De los frenos hidráulicos a los eléctricos (II)

Seguimos con la parte II de este artículo «De los frenos hidráulicos a los eléctricos» explicando la evolución del circuito hidráulico de frenos para llegar al final a los frenos eléctricos.

En la parte I se vieron estos temas:

  • Reparto de frenada delante – atrás con circuito hidráulico
  • Regulador de frenada trasera
  • Circuito hidráulico simple “I”
  • Circuito hidráulico independiente delante – atrás “II”

Circuito hidráulico independiente delante – detrás CH “I + I” (con “by pass”)

Con esta evolución del circuito “II” (independiente delante – atrás) al “I + I” (con “by pass”) se va a lograr que en caso de cualquier fuga de líquido en alguno de los circuitos se mantenga operativo el otro en su totalidad, veámoslo:

  • El pedal de frenos acciona dos bombas independientes hidráulicamente y cada una se representa con su depósito:
    • Una bomba alimenta al circuito de las ruedas delanteras
    • Otra bomba es para el circuito trasero con una particularidad; el circuito de funcionamiento normal llega a las ruedas traseras a través del regulador
    • Hay otro circuito, en reposo sin incidentes, que llega a las ruedas traseras sin pasar por el regulador, es el “by pass”
  • Veamos a continuación el caso que el circuito “II” no solucionaba, fuga de líquido en el circuito delantero:
    • Se vacía el circuito hidráulico delantero y el testigo se enciende
    • En el circuito trasero; el mayor recorrido de la bomba por la fuga del delantero abre el circuito de emergencia “by pass” que llega a la salida del regulador hacia las ruedas traseras, recibiendo toda la fuerza de frenada estas ruedas
    • Al frenar las ruedas traseras proporcionalmente a la fuerza de frenada existe el riesgo de bloqueo y pérdida de trayectoria
    • Al estar encendido el testigo como aviso se deberá conducir y frenar con extrema precaución
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Queda claro que en frenada las ruedas delanteras son las que más influyen por la alteración dinámica de pesos entre ejes, sin los riesgos de pérdida de trayectoria que implica el bloqueo de las ruedas traseras.

Veamos cómo se puede lograr que se mantenga operativa en caso de fuga de líquido al menos una rueda delantera.

Circuito hidráulico independiente en diagonal CH “X”

Este circuito es el más utilizado en automóviles desde hace años, esta es su descripción y funcionamiento:

  • El pedal acciona dos bombas hidráulicamente independientes con sus respectivos depósitos de líquido de frenos en la imagen
  • Una bomba es para la rueda delantera derecha y trasera izquierda, a esta llega a través de su regulador de frenada
  • Otra bomba alimenta a la rueda delantera izquierda y trasera derecha, pasando por su regulador
  • Se observa que hay dos reguladores de frenada, uno para cada una de las ruedas traseras pues son circuitos independientes
  • Se ve el funcionamiento de este circuito de frenos en “X”
  • Si hay fuga de líquido en alguno de los circuitos se vaciará el implicado encendiéndose el testigo de nivel
  • Dejarán de frenar dos ruedas en diagonal y seguirán frenando las otras dos à siempre frena una rueda delantera
  • Esta asimetría de frenada implica la tendencia a cierto desvío de trayectoria, más si se circula rápido
  • Se puede compensar parcialmente esta tendencia con una geometría específica de la suspensión delantera (se denomina a esta geometría “radio de pivotamiento negativo” que por su complejidad no se explica en este artículo, si es de interés le dedicaremos uno específico)
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El circuito en “X” es el que más se suele utilizar en el automóvil y conlleva una geometría específica de la suspensión delantera, como se ha comentado.

Esta geometría se basa en diversos puntos de referencia determinados por el fabricante en el diseño del automóvil y en otro aspecto que es trascendental; la posición de la llanta de la rueda sobre el buje de apoyo en la mangueta, determinada por el bombeo de llanta o ET.

Si se modifica esta posición se altera la geometría de compensación de desvío de trayectoria del circuito en “X”.

Si incluyo este comentario sin explicarlo en detalle es para que se tenga en cuenta al sustituir las llantas por otras distintas, pues la identificación del bombeo viene indicado como ET y un número (son milímetros) que debe ser el mismo que la llanta original.

Doble circuito hidráulico CH “DI”

Este sistema es el más completo desde el punto de vista de la seguridad activa primaria, bueno al final de su explicación se deduce que se puede dar un paso de mejora adicional, este es y así funciona el doble circuito de frenos:

  • Hay un circuito simple completo para las cuatro ruedas, con el correspondiente regulador para las ruedas traseras. Es el circuito principal
  • Además hay otro circuito independiente con su bomba y depósito de líquido de frenos para las ruedas delanteras, es el circuito secundario
  • Se ve el funcionamiento
  • A continuación se produce una fuga de líquido en el circuito principal, es el peor de los casos
    • Se vacía este circuito y se enciende el testigo
    • Las ruedas delanteras mantienen su capacidad de frenada por el otro circuito independiente
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La mejora del doble circuito presentado, y propuesta al inicio de su explicación, consiste en hacer que sea completo el circuito secundario, es decir que sea como el principal para las cuatro ruedas.

Para los circuitos presentados no se ha contado con el ABS y sus derivados, pues con su contribución a la seguridad activa primaria hay cambios en lo que se ha explicado, entre estos la desaparición física como componente del regulador de frenada trasera.

Para ayudar al conductor en situaciones de emergencia, el ABS y sus derivados combinan su gestión y control electrónico sobre los componentes mecánicos e hidráulicos de frenos, estas son algunas de sus funciones:

  • Mantener la trayectoria en frenadas (Antibloqueo de frenos, ABS)
  • Adaptar la fuerza de frenada en las ruedas de cada eje (Regulador electrónico de frenada trasera, ReFT))
  • Asegurar la máxima capacidad de frenada en caso de pánico del conductor (Potenciador de frenada de emergencia, PFE)
  • Permitir el arranque y avance en pisos deslizantes (Control de tracción en aceleración CTA)
  • Mantenimiento de la trayectoria y estabilidad en curva, en frenada y aceleración (Control de frenada en curva, CFC y Control de estabilidad y trayectoria en curva, CETC)

De los frenos hidráulicos a los eléctricos

Hace años se pasó de los frenos mecánicos al circuito hidráulico, con las evoluciones que hemos visto.

El siguiente paso es dejar las funciones que hace el circuito hidráulico de frenos en manos de la electrónica, y en la animación siguiente se presenta didácticamente su composición y funcionamiento:

  • El pedal de freno apoya sobre un muelle que simula el tacto de un sistema hidráulico
  • En el lado opuesto del pedal de frenos hay un dentado como referencia de su desplazamiento al frenar
  • En los frenos de cada rueda, elementos estáticos de fricción, hay una cremallera de movimiento
  • El control electrónico de los frenos eléctricos se compone de:
    • La batería; como representante del circuito eléctrico del automóvil
    • Calculador y control electrónico de los frenos eléctricos:
      • Con sensor del recorrido del pedal y tipo de frenada demandada
      • Conexiones con motores eléctricos de rueda
  • Cada rueda dispone de un motor eléctrico de frenada, que engrana con su respectiva cremallera de desplazamiento en cada elemento de fricción
  • Se ve el funcionamiento del sistema al frenar
  • Al tener un control rueda por rueda se ajusta la frenada con extrema precisión en todas las circunstancias
  • Las funciones del ABS y sus derivados están integradas en el control electrónico, mejorando exponencialmente su rapidez de actuación y eficacia
  • Los frenos eléctricos cuentan con un circuito hidráulico de emergencia que entra en acción si aparece algún fallo eléctrico
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En los frenos eléctricos que se han explicado con elementos didácticos de fricción se mantienen en realidad los componentes tradicionales, que serian pastillas y discos (también podría actuar en zapatas y tambores).

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