Asignaturas:
- Introducción
- Conducir por cable
- Combinación de frenado eléctrico e hidráulico.
- Mezcla de frenos
Introducción:
Los vehículos con propulsión electrificada (híbridos, totalmente EV, pila de combustible) tienen la opción de frenado eléctrico. Cuando sueltas el pedal del acelerador o frenas ligeramente, el motor eléctrico funciona como un generador. La energía cinética del vehículo se convierte en energía eléctrica para la batería HV. El distancia aumenta cuando frenas muy silenciosamente y el sistema de frenos tiene la oportunidad de aplicar mucho frenado regenerativo. Puedes leer más sobre esto en la página: Inversor.
En 2023, el frenado eléctrico seguirá estando combinado con el circuito de frenado hidráulico convencional. En caso de fallo eléctrico, o en vehículos más antiguos durante una parada de emergencia, el circuito de freno hidráulico se activa (parcialmente). Esto sirve como respaldo. En los siguientes apartados se muestra cómo los fabricantes combinan el frenado eléctrico e hidráulico para garantizar un buen confort y garantizar la seguridad en caso de fallo del sistema eléctrico.
Conducir por cable:
La función del sistema de frenado “drive by wire” es frenar hidráulicamente con asistencia eléctrica. No existe una conexión hidráulica directa entre el pedal del freno y los pistones de freno en las pinzas de freno. El pedal del freno aplica la presión de frenado a un llamado simulador de fuerza de frenado. Se mide la presión de frenado. Un motor eléctrico genera la presión deseada en el circuito de freno hidráulico. El sistema de frenado por accionamiento por cable ofrece las siguientes ventajas respecto al sistema de frenado convencional:
- Ya no se utiliza un servofreno de vacío, ya que el motor eléctrico proporciona la presión de fluido requerida;
- Las fugas de líquido se pueden detectar y cerrar por freno. Por este motivo, ya no es necesario un cilindro de freno maestro para dos circuitos de freno separados;
- El conductor no nota la transición entre el frenado eléctrico y el hidráulico al pasar del frenado regenerativo con motores eléctricos al frenado presionando la pastilla de freno contra el disco;
- Las vibraciones del sistema ABS ya no se sienten en el pedal del freno;
- La contrapresión (simulada) en el pedal del freno se puede adaptar a los ajustes (confort / sport).
El siguiente diagrama hidráulico muestra el sistema utilizado por BMW (DSCi). El funcionamiento es el siguiente:
Cuando el conductor acciona el pedal del freno, se ejerce fuerza sobre el cilindro de freno maestro (7). Este cilindro de freno maestro tiene dos salidas: al simulador de fuerza del pedal de freno (8) y a una válvula de liberación. La presión de simulación se transmite al simulador de fuerza del pedal de freno a través de la línea azul. En este componente se genera una contrapresión que el conductor reconoce como contrapresión en los cilindros de freno. No existe una conexión física entre el cilindro de freno maestro y los cilindros de freno de las ruedas. La presión de simulación se mide mediante un sensor de presión (5). Dependiendo de la presión de simulación, la ECU controla el motor eléctrico (10). Éste ejerce una presión de trabajo en el cilindro de presión de freno (9). Un sensor de presión en el lado de presión de trabajo devuelve la presión acumulada a la ECU. Las conexiones rojas del diagrama muestran cómo la presión de trabajo llega a los cilindros de freno de las ruedas (1) a través de las válvulas. Las válvulas de mantenimiento de presión (3) están abiertas en reposo, de modo que la presión de frenado se puede generar directamente desde el cilindro de presión de frenado. Las válvulas reductoras de presión (2) están cerradas en reposo.
Leyenda:
- Remmen
- Válvulas reductoras de presión
- Válvulas de retención de presión
- Desconectar válvulas
- Manómetros para circuito de trabajo de presión de frenos y circuito simulador.
- Depósito del líquido de frenos
- Cilindro maestro
- Simulador de fuerza del pedal de freno
- Cilindro de presión de freno
- Motor eléctrico
- Válvula de diagnóstico
- Conexiones amarillas: depósito de líquido de frenos de suministro y retorno;
- Conexiones azules: presión de simulación;
- Conexiones rojas: presión de trabajo (presión de freno).
En caso de que exista una fuga cerca del cilindro de presión de freno, o exista una falla eléctrica que impida que el motor eléctrico acumule suficiente presión de trabajo, las válvulas de liberación (4) se energizan para garantizar la seguridad. Se abre la conexión entre el cilindro de freno maestro y los cilindros de freno de las ruedas y se cierra la conexión con el cilindro de presión de freno. Debido a que falta el servofreno, debe presionar el pedal del freno con más fuerza para frenar.
Combinación de frenado eléctrico e hidráulico:
Los vehículos totalmente eléctricos e híbridos siempre tienen una combinación de sistema de frenado eléctrico e hidráulico. El sistema de frenado “freno por cable” del párrafo anterior aún no se utiliza con frecuencia. En ese sistema no existe una conexión directa entre el pedal del freno y los cilindros de freno de las ruedas. Un potente motor eléctrico proporciona toda la potencia de frenado, incluso durante una parada de emergencia. En ese caso no es necesario un servofreno.
En la mayoría de los vehículos eléctricos e híbridos, se logra una combinación de frenado eléctrico e hidráulico de la siguiente manera: con un frenado suave (medido), se produce un frenado regenerativo (eléctrico) porque los motores eléctricos funcionan como una dinamo. En caso de una frenada brusca y/o en caso de averías, el sistema hidráulico se activa inmediatamente. Aquí se utiliza un servofreno para aumentar la presión de frenado. Por tanto, al frenar se produce una interacción entre el motor eléctrico y los frenos mecánicos. A este sistema a veces también se le llama “drive by wire”, aunque este concepto se adapta mejor al sistema del párrafo anterior.
El siguiente diagrama se basa en el Toyota Prius 3. El pedal del freno (1) acumula presión de freno en el cilindro de freno maestro (3). Al frenar suavemente, sólo se frenan los motores eléctricos. El simulador de presión de freno (4) proporciona contrapresión al pisar el pedal del freno. La válvula simuladora de presión de freno se abre en condiciones normales de funcionamiento. Al frenar bruscamente, se abren las válvulas de bloqueo (5) y se cierra la válvula del simulador. Las pinzas de freno de las ruedas delanteras reciben presión de frenado. Abrir y cerrar las válvulas hidráulicas (6) permite que la presión de frenado llegue también a las ruedas traseras. Los sensores de presión de freno (de izquierda a derecha: p lv a mp rv) miden la presión y la transmiten a la ECU. Las válvulas hidráulicas (5, 6 y 7) se regulan en función de la presión de frenado deseada mediante una señal PWM.
El sistema está diseñado de tal manera que, en caso de un corte de energía, la presión de los frenos en las ruedas traseras se libera completamente y el conductor controla la presión en las ruedas delanteras con el pedal del freno.
Leyenda:
- Pedal de freno
- Depósito del líquido de frenos
- Cilindro maestro en tándem
- Simulador de presión de freno
- Válvulas de bloqueo
- Válvulas hidráulicas (de izquierda a derecha cerradas)
- Válvulas hidráulicas, delanteras cerradas, traseras abiertas
- acumulador de presión
- Hidrobomba accionada por motor eléctrico.
- Válvula limitadora de presión
- Conexiones amarillas: depósito de líquido de frenos de suministro y retorno;
- Conexiones azules: presión de freno de la bomba hidráulica;
- Conexiones rojas: presión de freno del cilindro de freno maestro (con válvulas abiertas).
El frenado hidráulico del Toyota Prius 3 se realiza a través de las ruedas delanteras. Las ruedas traseras no están conectadas al cilindro de freno maestro. Este es el caso de los vehículos modernos, incluido el Kia Niro: los cuatro cilindros de freno son activados por el cilindro de freno maestro a través de dos circuitos.
Al frenar vehículos con un sistema de frenado similar, en determinadas circunstancias se pasa del frenado eléctrico al hidráulico. Para garantizar que la desaceleración del frenado y la sensación en el pedal del freno sean suaves, en este sistema de frenos se utiliza "mezcla de frenos". Esto es descrito en la siguiente sección.
Mezcla de frenos:
Al soltar el pedal del acelerador o al frenar con medida, muchos vehículos eléctricos frenan exclusivamente con los motores eléctricos. La energía cinética se convierte en energía eléctrica, aumentando la autonomía del vehículo. El sistema de frenado hidráulico apenas se utiliza. Cuando se requiere una desaceleración de frenado alta, el freno eléctrico y el freno de servicio hidráulico trabajan juntos. A la colaboración de los dos sistemas de frenos la llamamos “mezcla de frenos”. En generaciones anteriores de vehículos híbridos y totalmente eléctricos, esto no iba bien y la disminución de velocidad del vehículo cambiaba cuando se aplicaba el freno hidráulico. Con las tecnologías actuales, el conductor ya no nota la transición entre los dos sistemas de frenos. Tenga en cuenta: esta no es la tecnología utilizada con drive by wire.
El gráfico muestra la transición de los dos sistemas de frenado donde la desaceleración de frenado permanece constante. La fuerza del pedal del conductor (a) permanece igual durante 10 segundos. Cuando se inicia el frenado, el freno de servicio hidráulico y el frenado regenerativo de los motores eléctricos trabajan juntos. Durante los primeros seis segundos vemos que aumenta la desaceleración debido a la frenada regenerativa. El motor eléctrico funciona como generador y suministra la energía generada a la batería HV. La fuerza de frenado del freno de servicio hidráulico continúa disminuyendo hasta que ya no funciona. Al cabo de aproximadamente 7,5 segundos nos acercamos a la parada del vehículo y la potencia de frenada eléctrica desaparece. La fuerza de frenado hidráulica vuelve a aumentar. Al cabo de 8,5 segundos el vehículo se detiene. El conductor continúa pisando el pedal del freno por un momento.
a: fuerza del pedal del conductor
b: desaceleración debido al frenado regenerativo (usando motor eléctrico)
c: desaceleración debido al freno de servicio hidráulico
d: retraso deseado por el conductor
e: disminución de velocidad
re = c + b
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