Control eléctrico de frenada (Brake by Wire): Qué es y cómo funciona
La estabilidad en frenada ha influenciado a los pilotos en la primera carrera del año
El inicio de temporada ha sido muy intenso para todos los equipos. Afinar todo lo introducido en los monoplazas este año necesita de muchas horas de duro esfuerzo y no siempre es fácil. Uno de los elementos que más he influenciado las prestaciones en carrera ha sido la estabilidad en frenada.
Por J.M. Díaz| 24 Mar 2014 - 16:34
Lo hemos podido comprobar en el GP de Australia. Las pasadas de frenadas fueron constantes y todos, en mayor o menor medida, dirigían su dedo acusador al mismo punto, el nuevo sistema de frenada. Queremos que conozcáis a fondo este elemento que tiene una importancia vital, tanto para las prestaciones de un buen F1 como para la integridad del piloto que lo utilice, el control electrónico de frenada, también conocido como brake-by-wire.
La tecnología de Brake-by-wire se refiere al conjunto de sensores electrónicos y actuadores que reemplazan a los componentes mecánicos e hidráulicos de los sistemas de frenado tradicionales para llevar a cabo la función de frenado en un vehículo. Brake-by-wire es una combinación de sistemas de control electrónicos junto con un conjunto de actuadores electromecánicos y una interfaz hombre-máquina que en este caso es el pedal de freno.
Algunas tecnologías de este tipo ya se han instalado en los vehículos comerciales aunque la tecnología Brake-by-wire está todavía en desarrollo en los grandes fabricantes de automóviles en todo el mundo. Con todo, aún no ha sido ampliamente comercializada. La causa principal es la seguridad, otra es el elevado precio de sus componentes pero, sobre todo, porque no se tiene aún un control absoluto del sistema y generalizarlo sería arriesgado. Mercedes-Benz y Toyota ya utilizan este sistema en los coches de su gama más alta.
Un antecesor de este sistema, pero aplicado a las tareas de control del acelerador y del trabajo del diferencial, fue utilizado en la década de los 90 por el equipo McLaren en su MP4/7A en respuesta a las suspensiones activas implementadas por el rival Williams.
NOCIONES BÁSICAS
Para sabe como funciona es necesario recordar cómo funciona el ERS, o mejor dicho, la parte del sistema que no ha variado desde hace años, el KERS. Como sabéis, en 2014 los F1 contarán con una combinación de dos sistemas para reutilizar la energía que se ha producido para impulsar los monoplazas. Por un lado tenemos un sistema para conseguir energía procedente de la combustión gracias a la velocidad con la que circula los gases de escape, el ERS-H y por otro lado el sistema más convencional, formado por un motor/generador eléctricos para la recuperación de energía cinética de frenado que pasará a denominarse ERS-K (el KERS actual pero con la K al final) que es donde actúa el sistema de frenado brake by wire.
El ERS-K básicamente consiste en un generador-motor eléctrico (llamado MGU-K) que se conecta automáticamente a un punto del cigüeñal durante el tiempo que estamos accionando los frenos. Solo un matiz, en la actualidad todos los fabricantes que suministran unidades de potencia a los equipos de F1 ubican el MGU-K junto al motor al resultar el conjunto un paquete más compacto. Muy importante es que este generador-motor es realmente una sola pieza y que, dependiendo de lo queramos hacer, funciona como un generador de electricidad o, si le administramos electricidad, hace las funciones de motor.
El ERS-K, en fase de frenada, actúa de la siguiente forma:
Cuando el piloto pisa el pedal de freno, el motor MGU-K funciona como un generador. En ese instante se conecta al cigüeñal que está girando. Esta unión hace girar también al eje del generador que produce energía eléctrica que será enviada a unas baterías que se integran en el sistema donde se acumula para su posterior utilización.
Parece complicado pero no lo es. Imaginen las dinamos que se instalaban en las bicicletas para obtener luz. La dinamo sería el MGU-K y el cigüeñal la rueda.
Al actuar, el motor-generador produce una reducción de la velocidad del coche muy parecida a la que podemos percibir cuando conducimos nuestros propios coches, el llamado freno motor. Los vehículos pesados aprovechan algo parecido con la instalación del freno eléctrico. Este generador se desconecta automáticamente al dejar de accionar los frenos, por lo que no supone una pérdida de potencia en el motor al acelerar.
Por tanto, tenemos un sistema que de por sí es capaz de frenar el coche y ayuda a los frenos convencionales pero el nivel de frenado puede depender de muchos factores. En condiciones normales actuarán los dos a la vez en mayor o menor medida aunque puede suceder que, en determinadas condiciones, el motor-generador no actúe. Veámos un caso extremo. Imaginemos un circuito muy revirado como puede ser Mónaco o Hungaroring donde no hay demasiadas zonas donde descargar la energía del ERS y sí muchas donde se puede cargar debido a las números frenadas que se dan en estos circuitos.
Si la batería está llena, no tiene sentido activar el ERS-K para recoger más energía ya que sólo se podría acumular. En ese caso, la ECU no activaría el sistema en algunas curvas, el freno motor desaparecería y el piloto podría tener problemas al encontrarse que el coche, en ese punto, tendría menos poder de frenada al no actuar la resistencia adicional que provoca el generador. Otro caso extremo sería una avería del sistema ERS. En ese caso, el piloto tendrá que frenar muchos metros antes de cada frenada y no acumularía energía con lo que el abandono se presentaría como una opción a tener en cuenta.
Hasta 2014 no era necesario actuar en este sentido pero las cosas han cambiado. Debido a que el ERS es mucho más potente en los nuevos coches en comparación con el KERS usado en los coches de 2013. La cantidad de energía que se es capaz de recuperar cuando el coche está frenando es del doble, 161bhp de energía en comparación con 80bhp de los KERS. Con el aumento de la potencia del ERS, este efecto de freno motor también aumenta exponencialmente.
Por tanto, es esencial que los ingenieros tengan que instalar un sistema que pueda compensar el efecto de estas variaciones para poder así alcanzar el equilibrio de los frenos y la estabilidad en la frenada. Esto permite tener una conducción aceptable para el piloto y no desestabiliza el coche con un cambio repentino de equilibrio. Recuerden que para que un piloto pueda ir al límite y sus tiempos por vuelta sean los más bajos posibles, no solo se requiere de la velocidad punta que alcanzan. En la F1 moderna esa capacidad de ir rápido se debe en gran medida a la capacidad de frenado estable.
¿QUÉ ES EL CONTROL ELECTRÓNICO DE FRENADA?
Este sistema de frenado que los F1 montan en el eje trasero (brake by wire) es algo totalmente nuevo, y ha sido adoptado para sacar mayor rendimiento a los sistemas de recuperación de energía, que absorben la energía cinética de las ruedas traseras y generan en ellas un efecto de frenado que puede variar mucho dependiendo de la energía que estén recuperando.
Con el brake by wire, la electrónica mide cuánto está pisando el piloto el pedal de freno, y con la información de la cantidad de energía recuperada, o lo que es lo mismo, la fuerza de frenado que el motor-generador está realizando en el eje trasero, la ECU determina en cada instante cuánta presión debe ejercer sobre los frenos traseros para que el piloto tenga siempre un reparto de frenada delante-detrás igual, que no se vea afectada por lo que los sistemas de recuperación hagan. Por tanto el sistema cataliza el proceso, frenando el coche de una manera coherente, al mismo tiempo que garantiza la cosecha máxima de energía para las ERS.
¿CÓMO FUNCIONA?
El sistema en si es complejo e intervienen muchos elementos que deben de estar perfectamente equilibrados y sobre todo, bien testados.
La arquitectura general de un sistema de frenado electromecánico se compone principalmente de cinco tipos de elementos:
Los procesadores que incluyen una unidad de control electrónico y otros procesadores locales ECU
Memoria
Sensores
Actuadores
Red de comunicación.
Usando como cerebro de toda esta operación la ECU.
Ejemplo de sistema para las cuatro ruedas
En cada pinza de los frenos traseros hay un sensor que es utilizado por el sistema como entrada de referencia. En el motor-generador del ERS-K (conocido como MGU-K) hay otro sensor que proporciona la información para controlar la transmisión y envía los datos a un módulo de control de potencia, la ECU. Este módulo controla tres entradas de datos, por un lado la procedente de las pinzas, la que viene del MGU-K y por último la procedente del pedal del freno cuando lo activa el piloto.
La ECU analiza toda la información y manda de nuevo la orden a las pinzas para que los actuadores incidan sobre el frenado, aumentando la velocidad y presión de las pinzas sobre el disco. Por lo tanto, dos sensores situados en los frenos son dedicados a medir la potencia de frenada. Debido a la naturaleza crítica en materia de seguridad de esta aplicación, un simple fallo en uno de estos sensoriales tendría un efecto negativo en el conjunto vehículo y podría poner en riesgo la integridad del monoplaza y no sólo.
Por seguridad, los F1 tienen dos sistemas de frenos independientes, delantero y trasero, por si falla uno que el otro pueda frenar el coche. No obstante, las distancias son las restringidas y si el coche no se detiene con el freno delantero se convierte en impredecible.
Cuando el sistema funcione a la perfección el piloto no notará nada, proporcionando una frenada consistente y estable, de lo contrario, tendrá que reducir su ritmo al carecer de la confianza suficiente para forzar al máximo. Hasta el año pasado, los equipos calculaban cuanta energía había que recuperar en una vuelta y hacían los cálculos para que la tasa de recuperación de energía fuera siempre la misma en cada frenada, pero ahora todo es más complicado.
Algunos podrán argumentar que la asistencia electrónica para la frenada es un sistema electrónico de ayuda a la conducción y así es. Sin él, sería difícil mantener un sistema de frenada que permitiera a los pilotos conducir con seguridad y va en contra de lo que estipula la normativa que dice que dice que el conductor debe conducir "sólo y sin ayuda". Esta es una de las muchas incongruencias que tiene la reglamentación técnica que, por una parte impide el uso del control de tracción o el ABS, entre otros sistemas y, por otra parte, confía la eficacia y la seguridad de la frenada a un cerebro electrónico.
http://www.caranddriverthef1.com/formul ... o-funciona
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