SISTEMA DE TRANSMISIÓN Y FRENADO. TEMA 14. SISTEMA ELECTRÓNICO DE FRENADO Y ESTABILIDAD (ABS/ESP)

1. SISTEMA ANTIBLOQUEO DE FRENOS.

     Evita la presión del fluido que llega a los actuadores de freno, que las ruedas que alcanzan el límite de adherencia durante un frenado del vehículo lleguen a bloquearse.

• consecuencias del bloqueo:
• aumenta la distancia de frenado.
• si se produce en el tren delantero, se pierde la direccionalidad y la maniobrabilidad.
• si se produce en el trasero, el vehículo derrapa y gira (trompo ).

Para evitarlo se instala un sistema ABS. Interpone entre la bomba de freno y las canalizaciones de los cilindros receptores de cada rueda. Se regula la fuerza de frenado de cada rueda. El sistema además, consta de : sensores de velocidad de giro, unidad de mando, unidad hidráulica.

2. SENSORES DE VELOCIDAD DE GIRO DE RUEDA.

    Los sensores de velocidad, instalados en el buje o mangueta de cad rueda, transmiten a la unidad de mando la información de la velocidad ala que gira cada rueda.

• pasivos: no necesitan alimentación externa.
• activos: necesitan alimentación externa.

• sensor pasivo de tipo inductivo monopolar:

Enfrentando a una rueda dentada, en la junta homocinética de los semiárboles de transmisión o en el buje de la rueda. El sensor consiste de un imán permanece junto a un núcleo de hierro dulce sobre el que que se arrolla un bobinado de cobre. Distancia 1 mm.

• sensor pasivo de tipo inductivo bipolar: 

Funciona muy similar al monopolar. La calidad de éste está más reforzada por lo  que es menos sensible a los ruidos. Dispone de una pieza polar en firma de U que amplía la zona de acción del campo magnético de imán:

1 Vp - ( 1 Vp) = 2 Vp 

• sensor activo de tipo magnetoressitivo: 

• elementos:
• elemento de medición magnetorresistivo.
• electrónica integrada
• anillo múltiple.

La rueda fónica se sustituye por 48 pares de polos (imanes) (N a S alternativamente) e incorporados a un anillo. El elemento de medición dispone de finas capas de permalloy alternado con capas de silicio que varían sus resistencia óhmica en función de la intensidad y la dirección del campo magnético.

• sensor activo de efecto Hall  con anillo multipolo:

Constituido por tres elementos de medición separados entre sí , en le mismo sensor de medición y expuestos al campo magnético de anillo multipolo con 48 pares de polos alternados en el rodamiento de la rueda. Está basado en la derivación que sufren los portadores de carga en un metal por el que circula la corriente y que se expone a un campo magnético. Un cable de dos hilos comunica el sensor de velocidad con la UCE. Hay diferencia de potencial,

• proceso de la señal en el sensor y UCE: la señal diferencial de unos microV de amplitud es filtrado con el fin de eliminar el ruido y obtener una única señal. Al final pasa por unos generadores para obtener una señal limpia y constante, no sensible a los ruidos. La señal de salida es PWM. El número de impulsos por tiempo nos da información sobre el número de revoluciones de la rueda.

• Hay señales completementarias:

• sentido de giro (DR)
• posición de montaje (EL).
• reserva de entrehierro ( LR).
• detección de vehículo parado ( STOP).

• La UCE del ABS/ESP lleva una resistencia de bajo valor que constituye un divisor de tensión.
• especificación de las señales complementarias. Para cada flanco de la señal de velocidad se codifica un impuso alto de diferente anchura. La anchura permite interpolar la información que contiene. Cuando se transmite la señal codificada LR las demás quedan omitidas.

• sensor activo de efecto Hall con imán integrado: incorpora un imán permanente y no requiere el anillo multipolo. Sirve para integrarse en las transmisiones que disponen de una corona dentada. El imán permanente está en el propio sensor detrás del semiconductor Hall. El sensor activo de efecto Hall con un imán integrado es alimentado por la unidad de mando.

3. UCE.

     Es la responsable de procesar las señales de entrada procedentes de los sensores y gestionar las señales de salida para la activación de los correspondientes actuadores. Se puede sustituir con facilidad. Está construido con tecnología de placas conductoras y contiene procesadores separados que procesan la señal y se supervisan mutuamente.

     La UCE asume todos los sistemas de gestión eléctrica y electrónica y de control de los sistemas electrónico de frenado.

4. UNIDAD HIDRÁULICA DEL SISTEMA ELECTRÓNICA DE FRENADO Y ESTABILIDAD.

    La unidad hidráulica gestiona las señales procedentes de la unidad  de mando regulando, las presiones de frenado en las ruedas. Dentro, hay electroválvulas que pueden conectar e interrumpir el flujo de fluido de frenos.

    Hay dos tipos de electroválvulas: 

• 3 vías y 3 posiciones.
• 2 vías y 2 posiciones.

• sistemas con electroválvulas 3/3 vías: está separada de la unidad hidráulica y está en el interior del vehículo para protegerlo de la humedad. Tiene conexión múltiple. Recibe el líquido hidráulico de la bomba de freno y lo envías a las pinzas por separado.

• sistemas con dos electroválvulas 2/2 vías y 2 posiciones: hay dos vías por cada rueda, una de entrada o admisión y otra de salida o escape, en total 8 electroválvulas. El grupo electrohidráulico está compuesto por dos secciones fijadas entre sí:

1. unidad de mando, su gestión electrónica, los conectores y los selenoides.
2. núcleos de las elctroválvulas, la bomba de descarga, los acumuladores de baja presión y los de alta presión.

5. FUNCIONAMIENTO DEL ABS.

    Cuando el conductor pisa el pedal del freno, cada rueda sufre una deceleración distinta en función de su adherencia.

Hay un ciclo de tres fases:

1. generación de la presión.
2. mantenimiento de la presión.
3. reducción de la presión.

•      sistema con electroválvulas 3/3 vías:

• fase de generación de la presión:  las electroválvulas permanecen en reposo y en el circuito se genera la presión de frenado normal. Llega toda la presión a la pinza y ABS está inactivo pero en alerta. Al aumentar la presión la fuerza de frenado, la velocidad relativa de la rueda disminuye y aumenta del deslizamiento.

• fase de mantenimiento de la presión: cuando la UCE detecta el bloqueo, envía la señal de excitación de la electroválvula. Pasa a una posición intermedia, cerrando la entrada del fluido desde la bomba de freno.

• fase de reducción de la presión: cuando persiste el bloqueo, se envía la señal de excitación correspondiente . El cilindro de la bomba de freno queda aislado y se abre la conexión con la bomba de freno queda aislado y se abre la conexión con la bomba hidráulica de descarga. La bomba succiona el fluido del circuito secundario y lo envía al principal y la presión disminuye.

• sistema con dos electroválvulas 2/2 vías: 

• fase de aumento de presión: al pisar el pedal, la bomba genera una presión que llega a las pinzas de freno sin sufrir variaciones porque la electroválvula de admisión de la unidad hidráulica se encuentra en su posición de reposo. Se realiza una frenada normal con aumento de la presión del fluido y sin intervención del ABS.

• fase de mantenimiento de la presión: la electroválvula de admisión se abre y la electroválvula de escape, en reposo. La presión reinante en el cilindro de la rueda se mantiene constante, independientemente de la presión del circuito hidráulico.

• fase de reducción de la presión: la unidad de mando, activa los componentes de la unidad hidráulica para controlar la deceleración de la rueda dentro del valor límite admitido. Se produce una bajada de la presión de frenado. desde que el líquido de frenos es evacuado hacia el acumulador de baja presión a través de la válvula de escape.

6. PROGRAMA ELECTRÓNICO DE ESTABILIDAD (ESP).

     Es un sistema de seguridad activa adaptado a la gestión electrónica del ABS que utiliza la técnica de sensores y la hidráulica del sistema de frenos para mantener la estabilidad y direccionalidad del vehículo.

• elementos:
• sensor combinado, de aceleración y giro o derrape.
• sensor de ángulo del volante de dirección.
• sensor de presión del líquido de frenos.
• unidad hidráulica.

• funcionamiento ESP:  consiste en mantener la trayectoria del vehículo ordenado por el conductor. Los sensores miden continuamente el ángulo de giro, la velocidad, la aceleración transversal y el giro del vehículo sobre su eje vertical. El ESP reconoce cuando el vehículo entra en inestabilidad y actúa inmediatamente sobre la gestión electrónica del motor y el sistema de frenos.

• la intervención del ESP: dos comportamientos:

• subviraje: trayectoria más abierta de lo que el conductor quiere.
• sobreviraje: trayectoria más cerrada de lo que el conductor quiere.

• sensor combinado de aceleración transversal y velocidad de giro:

• aceleración transversal:mientras que los cuerpos no estén  fijados , serán impulsados por la fuerza operante. La desviación que se produzca será una medida de la aceleración. Es muy sensible y mide las fuerzas centrífugas.
• velocidad de giro: detecta si hay pares de giro que actúan sobre un cuerpo. Se encarga de detectar si el vehículo gira en torno a su eje geométrico vertical.

• sensor de ángulo del volante de dirección: nos da información sobre:.
• el ángulo de giro  del volante ( 0 a 720ºC).
• sí- inicialización.
• no- inicialización.
• información del proveedor.

• hay dos sensores:

• sensor Hall LWS1 (Bosch): trabaja con barreras Hall que detectan paso a paso el ángulo de desviación  del volante, incluido el número de vueltas , con un código.
• sensor magnetorresistivo: funciona con sensores magnetorresistivos AMR cuya resistencia eléctrica sufre variación en función del sentido de un campo magnético externo.

• sensor de presión del líquido de frenos: este sensor mide la presión del circuito hidráulico generado  por la fuerza ejercida por el conductor al pisar el pedal del freno. Por seguridad, genera dos señales de presión independientes que son enviadas al mismo tiempo en forma de señales contrapuestas. En función de la velocidad de la subida de la presión , la UCE calcula la velocidad de activación del pedal del freno.

• estructura: el sensor de presión de líquido de frenos está integrado en la unidad hidráulica ABS/ESP. Se necesita un sensor que sea resistente a la presión y a la temperatura. Basa su funcionamiento en la variación de la electricidad.Son 4 resistencia de material semiconductor.
• funcionamiento: el aumento de presión modifica la longitud  del diafragma  y del puente de medición piezorresisivo, que es solidario al diafragma. Se generan fuerzas que actúan sobre los elementos piezorresistivos, Estas diferencias de presión se transmiten como señal a la unidad de mando.

• unidad hidráulica: 

• mantenimiento de la presión; para evitar un aumento de presión en el cilindro de la rueda, la electroválvula de admisión tiene que interrumpir la unión a la bomba de freno.
• reducción de la presión: si continua el bloqueo, se tiene que bajar la presión de frenado en el cilindro de las ruedas lo antes posible. La electroválvula de escape se abre para generar presión o mantenerla.

7. FUNCIONES ASUMIDAS POR LA UNIDAD DE MANDO DEL ABS/ESP.

•     Funciones (de forma independiente o paralela):

• Función EBV: distribución electrónica de la fuerza de frenado entre las fuerzas delanteras y las traseras. Evita que la presión de frenado sobre las ruedas traseras sea excesiva antes de la intervención del ABS. la fuerza de adherencia de los neumáticos depende del peso y del coeficiente de adherencia.  La función EBV . Se activa cuando la unidad de mando tiende a bloquearse. Los vehículos con esta función no necesitan reductor de la presión dependiente de la carga.

• Función ASR: regulación del par de inercia del motor. Evita que se bloqueen las ruedas motrices,  El sistema de frenos se usa para mejorar la aceleración.  Se activa cuando una rueda motriz gira en vacío y el vehículo está acelerando.  Esta función está programada para que si una rueda en el vacío gira a baja velocidad , intervenga primero la regulación de la frenada. Interviene en dos ocasiones:
• modo autónomo: produce el frenado de la rueda motriz  que está girando en el vacío.
• si durante la regulación de la rueda no frenada comienza a derrapar.

• Función MSR: regulación del par de inercia  del motor. Evita que se bloqueen las ruedas motrices. Se combina con ASR . Se activa cuando en una calzada deslizante el conductor levanta el pie del acelerador y alguna de las ruedas motrices desliza.

• Función BAS; aislante de frenado. Ayuda al conductor en situaciones de frenado de emergencia. Se activa cuando:
• la velocidad es mayor a 10 km/h.
• las luces de freno no están activadas.
• la velocidad al pisar el freno  es mayor que el punto de disparo.

• funciones adicionales ESP:

• ayuda al arranque en pendiente (AAS).
• limpieza de los discos de freno.
• asistente para la estabilidad del remolque ( TSA).

8, MANTENIMIENTO DEL SISTEMA ABS/ESP.

• Medidas de seguridad:

• no desconectar nada en posición de contacto.
• no temperaturas superiores a 80 ºC.
• no realizar procesos de soldadura eléctrica si está conectada la batería.
• evitar el paso paralelo de cableado que conduzcan señales variables.
• que no haya cortocircuitos.
• tener en cuenta la unidad de medida y sin tensión en las mediciones.
• no sustituir los componentes por otros de diferente referencia.

• testigos de avería y pulsador para la diagnosis de averías en el sistema ABS/ESP: los vehículos con ABS/ESP disponen en el cuadro  de instrumentos los testigos. Si ocurre un fallo, se concluye su funcionamiento y se desactiva el sistema parcial que a sido afectado y se ilumina el testigo, con su correspondiente pulsador.

• autodiagnosis del sistema ABS/ESP: la unidad de mando tiene una función de autodiagnosis a través de la conexión OBD del vehículo. Se necesita:

• velocidad de las ruedas inferior a 10 km/h.
• no estar activado el ABS o EBV,
• tensión de la batería mayor a 9 voltios,

• las averías esporádicas que se almacenan en la memoria se pueden borrar automáticamente.
• los componentes cuyas averías son detectadas y registradas en la memoria de avería son:
• pulsador ASR/ESP.
• sensores de velocidad giro.
• sensor combinado.
• sensor de la presión del líquido de frenos.
• sensor del ángulo del volante.
• electroválvula hidráulica. 
• unidad electrohidráulica.