Historia del ABS (y II)

En la primera parte de este artículo (24.07.2019) se comenta nuestra intención de explicar las evoluciones del sistema antibloqueo de frenos desde sus inicios, historia del ABS, pues aunque habíamos hablado en otras ocasiones del ABS y sus derivados nos parecía que sería interesante desarrollar su evolución asociada a las aportaciones técnicas y de nuevos elementos, por el complemento didáctico que supone.

En aquella primera parte se empieza comentando que el sistema antibloqueo de ruedas por frenada, deriva de la aviación; se desarrolla el concepto para reducir el bloqueo en frenada de las ruedas en el automóvil, y se llega hasta el sistema mecánico del antibloqueo de ruedas en frenada “Stop Control System”.

En esta segunda parte vamos a incorporar la electrónica al sistema antibloqueo de ruedas en frenada “Antilock Brake System” ABS, analizando sus aportaciones y la incorporación de más funciones para mejorar la seguridad activa o primaria del automóvil.

Tanto el ABS como otros complementos relacionados disponen de testigos para controlar su correcto funcionamiento, o que están actuando o se han desconectado.

En este artículo no contemplamos los testigos al centrarnos en el funcionamiento del ABS y concretar los procesos de sus evoluciones.

En los artículos de blog indicados al final de este se dispone de esta información, y de otras relacionadas que complementan el contenido.

En la primera parte de este artículo se citaban otros del blog que tratan sobre el funcionamiento de los frenos y temas relacionados, sin incluir los que cuentan con funcionamiento o asistencia electrónica, que está en este.

Sistema electrónico de antibloqueo de frenos ABS “Antilock Brake System”

Este es el contenido del esquema; pedal de freno, servofreno, depósito con dos alimentaciones a la bomba de circuitos independientes y conductos hasta los bombines de las ruedas:

    • Calculador electrónico del ABS
    • Válvulas de paso en el circuito hidráulico accionadas electrónicamente
    • Bomba de retorno de líquido de frenos, accionada electrónicamente. Se representa una en cada tramo del circuito independiente
    • Coronas dentadas en las ruedas con cables de información al calculador electrónico del ABS, son los sensores de velocidad de ruedas
    • Identificación de los componentes que se han explicado; calculador del ABS, grupo electrohidráulico con las electroválvulas y bomba eléctrica de doble sentido (de bombines de rueda a la bomba de frenos y a la inversa), y sensores de velocidad de ruedas

Se acciona el pedal de freno … al pasar por piso deslizante una o más ruedas tiene/n tendencia al bloqueo; lo detecta el calculador del ABS por los sensores de velocidad y actúa de esta forma como se ve en la animación:

    • Se corta el paso de líquido de frenos de la bomba al bombín o bombines correspondientes
    • Si continua la tendencia al bloqueo retorna líquido del bombín a la bomba de frenos por la bomba eléctrica de doble sentido (en este caso es el retorno)
    • Al girar de nuevo la rueda se reenvía líquido de la bomba al bombín o bombines
    • Se repiten intermitentemente estas secuencias; corte de bomba a bombines, retorno de bombines a bomba, paso de bomba a bombines … y se repiten hasta que no hay bloqueo de rueda o se deja de frenar; a mayor frecuencia más eficacia
    • Estas actuaciones producen vibraciones en el pedal de freno, que pueden alterar al conductor
    • Es el sistema electrónico de antibloqueo de ruedas en frenada ABS

 

En los inicios del ABS en el automóvil, la frecuencia de actuación es limitada, lo que implica que no se eliminen totalmente mini bloqueos en las ruedas traseras, que provocan ciertos efectos de alteración de trayectoria, más que afectar al comportamiento del automóvil restan confianza al conductor, por esto se mantiene el regulador mecánico de frenada trasera.

Más frecuencia de actuación del ABS y potenciador de frenada

Identificamos en este automóvil los siguientes elementos del sistema de frenos:

    • Pedal, servofreno, bomba con el depósito, circuitos hidráulicos independientes en X, reguladores de frenada trasera, bombines, pastillas y discos

Y estos otros componentes del ABS:

    • Calculador electrónico del ABS, grupo electrohidráulico (con las electroválvulas), bomba eléctrica de doble sentido y sensores de velocidad
    • Frena el conductor y entra en acción el ABS, al evolucionar aumenta la frecuencia de actuación; corte, retorno y paso …
    • Con más frecuencia de actuación la función de regulador mecánico de frenada trasera la hace el ABS, regulador electrónico de frenada trasera ReFT, pues las ruedas reducen su velocidad al frenar sin mini bloqueos manteniendo la trayectoria

Si además de más frecuencia de actuación se incorpora un potenciador de frenada, se amplía la capacidad de intervención del ABS:

    • En caso de frenada de emergencia se mantiene la máxima capacidad de frenada aunque el conductor reduzca la presión sobre el pedal por el efecto pánico, es el potenciador de frenada de emergencia PFE. Se prepara para entrar en acción al solar bruscamente el conductor el pedal del acelerador

 

Como datos de referencia estimativa, con 5 actuaciones por segundo se reduce la tendencia al bloqueo de las ruedas manteniendo capacidad direccional, pero se pueden llegar a producir muy breves instantes en que una o más ruedas se paran hasta que vuelven a girar, estos mini bloqueos, como ya se explicó, inducen alteraciones puntuales de trayectoria sin mayores consecuencias, pero las que se producen en las ruedas traseras pueden alarmar al conductor.

Por esta razón se mantenía el regulador mecánico de frenada trasera con los primeros ABS. Cuando la frecuencia de actuación superó más o menos las 15 veces por segundo ya no se producían las paradas de las ruedas, mini bloqueos, encargándose el ABS del control de las cuatro ruedas del automóvil en todas las condiciones de marcha, haciendo de regulador electrónico de frenada trasera.

La frecuencia sigue aumentando, llegando a más de 25 por segundo. Este funcionamiento implica que los frenos traseros tengan bastante más influencia en la frenada que con el regulador mecánico, lo que supone que los discos de estas ruedas sean de mayor tamaño y las pastillas estén proporcionadas.

Acelerómetro longitudinal e inter comunicación entre calculadores electrónicos

En este automóvil se representa un lado del sistema de frenos con ABS. Discos delante y detrás con circuitos hidráulicos independientes:

    • Se incorpora el acelerómetro longitudinal, representado por una cámara en cuyo interior se desplaza longitudinalmente una bola con determinado peso. En reposo o velocidad mantenida la bola está en el centro de la cámara, indicando que no hay tendencias longitudinales de alteración de la velocidad. El acelerómetro actúa hacia adelante y marcha atrás, mide la aceleración positiva o negativa, deceleración
      • En caso de aceleración o frenada la bola se desplaza más o menos, proporcionalmente a la aceleración o frenada si el piso es adherente, en caso de que sea deslizante el desplazamiento de la bola de inercia es menor, información que el calculador del ABS contrasta con la tendencia al bloqueo de las ruedas por los datos de sus sensores de velocidad; el resultado permite deducir la adherencia ruedas – suelo
    • Intercomunicación entre los calculadores electrónicos de ABS y MOTOR (inyección, y encendido en el motor de gasolina); se pasan informaciones que pueden implicar actuaciones de cada uno de los calculadores de forma independiente o simultánea

Si por exceso de aceleración las ruedas motrices deslizan sobre el suelo:

    • La inter comunicación entre los calculadores ABS y MOTOR decelera el motor, aunque esté el conductor pisando el acelerador, es el acelerador electrónico controlado por el calculador del MOTOR
    • EL ABS frena intermitentemente la rueda o ruedas motrices que siguen deslizando
    • Es el control de tracción en aceleración CTA

 

Si en una retención fuerte del motor al reducir de relación en la caja de cambios tienden a bloquearse las ruedas motrices, por exceso de deceleración, se acelera el motor para que sigan girando las ruedas reteniendo lo más posible sin deslizar sobre el suelo. Se hace por la información de los sensores de velocidad de ruedas que recibe el ABS y pasa al calculador del MOTOR. Es el control de retención motor CRM, el ABS en este caso no acciona los frenos, actúa como transmisor de información.

Acelerómetro transversal y sensor de volante

Este automóvil trazando una curva tiene cuatro frenos de disco, circuitos hidráulicos independientes en X y ABS:

    • Al frenar en curva sin pérdida de estabilidad, tal vez por percepción de riesgo del conductor sin que en realidad lo haya …
    • … se altera la trayectoria con tendencia al sobreviraje. Ha sido inducida al frenar pues el coche trazaba la curva sin problemas de estabilidad

Se puede compensar así:

    • Se incluyen dos acelerómetros, longitudinal y transversal
    • En el volante se incorpora un sensor de ángulo de giro, indica por donde ha de ir el automóvil
    • Al frenar en esta situación; curva y con informaciones de los acelerómetros longitudinal y transversal
    • El ABS frena antes y más las ruedas exteriores del automóvil que las interiores, lo que provoca efectos que tienden a evitar el sobreviraje, es el control de frenada en curva CFC

 

En este caso la inter comunicación ente los calculadores de ABS y MOTOR no ha intervenido. La inter comunicación entre los diversos calculadores electrónicos que controlan el funcionamiento de prácticamente todos los sistemas del automóvil, permite actuaciones complejas que implican actuaciones activas en muchos aspectos de la circulación, desde los relacionados con la seguridad a otros que mejoran diferentes comportamientos, consumo, contaminación, prestaciones … es el camino hacia el coche autónomo.

Sensor de trayectoria

Vemos este coche trazando una curva con cuatro frenos de disco, circuitos hidráulicos independientes en X, ABS, acelerómetros longitudinal y transversal, sensor de volante y calculador del MOTOR.

Al límite de adherencia en esta situación, por exceso de velocidad o estado del piso, hay dos posibles tendencias de alteraciones de trayectoria …

    • … puede sobrevirar el automóvil; deslizan las ruedas traseras …
    • … o puede subvirar; deslizan las ruedas delanteras
    • En ambos casos se requiere acciones del conductor para corregir los desvíos, precisa más técnica de conducción el sobreviraje que el subviraje

Estas tendencias se pueden corregir nada más iniciarse con el ABS y algunos complementos:

    • Se incluye un sensor de trayectoria; informa al ABS de la trayectoria que realmente sigue el automóvil
    • Si en curva no coincide la trayectoria indicada por el volante, solicitada por el conductor, con la real, resaltada por el sensor de trayectoria
    • La inter comunicación entre los calculadores electrónicos de ABS y MOTOR decelera el motor, aunque esté acelerando el conductor …
    • … y el ABS frena intermitentemente las ruedas que compensan o corrigen la perdida de trayectoria; más la rueda delantera exterior en sobreviraje y más la trasera interior en subviraje
    • Es el control de estabilidad y trayectoria en curva CETC

 

La interacción entre los sensores que se han explicado controlada por la inter comunicación de los diferentes calculadores pueden desarrollar bastantes más funciones, en los artículos del blog relacionados indicados al final se dispone de estas informaciones complementarias.

 

Otros artículos en el blog relacionados con esta parte 2

En la sección “Nuevas tecnologías”

    • “ABS 1, 2 y 3” (27.11.2012, 5.12.2012 y 10.12.2012)
    • “Multiplexado y canbus” (2.10.2013)
    • “De los frenos hidráulicos a los eléctricos 1 y 2” (2.07.2014 y 16.07.2014)

En la sección “Evolución de órganos y elementos”

    • “Auto aproximación de pastillas por desgaste o ABS” (12.06.2019)

En la sección “Tecnología del automóvil”

    • “Seguridad 1” (8.05.2013, videos 1 y 2)
    • “Carrocería 4” (11.09.2013)

En la sección “Actualidad”

    • “El triangulo de seguridad activa” (3.03.2014)
    • “Sistemas antideslizamiento de ruedas” (9.03.2016)
    • “Complementos de seguridad activa” (27.07.2016)
    • “Complementos del ABS +” (9.11.2016)
    • “Cuadro de actuaciones de seguridad activa o primaria” (25.01.2017)
    • “Conducción con asistencia predictiva” (8.02.2017)
    • “Pre control dinámico de estabilidad” (22.03.2017)
    • “Coche autónomo” (13.09.2017)
    • “ABS y líquido de frenos” (25.10.2017)

 

Artículos del blog relacionados incluidos en la parte 1

En la sección “Evolución de órganos y elementos”

    • “Pinzas fijas y deslizantes” (18.09.2013)
    • “Regulador de frenada trasera” (30.04.2014)
    • “Círculo de adherencia” (22.07.2015)

En esta sección de “Historia del automóvil”

    • “Bugatti Type 35” (14.12.2016, vídeo 2 frenos mecánicos)

En la sección “Tecnología del automóvil”

    • “Estabilidad” (6.03.2013)

En la sección “Actualidad”

    • “Planeo sobre el agua ´aquaplaning´” (15.04.2014)
    • “Deslizamiento límite de ruedas” (28.04.2014)
    • “Fatiga ´fading´ de frenos” (25.06.2014)
    • “El servofreno” (17.09.2014)
    • “Tambor y disco de frenos” (22.04.2015)
    • “Calidad de frenada” (16.12.2015)
    • “Testigo de desgaste de pastillas” (20.04.2016)
    • “Sustentación aerodinámica del automóvil” (26.07.2017)
    • “Pinzas de freno con varios bombines” (10.02.2018)
    • “En frenada de emergencia con caja de cambios manual ¿pisar el pedal de embrague?” (19.09.2018)
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