UNIVERSIDAD TECNOLOGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERIA
CARRERA DE INGENIERIA AUTOMOTRIZ
ANÁLISIS DEL SISTEMA DE FRENOS REGENERATIVOS EN UN
VEHÍCULO HIBRIDO TOYOTA PRIUS
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCION DEL TITULO
DE INGENIERO AUTOMOTRIZ
SADDAM JOSÉ ZAPATA HERRERA
DIRECTOR: ING. ALEJANDRO ROJAS
Quito, octubre 2013
© Universidad Tecnológica Equinoccial. 2014
Reservados todos los derechos de reproducción.
DECLARACIÓN
Yo SADDAM JOSÉ ZAPATA HERRERA, declaro que el trabajo aquí descrito es
de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o
calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se
incluyen en este documento.
La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos
correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad
Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.
_________________________
Saddam José Zapata Herrera
C.I. 1721475554
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “ANÁLISIS DEL SISTEMA
DE FRENOS REGENERATIVOS EN UN VEHÍCULO HIBRIDO TOYOTA
PRIUS”, que, para aspirar al título de Ingeniero Automotriz fue desarrollado
por Saddam José Zapata Herrera, bajo mi dirección y supervisión, en la
Facultad de Ciencias de la Ingeniería; y cumple con las condiciones requeridas
por el reglamento de Trabajos de Titulación artículos 18 y 25.
___________________
Ing. Alejandro Rojas
DIRECTOR DEL TRABAJO
C.I. 1713190898
AGRADECIMIENTO
Mis sinceros agradecimientos a Dios que me dio fuerza y fe para continuar lo que
me parecía imposible de terminar, mis padres, quienes permanentemente me
apoyaron alentándome, apoyándome en todo momento además de formarme con
buenos hábitos y valores, lo cual me ayudaron a salir adelante guiándome siempre
por el mejor camino.
Gracias a mi familia, profesores, mi novia, amigos, y todas las personas que
siempre estuvieron a mi lado, apoyándome y motivándome para que siga
adelante.
DEDICATORIA
Este trabajo de titulación va dedicado a mis padres José y Adriana y a mi hermana
Ana Paula, quienes me dieron su apoyo y consejos incondicionales, que sin ellos
nunca hubiera podido culminar esta etapa de mi vida.
Saddam José Zapata
i
ÍNDICE DE CONTENIDOS
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DECLARACIÓNv
CERTIFICACIÓNv
AGRADECIMIENTO
DEDICATORIA¡Error! Marcador no definido.
RESUMEN ........................................................................................................ viii
ABSTRACT ........................................................................................................ ix
1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................... 1
2. MARCO TEORICO ......................................................................................... 1
2.1 FRENOS HIDRAULICOS ...................................................................... 4
2.1.1 COMPONENTES DEL SISTEMA DE FRENOS HIDRÁULICOS ....... 4
2.1.1.1 CILINDRO MAESTRO O BOMBA DE FRENOS .......................... 4
2.1.1.2 VÁLVULA REPARTIDORA .......................................................... 5
2.1.1.3 BOOSTER (reforzador de frenos por vacío) ................................ 6
2.1.1.4 CILINDRO DE RUEDA ................................................................. 8
2.2 FRENOS DE DISCO.............................................................................. 9
2.2.1. FRENOS DE DISCO SOLIDOS ......................................................... 9
2.2.2. FRENOS DE DISCO VENTILADOS ................................................ 10
2.2.3. PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DE LOS FRENOS DE DISCO12
2.2.4. MECANISMO Y COMPONENTES ................................................... 12
2.2.4.1. Mordazas (Calipers) o pinzas ................................................. 12
2.2.4.2. Pistones y cilindros ................................................................. 14
2.2.4.3. Pastillas de freno .................................................................... 15
ii
2.3. FRENOS DE TAMBOR ........................................................................ 16
2.3.1 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL FRENO DE TAMBOR ............. 18
2.4. DIAGRAMA FRENO HIDRÁULICO ..................................................... 18
2.5. FADING ............................................................................................... 19
2.6. PRINCIPALES ANOMALÍAS EN EL SISTEMA DE FRENOS ............. 20
2.7. SISTEMA ABS ..................................................................................... 23
2.7.1. PARTES ........................................................................................... 24
2.7.2 FUNCIONAMIENTO ........................................................................ 30
2.7.3. DIAGRAMA HIDRÁULICO DE UN SISTEMA ABS. ........................ 34
2.7.4. DIAGRAMA ELÉCTRICO ................................................................ 35
2.8. SISTEMA DE DIRECCION .................................................................. 37
2.8.1 HISTORIA ......................................................................................... 37
2.8.2 CLASIFICACION .............................................................................. 38
2.8.2.1 Dirección Asistida Hidráulica ...................................................... 38
2.8.2.2 Dirección asistida electrónica ..................................................... 38
2.8.2.3. Dirección asistida electro hidráulica .......................................... 39
2.9. FRENO REGENERATIVO ................................................................... 41
2.9.1. FUNCIONAMIENTO ........................................................................ 41
2.9.2. PARTES ........................................................................................... 42
2.9.3. DIAGRAMA DEL FLUJO ELÉCTRICO SISTEMA FRENO
REGENERATIVO ...................................................................................... 44
3. METODOLOGIA ........................................................................................... 45
3.1 VEHICULO DE PRUEBA ..................................................................... 45
3.2 FRENOS DELANTEROS ..................................................................... 45
iii
3.3 FRENOS POSTERIORES ...................................................................... 48
3.4 FRENO DE ESTACIONAMIENTO INCORPORADO ........................... 50
3.5 SENSOR DE VELOCIDAD DE RUEDA ................................................. 52
3.6 ACUMULADOR DEL FRENO ................................................................ 56
3.6.1 SEÑAL DE LOS SOLENOIDES DEL ACUMULADOR ..................... 57
3.6.2 PRUEBAS DE LOS SELENOIDES DEL ACUMULADOR ................ 61
3.7 UNIDAD DE CONTOL DEL ABS ......................................................... 61
3.9 FUNCIONAMIENTO HIDRÁULICO NORMAL DE LOS FRENOS ......... 67
3.10 SISTEMA DE DIRECCIÓN ASISTIDA ................................................. 73
2.7.3 PARTES ........................................................................................... 74
3.10.2 MEDIDAS Y CABLES DEL SOCKET DE LA SERVODIRECCIÓN.75
3.11 FRENO REGENERATIVO ................................................................... 76
3.11.1 FUNCIONAMIENTO .................................................................. 76
3.11.2 PARTES .................................................................................... 76
3.11.3 PARTES DEL CONJUNTO MOTRIZ .......................................... 78
3.11.4 FUNCIONAMIENTO DEL CONJUNTO MOTRIZ ....................... 80
3.11.5 FUNCIONAMIENTO DEL INVERSOR EN ESTRATEGIA DE
FRENO REGENERATIVO. ........................................................................ 84
4 ANALISIS DE RESULTADOS. ................................................................... 877
5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................... 130
5.1 CONCLUSIONES ................................................................................... 92
5.2 RECOMENDACIONES ......................................................................... 944
GlLOSARIO .................................................................................................... 945
BIBLIOGRAFIA .............................................................................................. 956
iv
ÍNDICE DE TABLAS
PÁGINA
Tabla 1. Principales anomalías del sistema de freno ....................................... 20
Tabla 2. Información General ........................................................................... 45
Tabla 3. Especificaciones freno delantero ........................................................ 45
Tabla 4. Especificaciones frenos posteriores ................................................... 48
Tabla 5. Valores de la escala de la figura 44 .................................................... 55
Tabla 6. Valores de la escala de la figura 49 .................................................... 58
Tabla 7. Valores de la escala de la figura 51 .................................................... 60
Tabla 8. Prueba de distancias y tiempos de frenado ........................................ 61
Tabla 9. Colores y medidas de los cables del socket dela ecu de control de
derrape ............................................................................................................. 65
Tabla 10. Posición de válvulas para el aumento del frenado. .......................... 69
Tabla 11. Posición de las válvulas en retención de frenado. ............................ 70
Tabla 12. Posición de válvulas en reducción del frenado. ................................ 72
Tabla 13. Datos de cables de señal ................................................................. 75
v
ÍNDICE DE FIGURAS
PÁGINA
Figura 1. Vista esquemática Cilindro maestro .................................................... 5
Figura 2. Válvula dosificadora ............................................................................ 6
Figura 3. Vista esquemática de la unidad de potencia (Booster) ....................... 7
Figura 4. Despiece y sección transversal de un Cilindro de rueda..................... 8
Figura 5. Componentes de los frenos disco ....................................................... 9
Figura 6. Disco Solido ...................................................................................... 10
Figura 7. Aletas interiores de refrigeración ...................................................... 10
Figura 8. Ranura en forma de canal entre la campana y la banda frenante. ... 11
Figura 9. Despiece de la mordaza ................................................................... 12
Figura 10. Esquema de un freno de disco con mordaza fija ............................ 13
Figura 11. Esquema de un freno de disco con mordaza flotante ..................... 14
Figura 12. Pastillas de freno ............................................................................ 15
Figura 13. Elementos que forman un freno de tambor ..................................... 17
Figura 14. Sistema de Frenos hidráulicos ........................................................ 19
Figura 15. Hidrogrupo o unidad de regulación hidráulica ................................. 25
Figura 16. Esquema de una electroválvula de un sistema ABS ....................... 26
Figura 17. Rueda fónica con captador ............................................................. 28
Figura 18. Señal emitida por el captador de la rueda fónica ............................ 28
Figura 19. Fase de mantenimiento de presión en un sistema ABS.................. 32
Figura 20. Fase de disminución de la presión en un sistema ABS .................. 33
Figura 21. Fase de aumento de la presión en un sistema ABS ....................... 34
Figura 22. Esquema hidráulico del circuito ABS de 4 canales y 4 sensores. ... 35
Figura 23. Esquema eléctrico del sistema de frenos ABS ............................... 36
Figura 24. Partes sistema dirección ................................................................. 37
Figura 25. Sistema dirección hidráulica ........................................................... 39
Figura 26. Sistema dirección electrónico ......................................................... 40
Figura 27. Sistema dirección Electro-hidráulico ............................................... 41
vi
Figura 28. Partes del freno regenerativo .......................................................... 42
Figura 29. Motor-Generador 2 .......................................................................... 43
Figura 30. Batería hibrida ................................................................................. 43
Figura 31. Esquema del flujo eléctrico del freno regenerativo ......................... 44
Figura 32. Partes del freno de disco ventilado ................................................. 46
Figura 33. Disco ventilado vista superior ......................................................... 46
Figura 34. Conjunto de mordaza y porta mordaza ........................................... 47
Figura 35. Elementos de la mordaza ............................................................... 47
Figura 36. Vista frontal de la pastilla de freno .................................................. 48
Figura 37. Vista superior de la pastilla de freno ............................................... 48
Figura 38. Freno de disco solido posterior ....................................................... 49
Figura 39. Partes del conjunto mordaza y porta mordaza ................................ 50
Figura 40. Partes del freno de estacionamiento incorporado ........................... 51
Figura 41. Accionamiento del freno de estacionamiento .................................. 52
Figura 42. Sensor de velocidad de rueda ........................................................ 53
Figura 43. Cables del sensor de velocidad de rueda ....................................... 53
Figura 44. Sensor de velocidad de rueda posterior .......................................... 54
Figura 45. Partes del sensor de velocidad de rueda posterior ......................... 55
Figura 46. Señal del sensor de velocidad de rueda ......................................... 55
Figura 47. Acumulador ..................................................................................... 56
Figura 48. Conexión del osciloscopio al selenoide ........................................... 57
Figura 49. Señal del selenoide ......................................................................... 58
Figura 50. Conexión del osciloscopio a los dos selenoides ............................. 59
Figura 51. Señales de los solenoides .............................................................. 60
Figura 52. Ubicación de tuercas #14 de sujeción de limpiaparabrisas ............. 62
Figura 53. Rejilla .............................................................................................. 62
Figura 54. Sistema y soporte limpia parabrisas ............................................... 63
Figura 55. Ubicación del reservorio del líquido de frenos ................................ 63
Figura 56. Sistema de mando de los frenos ..................................................... 64
Figura 57. Socket de la ECU de control de derrape. ........................................ 65
vii
Figura 58. Diagrama de aumento de presión. .................................................. 68
Figura 59. Esquema aumento de presión ........................................................ 69
Figura 60. Diagrama retención de la presión ................................................... 70
Figura 61. Esquema retención de presión. ...................................................... 71
Figura 62. Diagrama de reducción de presión. ................................................ 72
Figura 63. Esquema de retención de la presión. .............................................. 73
Figura 64. Partes de la servodirección ............................................................. 74
Figura 65. Motor-Generador 2 .......................................................................... 77
Figura 66. Vista lateral izquierda de la transmisión .......................................... 78
Figura 67. Vista lateral derecha de la Transmisión. ......................................... 79
Figura 68, Conexión trifásica de MG1 .............................................................. 79
Figura 69. Vista frontal de la transmisión ......................................................... 80
Figura 70. Vista posterior de la transmisión ..................................................... 81
Figura 71. Transmisión del vehículo Toyota Prius. .......................................... 82
Figura 72. Sensores de velocidad y temperatura de MG1 ............................... 83
Figura 73. Esquema eléctrico de la conexión del inversor a los moto-
generadores ...................................................................................................... 84
Figura 74. Esquema eléctrico de recarga (etapa 2 del inversor). ..................... 85
Figura 75. Esquema eléctrico de operación del transistor 2 ............................ 86
viii
RESUMEN
La mayor ventaja de utilizar un automóvil hibrido es el ahorro de combustible, si
sustituimos este tipo de automóvil con los convencionales, los recursos
naturales como el petróleo serian menos explotados. En el campo de la
industria automotriz los avances tecnológicos son innumerables y los frenos en
cualquier automóvil son un punto fundamental en su funcionamiento, es por
esta razón que en esta oportunidad se enfocara en los frenos regenerativos del
vehículo hibrido Toyota Prius. Dado que un freno regenerativo es un dispositivo
que permite reducir la velocidad de un vehículo transformando parte de su
energía cinética en energía eléctrica. (Energía eléctrica almacenada para un
uso futuro), el objetivo de este proyecto es analizar el sistema de frenos
regenerativos del vehículo hibrido Toyota Prius e identificar las fortalezas así
como las amenazas y mediante un estudio de funcionamiento, establecer las
causas y eficaces soluciones a los diversos problemas existentes. Esta
investigación comienza a desarrollarse con la sistematización de la
información básica sobre el funcionamiento del sistema de frenos tanto
hidráulicos como regenerativos desde el punto de vista mecánico y electrónico,
en esta fase se incluye el análisis de características físicas y constructivas de
los elementos que componen el sistema de frenos regenerativos del vehículo.
Seguidamente se presenta las respectivas pruebas que se realizó a las partes
que se encuentran en el sistema de frenos regenerativos en un vehículo Toyota
Prius en base a la simulación de daños del sistema de frenos regenerativos,
para finalmente presentar las conclusiones y recomendaciones que fueron fruto
de la investigación, así como la bibliografía consultada y algunos anexos que se
consideraron de vital importancia.
ix
ABSTRACT
The major advantage of using an hybrid car is the saving of fuel, if we decide to substitute this car from the common ones, natural resources like petroleum won’t be exploit. Inside the automotive industry, the technological progress are growing quickly and brakes are very important for operation, that is why we will study about “regenerative braking of Toyota Prius”. The regenerative brakes can reduce speed and transform part of its kinetic power in electric power (Electric power will be used in the future). The objective of this project is to analyze the regenerative braking system of Toyota Prius automobile to determine the straights and threats in order to find solutions for any issue it may has. The following research will start with the systematization of hybrid and regenerative braking information including the analysis of physical features. After it will continue with some function tests and finally give the conclusions and recommendations, bibliography and annexes.
1. INTRODUCCIÓN
1
Los vehículos híbridos son una evolución del automóvil para el futuro. Debido a
la demanda de autos que dependan menos de combustibles derivados del
petróleo, y además no contribuyan a la contaminación del aire y los problemas
de salud derivados, pero aunque no parezca, su historia es tan antigua como la
del auto convencional, de gasolina. En realidad, el primer vehículo híbrido es
tan antiguo como el auto con motor de combustión, pues en el año 1900,
Ferdinand Porsche presenta el primer vehículo mixto, impulsado por gasolina y
electricidad y con tracción a las cuatro ruedas, llamado: Lohner Porsche Mixte,
el vehiculo estaba impulsado por cuatro motores eléctricos, ubicados en el cubo
de las ruedas, que transmitía directamente su fuerza de 2,5 CV, obtenida a 120
rpm, a cada uno de los neumáticos. A su vez, a través de ellos y de una correa
mecánica, colocada en el eje trasero, permitía frenar las cuatro ruedas a la vez,
siendo el primer automóvil en equipar un sistema de frenado integral. Sólo se
fabricó una unidad que utilizaba una batería recargable de 80 voltios con
autonomía para 50 km. Pesaba 1 205 kg y alcanzaba una velocidad máxima de
50 km/h. Los especialistas de la época citan, entre sus virtudes, su extremada
eficiencia y su insonorización, gracias a la transmisión casi directa de la
potencia a las ruedas. Desde ese entonces se hicieron muy pocos esfuerzos
por popularizar a los vehículos híbridos, hasta que en 1969, GM presenta un
prototipo con tecnología híbrida, un biplaza llamado XP-883.El XP-883 tenía
una carrocería de fibra de vidrio para reducir peso, un motor de 574 cm3 y otro
motor eléctrico propulsado por seis baterías de ácido sulfúrico, como las de
cualquier otro vehículo de la época, que proporcionaba una velocidad de unos
16 km/h. La disposición de los elementos era casi igual a la de los híbridos
actuales. Las baterías justo detrás de los asientos traseros, y unos alternadores
situados en las ruedas mantenían las baterías cargadas. Además, el modelo
XP-883 se podía enchufar directamente a un conector de pared en casa, de
este modo, el vehículo se convirtió en el primer híbrido de la marca americana.
Si entonces no se hubiera descartado el prototipo, por los dueños de petroleras
transnacionales ya que esta nueva tecnología significaba una amenaza para la
2
industria petrolera, quizá actualmente las baterías, el mayor problema de los
híbridos, darían para más. Los más recientes, entre finales de los 70 y
mediados de los 80, algunas empresas como Mercedes Benz, Audi, VW y
Toyota hacen estudios sobre tecnologías híbridas. VW y Audi construyen
algunos prototipos a finales de los 80. De hecho, VW construye una pequeña
flota de 20 autos híbridos con el objetivo de probar la tecnología. Para ello se
requirió que un grupo de personas conduzca los autos durante tres años. Sin
embargo, no hubo fabricantes de automóviles importantes que hayan invertido
en el concepto del auto híbrido y su producción en serie hasta finales del siglo
XX. (Silva, 2010). En 1997 Toyota introduce el Prius. El primer auto híbrido
producido en serie, uno de los vehículos que marcó un hito en la historia de la
automoción, desde su aparición como la combinación de un motor eléctrico y
otro de gasolina, y que en su siguiente versión fue cuando se convertiría como
un auténtico híbrido de verdad, ya que permitía la selección de uno u otro motor
indistintamente o trabajando los dos de forma conjunta, gracias al sistema
Energy Hybrid System. Solo cuenta con 4 generaciones en su haber y ha sido
el que ha popularizado el concepto del vehículo híbrido en el mundo. Desde su
origen, fueron muchos los que trataron de opacar este proyecto tachándolo de
absurdo y también fueron muchos los que no comprendieron una filosofía, que
está revolucionando el mundo de la automoción. Aunque en estos momentos
los híbridos representan una minúscula fracción del mercado, muchos
fabricantes están trabajando en su desarrollo para generar los resultados de los
vehículos convencionales y al mismo tiempo reducir el consumo de
combustibles fósiles y las emisiones que se generan. Por esto se enfocara en el
estudio de los frenos regenerativos del vehículo hibrido Toyota Prius mismos
que forman parte del sistema de carga de la batería para aumentar la
autonomía del vehículo. El sistema de frenado regenerativo funciona desde el
momento que se suelta el pedal del acelerador y cuando se quiere disminuir la
velocidad del vehículo, utilizando el pedal de freno; En esta situación el motor
eléctrico puede hacer las veces de un generador, convirtiendo la energía
3
cinética del vehículo en energía eléctrica, la cual se usa para cargar las
baterías, el mismo que consigue recuperar un 65% de la energía que las carga.
Los objetivos de la energía recuperada es buscar el ahorro en consumo y
prolongar la autonomía del vehículo sin perder por ello prestaciones o confort.
Solamente se aprovecha una energía que en un vehículo convencional sin este
sistema se desperdiciaría como calor, siendo además una fuente de energía
limpia y gratuita. Al ser este un sistema importante por su funcionalidad, pues
es el encargado de detener al vehículo y a la vez de recuperar energía para las
baterías, razón por la cual debe ser revisado y tener un mantenimiento continúo
para evitar cualquier tipo de falla. En la última década muchos vehículos
híbridos llegaron a nuestro país viendo como principal inconveniente en el caso
de averías la falta de técnicos especializados, y teniendo que recurrir a los
concesionarios ya que estos son los únicos que cuentan con información
especializada, es por la escasa información técnica que la investigación se
realizó tomando en cuenta la oportunidad de generar un instrumento técnico
sobre el sistema de frenos regenerativos, por ello el objetivo de este proyecto
es analizar el sistema de frenos regenerativos del vehículo hibrido Toyota Prius
para tener el conocimiento necesario y así determinar los daños para encontrar
las causas que los generaron y que pueden afectar al sistema, sistematizando
la información básica sobre el funcionamiento del sistema de frenos tanto
hidráulicos como regenerativo, analizando las características físicas y
constructivas de los elementos mecánicos, hidráulicos y electrónicas que lo
componen, realizando las pruebas a cada uno de ellos.
2. MARCO TEORICO
4
2.1 FRENOS HIDRAULICOS
La base del fundamento del sistema de frenos es la transmisión de fuerza a
través de un fluido que amplía la presión ejercida por el conductor, para
conseguir detener el vehículo con el mínimo esfuerzo posible.
El pedal del freno empuja un fluido en el cilindro de mando, del que parten las
tuberías hacia cada rueda. En los platos de freno hay un cilindro con dos
pistones que, separados por la presión del fluido, aplican las zapatas contra la
parte móvil.
El funcionamiento del circuito hidráulico está basado en el principio de Pascal,
según el cual: “La presión ejercida sobre un punto de un fluido que llena un
recipiente hermético se transmite en su seno con la misma intensidad en todos
los sentidos”.
Haciendo uso de este principio, para una presión determinada de la bomba se
puede modificar las fuerzas transmitidas por los émbolos receptores con sólo
una adecuación de la relación de diámetros. (Martinez, 2010)
2.1.1 COMPONENTES DEL SISTEMA DE FRENOS HIDRÁULICOS
2.1.1.1 CILINDRO MAESTRO O BOMBA DE FRENOS La bomba de frenos o cilindro maestro es la encargada de generar la presión
hidráulica en el circuito de freno y controlar el proceso de frenado.
Es un elemento, que lleva incorporado en la parte superior un depósito para
almacenar fluido. En su parte interna tiene diseñado un cilindro donde están
alojados dos pistones, estos pistones sellan los contornos con retenedores y su
5
movimiento obedece al empuje que se le da al pedal de freno, y al resorte que
lo impulsa para regresarlo. (En la figura 1 se puede observar las partes que lo
componen.)
El movimiento, que hace el piston, dentro de la estructura del cilindro maestro,
genera presión hidráulica. Esta presión es conducida por medio de tuberías y
mangueras, hacia los cilindros de las ruedas del vehículo. (Heitner, 1989)
Figura 1. Vista esquemática Cilindro maestro
(Heitner, 1989)
2.1.1.2 VÁLVULA REPARTIDORA
El cilindro maestro tiene dos circuitos, y tiene tres líneas de salida. Una línea
lleva la presión del fluido hacia las ruedas traseras, y las otras dos lo hacen,
hacia las ruedas delanteras (Como se muestra en la figura 2). La válvula
repartidora, recibe la presión de las dos líneas y la deriva en dos circuitos, de tal
manera, que un circuito, activa los frenos delanteros independientemente y el
otro circuito activa los frenos posteriores. Algunos modelos de cilindro maestro,
traen esta función incorporada, mostrando 4 líneas de salida, controlando el
frenado en forma diagonal, una rueda de adelante y una de atrás, y el otro
6
circuito activa las otras dos ruedas. La idea es que al frenar, la acción no
desestabilice el vehículo, acentuando el frenado en cualquier rueda.
Forma parte del dispositivo de transmisión y permite dividir las líneas de
transmisión del fluido en dos circuitos independientes para lograr la disposición
diagonal. Los vehículos con tracción delantera, traen esta válvula.
1. Salida hacia la rueda delantera derecha. 2. Salida hacia la rueda delantera izquierda. 3. Entradas desde el cilindro maestro. 4. Luz del freno. 5. Salida hacia las ruedas posteriores.
Figura 2. Válvula repartidora
(Remling, 1991)
2.1.1.3 BOOSTER (reforzador de frenos por vacío)
La función del booster, o reforzador de frenos, es minimizar la fuerza requerida,
para presionar el pedal, y obtener respuesta de frenado. Es un amplificador de
fuerza de frenado que aprovecha el vacío generado en el cuerpo de la mariposa
de aceleración para incrementar la fuerza del pie del conductor del vehículo.
1
2
3 3
4
5
7
Puede amplificar la fuerza del pedal de freno hasta 5 veces en la figura 3
encontramos las partes principales. (Bosch, 2009)
1. Válvula de retención residual. 2. Entrada de compensación. 3. Deposito del fluido. 4. Cilindro maestro. 5. Atmosfera. 6. Cilindro de vacío. 7. Plato de reacción del pistón
del cilindro maestro 8. Purificador de aire. 9. Palanca de reacción. 10. Válvula flotadora de control. 11. Vacío. 12. Válvula de aire. 13. Guardapolvo.
14. Varilla accionadora. 15. Manguera de vacío. 16. Entrada de vacío. 17. Pistón de vacío. 18. Resorte del diafragma de la
válvula. 19. Placa de reacción de la
válvula. 20. Resorte de regreso del
pistón. 21. Resorte de regreso de la
válvula. 22. Pistón de cilindro maestro. 23. Copas primarias.
Figura 3. Vista esquemática de la unidad de potencia (Booster)
(Heitner, 1989)
1
2
3
4
5
6
7 8
9 10 11
12 13
14
15
16
17
18 19
20
21 22
23
8
2.1.1.4 CILINDRO DE RUEDA Este elemento se encuentra ubicado en la estructura, o plato de la rueda
posterior, tiene la función de recibir la presión hidráulica que viene del cilindro
maestro, y como respuesta genera fuerza mecánica. Esta fuerza presiona las
zapatas hacia los tambores creando una fricción que obligará al vehículo a
reducir la velocidad hasta frenarlo en la figura 4 se observa el despiece de un
cilindro de rueda con sus principales partes además de la sección transversal.
(Cartek Autopartes, 2014)
1. Cilindro. 2. Pistón. 3. Tornillos. 4. Retenedores.
5. Muelle. 6. Purgador. 7. Guardapolvo. 8. Orificios de sujeción
Figura 4. Despiece y sección transversal de un Cilindro de rueda
(Heitner, 1989)
9
2.2 FRENOS DE DISCO
Consiste (en la figura 5 se observa los componentes principales) en un disco
metálico sujeto a la rueda, en cada una de sus caras están las pastillas, que
son planas y, puestas en funcionamiento, aferran el disco con una acción de
pinzas. La presión hidráulica ejercida desde el cilindro maestro causa que un
pistón presione las pastillas por ambos lados del disco, esto crea suficiente
fricción entre ambas superficies para producir un descenso de la velocidad o la
detención total del vehículo.
Figura 5. Componentes de los frenos disco
(Mecanica de autos, 2012)
En los frenos de discos, el disco puede ser frenado por medio de unas pastillas,
que son accionadas por un émbolo y pinza de freno, que se aplican
lateralmente contra él, deteniendo su giro. Suelen ir convenientemente
protegidos y refrigerados, para evitar un calentamiento excesivo de los mismos.
(Sram, 2013)
2.2.1. FRENOS DE DISCO SOLIDOS Estos discos poseen una superficie de fricción sólida y lisa como se observa en
la figura 6, no poseen ningún tipo de ventilación y son muy propensos a
acumular calor, suciedad y tienden a cristalizar las pastillas. Tienen la ventaja
10
de ser económicos de fabricar y como desventaja es que tienden a recalentarse
impidiendo una frenada efectiva y a cristalizar las pastillas. Se doblan bajo el
uso continuo. (Ingemecanica, 2010)
Figura 6. Disco Solido
(Aficionados a la mecanica, 2013)
2.2.2. FRENOS DE DISCO VENTILADOS
Figura 7. Aletas interiores de refrigeración
(Ingemecanica, 2010)
El disco ventilado es la composición de dos discos separados por aletas en su
interior (Figura 7) mismas que garantizan la cohesión del disco permitiendo el
11
paso de aire por su interior. Gracias a estas aletas, el enfriamiento del disco no
solo se produce en la superficie exterior del disco sino que además se produce
su enfriamiento por el interior.
Generalmente son radiales y por lo tanto la colocación de los discos en la rueda
izquierda o derecha, no afectan a las propiedades autoventilantes.
Figura 8. Ranura en forma de canal entre la campana y la banda frenante.
(Ingemecanica, 2010)
Una de las mejoras más significativas encaminada a la reducción de la
temperatura que alcanza la campana del disco, se consigue mediante una
ranura en forma de canal entre la campana y la banda frenante del disco (figura
8), lo que antes se ha denominado filtro térmico. La diferencia de temperatura
entre un lado del canal y el otro se hace mayor, lo cual hace que la temperatura
de la campana sea menor. Esto es importante porque el calor que se transfiere
a la llanta y por siguiente al neumático es menor, consiguiendo así que no sufra
en exceso la banda de rodamiento del neumático , por consiguiente también se
reduce la deformación del disco al reducirse la temperatura de la campana y
sus consiguientes tensiones térmicas. (Usiel, 2012)
12
2.2.3. PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DE LOS FRENOS DE DISCO:
Se calientan menos que los de tambor, puesto que el disco va expuesto al
aire estando mejor refrigerado.
Logran una frenada mucho más eficiente.
Carece de resortes separadores de las zapatas y aunque se rocen un poco
no es perjudicial.
Cuando se calienta el disco mejora la frenada.
2.2.4. MECANISMO Y COMPONENTES
2.2.4.1. Mordazas (Calipers) o pinzas
1. Pasador guía. 2. Cuerpo de la mordaza. 3. Protector del pasador. 4. Protector del pistón. 5. Arandela de ajuste. 6. Calce. 7. Pastillas de freno. 8. Tornillo de purga.
9. Perno. 10. Pasador de bloqueo. 11. Arandela de goma. 12. Junta de pistón. 13. Pistón. 14. Soporte de apoyo. 15. Clip de la pastilla de freno. 16. Indicador de desgaste.
Figura 9. Despiece de la mordaza
(Taringa, 2010)
13
Es la parte que se encuentra instalada en el disco de freno y tiene la función de
recibir la presión hidráulica, que viene del cilindro maestro, como respuesta,
mueve el pistón que tiene instalado dentro de él, para presionar las pastillas
contra el disco, cumpliéndose de esta forma la acción de frenado.
La mordaza es el soporte de las pastillas y los pistones de freno. Los pistones
están generalmente hechos de Hierro dulce y luego son recubiertos por un
cromado.(Celis, 2013). En la figura 9, podemos observar el despiece de la
mordaza detallando cada una de sus partes.
Mordazas Fijas.
Figura 10. Esquema de un freno de disco con mordaza fija
(Aficionados a la mecanica, 2013)
Las fijas o también llamada de doble acción, no se mueven, en relación al disco
de freno, y utilizan uno o más pares de pistones de doble acción. De este modo,
al accionarse, presionan las pastillas a ambos lados del disco, la mordaza va
sujeta de forma que permanece fija en el frenado. (Bosch, 2005)
Los frenos de pinza fija son muy sólidos, por lo que se emplea en vehículos
rápidos y pesados. En la figura 10 se observa las principales partes de una
mordaza fija además de la vista superior de la misma.
14
Mordazas Flotantes
Figura 11. Esquema de un freno de disco con mordaza flotante
(Aficionados a la mecanica, 2013)
Las mordazas flotantes, también denominadas "mordazas deslizantes", se
mueven en relación al disco; un pistón a uno de los lados empuja la pastilla
hasta que esta hace contacto con la superficie del disco, haciendo que la
mordaza y con ella la pastilla de freno interior se desplacen. De este modo la
presión es aplicada a ambos lados del disco y se logra la acción de frenado.
(GouCov, 2010) En la figura 11 se observa las principales partes de una
mordaza fija además de la vista superior de la misma.
2.2.4.2. Pistones y cilindros
Los pistones cuentan con una fijación que va alrededor y sellos que impiden el
escape de la presión ejercida por el líquido de frenos, a través del cual son
accionados. La mordaza lleva un conducto por el cual entra el líquido de frenos
y eso hace que la mordaza empuje la pastilla contra el disco y, a la vez, que se
corra la mordaza para frenar con ambas y se logre uniformizar el frenado y el
desgaste. (GouCov, 2010)
15
2.2.4.3. Pastillas de freno
Las pastillas van colocadas dentro de la mordaza (figura 12) dotada de un
pistón como mínimo, que transforma la presión en fuerza. Las pastillas están
diseñadas para producir una alta fricción con el disco. El coeficiente de
rozamiento varía entre 0.35 y 0.45.
Figura 12. Pastillas de freno
(Aficionados a la mecanica, 2013)
Se debe revisar regularmente cada 20000 Km el estado de desgaste midiendo
el espesor, porque no se puede dar un valor exacto ya que depende de varios
factores como el tipo de conducción, peso del vehículo, material de la pastilla,
etc., por esto muchas están equipadas con un sensor que alerta al conductor
cuando es necesario hacerlo.
Algunas tienen una pieza de metal que provoca un chirrido cuando están en su
espesor mínimo, indicando que ya es momento de sustituirlas.
La potencia de frenado la determina la estabilidad del factor de fricción de las
pastillas. El factor de fricción tiende a disminuir con el aumento de temperatura
16
y velocidad. Al bajar el factor de fricción se prolonga la distancia de frenado.
(GouCov, 2010)
2.3. FRENOS DE TAMBOR
El freno de tambor es utilizado más que cualquier otro diseño de frenos, mismos
que se los utiliza principalmente para las ruedas posteriores de vehículos de
pasajeros y camiones. La potencia de frenado es obtenida cuando las zapatas
de freno son empujadas y entran en contacto con la superficie interior del
tambor que gira junto con el eje.
Constan de un tambor de acero o de fundición gris perlitica con grafito
esferoidal, sujeto a la rueda de forma tal que gira simultáneamente, en su
interior, junto al semieje, están las dos zapatas, separadas en su parte inferior
por un tornillo de ajuste, y en su parte superior por un cilindro de rueda. La
presión hidráulica ejercida desde el cilindro maestro, causa que el cilindro de
rueda presione las zapatas contra las paredes interiores del tambor,
produciendo el descenso de velocidad correspondiente. (Celis, 2013) En la
figura 13 encontramos los componentes de un freno de tambor.
En el interior de un freno de tambor van alojadas las zapatas, que son una
placa de acero estampado, atornillado a la carcasa del eje trasero provistas de
forros de un material muy resistente al calor que pueden ser aplicadas contra la
periferia interna del tambor por la acción del bombín, produciéndose en este
caso el rozamiento de ambas partes. (e-auto, 2012)
Como las zapatas van montadas en el plato, sujeto al chasis por el sistema de
suspensión y que no gira, es el tambor el que queda frenado en su giro por el
frotamiento con las zapatas.
17
El Desgaste (perdida de superficie de un material por acción mecánica) que se
produce en las frenadas debido al rozamiento de las zapata contra el tambor,
hace que aquellas queden cada vez más separadas de éste en posición de
reposo, lo que supone un mayor recorrido muerto en la acción de frenado y el
envío de mayor cantidad de líquido desde la bomba.
1. Tambor 2. Zapata principal 3. Zapata secundaria 4. Dispositivo de retención
lateral de la zapata
5. Soporte de articulaciones 6. Cilindro de doble pistón 7. Muelles de retorno.
Figura 13. Elementos que forman un freno de tambor
(Aficionados a la mecanica, 2013)
Para corregir esto se debe de realizar un reglaje periódico de los frenos, que
consiste en aproximar las zapatas al tambor lo máximo posible, pero sin que
llegue a producirse el rozamiento entre ambos. Para realizar esta función se
colocan en este tipo de freno unas excéntricas que limitan el recorrido tope de
las zapatas hacia su posición de reposo. Mediante ellas se aproximan las
zapatas al tambor cuanto sea necesario. La eficiencia de frenado depende de la
calidad y condiciones del tambor. (Jesus Calvo Martin, 1997)
18
2.3.1 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL FRENO DE TAMBOR
Las zapatas son un elemento que había que ajustar regularmente hasta que en
los años cincuenta se introdujo un sistema de auto adaptación que hacía
innecesario el ajuste manual. En los años sesenta y setenta se empezaron a
dejar de fabricar coches con frenos de tambor en el eje delantero. En su lugar
se fue introduciendo el freno de disco al igual que en las motos y actualmente
todos los vehículos los incorporan al menos en el eje delantero. Esto es debido
a que los frenos de tambor con zapatas internas tienen poca capacidad de
disipar el calor generado por la fricción, lo que hace que se sobrecalienten
fácilmente. En esos casos el tambor se deforma lo que hace necesario
presionar con más fuerza para obtener una frenada aceptable.
Los frenos de tambor presentan la ventaja de proteger el sistema contra
proyecciones de agua, barro, etc., haciéndoles más idóneos para condiciones
climatológicas de nieve o lluvia en caminos o carreteras secundarias.
Actualmente los frenos de tambor se siguen utilizando en los vehículos de gama
baja, sobre todo en las ruedas traseras, debido a su menor coste sobre los
frenos de disco. En los vehículos pesados, con sistemas de frenado por aire a
presión, siguen empleándose por la gran superficie de fricción que presentan,
mucho mayor que la de una pastilla de disco.
2.4. DIAGRAMA FRENO HIDRÁULICO
En la figura 14 se puede ver los componentes básicos del circuito de frenos
hidráulico.
19
1. Frenos de disco. 2. Bomba de frenos. 3. Freno de tambor.
4. Freno de estacionamiento. 5. Compensador de frenada. 6. circuito de freno (tuberias)
Figura 14. Sistema de Frenos hidráulicos
(Aficionados a la mecanica, 2013)
2.5. FADING
El fading es la pérdida de eficacia de los frenos ante una utilización excesiva de
ellos. Suele aparecer tras someter a los frenos a un uso prolongado y se
produce porque el sistema de frenado no es capaz de desalojar el calor
provocado por la fricción de los componentes del freno.
El fading también puede deberse a un inapropiado estilo de conducción, a una
excesiva carga del vehículo o a la degradación de ciertos materiales como el
líquido de frenos o al desgaste de la llanta. Si la llanta no permite la entrada de
suficiente aire, por ejemplo, el refrigerado del sistema de frenos no se realiza
convenientemente y los componentes pueden llegar a alcanzar los 500 grados
centígrados de temperatura.
20
A la hora de evitar el fading, el freno de disco presenta dos ventajas cruciales
sobre el freno de tambor: la superficie de fricción con la pastilla de frenado
queda al aire, refrigerándose de forma continua por convección y, en caso de
sobrecalentamiento, la dilatación del disco no lo aleja de la pastilla, sino que
lo acerca. (Martinez H. G., 2000)
2.6. PRINCIPALES ANOMALÍAS EN EL SISTEMA DE FRENOS
Tabla 1. Principales anomalías del sistema de freno
(Toyota, Motor pasion, 2014)
EL PEDAL DE FRENO SE VA HASTA EL FONDO
Posibles causas Solución más probable
1 Fuga de líquido en el circuito Reponer tuberías dañadas
2 Presencia de aire en el circuito Purgar el circuito y llenarlo a nivel
3 Líquido de freno en mal estado
Vaciar el circuito, limpiarlo con
alcohol metílico y volverlo a llenar
con líquido de freno nuevo
4 Nivel del líquido de freno bajo Llenarlo hasta el nivel adecuado y
purgar el circuito
PEDAL DE FRENO DURO PARA ACCIONARLO
Posibles causas Solución más probable
1 Pastillas de freno sucias de grasa
o líquido de freno
Sustituir pastillas y revisar el
circuito para localizar pérdidas
2 Pistón en el interior del caliper
bloqueado
Extraer pistón, limpiar el cilindro y
reemplazar el retén y guardapolvos
del pistón
21
3 Líquido de frenos en mal estado o
poco nivel del mismo
Vaciar el circuito, lavarlo con
alcohol metílico y llenar de nuevo
con líquido de freno nuevo.
Finalmente purgar el sistema
4 Fallo de la bomba de freno Sustituirla
5 Pastillas de freno quemadas Sustituirla
6 Discos de frenos dañados Sustituirlos
7 Fallo en el servofreno Verificar su funcionamiento y
repararlo
PEDAL DE FRENO CON LA CARRERA MUY CORTA
Posibles causas Solución más probable
1 Fallo de la bomba de freno
Verificar el cilindro, reemplazar
retenes y guardapolvos, lavar el
sistema con alcohol metílico,
llenarlo con líquido de freno nuevo
y purgarlo
2 Resortes del pedal en mal estado Sustituir resortes
3 Pistón del caliper pegado Limpiar la cámara del pistón,
lubricarlo y sustituir retén
BLOQUEO DE UNA RUEDA
Posibles causas Solución más probable
1 Rodamientos de la rueda en mal
estado Sustituir rodamientos
2 Fallo en el pistón del caliper Reparar los cilindros del caliper y
reemplazar los pistones
22
3 Pastilla defectuosa Sustituirla
4 Fallo en el cable del freno de
estacionamiento Lubricar el cable
PULSACIONES EN EL PEDAL DE FRENO
Posibles causas Solución más probable
1 Discos de freno alabeados Sustituirlos
2 Fallos en los rodamientos de la
rueda Sustituirlos
3 Vibraciones en el pedal
(efecto judder)
Sustituir el conjunto pastillas y
verificar especificaciones de discos
LOS FRENOS HACEN RUIDO AL ACCIONARLOS
Posibles causas Solución más probable
1 Lámina antirruido de la pastilla rota
o fuera de su sitio Sustituir pastillas del eje completo
2 Partículas de polvo incrustadas en
las pastillas Sustituir pastillas del eje completo
3 Pastillas de baja calidad Sustituirlas por otras de mejor
calidad
4 Las pastillas rozan contra el caliper Lubricar los apoyos de las pastillas
con el caliper
5 Rodamientos de las ruedas en mal
estado Sustituirlos
6 El pistón del caliper no retrocede
del todo Reparar el caliper
23
7 Discos en mal estado Sustituir los discos del eje
completo
8 Pastillas desgastadas Sustituirlas
2.7. SISTEMA ABS
El sistema antibloqueo ABS (Antilock Braking System) constituye un elemento
de seguridad adicional en el vehículo. Tiene la función de reducir el riesgo de
accidentes mediante el control óptimo del proceso de frenado. Es un dispositivo
que evita el bloqueo de las ruedas al frenar. Un sensor electrónico de
revoluciones, instalado en la rueda, detecta en cada instante de la frenada si
una rueda está a punto de bloquearse.
En caso afirmativo, envía una orden a una de las dos electroválvulas 2/2
(válvula de escape) que se encuentran entre el cilindro maestro y el cilindro de
rueda misma que se abre al momento que aumenta la deceleración y así
reduce la presión del líquido en el sistema y evita el bloqueo. (Bosch, 2005)
El ABS (Antilock Brake Sistem ) mejora notablemente la seguridad dinámica de
los coches, ya que reduce la posibilidad de pérdida de control del vehículo en
situaciones extremas, permite mantener el control sobre la dirección (con las
ruedas delanteras bloqueadas, los coches no obedecen a las indicaciones del
volante) y además permite detener el vehículo en menos metros. Durante un
frenado que presente un riesgo de bloqueo de una o varias ruedas, el ABS tiene
como función adaptar el nivel de presión del líquido de freno en cada rueda con
el fin de evitar el bloqueo y optimizar así el compromiso de:
- Estabilidad en la conducción: Durante el proceso de frenado debe
garantizarse la estabilidad del vehículo, tanto cuando la presión de frenado
24
aumenta lentamente hasta el límite de bloqueo como cuando lo hace
bruscamente, es decir, frenando en situación límite.
- Dirigibilidad: El vehículo puede conducirse al frenar en una curva aunque
pierdan adherencia alguna de las ruedas.
- Distancia de parada: Es decir acortar la distancia de parada lo máximo
posible.
Para cumplir dichas exigencias, el ABS debe funcionar rápido y exacto (en
décimas de segundo) lo cual es posible con una electrónica de respuesta
rápida.
2.7.1. PARTES
Hidrogrupo o unidad hidráulica.
Este elemento se encuentra ubicado entre la bomba de frenos y los cilindros de
ruedas, en su interior se encuentra unas válvulas que son capaces, de regular
el paso y a la vez ajustan la presión del líquido de frenos en cada rueda bajo la
gestión de la unidad de control electrónica para impedir el bloqueo total en
situaciones de emergencia, aunque el conductor mantenga constante la presión
sobre el freno. (Astudillo, 2010)
El hidrogrupo está formado por un conjunto de motor-bomba, ocho electro
válvulas cuatro de admisión y cuatro de escape, y un acumulador de baja
presión como se observa en la figura 15.
25
1. Electroválvulas. 2. Relé de motor eléctrico. 3. Relés de electroválvula. 4. Conector.
5. Motor eléctrico. 6. Elementos de bombeo. 7. Acumulador.
Figura 15. Hidrogrupo o unidad de regulación hidráulica
(Aficionados a la mecanica, 2013)
Electroválvulas: En la figura 16 se puede ver un esquema de este tipo
de electroválvulas.
Un solenoide y un inducido móvil que asegura las funciones de apertura y
cierre. La posición de reposo es asegurada por la acción de un muelle
incorporado. Todas las entradas y salidas de las electroválvulas van protegidas
por unos filtros.
A fin de poder reducir en todo momento la presión de los frenos, independiente
del estado eléctrico de la electroválvula, se ha incorporado una válvula anti-
retorno a la electroválvula de admisión. La válvula se abre cuando la presión de
la "bomba de frenos" es inferior a la presión del estribo. Ejemplo: al dejar de
frenar cuando el ABS está funcionando. (Ingemecanica, 2013)
26
1. Bobina 2. Inducido 3. Muelle principal 4. Muelle secundario 5. Válvula de admisión 6. Válvula de salida
7. Válvula de retención 8. Retorno 9. Paso al cilindro de freno 10. Paso al cilindro principal al
freno
Figura 16. Esquema de una electroválvula de un sistema ABS
(Heitner, 1989)
Conjunto motor-bomba
Esta constituido de un motor eléctrico y de una bomba hidráulica de doble
circuito, controlados eléctricamente por el calculador. La función del conjunto es
rechazar el líquido de frenos en el curso de la fase de regulación desde los
bombines a la bomba de frenos. Este rechazo es perceptible por el conductor
por el movimiento del pedal de freno.
El modo de funcionamiento se basa en transformar el giro del motor eléctrico en
un movimiento de carrera alternativa de dos pistones por medio de una pieza
excéntrica que arrastra el eje del motor. (e-auto, 2007)
27
Acumulador de baja presión
Se llena del líquido del freno que transita por la electroválvula de escape, si hay
una variación importante de adherencia en el suelo.
El nivel de presión necesario para el llenado del acumulador de baja presión
debe ser lo suficientemente bajo para no contrariar la caída de presión en fase
de regulación, pero lo suficientemente importante como para vencer en
cualquier circunstancia el tarado de la válvula de entrada de la bomba.
El caudal medio evacuado por la bomba es inferior al volumen máximo
suministrado en situación de baja presión.
Señal del switch de luces de freno
La información del contacto luces de stop tiene como misión permitir abandonar
el modo ABS lo más rápidamente posible cuando sea necesario. En efecto si el
ABS está funcionando y el conductor suelta el pedal de freno con el fin de
interrumpir la frenada, la señal transmitida por el contacto de stop permitirá
cesar la regulación más rápidamente.
Sensores de velocidad
Los detectores de rueda o de régimen (Figura 17), también llamados
captadores de rueda miden la velocidad instantánea en cada rueda. El conjunto
está compuesto por un captador y un generador de impulsos o rueda fónica
fijado sobre un órgano giratorio.
La disposición puede ser axial, radial o tangencial (axial ruedas delanteras,
tangencial ruedas traseras). Para obtener una señal correcta, conviene
mantener un entrehierro entre el captador y el generador de impulsos. El
captador va unido al calculador mediante cableado.(Ingemecanica, 2013)
28
1. Captador 2. Entrehierro (espacio entre el captador y la rueda fónica) 3. Rueda fónica
Figura 17. Rueda fónica con captador
(Aficionados a la mecanica, 2013)
El captador funciona según el principio de la inducción (figura 18); en la cabeza
del captador se encuentran dos imanes permanentes y una bobina. El flujo
magnético es modificado por el desfile de los dientes del generador de
impulsos. La variación del campo magnético que atraviesa la bobina genera una
tensión alternativa casi sinusoidal cuya frecuencia es proporcional a la
velocidad de la rueda. La amplitud de la tensión en el captador es función de la
distancia (entre-hierro) entre diente y captador y de la frecuencia.
(Ingemecanica, 2013)
Figura 18. Señal emitida por el captador de la rueda fónica
(Aficionados a la mecanica, 2013)
29
Módulo de control del sistema de frenos antiblocantes
(ABSCM):
• Calcula y determina las condiciones de las ruedas y de la carrocería en
función de las velocidades de las ruedas, y efectúa una decisión acorde a la
situación actual para controlar la unidad hidráulica.
• En el modo de operación de ABS, el módulo envía una señal de control
cooperativa al módulo de control de la transmisión automática. (Sólo vehículos
con A/T).
• Al girar el interruptor de encendido a la posición ON, el módulo efectúa un
autodiagnóstico, si detecta alguna condición anormal, desconecta el sistema.
• Comunica con el monitor selector. (e-auto, 2007)
Rueda fónica:
El cambio en la densidad del flujo magnético es detectado por los dientes
provistos alrededor de la rueda fónica para que el sensor de ABS genere una
señal eléctrica. (Aficionados a la mecanica, 2013)
Relé de la válvula:
Actúa como interruptor de alimentación de la válvula de solenoide y de la
bobina del relé del motor, como respuesta a una instrucción recibida del
ABSCM. El relé de la válvula también constituye uno de los circuitos de mando
duplicados del piloto de ABS.
Interruptor de la luz de parada:
Informa al ABSCM si se está pisando o no el pedal del freno como condición
para determinar la operación del ABS. (Ingemecanica, 2013)
30
Piloto de ABS:
Alerta al conductor que hay una anomalía en el ABS. Estando conectados el
conector de diagnóstico y el terminal de diagnóstico, la luz destella para indicar
los códigos de averías como respuesta a una instrucción recibida del ABSCM.
(Aficionados a la mecanica, 2013)
2.7.2 FUNCIONAMIENTO
Los sensores ubicados en las ruedas controlan permanentemente la velocidad
de giro de las mismas. A partir de los datos que suministra cada uno de los
sensores, la unidad de control electrónica calcula la velocidad media, que
corresponde aproximadamente a la velocidad del vehículo. Comparando la
velocidad específica de una rueda con la media global se puede saber si una
rueda amenaza con bloquearse.
Si es así, el sistema reduce automáticamente la presión de frenado en la rueda
en cuestión hasta alcanzar un valor fijado por debajo del límite de bloqueo.
Cuando la rueda gira libremente se vuelve a aumentar al máximo la presión de
frenado. Solo una gira que rueda puede generar fuerzas laterales y,
consecuentemente, cumplir funciones de guiado. Este proceso (reducir la
presión de frenado / aumentar la presión de frenado) se repite hasta que el
conductor retira el pie del freno o disminuye la fuerza de activación del mismo.
(eltb.com, 2009)
Funcionamiento hidráulico del sistema ABS.
Si la fuerza de frenado es menor que la fuerza de adherencia entonces no hay
frenado con regulación, el sistema ABS no se activa.
31
Si la fuerza de frenado es mayor que la fuerza de adherencia (las ruedas
tienden a bloquearse) entonces si hay frenado con regulación, el sistema ABS
se activa.
Cuando tenemos un frenado con regulación distinguiremos tres estados:
- El mantenimiento de presión.
- La disminución de presión.
- El aumento de presión. (Ingemecanica, 2013)
El mantenimiento de presión
Conforme se detecta que una de las ruedas tiende a bloquearse, la
electroválvula es activada mediante una intensidad de corriente entre 1.9 y 2.3
A. el inducido sube y cierra la válvula de admisión y la de salida de forma que
no circula líquido de frenos desde el cilindro maestro hasta el cilindro de rueda y
por lo tanto se mantiene la presión del circuito. En esta fase aunque el
conductor accione más a fondo el pedal la presión sigue constante al estar la
electroválvula del sensor de velocidad y manda una corriente a la electroválvula
para excitar la bobina, como se ve en la figura 19. (Jesus Calvo Martin,
1997)
La disminución de presión
Cuando la unidad de control calcula a partir de la información de los sensores
que se va a producir un bloqueo, manda una corriente entre 4.5 y 6 A. a la
electroválvula moviendo el inducido hasta su posición máxima. De esta forma
queda cortada la comunicación entre el cilindro maestro y el cilindro de rueda y
abierta la comunicación entre el cilindro de rueda y la bomba de retorno. El
calculador electrónico manda una corriente a la bomba de retorno y de esta
forma se extrae el líquido del cilindro de rueda a través de este circuito
secundario hasta el propio cilindro maestro. La presión opuesta del pedal de
32
freno frente a la de retorno de la bomba hace que el conductor sienta
pulsaciones en el pedal. La función del acumulador es la de amortiguar parte de
estas vibraciones y proporcionar a la bomba un caudal medio económico. A
partir de este momento la velocidad y la aceleración de la rueda vuelven a
aumentar, como se observa en la figura 20. (Jesus Calvo Martin, 1997)
1. Electroválvula 2. Cilindro maestro 3. Pedal
4. Cilindro de rueda 5. Sensor de velocidad 6. Unidad de control electrónica
Figura 19. Fase de mantenimiento de presión en un sistema ABS
(Jesus Calvo Martin, 1997)
El aumento de presión
En esta fase la electroválvula del grupo hidráulico no está activada por lo que el
líquido de frenos pasa a través de la válvula desde el cilindro maestro hasta el
cilindro de rueda. La fuerza de frenado será la obtenida por el esfuerzo
realizado sobre el pedal de frenos de forma que la rueda ira desacelerando
33
progresivamente y reduciendo su propia velocidad respecto a la del vehículo
por lo que ira aumentando el deslizamiento. La unidad de control electrónica
solo recibe información del sensor de velocidad de rueda.como se muestra en
la figura 21. (Jesus Calvo Martin, 1997)
1. Electroválvula
2. Cilindro maestro
3. Pedal
4. Cilindro de rueda
5. Sensor de rueda
6. Unidad de control electrónica
7. Retorno a la bomba
8. acumulador
Figura 20. Fase de disminución de la presión en un sistema ABS
(Jesus Calvo Martin, 1997)
34
1. Electroválvula
2. Cilindro maestro
3. Pedal
4. Cilindro de rueda
5. Sensor de rueda
6. Unidad de control electrónica
Figura 21. Fase de aumento de la presión en un sistema ABS
(Jesus Calvo Martin, 1997)
2.7.3. DIAGRAMA HIDRÁULICO DE UN SISTEMA ABS.
En la figura 22 se encuentra el esquema del sistema ABS de cuatro canales,
cuatro sensores y distribución diagonal mismo que se muestra y detalla los
elementos principales:
35
1. Cilindro maestro
2. Grupo hidráulico
3. Acumulador de presión
4. Electroválvulas
5. Cámara de amortiguación
6. Cilindro de rueda
7. Sensor de rueda
Figura 22. Esquema hidráulico del circuito ABS de 4 canales y 4 sensores.
(Jesus Calvo Martin, 1997)
2.7.4. DIAGRAMA ELÉCTRICO
36
1 Unidad hidráulica 2 Válvula de solenoide de entrada DI 3 Válvula de solenoide de salida DI 4 Válvula de solenoide de entrada DD 5 Válvula de solenoide de salida DD 6 Válvula de solenoide de entrada TI 7 Válvula de solenoide de salida TI 8 Válvula de solenoide de entrada TD 9 Válvula de solenoide de salida TD 10 Motor 11 TCM (Solo con A/T)
12 Piloto ABS 13 Relé del motor 14 Relé de la válvula 15 Caja de relés 16 Conector enlace de datos 17 Conector de diagnostico 18 Switch de freno 19 Luz de freno 20Sensor G (solo AWD) 21Sensor de rueda DI 22 Sensor de rueda DD 23 Sensor de rueda TI 24 Sensor de rueda TD 25 Modulo de control
Figura 23. Esquema eléctrico del sistema de frenos ABS
(Ecotronica, 2009)
37
2.8. SISTEMA DE DIRECCION
1. Volante 2. Soporte de
dirección 3. Árbol de dirección
4. Juntas universales del árbol de la dirección
5. Mecanismo de dirección
6. Guardapolvos
7. Eje de dirección 8. Brazo de dirección 9. Ruedas 10. Soporte de
dirección
Figura 24. Partes sistema dirección
(Cise Electronics, 2013)
El conjunto de mecanismos que componen el sistema de dirección tienen la
misión de orientar las ruedas delanteras para que el vehículo tome la trayectoria
deseada por el conductor. La dirección asistida se trata de una ayuda al
conductor que le permite girar la dirección sin esfuerzo, algo que en ocasiones
puede requerir fuerza hercúlea sin esta asistencia. (Aficionados a la Mecánica,
2014)
2.8.1 HISTORIA
En los primeros vehículos el accionamiento de la dirección se hacía mediante
una palanca o manubrio. Posteriormente por razones prácticas se adoptó el
volante redondo que se conoce actualmente, adicionalmente el mover el volante
38
debía ser una maniobra sencilla, y suave de ejecutar por lo cual se montaron
los primeros sistemas de desmultiplicación, que aumentaban la suavidad de
operación del sistema. La mezcla de estas dos características necesarias,
produjo a lo largo de su evolución hasta nuestros días, sistemas más suaves,
precisos y sensibles para el conductor, que debe percibir a través de él, el
camino por el que transita. (MECANICA DEL AUTOMOVIL, 2014)
2.8.2 CLASIFICACION
Los principales sistemas de dirección asistida son el hidráulico, el
electrohidráulico y el eléctrico. Son los más generalizados y los que mejor
consiguen reducir el esfuerzo del conductor a la hora de mover la dirección.
(CIRCULA SEGURO, 2012)
2.8.2.1 Dirección Asistida Hidráulica
Las direcciones hidráulicas fueron de los primeros modelos de dirección asistida
que se utilizaron junto con las de vacío. La dirección hidráulica utiliza energía
hidráulica para generar la asistencia. Para ello utiliza una bomba hidráulica
conectada al motor. Lo habitual es que esté acoplada directamente mediante
una correa. En la figura 25 podemos observar las partes que integran un
sistema de dirección asistida hidráulica, (Cise Electronics, 2013)
2.8.2.2 Dirección asistida electrónica
En estas direcciones se eliminan todo el circuito hidráulico es decir la bomba de
alta presión, depósito, válvula de distribución y tuberías no existen, todo es
sustituido por un motor eléctrico que acciona un mecanismo conocido como
reductora y que se compone de una corona más un tornillo sinfín, que se
encarga de mover la cremallera de la dirección. El sistema está limitado en su
aplicación a todos los vehículos ya que depende de varios aspectos como el
39
peso del vehículo y del tamaño de las ruedas. Cuando el auto pesa más las
ruedas son mucho más grandes tanto en la altura como en ancho, por lo que es
mucho mayor el esfuerzo que tiene que desarrollar el sistema de dirección,
teniendo en cuenta que en las direcciones eléctricas toda la fuerza de
asistencia la genera un motor eléctrico, cuanto mayor sea la asistencia a
generar por la dirección, el motor deberá ser mucho más grande, por lo que
también será el consumo de la corriente eléctrica del mismo.
1. Mecanismo de dirección 2. Bomba hidráulica. 3. Deposito 4. Tubería de alimentación 5. Tubería de retorno 6. Tubería de presión
Figura 25. Sistema dirección hidráulica
(Cise Electronics, 2013)
2.8.2.3. Dirección asistida electro hidráulica La dirección asistida electro hidráulica se basa en el conocido sistema de
dirección asistida hidráulica.
La principal diferencia entre ambos reside en el accionamiento de la bomba
hidráulica que genera la presión necesaria para la dirección asistida. En el caso
40
de la dirección asistida electrohidráulica, esta bomba es accionada por un motor
eléctrico cuyo funcionamiento es adaptado al nivel de dirección asistida
requerido. Cuando el vehículo está parado o circulando a velocidades muy
bajas, se incrementa el ritmo de bombeo de la bomba hidráulica para
proporcionar un alto grado de dirección asistida. Circulando a velocidades
elevadas, se reduce la velocidad de la bomba dado que no se requiere
asistencia.
1. Columna de la dirección 2. Regulación de altura del volante 3. Eje de dirección. 4. Sensor de par de la dirección 5. Motor eléctrico 6. Unidad de control asistida 7. Caja de dirección 8. Volante
Figura 26. Sistema dirección electrónico
(Cise Electronics, 2013)
41
Las ventajas de la dirección asistida electro hidráulica radican en el plus de
comodidad que ofrecen en la forma de la dirección suave al maniobrar y mucho
más firme al circular a gran velocidad.
Además ahorra combustible dado que sólo consume energía cuando es
necesario.
1. Fluido de la Dirección asistida.
2. Volante y columna de la
dirección.
3. Eje de la dirección.
4. Caja y Articulaciones de la
Dirección.
5. Bomba de Aceite de la Dirección
Asistida Eléctrica.
6. Sensor de ángulo de la Dirección
Asistida.
7. Módulo de Control EHPAS.
Figura 27. Sistema dirección Electro-hidráulico
(Cise Electronics, 2013)
2.9. FRENO REGENERATIVO
2.9.1. FUNCIONAMIENTO
El sistema de frenado regenerativo funciona cuando se convierte la energía
cinética del vehículo en energía eléctrica, la cual se usa para cargar las
baterías. Este sistema es particularmente efectivo en recobrar energía cuando
42
se circula por ciudad, donde se producen aceleraciones y deceleraciones
frecuentes.
Cuando se pisa el pedal de freno, el sistema controla la coordinación entre el
freno hidráulico del ECB (Electronic Control Braking) y el freno regenerativo y
preferentemente usa el freno regenerativo, por consiguiente recobrando energía
aun en las velocidades inferiores del vehículo. Con este sistema se consigue
una regeneración de energía muy eficiente.
Las pérdidas por rozamiento en la transmisión son mínimas ya que el
movimiento de las ruedas se transmite a través del diferencial y los engranajes
intermedios al motor eléctrico MG2 que se convierte en este caso en generador.
El sistema de frenado regenerativo consigue recuperar un 65% de la energía
eléctrica que carga las baterías.
Figura 28. Partes del freno regenerativo
(Aficionados a la mecanica, 2013)
2.9.2. PARTES Motor-Generador 2 (MG2). Es el encargado de funcionar como generador
para realizar la recarga en las baterías durante la marcha del motor térmico o
durante una frenada o reducción de velocidad.
43
MG2 actúa en las frenadas como freno regenerativo y también se emplea para
cargar las baterías en este caso. Al pisar el pedal de freno, si no se pisa con
mucha intensidad, los frenos hidráulicos de disco no actúan, realizando la
frenada el motor eléctrico en esta situación MG2 actúa como generador,
empleando los frenos hidráulicos para realizar la detención final.
Figura 29. Motor-Generador 2
(Cise, 2010)
Batería. La batería del Toyota Prius es de níquel e hidruro metálico, es
fabricada por Panasonic. Proporciona 202 V, tiene 6,5 Ah de capacidad (3
horas), pesa 42 kg y tiene la densidad de energía más alta del mundo entre las
baterías de su tamaño, se encuentra ubicada bajo el asiento posterior en la
figura 30 la podemos observar.
Figura 30. Batería hibrida
(Cise, 2010)
44
ECU Hibrida. El sistema controla la coordinación entre el freno hidráulico del
ECB (Electronic Control Braking) y el freno regenerativo y preferentemente usa
el freno regenerativo, por consiguiente recobrando energía aun en las
velocidades inferiores del vehículo.
2.9.3. DIAGRAMA DEL FLUJO ELÉCTRICO SISTEMA FRENO REGENERATIVO
Figura 31. Esquema del flujo eléctrico del freno regenerativo
(Toyota, 2009)
45
3 METODOLOGIA
45
3.1 VEHICULO DE PRUEBA
El vehículo con el que se dispone es un Toyota Prius de tercera generación
modelo 2010 que cuenta con las siguientes características en el sistema de
frenos.
Frenos delanteros de disco ventilado, con mordazas flotantes.
Frenos posteriores de disco solido integrado.
Se utiliza un freno de estacionamiento accionado con el pie, para un
funcionamiento más sencillo.
ABS.
INFORMACION GENERAL
Tabla 2. Información General
Cilindro maestro Tipo Único (válvula central)
Diámetro 22.22 mm (0.87 pulg.)
Servofreno Hidráulico
Pedal de Freno Relación de pedal 4.0
3.2 FRENOS DELANTEROS
Tabla 3. Especificaciones freno delantero
Tipo de frenos Disco ventilado
Tipo de pinza PEAL57 (25V)
Zona de pastilla 38.6 cm2 (5.98 pulg2)
Diámetro del cilindro de la rueda 57.22 mm (2.25 pulg)
Tamaño del rotor (diámetro x grosor) 255 mm x 25 mm (10.04 pulg x 0.98
pulg)
Material de relleno PV565H
Los frenos de disco ventilados se encuentran ubicados en la parte delantera del
vehículo, y están acoplados a la punta del eje como se observa en la figura 32 y
hace un solo cuerpo con la llanta.
46
1. Mordaza. 2. Disco de freno ventilado.
3. Punta de eje.
Figura 32. Partes del freno de disco ventilado
Disco Ventilado
1. Álabes de ventilación.
Figura 33. Disco ventilado vista superior
1
47
Mordaza
1. Porta mordaza 2. Mordaza
Figura 34. Conjunto de mordaza y porta mordaza
1. Mordaza 2. Cilindro.
3. Puntos de sujeción.
Figura 35. Elementos de la mordaza
1 2
48
Pastilla de Freno.
Figura 36. Vista frontal de la pastilla de freno
Figura 37. Vista superior de la pastilla de freno
3.3 FRENOS POSTERIORES
Tabla 4. Especificaciones frenos posteriores
Tipo de frenos Disco solido
Tipo de pinza CLA11H (9S)
Zona de pastilla 24.9 cm2 (3.86 pulg2)
Diámetro del cilindro de la rueda 38.18 mm (1.50 pulg)
Tamaño del rotor (diámetro x grosor) 259 mm x 9 mm (10.20 pulg x 0.35 pulg)
Material de relleno PV565H
49
Los frenos de disco solidos se encuentran en la parte posterior del vehículo y se
encuentra acoplado al soporte de la suspensión posterior. En la figura 38 se
puede observar partes que componen el freno de disco solido posterior.
1. Mordaza. 2. Disco Solido. 3. Plato protector del disco.
Figura 38. Freno de disco solido posterior
Mordaza
La mordaza de los discos de los frenos posteriores es de marca TOKICO, en
relación a las mordazas delanteras esta es de menor dimensión.
50
1. Porta mordaza 2. Mordaza 3. Perno de sujeción
Figura 39. Partes del conjunto mordaza y porta mordaza
3.4 FRENO DE ESTACIONAMIENTO INCORPORADO El conjunto de pinza de freno integrado se compone de un cilindro, conjunto de
pistón y conjunto de actuador, y posee un mecanismo integrado de freno de
estacionamiento
1
2
3
3
51
1. Pistón 2. Mordaza 3. Cilindro 4. Cañería del fluido de frenos. 5. Entrada del líquido de frenos
Figura 40. Partes del freno de estacionamiento incorporado
Accionamiento del freno de estacionamiento.
52
1. Cable de accionamiento 2. Resorte de desaccionamiento 3. Mordaza
Figura 41. Accionamiento del freno de estacionamiento
3.5 SENSOR DE VELOCIDAD DE RUEDA
Rueda delantera
El sensor de velocidad de rueda delantera se encuentra ubicado en la parte
posterior del plato protector del disco de freno como se muestra en la figura 42.
Este sensor es inductivo ya que tiene 2 cables, uno de color negro y uno
blanco mismos que generan la señal al momento que el sensor se encuentra
expuesto con la rueda dentada (rueda fónica) como se observa en la figura 43.
53
1. Plato protector del disco de freno. 2. Disco de freno ventilado
Figura 42. Sensor de velocidad de rueda
1. Cable blanco 2. Cable negro
Figura 43. Cables del sensor de velocidad de rueda Rueda posterior
54
El sensor de velocidad de la rueda posterior se encuentra ubicado en la parte
posterior del plato protector del disco de freno como se ve en la figura 44, el
socket de este sensor cuenta con un protector plástico para evitar el ingreso de
polvo o agua.
1. Protector plástico del socket 2. Protector de cables del sensor
Figura 44. Sensor de velocidad de rueda posterior
1. Socket del sensor de velocidad de la rueda posterior. 2. Protector de los cables del sensor. 3. Cable blanco del sensor 4. Cable negro del sensor
55
Figura 45. Partes del sensor de velocidad de rueda posterior
Señal del sensor de velocidad de la rueda.
Figura 46. Señal del sensor de velocidad de rueda
Tabla 5. Valores de la escala de la figura 44
Voltaje (V)
tiempo (ms)
Valor por división
0,2 10
Valor máximo
0,5
Valor mínimo
-0,5
En la figura 46 podemos observar que en los 10ms de la escala obtenemos una
oscilación y media, además los picos van desde 0.5V a -0.5V.
56
3.6 ACUMULADOR DEL FRENO El acumulador del freno se encuentra ubicado en la parte inferior del cuerpo
hidráulico del ABS, como se observa en la figura 47.
El acumulador del freno contiene dos solenoides que actúan para el
funcionamiento de los motores, mismos que se complementan para un frenado
efectivo y con suavidad.
1. Acumulador
2. Motor de la bomba
3. Socket selenoide 1
4. Socket selenoide 2
Figura 47. Acumulador
1
2
4
3
57
3.6.1 SEÑAL DE LOS SOLENOIDES DEL ACUMULADOR
Para obtener la señal del primer solenoide del acumulador se conectó el
osciloscopio al terminal derecho del socket gris como se indica en la figura 48.
En osciloscopio se generó la gráfica de la señal producida por el solenoide al
momento de presionar el pedal del freno que se observa en la figura 49.
1. Socket gris selenoide 1
2. Socket negro selenoide 2
Figura 48. Conexión del osciloscopio al selenoide
1 2
58
En la figura 49 se puede observar la señal que se produce al momento de
presionar el pedal de freno es de 14.27 voltios continuamente durante 1.1
segundos, independientemente del tiempo que se mantenga presionado el
pedal del freno.
Figura 49. Señal del selenoide
Tabla 6. Valores de la escala de la figura 49
Voltaje (V) tiempo (s)
10 0.5
Para observar el trabajo de ambos selenoides al momento de frenar, se
configuro el osciloscopio en dos canales para obtener las señales de los
mismos.
59
Para esto la punta de color rojo estará conectada al socket gris y será el canal A
mientras la punta de color amarillo estará conectada al socket negro y será el
canal B, como se observa en la figura 50.
Se conectó la punta de color rojo al terminal derecho del socket gris mientras
que la punta amarilla al terminal izquierdo del socket negro.
En el osciloscopio se obtuvo las señales que se observan en la figura 51.
El canal A se encuentra en la parte superior del osciloscopio mientras que el
canal B en la parte inferior.
Figura 50. Conexión del osciloscopio a los dos selenoides
60
Figura 51. Señales de los solenoides
Tabla 7. Valores de la escala de la figura 51
Voltaje (V) tiempo (s)
10 0.5
En la figura 51 se puede observar La señal que se produce al momento de
presionar el pedal de freno es de 14 voltios continuamente durante 0.6
segundos.
61
3.6.2 PRUEBAS DE LOS SELENOIDES DEL ACUMULADOR
La prueba se la realizo con los dos solenoides conectados, con un solenoide y
finalmente sin ningún solenoide conectado, a diferentes velocidades en una vía
asfaltada, se realizó una marca de referencia donde se aplicó el freno y se
empezó a tomar el tiempo, una vez el vehículo se detuvo por completo con un
flexómetro se realizó la medición. El vehículo se encontraba equipado con
llantas 195/70/15, con un desgaste del 45%, con los parámetros antes
mencionados se obtiene las siguientes distancias y tiempos de frenado que se
detallan en la tabla 8.
Tabla 8. Prueba de distancias y tiempos de frenado
La prueba se la hizo con el vehículo embancado y con los sockets de los
solenoides desconectados, para obtener una evaluación de la suavidad al
accionar el pedal del freno a diferentes velocidades.
A medida que se aumenta la velocidad la suavidad del pedal del freno bajaba
en un número de accionamientos del pedal del freno, con esto se obtuvo que en
cinco veces que se acciono el pedal a 30Km/h la suavidad se mantuvo y al
realizarlo a 90Km/h se mantuvo en una sola activación.
3.7 UNIDAD DE CONTOL DEL ABS
Para llegar a la unidad hidráulica se debió retirar los limpia-parabrisas que se
muestra en la figura 52.
62
1. Limpia parabrisas
Figura 52. Ubicación de tuercas de sujeción de limpiaparabrisas
Después se retiro las rejillas halando con cuidado, retirar la esquina izquierda y
continuar con la parte restante. Como se describe en la figura 53.
1. Esquina desprendible 2. Rejilla.
Figura 53. Rejilla
63
Se continua con el soporte de los limpiaparabrisas para lo que desconectamos
el socket del motor limpia parabrisas ya que este se va con el soporte al
momento de extraer los pernos de sujeción. Que se describe en la figura 54.
1. Motor limpiaparabrisas 2. Soporte motor limpiaparabrisas
3. Pernos 4. Socket del motor limpiaparabrisas
Figura 54. Sistema y soporte limpia parabrisas
Después se desconecta el socket del nivel de líquido de frenos para retirar el
soporte y así poder mover el reservorio del líquido de frenos que se describe en
la figura 55.
1 Reservorio del líquido de frenos
2 Tuercas del soporte del reservorio
3 Pernos de sujeción del reservorio
4 Socket de nivel de líquido de frenos
Figura 55. Ubicación del reservorio del líquido de frenos
64
Al final se encuentra en un solo cuerpo la ECU de control de derrape, el
Servofreno hidráulico, la unidad hidráulica y Simulador de carrera como se
indica en la figura 55.
1. Ecu de control anti derrapé. 2. Unidad hidráulica. 3. Servofreno. 4. Simulador de carrera. 5. Socket de la Ecu de control antiderrape.
Figura 56. Sistema de mando de los frenos
65
En la tabla 9, se presentan los datos obtenidos de las mediciones en los cables
del módulo de control de derrape así como la descripción de color.
Figura 57. Socket de la ECU de control de derrape.
Tabla 9. Colores y medidas de los cables del socket dela ecu de control de
derrape
# Color KOEO Socket
desconectado
Encendido sin
frenar
Encendido con
freno
1 Rojo 0.1 mV 1.02 V 1.7 V
2 Blanco 0.1 mV 0.1 mV 0.1 mV
3 Verde oscuro 0.1 mV 3.9 V 3.2 V
4 Negro 0.1 mV 5.02 V 5.04 V
5 Turquesa 2.43 V 2.36 V 2.37 V
6 Verde Claro 2.58 V 2.66 V 2.67 V
7 Rosado -1.1 mV 6.11 V 6.11 V
1 2
24 34
A B
13 23
C D
E F
66
8 Rosado 2.58 V 2.64 V 2.65 V
9 Morado 2.37 V 2.33 V 2.33 V
10 Turquesa -1.1 mV 0.03m 14.38 V
11 Verde Oscuro 0.2 mV S/D S/D
12 Rojo 0.4 mV S/D S/D
13 Blanco/Negro -1.1 mV S/D S/D
14 Blanco/Negro -1.1 mV S/D S/D
15 Blanco/Negro -1.1 mV S/D S/D
16 Blanco/Negro -1.1 mV S/D S/D
17 Blanco/Negro -1.2 mV S/D S/D
18 Blanco 0.2 mV S/D S/D
19 Marrón -1.1 mV S/D S/D
20 Blanco 0.2 mV S/D S/D
21 Morado 0.62 V S/D S/D
22 Rosado 0.1 mV S/D S/D
23 Negro 12.02 V S/D S/D
24 Blanco 12.01 V 14.44 V S/D
25 Marrón Oscuro 11.67 V 13.92 V S/D
26 Marrón 11.47 V 14.38 V S/D
27 Morado 6.47 V 7.81 V S/D
28 Celeste 12.01 V 14.43 V S/D
29 Negro 0.1 mV 1.44 V S/D
30 Negro 0.1 mV 1.43 V S/D
31 Marrón -1.7 mV 2.8 V 14.28 V
32 Turquesa 0.1 mV 1.45 V 1.49V
33 Negro 0.2 mV 13.11 V 13.08 V
34 Amarillo 12.01 V 14.41 V 14.33 V
A Blanco 2 mV S/D S/D
B Negro 12.07 V S/D S/D
67
C Negro -0.9 mV S/D S/D
D Negro -0.9mV S/D S/D
E Rojo 12.07 V S/D S/D
F Negro 12.07 V S/D S/D
S/D. Los datos no pudieron ser obtenidos por razones técnicas.
3.9 FUNCIONAMIENTO HIDRÁULICO NORMAL DE LOS FRENOS
Durante el frenado normal, las válvulas solenoide de conmutación SCC y SSC
se abren y las válvulas solenoides de conmutación SMC y SRC se cierran, por
lo que el circuito de presión del líquido desde el servofreno hidráulico a cada
rueda esta por separado. Las presiones del cilindro de cada rueda pueden
aumentarse, reducirse y mantenerse a través del control de las válvulas
solenoides lineales SLA y SLR.
La ECU de control de derrape calcula la fuerza de frenado solicitada por el
conductor, basada en las señales que recibe desde el sensor de presión del
cilindro maestro y el sensor de carrera del pedal del freno. A continuación, la
ECU de control de derrape calcula el valor de la fuerza regenerativa de frenado
a partir de la fuerza de frenado necesaria y transmite el valor calculado a la
ECU de control de gestión de la energía. Al recibir la señal, la ECU de control
de gestión de la energía transmite el valor real de la fuerza regenerativa de
frenado a la ECU de control de derrape, la ECU de control de derrape controla
las válvulas solenoides para hacer que el sistema de frenos hidráulico genere
un valor de fuerza de frenado (que se obtiene sustrayendo la fuerza de frenado
regenerativo del valor de fuerza de frenado que requiere el conductor).
La ECU de control de derrape calcula la presión deseada en el cilindro de la
rueda (equivalente a la fuerza de frenado que requiere el conductor) según las
señales procedentes del sensor de presión del cilindro maestro y del sensor de
carrera del pedal de freno. La ECU de control de derrape compara la presión
del cilindro de la rueda con la presión deseada. Si la presión del cilindro de la
68
rueda es inferior a la presión deseada, la ECU de control de derrape eleva la
presión en el actuador del freno consecuentemente, la presión de fluidos del
acumulador se bombea del cilindro de la rueda. Por otra parte, esta operación
es la misma que la que se lleva a cabo cuando la fuerza del frenado hidráulico
debe incrementarse (como se observa en la figura 58) para ejercer un control
cooperativo de acuerdo a los cambios de la fuerza de frenado regenerativo.
Figura 58. Diagrama de aumento de presión.
(Toyota, 2009)
69
Figura 59. Esquema aumento de presión
Tabla 10. Posición de válvulas para el aumento del frenado.
La válvula solenoide regula constantemente el grado de apertura de la válvula
de acuerdo con las condiciones de uso para controlar la presión de líquidos.
La ECU de control de derrape calcula la presión deseada en el cilindro de la
rueda (equivalente a la a la fuerza de frenado que requiere el conductor) según
las señales procedentes del sensor la presión del cilindro maestro y del sensor
de carrera del pedal del freno. La ECU de control de derrape compara la
70
presión del cilindro de la rueda con la presión deseada. Si son iguales, la ECU
de control de derrape mantiene el actuador del freno en el estado de retención
como se observa en la figura 60.
En consecuencia, el cilindro de la rueda se mantendrá a una presión constante.
Tabla 11. Posición de las válvulas en retención de frenado.
Figura 60. Diagrama retención de la presión
. (Toyota, 2009)
71
Figura 61. Esquema retención de presión.
La ECU de control de derrape calcula la presión deseada en el cilindro de la
rueda (equivalente a la fuerza de frenado que requiere el conductor) según las
señales procedentes del sensor de presión del cilindro maestro y del sensor de
carrera del pedal de freno. La ECU de control de derrape compara la presión
del cilindro de la rueda con la presión deseada. Si la presión del cilindro de la
rueda es superior a la presión deseada, la ECU de control de derrape reduce la
presión en el actuador del freno.
Por consiguiente, disminuyen la presión en el cilindro de la rueda como se
puede observar en la figura 62. Por otra parte, esta operación es la misma que
la que se lleva a cabo cuando la fuerza del frenado hidráulico debe reducirse
para ejercer un control cooperativo de acuerdo a los cambios de la fuerza de
frenado regenerativo.
72
Figura 62. Diagrama de reducción de presión.
(Toyota, 2009)
Tabla 12. Posición de válvulas en reducción del frenado.
73
Figura 63. Esquema de retención de la presión.
3.10 SISTEMA DE DIRECCIÓN ASISTIDA El sistema de dirección asistida genera un par a través del funcionamiento del
motor y el engranaje reductor instalado en el eje de la columna con el fin de
ayudar al esfuerzo de la dirección.
La ECU de la servodirección determina la dirección y el esfuerzo de
servodirección necesario de acuerdo con las señales de velocidad del vehículo
y las señales procedentes del sensor de par de apriete incorporado en el
conjunto de la columna de dirección. Como resultado, el esfuerzo de dirección
se controla para que resulte suave durante la conducción a velocidades bajas y
moderadamente duro durante la conducción a gran velocidad.
74
2.7.3 PARTES
-ECU de la servodirección.
La ECU de la servodirección calcula la servodirección necesaria basándose en
las señales de par de apriete de la dirección procedentes del sensor de par
apriete y de las señales de velocidad del vehículo procedentes de la ECU de
control de derrape.
1. Sensor de par de apriete. 2. Columna de la dirección. 3. Motor de la servodirección.
Figura 64. Partes de la servodirección
1
2
3
75
-Sensor de par de apriete.
El sensor de par de apriete detecta el esfuerzo de la dirección generado cuando
se gira el volante y lo convierte en una señal eléctrica. Se puede observar en la
figura 58.
-Motor de servodirección.
El motor de servodirección se activa con la corriente de la ECU de la
servodirección y genera un par de apriete para facilitar el esfuerzo de dirección.
Se puede observar en la figura 64.
3.10.2 MEDIDAS Y CABLES DEL SOCKET DE LA SERVODIRECCIÓN.
El socket se encuentra compuesto por cuatro cables, dos de señal, una
alimentación y una masa.
Rojo= Alimentación
Blanco= Señal
Negro= Masa
Amarillo=Señal
Los cables de señal varían opuestamente entre ellos es decir al curvar
totalmente a la derecha el cable amarillo está en el rango mínimo, mientras que
el cable rojo está en el rango máximo.
Tabla 13. Datos de cables de señal
Sentido Giro
Derecha Centro Izquierda Cables
Amarillo 1.2v 2.3v 3.8v
Blanco 3.7v 2.3v 1.19v
76
3.11 FRENO REGENERATIVO
3.11.1 FUNCIONAMIENTO
Al momento de desacelerar o bien al momento de frenar la energía cinética de
las ruedas pasa al eje de salida de la transmisión planetaria que gira solidaria al
rotor del motor-generador 2 (MG2) mismo que se encuentra en generador y con
la corriente que envía la computadora se produce un campo magnético que
genera energía eléctrica que posteriormente pasa al inversor para ser
transformada de los 600 voltios que producen los generadores a 220 voltios que
almacena la batería y además de corriente alterna a corriente continua para así
esta energía ser almacenada en la batería de alto voltaje.
3.11.2 PARTES
-Motor-Generador 2.
Es un motor generador trifásico de corriente alterna se encuentra bajo el
inversor y acoplada a la corona de la transmisión planetaria. En la figura 65 se
puede observar los principales componentes de MG2.
-Inversor.
Dentro de las principales funciones se tiene:
Permite controlar los moto-generadores con un circuito en su interior que toma
la tensión de la batería de alto voltaje la cual se encuentra en 220 VDC y
mediante un circuito de potencia genera una corriente alterna en tres fases que
permita el movimiento de los motores eléctricos.
Permitir mediante la tensión de la batería de alto voltaje generar una corriente
alterna en tres fases que se utiliza para mover un motor eléctrico de frecuencia
variable que acciona el mecanismo del aire acondicionado.
77
1. Rotor 2. Bobinado.
Figura 65. Motor-Generador 2
- Permite mediante la tensión de la batería de alto voltaje convertirla en tensión
de 12V, para mantener la carga a la batería de 12V.
- Permitir la carga de la batería de alta tensión mediante los moto-generadores
MG1 y MG2, esto con una electrónica basada en transistores IGBT y
controlada por la unidad de control del sistema hibrido ECU HV.
- Permite el movimiento del moto-generador MG1 en condición de arranque
para el motor de combustión interna.
1
2
78
-Batería HV.
- Batería que almacena 220 voltios de corriente continua.
- Está compuesta por 14 pequeños paquetes de batería de aproximadamente
14 a 15 Voltios cada uno colocados en serie.
- El conjunto está constituido a base de níquel-metal.
- Cada uno de los pequeños paquetes son un par de baterías de 7V
aproximadamente colocadas en serie.
- Se encuentra ubicada bajo el asiento posterior.
3.11.3 PARTES DEL CONJUNTO MOTRIZ
1. Eje de salida al volante de inercia
2. Salida a los ejes Figura 66. Vista lateral izquierda de la transmisión
1
2
79
1. MG1 2. Conjunto motriz 3. MG2
4. Entrada de corriente MG1
5. Entrada de corriente MG2
6. Bomba de aceite Figura 67. Vista lateral derecha de la Transmisión.
7. Figura 68, Conexión trifásica de MG1
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6
80
1. MG1 2. Conjunto motriz 3. MG2
4. Selector electrónico de marchas
Figura 69. Vista frontal de la transmisión
3.11.4 FUNCIONAMIENTO DEL CONJUNTO MOTRIZ
MG2 va directo a la corona de la transmisión planetaria (1 de la figura 71) y por
consiguiente al movimiento de las ruedas, si el eje de salida no está bloqueado
y MG2 se mueve el auto se moverá, de esta forma comienza a moverse el
vehículo, si MG2 gira de forma contraria, el auto procede a moverse en marcha
4
1
2 3
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atrás. En caso de que el vehículo se lo coloque en neutro y alguien lo mueve de
forma externa, MG2 se tiene que mover de forma obligada porque esta directo a
la salida (1 de la figura 70).
Si el vehículo está en movimiento, MG2 está en movimiento y MG1 coloca
resistencia, se moverá todo el conjunto planetario (1, 2, 3, 4 de la figura 71)
como un solo elemento para así aportar potencia MG2 y el motor de
combustión, MG1 seria arrastrado generando energía al sistema.
1. Salida a los ejes 2. Conector corriente de MG2
Figura 70. Vista posterior de la transmisión
1
2
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1. Corona (MG2) 2. Porta satélites (MCI) 3. Solar (MG1) 4. Eje motriz 5. Conjunto des multiplicador 6. Corona del diferencial
7. Conjunto diferencial 8. Salida al eje 9. Palanca de enclavamiento 10. Filtro de aceite.
(1, 2, 3, 4 = Conjunto transmisión planetaria)
Figura 71. Transmisión del vehículo Toyota Prius.
Desaceleración y frenado. La estrategia comienza cuando el conductor levanta el pedal del acelerador y el
vehículo está en velocidad, en ese momento MG2 se convierte en generador y
con el movimiento del vehículo comienza a cargarla batería HV, de esta forma a
medida que toma energía cinética disminuye la velocidad del vehículo, aunque
en todo momento los frenos están en paralelo controlando la situación de forma
hidráulica.
1
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6
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83
En este momento el motor de combustión interna se apaga, y MG1 gira al
contrario para crear el radio de giro, toda la carga es gestionada por la unidad
HV pero permitida en potencia a travez del inversor para la posterior carga a las
baterías.
En accion de freno regenerativo no se requiere que el motor termico este
prendido para cargar la bateria pues para ello se esta utilizando el movimiento
del mismo auto, por lo que MG1 estara con valor de rpm negativo para no
encender al motor termico (velocidad sensada con un sensor de velocidad
como el que se observa en la figura 72) y MG2 con un valor de rpm positivo del
moviento que esta vez servira de carga a la bateria así como de freno eléctrico.
1. Sensor de velocidad.
2. Sensor de temperatura.
3. Conector de Corriente de MG
Figura 72. Sensores de velocidad y temperatura de MG1
1
2
3
84
3.11.5 FUNCIONAMIENTO DEL INVERSOR EN ESTRATEGIA DE FRENO
REGENERATIVO.
Existe una estrategia cuando el sistema necesita recibir energía. Si se analiza el
circuito completo del inversor en la figura 72 se puede apreciar la conexión de
los moto-generadores MG1 y MG2.
Figura 73. Esquema eléctrico de la conexión del inversor a los moto-generadores
(CISE, 2010)
Cada una de las fases de los moto-generadores operan corriente alterna, esta
es generada por el inversor en la etapa 2 y va hacia uno delo moto-generadores
MG cuando trabaje como motor eléctrico, pero por momentos este va a generar
energía eléctrica usando el movimiento del vehículo, en este momento
funcionara como generador y en este caso será MG2 quien genere corriente
85
alterna. Esta corriente debe entrar a la batería como corriente directa, para eso
debe pasar por la etapa 2 y el conjunto IPM.
Para empezar la corriente alterna se debe convertir en directa, para este fin
cada fase utiliza el puente rectificador, conformado por el conjunto de diodos
mostrado en la gráfica superior como parte 2.
En el esquema que se encuentra en la figura 73 se puede apreciar
eléctricamente como opera este mecanismo, el cual es similar al de un
alternador convencional.
Figura 74. Esquema eléctrico de recarga (etapa 2 del inversor).
(CISE, 2010)
Una vez que pasa por este circuito se tiene una salida positiva y una negativa
de corriente directa, que también se estabiliza gracias al paquete de
condensadores.
86
La tensión para que ingrese ser mayor que la de la batería HV, luego cuando
llegue al IPM esta tensión no podría pasar directamente puesto que el diodo 2
no está correctamente polarizado. Es en este momento que la unidad de control
del sistema hibrido deja de operar a T1 que es el encargado de controlar la
fuente conmutada y permite la activación de T2 creando así un paso para la
tensión que se encuentra en el punto 3 que se muestra en la imagen inferior.
Se debe recordar que la tensión en el punto 3 es el producto de la generación
de corriente del MG2.
En este momento iniciara a ingresar carga a la batería, pasando por el reactor,
que por su baja resistencia, no genera gran caída de tensión. En la figura 74 se
puede observar el paso de la tensión a través de T2 sombreado en rojo.
El conjunto de los diodos se encuentra en el mismo cuerpo de los transistores
de potencia que conmutan los motogeneradores eléctricos MG.
Figura 75. Esquema eléctrico de operación del transistor 2
(CISE, 2010)
4 ANALISIS DE RESULTADOS.
87
SENSOR DE VELOCIDAD DE RUEDA.
El sensor de velocidad es de tipo inductivo ya que presenta dos cables los
mismos que se observan en la figura 43, además en la señal que emite a pesar
de no ser sinodal perfecta y más bien ser cuadrada presenta parte positiva y
negativa como se observa en la figura 46 y la tabla 5, lo que nos indica que es
una onda alterna.
Solenoides del acumulador.
La señal del solenoide del acumulador en la figura 49 nos indica que el
funcionamiento es periódico al momento de presionar el pedal del freno. Ya que
solo funciona al momento que necesita cargar al acumulador.
Con los datos de la tabla 6 de la figura 49 podemos ver que el voltaje que recibe
el solenoide es de 14V continuos durante la carga del acumulador.
El acumulador está compuesto por dos solenoides, en la figura 51 se puede
observar las señales de los mismos, dando como resultado un funcionamiento
en paralelo para así generar una mayor comodidad y eficiencia al momento de
frenar.
Con los valores de la tabla 7 de la figura 51 podemos ver que los solenoides
reciben 14V continuamente durante el tiempo de su funcionamiento.
PRUEBAS DE LOS SOLENOIDES DEL ACUMULADOR
A partir de la tabla 8 de prueba de distancias y tiempos de frenado se deduce lo
siguiente.
88
A 30Km/h mientras el vehículo se encuentra en condiciones normales (dos
solenoides conectados) este frena en una distancia de 4.56m y en un tiempo de
1.23s, mientras que al desconectar un solenoide la distancia aumenta en un
10.96% y el tiempo en 54.47% llegando a una distancia de 5m y un tiempo de
1.9s. Pero al momento de desconectar ambos solenoides la distancia aumenta
un 85% y el tiempo en 104%.
A 50Km/h mientras el vehículo se encuentra en condiciones normales este
frena en una distancia de 10.30m y en un tiempo de 1.86s, mientras que al
desconectar un solenoide la distancia aumenta en un 13.69% y el tiempo en
20.43%. Pero al momento de desconectar ambos solenoides la distancia
aumenta un 88.5% y el tiempo en 104.3%.
A 70Km/h mientras el vehículo se encuentra en condiciones normales este
frena en una distancia de 19.35m y en un tiempo de 2.10s, mientras que al
desconectar un solenoide la distancia aumenta en un 13.7% y el tiempo en
29.04%. Pero al momento de desconectar ambos solenoides la distancia
aumenta un 132.14% y el tiempo en 186.19%.
Cuando los solenoides se encuentran desconectados, la suavidad del pedal es
inversamente proporcional a la velocidad ya que a mayor velocidad se
descarga más rápido la reserva del acumulador.
UNIDAD DE CONTROL DE FRENADO
El sistema de mando de los frenos que se observa en la figura 56, se encuentra
compuesto en un solo cuerpo por: la ecu de control de derrape, la unidad
hidráulica, el servofreno, simulador de carrera y el socket de la ecu de control
de derrape.
89
SOCKET DE LA ECU DE CONTROL DE DERRAPE
En la figura 57, del socket de la ECU de control de derrape se puede observar
seis entradas más grandes y diferenciadas de color blanco, estas entradas son
de mayor tamaño ya que por estos pasa mayor corriente. Ya que por estos
pasa la corriente de entrada de la fuente de alimentación del motor 1, motor 2, y
el solenoide además de la conexión a masa de la ECU de control de derrape, y
las salidas de la fuente de alimentación del motor 1 y del motor 2.
CIRCUITO HIDRAULICO
En la figura 59, las válvulas SRC y SMC son normalmente abiertas, para que si
el vehículo no está encendido o se apaga en movimiento este no se quede sin
frenos, esta es una estrategia netamente hidráulica de seguridad que toma el
sistema.
En las tablas 10,11 y 12 se observa que las válvulas lineales SLA y SLR con
diferentes estrategias son las encargadas de controlar la presión del líquido en
cada uno de los cilindros de rueda, en las diferentes condiciones de
funcionamiento del sistema como son en reducción, retención y aumento de la
presión del frenado.
En la tabla 10 el sistema se encuentra en modo de aumento del frenado, para
llegar a esto la ECU de control de derrape comparo la presión del sensor del
cilindro maestro con la presión del sensor del cilindro de rueda, y esta con la
presión requerida notando así que la presión del cilindro de rueda es menor a la
presión requerida, y así toma control de las válvulas lineales con la siguiente
estrategia, la válvula SLA activada y abierta en un 50% mientras que SLR está
desactivada cerrada para aumentar así la presión en el actuador del freno.
90
En la tabla 11 el sistema se encuentra en modo de retención del frenado, para
llegar a esto la ECU de control de derrape comparo las presiones del cilindro de
rueda, el cilindro maestro, y la presión requerida, si son iguales, coloco las
válvulas lineales SLA y SLR en modo desactivadas cerradas para así mantener
la presión requerida en el actuador de freno dando como resultado mantener la
presión en el cilindro de rueda.
En la tabla 12 el sistema se encuentra en modo de reducción del frenado, para
esto la ECU de control de derrape luego del análisis de las presiones coloca las
válvulas lineales con la siguiente estrategia, la válvula SLA se encuentra
desactivada cerrada mientras que SLR está activada y abierta en un 50%
reduciendo la presión en el actuador de freno y por consiguiente en el cilindro
de rueda.
Al momento que se enciende el vehículo la ECU de control de derrape cierra las
válvulas de conmutación SMC y SRC y así el circuito de mecánico de
emergencia, ya que empieza el funcionamiento electrónico del sistema.
TRANSMISIÓN
MG2 tiene un bobinado y un rotor que es el imán permanente (que se observan
en la figura 65), que al momento que ingresa corriente al bobinado produce el
giro del rotor y así el movimiento de las ruedas, pero cuando se encuentra en
freno regenerativo al momento que ya se tiene el giro del rotor en el bobinado
por la inercia del movimiento de las ruedas, se empieza a producir corriente a
través de cada fase del bobinado para posteriormente cargar las baterías.
El MG2 se encuentra conectado a los ejes y por consiguiente a las ruedas a
travez de un conjunto de desmultiplicación, una corona y un diferencial que son
los encargados de transmitir el movimiento.
91
Cada fase de MG2 consume corriente cada 120 grados, así consume menos
corriente y produce más torque.
Cuando el vehículo se encuentra funcionando netamente en eléctrico MG2
recibe corriente trifásica proveniente del inversor, y MG1 también se encuentra
en funcionamiento cargando las baterías a bajas revoluciones, por lo que es
necesario encender el motor de combustión interna cuando la carga de las
baterías es demasiado baja.
Cuando el vehículo está en funcionamiento y se necesita cargar la batería, La
ECU HV manda corriente a MG1 para trabar el solar, consiguiendo girar al porta
satélites y por medio del eje del tren epicíclico que va al volante de inercia
encender al motor de combustión interna.
La resistencia entre las fases 1-2, 1-3, 2-3 de MG1 son de 1.1 ohmios.
La resistencia entre las fases 1-2, 1-3, 2-3 de MG2 son de 1.6 ohmios.
Cuando el vehículo está apagado o se presionó el botón de parking se traba el
sistema del bloqueo de la transmisión que se observa en la figura 71.
En la figura 72 se puede observar un termistor que es el encargado de censar la
temperatura de MG1.
La transmisión tiene una bomba de aceite de engranaje interno (figura 67)
porque la una se mueve dentro de la otra y un filtro de aceite (figura 71).
FRENO REGENERATIVO
En la figura 74 podemos ver la etapa 2 del inversor, que es el esquema de
como MG2 recarga las baterías.
5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
92
5.1 CONCLUSIONES
Al momento de conducir en condiciones normales y se siente una
perdida de suavidad y confort al momento de presionar el pedal del freno esta
puede deberse a un mal funcionamiento en uno o dos solenoides.
Si hay un mal funcionamiento en los solenoides del sistema electrónico
de control de frenado, este puede notarse por una mayor distancia acompañada
de un mayor tiempo de frenado.
Los solenoides del acumulador actúan solo cuando necesitan volver a
cargar al acumulador, más no porque el pedal este presionado por mayor
tiempo los solenoides van a funcionar todo ese momento.
Los dos solenoides trabajan en paralelo para así brindar una mayor
eficiencia al momento de pisar el pedal del freno, ya que al momento que uno
de estos no trabaja bien, está en mal estado o se encuentra desconectado no
logran cargar totalmente al acumulador que por momentos este demorara en
cargarse.
Si existe un daño en alguna de las válvulas solenoide ya sean lineales o
de conmutación de la unidad hidráulica, estas no se pueden cambiar o arreglar
ya que la unidad hidráulica es un solo cuerpo.
Se concluye que el freno regenerativo no tiene la fuerza necesaria para
detener por completo al vehículo, para ello se cuenta con un freno hidráulico
que detiene realmente al vehículo, y freno hidráulico y regenerativo trabajan de
forma solidaria brindando un mejor desempeño, así como mayor seguridad para
sus ocupantes.
93
El sensor de presión de rueda es un elemento importante en nuestro
sistema ya que este siempre va a estar siendo evaluado por la ECU de control
de derrape para un eficiente frenado, o en su defecto corregir en caso de
bloqueos.
Un fallo en la unidad de control del sistema de frenado puede generar
violencia o brusquedad en el frenado, siendo esto de alto riesgo en cuanto a
seguridad.
El sistema ABS está en relación directa al sistema de dirección asistida
electrónicamente, sus módulos envían información para las correcciones
requeridas.
Si el vehículo se encuentra en neutro, y recibe movimiento externo, MG2
va a girar obligatoriamente ya que se encuentra conectado directamente a los
ejes de salida.
Los moto-generadores son trifásicos para consumir poca corriente y
generar gran torque.
MG1 y MG2 se encuentran inmersos en aceite de la transmisión, mismo
que sirve para evitar desgastes de los engranajes.
La temperatura de MG1 y MG2 es evaluada a través de dos termistores
que están sujetados a la carcasa de la transmisión cerca de los moto-
generadores.
94
RECOMENDACIONES
Se recomienda hacer el estudio de la unidad de control de freno ya que este es
un elemento compacto en cuyo interior se encuentran los actuadores y
sensores del sistema hidráulico de frenado por lo que al momento cuando se
presenta un fallo en la misma se procede al remplazo de esta unidad.
Contar con la seguridad necesaria al momento de manipular el vehículo ya que
este cuenta con un mando electrónico, y el menor corto circuito este puede
verse afectado en las computadoras de mando.
Se recomienda para manipular y retirar los airbags es necesario desconectar la
batería de accesorios de 12V para evitar activaciones accidentales.
Se recomienda tomar la unidad hidráulica como un tema de estudio, ya que en
este se encuentra todo el sistema de control hidráulico del sistema de frenos.
Se recomienda no remolcar (halar) el vehículo en caso de existir fallos, si se
encuentra apagado o en estrategia de emergencia ya que el vehículo cuenta
con un enclavamiento para bloquear el movimiento del sistema, y este se puede
ver afectado al momento de forzarlo.
Se recomienda por seguridad en caso de presentar fallos acudir a un
especialista en vehículos híbridos, o si el vehículo ya no se mueve evitar
moverlo hasta que el especialista llegue.
Se recomienda no mover el vehículo si este presenta advertencias por
problemas mecánicos por posibles fugas y no se tenga la presión necesaria.
95
GLOSARIO
A/T Automatic Transmission - Transmisión automática.
ABS Antilock Braking Sistem – Sistema de Frenos
Antibloqueo.
ABSCM Antilock Braking Sistem Control Module
AWD All Well Drive - Tracción en todas las ruedas
ECU HV Computadora de alto voltaje
ECB Electronically Controlled Braking – Control
Electrónico de Frenado
IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor – Transistor
Bipolar de Puerta Aislada
IPM Módulo de alimentación integrada
MG1 MOTO GENERADOR 1
MG2 MOTO GENERADOR 2
mV milivoltios
SCC Solenoide de separación del circuito delantero del
posterior de alta
SSC Solenoide de paso al simulador de recorrido
SMC Solenoide de conmutación de freno asistido
electrónicamente/hidráulico circuito delantero
SRC Solenoide de conmutación de freno asistido/
electrónicamente/hidráulico circuito posterior
SLA Solenoide lineal de aumento
SLR Solenoide lineal de retorno
VDC Volt Direct Current – Voltaje de corriente directa.
96
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