Objetivos del sistema de frenado

El sistema de frenado debe cumplir los siguientes objetivos:

  • Disminuir la velocidad del vehículo durante la marcha y, cuando sea necesario, detenerlo totalmente en espacios razonablemente reducidos, siempre que se actúe sobre el pedal de freno.
  • Mantener el vehículo parado cuando esté estacionado, sin riesgo de movimiento.

Fuerzas y momentos en el vehículo

  • Eje transversal: Es una línea horizontal imaginaria que discurre a 90º del eje longitudinal y pasa por el centro de gravedad.
  • Eje vertical: Es una línea vertical imaginaria que discurre por el centro de gravedad del vehículo, perpendicular al suelo.
  • Eje longitudinal: Es una línea horizontal imaginaria que discurre en sentido longitudinal del vehículo y pasa por el centro de gravedad.
  • Fuerza de impulso: Es la fuerza generada por el motor y transmitida a las ruedas.
  • Fuerza de frenada: Es la fuerza aplicada sobre los elementos frenantes para desacelerar o parar el vehículo.
  • Estabilidad lateral: Es la fuerza que mantiene el vehículo estable sobre la trayectoria.
  • Presión vertical: Es la fuerza que actúa sobre las ruedas en dirección a la calzada.
  • Momento de inercia: Es el momento que se produce a causa de la dinámica de movimiento de las ruedas.
  • Momento de guiñada: Es el movimiento que se produce sobre el eje vertical.
  • Ángulo de cabeceo: Es el movimiento que se produce sobre el eje transversal.
  • Ángulo de balanceo: Es el movimiento que se produce sobre el eje longitudinal.
  • Centro de gravedad del vehículo.

Frenos de tambor

Este tipo de frenos se utiliza exclusivamente en las ruedas traseras de algunos automóviles, puesto que hay una gran parte de vehículos que utilizan los frenos de disco en todas las ruedas. Su uso está más generalizado en los vehículos industriales. Presenta la ventaja de poseer una gran superficie frenante, pero disipa con dificultad el calor generado por la frenada; no obstante, en situaciones que no requieran una gran presión de frenada, resultan muy eficaces.

Componentes de los frenos de tambor

Están constituidos por:

  • Un tambor unido al buje del que toma el movimiento.
  • Un disco portafreno fijo donde se alojan las zapatas.
  • Un juego de zapatas, que son los elementos que rozan con el tambor para disminuir su velocidad y, por tanto, la de la rueda.
  • Un sistema de ajuste automático.
  • Un actuador hidráulico.
  • Muelles de recuperación.

Tipos de frenos de tambor

  • Frenos de tambor Simplex: Es el más utilizado en los vehículos de turismo. Se caracteriza porque las zapatas disponen de un punto de apoyo fijo sobre el que pivotan al ser accionadas.
  • Frenos de tambor Duplex: Consiste básicamente en dotar a cada zapata de un actuador hidráulico situado de tal forma que cada una de las zapatas, al abrirse, provoque su enclavamiento en el tambor.
  • Frenos de tambor Twinplex: Es un sistema parecido al anterior, excepto que los puntos de apoyo de las zapatas van montados en posición flotante.
  • Frenos de tambor Duo-Servo: El punto de apoyo de las zapatas consiste en un sistema de biela de acoplamiento; con ello se consigue que las dos zapatas sean principales.

Servoasistencia

La finalidad de la servoasistencia es la de multiplicar la fuerza que se ejerce sobre el pedal para conseguir una mayor presión de frenada. Con este sistema no es necesario aplicar una gran fuerza sobre el pedal para tener una frenada eficaz.

  • Sistema Mastervac: El sistema Mastervac está provisto de un servofreno situado entre el pedal de freno y la bomba de frenos. Para que funcione el servofreno, debe existir una toma de vacío hacia su interior.
  • Sistema Hidrovac: La principal diferencia que existe entre el sistema Hidrovac y el Mastervac radica en que el sistema Mastervac debe estar montado entre la bomba de freno y el pedal; el sistema Hidrovac no necesita el accionamiento directo del pedal para amplificar la presión de frenado y puede ir montado después de la bomba de frenos.
  • Bomba de vacío: Se utilizan en los motores diésel y en algunos motores de gasolina con determinados tipos de cambio automático para generar vacío en la cámara del servofreno. En el resto de los motores, el vacío para la cámara del servofreno se suministra a través de una toma de vacío situada en el colector de admisión, entre el motor y la mariposa de gases. La bomba de vacío puede ser de accionamiento mecánico o eléctrico.
  • Servofrenos hidráulicos: Se trata de una ampliación de la fuerza de frenado a través de una bomba hidráulica, ya sea la propia de la dirección asistida u otra independiente.

Funcionamiento básico de los frenos neumáticos

El funcionamiento del sistema a nivel básico consiste en un compresor que toma movimiento del motor. Con su movimiento, aspira aire filtrado procedente del exterior (y en algunos casos de un turbocargador) y lo envía a presión a un filtro secador-deshidratador. El aire a presión es enviado a diferentes acumuladores que alimentan, a su vez, los frenos delanteros, traseros y los remolques. El sistema está dividido en varios circuitos para que, en caso de avería, el vehículo no se quede totalmente sin frenos.

Cuando el conductor pisa el freno, acciona una válvula que permite el paso de aire a presión desde los acumuladores de aire hasta los actuadores que, a su vez, accionan los elementos frenantes.

Componentes del circuito neumático

1. Generación, acondicionamiento y regulación de presión

  • Compresores: Toman el movimiento del motor térmico a través de correas. Es el primero de los elementos y el encargado de generar la presión del aire.
  • Regulador de presión: Sus funciones son adaptar la presión que proporciona el compresor a la presión de trabajo del circuito, evitar que el compresor trabaje bajo carga cuando se alcanza la presión del circuito y proteger contra sobrepresiones.
  • Secadores de aire: Tienen la función de filtrar y eliminar la humedad del aire y una pequeña cantidad de aceite que se introduce en el circuito procedente del compresor.
  • Válvula de seguridad / Limitadores de sobrepresiones: Tienen como función asegurar que dentro del circuito no se exceda una determinada presión considerada segura.
  • Dispositivos anticongelantes: Tienen la función de evitar la formación de hielo o escarcha en las válvulas, lo cual se produce por debajo de los 5ºC.

2. Actuadores y aseguramiento de la presión

  • Acumuladores (Depósitos): Es donde se acumula la reserva de aire a presión del circuito neumático. Puede disponer de una válvula de drenaje manual o automática.
  • Válvula de aseguramiento de la presión: Son válvulas normalmente cerradas unidireccionales que se utilizan para aislar unos acumuladores de otros, cerrándolos automáticamente a una presión preestablecida. Tipos: Válvula de retención, Válvula de rebose y Válvula protectora de cuatro circuitos.

3. Dispositivos que intervienen en el accionamiento de los elementos frenantes

  • Válvulas de freno de servicio.
  • Actuadores: Canalizan la presión del circuito, multiplicando la fuerza de empuje al aumentar la superficie de trabajo del aire a presión sobre la varilla que actúa sobre los elementos de frenado.

Sistema antibloqueo de frenos (ABS)

El sistema antibloqueo de frenos evita el bloqueo de las ruedas mientras el vehículo se está desplazando, manteniéndolo en el límite de adherencia del neumático en todo tipo de calzadas.

Objetivos del ABS

  • Optimizar el funcionamiento del sistema de frenos al conseguir distancias de frenado más cortas.
  • Mantener el control de la dirección en todo momento.
  • Mejorar la estabilidad de marcha durante la frenada.
  • Mantener los neumáticos en perfectas condiciones al evitar su bloqueo.

El ABS gestiona la presión de frenada para mantenerla dentro de un valor de deslizamiento en torno al 20% y el 30%, considerado óptimo para conseguir una gran eficacia durante el frenado sin que exista bloqueo de elementos frenantes y, además, mantener un guiado lateral bueno.

Configuraciones del sistema

  • ABS de dos canales: La presión solo es regulada en las ruedas del eje delantero según su grado de adherencia.
  • ABS de tres canales: La presión es regulada en las ruedas delanteras de forma individual y en el eje trasero de forma conjunta.
  • ABS de cuatro canales: La presión se regula de forma individual en todas las ruedas según sea su grado de adherencia.

Elementos del sistema

  • Sensores de rueda: Tienen la función de informar a la unidad de control de la velocidad de cada una de las ruedas. Tipos: Inductivos o activos.
  • Unidad de control (ECU): Para su funcionamiento necesita las siguientes señales: revoluciones de la rueda, señal del interruptor de freno, señal del borne 61 del alternador y tensión de batería.
  • Grupo hidráulico: La función del grupo hidráulico consiste en regular la presión de frenado que le llega al actuador hidráulico para evitar el bloqueo de las ruedas.