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Frenos ABS Antilock Braking System Kia Clarus - Monografía



 
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Automoción. Especificaciones. Partes. Control. Diagrama y operación del sistema. Circuito hidráulico



A continuación daremos a conocer  el funcionamiento del sistema de frenos ABS (Anti-lock Brake Sistem, es decir, sistema de frenos anti-bloqueo), esto significa que al ser presionado el pedal de freno a fondo, los neumáticos no perderán adherencia con respecto al suelo en ningún momento, debido a que cada rueda tiene su propio sensor independiente incorporado que comprueba continuamente el estado de rotación de la rueda.  Durante el frenado, cuando la computadora del sistema (ECU :Electronic Control Unit, es decir, Unidad de Control Electrónico) determina que una rueda está a punto de bloquearse, el sistema se pone en funcionamiento actuando en fracciones de segundo para así evitar el patinaje.

Como las ruedas no se bloquean, la dirección del automóvil siempre puede controlarse (aunque los frenos se encuentren aplicados), lo que significa que se evitarán peligros con mayor facilidad

Este sistema, es utilizado en automóviles de última generación para aumentar la seguridad en la conducción en cualquier condición de manejo y terreno (cemento, asfalto, seco o mojado, ripio, barro, nieve, etc.).  Es necesario señalar el notable desempeño del ABS en lo que respecta al frenado en curvas.

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PARTES COMPONENTES Y SUS FUNCIONES



ECU (Unidad de Control Electrónico):

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 de Control Hidráulico (HCU).
Al girar el interruptor de encendido a la posición ON, la ECU efectúa un auto diagnóstico, si detecta una condición anormal, desconecta el sistema.

 HCU (Unidad de Control Hidráulico): 

   En el modo de operación de ABS la HCU cambia los conductos de líquidos para  controlar la presión del líquido de los cilindros de rueda, como respuesta a la instrucción recibida de la ECU. La HCU también forma parte del conducto del líquido de frenos que se extiende desde el cilindro maestro a los cilindros de rueda, junto con las tuberías.

 Sensor de Velocidad de la Rueda (Sensor de ABS): 

   Detecta la velocidad de la rueda en función del cambio en la densidad del flujo magnético que pasa a través del sensor, y la convierte en una señal eléctrica que será transmitida a la ECU.

Caja de Relés: 

   Aloja al relé de la válvula y al relé del motor.

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 de la ECU. El relé de la válvula también constituye uno de los circuitos de mando duplicados del piloto ABS.

Relé del Motor:  

  Sirve como interruptor de alimentación del motor de la bomba, como respuesta a una instrucción recibida de la ECU.

 Interruptor de la Luz de Parada (Freno):  

  Informa a la ECU si se está pisando o no el pedal del freno como condición para determinar la operación del ABS.

 Piloto ABS:  

   Alerta al conductor que hay una anomalía en el ABS.  Estando conectados el conector de diagnóstico y el terminal de diagnóstico (scanner), la luz destella para indicar los códigos de averías como respuesta a una instrucción recibida de la ECU.

 TEORÍA DEL CONTROL DE ABS



Cuando se pisa el pedal del freno durante la conducción, se reduce la velocidad de la rueda así como la del vehículo.  La diferencia que se produce entre la velocidad de la rueda y la del vehículo se conoce como fenómeno de “patinamiento”.  La magnitud de esta acción se expresa mediante el patinamiento, cuya relación se determina mediante la siguiente ecuación :

Relación de Patinamiento = Velocidad del vehículo - Velocidad de la rueda    x 100%
Velocidad del vehículo

Cuando la relación de patinamiento es igual a 0%, la velocidad del vehículo es igual que la velocidad de la rueda y la rueda gira sin patinar.  Cuando el patinamiento es de 100%, la rueda se bloquea y no  gira (la velocidad de la rueda es igual a 0) aunque el vehículo tenga velocidad.  La relación entre la fuerza de fricción de una rueda en dirección adelante y atrás y la relación de patinamiento se  indica con las curvas de características de la figura.

Estas curvas se determinan por la relación entre la rueda y la superficie de la carretera.  Cuando se usan los mismos tipos de ruedas, la curva indica por la línea sólida (del gráfico) muestra a ruedas que pasan por superficies de asfalto o pavimentadas.  La curva indicada por la línea punteada (del gráfico) se refiere a las ruedas que están sujetas a carreteras resbaladizas (con nieve o hielo).

Cuando se usan diferentes tipos de ruedas, aunque la  superficie de la carretera sea la misma, estas curvas cambian.  En general, el coeficiente de fricción entre la rueda y la superficie de la carretera en relación con el aumento de la relación de patinamiento alcanzará  el valor máximo en la gama 8% -30% y tenderá a disminuir después.


DIAGRAMA Y OPERACIÓN DEL SISTEMA



Principio Operativo



Las válvulas solenoides de la unidad hidráulica y las válvulas de control de flujo se abren y cierran de acuerdo a las señales (determinadas por la velocidad de las ruedas) de control de presión del fluido (aumento/disminución de la presión), la tasa de aceleración/desaceleración de las ruedas y la velocidad del vehículo.  Esta acción ajusta la presión del fluido en los calibradores de frenos.
La ECU de los frenos ABS calcula la velocidad de cada rueda y la tasa de desaceleración de las ruedas mediante las señales recibidas de los sensores de velocidad de las cuatro ruedas, estimando la velocidad del vehículo en ese momento.
Al aplicar los frenos, disminuye la velocidad de las ruedas y aumenta la diferencia entre velocidad de las ruedas y velocidad del vehículo.  Si la tasa de desaceleración de las ruedas excede un punto predeterminado (A), la ECU del ABS considera que la rueda se está bloqueando y abre la válvula solenoide para disminuir la presión del fluido.  Las ruedas comienzan a recuperar fuerza de agarre (B).  Cuando la velocidad de las ruedas alcanza el punto C, la ECU del ABS considera que las ruedas han evitado la posibilidad de bloqueo, y cierra la válvula solenoide.  La válvula de control de flujo se abre para aumentar la presión del fluido.  Cuando la tasa de desaceleración de las ruedas vuelve a exceder el punto establecido, el sistema de control ABS repite el ciclo para controlar la presión del fluido.

(1) Operación Normal



No hay corriente en la válvula solenoide en caso de frenado normal.

La válvula solenoide de entrada es del tipo NA (Normalmente Abierta) y la válvula de salida es el tipo NC (Normalmente Cerrada).

La bomba no trabaja y la presión del fluido se aplica desde el cilindro maestro al cilindro de rueda.

Mientras trabaja el ABS, la válvula solenoide repite el ciclo de las etapas de retención de presión, disminución de presión y aumento de presión del cilindro de rueda a través de la ECU.

(2) Modo de disminución de la presión



1)     Si se bloquea alguna de las ruedas por la aplicación del freno del conductor.

2)     Las válvulas solenoides específicas N/A (8-11) se cierran, y las válvulas solenoides N/C (12-15) se abren.

3)     Por consiguiente, se corta la presión proveniente del cilindro/M, se abre la presión excesiva del fluido hacia el acumulador de baja presión y disminuye la presión del líquido de frenos.

4)     En forma simultánea, comienza a funcionar la bomba y el líquido de frenos abierto vuelve desde el acumulador de baja presión hacia el cilindro/M (se produce un contragolpe).

Estados de la Válvula Solenoide en la HCU

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 (3)     Modo de retención de presión


1)     Si la presión del cilindro/R disminuye (o aumenta) a la presión óptima.
2)     Se cierra tanto la válvula solenoide N/A como la válvula solenoide N/C y se mantiene la presión óptima controlada en el lado del cilindro/R.
3)     En este momento se corta completamente la presión óptima controlada en el cilindro/R desde el cilindro/M y el acumulador de baja presión.

(4)     Modo de aumento de presión



1)     Si se necesita nuevamente un aumento de presión en el cilindro/R.
2)     Se cierra la válvula solenoide N/C, se abre la válvula solenoide N/A y se aplica al cilindro/R el líquido de frenos necesario para el aumento de presión.
3)     En este momento, el líquido de frenos necesario para el aumento de presión es suministrado desde el cilindro/M, mediante la aplicación del freno y/o mediante la bomba desde el acumulador de baja presión (sólo si contiene líquido).
Sensores ABS de Velocidad de Rueda
Los sensores ABS de velocidad de rueda funcionan en conjunto con los rotores para detectar las revoluciones de las ruedas. Cada uno de ellos consta de un magneto permanente, bobina y pieza polar, y está instalado en la articulación.  Estos sensores producen impulsos eléctricos al supervisar la rotación de los rotores de detección instalados en los ejes de impulsión y en los cubos de las ruedas.

Operación


A medida que gira, el rotor del sensor interrumpe el campo magnético del magneto permanente de velocidad de rueda, generando un voltaje CA (Corriente Alterna) en la bobina, mediante inducción electromagnética.  El ciclo del voltaje CA cambia en proporción a la velocidad de la rueda.  Mediante este ciclo, la ECU del ABS detecta la velocidad de las ruedas.
El sensor está montado, de modo que exista un poco de espacio libre entre el transductor (pieza polar) del sensor de velocidad y el rotor del sensor.

Unidad de Control ABS (ECU del ABS)



- La unidad de control del ABS (montada bajo el asiento del pasajero), vigila la velocidad de las ruedas y evalúa su situación en base a información de los sensores de velocidad de las ruedas.  En base a programas predeterminados, controla las válvulas solenoides y el motor de la bomba dentro de la HCU para impedir el bloqueo de las ruedas.  La ECU tiene también funciones de seguridad contra fallas y autodiagnóstico.
- Si la ECU del ABS detecta un error de ABS, se enciende la luz de advertencia ABS (piloto ABS, que se ubica en el tablero del automóvil) para advertir al conductor y el sistema vuelve al frenado normal (sin ABS).

Diagnóstico A Bordo



1)     Descripción general



El diagnóstico ABS a  bordo se basa en la supervisión autocontenida de fallas del  controlador electrónico y sus componentes periféricos.  No se necesitan equipos de prueba adicionales a bordo del vehículo.  El diagnóstico a bordo es un método útil para simplificar la detección de fallas en el ABS, porque se indica directamente el circuito o canal defectuoso después del procedimiento de lectura, comparando los códigos de falla con una lista de fallas.
El sistema de supervisión detecta fallas y perturbaciones breves durante la operación ABS normal o durante el procedimiento de lectura de diagnóstico y las almacena en una memoria continua.  Esta memoria no necesita energía eléctrica de la batería para almacenar la información.

2)     Pantalla parpadeante de la luz de advertencia



Durante el procedimiento de lectura, se despliegan los códigos de falla almacenados en forma de secuencia parpadeante de la luz estándar de advertencia ABS.
Las fallas del sensor de ruedas se pueden detectar mediante varios criterios diferentes.


3)     Procedimiento de lectura con luz de advertencia para indicación de falla


3.1)     Detenga el vehículo, desactive el encendido y conecte a tierra la entrada de estimulación del conector de diagnóstico (enchufe del scanner), línea en L, del cableado ABS.
3.2)     Active el encendido del auto, retire de tierra la línea L y espere, observando la luz de advertencia.
3.3)     Después de 1,2 segundos, se inicia la secuencia de parpadeo del primer código, con un parpadeo inicial de 2,5 segundos. Seguido de una pausa de igual duración.  Observe durante los siguientes 0,5 segundos el parpadeo de la luz, cuente los impulsos de parpadeo y anote en un papel el número de 4 dígitos resultante.  Esta secuencia de código se ejecuta en forma continua hasta que se vuelve a poner en tierra la línea L durante un tiempo mínimo de 2,5 segundos.  Después de esta acción la luz mostrará el número siguiente, y así en adelante, hasta que se hayan leído todos los códigos de falla y la lámpara quede en un parpadeo continuo de 2,5 segundos “activo - inactivo” (código 0000).
3.4)     Para terminar el procedimiento de lectura, conecte nuevamente a tierra la línea L durante un tiempo mínimo de 2,5 segundos, luego retire la conexión, de modo que se apague el controlador.  Retire la conexión de estímulo y desactive el encendido.
3.5)     Compare los códigos de falla anotados en el papel con la lista de referencia de indicaciones de falla.
3.6)     Atención :  si no está muy seguro de haber anotado el conteo de parpadeos correctos, puede repetir el procedimiento completo, pero evite acelerar el auto a más de 30 Km/h entre dos procedimientos de lectura, a fin de no destruir la información de fallas de la memoria del controlador.


4)     Borrado automático de la memoria continua del controlador



El controlador ABS tiene una característica de borrado automático de memoria que se activa en dos pasos :

4.1)     El procedimiento de lectura debe llegar a su término normal.  Deben haber aparecido todos los códigos almacenados.  Para preparar el controlador para el borrado, es suficiente llevar a cabo sólo una vez el procedimiento de lectura.
4.2)     Retire todas las conexiones de diagnóstico, active el encendido, acelere el auto a más de 30 Km/h y se borrarán todos los códigos almacenados.  Ahora el auto opera en función ABS normal.

5)     Lista de referencia de indicación de fallas



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Notas :
- Si las instrucciones de reparación no son de ayuda, reemplace el controlador.
- Si la luz de advertencia sigue encendida en forma continua, sin producir códigos de falla, la falla se encuentra probablemente en el controlador electrónico.  Revise primeramente el suministro de energía eléctrica, luego reemplace el controlador.
- Si las instrucciones de reparación de ayuda, revise los relés principales y el fusible principal.
- El controlador no se puede activar hasta que se hayan leído todos los códigos de falla.

CONCLUSIÓN


Resulta difícil no recalar la enorme contribución que entrega el ABS a la seguridad activa del automóvil.  Al mismo tiempo, debe reconocerse que ni los mejores vehículos pueden evitar toda clase de posibles accidentes, en los cuales influye el factor humano y en este terreno la “máquina” no tiene nada que hacer.

En nuestra pasantía en INDUMOTORA, lugar donde recopilamos la información para la realización de nuestro informe, nos queda claro el gran avance tecnológico de la mecánica en lo que respecta a la utilización de los sistemas de frenos ABS ; donde destacamos el automóvil KIA CLARUS, para el cual realizamos las pruebas indicadas dentro de nuestro informe en el anexo de Diagnóstico a Bordo.

Autor:

Jimmy Carter





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