Sistemas de Frenado y Control de Estabilidad en Vehículos: Tecnología y Componentes Esenciales

Sistemas de Frenado y Control de Estabilidad en Vehículos

Este documento detalla la constitución y el funcionamiento de los principales sistemas de frenado y control de estabilidad utilizados en vehículos, desde los sistemas antibloqueo hasta los frenos de servicio convencionales y auxiliares.

Sistema de Freno Antibloqueo (ABS)

El Sistema de Freno Antibloqueo (ABS) es fundamental para la seguridad vehicular, previniendo el bloqueo de las ruedas durante una frenada brusca y manteniendo la capacidad de dirección.

Constitución del Sistema de Freno Antibloqueo (ABS)

• Válvula de aspiración
• Bomba
• Válvula de presión de bomba
• Émbolos
• Eje excéntrico
• Tapa
• Émbolo acumulador
• Carcasa
• Muelle acumulador de baja presión
• Válvula de freno

Unidad de Control del ABS

La unidad de control del ABS es el cerebro del sistema. Sus componentes principales incluyen:

• Interruptor de luz de freno
• Testigo ABS
• Conector de diagnosis
• Cuerpo de válvulas
• Motor de bomba

Esta unidad recibe señales de los sensores del conmutador de luz de freno y de los captadores de rueda. Las procesa y, cuando detecta que una rueda puede bloquearse, activa las válvulas del bloque hidráulico y de la bomba para modular la presión de frenado.

Sensores de Rueda

Los sensores de rueda son cruciales para medir la velocidad de giro de cada rueda. Existen dos tipos principales:

• Sensor pasivo o inductivo
• Sensor activo o magnetorresistivo

Funcionamiento del Freno Antibloqueo (ABS)

El ABS mide las revoluciones por minuto (RPM) de las ruedas mediante sensores conectados a la Unidad de Control Electrónica (UCE). La UCE recibe las velocidades de las ruedas y detecta si unas frenan más que otras, lo que indicaría un posible bloqueo. En ese caso, el sistema interviene para liberar momentáneamente la presión de frenado en la rueda afectada, permitiendo que recupere tracción y evitando el derrape.

Control de Tracción (TCS)

El Control de Tracción (TCS) es un sistema de seguridad activa que previene la pérdida de adherencia de las ruedas motrices al acelerar.

Componentes y Funcionamiento del TCS

El TCS comparte componentes con el sistema antibloqueo (ABS), pero incorpora elementos específicos como:

• Válvula conmutadora
• Válvula de desconexión

Su funcionamiento principal es evitar que las ruedas motrices derrapen, especialmente en superficies de baja adherencia, modulando la potencia del motor o aplicando frenado selectivo a las ruedas que pierden tracción.

Programa Electrónico de Estabilidad (ESP)

El Programa Electrónico de Estabilidad (ESP) es un sistema avanzado que ayuda al conductor a mantener el control del vehículo en situaciones críticas, como derrapes o pérdidas de trayectoria.

Constitución del Programa Electrónico de Estabilidad (ESP)

El ESP se basa en la información de diversos sensores para determinar la dinámica del vehículo:

• Sensor de Giro del Volante

  Determina la posición y el ángulo de giro del volante, informando a la unidad de control sobre la intención del conductor.

• Sensor Optoelectrónico

  Controla barreras de luz mediante un disco con segmentos unidos al eje de dirección. Realiza dos mediciones:

  1. Primera Medición: Informa a la unidad ABS/ESP sobre las variaciones del volante.
  2. Segunda Medición: Transmite a la unidad de control una señal para cada posición del volante.

• Sensor de Aceleración

  Compuesto por dos placas de la misma polaridad y, en el centro, una placa móvil de polaridad inversa. Mide las aceleraciones longitudinales y transversales del vehículo.

• Sensor de Derrape Piezoeléctrico

  Utiliza un diapasón de doble cristal piezoeléctrico, sometido a 11 kHz con corriente alterna. El lado de medición opera a 11,33 kHz, detectando el ángulo de guiñada del vehículo.

• Sensor de Presión Capacitivo

  La presión hidráulica desplaza una placa, reduciendo la distancia entre las placas, lo que permite medir la presión en el circuito de frenos.

• Sensor de Presión Piezoeléctrico

  Recibe presión a través de una membrana, convirtiéndola en una señal eléctrica.

• Sensor del Pedal de Freno

  Consta de dos pistas de deslizamiento, una subdividida en 7 segmentos y la otra continua. Sus componentes son:

  • Pista de deslizamiento
  • Curso de resistencia
  • Conexión eléctrica

Funcionamiento del ESP

El ESP integra la información de múltiples sensores para su funcionamiento:

• Sensor de volante
• Sensor de ruedas (velocidad)
• Sensor de guiñada (integrado en el sensor de derrape)
• Sensor de aceleración (transversal y longitudinal)
• Unidad de control (UCE)

Cuando la unidad de control detecta una discrepancia entre la trayectoria deseada por el conductor (a través del volante) y la trayectoria real del vehículo (a través de los sensores de guiñada y aceleración), el ESP interviene aplicando frenado selectivo a ruedas individuales y/o reduciendo la potencia del motor para corregir la trayectoria y evitar el derrape.

Sistemas de Frenado Convencionales y Auxiliares

Además de los sistemas electrónicos de seguridad, los vehículos industriales emplean diversos tipos de frenos de servicio y auxiliares.

Frenos Hidráulicos

Son los frenos de servicio más comunes en vehículos industriales ligeros y medianos. Sus elementos principales son:

• Pedal de freno
• Servofreno
• Depósito de líquido de frenos
• Pinza de freno
• Disco de freno
• Bomba de vacío
• Depósito de vacío
• Toma de control de presión
• Corrector de frenada

Funcionamiento: La bomba de vacío genera depresión. Al pisar el pedal, se desplaza el émbolo de la bomba de freno y envía líquido hidráulico a las pinzas, que presionan las pastillas contra el disco. El servofreno utiliza la depresión para accionar la bomba, amplificando la fuerza ejercida por el conductor sobre el pedal.

Freno Neumático

Este sistema utiliza aire comprimido como medio de transmisión para la fuerza de frenado, siendo habitual en vehículos pesados. Sus componentes clave incluyen:

• Cilindro de membrana
• Regulador y secador de aire
• Válvula de seguridad
• Válvula correctora
• Cilindro combinado
• Válvulas distribuidoras
• Calderines (depósitos de aire)
• Válvula de freno de servicio
• Compresor de aire

Freno Hidroneumático

Combina principios hidráulicos y neumáticos para la transmisión de la fuerza de frenado. Sus componentes son:

• Compensador
• Distribuidor dúplex
• Conjunto de disco
• Depósito de aire
• Convertidor hidroneumático
• Convertidor neumohidráulico

Freno con Válvula en el Tubo de Escape (Freno Motor)

Este sistema auxiliar de frenado, también conocido como freno motor, se acciona mediante una válvula de pie, eléctrica o neumática. Esta válvula activa el cilindro de la mariposa del colector de escape, generando una contrapresión que retiene el motor y, por ende, el vehículo.

Retardador

El retardador es un sistema de frenado auxiliar continuo, especialmente útil en vehículos pesados para descensos prolongados. Su constitución básica incluye:

• Rotor
• Estator
• Flujo de aceite (en retardadores hidráulicos)

El retardador electrónico proporciona un frenado continuo y suave, reduciendo el desgaste de los frenos de servicio.