La llegada al automóvil del sistema antibloqueo de frenos ABS fue una excepcional mejora en la seguridad activa o primaria.
El ABS evolucionó con respuestas de actuación más rápidas, y se incorporaron funciones adicionales con denominaciones propias que se citan más adelante.
Actualmente cualquier automóvil nuevo tiene equipamientos de seguridad activa o primaria que ayudan al conductor informándole de situaciones que no ha percibido, e incluso tomando activamente el control para evitar incidentes, es el camino hacia el coche autónomo.
La activación en el automóvil de los diferentes sistemas integrados en el ABS implica un trabajo adicional de los frenos.
Para que todo funcione correctamente han de estar en perfecto estado los elementos de frenos, entre otros que se mencionan al final, y el líquido de frenos puede ser en ocasiones el elemento que menos se tiene en cuenta, por eso se ha relacionado en este artículo con el ABS +.
Con el signo + se indica la integración de más sistemas de seguridad activa o primaria en el ABS.
Para llegar a las conclusiones previstas en este artículo se empieza por un resumen del funcionamiento y evolución de los frenos, con enlaces a artículos del blog relacionados al final por si se considera útil más información para comprender todo el contenido de este artículo.
Sistema de frenos con circuito simple discos delante y tambores detrás
El depósito de líquido de frenos DLF alimenta a la bomba de frenos BF.
Desde la bomba salen los conductos del circuito hidráulico CH a las pinzas delanteras PZ en los discos DC y los bombines BS en los tambores traseros TB.
En las pinzas unos bombines interiores BP pueden empujar a las pastillas PT sobre los discos DC si aumenta la presión del líquido de frenos.
En los tambores los bombines BS se expanden si aumenta la presión del liquido de frenos, empujando a las zapatas ZT contra la superficie interna de los tambores TB.
Un testigo se enciende si el nivel del líquido desciende al mínimo en el depósito TLF, para lo que dispone de un flotador.
El depósito de líquido de frenos está comunicado con el exterior CE, de forma que el líquido está en contacto con el aire.
En todos los elementos internos del circuito hidráulico hay juntas de estanqueidad, se representan en la bomba de frenos, en los bombines de las pinzas y de los tambores.
Este circuito es simple al comunicar la bomba con los cuatro elementos de frenos de cada rueda, pinzas en los discos y bombines en los tambores.
Desgastes de frenos
El efecto de frenada se produce por el rozamiento entre los forros de fricción de pastillas y zapatas con las superficies de los discos y tambores. Los discos y tambores también sufren desgastes.
En las zonas de fricción, pastillas – discos y zapatas – tambores, se generan muy altas temperaturas que afectan al líquido y los elementos próximos.
Como el líquido de frenos no circula, es un transmisor de fuerza de frenada, se va degradando el que está en el entorno de las zonas de fricción.
Estos son los desgastes de los elementos de frenos;
- Pastillas:
- La disminución del espesor del material de fricción delata su desgaste, puede disponer de sensores para detectarlo antes de llegar al límite
- En uso intensivo de los frenos, el incremento de temperatura en las pastillas puede llegar a cristalizar su superficie reduciendo drásticamente el rozamiento y la capacidad de frenada
- Se puede solucionar enfriando los frenos y después con dos o tres frenadas fuertes tratar de consumir la capa cristalizada, si no se logra se han de revisar o sustituir
- Este efecto de merma de capacidad de frenada es el fading o fatiga de pastillas
- Zapatas:
- Reducción del espesor del material de fricción hasta el máximo desgaste admisible
- Como en las pastillas, el uso intensivo puede hacer llegar al exceso de temperatura la superficie de los forros de fricción cristalizándose, el rozamiento disminuye y se pierde mucha capacidad de frenada
- Al trabajar las zapatas dentro del tambor evacuan el calor peor que las pastillas, apareciendo este efecto antes, es la fatiga o fading de zapatas
- Discos:
- Con el uso se va reduciendo su espesor, lo que implica menos capacidad de enfriamiento en utilización intensiva de los frenos
- Con menos espesor de disco se puede deformar, alabear, pues al haber menos material aumenta más su temperatura
- Se indica el espesor mínimo admisible para prever su cambio
- También pueden aparecer estrías si se desgastan en exceso las pastillas al rozar el soporte metálico con las superficies del disco
- Tambores:
- El roce de las zapatas va desgastando el espesor de los tambores reduciendo más la capacidad de refrigeración, hasta un mínimo espesor admisible
- El desgaste de los tambores les hace más sensibles a la temperatura pudiendo llegar a deformarse, alterando su forma circular en ovalización
- Liquido de frenos:
- No tiene un límite de desgaste visual, es necesario determinar su temperatura de ebullición.
- El líquido llega a temperaturas muy elevadas en uso intensivo en las proximidades de las zonas de fricción por las altas presiones, al no circular el líquido se va degradando progresivamente especialmente en esas zonas
- A este deterioro se añade otro, con el desgaste de pastillas, zapatas, discos y tambores el líquido baja de nivel para compensarlo y mantener la altura efectiva del pedal de freno, entrando aire al depósito por la comunicación con el exterior CE, que ocupa el volumen del nivel de líquido que desciende
- El aire contiene humedad, y el agua se va diluyendo en el líquido reduciendo sus capacidades de transmitir la fuerza de frenada y baja sensiblemente la temperatura de ebullición
- Al hervir el líquido a temperaturas habituales de trabajo se forman bolsas de aire haciendo que el pedal descienda sin frenar, es la fatiga o fading de líquido
- El agua en el líquido de frenos tiene otros efectos, oxidar los elementos metálicos, bombines y bomba de frenos OX
- El líquido nuevo tiene una temperatura de ebullición de 265º y va disminuyendo con el uso, en la imagen está en 150º, lo que implica que en cuanto se usen con cierta intensidad los frenos aparezca el fading de líquido
- Los fabricantes dan periodos de sustitución del líquido de frenos generalmente por tiempo transcurrido, pues al estar en contacto con el aire exterior se va saturando de humedad
Las pastillas, zapatas, discos y tambores se sustituyen al presentar síntomas claros de desgaste.
Para el líquido de frenos se ha de verificar la temperatura de ebullición, si no se cambia el líquido de frenos puede llegar a presentar fading en situaciones críticas, afectar al funcionamiento del ABS + y oxidar componentes internos.
Frenos con circuitos hidráulicos independientes y discos delante y detrás
Con más prestaciones de los automóviles es necesario adaptar proporcionalmente la eficacia y refrigeración de los frenos, por lo que se utilizan discos con pinzas DC + PZ y pastillas PT en las cuatro ruedas, excepto en automóviles urbanos o similares que mantienen tambores detrás.
Dentro de las pinzas PZ están los bombines BP.
Los frenos de disco precisan más fuerza sobre el pedal, por lo que se añade el servofreno SF que la multiplica reduciendo el esfuerzo que ha de hacer el conductor.
Para que no se bloqueen las ruedas traseras en frenada por la disminución de peso dinámico sobre estas, se incorpora el regulador de frenada trasera RFT.
Por seguridad activa o primaria no es admisible que la fuga de líquido en un punto del circuito hidráulico deje el sistema de frenos inoperante, se evita dividiendo el circuito en dos independientes, asegurando que si hay pérdida de líquido al menos frenan dos ruedas.
Los circuitos independientes pueden ser para las ruedas delanteras y traseras o en diagonal (“X”), rueda delantera izquierda y trasera derecha un circuito y el otro para la rueda delantera derecha y trasera izquierda, este es el más utilizado.
Con circuitos hidráulicos independientes la bomba de frenos tiene dos partes unidas mecánicamente pero separadas hidráulicamente, es la bomba tándem BFT.
El depósito de líquido de frenos DLF alimenta a las dos partes de la bomba tándem, pero con un tabique en su interior para impedir que si pierde líquido un circuito se vacíe el otro, el nivel de líquido y de actuación del pedal de freno bajan encendiéndose el testigo de nivel mínimo de líquido de frenos TLF, como avisos al conductor.
Vista de un lado en reposo y frenando con circuitos independientes y discos
Reposo
- El nivel del líquido de frenos ha de estar por encima del mínimo; al estar al máximo indica que pastillas y discos son nuevos.
- Bomba de frenos tándem; una para cada circuito independiente.
- Cada lado del depósito comunica con una parte de la bomba tándem; un tabique en su interior impide que se vacíe el depósito en caso de fuga de líquido.
- Las pastillas están próximas a los discos pues no son empujadas por los bombines BP, que están en reposo al no haber presión de líquido de frenos y están asentados en las juntas de estanqueidad JE.
Frenando
- Vista de un lado compensando desgastes de pastillas con circuitos independientes
- El nivel del líquido está como en reposo.
- Pedal de freno pisado; empuja al pistón derecho de la bomba tándem y este mecánicamente empuja al otro pistón de la bomba.
- Cada parte de la bomba tándem envía presión a las pinzas de su circuito … la presión empuja a los bombines BP … deformando las juntas de estanqueidad JE.
- Los bombines comprimen las pastillas sobre los discos.
- Si el desplazamiento de los bombines BP es superior a la deformación de las juntas de estanqueidad JE, arrastran sobre estas aproximando las pastillas a los discos al soltar el pedal de freno.
Vista de un lado compensando desgastes de pastillas con circuitos independientes
Reposo
- Pastillas, discos nuevos y nivel de líquido de frenos al máximo.
- Bomba de frenos tándem, una parte para cada circuito hidráulico independiente.
- Cada parte de la bomba tándem comunica con un lado del depósito, que está dividido en su interior.
- Las pastillas están próximas a los discos.
Compensación de desgaste de pastillas
- Las pastillas al desgastarse se auto-aproximan a los discos al desplazarse los bombines de las pinzas BP sobre las juntas de estanqueidad JE, cuando el recorrido es superior a la deformación de las juntas.
- El volumen adicional en las pinzas es ocupado por líquido de frenos … el nivel de líquido en el depósito baja … entrando aire y humedad del exterior por el paso CE.
- Se va diluyendo el agua en el líquido de frenos, reduciendo la temperatura de ebullición y oxidando los bombines y bomba.
Para evitar llegar a esta situación se preconiza la sustitución del líquido de frenos, como se ha comentado, por tiempo transcurrido.
El nivel del líquido desciende pero al no llegar al mínimo el testigo permanece apagado.
Al sustituir las pastillas gastadas por otras nuevas el nivel vuelve a subir, por lo que no se ha de mantener al máximo si no se han cambiado las pastillas.
Si se enciende es probable que sea por fuga de líquido, al tener circuitos independientes se podrá circular con precaución hasta el taller.
Desgaste del líquido de frenos por el ABS +
La evolución en la frecuencia de actuación del ABS permite aumentar sus capacidades para el control dinámico del automóvil.
Se hace incorporando más sensores de información para que, además de la tendencia al bloqueo de las ruedas, esté informado de otras situaciones dinámicas críticas y pueda intervenir contando con la colaboración del acelerador electrónico y dirección eléctrica (según equipamientos).
Estas evoluciones del sistema antibloqueo de frenos ABS integra más funciones que reciben denominaciones específicas, estás son las más habituales y que se incluyen en la identificación ABS +.
- Regulador electrónico de frenada trasera:
- Por la menor frecuencia de actuación de los primeros ABS se mantenía el regulador mecánico de frenada trasera, al aumentar su velocidad de actuación se eliminó encargándose el ABS del antibloqueo de frenada total de las cuatro ruedas
- Más trabajo de los frenos
- Control de frenada en curva:
- Si el conductor frena en curva aunque no haya situación de riesgo se provoca sobreviraje, difícil de corregir
- Se evita frenando antes, y más las ruedas exteriores que las interiores, lo que genera un efecto dinámico opuesto al sobreviraje
- Más trabajo de los frenos
- Potenciador de frenada de emergencia:
- En frenadas críticas el efecto pánico hace que el conductor no frene con toda la fuerza necesaria, o reduzca la presión sobre el pedal, con merma de eficacia de frenada
- Se evita detectando la situación y manteniendo la máxima fuerza de frenada aunque el conductor frene con menos fuerza o suelte ligeramente el pedal, el sistema se desactiva al soltar del todo el pedal de freno
- Más trabajo de los frenos
- Control de tracción en aceleración:
- El exceso de aceleración puede provocar el patinamiento de las ruedas motrices, se evita decelerando el motor y frenando intermitentemente las ruedas que deslizan
- Más desgaste de los frenos
- Control de estabilidad y trayectoria en curva:
- Auto-corrige la tendencia al sobreviraje o subviraje, decelerando el motor y frenando selectivamente las ruedas que producen efectos dinámicos que se oponen a la tendencia de pérdida de trayectoria
- Más trabajo de los frenos
- Control de descenso de pendientes:
- La proliferación de automóviles todocamino o SUV con la posibilidad, más o menos real, de poder circular fuera de carretera, ha hecho incorporar este sistema que permite descender pendientes muy inclinadas a velocidad reducida y manteniendo la trayectoria
- Más trabajo de los frenos
- Simulación de diferencial de deslizamiento limitado:
- Es similar al control de tracción, frena intermitentemente la rueda motriz que patina para que reciba más par la otra
- Más trabajo de los frenos
- Pre control de mantenimiento de trayectoria:
- Se trata de que la trayectoria real que sigue el automóvil sea la ideal según indica el volante y los sensores, para lo que se accionan los frenos (también acelerador y dirección según equipamientos) reduciendo las oscilaciones en sus inicios, antes de que puedan llegar a tener incidencia en la seguridad activa
- Se busca mejorar el confort de marcha
- Más trabajo de los frenos
Estos sistemas, que forman parte de la introducción al coche autónomo, incrementan el desgaste de los componentes de frenos, en pastillas, discos, zapatas y tambores el desgaste es detectable, en el líquido de frenos se ha de medir su temperatura de ebullición.
Para que el ABS + (y sus derivados) actúen correctamente han de estar en buen estado:
- Adherencia ruedas suelo; estado de los neumáticos
- Equilibrio dinámico de las inercias; estado de los amortiguadores
- Sistema de frenos; pastillas, discos, zapatas, tambores y líquido de frenos
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