presión, según proceda. El ciclo se repetirá de forma indefinida mientras persista el derrapaje de la rueda. El calculador dejará de alimentar la electroválvula y la bomba de recuperación cuando los valores estén dentro de los prescritos en ella memorizados. Veamos ahora el funcionamiento de un sistema más actual con dos electroválvulas del tipo 2/2 (dos vías / dos posiciones) por canal de regulación. Estos sistemas son más modernos y compactos que los anteriores, con más elementos que los anteriores y suelen incorporar el calculador, de tecnología híbrida sobre la propia unidad electrohidráulica, simplificando el conjunto e instalación al tiempo que permiten una mejor actuación con un mayor número de intervenciones por unidad de tiempo. Hemos de observar la incorporación de un estrangulador y acumulador en el circuito de recuperación o retorno del líquido al circuito principal de frenos, lo que supone una amortiguación en el retorno del mismo que atenúa el efecto o vibración, denominado pulsaciones del ABS, que se aprecia en el pedal de frenos cuando el ABS está funcionando.

Sistema en reposo

Se acciona el sistema de frenos. AUMENTO DE PRESIÓN

A través de 11, 13, 16 y 18 los elementos de freno son accionados.

La rueda delantera izquierda derrapa. MANTENIMIENTO DE PRESIÓN Y la electrobomba de recuperación El calculador alimenta la electroválvula La presión se mantiene

El derrapaje persiste. REDUCCIÓN DE PRESIÓN Las válvulas unidireccionales solo permiten un sentido de paso del líquido de frenos El calculador alimenta la electroválvula La presión se reduce y la rueda es liberada, recuperando la adherencia

El derrapaje persiste. REDUCCIÓN DE PRESIÓN Es caudal excedente es bombeado hacia el lado de presión. El acumulador lado recuperación acoje el caudal en fases de impulsión de la electrobomba y permite reducir el tamaño de la electrobomba (el caudal excedente, superior al bombeado, es acumulado)

El derrapaje persiste. REDUCCIÓN DE PRESIÓN El paso calibrado reduce las “pulsaciones” y el acumulador lado impulsión acumula el caudal bombeado, superior al de paso por el paso calibrado Las válvulas unidireccionales solo permiten un sentido de paso del líquido de frenos

El derrapaje persiste. REDUCCIÓN DE PRESIÓN La electrobomba permanece alimentada durante todo el proceso

El derrapaje persiste. REDUCCIÓN DE PRESIÓN El ciclo se repite mientras dure la fase de reducción de presión

La rueda recupera la adherencia y acelera. AUMENTO DE PRESIÓN Se interrumpe la alimentación de la electroválvula

La rueda recupera la adherencia y acelera. AUMENTO DE PRESIÓN Se interrumpe la alimentación de la electrobomba

FINALIZA LA FASE DE FRENADO

Animación de las tres fases del proceso de regulación a cámara lenta

Si posees una buena tarjeta gráfica la Sivelocidad posees una de buena funcionamiento tarjeta gráfica de losla elementos velocidadalcanzará de funcionamiento aprox. el 50% de losde elementos la velocidad no llega real de al los 50% elementos. de la real. Animación de un proceso de frenada y activación del ABS a cámara rápida.

¿Cuáles son y cómo distinguir los distintos tipos de ABS más comunes que podemos encontrar en el sector del automóvil?

Podemos distinguir varios tipos en función de: Ø La marca del fabricante del sistema ABS y la marca y el modelo del vehículo. Ø El número de canales de regulación y sensores de que consta el vehículo. Esta es la forma más genérica de reconocerlos y distinguirlos. Los más habituales son : ü De dos canales; actúan sobre las ruedas delanteras de forma independiente y generalmente constan de dos sensores de r. p. m situados en las ruedas delanteras. Son menos eficaces pero más económicos. Actualmente ya no se usan. ü De tres canales; actúan sobre las cuatro ruedas, en las delanteras de forma independiente y en las traseras mediante un solo canal, diferenciando la presión aplicada a cada rueda mediante una válvula hidráulica denominada de presión diferencial. Generalmente constan de cuatro sensores. Actualmente ya no se usan. ü De cuatro canales; actúan sobre las cuatro ruedas de forma independiente y constan de cuatro sensores. Este es el sistema más empleado en la actualidad y el más completo.

Un caso especial suponen los vehículos con tracción integral o permanente a las cuatro ruedas y diferenciales autoblocantes.

En estos vehículos, la pérdida de tracción por pérdida de adherencia de una o dos ruedas de un mismo lado supone, a través del autoblocante, el mantenimiento de tracción en el otro lado del vehículo, iniciando un momento de giro. Si en este momento se inicia una frenada el ABS se suma al efecto, ya que al detectar el derrapaje de las ruedas de un lado determina una fase de aumento de presión para ellas, mientras que en las otras, que tienen tracción por su mayor adherencia y por tanto menor régimen de giro, determina una fase de reducción de presión.

SUPUESTO DE EJEMPLO En el momento de la frenada el lado izquierdo del vehículo tiene mayor adherencia (las ruedas no deceleran) El sistema ABS aplica una mayor fuerza de frenado en ellas Se reduce el régimen de giro en estas ruedas Los sistemas de autobloqueo, tipo viscodrive o torsen por ejemplo, transfieren el par al otro lado del eje correspondiente Se provoca un momento de giro