Entendiendo el sistema de frenado
1.FrenoEnSistema
Disminuir la velocidad o incluso detener un automóvil en movimiento, mantener un automóvil en movimiento cuesta abajo a una velocidad estable y mantener un automóvil detenido en posición vertical se denominan en conjunto frenado de automóvil. La fuerza externa que frena el automóvil es el sistema de frenos.
El sistema de frenos está formado por los frenos y los mecanismos de accionamiento de los frenos. Los frenos son componentes de la fuerza de frenado que impiden el movimiento o la tendencia al movimiento del vehículo, incluido el retardador en el sistema de frenado auxiliar. El mecanismo de accionamiento de los frenos incluye dispositivos funcionales, dispositivos de control, dispositivos de transmisión, dispositivos de ajuste de la fuerza de frenado y dispositivos auxiliares como dispositivos de alarma y dispositivos de protección de presión.
Existen muchos tipos de sistemas de frenado de automóviles, que se pueden dividir en las siguientes categorías según sus funciones:
①.Sistema de frenado de servicio:un dispositivo que ralentiza o incluso detiene el vehículo.
②.Sistema de freno de estacionamiento:un dispositivo que mantiene un vehículo detenido en un lugar.
③.Sistema de frenado secundario:un dispositivo que garantiza que el automóvil aún pueda reducir la velocidad o detenerse si falla el sistema de frenado de servicio.
④ .Sistema de frenado auxiliar:un dispositivo utilizado para estabilizar la velocidad del vehículo cuando éste desciende por una pendiente larga.
El sistema de frenos se puede dividir en las siguientes categorías según la energía de frenado:
①.Sistema de frenado de mano de obra:Un sistema de frenado que utiliza el cuerpo del conductor como única fuente de energía de frenado.
②.Sistema de frenado de potencia:Un sistema de frenado que depende únicamente de energía potencial en forma de presión de aire o presión hidráulica convertida a partir de la potencia del motor para frenar.
③.Sistema de frenado servo:un sistema de frenado que utiliza tanto la fuerza humana como la fuerza del motor para frenar.
El sistema de frenos también se puede clasificar según el circuito gas-hidráulico:
①.Sistema de frenos de circuito único:La transmisión utiliza un único circuito hidráulico de gas. Si una pieza se daña, fallará todo el sistema.
②.Sistema de frenos de doble circuito:Las líneas de gas e hidráulicas del freno de servicio pertenecen a dos circuitos aislados. Esto garantiza que si uno de los circuitos se daña, todo el sistema puede seguir funcionando con normalidad. Desde el 1 de enero de 1988, China exige que todos los automóviles estén equipados con un sistema de frenos de doble circuito.
2. Frenos
El freno es un componente de fuerza de frenado en el sistema de frenado que se utiliza para generar fuerza de frenado para detener el movimiento o la tendencia del vehículo. Cuando el par de frenado del freno se aplica directamente a la rueda, se denomina freno de rueda; cuando el par de frenado debe distribuirse a la rueda después de pasar por el eje motriz, se denomina freno central. Los frenos de rueda se utilizan generalmente para frenos de tracción y también se utilizan para frenos secundarios y de estacionamiento; los frenos centrales se utilizan generalmente solo para frenos de estacionamiento y auxiliares. Los frenos de conducción, frenos de estacionamiento y frenos secundarios utilizan básicamente la fuerza de fricción generada por elementos fijos y elementos giratorios como fuerza de frenado, lo que se denomina freno de fricción. Los frenos de fricción que se utilizan actualmente en los automóviles se pueden dividir aproximadamente en dos categorías: tipo disco y tipo tambor.
2.1 TamborBrastrillos
Los frenos de tambor utilizan el tambor de freno como elemento giratorio en el par de fricción, y su superficie de trabajo es una superficie cilíndrica. Los frenos de tambor se pueden dividir en frenos de cilindro de rueda, frenos de leva y frenos de cuña según su construcción. Los frenos de cilindro de rueda utilizan cilindros de rueda de freno hidráulicos como dispositivo de accionamiento y utilizan el accionamiento hidráulico para poner la zapata de freno en contacto con el tambor de freno para generar fricción, frenando así. Según el principio de funcionamiento y el par de frenado, existen muchos tipos, incluido el tipo de zapata delantera, el tipo de zapata delantera doble, el tipo de zapata delantera doble bidireccional, el tipo de zapata de seguimiento doble y el tipo autoenergizante. La estructura de los frenos de leva y los frenos de cuña es básicamente la misma que la de los frenos de cilindro de rueda, y solo el dispositivo de accionamiento es diferente. El tipo de leva utiliza una leva de freno y el tipo de cuña utiliza una cuña de freno.
2.2 DesctBrastrillos
El elemento de fricción del par de fricción de un freno de disco es un disco metálico que actúa sobre la cara, y este disco se denomina disco de freno. En comparación con los frenos de tambor, los frenos de disco tienen las siguientes ventajas:
①El rendimiento de frenado es estable y se ve menos afectado por el coeficiente de fricción;
②. El freno de disco transfiere calor a ambos lados y el disco se enfría fácilmente y no se deforma fácilmente;
③. Después de un uso prolongado, la expansión térmica del disco de freno a lo largo de la dirección del espesor es extremadamente pequeña;
④. El rendimiento de frenado se reduce menos después de la inmersión en agua;
⑤. La estructura es simple, el tamaño y el peso son pequeños, el mantenimiento es conveniente y el ajuste automático del espacio es fácil de lograr.
El principal inconveniente es la baja eficiencia de frenado. Para compensar esto, generalmente se instala un sistema de servofreno por separado. En la actualidad, los frenos de disco se utilizan ampliamente en automóviles. Los frenos de disco se pueden dividir en tipo disco con pinza y tipo disco completo según sus diferentes elementos de montaje. En comparación con los dos, el tipo disco con pinza tiene una aplicación más amplia, por lo que me centraré en él aquí.
El freno de disco con pinza consta de un disco de freno y una pinza de freno. La pastilla de freno, que está compuesta por el bloque de fricción y su placa posterior de metal, y su actuador se instalan en un soporte con forma de abrazadera para formar una pinza de freno. La pinza de freno se puede dividir en dos tipos: pinza de disco fija y pinza de disco flotante.
El principio de funcionamiento del freno de disco con pinza fija es el siguiente: el cuerpo de la pinza está fijado al eje y hay un cilindro de freno y un pistón a cada lado del cuerpo de la pinza. Al frenar, el aceite del cilindro maestro ingresa a los dos cilindros hidráulicos idénticos en el cuerpo de la pinza a través de la entrada de aceite y el pistón presiona la pastilla de fricción contra el disco de freno, frenando así la rueda.
El principio de funcionamiento del freno de disco con pinza flotante es el siguiente. En comparación con el freno de disco con pinza fija, la pinza del freno de disco con pinza flotante es flotante y puede moverse con respecto al disco de freno. Solo utiliza un cilindro hidráulico en el interior del disco de freno para impulsar la pastilla interior, mientras que la pastilla exterior está fijada al cuerpo de la pinza y se mueve axialmente con el cuerpo de la pinza. Al frenar, el pistón interior y la placa de fricción se mueven hacia la izquierda y presionan contra el disco de freno bajo la fuerza hidráulica. Al mismo tiempo, la fuerza de reacción de la presión hidráulica empuja el cuerpo de la pinza para que se mueva hacia la derecha, de modo que la placa de fricción exterior también se presiona contra el disco de freno, logrando así el efecto de frenado.
3. Sistema de freno servo
El sistema de frenos servo se forma añadiendo un sistema de servomotor al sistema de frenos hidráulicos manuales, es decir, un sistema de frenos que utiliza tanto la fuerza humana como el motor como energía de frenado. En circunstancias normales, la mayor parte de la energía de frenado la suministra el sistema de servomotor. Si el sistema de servomotor falla, puede ser suministrada completamente por el conductor. El sistema de frenos servo se puede dividir en los siguientes tipos según el tipo de energía del servomotor:
① Tipo servo de vacío
② Tipo servo neumático
③ Tipo servo hidráulico
Según los diferentes modos de funcionamiento del controlador, se puede dividir en dos categorías:
①．Tipo asistido por potencia- el dispositivo de control es operado directamente por el mecanismo del pedal de freno, y su fuerza de salida también actúa sobre el cilindro maestro hidráulico.
②．Tipo supercargado- el dispositivo de control es accionado por la presión hidráulica emitida desde el mecanismo del pedal de freno a través del cilindro maestro, y la fuerza de salida del servosistema y la presión hidráulica del cilindro maestro actúan conjuntamente sobre un cilindro de transmisión intermedio, de modo que la presión hidráulica emitida desde el cilindro al cilindro de la rueda es mucho mayor que la presión hidráulica del cilindro maestro.
Aquí se presenta una introducción detallada al sistema de frenos servo de vacío. El servofreno del sistema tiene un diafragma que lo divide en cámaras delantera y trasera. La cámara delantera está conectada al colector de admisión del motor mediante una válvula unidireccional de vacío, y la cámara trasera está conectada al aire exterior. Las dos cámaras están conectadas por un canal. Cuando el motor está en marcha, la válvula unidireccional de vacío se abre y se cierra, y se crea una cierta cantidad de vacío en las cámaras delantera y trasera del servofreno. Si se presiona el pedal del freno en este momento, el pedal del freno activará aún más la válvula de control para cerrar los canales de las cámaras delantera y trasera de la cámara de aire del servofreno y abrir la válvula de admisión de la cámara trasera. El aire que ingresa a la cámara trasera crea un diferencial de vacío con la cámara delantera, lo que genera empuje. Este empuje actúa directamente sobre el cilindro maestro para compensar la falta de fuerza del pedal.
El diagrama esquemático del sistema de servofreno de refuerzo por vacío es el siguiente. Cuando el motor está en marcha, bajo la acción del vacío en el tubo de admisión, el aire en el tanque de vacío es succionado hacia el motor a través de la válvula de retención de vacío, generando y acumulando así un cierto vacío en el tanque, que sirve como fuente de energía en el sistema de servofreno. Cuando se presiona el pedal del freno, la presión hidráulica de salida del cilindro maestro del freno se transmite primero al cilindro auxiliar, un lado se transmite al cilindro de la rueda de freno como presión de accionamiento del freno y el otro lado se ingresa a la válvula de control como presión de control. Bajo el control de la presión hidráulica del cilindro maestro, la válvula de control permite que la cámara de trabajo de la cámara de aire del servo Zhenkang pase a través del tanque de vacío o la atmósfera, y asegura que la fuerza de salida de la cámara de aire del servo esté en una relación funcional creciente con la presión hidráulica del cilindro maestro, la fuerza del pedal de freno y la carrera del pedal. La fuerza de salida de la cámara de aire del servo de vacío actúa sobre el cilindro auxiliar junto con la fuerza hidráulica del cilindro maestro.
4. Sistema de frenos de potencia
En el sistema de servofreno, la energía utilizada para frenar es la energía de la presión de aire generada por el compresor de aire o la energía hidráulica generada por la bomba hidráulica, y el compresor de aire o la bomba hidráulica son accionados por el motor del vehículo. Por lo tanto, se puede ver que el sistema de servofreno utiliza el motor del vehículo como la única fuente de energía de frenado inicial, y el cuerpo del conductor se utiliza solo como fuente de energía de control, no como fuente de energía de frenado. El sistema de servofreno se puede dividir generalmente en las siguientes tres categorías:
①. Sistema de freno neumático:El dispositivo de suministro de energía y el dispositivo de transmisión son todos neumáticos. La mayoría de los dispositivos de control constan de elementos de control neumáticos, como mecanismos de pedal de freno y válvulas de freno.
②. Sistema de frenos aire-líquido:El dispositivo de suministro de energía y el dispositivo de control son los mismos que los del sistema de freno neumático, y el dispositivo de transmisión incluye partes neumáticas e hidráulicas.
③.Sistema de frenos hidráulicos completo:A excepción del mecanismo del pedal de freno, sus dispositivos de alimentación, control y transmisión son todos hidráulicos.
5. Sistema de ajuste de la fuerza de frenado
En teoría, cuanto mayor sea la fuerza de frenado, más fácil será frenar. Sin embargo, si la fuerza de frenado es mayor que la fuerza de adherencia, las ruedas dejarán de girar y patinarán. Si las ruedas delanteras están bloqueadas, el coche perderá el control direccional y no podrá girar; si las ruedas traseras están bloqueadas y las delanteras ruedan, el coche perderá estabilidad direccional y capacidad de resistir fuerzas laterales y patinará. En función de la situación anterior, debemos distribuir y ajustar la fuerza de frenado para evitar la situación anterior.
5.1 ABS
ABS - Sistema de frenos antibloqueo.El sistema consta de tres partes: sensor de velocidad de la rueda, controlador electrónico y componentes hidráulicos.
Los procesos de trabajo específicos son aproximadamente los siguientes:
① Frenado convencional:La válvula solenoide no está energizada y el cilindro maestro y el cilindro de la rueda pueden controlar el aumento y la disminución de la presión del freno en cualquier momento.
② Descompresión del cilindro de rueda:Cuando el sensor de velocidad del vehículo envía la señal de bloqueo de las ruedas a la unidad de control electrónico, el ABS comienza a funcionar, se envía una corriente grande a la válvula solenoide, el émbolo se mueve hacia arriba, el cilindro maestro y el paso del cilindro de rueda activo se cortan, el cilindro de rueda y el depósito se conectan, el líquido de frenos fluye hacia el depósito y la presión de frenado se reduce. Al mismo tiempo, el motor de accionamiento pone en marcha la bomba hidráulica, presurizando el líquido de frenos que fluye de regreso al depósito y entregándolo al cilindro maestro en preparación para la siguiente aplicación de los frenos.
③ Proceso de mantenimiento de la presión del cilindro de rueda:Cuando el sensor de velocidad del vehículo emite una señal de bloqueo, la válvula solenoide pasa una corriente limitada y el émbolo se mueve a una posición donde se cortan todos los pasos para mantener la presión del sistema.
④ Presurización del cilindro de rueda:Después de reducir la presión, la velocidad de la rueda aumenta. En ese momento, la unidad de control electrónico corta la corriente a la válvula solenoide, el émbolo vuelve a la posición más baja, el cilindro maestro y el cilindro de la rueda se vuelven a conectar, el líquido de frenos ingresa nuevamente al cilindro de la rueda y aumenta la presión de frenado.
5.2 EBD
EBD - Distribución eléctrica de la fuerza de frenado, un sistema de distribución de la fuerza de frenado controlado eléctricamente. EBD es en realidad una función auxiliar del ABS. Es un software de control añadido a la computadora de control ADAS. El sistema mecánico es exactamente el mismo que el ABS. Es un complemento eficaz del sistema ABS. Por lo general, se utiliza en combinación con el ABS para mejorar la eficacia del ABS. En el momento del frenado, el EBD puede calcular rápidamente los diferentes valores de fricción causados por la diferente adherencia de los cuatro neumáticos, y luego ajustar rápidamente el dispositivo de frenado para distribuir la fuerza de frenado de acuerdo con el programa previamente establecido, a fin de garantizar la estabilidad y seguridad del vehículo. Cuando las ruedas se bloquean durante el frenado de emergencia, el EBD ha equilibrado la adherencia efectiva al suelo de cada rueda antes del ABS, lo que puede evitar derrapes y movimientos laterales, y también acortar la distancia de frenado.
5.3 ASR
ASR - Regulación del deslizamiento por aceleración, sistema antiderrapante de la tracción del vehículo. Esta función puede entenderse como una extensión y complemento de la función del sistema ABS. Los componentes principales del sistema ASR pueden compartirse con el sistema ABS. La función del sistema ASR es evitar que el vehículo patine durante la aceleración, especialmente en carreteras asimétricas y de baja fricción o cuando las ruedas motrices giran en vacío durante las curvas. El ASR consta de un sensor de velocidad de la rueda, un sensor de posición del acelerador, un regulador de presión de freno, un actuador del acelerador y una unidad de control electrónico. Puede comparar la velocidad de cada rueda cuando la rueda motriz patina. Si la unidad de control electrónico determina que la rueda motriz está patinando, reduce automática e inmediatamente el volumen de admisión del acelerador, reduce la velocidad del motor y, por lo tanto, reduce la potencia de salida. También puede frenar la rueda motriz que patina para controlar la tasa de deslizamiento de la rueda motriz dentro del rango objetivo.
5.4 TCS
TCS - Sistema de control de tracción.Este sistema determina si la rueda motriz está patinando en función del número de revoluciones de la rueda motriz y del número de revoluciones de la rueda de transmisión. Si el primero es mayor que el segundo, reduce la velocidad de la rueda motriz. El TCS es muy similar al ABS en que ambos utilizan sensores y controladores de freno. Cuando el TCS detecta el deslizamiento de la rueda, primero cambia el tiempo de encendido del motor a través de la computadora de control del motor, reduce la salida de torque del motor o aplica los frenos de la rueda para evitar que la rueda patine. Si el deslizamiento es muy severo, controlará el sistema de suministro de combustible del motor. El TCS utiliza una computadora para detectar la velocidad de las cuatro ruedas y el ángulo de dirección del volante. Cuando el automóvil acelera, si detecta que la diferencia de velocidad entre la rueda motriz y la rueda no motriz es demasiado grande, la computadora determina inmediatamente que la fuerza motriz es demasiado grande y envía una señal de comando para reducir el suministro de combustible del motor, reducir la fuerza motriz y, por lo tanto, reducir la tasa de deslizamiento del neumático de la rueda motriz. El sistema puede utilizar el sensor de ángulo del volante para detectar el estado de conducción del vehículo, determinar si el vehículo va en línea recta o girando y cambiar la tasa de deslizamiento de cada neumático en consecuencia. Sin embargo, el sistema de control de tracción también tiene inconvenientes. Cuando el conductor utiliza la apertura del acelerador para ajustar el estado de conducción del vehículo, el sistema interfiere en la intención de conducción del conductor.
5.5 ESP
ESP - Programa electrónico de estabilidad.El ESP puede considerarse una combinación y extensión de las funciones del ABS, ASR, EBD y TCS. Está formado por un sensor de dirección, un sensor de velocidad de las ruedas, un sensor de deslizamiento, un sensor de aceleración lateral y una unidad de control. Al analizar el estado de conducción de la carrocería del vehículo basándose en la información proporcionada por los distintos sensores, emite instrucciones de corrección al ABS y al ASR para ayudar al vehículo a mantener el equilibrio dinámico. El ESP puede mantener una estabilidad óptima del vehículo en una variedad de condiciones de funcionamiento y es especialmente eficaz en condiciones de subviraje o sobreviraje. Si el sensor del ESP detecta que el vehículo está subvirando, el ESP aplica una fuerza de frenado adicional a las ruedas interiores; si el vehículo está sobrevirando, el ESP aplica una fuerza de frenado adicional a las ruedas exteriores.