Servofreno: Asistente de frenada

Asistente de frenada

Asistente de frenado

Multitud de estudios de seguridad efectuados han demostrado que, en situaciones de emergencia, un gran número de conductores no consiguen obtener las máximas prestaciones del sistema de frenado, alargándose por ello la distancia de frenado e incrementando considerablemente las posibilidades de accidentes y la gravedad de los mismos. Esto es debido a que no frenan con suficiente fuerza aún pisando rápidamente el pedal de freno. Se cree que dicha limitación es consecuencia de dos causas:

  • Se aplica el pedal de freno con la misma fuerza con la que se frena en condiciones normales al adaptarse una conducción automatizada (acto reflejo).
  • Temor psicológico a bloquear las ruedas aún sabiendo que se dispone del sistema ABS.
Distancia de frenado con asistente
Distancia de frenado con asistente

Para corregir tal comportamiento se han desarrollado asistentes de frenada para los momentos críticos. El sistema de asistencia de frenado debe ser capaz de reconocer una situación de emergencia y aumentar la presión en el sistema de frenos para conseguir las máximas prestaciones del mismo en función del límite de adherencia del neumático. Dicha asistencia se realiza de modo electrónico-hidráulico a través de la gestión del ABS o mediante sistemas de servoasistencia adicionales.

Un ejemplo de asistente de frenado de emergencia son los sistemas tanto mecánicos como electromecánicos que actúan sobre el servofreno para incrementar su fuerza de trabajo y con ello la presión del circuito hidráulico.

Asistente mecánico

El fabricante Continental-TEVES utiliza un sistema complementario al ABS completamente mecánico, denominado grupo de conmutación, cuya función consiste en aliviar la presión de reacción que tiene que vencer el conductor para comprimir el fluido hidráulico disminuyendo, de este modo, la sensación de fuerza ejercida percibida por el conductor.

El conjunto de asistente de emergencia mecánico se sitúa entre el vástago de empuje y el émbolo de mando y se compone de: un manguito de bolas, un manguito de bloqueo con muelle, una jaula de bolas, el disco de transmisión y el tope mecánico.

Componentes del asistente de frenada
Componentes del asistente de frenada

Si se acciona el pedal de freno lentamente no se activa la función de asistencia de frenada, por lo que el conductor percibe la presión de reacción del líquido por completo a través del pedal, derivado en un endurecimiento del mismo. Para provocar la activación del sistema es necesario superar el umbral de tarado, determinado por la velocidad y fuerza de accionamiento del pedal de freno.

Umbral de intervención del asistente
Umbral de intervención del asistente

Al superarse el umbral de activación, el conjunto de mando (compuesto por el vástago de empuje, la válvula de presión, el manguito de bolas y el disco de transmisión) presiona intensamente la junta de reacción, mientras que por su mayor inercia el cuerpo de la membrana y la jaula de bolas no pueden actuar tan rápidamente (figura 1). El desplazamiento del manguito de bolas respecto a la jaula permite que las bolas rueden y se introduzcan en las hendiduras de dicho elemento (figura 2). A la vez, se desplaza el manguito de bloqueo sobre las bolas, bloqueando así el grupo de conmutación. Las bolas no pueden volver a su posición inicial, por lo que en este estado las fuerzas de reacción son desviadas hacia la membrana (figura 3). Al no percibir la dureza de accionamiento del pedal el conductor mantiene e incluso incrementa la fuerza aplicada sobre el pedal que, unido a una mayor asistencia por parte del servofreno (a mayor recorrido, más asistencia), desarrolla la máxima fuerza de frenado del sistema.

Accionamiento de la asistencia
Accionamiento de la asistencia

Cuando el conductor libera el pedal de freno, el conjunto de mando junto al manguito de bloqueo se desplazan solidariamente en retroceso hasta que el tope mecánico contacta con la carcasa (figura 1). A continuación, la membrana y la jaula recuperan el juego respecto al manguito de bloqueo, liberando nuevamente las bolas (figura 2). Por último, el movimiento restante del conjunto de mando hasta su posición de reposo oprime las bolas contra el manguito de bloqueo, volviendo la función de frenada de emergencia a su posición inicial (figura 3).

Liberación de la asistencia
Liberación de la asistencia

Asistente electrónico

Entre los asistentes electrónicos o activos, el más conocido es el sistema BAS (Brake Assist System) de Mercedes Benz. Dicho sistema está compuesto principalmente por una unidad electrónica encargada de su gestión, el sensor de recorrido de la membrana del servofreno con el que se calcula la velocidad de accionamiento del pedal de freno, el interruptor de accionamiento del servofreno y por un solenoide encargado de desplazar el émbolo que permite el paso de aire exterior a la cámara de presión del servofreno.

Componentes del sistema BAS de Mercedes Benz
Componentes del sistema BAS de Mercedes Benz

La unidad del sistema detecta la frenada de emergencia evaluando diferentes señales como la velocidad del vehículo, la deceleración, el accionamiento y velocidad de desplazamiento del pedal. Estas pueden provenir de otros sistemas vía red multiplexada o pertenecer a los elementos que componen el BAS. Si los valores obtenidos por los sensores superan los valores límites preestablecidos en la unidad electrónica, se alimenta el solenoide localizado en el interior del servofreno.

Dicho solenoide está formado por un bobinado que al ser alimentado con tensión eléctrica crea un campo magnético que atrae al émbolo distribuidor hacia su núcleo. Con el movimiento del émbolo distribuidor se abre el conducto que conecta la cámara de presión del servofreno al aire exterior, iniciando la asistencia. Durante el tiempo que está alimentada la electroválvula, el grado de apertura del paso de aire es máximo, consiguiendo la mayor asistencia posible por parte del servofreno y un rápido aumento de la presión hidráulica. La fuerza aplicada por el servofreno se transmite a la bomba de frenos por el émbolo de mando, de igual manera que en un sistema convencional.

Cuando el conductor libera el pedal de freno, la unidad recibe la señal del interruptor de accionamiento del servofreno y corta la alimentación de la electroválvula, cesando el campo magnético y retornando el émbolo distribuidor a la posición pertinente. En ese instante la asistencia del servofreno funciona de manera convencional y la ayuda del BAS se considera finalizada.

El sistema además dispone de autodiagnosis para detectar posibles averías del conjunto. Desde que se arranca el vehículo, la unidad monitoriza los sensores y actuadores del sistema constantemente y en caso de producirse una avería, desconecta el sistema a la vez que informa al conductor mediante un testigo.

Testigos de avería del sistema BAS
Testigos de avería del sistema BAS