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Cómo funcionan los frenos hidráulicos y electromecánicos

by Miguel Carpio Terrón

  • Naturaleza de los frenos hidráulicos
  • Frenos electrohidráulicos
  • Sistemas electromecánicos
  • Seguridad de los frenos por cable
  • ¿Quién ofrece los frenos por cable?

Los sistemas de frenado tradicionales no han cambiado mucho en el último siglo, por lo que el concepto de tecnología de frenado por cable representa un cambio que los fabricantes de automóviles y el público se han resistido a aceptar. Brake-by-wire se refiere a los sistemas de frenado que controlan los frenos a través de medios eléctricos.

La naturaleza reconfortante de los frenos hidráulicos

En los sistemas de freno tradicionales, al pisar el pedal de freno se genera una presión hidráulica que activa las zapatas o pastillas de freno. En los sistemas más antiguos, el pedal actúa directamente sobre un componente hidráulico conocido como cilindro primario. En los sistemas modernos, un servofreno, normalmente alimentado por vacío, magnifica la fuerza del pedal y facilita la frenada.

El sistema Brake-by-wire rompe esa conexión, por lo que algunos consideran esta tecnología más peligrosa que el control electrónico del acelerador o la dirección por cable.

Cuando el cilindro primario se activa, genera presión hidráulica en los conductos de los frenos. Esa presión actúa posteriormente sobre los cilindros secundarios presentes en cada rueda, que pellizcan un rotor entre las pastillas de freno o presionan las zapatas de freno hacia el exterior de un tambor.

Los sistemas de freno hidráulicos modernos son más complicados, pero funcionan según el mismo principio general. Los servofrenos hidráulicos o de vacío reducen la cantidad de fuerza que tiene que aplicar el conductor. Tecnologías como los frenos antibloqueo y los sistemas de control de tracción son capaces de activar o liberar los frenos automáticamente.

Los frenos eléctricos y electrohidráulicos se han utilizado tradicionalmente sólo en los remolques. Dado que los remolques tienen conexiones eléctricas para las luces de freno y los intermitentes, es fácil conectar un cilindro primario electrohidráulico o actuadores eléctricos. Los fabricantes de equipos originales disponen de tecnologías similares, pero la naturaleza crítica de la seguridad de los frenos ha hecho que la industria del automóvil siga siendo reacia a adoptar la tecnología de frenado por cable. Sin embargo, con el aumento de los sistemas de conducción autónoma y asistida, el uso de los frenos por cable se ha extendido.

Frenos electrohidráulicos paran en seco

Los sistemas actuales de freno por cable utilizan un modelo electrohidráulico que no es totalmente electrónico. Estos sistemas tienen sistemas hidráulicos, pero el conductor no activa directamente el cilindro primario al pisar el pedal de freno. En su lugar, el cilindro primario es activado por un motor o bomba eléctrica que es regulada por una unidad de control.

Cuando se pisa el pedal de freno en un sistema electrohidráulico, la unidad de control utiliza la información de una serie de sensores para determinar cuánta fuerza de frenado necesita cada rueda. El sistema puede entonces aplicar la cantidad necesaria de presión hidráulica a cada pinza.

La otra diferencia principal entre los sistemas de frenos electrohidráulicos y los hidráulicos tradicionales es la cantidad de presión que se aplica. Los sistemas de frenos electrohidráulicos suelen funcionar con presiones más altas que los sistemas tradicionales. Los frenos hidráulicos funcionan a unos 800 PSI en condiciones normales de conducción, mientras que los sistemas electrohidráulicos Sensotronic mantienen presiones de entre 2.000 y 2.300 PSI.

Los sistemas electromecánicos son verdaderamente brake-by-wire

Aunque los modelos de producción siguen utilizando sistemas electrohidráulicos, la verdadera tecnología brake-by-wire prescinde por completo de la hidráulica. Esta tecnología no ha aparecido en ningún modelo de producción debido a la naturaleza crítica de la seguridad de los sistemas de frenado. Sin embargo, ha sido objeto de importantes investigaciones y pruebas.

A diferencia de los frenos electrohidráulicos, los componentes de un sistema electromecánico son electrónicos. Las pinzas tienen actuadores electrónicos en lugar de cilindros secundarios hidráulicos, y todo está gobernado por una unidad de control en lugar de un cilindro primario de alta presión. Estos sistemas también requieren una variedad de hardware adicional, incluyendo sensores de temperatura, fuerza de sujeción y posición del actuador en cada pinza.

Los frenos electromecánicos incluyen complicadas redes de comunicación ya que cada pinza recibe múltiples entradas de datos para generar la cantidad adecuada de fuerza de frenado. Debido a la naturaleza crítica de seguridad de estos sistemas, normalmente hay un bus secundario redundante para entregar los datos brutos a las pinzas.

El complicado tema de la seguridad de la tecnología de frenos por cable

Los sistemas de frenos hidroeléctricos y electromecánicos son potencialmente más seguros que los sistemas tradicionales. Sin embargo, debido al potencial de una mayor integración con el ABS, el ESC y tecnologías similares, las preocupaciones de seguridad han frenado estos sistemas. Los sistemas de freno tradicionales pueden fallar, y de hecho lo hacen, pero sólo una pérdida catastrófica de presión hidráulica impedirá por completo que el conductor se detenga o reduzca la velocidad. Los sistemas electromecánicos, más complejos, tienen una multitud de puntos de fallo potenciales.

Los requisitos para la conmutación de fallos y otras directrices para el desarrollo de sistemas críticos de seguridad, como el freno por cable, se rigen por normas de seguridad funcional como la ISO 26262.

¿Quién ofrece la tecnología Brake-By-Wire?

La redundancia y los sistemas capaces de trabajar con una cantidad reducida de datos acabarán por hacer que la tecnología electromecánica de freno por cable sea lo suficientemente segura para su adopción generalizada. Por el momento, sólo un par de fabricantes de equipos originales han experimentado con sistemas electrohidráulicos.

Toyota introdujo un sistema de freno electrohidráulico en 2001 para su Estima Hybrid. Desde entonces, existen variaciones de su tecnología de frenos controlados electrónicamente (ECB). La tecnología apareció por primera vez en EE.UU. para el año modelo 2005 con el Lexus RX 400h.

Un ejemplo en el que la tecnología de frenado por cable sufrió un fracaso en su lanzamiento fue cuando Mercedes-Benz retiró su sistema de control de frenos Sensotronic (SBC), que también se había introducido para el año modelo 2001. El sistema se retiró oficialmente en 2006 tras una costosa llamada a revisión en 2004, y Mercedes afirmó que ofrecería la misma funcionalidad de su sistema SBC mediante un sistema de frenos hidráulico tradicional.

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