NUEVAS GENERACIONES EN LOS SISTEMAS

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1 NUEVAS GENERACIONES EN LOS SISTEMAS
DE FRENADO DE LOS TURISMOS I.E.S EMERITA AUGUSTA 228augusta ELECTROMECANICA DE VEHÍCULOS B NUEVAS GENERACIONES EN LOS SISTEMAS DE FRENADO DE LOS TURISMOS JUAN PEDRO GALLARDO CARRILLO IMANOL GALAN FARRONA JULIO HUESO MATEO

2 Introducción Cada día la tecnología avanza a pasos agigantados, en seguridad, calidad, confort, rendimiento, efectividad, etc. De esta manera lo a hecho la tecnología automotriz en la seguridad de manejo en forma importante en el sistema de frenos implementando muchos tipos de sistemas distintos pero con la misma finalidad, hacer mas eficiente la frenada y mas segura, es con este objetivo que se creo el sistema ABS el cual vamos a explicar en este trabajo y sus nuevos sistemas de frenado.

3 ABS HISTORIA: La producción en serie del sistema de frenos antibloqueo controlado electrónicamente comenzó en Hace treinta años, en 1978, Bosch comenzó la producción en serie de los Sistemas de Frenos Antibloqueo (ABS), estableciendo la base de todos los sistemas activos de seguridad de los vehículos. El sistema previene que las ruedas se bloqueen, manteniendo el vehículo estabilizado aún con las frenadas más bruscas, permitiendo al conductor un margen de maniobra para evitar accidentes. Este desarrollo de Bosch fue la primera solución eficiente y confiable para su utilización en automóviles.

4 La función del ABS se amplió en 1986 con el Sistema de Control de Tracción (TCS) y en 1995 con el Programa Electrónico de Estabilidad (ESP). Todos estos desarrollos fueron también innovaciones de Bosch. En 2007, más del 75% de los vehículos nuevos de todo el mundo fueron equipados con ABS. Líder mundial de este mercado, Bosch producirá cerca de 21 millones de ABS en En la Unión Europea, USA y Japón, el ABS es ahora equipamiento original para los vehículos, e incluso está siendo reemplazando cada vez más por el ESP en dichas regiones. En mayo de este año, la Comisión Europea derogó una norma que establece al ESP como equipamiento obligatorio para todos los vehículos a partir de En mercados emergentes, la presencia del ABS a bordo también está creciendo. En Brasil, 1 de cada 7 vehículos está equipado con el ABS, mientras que en China la proporción es 2 de cada 3.

5 El largo proceso de poner una idea en práctica
Desde principios del siglo veinte, la prevención del bloqueo de las ruedas ha sido objeto de investigación -no sólo en autos, sino también en trenes, e incluso en aviones-. El propio Robert Bosch registró una primera patente en Los primeros diseños para automotores compartían los mismos defectos: eran demasiado complejos y trabajaban de manera muy lenta. En 1964, Teldix comenzó un trabajo de desarrollo en el primer sistema totalmente controlado electrónicamente, y sus ingenieros registraron sus primeros resultados exitosos recién dos años más tarde. Mediante diversas pruebas, los vehículos equipados con ABS alcanzaron una distancia de frenado menor, y el dominio y la estabilidad de manejo se mantenían al tomar las curvas. La estructura básica de este diseño -conocido como ABS 1- se puede encontrar todavía en casi todos los ABS. Pero los aproximadamente 1000 componentes análogos y los switches de seguridad hacían que la confiabilidad y durabilidad de la unidad de control electrónico de este sistema todavía no fueran lo suficientemente buenas para su producción masiva -ambas propiedades debían ser mejoradas-. En 1975, Bosch finalmente adquirió el desarrollo del ABS de Teldix, y el know-how de todos los ingenieros con grandes avances en tecnología digital, incluyendo circuitos integrados, logró que el número de componentes electrónicos pueda ser reducido a 140. Luego de 14 años de desarrollo, en 1978 el sistema conocido como ABS inició su producción en serie en Bosch. Al principio fue equipo opcional en el Clase S de Mercedes Benz, y apenas más tarde en las limusinas Serie 7 de BMW.

6 Mejoras en el sistema y funciones adicionales del ABS
Durante los años sucesivos, los ingenieros trabajaron en la simplificación del sistema. En 1989, una unidad híbrida de control entró en producción en serie. Su diseño compacto hacía que pueda ser montada directamente sobre el modulador hidráulico, reduciendo significativamente el peso total del ABS generación 2E. Aplicando nuevas válvulas solenoides, los ingenieros de Bosch crearon la generación 5.0 en 1993, y en los años siguientes las versiones 5.3 y 5.7. Las principales innovaciones fueron nuevamente la reducción significativa del peso y funciones adicionales como la distribución electrónica de la presión de frenado, que reemplazó a la válvula mecánica situada en el eje trasero. En paralelo a este desarrollo, la producción de ABS para motos comenzó en 1994, en Japón. En las motocicletas, cualquier bloqueo en la rueda delantera causa casi inevitablemente la caída del conductor. En el año 2001, Bosch comenzó la producción del actual ABS 8° Generación, el cual fue modificado y mejorado en varias oportunidades desde entonces. En su última versión, más compacta, pesa sólo 1.4 Kg. (con apenas 14 componentes integrados en la unidad de control y 256kb de memoria). La 8° generación es modular, lo cual permite varios grados de complejidad del ABS, TCS y ESP. Esto hace posible optimizar sinergias, ya que todos los sistemas producidos por Bosch se producen con idénticos estándares de calidad en una red internacional de desarrollo y producción

7 Con el crecimiento de los procesos técnicos, el rango y número de funciones también aumentaron. En 1986, por ejemplo, Bosch comenzó la producción del ABS basado en el TCS, lo cual previene que las ruedas patinen y permite un mejor dominio del auto en superficies lisas. Y si las curvas se toman demasiado rápido, el sistema incrementa la estabilidad reduciendo la potencia del motor. En 1995, Bosch lanzó el primer ESP (Programa Electrónico de Estabilidad). Esto mejoró la estabilidad no sólo al frenar o acelerar, sino en todas las situaciones de manejo. Si existe el riesgo de que el auto derrape, el ESP reduce la potencia del motor y simultáneamente provee presión de frenado individualmente a cada rueda. De acuerdo con los estudios, entre el 30% y el 50% de todos los accidentes fatales que involucran a un solo vehículo pueden ser prevenidos con el ESP. En los próximos años, los ingenieros trabajarán para hacer este sistema de control de frenado más compacto y eficiente. En mayor medida, las nuevas funciones incluirán la interacción con otros sistemas de a bordo, como el control de consumo y sistemas de video

8 NUEVOS SISTEMAS DE FRENADO: Asistente a la Frenada (BAS)
El Asistente a la frenada, BAS, es un sistema que detecta que nos encontramos ante una frenada de emergencia y, entonces, aplicará la máxima presión al sistema de frenos con el objetivo de que el vehículo se pueda detener lo más rápidamente posible, acortando, por tanto, la distancia de frenada y reduciendo las posibilidades de sufrir un accidente de trafico. Se estima que un vehículo circulando a 100 Km./h y conducido por un conductor normal, tardaría aproximadamente unos 70 m. en detenerse por completo en una frenada de emergencia. Esta distancia queda reducida a unos 40 m en vehículos equipados con el BAS. Siempre combinado con el ABS.

9 Reparto Electrónico de la Frenada EBD
El reparto electrónico de la frenada es un sistema electrónico que determina cuánta fuerza es necesaria aplicar a cada rueda para detener al vehículo en un distancia mínima y sin que se descontrole. El centro de gravedad de todo vehículo se desplaza hacia delante al aplicar los frenos. Esto supone un riesgo de que las ruedas traseras tiendan a bloquearse debido a la reducción de la tracción. El sistema calcula si el reparto es el 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 (esté continuamente bloqueando y desbloqueando) y el de otra quede infrautilizado. Impide, de esta forma, que el vehículo se vaya de atrás debido a una sobrefrenada en las ruedas traseras.

10 Programa Electrónico de Estabilidad ESP
Bosch introduce este sistema en el año 1995, siendo un desarrollo del ABS (1978) y del Control de Tracción (1986), a los que, a su vez, engloba. Es decir, un coche que tenga Control de Estabilidad, dispondrá siempre de ABS y Control de Tracción, ya que ambos forman la base de su funcionamiento. El Control de Estabilidad recibe numerosas siglas, siendo la más común ESP, aunque hay algunos fabricantes que utilizan otras como ESC, VSC, VDC, DSC, etc., si bien el funcionamiento básico, sus componentes y su efectividad, es idéntico.

11 El ESP es un sistema de seguridad activo, siendo su misión evitar posibles pérdidas de control del vehículo producidas por derrapes y evitando, de esta manera, posibles accidentes de tráfico. Este sistema se muestra muy eficaz en determinadas situaciones que pueden provocar un derrape como, por ejemplo, calcular mal una curva y tomarla a una velocidad inadecuada, situaciones de esquiva (se nos cruza repentinamente una persona, animal u objeto y tenemos que sortearlo mediante un golpe brusco de volante), placas de hielo o conducción en firme deslizante: lluvia, hielo, hojarasca húmeda, etc. Cuando el ESP detecta una situación de riesgo, actúa en milésimas de segundo, hasta 25 veces por segundo, frenando independientemente una de las cuatro ruedas - la que interese -, estabilizando el coche y, si fuera preciso, cortando potencia al motor y evitando, de este modo, que se pueda producir un derrape.

12 Función ESP El principio de funcionamiento consiste en comparar la trayectoria teórica, definida por el conductor, con la trayectoria real. El resultado de la comparación es la desviación del vehículo. Con este dato, la unidad de control reconoce la situación del vehículo y determina si es necesario o no activar la función ESP. La unidad calcula la trayectoria teórica mediante el ángulo de dirección y la velocidad de las ruedas. Para calcular el comportamiento efectivo necesita saber la velocidad de viraje, la velocidad de las ruedas y la aceleración transversal. La actuación de la función ESP modifica los pares de viraje entorno al eje geométrico vertical mediante el frenado selectivo de alguna de las ruedas para mantener la trayectoria teórica (la deseada por el conductor).

13 La activación del ESP sólo se produce al circular marcha adelante y se puede manifestar de
dos formas: La primera, en caso de subviraje, el ESP frena con mayor intensidad en la rueda trasera interior de la curva. Así los pares de viraje que se crean modifican el centro de giro al aprovechar las fuerzas centrífugas del vehículo. La segunda posibilidad es el sobreviraje. Aquí el ESP frena con mayor intensidad en la rueda delantera exterior. Los pares de fuerza producidos modifican también el centro de giro. Además puede suceder que se produzcan continuos subvirajes y sobrevirajes de forma seguida como, por ejemplo, al superar un obstáculo en un carril de la carretera. En estas situaciones la función ESP corrige continuamente la trayectoria.

14 Para poder llevar a cabo su tarea, el ESP dispone de los siguientes componentes:
Sensores de velocidad de giro de las ruedas: son los mismos del ABS y su misión es informar a la unidad de control sobre el comportamiento de las ruedas a través de su velocidad de rotación. Sensor de ángulo de giro y aceleración transversal: informa a la unidad de control sobre posibles movimientos del vehículo sobre su propio eje o movimientos laterales, es decir, el comportamiento real del vehículo en cada momento. Sensor del ángulo de viraje: informa de los movimientos del volante, es decir, sobre la trayectoria deseada por el conductor. Interfaz con la gestión del motor: permite cortar potencia al motor, si fuera preciso. El grupo hidráulico ejecuta las órdenes de la unidad de control y regula, mediante las electroválvulas, la presión de los cilindros. La unidad de control se encarga del control eléctrico y electrónico así como de todas las funciones de regulación del sistema.

15 Sistemas Predictivos de Frenada
Cuanto antes sea reconocido un posible accidente, más posibilidades tienen los conductores para reaccionar y evitarlo. Por ello Bosch ha desarrollado los Sistemas Predictivos de Frenado (Predictive Safety Systems, PSS). La tecnología inteligente alerta a los conductores de antemano, los ayuda e interviene en un caso de una emergencia para reducir las consecuencias de un accidente. Un avanzado sistema de radar monitorea constantemente el área que se encuentra por delante del vehiculo. El software del PSS, derivado del ESP, analiza la información del "ojo electrónico" y puede reconocer una situación peligrosa de manera temprana, enviando una serie de órdenes de actuación a través del grupo hidráulico del ESP. Tan pronto como un accidente sea factible, las medidas de seguridad son introducidas en tres fases y de una manera más rápida de lo que cualquier conductor podría reaccionar. 1.- La primera fase de actuación del PSS es el denominado sistema PBA (Predictive Brake Assist - Asistente Predictivo de Frenada), que prepara el vehículo para una frenada de emergencia y ayudar así a reducir la distancia de frenado al mínimo. Cuando se detecta, a través del radar delantero, una situación crítica que requiera una posible frenada de emergencia, el sistema de frenos se prepara de manera anticipada e imperceptible para el conductor para frenar a fondo, aumentando la presión en el circuito de frenos y realizando una aproximación de las pastillas a los discos, para que en el momento de producirse la frenada, se consiga un ahorro de tiempo. Esta ganancia de tiempo está calculada en una décima de segundo que se corresponde con unos 2 metros de distancia de frenado circulando a 100 km/h.

16 Si el conductor no detecta el peligro, no reacciona y la distancia con el vehículo precedente continúa reduciéndose, la tecnología le advierte del peligro de diferentes maneras: a través de una señal visual y acústica, mediante una suave y breve intervención en los frenos y mediante un pequeño tirón en el cinturón de seguridad. Con estas advertencias el conductor debería de llevar su vista a la carretera y su pié al pedal de freno. Este sistema recibe el nombre de PCW (Predictive Collision Warning - Aviso Predictivo de Colisión) 3.- En la tercera fase y si el conductor sigue sin reaccionar, el sistema llamado PEB (Frenada de Emergencia Predictiva) realizará, independientemente del conductor y por sí sólo, una frenada de emergencia antes de un choque inevitable, pudiendo así evitar el accidente o reducir considerablemente la velocidad del impacto y, por tanto, sus consecuencias.

17 Hill Hold Control (Control de Ascenso de Pendientes)
Esta función adicional del ESP es un sistema que evita que el vehículo retroceda al reanudar la marcha en una pendiente. La pendiente es detectada por un sensor de inclinación (aceleración longitudinal). La presión de frenado preestablecida por el conductor durante el proceso de parada se mantiene una vez se detecta la parada total del vehículo y aunque se deje de presionar el pedal de freno. Transcurridos unos dos segundos se reduce nuevamente la presión de frenado, tiempo suficiente para que el conductor ponga en circulación nuevamente el vehículo.

18 Sistema de reacción regulado electrónicamente (ETS)
Antes, cuando se producían problemas de tracción se recurría al diferencial de bloqueo automático (ASD) en el que el efecto bloqueante se genera en los discos del diferencial o bien, a la tracción total. Hoy en día se encomienda esta tarea a dos sistemas avanzados: el sistema electrónico de tracción (ETS) o el sistema de tracción antideslizante (ASR). El sistema electrónico de tracción (ETS ) garantiza una máxima tracción al arrancar o al acelerar, incluso en situaciones extremas. Sin intervenir en el sistema de gestión del motor, se aplican los frenos de forma selectiva sobre las ruedas motrices. Al igual que en el ABS, los sensores de las ruedas informan sobre la velocidad de giro de las mismas. Si una de las ruedas motrices empieza a girar en vacío, el ETS incrementa la presión de frenado sobre la rueda en cuestión y la frena instantáneamente. El momento de frenado generado en la rueda que tiende a patinar se transmite inmediatamente en forma de par de accionamiento a la rueda con mejor adherencia. Cuando se normaliza el par de giro se deja de aplicar la presión de frenado. De este modo, la rueda se mantiene siempre en el margen más favorable de tracción y el vehículo conserva su trayectoria. Esta intervención sobre los frenos se puede efectuar al arrancar en un camino con diferente adherencia, actuando como un bloqueo de diferencial

19 Control de tracción ASR
Mientras que la fórmula del ETS para mejorar la tracción consiste en aplicar los frenos, el ASR interviene además, en caso necesario, en el sistema de gestión del motor, ofreciendo una mayor estabilidad desde el arranque hasta la velocidad máxima. Este plus de seguridad se pone de manifiesto sobre todo en automóviles con motor de gran potencia: en caminos mojados o congelados, incluso a los conductores más experimentados les cuesta manejar el acelerador de forma tan precisa y rápida como lo hace el ASR. Cada rueda cuenta con un sensor que registra su velocidad de giro. Estos datos son analizados en la unidad de mando. Si el conductor pisa el acelerador con tanta fuerza que las ruedas motrices empiezan a girar en vacío, el ASR deduce que el par de accionamiento del motor es demasiado elevado. Con el acelerador electrónico se actúa sobre la mariposa de estrangulación en milésimas de segundo, con lo que automáticamente se reduce la aceleración (aunque el conductor esté pisando a fondo el acelerador). En caso de resbalamiento acusado de las ruedas, el sistema interviene además frenando una de las ruedas motrices o ambas simultáneamente (si la velocidad supera los 40 Km./h). El ASR utiliza 2 circuitos de regulación: el del equipo de frenos y el del motor. Además del efecto de frenado con regulación del resbalamiento del ABS, el ASR impide que las ruedas motrices giren en vacío y contribuye a estabilizar la trayectoria del vehículo independientemente de la velocidad al arrancar y acelerar, en curvas, con placas de hielo o al maniobrar bruscamente.

20 FRENO ELECTRÓNICO Como ocurre ya en la construcción aeronáutica, el automóvil se emancipa de los circuitos hidráulicos para adoptar paulatinamente los dispositivos con cable eléctrico: es la llamada tecnología by wire, que se aplicará a los frenos a partir de 2010. Los automovilistas ya han podido comprobar en los modelos más recientes la desaparición del freno de mano. El freno de aparcamiento se ha sustituido por un sistema electrónico que se bloquea automáticamente al cortar el contacto y, al contrario, afloja la presión de los frenos en cuanto el conductor acelera. El freno de aparcamiento electrónico ocupa menos espacio entre los asientos y constituye un accesorio que aporta algo más de confort y seguridad (ya nadie podrá olvidarse de echar el freno de mano: es automático).

21 Se trata pues de un primer sistema de frenado electrónico o, más bien, enteramente eléctrico. Hoy por hoy, la frenada sigue necesitando la intervención de elementos hidráulicos. La presión del conductor sobre el pedal de freno induce un movimiento del líquido de frenos que se canaliza a través de un conducto hacia la pinza. Este líquido, bajo presión, actúa sobre los pistones de las pinzas que, a su vez, comprimen las pastillas de freno contra el disco. Así es como se genera la frenada. Este proceso se completa con el sistema ABS, que evita el bloqueo de las ruedas limitando, en caso de necesidad, la acción del líquido sobre los pistones a fin de mantener el control del vehículo. El antibloqueo puede llegar a ajustar hasta 100 veces por segundo la potencia máxima de frenada para evitar que se bloquee alguna de las ruedas. La ayuda a la frenada de emergencia consigue reducir también el tiempo de vacilación del conductor, estimado por lo general en un segundo. No obstante y a pesar de todos estos avances, el sistema hidráulico se ve limitado por la inercia. Se calcula que a 100Km./h, los coches equipados con frenos hidráulicos necesitan unos 40metros para pararse y que esta distancia se convierte en 70 m. a 130Km./h.

22 El freno electrónico según Siemens VDO
El fabricante de equipamientos Siemens VDO estima haber encontrado la solución con el EWB (siglas de Electronic Wedge Brake). Este freno electrónico prescinde por completo de los elementos hidráulicos gracias a su concepción revolucionaria. La información se transmite directamente en forma de señal electrónica, como en un avión. El sistema utiliza de hecho la energía cinética del vehículo para frenar. Concretamente en cada rueda se sitúa un módulo de freno inteligente. Cada uno de estos módulos se compone de seis elementos, entre ellos una mordaza de freno que envuelve el disco por ambos lados.

23 El EWB se basa en un dispositivo en forma de cuña (un rodamiento de rodillos) que efectúa el enlace entre la mordaza y la pastilla móvil de freno. Ésta es la pieza que recupera la energía cinética para dar más potencia a la frenada: está controlada por un motor eléctrico que trabaja con precisión y con un mínimo de energía. En resumen, el freno electrónico retoma más o menos los componentes actuales (disco, pastilla de freno, mordaza) aunque suprimiendo el líquido de frenos y la activación hidráulica

24 Resultados concluyentes
El mayor mérito del EWB reside en poder adaptarse a los vehículos actuales utilizando la red de 12 voltios. El sistema reacciona de forma instantánea a la orden de frenado consiguiendo disipar grandes fuerzas cinéticas hasta la parada total del vehículo incluso a velocidades extremas. Pruebas realizadas por el instituto alemán Dekra han permitido comprobar asimismo una reducción del 15% en la distancia necesaria para frenar con respecto a unos frenos hidráulicos clásicos. Nosotros tuvimos ocasión de probar el EWB durante unos tests invernales de I+D realizados a bordo de un BMW Serie 5 en un lago helado de Laponia. En aquel momento, el sistema nos sorprendió por su eficacia. Poco antes, Mercedes había explorado con Bosch la vía de la frenada electro-hidráulica combinando el sistema clásico con un motor eléctrico. El concepto sin embargo no consiguió convencer a la clientela de la época. Siemens VDO piensa poder introducir su sistema en El freno electrónico es algo más pesado (10kg más), pero suprime el líquido de frenos, mejora la frenada y puede integrar otros sistemas como el ABS o el ESP.

25 Bibliografia www.mamografias.com www.viamichelin.es