ABS, ASR y ESP
ABS, ASR y ESP
ABS, ASR y ESP
Curso UniTrain
«ABS, ASR y ESP»
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1/116 Sistemas de control de estabilidad ABS, ASR, ESP lunes, 4 de abril de 2022
Índice
Metas de aprendizaje 5
Material 6
Tarjeta 7
Neumáticos 10
Subviraje y sobreviraje 18
Ángulo de derrape 19
Prueba de conocimientos 20
Prueba de conocimientos 29
Pedal de freno 32
Amplificador de freno 33
Depósito de compensación 35
Líquido de frenos 37
Prueba de conocimientos 38
Frenos de rueda 40
Frenos de tambor 41
Frenos de disco 44
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Prueba de conocimientos 46
Prueba de conocimientos 53
Señal de velocidad 57
Grupo hidráulico 64
Ciclos de regulación 66
Protocolo de diagnóstico 78
Tareas 82
Situaciones de regulación 86
Protocolo de diagnóstico 88
Prueba de conocimientos 93
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Requisitos 95
Funcionamiento 96
Maniobra 97
La trazada en curvas 98
Copyright 117
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Metas de aprendizaje
Contenidos de aprendizaje
Fundamentos de la física aplicada al movimiento de los vehículos
Subviraje
Sobreviraje
Funcionamiento y estructura de los sensores
Funcionamiento y estructura del sistema ABS
¿Qué es el deslizamiento?
Circuito de regulación ABS
Funcionamiento y estructura del sistema ASR
Situaciones de control
Funcionamiento y estructura del sistema ESP
Modo de operación
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Material
CO4203-
Interfaz UniTrain
2A
CO4203-
Accesorios de medición UniTrain
2J
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Tarjeta
Pulse el lugar deseado de la imagen para obtener más información acerca de los distintos
componentes del panel.
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Puesta en marcha del panel de experimentación
Esta página le ofrece un breve resumen del funcionamiento y el manejo del panel de
experimentación.
Puesta en funcionamiento
En la zona inferior del panel se encuentra el interruptor de encendido. Cuenta con tres
posiciones: izquierda, centro y derecha: (apagado, encendido, arranque del motor). Al
comienzo, desplace la palanca del interruptor completamente a la derecha para que el
vehículo pueda ponerse en marcha.
Ahora puede acelerar o frenar el vehículo. Para ello, utilice el mando deslizante
correspondiente.
Puede configurar individualmente el estado de la calzada. Para ello, accione el
correspondiente interruptor de la zona izquierda del panel.
Regule la tendencia del vehículo al subviraje o al sobreviraje, lo que repercute en el
circuito de frenado en modo ESP.
Puede modificar el ángulo de viraje corrigiendo así la posición del volante. Esto se puede
visualizar a través de la semicircunferencia de ledes de la zona izquierda del panel.
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Fundamentos de la física aplicada al movimiento de los
vehículos
En la actualidad, los dispositivos de frenado de los vehículos modernos son muy eficientes y fiables.
Sin embargo, siempre se pueden producir situaciones críticas, por ejemplo, debido a las malas
condiciones de la vía o a una reacción equivocada del conductor, fruto de una situación de
sobresalto. En este contexto, el estado técnico del vehículo desempeña una función
complementaria. La profundidad del dibujo del neumático, por ejemplo, ejerce una influencia
significativa sobre la longitud de la distancia de frenado, más aún sobre una calzada mojada. La
distancia que recorre el vehículo hasta detenerse aumenta de manera desproporcionada si la
profundidad del dibujo del neumático es reducida.
Los modernos sistemas de freno regulados, de control de estabilidad y de asistencia, como el ABS,
el ASR y el ESP, suelen ayudar al conductor en situaciones críticas. Sin embargo, ni la electrónica
más vanguardista puede suprimir la fuerza de la gravedad. La responsabilidad principal sigue
estando en manos del conductor, quien tiene que adaptar la velocidad a las condiciones climáticas, a
la vía sobre la que transita y a sus facultades. Cuanta más experiencia tenga el conductor, con más
precisión tomará una curva o realizará maniobras de frenado o aceleración.
El estado de ánimo del conductor también juega un papel fundamental, ya que este ejerce una gran
influencia sobre el tiempo de reacción, que comprende el intervalo que va desde que se percibe un
peligro hasta que se acciona el pedal de freno. A esta situación se añade el agravante de que
muchos conductores, a pesar de que reaccionan rápidamente, no pisan el pedal de freno con la
energía suficiente, por lo que no aprovechan del todo la fuerza que tienen a su disposición.
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Neumáticos
El neumático es el punto de unión entre la calzada y el vehículo. Por lo tanto, resulta decisivo en la
seguridad del automóvil. Su cometido es la transmisión de las fuerzas de laterales, las de propulsión
y de frenado. El neumático tiene que cumplir una multitud de exigencias entre las que podemos
mencionar las siguientes:
De manera adicional, se busca que las cubiertas de los neumáticos cuenten con una prolongada
vida útil. La tecnología ha avanzado tanto que incluso posibilita diversas propiedades de marcha en
caso de emergencia.
La profundidad del dibujo de los neumáticos también desempeña una función decisiva con respecto
a la seguridad en la conducción (gráfica), ya que precisamente proporciona la fuerza de agarre
necesaria sobre calzadas mojadas. El aquaplaning es una de las situaciones de especial riesgo. Se
produce cuando hay una capa fina de agua sobre la calzada y los neumáticos no pueden evacuarla,
provocando que sea imposible girar o frenar, ya que no existe fuerza de agarre alguna.
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Deslizamiento del neumático
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Fuerzas y pares que actúan en el vehículo
Inercia
La inercia significa que todo cuerpo tiende a mantener su estado concreto de reposo o de
movimiento. Se requiere una fuerza para modificar dichos estados.
Los movimientos rotatorios de los cuerpos se ven influenciados por pares determinados. El par de
propulsión y el de frenado influyen en el movimiento rotatorio de una rueda. Las fuerzas y los pares
afectan a la totalidad del vehículo durante su marcha.
Las fuerzas que se ejercen a lo largo del eje longitudinal son, por ejemplo, la de
propulsión, la de frenado, y la de la resistencia del aire.
Las que se ejercen en el eje transversal son, por ejemplo, la fuerza lateral, la fuerza
centrífuga y la del viento lateral.
Las que actúan en el eje vertical son, por ejemplo, las de oscilación vertical (elevación y
descenso).
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Los pares que afectan al automóvil lo hacen en torno a estos tres ejes. Diferenciamos entre:
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El círculo de Kamm o de tracción
Un movimiento deseado o un cambio del mismo solo se consigue con la fuerza de los neumáticos.
Dicha fuerza se subdivide en:
Se produce por el peso del automóvil y su carga. Actúa sobre cada una
Fuerza de las ruedas. Depende de la inclinación o de la pendiente de la calzada
perpendicular: y es más elevada si la vía es plana. Las ruedas asimilan la fuerza
perpendicular y sus paredes laterales se deforman en función del peso.
En este círculo se representa la relación que existe entre las fuerzas mencionadas anteriormente. El
radio del círculo corresponde al total de la fuerza máxima disponible que la rueda puede descargar
sobre la pista. Si las fuerzas presentes se aproximan al valor máximo, aumenta, en primer lugar, el
deslizamiento hasta el momento en que la rueda pierde por completo la adherencia. La fricción
estática pasa a convertirse en fricción de deslizamiento, lo que, por ejemplo, podría llevar a que se
produzca un derrape del vehículo debido a una maniobra fallida sobre la calzada.
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Dinámica del vehículo
Es el resultado de la acción lateral del viento y la fuerza centrífuga en una curva. Solo se pueden
transmitir fuerzas de guiado lateral si el movimiento del automóvil sobre la vía es diagonal. De esta
manera se origina un ángulo de deriva lateral que crece al aumentar la aceleración transversal.
Ángulo de deriva lateral: Describe el ángulo formado por la trazada de la rueda y la dirección real
del movimiento del neumático.
En ambos casos, el sistema de sensores ESP reconocería un viraje indeseado en torno al eje
vertical y lo contrarrestaría cada rueda con fuerzas individuales; de esta manera, el vehículo se
vuelve a estabilizar.
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Dinámica longitudinal del automóvil
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Subviraje y sobreviraje
Subviraje Sobreviraje
Si el ángulo de deriva lateral de las ruedas Si el ángulo de deriva lateral de las ruedas
delanteras aumenta más que en las traseras aumenta más que en las delanteras,
traseras, este fenómeno se denomina este fenómeno se denomina «sobreviraje». La
«subviraje». El automóvil se desplaza sobre parte trasera del vehículo se descontrola.
el eje delantero.
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Ángulo de derrape
El ángulo de derrape es la variable decisiva cuando se trata del control y la intervención en el modo
ESP. La siguiente animación explica el concepto del ángulo de derrape y su origen.
Este ángulo resulta de la diferencia entre la orientación que adopta el vehículo y el movimiento real
del mismo. Debido al círculo de Kamm o de tracción, en las curvas siempre predomina cierto ángulo
de derrape. Sin embargo, hasta que este no supere los 5º, los conductores apenas lo perciben o lo
pueden corregir fácilmente.
Si se dibujan ángulos de derrape mayores, pero bajo control, en términos deportivos se habla aquí
de derrapar (drifting).
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Prueba de conocimientos
La profundidad del dibujo de los neumáticos también ejerce una influencia directa en la
distancia de frenado. ¿En qué medida varía la distancia de frenado cuando la profundidad
del dibujo solo es de 1 mm?
Las fuerzas que afectan al vehículo se distribuyen en tres ejes distintos: asigne las fuerzas a
los ejes.
Eje vertical __
Eje transversal __
Eje longitudinal __
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¿Qué significado tiene el ángulo de deriva lateral?
Elevado Pequeño
Ángulo de deriva lateral delantero
Ángulo de deriva lateral trasero
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Sistemas de frenos en el automóvil
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Componentes del sistema de frenos de un automóvil
Dispositivo de mando
Dispositivo de abastecimiento de energía
Sistema de transmisión
Frenos de rueda
Abastecimiento de energía:
Energía hidráulica
Energía eléctrica
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Sistema de transmisión
Regulador
Varillas
Conductos hidráulicos
y eléctricos
Reductor de fuerza de
frenado
Unidad de control
Freno Freno
Freno de rueda del eje Freno de rueda del eje
delantero trasero
Freno de rueda del eje
trasero
Los dispositivos de mando sirven para controlar la presión de frenado. El principal es el freno de
pedal del vehículo, a través del cual, el conductor ejerce influencia directa en la acción de detenerlo.
Los sistemas de transmisión dirigen la presión del freno, aplicada por el conductor, al freno de
rueda correspondiente. Además, esta presión se regula de manera óptima mediante componentes
adicionales. En este contexto, resulta importante que se ajuste la presión de los frenos, por ejemplo,
de eje trasero, ya que una presión demasiado elevada derivaría inevitablemente en un derrape de la
parte trasera del vehículo.
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Distribución del circuito de frenos
La legislación alemana exige una división de los sistemas de freno en dos circuitos para todos los
automóviles matriculados. Según la norma DIN 74.000, hay cinco distribuciones posibles de circuitos
de frenos. La asignación de las letras obedece a forma que adopta la distribución y al ordenamiento
de las líneas. Las dos variantes más comunes son la II y la X.
Estas dos distribuciones tienen la ventaja de que, en caso de que un circuito de frenos falle, el
segundo seguirá funcionando íntegramente. Las distribuciones restantes resultan más vulnerables
en caso de que haya un recalentamiento de uno de los frenos de rueda. En este caso todo el
sistema de frenos quedaría paralizado.
Distribución II:
Distribución X:
Distribución HI:
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Distribución LL:
Distribución HH:
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Distribución del circuito de frenos
La división del circuito de frenos es obligatoria por ley. Mediante esta medida aumenta la
seguridad de los sistemas de frenado en caso de que haya un defecto en el circuito. De esta
manera, un defecto solo afecta a una parte concreta del sistema de frenos.
En el panel de experimentación se puede ver una representación sistemática del circuito de frenos.
Intente averiguar la distribución del circuito de frenos del panel por medio de los conocimientos
adquiridos previamente.
Distribución II
Distribución X
Distribución HI
Distribución LL
Distribución HH
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¿Por qué se divide el circuito de frenos en dos circuitos?
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Prueba de conocimientos
Dispositivo de mando
Equipo dosificador
Dispositivo de abastecimiento de energía
Dispositivo de control
Sistema de transmisión
Frenos de rueda
Pedal de freno
Controlador
Cilindro maestro
Amplificador de freno o servofreno
Unidad de control
Varillas
Controlador
Varillas
Conductos hidráulicos y eléctricos
Freno de rueda del eje delantero
Freno de rueda del eje trasero
Freno reductor de velocidad
Unidad de control
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¿Qué distribuciones del circuito de frenos se emplean principalmente?
Distribución HI
Distribución II
Distribución LL
Distribución X
Distribución HH
¿Qué ventajas tienen estas distribuciones que, además, son las más utilizadas?
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Componentes del sistema de frenos
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Pedal de freno
La tarea de este pedal radica en transmitir la fuerza que el conductor aplica con el pie al sistema de
frenos. En los vehículos se utilizan dos variedades de pedales de freno:
El pedal colgante se ha impuesto en la gran mayoría de los vehículos. El pedal de freno está alojado
con su eje en el soporte de manera que se pueda desplazar. Gracias al muelle recuperador, el pedal
de freno se mantiene en reposo cuando no está accionado. Este muelle está encastrado en el
salpicadero en casi todos los vehículos.
A través de este mecanismo, el vástago de émbolo ejerce una presión directa sobre el servofreno.
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Amplificador de freno
Para detener las ruedas y, con ellas, el vehículo, hay que ejercer una presión sobre los discos de
freno. Esta puede oscilar entre los 60 o los 100 bares en los vehículos modernos y no podría
ejercerse únicamente con fuerza muscular. En este caso, el amplificador de freno sirve de elemento
auxiliar, incrementando la fuerza ejercida con el pie y aportando la presión de frenado necesaria.
Además, utiliza energía ya presente en el vehículo. En los motores a gasolina, el vacío para reforzar
la frenada se obtiene directamente del ducto de admisión. Por su parte, los motores diésel están
dotados de una bomba de vacío.
La cámara de trabajo está separada de la de vacío por una membrana. Cada vez que el conductor
pisa el pedal de freno, la fuerza se transmite por el vástago de émbolo al pistón de trabajo. El
vástago transmite la presión incrementada al cilindro maestro de freno.
Hasta que no se active el pedal de freno, las cámaras de trabajo y de vacío están conectadas entre
sí por los conductos de la carcasa de la válvula. En ambas cámaras hay vacío gracias a la conexión
de presión negativa. Cuando el conductor pisa el pedal de freno, se mueve el vástago de émbolo
hacia la cámara de vacío. Ahí, el vástago presiona el manguito de la válvula doble contra el asiento
de la válvula, lo que hace que la cámara de vacío y la de trabajo se separen la una de la otra.
Cuando el vástago de émbolo se vuelve a accionar, el émbolo buzo se separa del manguito de la
válvula doble. Por consiguiente, el aire fluye hacia la cámara de trabajo, en la que ahora existe una
elevada presión, al igual que en la cámara de vacío. De esta manera, actúan simultáneamente la
fuerza auxiliar del vacío y la que se ejerce con el pie. El vástago de presión transmite la fuerza al
cilindro maestro de freno.
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Cilindro maestro de freno
El cilindro maestro de freno tiene la misión de convertir la fuerza mecánica que el conductor ejerce
con el pie en una presión hidráulica, lo que sucede cuando el cilindro controla que el líquido de
frenos se vierta y circule por el circuito de frenado.
Debido a la disposición oficial según la cual un vehículo tiene que poseer dos circuitos de frenado
independientes entre sí, se emplean los llamados cilindros maestros en tándem. Dos cilindros
maestros conectados en línea uno tras otro conducen el líquido de frenos al sistema.
La siguiente imagen muestra un cilindro maestro con válvula central. El cilindro maestro está
equipado de un pistón flotante con una válvula central integrada. Cuando el freno no está sometido a
presión, el líquido de frenos puede fluir por la perforación del vástago de la válvula, por lo que no es
necesario realizar un orificio de compensación en el segundo circuito ya que la válvula central asume
esta función. Para prevenir averías durante los ciclos de regulación ABS, la mayoría de los cilindros
maestros de freno están equipados con dos válvulas centrales.
Si el conductor pisa el freno, la fuerza ejercida se aplica directamente al émbolo del vástago de
presión desplazándolo hacia el cilindro maestro de freno. Así, el émbolo pasa a través del orificio de
compensación y el líquido de frenos de la cámara de presión puede desplazar el pistón flotante
también hacia el extremo izquierdo. En caso de que exista mayor presión, esta también aumenta en
ambas cámaras. Al dejar de ejercer fuerza con el pie, los pistones se desplazan de nuevo hacia la
dirección de salida hasta que el orificio de compensación vuelva a liberarse. Ahora, el líquido de
frenos puede fluir de nuevo por el depósito de compensación de modo que los frenos vuelven a
verse liberados de la presión.
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Depósito de compensación
Las dos conexiones del depósito de compensación están unidas con las dos entradas del cilindro
maestro de freno. El dispositivo de advertencia integrado (luz de emergencia) trabaja según el
principio del flotador. Si desciende el nivel del líquido de frenos por debajo de su límite, el flotador
cierra el circuito eléctrico por medio del contacto y se enciende la luz de emergencia.
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Canalizaciones y manguitos de frenos
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Líquido de frenos
La propiedad de absorber el agua lleva a que, según el fabricante y en intervalos regulares, haya
que cambiar el líquido de frenos. Si aumenta el porcentaje de agua en el líquido, se puede
desencadenar el proceso de creación de burbujas de aire.
En el sentido estricto de la palabra, frenar significa rozamiento que se traduce en calor, el agua
absorbida se evapora debido al punto de ebullición bajo (100º) y las burbujas originadas se
comprimen. Bajo estas condiciones no se puede producir más presión resultando imposible la acción
de frenar.
Ahora distinguimos entre el punto de ebullición en seco del nuevo líquido de frenos y el punto de
ebullición en mojado del líquido con un porcentaje de agua del 3,5%.
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Prueba de conocimientos
De 10 a 60 bares
De 60 a 100 bares
De 100 a 160 bares
De 160 a 200 bares
El servofreno debe respaldar la fuerza que el conductor ejerce con el pie por medio de la
presión presente en el ducto de admisión. ¿Qué relación de presión existe en el ducto de
admisión?
De 0,1 a 1 bares
De 0,5 a 0,9 bares
De 1 a 1,5 bares
De 1,5 a 1,9 bares
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Las disposiciones legales precisan que se divida el circuito de frenos en dos partes
independientes entre sí. Para ello, se instala el llamado cilindro maestro de freno en
tándem. ¿Cuál es la estructura de un cilindro maestro de freno?
El depósito de compensación debe equilibrar las oscilaciones del líquido de frenos. ¿Por
qué pueden aparecer variaciones en el volumen del líquido de frenos?
El líquido de frenos tiene que cumplir determinadas condiciones para que pueda transmitir
la presión de frenado ejercida sobre los frenos de rueda en todas las situaciones. ¿Qué
requisitos tiene que reunir el líquido de frenos?
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Frenos de rueda
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Frenos de tambor
En estos frenos, la fuerza se genera dentro de la superficie del tambor. Las zapatas presionan la
superficie generando la potencia de frenado necesaria. La siguiente animación explica el
comportamiento en el interior de un servofreno de doble circuito.
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Proceso de detención del vehículo por medio del freno de servicio:
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Proceso de detención del vehículo por medio del freno de estacionamiento:
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Frenos de disco
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Prueba de conocimientos
1 __
2 __
3 __ Los frenos giran
en sentido
4 __
horario.
5 __
6 __
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Indique el nombre de cada uno de los componentes del freno de disco
1 __
2 __
3 __
4 __
5 __
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Sistema antibloqueo ABS
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Exigencias impuestas al sistema ABS
Los sistemas ABS tienen que cumplir con todos los requisitos relativos a la seguridad de la dinámica
de frenado y la tecnología de los dispositivos. Los siguientes cuatro puntos revisten especial
importancia:
Rango de regulación
La regulación de los frenos tiene que funcionar en todos los rangos de velocidad del
vehículo. El límite menor se establece en 2,5 km/h. Si las ruedas se bloquean a esta
velocidad, el tramo restante hasta que se detenga el vehículo no resulta crítico.
Respuesta en el tiempo
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Fiabilidad
Los componentes del sistema ABS tienen que controlarse constantemente. En cuanto se
advierta un defecto en el patrón de frenada, se debe desconectar todo el sistema ABS.
Además, el conductor recibe el aviso por medio de un testigo de emergencia.
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Dinámica de la rueda frenada
Para frenar un vehículo, la rueda tiene que presentar un deslizamiento negativo concreto. A través
de este deslizamiento, el coeficiente de adherencia aumenta automáticamente y por consiguiente, el
vehículo ralentiza la marcha o se frena. La imagen muestra la relación entre el deslizamiento y el
coeficiente de adherencia.
Las curvas de la siguiente gráfica muestran que, con un deslizamiento reducido, se alcanza el
máximo coeficiente de adherencia. En caso de que la vía esté seca (1) se obtiene un deslizamiento
de alrededor de un 10%. También resulta fácil darse cuenta de que el coeficiente de adherencia
vuelve a disminuir si continua aumentando el deslizamiento, lo cual se debe a que la superficie de
contacto de la rueda con la vía se deforma cada vez más hasta que la rueda pasa de la fricción
estática al deslizamiento. En caso de que se dé el 100% de deslizamiento, solo se produce fricción
por deslizamiento. Este principio se aplica sea cual sea el estado de la calzada.
La nieve o la grava, por ejemplo, dan lugar a algunas excepciones. En estos casos, si se frena a
fondo, se forma una cuña ante la rueda, que aumenta el coeficiente de fricción (3) con un 100% de
deslizamiento.
Debido a esto, el sistema ABS trabaja en rangos predeterminados (segmentos azules de la imagen).
1 = Calzada seca
2 = Calzada mojada
3 = Nieve
4 = Placas de hielo
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Dinámica de la rueda frenada en curva
Ya que en la realidad, el vehículo también tiene que mantenerse estable al circular por una curva, los
rangos de regulación del sistema ABS se amplían. El fundamento es, de nuevo, el ángulo de deriva
lateral. Este ángulo es muy amplio al principio de la frenada, si el vehículo toma una curva, y de él
resulta el coeficiente de fuerza lateral.
Del siguiente diagrama se extrae con claridad que el coeficiente de fuerza lateral en un ángulo de
deriva lateral de 10º es claramente mayor que en uno de 2º. Al mismo tiempo, con un ángulo de
deriva lateral de 10º se presenta el mayor coeficiente de adherencia posible únicamente cuando se
llega a un 40% de deslizamiento.
Si se frena a fondo en una curva con una gran aceleración transversal, el ABS interviene antes de
tiempo y, al inicio, permite, por ejemplo, un deslizamiento de frenada del 10%. Con un α = 10°, se
alcanzará solo un coeficiente de adherencia del 0,35, mientras el coeficiente de fuerza lateral con
0,80 llega casi a su máximo. Dado que al frenar en una curva, la aceleración transversal se reduce al
mismo tiempo, el ABS permite un valor de deslizamiento mayor. De esta manera, la desaceleración
ha aumentado y el cociente de fuerza lateral disminuye hasta llegar a cero una vez que el vehículo
se haya detenido.
Al frenar en curva, las fuerzas aumentan tan rápido que apenas se percibe una diferencia respecto a
la distancia de frenado en una recta.
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Prueba de conocimientos
1 = Calzada seca
2 = Calzada mojada
3 = Nieve
4 = Placas de hielo
____ % deslizamiento
____ fricción
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¿En qué rango del deslizamiento de frenado interviene el ABS?
Del 0 al 20 %
Del 8 al 40 %
Del 10 al 40 %
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Sinopsis del sistema
Pedal de freno
Servofreno
Cilindro maestro
Depósito de compensación
Canalizaciones y manguitos de frenos
Frenos de rueda con cilindros
El testigo de control muestra la existencia de una disfunción al conductor y con ella, la consecuente
desconexión del ABS.
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Sensores del número de revoluciones
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Señal de velocidad
Montaje de experimentación
Conecte los cables en el panel de experimentación como se muestra a continuación. En esta
medición descubrirá con qué tensión se alimenta el sensor de velocidad.
RANGE: 10 V
MODE: RMS
AC
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¿Cuál es el valor tensión de alimentación del sensor de velocidad?
____ voltios
Conecte los cables del montaje de experimentación como se describe a continuación para que
se pueda visualizar la señal del tacómetro.
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Abra el instrumento virtual Osciloscopio en el menú
Instrumentos/ Instrumentos de medición
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Señal de velocidad a 20 km/h
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Señal de velocidad a 40 km/h
Sensor inductivo
Sensor de efecto Hall
Sensor magnético
1
2
3
4
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Asigne el tipo de señal a los bornes de la unidad de control.
Pin1 __
Pin2 __
Pin3 __
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Unidad de control ABS
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Grupo hidráulico
El grupo hidráulico es la unidad de control del sistema ABS. Puede conectar o bloquear los
conductos hidráulicos presentes entre el cilindro maestro de freno y los cilindros de rueda. Además,
puede crear una conexión con la bomba de retorno para reducir controladamente la intensidad de
frenado.
En estado normal, todas las válvulas del grupo hidráulico se encuentran en posición de reposo; es
decir, todas las válvulas de admisión se encuentran abiertas mientras que las de retorno están
cerradas. De esta manera la presión que el conductor ejerce sobre el pedal del freno puede
transmitirse sin obstáculos a los frenos de las ruedas.
Si la unidad de control percibe la tendencia al bloqueo de una rueda, abastece con electricidad a la
válvula magnética correspondiente a través de la línea de alimentación. Ahora la presión no puede
seguir aumentando. Si la tendencia al bloqueo continuara en aumento, la unidad de control
suministra igualmente corriente a la válvula del conducto de retorno, la misma que permite que se
evacue el líquido de frenos de forma controlada por medio de la bomba de retorno.
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Circuito de regulación ABS
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Ciclos de regulación
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Frenada ABS sobre calzada seca
En esta página se conocerán los efectos del control ABS en las diferentes situaciones de
marcha y las distintas condiciones de la vía.
Montaje de experimentación:
Ajuste el panel para el siguiente ejercicio como se indica a continuación:
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Eleve la velocidad del vehículo a 50 km/h. A continuación, frene el automóvil de manera
controlada. Acelere seguidamente para experimentar el efecto de frenado con una
intensidad distinta. Indique si el sistema ABS ha intervenido o no.
ABS ABS
desactivado activado
Pedal de freno pisado aproximadamente en
un 20%
Pedal de freno pisado aproximadamente en
un 70 %
Pedal de freno pisado aproximadamente en
un 100 %
¿En qué freno de rueda ha intervenido de manera controlada la unidad de control de ABS?
No
Intervención
interviene
Freno de rueda delantera izquierda
Freno de rueda delantera derecha
Freno de rueda trasera izquierda
Freno de rueda trasera derecha
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Frenada ABS sobre calzada mojada
En esta página se conocerán los efectos del sistema ABS en diferentes situaciones de
marcha y distintas condiciones de la vía.
Montaje experimental:
Ajuste el panel para el siguiente ejercicio como se indica a continuación:
1. Aumente la velocidad a 50km/h (de momento mantenga la condición de calzada seca para
poder acelerar más rápido).
2. En cuanto haya alcanzado velocidad, posicione el interruptor de las condiciones de la
calzada a la derecha en «Wet» (calzada mojada).
3. Interruptor de condiciones de la calzada a la izquierda en posición «Dry».
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Frene el automóvil de manera controlada. Acelere seguidamente para experimentar el
efecto de frenado con una intensidad distinta. Indique si el sistema ABS ha intervenido o no.
ABS ABS
desactivado activado
Pedal de freno pisado aproximadamente en
un 20 %
Pedal de freno pisado aproximadamente en
un 70 %
Pedal de freno pisado aproximadamente en
un 100 %
¿En qué freno de rueda ha intervenido de manera controlada la unidad de control de ABS?
No
Intervención
interviene
Freno de rueda delantera izquierda
Freno de rueda delantera derecha
Freno de rueda trasera izquierda
Freno de rueda trasera derecha
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Determinación de la velocidad de marcha del vehículo
Para que se lleve a cabo la regulación ABS, la unidad de control requiere la velocidad momentánea
de la marcha. Esta unidad determina esta varaible a través de los sensores de revoluciones de la
rueda mientras el vehículo se desplaza normalmente. No obstante, si interviene el sistema ABS, la
unidad de control ya no puede determinar la velocidad por medio de dichos sensores. La razón
radica en que, en la regulación ABS, las ruedas sujetas a control presentan diferentes velocidades
(en los casos más graves se bloquean). Por lo tanto, las señales enviadas ya no se pueden
utilizar para determinar la velocidad.
La unidad de control necesita esta variable a toda costa para la regulación. Para encontrar un
remedio a esta situación, se puede calcular indirectamente la velocidad del vehículo.
En general, en esta situación cabe mencionar que determinar la velocidad no solo depende de una
rueda, puesto que más bien se trata de obtener un valor medio. Estos cálculos se diferencian de un
fabricante a otro. La siguiente configuración para determinar la velocidad emplea el método más
común.
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Medición indirecta de la velocidad
El cálculo de la velocidad del vehículo a partir de los datos que facilita el propio automóvil solo
es posible de manera indirecta. Esto se fundamenta en el hecho de que el avance solo se
realiza en la medida en que lo permita el nexo que se establece entre los neumáticos y la
calzada.
Ejemplo:
Imagine que las cuatro ruedas del vehículo derrapan. Los sensores de velocidad comunican esta
señal a la unidad de control. En realidad, el vehículo no se mueve de su lugar.
Para que, sin embargo, podamos determinar una velocidad de marcha exacta, se suman las señales
de rotación de cada una de las ruedas. La unidad de control combina entre sí las señales de la rueda
delantera izquierda y trasera derecha, así como las de la delantera derecha y la trasera izquierda.
De esta forma se puede determinar la velocidad con bastante exactitud en situaciones de marcha
normales.
La velocidad del vehículo solo puede definirse de manera óptima si se da la siguiente situación:
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No obstante, la realidad es otra:
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Asignación diagonal de las señales de rotación
Debido a la asignación diagonal de las señales de rotación en la unidad de control, esta puede
procesar los datos como se describe a continuación. Toda la información hace referencia a un
vehículo de tracción delantera.
Una rueda accionada o frenada siempre presenta un deslizamiento que da lugar a una
diferencia con respecto a la velocidad momentánea. Dado que las señales del eje motriz
y las del eje trasero se combinan, la unidad de control le concede prioridad a las señales
de las ruedas traseras en lugar de dársela a las de las delanteras. De esta manera el
deslizamiento se puede calcular con más precisión. La unidad de control reconoce al
instante si los neumáticos delanteros ruedan a 20 km/h y los traseros a 0 km/h y puede
tomar las medidas apropiadas.
Debido al ángulo relativo que adoptan los neumáticos al girar, la rueda exterior que traza
la curva lo hace con una velocidad más elevada que la rueda interior. También en esta
situación, la unidad de control se ayuda por medio de la comparación de las señales
diagonales.
Para determinar la velocidad de manera aún más óptima, la unidad de control puede
recurrir a información suplementaria para efectuar el cálculo. Un sensor de aceleración
tridimensional suministra datos acerca de la aceleración del vehículo. Por medio de esta
señal, se puede calcular la velocidad del automóvil en caso de que se produzca un
frenado con el sistema ABS.
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Señal de velocidad en un frenado mediante el sistema ABS
Analice en esta página la señal de rotación durante un frenado efectuado mediante el sistema
ABS.
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1. Accione el pedal de freno al 100%
2. Copie el oscilograma con la velocidad aproximada de 50 km/h en la ventana vacía
empleando del método de arrastrar y soltar.
¿Puede utilizarse aún el valor obtenido de la señal del número de revoluciones para
determinar la velocidad?
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¿Cómo varía la señal del número de revoluciones al actuar el ABS?
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Encargo de taller : ABS
Un cliente se queja de que el testigo luminoso del sistema ABS se ilumina constantemente.
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79/116 Sistemas de control de estabilidad ABS, ASR, ESP lunes, 4 de abril de 2022
Protocolo de diagnóstico
Ya ha leído el registro de fallos con las anotaciones de que la avería se encuentra probablemente en
el sensor de velocidad de la rueda B1.
Abra el osciloscopio y efectúe todas las mediciones que en su opinión resultan relevantes para
revisar el sensor.
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Título del oscilograma
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Título del oscilograma
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Control de tracción (ASR)
Este control debe evitar el deslizamiento innecesario de las ruedas de tracción por medio de una
intervención concreta de los frenos y del motor. Las señales de los sensores de velocidad de las
ruedas motrices detectan el derrape, hecho que pone en marcha el correspondiente proceso de
regulación. Así se consigue que los vehículos de tracción trasera se mantengan estables, es decir,
que las ruedas traseras no patinen. Se contrarresta la tendencia al viraje excesivo. Se controla la
dirección de los vehículos de tracción delantera y se suprime también la tendencia al subviraje. En
consecuencia, mejora la tracción y el desgaste de los neumáticos se reduce. Para integrar
adicionalmente la función ASR en el sistema ABS, se debe transformar el grupo hidráulico ABS y la
unidad de control requiere un nuevo software.
Los componentes adicionales del grupo hidráulico son una válvula electromagnética de separación,
que interrumpe la conexión con el cilindro principal de freno si patinan una o más ruedas de tracción,
de manera que, mientras se establece la alta presión de la bomba, la presión generada actúe sobre
el freno de la rueda correspondiente. El segundo componente necesario es una válvula de inversión,
de accionamiento hidráulico, que permanece abierta mientras no se active el freno, para que la
bomba de alta presión pueda absorber el líquido de frenos del depósito de compensación. Al
accionar el freno se cierra esta válvula de inversión, con lo que se genera la presión de frenado.
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Tareas
Mientras que el ABS se encarga de mantener la estabilidad del vehículo durante el frenado, el
sistema ASR se encarga de la aceleración. Cuando el conductor quiere acelerar con el vehículo
embragado, aumenta el par impulsor del cardán. A través del diferencial transversal, este par se
transmite a las dos ruedas de tracción delanteras en la proporción de 50:50. Mientras que este
elevado par se transmita completamente sobre el pavimento de la vía, el vehículo puede acelerar
libremente. Pero si este par supera la fuerza que debe transmitirse, el vehículo pierde su fuerza
lateral y se desestabiliza.
Para calcular los efectos de su intervención, el sistema ASR tiene en cuenta los siguientes factores:
La característica básica del deslizamiento nominal ASR (se orienta hacia la necesidad de
deslizamiento de un neumático al acelerar).
Coeficiente de fricción aprovechado.
Resistencia externa a la marcha (mucha nieve, vía en mal estado, etc.).
Velocidad de guiñada.
Aceleración transversal.
Ángulo de viraje del vehículo.
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Estructura del sistema ASR
La unidad de control reconoce el derrape de una rueda. Por consiguiente, esta unidad regula la
intensidad del freno e interviene de manera orientada en el control del motor.
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85/116 Sistemas de control de estabilidad ABS, ASR, ESP lunes, 4 de abril de 2022
Intervención del ASR
En esta página se conocerán los efectos del ASR en las diferentes situaciones y las distintas
condiciones de la vía.
Montaje de experimentación:
Ajuste el panel para el siguiente ejercicio como se indica a continuación:
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86/116 Sistemas de control de estabilidad ABS, ASR, ESP lunes, 4 de abril de 2022
Vuelva a frenar el vehículo, accione el pedal del acelerador como se indica a continuación e
indique en qué casos actúa el sistema ASR.
El sistema El sistema
ASR ASR no
interviene interviene
Pedal del acelerador al 20%
Pedal del acelerador al 50 %
Pedal del acelerador al 100 %
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87/116 Sistemas de control de estabilidad ABS, ASR, ESP lunes, 4 de abril de 2022
Situaciones de regulación
Las situaciones en las que una regulación ESP es necesaria, pueden ser, por ejemplo, las
siguientes:
Rápida maniobra de viraje originada por una curva que suceda a una anterior,
obstáculos de aparición repentina o una maniobra destinada a rebasar otro vehículo.
Frenada total al cambiar de pista para evitar choques.
Viraje y contraviraje con giro creciente del volante, por ejemplo, en vías sinuosas.
Aceleración o retardo al tomar una curva.
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88/116 Sistemas de control de estabilidad ABS, ASR, ESP lunes, 4 de abril de 2022
Encargo de taller : ABS
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89/116 Sistemas de control de estabilidad ABS, ASR, ESP lunes, 4 de abril de 2022
Protocolo de diagnóstico
Ya ha leído el registro de fallos con las anotaciones de que la avería se encuentra probablemente en
el sensor de revoluciones de la rueda B2 y B3.
Abra el osciloscopio y efectúe todas las mediciones que en su opinión resultan relevantes para
revisar el sensor.
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Título del oscilograma
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Título del oscilograma
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92/116 Sistemas de control de estabilidad ABS, ASR, ESP lunes, 4 de abril de 2022
Título del oscilograma
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93/116 Sistemas de control de estabilidad ABS, ASR, ESP lunes, 4 de abril de 2022
Prueba de conocimientos
¿Qué factores necesita el sistema ASR para asegurar una regulación óptima?
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Control de estabilidad ESP
El control de estabilidad ESP debe ayudar al conductor en situaciones críticas a través de una
intervención concreta de los frenos y de la ingerencia en el control del motor. Un subviraje o
sobreviraje se compensa a través de la frenada de cada rueda siempre y cuando no se superen los
límites físicos.
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95/116 Sistemas de control de estabilidad ABS, ASR, ESP lunes, 4 de abril de 2022
Requisitos
El sistema electrónico de estabilidad ayuda al conductor en caso de frenado total, parcial e incluso
también durante la rodada libre, al acelerar o al cambiar las cargas de forma que, por la intervención
de control, la estabilidad de conducción y la estabilidad direccional se incrementan. En las
situaciones extremas, por ejemplo, en una reacción de pánico, el peligro de derrape se reduce. En
conjunto, la adherencia entre las ruedas y la carretera también mejora, entre otros aspectos, gracias
al control del par de arrastre del motor (MSR).
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Funcionamiento
El ESP dirige el vehículo frenando ruedas de manera individual. En caso de un subviraje, la rueda
trasera interior de la curva se frena, en un sobreviraje sucede lo mismo con la rueda delantera
exterior. A través de esta frenada selectiva o de la aceleración de las ruedas de tracción, el vehículo
se mantiene bajo control. El riesgo de una colisión, una vuelta de campana o de una salida de la vía
se reduce y la seguridad de la marcha aumenta.
Además, el sistema ESP también puede acelerar las ruedas de tracción mediante intervenciones
determinadas en el motor para garantizar así la estabilidad del vehículo.
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97/116 Sistemas de control de estabilidad ABS, ASR, ESP lunes, 4 de abril de 2022
Maniobra
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La trazada en curvas
Al circular por calzadas con numerosas curvas, por ejemplo, en viajes interurbanos, el principio
básico y el modo de operación del ESP queda aún más claro. Al circular rápidamente por tramos con
muchas combinaciones de curvas, el deslizamiento motriz en automóviles sin ESP es tan notable
que el vehículo pierde la estabilidad. Cuando hay constantes cambios de virajes en una dirección y
en la contraria, el ángulo de derrape y la velocidad de guiñada es cada vez mayor por lo que el
vehículo puede terminar saliéndose de la vía.
Antes de superar el límite físico, el ESP interviene en una fracción de segundo controlando el motor,
reduciendo el par de propulsión y frenando al mismo tiempo algunas ruedas por separado para
contrarrestar el inminente descontrol del vehículo. De esta manera se mantiene el control sobre el
automóvil.
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99/116 Sistemas de control de estabilidad ABS, ASR, ESP lunes, 4 de abril de 2022
Desaceleración al tomar una curva
Un vehículo sin ESP empieza a subvirar al llegar a la frontera física. Si se sigue aumentando la
velocidad, la parte trasera del automóvil se descontrola. El conductor gira el volante en la dirección
contraria y se sale de la vía.
Hasta que el vehículo no llegue al margen de los límites físicos, este se comporta de igual manera
con sistema ESP. Por su parte, este sistema no permite que se aumente la velocidad al limitar del
par de propulsión. Además, una intervención en los frenos actúa en contra de la tendencia all
subviraje, lo que causa una desviación del camino que el conductor corrige con el correspondiente
giro del volante. El conductor participa, así, activamente en el control.
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100/116 Sistemas de control de estabilidad ABS, ASR, ESP lunes, 4 de abril de 2022
Aceleración al tomar una curva
A partir de una velocidad de aproximadamente 90km/h, el vehículo sin ESP alcanza los límites
físicos. En caso de que la velocidad siga aumentando, el vehículo comienza a subvirar, el conductor
girar el volante en la dirección contraria, la parte trasera se descontrola y el automóvil se sale de la
vía.
Hasta alcanzar la velocidad de 90 km/h, el vehículo se comporta de la misma manera con o sin
sistema ESP. Pero el control de estabilidad ESP no permite que se aumente la velocidad si el
vehículo ya se encuentra en el rango límite. Se produce una injerencia en el control del motor para
limitar el par de propulsión. La intervención orientada del freno contrarresta la tendencia al subviraje.
La reacción del conductor va seguida de otra injerencia en el mando, de modo que la persona a
cargo del volante también forma parte del control.
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101/116 Sistemas de control de estabilidad ABS, ASR, ESP lunes, 4 de abril de 2022
Cambio de carril con frenada completa
En los vehículos con ABS pero sin ESP, el ángulo de derrape después del primer golpe de volante
es tan amplio que el conductor tiene que girar de inmediato en la dirección contraria. De esta manera
se crea un ángulo de derrape en la dirección opuesta, lo que obliga al conductor a volver a virar en la
dirección contraria consiguiendo apenas estabilizar y detener el vehículo.
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102/116 Sistemas de control de estabilidad ABS, ASR, ESP lunes, 4 de abril de 2022
Autoevaluación ESP
Montaje de experimentación:
Ajuste el panel para el siguiente ejercicio como se indica a continuación:
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103/116 Sistemas de control de estabilidad ABS, ASR, ESP lunes, 4 de abril de 2022
¿Cuándo se apaga el testigo luminoso del sistema ESP?
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104/116 Sistemas de control de estabilidad ABS, ASR, ESP lunes, 4 de abril de 2022
Intervención del ESP
En esta página se conocerán los efectos del ESP en las diferentes situaciones y las distintas
condiciones de la vía.
Montaje de experimentación:
Ajuste el panel para el siguiente experimento como se indica a continuación:
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105/116 Sistemas de control de estabilidad ABS, ASR, ESP lunes, 4 de abril de 2022
Ajuste la velocidad aproximadamente a 50 km/h. A continuación, seleccione si el vehículo
debe sobrevirar o subvirar y modifique el ángulo de viraje como se indica seguidamente.
¿En qué situaciones se frena una rueda de manera controlada? ¿De qué rueda se trata?
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Intervención del ESP con distintas velocidades
En esta página se estudiarán los efectos del ESP en las diferentes situaciones y las distintas
condiciones de la vía.
Montaje de experimentación:
Ajuste el panel para el siguiente ejercicio como se indica a continuación:
Combine las distintas velocidades con el ángulo de viraje para averiguar cuándo interviene
el sistema ESP
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107/116 Sistemas de control de estabilidad ABS, ASR, ESP lunes, 4 de abril de 2022
Bucle de control
El sistema ESP debe mantener el vehículo dentro de límites controlables interviniendo en las tres
variables de control (aceleración longitudinal, transversal y de giro) alrededor del eje vertical. Para
ello, en el rango límite se establece la diferencia entre el punto de ajuste y el comportamiento real
del vehículo, la llamada desviación de control. A continuación, las fuerzas que actúan sobre los
neumáticos sufren la influencia directa de los elementos de control (actuadores).
Para reconocer la respuesta real, es decir, las variables de entrada del control, el ESP necesita un
conjunto de sensores como es el caso del sensor de aceleración longitudinal, el de aceleración
transversal y los de velocidad de las ruedas. El sensor de presión de frenado, el del ángulo de viraje
y el sensor del pedal determinarán la respuesta teórica. Si la unidad de regulación del sistema ESP
reconoce una discrepancia, se activarán los elementos de control (actuadores). Los actuadores son
los elementos que regulan el motor (tiempo de inyección, posición de la válvula de mariposa) y el
grupo hidráulico que modula la presión de frenado para detener las ruedas por separado.
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Sensor de tasa de rotación
En los automóviles equipados con el sistema ESP, estos sensores, junto con los de velocidad de
guiñada, captan el movimiento de rotación de un vehículo sobre su eje vertical en las curvas en caso
de que se produzca un derrape o se pierda el control.
Funcionamiento
Las fuerzas que afectan al vehículo en un movimiento giratorio desvían de su posición original
unas placas oscilantes que se encuentran en un campo magnético. Para no atenuar el movimiento,
el sensor opera en vacío. La desviación se detecta a través de pequeños sensores micromecánicos
de aceleración y la unidad de control ESP evalua esta información. Así se determina el sentido de
rotación y la velocidad. El sensor tiene asignado un lugar de instalación fijo en el vehículo, indicado
por el fabricante y que no se puede modificar.
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Sensor de ángulo de giro
Existen distintos tipos de sensores para registrar el ángulo de viraje. Se emplean potenciómetros,
registros de código óptico y principios magnéticos. No obstante, en los sistemas ESP modernos, es
necesario controlar todo el viraje del volante (en torno a +/- 720º), algo que solo pueden realizar los
sensores magnéticos angulares.
Funcionamiento
En los sensores de nueva generación, la información angular viene proporcionada por la medición
de dos ruedas dentadas, activadas por otra rueda dentada, que se encuentra sobre la columna de
dirección. Las dos ruedas poseen un número diferente de dientes, por lo que a cada posición del
volante le corresponde un par angular inequívoco.
A continuación, esta información se transmite a través del bus CAN de alta velocidad.
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Mediciones con el bus CAN
En esta página se registrará la señal del bus CAN del sensor de ángulo de giro.
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Montaje experimental:
Mensaje CAN
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¿Cuáles son los diferentes niveles de tensión del bus CAN?
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Sensor de aceleración de efecto Hall
Para medir la aceleración longitudinal, los vehículos disponen de sistemas ABS, ASR, ESP. Los de
tracción en las cuatro ruedas, además de los sensores de revoluciones, poseen un sensor de
aceleración de efecto Hall. Según el lugar en el que se instale, este puede determinar la aceleración
transversal del vehículo.
En el sensor se aplica un sistema de medición por muelle. En el extremo del muelle se ubica un
imán. Cuando las aceleraciones longitudinales o transversales actúan sobre el vehículo, el muelle
deja de estar en reposo debido a la inercia. La deflexión es la medida de la aceleración. Gracias al
movimiento del imán, se genera una tensión en el sensor de efecto Hall que aumenta de manera
lineal con respecto al movimiento.
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Prueba de conocimientos
En el eje delantero
En el eje trasero
En el eje delantero
En el eje trasero
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