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     NOTAS TECNICAS 05/03/11   
 
En contacto con el piso - El ABS

EN CONTACTO CON EL PISO – EL ABS

Por el Ing. Alberto P. Garibaldi

 

Lo invito a que hablemos de los problemas de tracción y del frenado, y una buena forma de empezar podría ser hablando de mi gato. Le cuento que el gato a que hago referencia es un caso especial, es un siamés. En realidad, de gato tiene nada más que la forma, ya que por su comportamiento se parece mas a un perro muy inteligente que a un gato. Responde a su nombre, entiende perfectamente que está bien y que no, etc., etc. Este verdadero personaje tiene por costumbre provocar a los integrantes de mi familia a jugar, y uno de sus juegos consiste (al igual que un perro) en que le arrojen cosas, en ir a buscarlas corriendo, hacer un montón de piruetas y traerlas, y así hasta que uno de los dos se cansa. Dado su reducido tamaño y extrema limpieza, le está permitido permanecer dentro de la casa, y buena parte de sus juegos se desarrollan en un extenso piso cerámico encerado.

  Un gato al volante

Cuando Patton (que así se llama) inicia la carrera para capturar su juguete tiene evidentes problemas de tracción, ya que al principio se queda patinando en el mismo sitio hasta que alcanza el grip suficiente y sale disparado a la búsqueda de su objetivo. La segunda parte es cuando se aproxima velozmente a su meta. Empieza a bajar los cambios y a aplicar frenos para poder parar sin deslizamientos. Generalmente, dado que ya conoce el efecto del piso resbaloso, logra detenerse a tiempo, pero a veces sobreviene el patinazo, el consecuente descontrol, y termina debajo de algún sillón, contra el reloj de pié o enroscado en la pata de una mesa. El provoca el juego y todos nos divertimos con su show de tracción y frenaje, y con las piruetas consecuentes. Patton disfruta de la situación como lo haría un experimentado piloto de rally. Los problemas de grip tanto para acelerar como para frenar tornan muy graciosa la situación. Lo que seguramente no resulta gracioso es cuando transitando en nuestro vehículo, y debido a una patinada en piso mojado enderezamos una curva, imitamos a Julio Boca danzando sobre el camino, o terminamos incursionando en el baúl del vehículo que nos precedía. Ni que hablar de ese camino de tierra abovedado que después de la lluvia nos hace sentir que tenemos un pan de jabón en… cada rueda.

El concepto de “grip”

La tecnología una vez mas viene a socorrernos y aparecen los sistemas de frenaje con control de bloqueo y la tracción controlada. Veamos un poco que pasa en la frenadas y en las aceleraciones con poco grip.

Cuando viajamos sobre un vehículo sustentado por neumáticos, el único vínculo existente entre la superficie del camino y nosotros es el llamado “parche de contacto” o superficie en que los neumáticos entran en contacto efectivo con el piso. Sea tanto acelerando, a velocidad constante, durante un frenaje o transitando una curva, de como reaccione esa superficie dependerá que nuestro auto sea una delicia de manejo o que nos calcemos un definitivo sobretodo de madera, pasando por todas las situaciones intermedias.

Cuando hablamos del “grip” de un neumático, estamos hablando de la mayor o menor capacidad de ese neumático de mantener un determinado vehículo  rodando bajo control. Son enormes los cambios de actitud que puede tener un vehículo dependiendo del tipo de neumáticos que calce. En rigor de verdad, cuando se pone a punto la suspensión de un auto, una de las decisiones mas complicadas es justamente establecer que tipo de cubiertas van a ser usadas. De esta decisión dependerá fuertemente la actitud del vehículo frente a las diversas situaciones para que ha sido diseñado, y deberá necesariamente calibrarse el sistema de dirección, amortiguación y suspensión para el neumático elegido. Un cambio desafortunado de neumáticos puede transformar en vehículo firme y seguro en un aparato peligroso e inmanejable. Es por ello que le sugiero que ante un reemplazo de los neumáticos de su auto asegúrese de hacerlo convenientemente. Lo mas recomendable es seguir las especificaciones del fabricante, y de no ser posible, asesorarse en gomerías responsables sobre cual es el tipo de cubierta equivalente en prestaciones a la original. Sobre neumáticos específicamente ya hablaremos en otra oportunidad, dado que el tema es muy extenso y merece ser tratado con dedicación, pero como ejercicio le sugiero que piense todo lo que el pobrecito tiene que soportar, y verá que es algo muchísimo mas serio que un pedazo de goma redondo y negro. El asunto consiste en que el citado neumático no patine al frenar, acelerar o doblar.  Nos ocuparemos aquí de lo que hace a frenar, acelerar y doblar lo dejamos para otra ocasión.

 

¿Porqué no es bueno que en una frenada violenta la rueda se bloquee o detenga y comience a arrastrase contra el piso?

Existe una creencia generalizada (y equivocada) de que el mayor efecto de detención se obtiene cuando la rueda está detenida o “bloqueada”, es decir que cuando el neumático está siendo “arrastrado” parecería que la fuerza de detención se hace máxima, y esto no es necesariamente cierto. Es algo así como cuando usted pretende mover algún objeto pesado apoyado sobre un piso rugoso: para lograr que el objeto comience a deslizarse en necesario inicialmente aplicar una esfuerzo importante, que disminuye en cuanto el objeto comienza a moverse. Mantenerlo en movimiento mientras se desliza (y se va gastando contra el piso) requiere menos fuerza que para iniciar el movimiento. Estos efectos (con algunas leves diferencias) son lo que se conoce en física como “rozamiento estático” o fuerza que se opone a que el objeto comience a deslizar, y “rozamiento dinámico” o fuerza requerida para mantener el objeto deslizando. Aquí nos estamos refiriendo a rozamiento sin ningún tipo de agente intermedio entre el piso y el objeto, ya que en ese caso podríamos estar en presencia de algo que actuara como lubricante, y que puede disminuir dramáticamente la fuerza necesaria para que se produzca el deslizamiento. Es el caso, por ejemplo, de un piso húmedo o mojado, del barro, del pasto húmedo, el ripio, etc.,  y sus conocidos efectos en los patinazos.

Mientras la rueda se desplaza normalmente en piso seco, en el punto de contacto entre el piso y la rueda ambos, piso y rueda, tienen la misma velocidad. Estamos en presencia de un caso típico de rozamiento estático, ya que no existe deslizamiento entre la rueda y el piso. Tal como lo expresamos previamente, en estas condiciones la capacidad de reaccionar sobre el piso del neumático es la máxima, estando en consecuencia en la mejor situación tanto para frenar como para acelerar. Pero si por la razón que sea la rueda se bloquea, piso y rueda pasarán en su punto de contacto a tener diferentes velocidades, y estarán en consecuencia en condiciones de deslizamiento o de “rozamiento dinámico” debido a lo cual disminuirá la capacidad del neumático de reaccionar sobre el piso. La mejor prueba de que un neumático bloqueado en piso seco desliza, la da la clásica huella negra que queda, producto de pequeños trozos de caucho desgarrados de la cubierta que quedan adheridos sobre el piso.

.A partir del instante en que las ruedas comienzan a deslizar, y mientras dure el deslizamiento, no hay forma de control direccional posible.

El problema mas grave que genera el deslizamiento del neumático o pérdida de adherencia no pasa por la mayor distancia que puede requerir una frenada, sino por la perdida de control direccional del vehículo. A partir del instante en que las ruedas comienzan a deslizar, y mientras dure el deslizamiento, no hay forma de control direccional posible. El vehículo que patina tiende a mantener la trayectoria que seguía en el momento que se inició el patinazo y a seguir derecho, transformándose en una masa fuera de todo control y con las consecuencias que todos conocemos. Cuando se trata de piso húmedo o con cualquier agente que pueda disminuir la adherencia el asunto puede empeorar gravemente, hasta el punto de impedir casi totalmente la conducción.

Para que Vd. se dé una idea le adjunto una tabla en la que se puede ver como se va degradando la adherencia según se trate de neumáticos nuevos o usados, y según empeoren las condiciones del piso en base a humedad o lluvia. Obsérvelo y seguimos charlando.

                 Información de BOSCH Automotive Handbook

 


Con neumáticos de competición se consiguen coeficientes de hasta 1.75.

De esta tabla observamos como empeoran las condiciones cuando se moja el piso, en que la adherencia puede llegar a disminuir a 90 kph hasta mas del 50% respecto del valor correspondiente a piso seco. También se infiere que si usted viene a 130 km/h y se enfrenta a un charco en la ruta, mas vale que lo encare bien derecho y no intente nada raro, porque mientras esté sobre el agua su vehículo estará auténticamente “flotando”, y listo para salir hacia cualquier parte, independientemente que la cubierta sea nueva o usada.

¿El neumático gastado tiene mejor adherencia?

Otro detalle interesante lo muestra el hecho de que un neumático gastado tiene, en piso seco, mejor agarre que uno nuevo, independientemente de la velocidad. Esto es absolutamente válido y cierto, pero exclusivamente en piso limpio y seco, la mejor prueba de ello la tenemos en los neumáticos de competición, que son totalmente lisos. No obstante ello, los neumáticos de competición para lluvia tienen dibujo, el que está destinado a permitir la evacuación de agua de la superficie de contacto y a aumentar la carga por cm2 en el parche de contacto al reducir la superficie de apoyo, contribuyendo así a eliminar mejor el agua. En los neumáticos de calle el efecto es similar. Fundamentalmente el dibujo de los neumáticos convencionales responde a su posibilidad de transitar en pisos mojados, y no a otra razón.

¿Como contribuye la tecnología para mejorar una frenada violenta?

Afortunadamente la tecnología viene en nuestra ayuda y aporta soluciones como el sistema ABS y el control de tracción. ¿ En que consiste un sistema ABS ? Básicamente este sistema tiende a eliminar la posibilidad de que se bloqueen las ruedas en una frenada. Al evitar el bloqueo se optimiza la distancia de frenado y, lo que es mucho mas importante, se mantiene el control direccional del vehículo. Todo esto sucede independientemente de la velocidad y de las condiciones del piso. Es posiblemente uno de los mayores aportes a la seguridad y a la vida de los conductores de vehículos y sus acompañantes. Pensemos por ejemplo, que únicamente un piloto experimentado, con la cabeza llena de cubitos de hielo, sería capaz de frenar a 140 km/h con dos ruedas en una banquina mojada y las otras dos sobre el pavimento seco, con un sistema de frenos convencional, y poder contar la experiencia. Mucha gente ha perdido la vida por mucho menos que eso. Quien escribe este artículo tuvo la oportunidad, en autódromos y pistas de pruebas de buscar límites con vehículos equipados con ABS. Resulta increíble  poder mantener trayectoria controladas en situaciones que serían totalmente ingobernables con un freno convencional. Es casi mágico como se mantiene el control del auto. Progresivamente fui aumentando la velocidad en el momento del frenaje y tanteando los resultados hasta llegar a los 140 km/h. No lo intenté a mayor velocidad porque me pareció un despropósito, pero creo que los resultados hubieran sido similares. A menos velocidad he realizado experiencias en piso inundado con y sin ABS que me convencieron totalmente de las enormes ventajas de este sistema.

La electrónica esta permitiendo soluciones que hace pocas décadas eran impensables.

Explicar detalladamente como funciona el ABS excede totalmente las posibilidades de este artículo, pero le comento que se trata de un sistema que detecta cuando una rueda (o varias) han comenzado a patinar o como decimos habitualmente “está bloqueada” y lo hace mediante censores que “leen” e informan a una unidad de control como está cambiando la velocidad de dicha rueda o refiriéndola a la velocidad de otra/s ruedas. Cuando detecta que hay cambios (reducciones) o que la rueda ha cesado de girar mientras el vehículo aún permanece en movimiento inmediatamente el calculador (ECU) le quita presión al freno de dicha (o dichas) ruedas hasta evitar que deslicen. Todo esto ocurre entre seis y treinta veces por segundo, y se percibe a bordo como un tableteo o vibración en el pedal de freno.  En realidad la caja de enanitos electrónicos que controla el sistema se entera que usted no sabe modular el freno y asume el control para optimizar la maniobra, no les importa si usted está parado sobre el pedal de freno y agarrado al volante congelado por el pánico y esperando la piña, simplemente emite la orden a un sistema de electroválvulas que controlan la presión de frenos en cada rueda y tratan de que el vehículo se detenga lo mas rápidamente posible. Otra diferencia fundamental con el freno convencional es que durante la frenada, y al no existir el temido “bloqueo”, usted mantiene el control de la dirección. Es importante que si usted tiene un auto con un verdadero sistema ABS (hay sistemas muy truchos) se acostumbre a como reacciona y aprenda a aprovecharlo. Búsquese un camino desierto y pruebe solo, bien atado, y con toda la prudencia y cuidados del mundo, en hacer frenadas a fondo a distintas velocidades (no se le ocurra repetir mi experiencia, porque aunque yo no sea un experto hace falta cierto entrenamiento). Observe como se mantiene el control de la dirección y acostúmbrese a la vibración típica de estos sistemas, que le avisa que está actuando.  

Pero… ¡Hay gente que insiste en que un vehículo con ABS requiere mas distancia para detenerse que uno que no lo posee!

También hay gente que asegura haber viajado a otras galaxias… pero lo mejor es ir a las mediciones controladas. Hace pocos meses, en la pista del Centro Experimental de CESVI y con la invalorable colaboración de la gente de Citroën, ejecutamos sobre un C4 una serie de ensayos destinados a evaluar el comportamiento de diferentes pastillas de frenos. Equipados con equipo dedicado registramos de valores reales de frenado en pista. Quisiera mostrarle los registros  de desaceleración y distancias correspondientes a las pastillas originales, efectuando frenadas con y sin ABS partiendo desde los 70kph.

 


Finalizando y con un 30% en distancia de frenado a favor del ABS.

 

Los resultados precedentes y una infinidad de gráficos y valores mas, los medí en forma personal, no han sido extractados de alguna fuente, son valores reales que repito medí personalmente, y creo que son concluyentes respecto de las ventajas del ABS. Creo que el ABS es sin lugar a dudas y junto con el cinturón de seguridad los mas grandes avances de la Industri Automotriz en materia de seguridad.

Dada la cantidad de caracteres escritos ha llegado el momento de aplicarle el freno a este artículo, con o sin ABS. Ya sabe entonces, si tiene alguna duda sobre el funcionamiento de los sistemas de frenos y de tracción avanzados consulte a mi gato, que de eso seguramente sabe mas que yo.

 

Le mando un abrazo.

 

 
 
 
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