EL FRENADO EN VEHÍCULOS DE CARRETERA DESCRIPCIÓN, CÁLCULO Y REGLAMENTACIÓN

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Eugenio Ponce Roldán
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1 EL FRENADO EN VEHÍCULOS DE CARRETERA DESCRIPCIÓN, CÁLCULO Y REGLAMENTACIÓN SEGUNDA EDICIÓN REVISIÓN 0 Santiago Baselga Ariño LAIMUZ

3 ÍNDICE-III AUTOR: Dr. Santiago Baselga Ariño Profesor de Automóviles y Ferrocarriles de la Universidad de Zaragoza A Merche, Mario y Carolina. III

4 ÍNDICE -IV IV

5 ÍNDICE-V PRESENTACIÓN Esta publicación es el resultado del trabajo de estudio, desarrollo y recopilación de información llevada a cabo sobre diversas fuentes y autores de resonancia que han desarrollado una inestimable labor en el análisis y entendimiento del automóvil y su entorno, implementando un planteamiento didáctico, con desarrollos analíticos para cálculo de componentes y determinación de las conclusiones que se han ido obteniendo de la explicación de esta materia a ya múltiples promociones de alumnos de Ingeniería del Centro Politécnico Superior de Ingenieros de la Universidad de Zaragoza. Se ha buscado que el procedimiento seguido en la explicación de la temática sea el más adecuado para un rápido entendimiento de los conceptos estudiados. La temática de esta colección corresponde a la descripción y cálculo de los elementos de frenada en vehículos terrestres, y al estudio de la dinámica básica aplicada al fenómeno de frenado. Adicionalmente, se ha realizado una descripción minuciosa de los diversos componentes y su funcionamiento para los diferentes tipos de sistemas de frenado empleados más habitualmente en vehículos de carretera. La metodología de cálculo y un programa de cálculo desarrollado son de aplicación directa a vehículos de cualquier categoría incluidos remolques y semirremolques. También se ha incluido la Reglamentación de la Unión Europea, sobre los dispositivos de frenado de determinadas categorías de vehículos a motor y de sus remolques. Es interesante mencionar que a pesar de que es una colección que está pensada para el aprendizaje del estudiante de ingeniería, los modelos matemáticos se han explicado desde su base, por lo que es muy válido como manual de cálculo y de comprensión para todo aquel lector que sin ser un especialista, desee adentrarse con mayor detalle en el mundo del automóvil, y en particular en lo que a sistemas de frenado se refiere. Sin más que agradecer al lector su interés mostrado por la publicación, es mi deseo que la calidad de la obra se vea justificada por la aprobación de aquellas personas que hagan un seguimiento de ella. V

6 ÍNDICE -VI VI

7 ÍNDICE-VII ÍNDICE ANALÍTICO PÁGINA CAPÍTULO TEORÍA GENERAL DE FRENOS Introducción Ecuaciones de dinámica general longitudinal en frenado Consideraciones básicas de un vehículo durante el frenado Deceleración en el frenado Movimiento uniformemente decelerado en recta Tiempo de reacción del conductor Movimiento real de un vehículo durante el frenado Distancias recorridas en el frenado Consecuencias del frenado Efectos de un frenado desequilibrado Características de un correcto frenado Eficacia de frenado y deceleración Reparto de la fuerza de frenado 36 CAPÍTULO TIPOLOGÍAS DE SISTEMAS DE FRENOS Generalidades Componentes básicos del sistema de frenado 41 VII

8 ÍNDICE -VIII 2.3 Sistema hidráulico de frenada Pedal Servofreno Cilindro maestro Canalizaciones de circuito Líquido de frenos Correctores de frenada Dispersión del sistema hidráulico Frenos de base o elementos de fricción Sistema neumático de frenado Descripción del sistema neumático Componentes básicos de un sistema de frenado neumático Sistemas auxiliares de retención Freno eléctrico. Ralentizador Retardadores intarders hidrodinámicos Freno motor 89 CAPÍTULO SISTEMAS DE CONTROL DEL FRENADO Planteamiento Sistema antibloqueo de frenado. ABS 96 VIII

9 ÍNDICE-IX 3.3 Bases de funcionamiento del ABS Componentes del ABS Sensores de giro Electroválvulas Hidrogrupo Unidad de control ECU Frenada normal Frenada de emergencia Configuraciones ABS ABS, ASR y SL en sistemas neumáticos Centralita electronica ECU Válvula electroneumatica proporcional Válvula electroneumatica para ASR Sensor de vueltas y ruedas fónicas Programa Electrónico de Estabilización ESP Sistema de regulación de la dinámica de movimiento Sistema total de regulación El observador Regulador de la dinámica de movimiento 115 IX

10 ÍNDICE -X Regulador de deslizamiento Evolución de los sistemas de frenado Evolución de los sistemas de control electrónico. Software Sistemas de control electrónico de frenado en el mercado Desarrollo de sistemas mecánicos de frenado. Hardware 123 CAPÍTULO CÁLCULO DE DISCOS Y TAMBORES Frenos de tambor Freno de tambor SIMPLEX" Freno de tambor TWIMPLEX Freno de tambor DUO-SERVO Cálculo de los frenos con zapatas apoyadas Superficie de los forros de las zapatas Fuerzas que actúan en la zapata Momento de la resultante y punto de aplicación Par de frenada Presiones de contacto Radio equivalente del freno de tambor Cálculo de frenos con zapatas articuladas Esfuerzos característicos 138 X

11 ÍNDICE-XI Momento resultante de la zapata Par de frenada Reacciones en las articulaciones Bombines o cilindros de frenos de tambor Bombín de doble pistón Bombín de émbolo único Bombín de cilindros escalonados Cálculo de frenos con pulmón de freno y leva tipo S Apoyo flotante de leva Apoyo rígido de leva Frenos de disco Superficie de las pastillas Par de frenada Radio equivalente Cálculo de frenos con pulmón de freno y disco con husillo 153 CAPÍTULO PROPIEDADES Y SOLICITACIÓN DE LOS FRENOS Eficacia e inestabilidad de los frenos de tambor Eficacia e inestabilidad en los frenos de disco Materiales para discos y tambores 157 XI

12 ÍNDICE -XII Resistencia a la abrasión Resistencia mecánica Conductibilidad térmica Resistencia a la fisuración térmica Estabilidad dimensional Forros y pastillas de fricción Esfuerzos en el pedal de freno Fuerza transmitida del pedal de freno Transmisión de esfuerzos en sistema hidráulico Fuerza transmitida por el servofreno Sección del cilindro maestro Desplazamiento del pedal de freno Transmisión de esfuerzos en sistema mecánico Transmisión de esfuerzos en sistema neumático 171 CAPÍTULO CURVAS DE EQUIADHERENCIA Determinación de las curvas de equiadherencia Interpretación de las curvas de equiadherencia y de frenado La curva de equiadherencia en función de presiones Efectos de los correctores de presión 186 XII

13 ÍNDICE-XIII CAPÍTULO DETERMINACIÓN DEL EQUIPO DE FRENOS Distancia técnica entre ejes Planteamiento del sistema de frenos Corrector de frenada Consideraciones prácticas sobre el reparto de frenada Análisis energético de los frenos Tensiones de origen térmico Presiones de funcionamiento del corrector de frenada 212 CAPÍTULO NORMATIVA Introducción Funciones del dispositivo de frenado Ensayos de frenado Generalidades Condiciones para ensayo del tipo 0. Categorías M (no M1), N y O Rendimiento (o eficacia) del sistema de frenado. Categorías M y N Rendimiento (o eficacia) del sistema de frenado. Categoría O Tiempo de respuesta del sistema de frenado. Categorías M, N y O Distribución del esfuerzo de frenado (Anexos: 10 R13 y 5 R13H) Requisitos generales 229 XIII

14 ÍNDICE -XIV Validación del desarrollo de la fuerza de frenado (Sólo Reglamento 13) Requisitos para vehículos de motor de dos ejes Requisitos para vehículos de motor de más de dos ejes 236 CAPÍTULO VERIFICACIÓN Y CONTROL DE LOS FRENOS Introducción Síntomas que pueden presentarse en un sistema de frenos Revisión de los frenos Bomba de frenos Freno de disco Freno de tambor Freno de mano Purgador de los frenos Verificación y control del servofreno Prueba de los frenos Verificación de los sistemas de freno con antibloqueo Diagnosis de problemas en forros de frenos de zapatas 255 BIBLIOGRAFÍA 267 XIV

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