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Sistema de frenos antibloqueo

Símbolo de ABS Frenos ABS en una motocicleta BMW Un sistema de frenos antibloqueo ( ABS ) es un sistema de frenado antideslizamiento de seguridad utilizado en aeronaves y vehícu...

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Símbolo de ABS
Frenos ABS en una motocicleta BMW

Un sistema de frenos antibloqueo ( ABS ) es un sistema de frenado antideslizamiento de seguridad utilizado en aeronaves y vehículos terrestres , como automóviles , motocicletas , camiones y autobuses . [ 1 ] El ABS funciona evitando que las ruedas se bloqueen durante el frenado, manteniendo así el contacto de tracción con la superficie de la carretera y permitiendo al conductor mantener un mayor control sobre el vehículo.

El ABS es un sistema automatizado que utiliza los principios de frenado por umbral y frenado por cadencia , técnicas que antes practicaban conductores expertos antes de que el ABS se generalizara. El ABS opera a una velocidad mucho mayor y con mayor eficacia que la mayoría de los conductores. Si bien el ABS generalmente ofrece un mejor control del vehículo y reduce las distancias de frenado en superficies secas y algunas resbaladizas, en superficies con grava suelta o cubiertas de nieve puede aumentar significativamente la distancia de frenado , aunque sigue mejorando el control de la dirección. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] Desde que el ABS se introdujo en los vehículos de producción, estos sistemas se han vuelto cada vez más sofisticados y eficaces. Las versiones modernas no solo pueden evitar el bloqueo de las ruedas durante el frenado, sino que también pueden modificar la distribución de la fuerza de frenado entre los ejes delantero y trasero . Esta última función, según sus capacidades e implementación específicas, se conoce con diversos nombres como distribución electrónica de la fuerza de frenado , sistema de control de tracción , asistencia de frenado de emergencia o control electrónico de estabilidad (ESC).

Historia

Sistemas primitivos

El concepto de ABS es anterior a los sistemas modernos que se introdujeron en la década de 1950. En 1908, por ejemplo, JE Francis presentó su «Regulador de prevención de deslizamiento para vehículos ferroviarios». [ 5 ]

En 1920, el pionero francés de la automoción y la aviación, Gabriel Voisin, experimentó con sistemas que modulaban la presión hidráulica de frenado en sus aeronaves para reducir el riesgo de deslizamiento de los neumáticos, ya que el frenado al límite en aviones es prácticamente imposible. Estos sistemas utilizaban un volante y una válvula conectados a una línea hidráulica que alimentaba los cilindros de freno. El volante estaba unido a un tambor que giraba a la misma velocidad que la rueda. En el frenado normal, el tambor y el volante deberían girar a la misma velocidad. Sin embargo, cuando una rueda se ralentiza, el tambor también lo hace, lo que provoca que el volante gire a mayor velocidad. Esto hace que la válvula se abra, permitiendo que una pequeña cantidad de líquido de frenos pase por alto el cilindro maestro hacia un depósito local, reduciendo la presión en el cilindro y liberando los frenos. El uso del tambor y el volante implicaba que la válvula solo se abría cuando la rueda giraba. En las pruebas, se observó una mejora del 30 % en el rendimiento de frenado, ya que los pilotos aplicaban inmediatamente los frenos a fondo en lugar de aumentar lentamente la presión para encontrar el punto de deslizamiento. Un beneficio adicional fue la eliminación de neumáticos quemados o reventados. [ 6 ]

El primer reconocimiento formal del sistema ABS llegó más tarde con el ingeniero alemán Karl Wässel, cuyo sistema para modular la potencia de frenado fue patentado oficialmente en 1928. Sin embargo, Wässel nunca desarrolló un producto funcional, al igual que Robert Bosch, quien obtuvo una patente similar ocho años después. [ 5 ]

Un sistema de frenado similar, llamado Decelostat , que utilizaba generadores de corriente continua para medir el deslizamiento de las ruedas, se empleó en los ferrocarriles en la década de 1930. [ 7 ] En 1951, el Decelostat, basado en un volante de inercia, se empleó en aeronaves para proporcionar control de deslizamiento en los aterrizajes. El dispositivo se probó primero en Estados Unidos y posteriormente en Gran Bretaña. [ 8 ] En 1954, Popular Science reveló que los fabricantes de automóviles estadounidenses en Detroit estaban realizando pruebas preliminares del sistema Decelostat para evitar el derrape de los coches al frenar bruscamente . Sin embargo, no se hizo pública la información sobre los resultados de las pruebas. [ 9 ]

A principios de la década de 1950, el sistema antibloqueo Dunlop Maxaret se utilizaba ampliamente en la aviación del Reino Unido, y aeronaves como el Avro Vulcan y Handley Page Victor , Vickers Viscount , Vickers Valiant , English Electric Lightning , de Havilland Comet 2c , de Havilland Sea Vixen y aeronaves posteriores, como el Vickers VC10 , Hawker Siddeley Trident , Hawker Siddeley 125 , Hawker Siddeley HS 748 y el derivado British Aerospace ATP , y BAC One-Eleven , y el Fokker F27 Friendship holandés (que, de forma inusual, tenía un sistema neumático de alta presión Dunlop (200 bar) en lugar de un sistema hidráulico para el frenado, la dirección de la rueda delantera y la retracción del tren de aterrizaje), venían equipadas con Maxaret de serie. [ 10 ] Maxaret, además de reducir las distancias de frenado hasta en un 30 % en condiciones de hielo o humedad, también aumentó la vida útil de los neumáticos y tuvo la ventaja adicional de permitir despegues y aterrizajes en condiciones que impedirían volar en absoluto en aeronaves no equipadas con Maxaret.

En 1958, el Laboratorio de Investigación Vial utilizó una motocicleta Royal Enfield Super Meteor para probar el sistema de frenos antibloqueo Maxaret. [ 11 ] Los experimentos demostraron que los frenos antibloqueo pueden ser de gran utilidad para las motocicletas, en las que el derrape está presente en una alta proporción de accidentes. Las distancias de frenado se redujeron en la mayoría de las pruebas en comparación con el frenado con las ruedas bloqueadas, especialmente en superficies resbaladizas, donde la mejora podía llegar hasta el 30 %. Sin embargo, el director técnico de Enfield en ese momento, Tony Wilson-Jones, no le veía mucho futuro al sistema, y ​​la empresa no lo puso en producción. [ 11 ]

Un sistema totalmente mecánico tuvo un uso limitado en automóviles durante la década de 1960, en el coche de carreras Ferguson P99 , el Jensen FF y el Ford Zodiac experimental con tracción a las cuatro ruedas , pero no volvió a utilizarse; el sistema resultó caro y poco fiable.

El primer sistema de frenos antibloqueo totalmente electrónico se desarrolló a finales de la década de 1960 para el avión Concorde .

El moderno sistema ABS fue inventado en 1971 por Mario Palazzetti (conocido como «Mister ABS») en el Centro de Investigación de Fiat y se ha convertido en estándar en casi todos los automóviles. El sistema se llamaba Antiskid y la patente se vendió a Bosch, que lo denominó ABS. [ 12 ]

Sistemas modernos

Un coche con una pegatina en la parte trasera que indica que tiene características de ABS y EBD.

Chrysler , junto con Bendix Corporation , introdujo un ABS computarizado de tres canales y cuatro sensores en las cuatro ruedas [ 13 ] llamado "Sure Brake" para su Imperial de 1971. [ 14 ] Estuvo disponible durante varios años más, funcionó según lo previsto y demostró ser fiable. En 1969, Ford introdujo un sistema de frenado antibloqueo llamado "Sure-Track" para las ruedas traseras del Lincoln Continental Mark III y el Ford Thunderbird , como opción; [ 15 ] se convirtió en estándar en 1971. [ 16 ] El sistema de frenado Sure-Track fue diseñado con la ayuda de Kelsey-Hayes. En 1971, General Motors introdujo el ABS "Trackmaster" solo para las ruedas traseras [ 17 ] como opción en sus modelos Cadillac de tracción trasera [ 18 ] [ 19 ] y llamó a la opción Sistema de frenado True-Track en el Oldsmobile Toronado . [ 20 ] En 1972, la opción estuvo disponible en todos los Cadillac. En 1971, Nissan ofreció un EAL (Sistema Antibloqueo Electrónico) desarrollado por la empresa japonesa Denso como opción en el Nissan President , que se convirtió en el primer ABS electrónico de Japón . [ 21 ]

1971: El Imperial [ 22 ] se convirtió en el primer automóvil de producción con un sistema de frenado antibloqueo de cuatro ruedas controlado por computadora. Toyota introdujo frenos antibloqueo controlados electrónicamente en el Toyota Crown, denominados ESC (Control Electrónico de Deslizamiento). [ 23 ]

1971: Primera aplicación en camiones: Sistema "Antislittamento" desarrollado por Fiat Veicoli Industriali e instalado en el camión Fiat modelo 691N1. [ 24 ]

1972: Los Triumph 2500 Estate con tracción a las cuatro ruedas venían equipados de serie con sistemas electrónicos Mullard . Sin embargo, estos coches eran raros y quedan muy pocos.

1976: WABCO comenzó el desarrollo del sistema de frenos antibloqueo en vehículos comerciales para evitar el bloqueo en carreteras resbaladizas, seguido en 1986 por el sistema de frenado electrónico (EBS) para vehículos pesados. [ 25 ]

1978: Mercedes-Benz W116. Como uno de los primeros modelos, utilizó un sistema electrónico de frenos antibloqueo (ABS) multicanal de cuatro ruedas de Bosch como opción a partir de 1978.

1982: Honda introdujo el sistema de frenos antibloqueo (ALB) multicanal controlado electrónicamente como opción para la segunda generación del Prelude, lanzado mundialmente en 1982. Información adicional: el distribuidor general de Honda en Noruega exigió que todos los Prelude para el mercado noruego incluyeran el sistema ALB de serie, convirtiendo al Honda Prelude en el primer automóvil entregado en Europa con ABS de serie. El distribuidor general noruego también incluyó el techo solar y otras opciones como equipamiento estándar en Noruega, lo que añadió un toque de lujo a la marca Honda. Sin embargo, el sistema tributario noruego encareció considerablemente el vehículo, y las ventas se vieron afectadas por los altos costos. A partir de 1984, el sistema ALB, así como las demás opciones de Honda, dejaron de ser equipamiento estándar en Noruega.

En 1985, el Ford Scorpio se lanzó al mercado europeo con un sistema electrónico Teves de serie en toda la gama. Gracias a ello, el modelo recibió el prestigioso premio al Coche Europeo del Año en 1986, con excelentes críticas por parte de la prensa especializada. Tras este éxito, Ford comenzó a investigar sistemas antibloqueo de frenos (ABS) para el resto de su gama, lo que impulsó a otros fabricantes a seguir su ejemplo.

Desde 1987, el ABS ha sido equipamiento estándar en todos los automóviles Mercedes-Benz . [ 26 ] Lincoln hizo lo mismo en 1993. [ 27 ]

En 1988, BMW presentó la primera motocicleta con ABS electrohidráulico : la BMW K100 . Yamaha lanzó el modelo FJ1200 con ABS opcional en 1991. Honda hizo lo propio en 1992 con el lanzamiento de su primera motocicleta con ABS en la ST1100 Pan European. En 2007, Suzuki lanzó su GSF1200SA (Bandit) con ABS. En 2005, Harley-Davidson comenzó a ofrecer la opción de ABS en motocicletas policiales.

Operación

El controlador del freno antibloqueo también se conoce como CAB (Controlador de freno antibloqueo). [ 28 ]

Normalmente, el ABS incluye una unidad de control electrónico central (ECU), cuatro sensores de velocidad de rueda y al menos dos válvulas hidráulicas dentro del sistema hidráulico de frenos . La ECU monitorea constantemente la velocidad de rotación de cada rueda; si detecta que una rueda gira significativamente más lento que la velocidad del vehículo, una condición que indica un bloqueo inminente de la rueda, acciona las válvulas para reducir la presión hidráulica en el freno de la rueda afectada, disminuyendo así la fuerza de frenado en esa rueda; la rueda entonces gira más rápido. Por el contrario, si la ECU detecta que una rueda gira significativamente más rápido que las demás, se aumenta la presión hidráulica del freno en esa rueda para que se vuelva a aplicar la fuerza de frenado, ralentizando la rueda. Este proceso se repite continuamente y el conductor puede detectarlo mediante la pulsación del pedal del freno. Algunos sistemas antibloqueo pueden aplicar o liberar la presión de frenado 15 veces por segundo. [ 29 ] [ 30 ] Debido a esto, las ruedas de los automóviles equipados con ABS son prácticamente imposibles de bloquear incluso durante una frenada de emergencia en condiciones extremas.

La ECU está programada para ignorar las diferencias en la velocidad de rotación de las ruedas por debajo de un umbral crítico, ya que, al girar el coche, las dos ruedas centrales de la curva giran más despacio que las exteriores. Por este mismo motivo, prácticamente todos los vehículos de carretera utilizan un diferencial .

Si se produce un fallo en cualquier componente del ABS, normalmente se encenderá una luz de advertencia en el panel de instrumentos del vehículo y el ABS quedará desactivado hasta que se solucione el problema.

El ABS moderno aplica presión de frenado individual a las cuatro ruedas mediante un sistema de control compuesto por sensores montados en el buje y un microcontrolador específico . El ABS se ofrece o viene de serie en la mayoría de los vehículos y es la base de los sistemas de control electrónico de estabilidad, cuya popularidad está aumentando rápidamente debido a la gran reducción del precio de la electrónica vehicular a lo largo de los años. [ 31 ]

Los modernos sistemas de control electrónico de estabilidad (ESC) representan una evolución del concepto ABS. En estos sistemas, se incorporan al menos dos sensores adicionales: un sensor de ángulo del volante y un giroscopio . Su funcionamiento es sencillo: cuando el giroscopio detecta que la dirección del vehículo no coincide con la del volante, el software del ESC frena las ruedas necesarias (hasta tres en los sistemas más avanzados) para que el vehículo siga la trayectoria deseada. El giroscopio también contribuye al control de frenado en curvas (CBC), indicando al ABS la intensidad de frenado que deben aplicar las ruedas interiores en la curva.

El sistema ABS también puede utilizarse para implementar un sistema de control de tracción (TCS) durante la aceleración del vehículo. Si, al acelerar, el neumático pierde tracción, el controlador ABS puede detectar la situación y tomar las medidas necesarias para recuperarla. Las versiones más sofisticadas de este sistema pueden controlar simultáneamente la aceleración y los frenos.

Los sensores de velocidad del ABS se utilizan a veces en el sistema indirecto de control de la presión de los neumáticos (TPMS), que puede detectar la baja presión de los neumáticos mediante la diferencia en la velocidad de rotación de las ruedas.

Componentes

El sistema ABS consta de cuatro componentes principales: sensores de velocidad de las ruedas , válvulas , una bomba y un controlador .

sensores de velocidad ABS
Sensores de velocidad (codificadores)
Un sensor de velocidad se utiliza para determinar la aceleración o desaceleración de la rueda. Estos sensores emplean un imán y un sensor de efecto Hall , o un sensor de reluctancia variable y una bobina electromagnética para generar una señal. La rotación de la rueda o del diferencial induce un campo magnético alrededor del sensor. Las fluctuaciones de este campo magnético generan un voltaje en el sensor. Dado que el voltaje inducido en el sensor es resultado de la rotación de la rueda, este sensor puede volverse impreciso a bajas velocidades. La menor velocidad de rotación de la rueda puede provocar fluctuaciones imprecisas en el campo magnético y, por lo tanto, lecturas erróneas para el controlador.
Válvulas
En la línea de freno de cada freno controlado por el ABS hay una válvula. En algunos sistemas, la válvula tiene tres posiciones:
  • En la posición uno, la válvula está abierta; la presión del cilindro maestro se transmite directamente al freno.
  • En la posición dos, la válvula bloquea la línea, aislando ese freno del cilindro maestro. Esto impide que la presión aumente aún más si el conductor pisa el pedal del freno con más fuerza.
  • En la posición tres, la válvula libera parte de la presión del freno.
Unidad de control hidráulico de cuatro canales parcialmente desmontada que contiene motor, bomba y válvulas.

La mayoría de los problemas con el sistema de válvulas se deben a la obstrucción de las mismas. Cuando una válvula está obstruida, no puede abrirse, cerrarse ni cambiar de posición. Una válvula inoperable impedirá que el sistema module las válvulas y controle la presión suministrada a los frenos.

Módulo de control electrónico
Bomba
La bomba del sistema ABS se utiliza para restablecer la presión en los frenos hidráulicos una vez que las válvulas la han liberado. Una señal del controlador libera la válvula al detectar deslizamiento de las ruedas. Tras la liberación de la presión suministrada por el usuario, la bomba se encarga de restablecer la presión deseada en el sistema de frenado. El controlador modula el estado de la bomba para proporcionar la presión adecuada y reducir el deslizamiento.
Controlador
El controlador es una unidad de control electrónico (ECU) ubicada en el vehículo que recibe información de cada sensor de velocidad de las ruedas. Si una rueda pierde tracción, la señal se envía al controlador. Este limita la fuerza de frenado (EBD) y activa el modulador del ABS, que acciona las válvulas de frenado.

Usar

Existen muchas variaciones y algoritmos de control diferentes para su uso en ABS. Uno de los sistemas más simples funciona de la siguiente manera: [ 30 ]

  1. El controlador supervisa constantemente los sensores de velocidad. Busca desaceleraciones inusuales en la rueda. Justo antes de que una rueda se bloquee, experimentará una desaceleración brusca. Si no se controla, la rueda se detendría mucho más rápido que cualquier automóvil. Un automóvil podría tardar entre dos y cuatro segundos en detenerse desde 96,6 km/h  (60 mph  ) en condiciones ideales, pero una rueda bloqueada podría dejar de girar en menos de un segundo.
  2. El controlador del ABS sabe que una desaceleración tan rápida del coche es imposible (y, de hecho, la desaceleración rápida significa que la rueda está a punto de patinar), por lo que reduce la presión del freno hasta que detecta una aceleración, y luego la aumenta hasta que vuelve a detectar una desaceleración. Puede hacerlo muy rápidamente antes de que la rueda cambie de velocidad de forma significativa. El resultado es que la rueda se desacelera al mismo ritmo que el coche, mientras que los frenos mantienen las ruedas muy cerca del punto en el que empezarían a bloquearse. Esto proporciona al sistema la máxima potencia de frenado.
  3. Esto elimina la necesidad de bombear manualmente los frenos al conducir sobre una superficie resbaladiza o con poca tracción, lo que permite mantener la dirección incluso en la mayoría de las situaciones de frenado de emergencia.
  4. Cuando el ABS está en funcionamiento, el conductor sentirá una pulsación en el pedal del freno; esto se debe a la rápida apertura y cierre de las válvulas. Esta pulsación también le indica al conductor que el ABS se ha activado.

Tipos de freno

Los sistemas de frenos antibloqueo utilizan diferentes esquemas según el tipo de frenos empleados. Se diferencian por el número de canales (es decir, cuántas válvulas se controlan individualmente) y el número de sensores de velocidad. [ 30 ]

1) ABS de cuatro canales y cuatro sensores
Cada rueda cuenta con un sensor de velocidad y una válvula independiente. Gracias a esta configuración, el controlador supervisa cada rueda individualmente para asegurar que alcance la máxima fuerza de frenado.
2) ABS de tres canales y cuatro sensores
Hay un sensor de velocidad en cada una de las cuatro ruedas y una válvula independiente para cada una de las ruedas delanteras, pero solo una válvula para las dos ruedas traseras. Los vehículos más antiguos con ABS en las cuatro ruedas suelen usar este tipo de sistema.
3) ABS de tres canales y tres sensores
Este sistema, común en camionetas con ABS en las cuatro ruedas, cuenta con un sensor de velocidad y una válvula para cada rueda delantera, y una válvula y un sensor para cada rueda trasera. El sensor de velocidad de las ruedas traseras se ubica en el eje trasero. Este sistema permite el control individual de las ruedas delanteras, de modo que ambas alcancen la máxima fuerza de frenado. Sin embargo, las ruedas traseras se monitorean conjuntamente; ambas deben comenzar a bloquearse para que el ABS se active en la parte trasera. Con este sistema, es posible que una de las ruedas traseras se bloquee durante una parada, reduciendo la eficacia del frenado. Este sistema es fácil de identificar, ya que no cuenta con sensores de velocidad individuales para las ruedas traseras.
4) ABS de dos canales y cuatro sensores
Este sistema, común en los turismos desde finales de los 80 hasta mediados de los 90, utiliza un sensor de velocidad en cada rueda, con una válvula de control para cada una de las ruedas delanteras y traseras. Si el sensor de velocidad detecta el bloqueo en alguna rueda, el módulo de control activa la válvula de ambas ruedas de ese extremo del vehículo.
5) ABS de un canal y un sensor
Este sistema se encuentra comúnmente en camionetas, SUV y furgonetas con ABS en las ruedas traseras. Cuenta con una válvula que controla ambas ruedas traseras y un sensor de velocidad para el eje trasero. Su funcionamiento es similar al de la parte trasera de un sistema de tres canales. Las ruedas traseras se monitorizan simultáneamente y ambas deben comenzar a bloquearse para que se active el ABS. En este sistema, también es posible que una de las ruedas traseras se bloquee, reduciendo la eficacia de frenado. Este sistema es fácil de identificar, ya que no cuenta con sensores de velocidad individuales para cada rueda.

Eficacia

Un estudio australiano de 2004 realizado por el Centro de Investigación de Accidentes de la Universidad de Monash encontró que ABS: [ 2 ]

En superficies de alta tracción como el asfalto o el hormigón , muchos (aunque no todos) los coches equipados con ABS consiguen distancias de frenado mejores (es decir, más cortas) que las que serían posibles sin el ABS. En condiciones reales, incluso un conductor atento y experimentado sin ABS tendría dificultades para igualar o superar el rendimiento de un conductor típico con un vehículo moderno equipado con ABS. El ABS reduce las probabilidades de sufrir un accidente y/o la gravedad del impacto. La técnica recomendada para conductores no expertos en un coche equipado con ABS, en una típica frenada de emergencia, es pisar el pedal del freno con la mayor firmeza posible y, cuando sea apropiado, esquivar los obstáculos. En tales situaciones, el ABS reducirá significativamente las probabilidades de derrape y la consiguiente pérdida de control.

En grava, arena y nieve profunda, el ABS tiende a aumentar las distancias de frenado. En estas superficies, las ruedas bloqueadas se clavan en el suelo y detienen el vehículo más rápidamente. El ABS evita que esto ocurra. Algunas calibraciones del ABS reducen este problema al ralentizar el tiempo de ciclo, permitiendo así que las ruedas se bloqueen y desbloqueen brevemente de forma repetida. Algunos fabricantes de vehículos proporcionan un botón de "conducción todoterreno" para desactivar la función ABS. El principal beneficio del ABS en estas superficies es aumentar la capacidad del conductor para mantener el control del coche en lugar de derrapar, aunque la pérdida de control sigue siendo más probable en superficies blandas como la grava o en superficies resbaladizas como la nieve o el hielo. En una superficie muy resbaladiza como hielo o grava, es posible bloquear varias ruedas a la vez, lo que puede anular el ABS (que se basa en comparar las cuatro ruedas y detectar el derrape de cada una). La disponibilidad del ABS evita que la mayoría de los conductores tengan que aprender a frenar al límite.

Un estudio de junio de 1999 de la Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en Carreteras (NHTSA) encontró que el ABS aumentó las distancias de frenado en grava suelta en un promedio del 27,2 por ciento. [ 32 ]

Según la NHTSA,

El sistema ABS funciona junto con el sistema de frenado convencional, bombeando automáticamente los frenos. En vehículos sin ABS, el conductor debe bombear manualmente los frenos para evitar que las ruedas se bloqueen. En vehículos con ABS, basta con mantener el pie firmemente apoyado en el pedal del freno, mientras el sistema ABS se encarga de accionar los frenos automáticamente para que el conductor pueda concentrarse en la dirección y conducir con seguridad.

Al activarse, algunos sistemas ABS antiguos provocaban una pulsación notable en el pedal del freno. Dado que la mayoría de los conductores rara vez frenan con la suficiente fuerza como para bloquear las ruedas, y que normalmente no leen el manual del propietario, esto puede pasar desapercibido hasta una emergencia. Por ello, algunos fabricantes han implementado un sistema de asistencia a la frenada que detecta que el conductor está intentando una frenada de emergencia (al observar que el pedal del freno se presionó muy rápidamente, a diferencia de una frenada normal en la que la presión suele aumentar gradualmente). Algunos sistemas también monitorizan la velocidad a la que se suelta el acelerador y/o el tiempo transcurrido entre la liberación del acelerador y la aplicación del freno, y el sistema aumenta automáticamente la fuerza de frenado cuando no se aplica suficiente presión. Una frenada brusca o de emergencia en superficies irregulares, debido a que los baches provocan que la velocidad de las ruedas se vuelva errática, también puede activar el ABS, lo que a veces hace que el sistema entre en modo hielo, donde limita severamente la potencia máxima de frenado disponible. No obstante, el ABS mejora significativamente la seguridad y el control para los conductores en la mayoría de las situaciones de conducción.

Los frenos antibloqueo son objeto de algunos experimentos centrados en la teoría de la compensación del riesgo , que afirma que los conductores se adaptan al beneficio de seguridad del ABS conduciendo de forma más agresiva. En un estudio realizado en Múnich , la mitad de una flota de taxis estaba equipada con frenos antibloqueo, mientras que la otra mitad tenía sistemas de frenado convencionales. La tasa de accidentes fue prácticamente la misma para ambos tipos de taxis, y Wilde concluye que esto se debió a que los conductores de taxis equipados con ABS asumieron mayores riesgos, dando por sentado que el ABS se encargaría de ellos, mientras que los conductores de taxis sin ABS conducían con más cuidado, ya que el ABS no estaría ahí para ayudarlos en caso de una situación peligrosa. [ 33 ]

El Instituto de Seguros para la Seguridad en las Carreteras publicó un estudio en 2010 que encontró que las motocicletas con ABS tienen un 37% menos de probabilidades de verse involucradas en un accidente fatal que los modelos sin ABS. [ 34 ]

ABS en motocicletas

El sensor ABS de una BMW K 1100 LT
Un sensor ABS de rueda dentada. Estos son los discos de freno delanteros de una BMW R1150GS. El anillo ABS dentado indica que esta moto fue fabricada antes de noviembre de 2002.
Otro sensor ABS de rueda dentada. Este se encuentra en una motocicleta BMW K75 .

En una motocicleta, el sistema de frenos antibloqueo (ABS) evita que las ruedas se bloqueen durante el frenado. Basándose en la información de los sensores de velocidad de las ruedas, la unidad ABS ajusta la presión del líquido de frenos para mantener la tracción durante la desaceleración y evitar accidentes. El ABS en motocicleta ayuda al conductor a mantener la estabilidad durante el frenado y a reducir la distancia de frenado. Proporciona tracción incluso en superficies de baja fricción .

Si bien los modelos ABS más antiguos derivan de los automóviles, el ABS para motocicletas más reciente es el resultado de una investigación orientada a las especificidades de las motocicletas en cuanto a tamaño, peso y funcionalidad. Organizaciones nacionales e internacionales han evaluado el ABS para motocicletas como un factor importante para aumentar la seguridad y reducir el número y la gravedad de los accidentes y colisiones de motocicletas. La Comisión Europea aprobó una legislación en 2012 que hizo obligatorio el equipamiento con ABS para todas las motocicletas nuevas de más de 125 cc a partir del 1 de enero de 2016. Consumer Reports afirmó en 2016 que "el ABS se ofrece comúnmente en modelos grandes y caros, pero se ha extendido a varias motocicletas deportivas de gama básica y motocicletas de tamaño medio". [ 35 ]

Historia del ABS en motocicletas

En 1988, BMW introdujo un ABS electrónico/ hidráulico para motocicletas, diez años después de que Daimler Benz y Bosch lanzaran el primer ABS para vehículos de cuatro ruedas de producción en serie. Las motocicletas de la serie BMW K100 se equipaban opcionalmente con el ABS, que añadía 11  kg a la moto. Fue desarrollado junto con FAG Kugelfischer y regulaba la presión en los circuitos de frenado mediante un pistón de émbolo . [ 36 ] [ 37 ] Los fabricantes japoneses siguieron con una opción de ABS en 1992 en la Honda ST1100 y la Yamaha FJ1200 . [ 38 ]

Continental presentó su primer ABS Integral para Motocicletas (MIB) en 2006. Fue desarrollado en colaboración con BMW y pesaba 2,3  kg. [ 39 ] Mientras que la primera generación de ABS para motocicletas pesaba alrededor de 11  kg, la generación (2011) presentada por Bosch en 2009 pesa 0,7  kg (ABS básico) y 1,6  kg (ABS mejorado) con frenado integral. [ 40 ] [ 41 ] [ 42 ]

Principio básico

Los sensores de velocidad de las ruedas , instalados en la rueda delantera y trasera, miden constantemente la velocidad de rotación de cada rueda y envían esta información a una Unidad de Control Electrónico (ECU). La ECU detecta dos cosas: 1) si la desaceleración de una rueda supera un umbral fijo y 2) si el deslizamiento del freno, calculado a partir de la información de ambas ruedas, supera un cierto porcentaje y entra en una zona inestable. Estos son indicadores de una alta probabilidad de bloqueo de la rueda. Para contrarrestar estas irregularidades, la ECU envía una señal a la unidad hidráulica para que mantenga o libere la presión. Una vez que las señales muestran el retorno a la zona estable, la presión se incrementa de nuevo. Los modelos anteriores utilizaban un pistón para el control de la presión del fluido . Los modelos más recientes regulan la presión mediante la apertura y el cierre rápidos de válvulas solenoides . Si bien el principio básico y la arquitectura se han tomado del ABS de los turismos, se deben considerar las características típicas de las motocicletas durante los procesos de desarrollo y aplicación. Una característica es el cambio de la carga dinámica de la rueda durante el frenado. En comparación con los coches, los cambios de carga de la rueda son más drásticos, lo que puede provocar que la rueda se levante y se produzca una caída. Esto puede intensificarse con una suspensión blanda. Algunos sistemas están equipados con una función de mitigación de levantamiento de la rueda trasera. Cuando se detectan indicadores de un posible levantamiento de la rueda trasera, el sistema libera la presión de frenado en la rueda delantera para contrarrestar este comportamiento. [ 43 ] Otra diferencia es que en el caso de la motocicleta la rueda delantera es mucho más importante para la estabilidad que la trasera. Si la rueda delantera se bloquea entre 0,2 y 0,7 s, pierde fuerzas girostáticas y la motocicleta comienza a oscilar debido a la mayor influencia de las fuerzas laterales que actúan en la línea de contacto de la rueda. La motocicleta se vuelve inestable y cae.

Sistema de frenos antibloqueo (ABS)

Sistemas de pistón : La liberación de presión en este sistema se realiza mediante el movimiento de un pistón tensado por un resorte. Cuando se debe liberar la presión, un motor lineal retrae el pistón y abre más espacio para el fluido. El sistema se utilizó, por ejemplo, en el ABS I (1988) y el ABS II (1993) de BMW. El ABS II se diferenciaba en tamaño y en que se montó un embrague de fricción controlado electrónicamente en el eje en lugar de un pistón. Sensores de desplazamiento adicionales registran la distancia recorrida por el pistón para permitir una regulación más precisa por parte de la unidad de control. Honda también utiliza este sistema de modulación de presión para motocicletas deportivas y de turismo de gran cilindrada . [ 44 ] [ 45 ]

Sistemas de válvulas y bombas : Los componentes principales del sistema de modulación de presión son las válvulas solenoides de entrada y salida, una bomba, un motor y acumuladores/depósitos. El número de válvulas varía según el modelo debido a las funcionalidades adicionales y al número de canales de freno. Las bobinas accionan las válvulas de entrada y salida mediante la señal de la ECU. Durante la liberación de presión, el líquido de frenos se almacena en los acumuladores. En este sistema abierto, el líquido se reintroduce en el circuito de frenos mediante una bomba accionada por un motor, cuya pulsación se percibe en la palanca de freno. [ 46 ]

Sistema de frenado antibloqueo regenerativo para vehículos eléctricos de dos ruedas (eABS)

Los vehículos eléctricos pueden recuperar la energía del frenado de las ruedas traseras. [ 47 ]

Sistema de frenado combinado (CBS)

A diferencia de cómo las ruedas de los coches y trenes reaccionan de forma conjunta al frenar, en las motocicletas el freno de la rueda trasera y el de la delantera se controlan por separado. Si el conductor frena solo con una rueda, esta tiende a bloquearse más rápidamente que si se aplicaran ambos frenos. Por lo tanto, un sistema de frenado combinado distribuye la fuerza de frenado también a la rueda que no frena para reducir la posibilidad de bloqueo, aumentar la deceleración y minimizar el balanceo de la suspensión .

Con un sistema de frenado combinado (CBS) trasero único, la presión de frenado aplicada al pedal del freno trasero se distribuye simultáneamente a la rueda delantera. Una válvula de retardo interrumpe la presión hidráulica para asegurar que solo cuando se aplica un frenado fuerte, la presión también se genere en la rueda delantera. La primera motocicleta de calle de Honda con un sistema de frenado combinado (entonces llamado Frenado Unificado) fue la GL1100 de 1983. Este sistema se derivó de la motocicleta de carreras de resistencia RCB1000 de la década de 1970. [ 48 ] [ 49 ]

Los modelos más grandes con dos discos delanteros utilizan un sistema CBS dual. Moto Guzzi instaló este sistema por primera vez en 1975. [ 50 ] En este sistema, la presión de frenado aplicada en la rueda delantera también se aplica a la trasera y viceversa. Si se acciona la maneta delantera, la presión se acumula en 4 de los 6 pistones de las 2 pinzas delanteras. Un cilindro maestro secundario en la rueda delantera distribuye la presión restante a la rueda trasera mediante una válvula de control proporcional y actúa sobre 2 de las 3 pinzas. Si se aplica una fuerza de frenado intensa en la rueda trasera, la fuerza también se distribuye a 2 de los 6 pistones de la rueda delantera. Los sistemas CBS duales más modernos utilizan pinzas delanteras y traseras (y todos los pistones) según una relación de carga preestablecida entre la parte delantera y la trasera. La proporcionalidad se controlaba originalmente mediante complejos sistemas totalmente hidráulicos que interconectaban la parte delantera y trasera, con un retardo fijo o detectando cambios en la distribución del peso. Ya en 2001, BMW introdujo un sistema electrohidráulico. [ 51 ]

CBS y ABS

El CBS ayuda a reducir el peligro de bloqueo de ruedas y caídas, pero en ciertas situaciones, es posible que el CBS provoque una caída. Si la presión de frenado se distribuye de la rueda trasera a la delantera y la fricción de las superficies cambia repentinamente (charco, hielo en la calle), la rueda delantera podría bloquearse incluso si solo se ha aplicado el freno trasero. Esto llevaría a una pérdida de estabilidad y una caída. Por lo tanto, el CBS se combina con el ABS para evitar esto en una motocicleta. Son posibles diferentes enfoques para realizar esta combinación: Sin presión activa Acumulación Versión única: Un tercer canal adicional conecta el circuito de la rueda trasera a través de una válvula de retardo al freno delantero. Una fuerte presión de frenado en la rueda trasera (o en ambas ruedas) presuriza ambos circuitos de frenado, sin embargo, esta presión se ajusta según la velocidad de la rueda y el deslizamiento del freno.

La versión dual combina el Dual CBS de Honda con un cilindro maestro secundario y una válvula de control proporcional [con ABS de pistón] Un modulador regula la presión para cada [ 52 ] Con acumulación activa de presión En 2009, Honda introdujo el ABS combinado controlado electrónicamente para sus motocicletas deportivas de alto rendimiento que utilizan tecnología de frenado por cable. La entrada de freno del conductor es medida por sensores de presión y la información se proporciona a una ECU. Junto con la información de los sensores de velocidad de la rueda, la ECU calcula la distribución óptima de presión para evitar bloqueos y para proporcionar la mejor desaceleración posible. Basándose en esta salida, un motor para cada rueda acciona una bomba que acumula y regula la presión de frenado en la rueda. Este sistema ofrece un tiempo de reacción rápido debido a la funcionalidad de frenado por cable.

El sistema MIB (Sistema de Frenado Integral para Motocicletas) de Continental Teves y el eCBS (Sistema de Frenado Compartido Electrónico) del ABS mejorado para motocicletas de Bosch son el resultado de un enfoque diferente. Estos sistemas se basan en el principio de bomba y válvula. Mediante válvulas adicionales, bombas más potentes y un motor más potente, el sistema puede generar presión de forma activa. La presión aplicada por el piloto se mide con sensores de presión en la maneta y el pedal. La bomba genera entonces presión adicional ajustada a las condiciones de conducción. Un sistema integral parcial está diseñado para funcionar en una sola dirección: adelante→atrás o atrás→delante. Un sistema totalmente integrado funciona en ambas direcciones.

Gracias a su control electrónico y a la capacidad de generar presión de forma activa, estos sistemas permiten ajustar el comportamiento de frenado de la motocicleta al piloto. Los pilotos experimentados pueden desactivar el CBS y el ABS, y también seleccionar diferentes modos de regulación con umbrales más altos y más bajos, como el modo lluvia o el modo liso de la BMW S1000RR.

Seguridad y legislación

Seguridad

El Instituto de Seguros para la Seguridad en las Carreteras (IIHS) realizó un estudio sobre la efectividad del ABS para motocicletas y llegó a la conclusión de que las motocicletas de más de 250  cm³ sin ABS tienen un 37 por ciento más de probabilidades de verse involucradas en accidentes mortales, y un estudio de la Administración de Carreteras de Suecia llegó a la conclusión de que el 48 por ciento de todos los accidentes graves y mortales de motocicletas de más de 125 cm³  podrían evitarse gracias al ABS para motocicletas. [ 53 ]

Estos estudios llevaron a la Comisión Europea a iniciar un proceso legislativo en 2010 que se aprobó en 2012 y llevó a que el ABS para motocicletas de más de 125 cm³  se volviera obligatorio a partir de 2016. Organizaciones como la Federación Internacional del Automóvil y el Instituto de Motoristas Avanzados (IAM) exigieron la implementación de esta legislación ya para 2015. [ 54 ] Por otro lado, algunos motociclistas están protestando contra un ABS obligatorio para todas las motos porque piden la posibilidad de apagar el sistema, para uso fuera de carretera o por otras razones. [ 55 ] [ 56 ] [ 57 ] En 2011 las Naciones Unidas (ONU) iniciaron el Decenio de Acción para la Seguridad Vial . El objetivo principal es salvar 5 millones de vidas hasta 2020 a través de la cooperación mundial. [ 58 ] Una parte de su plan global es: Fomentar el despliegue universal de tecnologías de prevención de accidentes con eficacia comprobada, como el control electrónico de estabilidad y los sistemas de frenos antibloqueo en motocicletas.

Leyes y reglamentos

Estados Unidos

En Estados Unidos, la NHTSA ha hecho obligatorio el ABS junto con el control electrónico de estabilidad según las disposiciones de FMVSS 126 a partir del 1 de septiembre de 2012. [ 59 ]

Mercados europeos y otros mercados internacionales

El ABS es obligatorio en todos los turismos nuevos producidos en la UE desde 2003. [ 60 ]

Desde 2016, la UE exige ABS en todos los scooters, motocicletas, triciclos y quads nuevos de más de 125 cc; de lo contrario, se utiliza CBS (o ABS). [ 61 ]

El Reglamento n.º 78 de la ONU, relativo al frenado de vehículos de las categorías L1, L2, L3, L4 y L5 (motocicletas), es aplicado por la Unión Europea, Rusia, Japón, Turquía, Ucrania, Australia y el Reino Unido. [ 62 ]

La normativa técnica mundial número 3 relativa a los sistemas de frenado de motocicletas es aplicada por Canadá, la Unión Europea, Japón, Rusia y Estados Unidos.

India

Desde el 1 de abril de 2019, India exige al menos ABS monocanal en todos los vehículos de dos ruedas nuevos de 125 cc o más; de lo contrario, se exige CBS (o ABS). [ 63 ] El ABS también es obligatorio en todos los automóviles y minibuses nuevos desde la misma fecha. [ 64 ]

Mercados sudamericanos

Desde el 1 de enero de 2019, Brasil exige ABS en todas las motocicletas nuevas de 300 cc o más. [ 65 ] El ABS es obligatorio en todos los automóviles nuevos desde enero de 2014. [ 66 ]

Desde el 1 de enero de 2024, Argentina exige ABS en todas las motocicletas nuevas de 250 cc o más; de lo contrario, CBS (o ABS en la rueda delantera) para vehículos de carretera de entre 50 y 250 cc o sus equivalentes eléctricos. [ 67 ] [ 68 ] El ABS es obligatorio en todos los automóviles nuevos desde enero de 2014. [ 69 ]

A partir de febrero de 2025, Chile exigirá ABS en todas las motocicletas nuevas de 150 cc o 11  kW, o bien CBS (o ABS) a partir de 50 cc o 4  kW a partir de febrero de 2026. [ 70 ] El ABS es obligatorio en todos los automóviles nuevos desde octubre de 2020. [ 71 ]

A partir de octubre de 2025, Colombia exigirá ABS en todas las motocicletas nuevas de 150 cc o 11  kW, o bien CBS (o ABS) a partir de 50 cc o 4  kW. [ 72 ]

A partir de marzo de 2027, Colombia exigirá ABS en todas las motocicletas nuevas de 125 cc o menos, y ABS (o CBS) en las de menor cilindrada. [ 72 ]

Véase también

Lecturas adicionales

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