FRENADO DE VEHICULOS

1. FRENADO DE VEHICULOS ESCUELA INGENIERIA MECANICA UNIV. NAC. ROSARIO

2. INTRODUCCION Objetivos: • Desacelerar el vehículo / detenerlo • Garantizar la seguridad del vehículo • Reparto óptimo de esfuerzos de frenado • Dispositivos para evitar bloqueo • Analizar la dinámica de la frenada (estabilidad)

3. DEFINICION DEL MODELO • Vehículo como cuerpo rígido sin suspensión • Movimiento en un plano lateral en linea recta • Acciones laterales despreciadas • Esfuerzos principales: • Pares de frenado en las ruedas (Ff) • Fuerzas de frenado en el contacto rueda/calzada (Mf) • Desaceleraciones angulares de las ruedas (Ω) • Pendientes en la calzada (θ) • Esfuerzos secundarios: • Resistencia a la rodadura • Esfuerzos aerodinámicos

4. ESFUERZOS PRINCIPALES EN LA FRENADA

5. ESFUERZOS LIMITES DE FRENADO Sistemas de frenos: Aplicación de una cupla de frenado para • Vencer la inercia de las masas rotativas de las ruedas • Desacelerar el vehículo en su traslación Límites: • Adherencia / bloqueo • Potencia del sistema de frenos En cada rueda ( j ) el equilibrio de fuerzas produce:

6. OTROS ESFUERZOS EN EL FRENADO Desnivel longitudinal del terreno Rodadura (Rr): retarda el movimiento (ayuda en el frenado) pero es mucho menor a las fuerzas principales de frenado • Esfuerzos aerodinámicos: Solo influye a altas velocidades • Fxa • Despreciarlo favorece a la seguridad en el diseño de frenos • Fya,Mya • modifica las cargas dinámica que soportan las ruedas Fz,j • (adherencia)

7. RESISTENCIA DEL MOTOR Y LA TRANSMISION • Transmisión: • Inercia de la transmisión (puede incluirse en la rueda) • Fricción en cojinetes, engranajes, juntas, etc • Solo se incluye cuando se requiere gran precisión en el cálculo • Motor: • Par resistente del motor a mariposa cerrada (Mc) • Depende de la relación de transmisión:

8. LA IMPORTANCIA DEL MOTOR EN EL FRENADO • Aumenta con el peso del vehículo • Razones de seguridad • Durabilidad del sistema de frenos (calentamiento excesivo) • Control del sistema de frenos mediante: • el tiempo de apertura de válvulas del sistema de frenos • Dispositivos de restricción de la salida de gases de escape aumentando la presión efectiva del cilindro y aumentando el torque frenante. • Convertidores de par transmiten potencia del motor a las ruedas y no en sentido contrario (no se puede aprovechar la energía del frenado) • En frenadas bruscas a altas velocidades el motor acoplado a las ruedas por la transmisión también debe ser frenado aumentando la exigencia del sistema de frenos

9. CONDICIONES IMPUESTAS POR LA ADHERENCIA Bloqueo: • Deslizamiento longitudinal unitario, rueda no gira pero se desplaza a velocidad no nula. • El coeficiente de roce adquiere un valor menor al de máxima adherencia, en general para un deslizamiento del 20%. • Por lo tanto, disminuye la fuerza de frenado respecto a la máxima posible obtenible con rodadura. • La interfaz rueda/calzada es incapaz de soportar cualquier esfuerzo lateral por menor que sea produciéndose un desplazamiento lateral cuyo efecto depende del eje que se bloquea.

10. BLOQUEO EJE TRASERO Condición normal Condición de bloqueo

11. BLOQUEO EJE DELANTERO Condición normal Condición de bloqueo

12. CONCLUSIONES DEL BLOQUEO • Bloqueo eje trasero , inestabilidad direccional • Bloqueo eje delantero, pérdida de control direccional • Evitar bloqueo mediante sistemas de control activos • Caso contrario evitar que se produzca bloqueo simultáneo de ambos ejes • Tratar que de producirse el bloqueo aparezca primero en el eje delantero. • El bloqueo reduce el coeficiente de adherencia disminuyendo la distancia de frenado. • Es importante controlar el reparto de fuerzas de frenado en función de la carga que cada eje soporta.

13. REPARTO OPTIMO DE FUERZAS DE FRENADO Tomando momentos respecto a los parches en cada rueda surge: De la ecuación de equilibrio longitudinal surge:

14. REPARTO OPTIMO DE FUERZAS DE FRENADO Haciendo: Entonces: Equivale a una desaceleración Carga estática Carga por transferencia

15. REPARTO OPTIMO DE FUERZAS DE FRENADO Definiendo: La condición de óptimo se da para:

16. Despreciando pendiente y la aerodinámica

17. EJEMPLO

18. EJEMPLO Máxima capacidad Capacidad AoB A B Bloqueo delantero Bloqueo trasero

19. CONCLUSIONES SOBRE REPARTO OPTIMO • Capacidad máxima de frenado solo en condiciones óptimas • Las condiciones óptimas son situaciones concretas dentro de un amplio margen de operabilidad del vehículo • Vehículos con cargas variables (transporte industrial) ven empeorado este inconveniente.(ver figura siguiente) ya que presentan dos curvas con dos óptimos muy separados (puntos O y O’) • Se recurre a válvulas compensadoras del sistema de freno según la carga del vehículo • En turismos las dos curvas están más próximas y se usa como condición de diseño el punto A de la misma.

20. CARGA VARIABLE

21. CURVAS DE EQUIADHERENCIA Análisis de la curva Ffd=f(Fft) de forma que ambas ruedas alcancen la adherencia al mismo tiempo

22. CURVAS DE ISOADHERENCIA Cuando EQUIADHERENCIA

24. CURVAS DE FRENADO IDEAL

25. CURVAS DE FRENADO REAL Inestabilidad direccional Pérdida de control direccional CURVA B:

26. FRENADO DE VEHICULOS ARTICULADOS

27. REPARTO DE FUERZAS DE FRENADO DE VEHICULOS ARTICULADOS

28. REPARTO DE FUERZAS DE FRENADO DE VEHICULOS ARTICULADOS Suponiendo equiadherencia entre los 3 ejes

29. REPARTO OPTIMO DE FUERZAS DE FRENADO DE VEHICULOS ARTICULADOS