Sistema de freno antibloqueo

El sistema de frenos antibloqueo ( ABS ) es un sistema técnico para mayor seguridad en la conducción y menor desgaste de la banda de rodadura de los neumáticos . En el alemán y suizo StVZO se llama bloqueo automático del impedimento (ABV), en Austria ( Ley de Vehículos de Motor 1967 ) es un anti- bloqueo del dispositivo . Se utiliza principalmente en vehículos de motor , pero también en ferrocarriles y trenes de aterrizaje de aviones .

Cuando el vehículo de motor frena, el ABS contrarresta el posible bloqueo de las ruedas al reducir la presión de frenado. Esto permite frenar los vehículos de carretera y los aviones y mantener la maniobrabilidad y la estabilidad direccional. Además, el sistema puede reducir la distancia de frenado en carreteras mojadas regulando el patinaje de las ruedas . Por otro lado, en carreteras secas o superficies sueltas, por ejemplo, grava o nieve, la distancia de frenado puede ser mayor. El sistema denominado “ antideslizante ” por los ferrocarriles está destinado a evitar la formación de puntos planos en las ruedas, que provocan un característico ruido de golpes durante la conducción.

Símbolo ABS en el cuadro de instrumentos

historia

En 1903, el francés Paul Hallot solicitó una patente para un regulador de fuerza de frenado para vehículos ferroviarios. En 1928 Karl Wessel recibió una patente (No. 492799) para un regulador de fuerza de frenado para vehículos de motor. Asimismo, Robert Bosch informó de su "dispositivo para prevenir la frenada brusca, las ruedas de los vehículos" en 1936 una patente (nº 671925C). En 1940 Fritz Ostwald propuso un controlador de freno electromecánico, que fue probado en pruebas. El primer uso de un dispositivo antibloqueo fue probado en los EE. UU. Por Vincent Hugo Bendix en la aviación . La aeronave debe permanecer en la pista al frenar desde alta velocidad después del aterrizaje. A partir de 1952, varios aviones militares y comerciales fueron equipados con el antideslizante Maxaret desarrollado por Dunlop Rubber .

principio

Bosch ABS 2, control (1978)

El principal objetivo del ABS en los vehículos de carretera es evitar que los neumáticos se bloqueen continuamente para mantener el vehículo orientable incluso durante el frenado de emergencia. Si los neumáticos bloquean, no es posible la transmisión de fuerzas laterales porque el vehículo se desliza sobre toda la superficie de contacto de los neumáticos; girar el volante no cambia de dirección.

Dependiendo del estado de la superficie de la carretera, el estado de los neumáticos y la calidad del sistema ABS, esto puede provocar tanto un acortamiento como una extensión de la distancia de frenado en comparación con un vehículo sin ABS. La ganancia en seguridad al mantener la maniobrabilidad casi siempre supera una distancia de frenado posiblemente algo más larga.

La desaceleración máxima de frenado se alcanza en torno al 8-25% de deslizamiento, dependiendo del estado de la superficie de la carretera y los neumáticos. El 20% de deslizamiento de los frenos significa que en el mismo período en el que el vehículo recorre una distancia de un metro, las ruedas solo ruedan 0,8 metros. Una vez que se ha alcanzado la fuerza máxima de frenado, es decir, el valor de deslizamiento en el que se alcanza la mayor deceleración, el deslizamiento continúa aumentando a medida que disminuye la fuerza de frenado, hasta que la rueda finalmente se bloquea (= 100% de deslizamiento del freno). En el estado bloqueado, solo se utiliza la fricción deslizante para frenar.

Además, se puede desarrollar una llamada placa de freno en la rueda cuando se bloquea debido a la abrasión selectiva .

Estructura y modo de funcionamiento

ABS de 4 canales en un Fiat Punto 1995 .
Las características distintivas son las cuatro líneas de freno que van individualmente a las ruedas y el sistema de control electrónico a la derecha debajo de la cubierta con la etiqueta "ABS".

Los primeros sistemas ABS fueron sistemas de 3 canales, i. H. la presión de frenado se podía controlar individualmente para las dos ruedas delanteras, pero solo de forma conjunta para las dos ruedas traseras. Mientras tanto, solo se utilizan ABS de 4 canales en los automóviles recién matriculados, que controlan todas las ruedas individualmente.

Un sistema ABS sigue un principio diferente al de los sistemas de frenos de circuito doble previamente estandarizados , en los que dos de los cilindros de freno de las cuatro ruedas fueron accionados por el cilindro maestro en tándem por razones de seguridad ( redundancia ) . Los cilindros maestros dobles ya no son necesarios debido a la alta confiabilidad de los sistemas actuales. Con un ABS de 4 canales, la presión se puede reducir individualmente en cada uno de los cilindros de freno de las cuatro ruedas.

Sensores ABS como sensores de inducción pasivos.

Hay una arandela perforada o dentada en cada rueda, que se escanea mediante una inducción o, en los vehículos más nuevos, un sensor Hall . Se utiliza para medir la velocidad de la rueda . Si la fuerza de frenado es constante, disminuirá proporcionalmente al tiempo transcurrido. La velocidad de una rueda disminuye drásticamente cuando ya no puede transferir la fuerza de frenado a la carretera, ya que tiene que absorber el par de frenado por sí misma. La unidad de control detecta este salto de velocidad y reduce la presión de frenado en esta rueda En la parte hidráulica del ABS, de diseño convencional, dos electroválvulas están unidas a la línea de presión que conduce a cada rueda. Primero, la primera válvula bloquea la línea al cilindro del freno principal. Si la velocidad continúa disminuyendo, la segunda válvula, que está cerrada en el estado inactivo, drena el líquido de frenos y la presión de los frenos disminuye. Este líquido se bombea de regreso a la habitación y al nivel de presión entre el cilindro maestro del freno y la primera válvula solenoide con una bomba eléctrica que se pone en marcha al mismo tiempo. De lo contrario, no habría líquido allí y el pedal del freno seguiría pisado cuando la primera válvula solenoide se abriera de nuevo después de que aumentara la velocidad, el pedal del freno pronto se pisaría por completo y ya no sería posible frenar. Cuando la velocidad de la rueda ha aumentado nuevamente, la válvula de drenaje se cierra y la válvula de presión se abre. Este ciclo de trabajo se repite unas 10 veces por segundo, para motocicletas 15 veces por segundo. El aumento de presión como resultado del bombeo hacia atrás se percibe como una vibración en el pedal con el pie. El vehículo se sacude y traquetea debido al tartamudeo rápido y automático de los frenos. Según el concepto básico de separación hidráulica en dos circuitos, hay dos bombas (pero a menudo accionadas por un solo motor eléctrico).

En caso de un frenado moderado durante la conducción normal y si falla el ABS, el sistema de frenado actúa como un sistema normal de dos circuitos. La presión del freno del cilindro maestro actúa sin cesar sobre los cilindros de las ruedas a través de las líneas abiertas. Las dos válvulas (ocho por vehículo de cuatro ruedas) se mantienen abiertas (primera válvula) o cerradas (segunda válvula) en el estado inactivo con fuerza de resorte. El freno funciona de esta manera incluso en caso de un corte de energía.

Las señales de los sensores de velocidad son procesadas por una unidad de control central. El ABS se desconecta por debajo de una velocidad mínima (aprox. 6 km / h). Cuando se conecta el encendido y cuando se conecta el ABS después de que se ha superado la velocidad mínima, el sistema se prueba a sí mismo. Los errores detectados se escriben en una memoria electrónica para facilitar la resolución de problemas en caso de defectos.

En camiones con sistemas de frenos de aire comprimido, el ABS funciona según el mismo principio. Dado que un compresor de aire funciona de forma permanente, no hay bombas de retorno para el aire descargado. Las válvulas adicionales están ubicadas directamente al lado de los cilindros de freno de las ruedas, porque los cambios en la presión del aire desde un punto central a través de líneas largas llegarían demasiado tarde a las ruedas. Los cambios de presión en los sistemas hidráulicos tienen tiempos de funcionamiento significativamente más cortos. (Mayor velocidad del sonido en líquidos)

Funciones adicionales

Distribución de la fuerza de frenado

Las versiones más nuevas del ABS también se hacen cargo de la distribución de la fuerza de frenado (distribución electrónica de la fuerza de frenado - EBV) entre los ejes delantero y trasero (sistemas de 4 canales) y, por lo tanto, reemplazan los reguladores mecánicos (distribuidores de la fuerza de frenado) que eran comunes en el pasado. algunos de los cuales todavía están instalados en camiones. Esto tiene varias ventajas:

• Uso óptimo del coeficiente de adherencia en ambos ejes, incluidas las cargas diagonales de las ruedas, que no podrían representarse de manera óptima con controladores mecánicos.
• Incluso con un frenado ligero, el eje trasero se frena y se elimina un problema bien conocido: con la distribución mecánica de la fuerza de frenado, podría suceder que los discos de freno en el eje trasero no se limpiaran con demasiada frecuencia durante el frenado y, por lo tanto, la corrosión en el la superficie o la suciedad redujeron el efecto de frenado.

Los sistemas más nuevos también incluyen reconocimiento de rueda de emergencia. Las bicicletas de emergencia tienen una circunferencia de rodadura más pequeña y, por lo tanto, giran más rápido, de modo que el ABS puede procesar correctamente la retroalimentación de su sensor de velocidad en caso de una parada de emergencia.

Desde 2014 es obligatorio en la UE que se instale un control de dinámica del vehículo ( Control electrónico de estabilidad , ESC) además del ABS .

Momento de guiñada que se debilita

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Si el vehículo está en una calzada con diferentes coeficientes de fricción entre el lado derecho y el izquierdo (por ejemplo, nieve u hojas mojadas en el borde de la calzada), un frenado de emergencia repentino sin ABS causaría un momento alrededor del eje de guiñada hacia el costado. con la fricción estática más alta (momento de guiñada) porque el lado del vehículo se frena con más fuerza en la superficie antideslizante que el lado en la superficie lisa. Al ajustar el ABS en el vehículo, los fabricantes se aseguran de que la presión del freno de la rueda no aumente tan rápido como sería físicamente posible en una superficie antideslizante. Esto le da al conductor un tiempo de reacción adicional para reaccionar contra la dirección. El tiempo que tarda el ABS en alcanzar el máximo rendimiento de frenado en una superficie antideslizante depende de la filosofía del fabricante. Suele ser más corto en vehículos deportivos que en sedanes. La acumulación más lenta de la fuerza de frenado también aumenta la distancia de frenado. Sin embargo, esto se acepta en vista de las ventajas en términos de control del vehículo.

Mientras tanto, también existen sistemas que sustituyen la atenuación del momento de guiñada por una intervención automática en la dirección . En el caso de contraviraje activo mediante dirección superpuesta ( dirección activa ), la distancia de frenado no se alarga reduciendo el momento de guiñada.

ABS todoterreno

El ABS todoterreno es una función adicional que se ofrece principalmente en vehículos todoterreno , que elimina en gran medida la extensión anterior de la distancia de frenado relacionada con el sistema en superficies sueltas. El bloqueo intermitente de una o más ruedas utiliza el efecto de frenado de la cuña que se forma delante de la rueda al frenar. El sistema funciona como un ABS convencional en otras superficies de carreteras. La función adicional se introdujo en 2006 en el VW Touareg con el nombre ABSplus y ahora también está disponible en otros fabricantes. Con algunos fabricantes, el control de freno modificado también se puede activar manualmente.

Instalación de vehículos

Carros pasajeros

El primer automóvil con ABS fue el Jensen FF con ABS mecánico Dunlop -Maxaret de 1966. En 1969, Ford equipó el Lincoln Continental Mark III con un sistema ABS llamado Sure-Track Brake System , que solo afecta a las ruedas traseras ; también el Ford Thunderbird . En 1969, la empresa estadounidense ITT Automotive ( Alfred Teves hasta 1967 ) presentó en el Salón Internacional del Automóvil la primera generación de un ABS (sistema antibloqueo de frenos controlado electrónicamente ). En 1970, Citroën estaba a punto de poner en marcha las Teldix -ABS ( Teldix de Tel efunken - Ben Dix ), que finalmente fracasó debido a problemas financieros del fabricante de automóviles y la primera crisis del petróleo .

En 1971, el presidente de Nissan introdujo el Electro Anti-lock System, un sistema electrónico de frenos antibloqueo.

De 1971 a 1973, el Grupo Chrysler ofreció su modelo de lujo Imperial por un recargo con un sistema electrónico de frenos antibloqueo de Bendix llamado Sure Brake , que incluía ruedas delanteras y traseras.

En 1978 Bosch lanzó al mercado su ABS electrónico; Al mismo tiempo, Bosch protegió legalmente el término ABS . Otros fabricantes a veces se refieren a sus sistemas como ABV (dispositivo de prevención de bloqueo automático). El ABS estuvo disponible inicialmente para el Clase S W 116 de Mercedes-Benz , luego para el BMW Serie 7 de la serie E23 . En 1985, el Ford Scorpio fue el primer automóvil producido en serie con ABS de serie. A partir de 1987, el VW Golf II , Passat III y el Transporter T3 también estaban disponibles con el sistema con recargos elevados (Golf: 1800 DM, Passat: 2200 DM, Transporter: 3720 DM, precios 1989). A finales de 2003, alrededor del 90 por ciento de los vehículos nuevos matriculados en Alemania tenían ABS. Como resultado de un compromiso voluntario de la industria automotriz europea ( ACEA ), desde el 1 de julio de 2004, todos los vehículos con un peso bruto vehicular de menos de 2,5 t han sido equipados con ABS de serie. Las asociaciones automotrices japonesas han asumido compromisos idénticos.

Camiones

Mercedes-Benz ofrece ABS para frenos de aire desde 1981, desarrollado junto con WABCO . Todos los autocares están equipados con ABS desde 1987 y todos los camiones desde 1991. Desde enero de 1991, los camiones con un peso bruto vehicular superior a 3,5 ty los autobuses con más de ocho asientos solo pueden registrarse con ABS.

motocicletas

Sensor de rueda delantera ABS de una BMW K 1100 LT

En 1985, Lucas Girling introdujo el primer ABS para motocicletas . El primer fabricante de la serie fue FTE Automotive con sede en Ebern / Baja Franconia (en ese momento todavía era una división de FAG Kugelfischer ). Su ABS se introdujo por primera vez como una opción en los modelos BMW K en 1988 y en ese momento costaba un recargo de DM de 1980  .

Desde el 1 de enero de 2016, se ha estipulado un sistema de frenos antibloqueo estándar para los nuevos tipos de motocicletas de más de 125 cc y más de 11 kW de potencia por el reglamento de la UE 168/2013 / UE. Se aplican excepciones a las enduros de competición y a las máquinas de trial. Para el primer registro, la nueva normativa entró en vigor el 1 de enero de 2017. Sin embargo, las motocicletas ligeras también pueden equiparse con un freno combinado .

Los estudios de 2009 extrapolaron la suposición de que 160 motociclistas menos habrían muerto cada año y se podrían haber prevenido hasta 6900 accidentes de motocicleta con lesiones si las motocicletas hubieran tenido ABS. En ese momento, la ADAC criticó la inadecuada difusión del ABS en las motocicletas.

El ABS de la motocicleta está diseñado para mantener la estabilidad de conducción en frenadas de emergencia en línea recta. Los sistemas más nuevos se consideran adecuados para curvas hasta cierto punto, los sistemas que son totalmente adecuados para curvas ya están muy avanzados. Los sistemas difieren según el fabricante. La modulación de presión se lleva a cabo mediante válvulas solenoides controladas electrónicamente (por ejemplo, BMW, Ducati, Kawasaki, KTM, Suzuki, Yamaha), sistema de émbolo (antiguo BMW, Honda) o sistema magnético (Honda). Las frecuencias de control también son diferentes. Los primeros sistemas (ABS I) tenían un máximo de 7 procesos de control por segundo, los últimos sistemas logran 15 procesos de control por segundo. El sistema se apaga por debajo de 4 km / h (BMW, Honda, etc.) o 10 km / h (Honda SH 300). Los fabricantes de ABS incluyen Bosch , Nissin Kogyo , Continental-Teves , Delphi Automotive y Brembo .

Ciclos

Mecanismo de un freno de seguridad 1-4-2

En 2004 Biria introdujo un sistema de frenos antibloqueo para bicicletas, el freno de seguridad 1-4-2 . Aquí, el soporte de par del freno de contrapeso actúa sobre el freno delantero a través de un mecanismo con un cable de tracción, además de la palanca del freno de mano. Si la rueda delantera frena demasiado, la rueda trasera pierde contacto con el suelo, por lo que el par de frenado de la rueda trasera se pierde y el freno de la rueda delantera se afloja. La ventaja de este método es que sin accionar el freno, no se produce ninguna resistencia de conducción adicional y el freno de contrapeso actúa sobre ambos frenos. La patente asociada describe "un cierto efecto ABS".

En 1995, la empresa italiana Brovedani ofreció un freno ABS de estilo cantilever . El principio es cambiar continuamente su distancia a la llanta por medio de rodillos que corren sobre la llanta, que se acoplan a la zapata de freno mediante una palanca de desequilibrio, y así lograr un efecto ABS independiente de la aceleración.

Un sistema hidráulico controlado electrónicamente ha estado en el mercado desde 2018. Sin embargo, solo está disponible para bicicletas eléctricas .

Vias ferreas

Desde hace varias décadas, los vehículos ferroviarios están equipados con sistemas denominados “ antideslizantes ”, que, entre otras cosas, están destinados a evitar que las ruedas se bloqueen al frenar. Sin embargo, esto se hace menos debido a un mejor efecto de frenado, sino más bien para evitar puntos planos en las ruedas y el correspondiente desgaste de los rieles.

Ventajas y desventajas

Con una superficie de carretera firme y las combinaciones de materiales habituales (goma con asfalto / hormigón), la distancia de frenado más corta posible se produce cuando la rueda todavía está rodando. En determinadas condiciones (formación de cuñas en la nieve o arena suelta), la distancia de frenado más corta posible es se consigue con las ruedas bloqueadas, pero se pierde la capacidad de dirección. Como ayuda de frenado, el ABS ofrece un compromiso aquí: aunque el ABS puede alargar la distancia de frenado, se evita el bloqueo con sus consecuencias desventajosas.

Un efecto similar al ABS se lograba anteriormente con el llamado freno de tartamudeo , especialmente en carreteras resbaladizas. El pedal del freno se presionó y se quitó en rápida sucesión. Esto hizo posible lograr un compromiso entre el efecto de frenado y la maniobrabilidad. A diferencia del ABS moderno, el efecto de frenado no se puede dosificar de manera diferente para cada rueda. Esta técnica de conducción no es aplicable en vehículos con ABS.

Ventajas (especialmente cuando se opera en tierra firme)

• El vehículo permanece orientable incluso cuando se frena con fuerza para evitar el obstáculo.
• El vehículo tiene un mejor comportamiento de frenado y, a veces, distancias de frenado más cortas en carreteras mojadas.
• Protección de los neumáticos, ya que el desgaste de los neumáticos se distribuye uniformemente por toda la circunferencia. En contraste con esto, si el neumático está bloqueado, el neumático puede desgastarse severamente en un punto, provocando que se desarrollen las placas de freno . Este daño en los neumáticos conduce, entre otras cosas, a una marcha irregular y a un aumento del ruido.
• Mejor maniobrabilidad en carreteras con diferentes niveles de agarre gracias a la reducción de los momentos de guiñada .
• La fuerza de frenado se puede controlar de forma óptima para cada rueda individual

desventaja

• En superficies de carreteras con terreno suelto, como Si, por ejemplo, no se utiliza arena, grava o nieve, se formarán cuñas delante de la rueda cuando las ruedas estén bloqueadas, lo que puede acortar la distancia de frenado. Si esta cuña de freno no se acumula, la distancia de frenado generalmente aumenta.

literatura

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enlaces web

Wikcionario: sistema de frenos antibloqueo  - explicaciones de significados, orígenes de palabras, sinónimos, traducciones

• Descripción general de los sistemas ABS de diferentes fabricantes ( Universidad de Flensburg )