Sistema de frenos

Funcionamiento

Tipos

Elementos

Frenos Los frenos son un sistema que reduce la velocidad y detiene el vehículo mientras está siendo manejado, manteniéndolo sin movimiento mientras está estacionado.

Tipos de frenos

Frenos de Tambor Este es un dispositivo de freno con un tambor girando en el cual la rueda y neumático son montados. Interiormente, este tambor es un mecanismo con material de fricción que genera fuerza de frenado cuando se empuja contra el tambor.

Frenos de Disco Este es un dispositivo de frenado con un plato redondo de rotación (disco rotor) en el cual la rueda es montada. Los calipers con materiales de fricción sobre ellos son presionados contra el disco en ambos lados para generar fuerza de frenado.

Freno de Estacionamiento Este freno es usado para estacionamiento. Es un freno mecánico que traba solamente las ruedas posteriores. Este opera jalando la palanca de freno de estacionamiento o presionando el pedal de freno del mismo.

Freno Central Este es un freno de tambor que es montado entre el eje principal de transmisión y el árbol de propulsión. Es usado exclusivamente para estacionamiento

Mecanismo de transmisión del freno

Freno Hidráulico

Este tipo de sistema de frenos usa presión hidráulica para operar los frenos en cada una de las ruedas. Casi todos los vehículos usan este tipo de sistema de frenos, por el freno de pedal.

Freno Mecánico Este tipo opera los frenos en cada una de las ruedas usando cables. Puesto que es dificultoso para que la fuerza de frenado actuante en cada una de las ruedas sea uniforme, este tipo de freno casi nunca usado en estos días, excepto como un freno de estacionamiento

Configuración de los frenos

Pedal de freno

Cilindro Maestro Este es un sistema que genera presión hidráulica desde la fuerza de presión del pedal de freno. EI sistema hidráulico dual o Tandem, consiste en dos cilindros uno primario y otro secundario. Al pisar el pedal del freno la fuerza se transmite al pistón primario del cilindro maestro. El pistón secundario también avanzará y será impulsado por un resorte del pistón primario como consecuencia aumenta la presión hidráulica por igual en ambos circuitos. Al soltar el pedal ambos liberan la presión.

Tubería Convencional La tubería del freno es distribuida separadamente para las ruedas delanteras y las ruedas posteriores

Tubería Diagonal La tubería del freno es distribuida a la rueda delantera derecha y a la rueda posterior izquierda y la rueda delantera izquierda y rueda posterior derecha

Reforzador de Freno Este dispositivo convierte la pequeña fuerza aplicada en el pedal de freno a una gran fuerza. El reforzador de freno utiliza la diferencia entre las presiones en el múltiple de admisión, donde un vacío es generado y la presión atmosférica del ambiente, para mover un diafragma, que aplica como fuerza correspondiente a la fuerza aplicada al pedal de freno en el pistón del cilindro maestro

Válvula P (Proporción) Esta válvula distribuye la presión hidráulica entre las ruedas delanteras y posteriores a fin de obtener una fuerza de frenado estable. Cuando la fuerza de frenado actúa en un vehículo, la carga cambia hacia adelante, disminuyendo la carga en los frenos traseros y haciéndose fácil para las ruedas traseras trabarse (en sistemas con frenos posteriores de tambor). La válvula “ P” es instalada en medio camino en las tuberías en el lado de los frenos traseros para ajustar la presión hidráulica actuando sobre ellos.

LSPV (Válvula de Proporción de Percepción de Carga) Esto se refiera a la válvula de control de la presión del fluido de freno, el cual cambia la presión del fluido en la válvula P de acuerdo con el peso en el eje trasero del vehículo.

El freno de tambor El freno de tambor es un sistema que aplica la fuerza de frenado usando material de fricción que es empujado contra la superficie interior de un tambor que gira conjuntamente con el neumático. Una gran fuerza de frenado puede ser obtenida comparativamente con una pequeña fuerza de presión en el pedal.

Cilindro de Rueda Este cilindro convierte la presión hidráulica del cilindro maestro en una fuerza que mueve la zapata de freno.

Zapata de freno y forro La zapata de freno tiene la misma forma circular como el tambor de freno y tiene un forro de zapata de freno (material de fricción) fijado a su circunferencia exterior. El forro de la zapata de freno es un material de fricción que obtiene fuerza de frenado de la fricción entre este y el tambor de freno cuando este rota. Materiales con excelente resistencia al calor y resistencia al desgaste son usados

Tambor de Freno El tambor de freno es hecho de hierro fundido. Hay una pequeña holgura establecida entre el tambor y el forro de la zapata. El tambor de freno rota juntamente con el neumático. Cuando los frenos son aplicados, el forro de zapata de freno es empujado contra el interior del tambor, estableciendo la fricción que genera la fuerza de frenado.

Frenos de disco Los frenos de disco son un sistema que obtiene fuerza de frenado por el uso de almohadillas de freno (material de fricción), empujando contra ambos lados del disco rotor cuan este rota con el neumático. Estos frenos tienen un excelente efecto de radiación de calor y una fuerza estable de frenado que es obtenida uniformemente cuando los frenos son usados frecuentemente.

Disco Rotor Este es un plato redondo hecho de hierro fundido que rota con el neumático. Hay dos tipos de disco rotor, el tipo sólido y el tipo ventilado. El tipo sólido consiste en un simple disco rotor, mientras que el tipo ventilado tiene agujeros en la mitad del disco rotor, haciendo esto un interior hueco. Estos agujeros amplían la vida de las almohadillas de freno por la mejora de la radiación de calor

Calipers Son dispositivos que reciben la presión hidráulica del cilindro maestro y obtienen fuerza de frenado por el empuje de los pistones de las almohadillas de disco contra el disco rotor. Comúnmente, los calipers flotantes son usados (con un pistón en uno de los lados del freno de disco solamente). Cuando los pistones empujan las almohadillas contra el disco rotor, los calipers aplican fuerza a los lados opuestos del disco, agarrando y ajustando al disco rotor y de este modo creando la fuerza de frenado.

Ventajas y desventajas del freno de tambor

Ventajas y desventajas del freno de disco

Freno de estacionamiento o freno de mano El freno de estacionamiento es un sistema que transmite fuerza de operación a los frenos traseros por medio de un cable u otro dispositivo. Cuando la palanca del freno de estacionamiento es jalada y traba el tambor o disco de freno impide el movimiento de las ruedas cuando el vehículo está estacionado.

Calculo de la fuerza F para freno de tambor con zapatilla interior.

Sistema de frenos anti-bloqueos (ABS)

Fuerzas desarrolladas en el frenado

Rrd

Rrt

Fft

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l2

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Fax

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Rear Rear

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BLOQUEO EJE TRASERO

inestable 0

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Condición normal Condición de bloqueo

BLOQUEO EJE DELANTERO

guiñada oscilación estable 0

zM

Condición normal Condición de bloqueo

Front Front

Front

Rear Rear

Rear

m axm ax

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I z z

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La misión del sistema antibloqueo es la de permitir utilizar la máxima potencia de frenada en condiciones de adherencia muy críticas, regulando automáticamente la fuerza de frenado con un grado de deslizamiento admisible entre el neumático y la calzada, dando preferencia a la estabilidad y maniobrabilidad direccional respecto a la distancia de frenada.

Evitan los bloqueos de las ruedas, incluso en pistas heladas, acorta la distancia de frenado, elimina el desgaste irregular del neumático.

CONCLUSIONES DEL BLOQUEO

• Bloqueo eje trasero , inestabilidad direccional

• Bloqueo eje delantero, pérdida de control direccional

• Evitar bloqueo mediante sistemas de control activos

• Caso contrario evitar que se produzca bloqueo simultáneo de ambos ejes

• Tratar que de producirse el bloqueo aparezca primero en el eje delantero.

• El bloqueo reduce el coeficiente de adherencia aumentando la distancia de frenado.

• Es importante controlar el reparto de fuerzas de frenado en función de la carga que cada eje soporta.

Unidad de control electrónica En la evolución de los sistemas de Bosch la U.C.E. y el grupo hidráulico se ha conjuntado en una sola pieza y se ha producido una reducción enorme en el tamaño del sistema. La unidad electrónica de control dispone de un microprocesador que recibe una serie de señales (captadores de velocidad, contacto motor, señal de giro del motor, etc.). Estas son moduladas previamente para su interpretación y en consecuencia posteriormente actúa sobre una serie de salidas, a las cuales puede acceder tras una adaptación (electroválvulas, bomba de presión, lámpara de control, etc.). El sistema es gobernado en su totalidad por la U.C.E. Cuando se conecta el contacto la unidad se hace un breve chequeo previo para saber si todo está en condiciones de prefecto uso.

Lámpara de control Esta lámpara va situada en el tablero de mandos para su rápida percepción. Durante el chequeo de la unidad de control electrónico la lámpara de aviso permanece encendida. Mientras esta lámpara permanezca encendida, el sistema antibloqueo de frenos está fuera de servicio, es decir, solo disponemos de los frenos convencionales.

Funcionamiento En la situación de frenado intenso, cuando una rueda tiende a bloquear entra en funcionamiento el sistema antibloqueo de frenos para que esto no suceda. Para evitar este bloqueo el sistema pasa por tres fases repitiéndolas hasta la detención del vehículo o dejar de presionar el pedal de freno.

Fase de frenada normal: El cilindro maestro actúa directamente sobre la pinza de frenado, produciendo una frenada convencional. El captador de velocidad informa a la U.C.E del descenso de velocidad pero hasta que la rueda no tiende a bloquearse el sistema no pasa a la fase siguiente.

Fase de mantenimiento de presión: La U.C.E por medio de los captadores de velocidad detecta este posible bloqueo y envía una señal a la electro-válvula para cortar el suministro de líquido de frenos procedente del cilindro maestro, manteniendo la presión en la pinza de frenado. Si esta situación de bloqueo persiste el sistema pasa a la última fase.

Fase de reducción de la presión: En esta fase la U.C.E permite el paso del líquido de frenos a la bomba de presión, la cual succiona líquido y lo envía al cilindro maestro, por lo que la presión en la pinza de freno se reduce y la rueda se acelera.

El ciclo de regulación de frenada viene determinado por la consecución de las tres fases anteriormente señaladas, pasando de una fase otra cuando el sistema lo requiere con el fin de disponer en todo momento de dirigibilidad en el vehículo. Este ciclo se repite de 4 a 10 veces por segundo dependiendo de las condiciones de la calzada. Una vez que el vehículo ha descendido su velocidad a 8 km/h el sistema abandona la regulación dejando actuar libremente a los frenos.

Grupo hidráulico El grupo hidráulico está formado por una serie de electroválvulas y una bomba de presión, cuya misión principal consiste en eliminar presión de las pinzas de freno cuando sea necesario, disponiendo para su accionamiento de un motor eléctrico. La activación eléctrica de estos componentes se realiza mediante unos relés y el mazo de cables de la unidad de control electrónico, siendo ésta la que organiza el funcionamiento del grupo hidráulico.

Bomba de presión Como se ha explicado anteriormente, en la fase tres la bomba de presión se encarga de extraer el líquido de frenos necesario para rebajar la presión de la pinza de freno, devolviéndolo al cilindro maestro. El líquido retornado se encuentra a una presión superior a la del cilindro maestro produciendo unas pulsaciones, en algunos casos desagradables, en el pedal de freno, las cuales informan al conductor del funcionamiento del A.B.S.

Electroválvulas Son unas válvulas de tres vías y tres posiciones activadas eléctricamente para la realización de las tres fases de todo sistema antibloqueo de frenos. Fase 1 ó de reposo: el cilindro maestro está conectado directamente con la pinza de freno, lo que implica que si se pisa el freno la rueda tiende a pararse. Fase 2 ó de mantenimiento de presión: una intensidad circula por la electroválvula cerrando el paso del cilindro maestro, por lo que la presión deja de aumentar y como el líquido de frenos no puede salir por ningún sitio se mantiene dicha presión. Fase 3 ó de reducción de la presión: se aumenta la intensidad de la electro-válvula abriendo el paso hacia la bomba de presión, ésta succiona el líquido de frenos y disminuye la presión en la pinza de frenado. Al ser la carrera del pistón de estas electroválvulas de centésimas de milímetro permite realizar estas tres fases varias veces por segundo.

Captadores o sensores de velocidad Son unos sensores magnéticos instalados en las ruedas sobre una corona dentada. Al pasar los dientes de la corona por el sensor producen una variación en el campo magnético, produciendo una tensión en la bobina que rodea al sensor magnético. Estas variaciones de tensión conllevan una frecuencia, dando a la unidad de control electrónica la información necesaria para determinar la velocidad del automóvil en todo momento. Si se producen variaciones de la velocidad, los impulsos producidos en el sensor harán que la unidad electrónica de control actué en consecuencia.

FUERZA ELECTROMOTRIZ AUTOINDUCIDA

• La autoinducción es producida en cualquier bobina que tenga un corte brusco en la circulación de su corriente. Este efecto es en ocasiones producto de interferencias y alteraciones en circuitos electrónicos.

Generador de Impulsos Inductivo • Está constituido por una corona dentada con ausencia de dos dientes, denominada rueda fónica, acoplada en la periferia del volante o polea, y un captador magnético colocado frente a ella, formado por una bobina enrollada en un imán permanente.

Generador de Impulsos Inductivo

Generador de Impulsos Hall

• Un semiconductor es recorrido por una corriente entre sus puntos A y B, si se le aplica un campo magnético N-S, perpendicular al semiconductor, se genera una pequeña tensión (tensión Hall) entre los puntos E y F debido a la desviación de las líneas de corriente por el campo magnético, cuando estas dos condiciones se producen de forma simultánea.

• El funcionamiento de este generador, se basa en el fenómeno físico conocido como efecto Hall.

Los sensores de efecto Hall se utilizan en los automóviles para medir velocidades de rotación o detectar la posición de un determinado elemento. Su principal ventaja es que pueden ofrecer datos fiables a cualquier velocidad de rotación. Y sus inconvenientes son la mayor complejidad y precio con respecto a un sensor inductivo.

El sensor de efecto Hall se basa en la tensión transversal de un conductor que está sometido a un campo magnético. Colocando un voltímetro entre dos puntos transversales de un cable se puede medir esa tensión. Para ello hay que hacer circular por el cable una intensidad fija y acercar un imán. Los electrones que pasan por el cable se verán desplazados hacia un lado. Entonces aparece una diferencia de tensión entre los dos puntos transversales del cable. Al separar el imán del cable, la tensión transversal desaparece. Para poder utilizar la tensión transversal es necesario amplificarla, porque su valor es muy reducido.

Un sensor de efecto Hall utilizado en automoción se compone de:

· Un generador magnético que suele ser un imán fijo.

· Un pequeño módulo electrónico donde se encuentran los componentes que miden la tensión transversal.

· Una corona metálica con ventanas para interrumpir el campo magnético.

Aplicación Sensor Hall

Carcasa Arbol de Levas

Sensor de Fase

Corona Generatriz

Esquema hidráulico de un sistema ABS