Ll. Roger Versió 26-05-2016 TÍTULO Distancias de Frenado Autor: Lluís Roger AREA: Frenos Ll. Roger Presentació professor Lluís Roger i Casals, [email protected] [email protected] Ll. Roger Contenido. 1. Normativa de homologación. 2. Prestaciones de los vehículos. 3. Porque una norma ISO y la correspondiente UNE. 4. Descripción de la norma. 5. Mejoras en la distancia de frenado. Ll. Roger Normativa Ll. Roger Normativa I Los normativas de distancias de frenado no son nada exigentes en Europa. EC 71-320. Un vehículo de turismo para el mercado Europeo frena de 100 km/h a 0 en menos de 40 m, lo que una implica deceleración cercana a 10 m/s2. Ll. Roger Normativa II En EEUU y para camiones y desde el 2010 la distancia de frenado será de 76,2 m para una velocidad inicial de 60 mph (96,56 Km/h). – Esto representa una deceleración de 4,7 m/s2 – Las distancias en los camiones europeos de 2 ejes son menores, o sea más deceleración que la normativa de EEUU. Ll. Roger Normativa III Brake assist systems have become mandatory for all newly launched car and light commercial vehicle types in the EU. The regulation will apply to all new vehicles from February 24, 2011 as part of a new EU regulation that aims to improve pedestrian safety. According to EU studies, up to 1,100 fatal accidents involving pedestrians could be prevented in Europe each year if all cars were equipped with braking assistance systems. The industry is already working to develop predictive systems that will be able to detect traffic ahead of the vehicle via additional radar sensors and, in some cases, video sensors. "In the future, emergency braking systems will be able to interpret the traffic situation and offer drivers intelligent braking support," stated Dr Werner Struth, president of Bosch's Chassis Systems Control division. "In the years to come, these systems will be featured in a growing number of vehicle models. In 2010, a Bosch system is set to go into series production for the first time at Audi.” Ll. Roger Mediciones en mercado Ll. Roger Revistas especializadas Desde hace años casi todas las revistas especializadas del sector miden las distancias de frenado de casi todos los vehículos nuevos: – – – – Auto Motor und Sport Autopista Quatro Ruotte Etc. Ahora bien, los resultados son como mínimo en algunos casos sorprendentes: – En una misma revista había las mediciones de la distancia de frenado de un vehículo del segmento B y un Ferrari 348 Stradale. – La distancia de frenado de 100 a 0 era la misma para los dos vehículo¡¡¡¡¡¡ – Mirando las fotos en detalle se podría observar que no habían sido realizadas en la misma pista. Necesidad de crear una norma ISO para la medición de las distancias de frenado. Ll. Roger Creación de la norma ISO I Los expertos mundiales del sector de los frenos se reúnen de manera voluntaria y no remunerada bajo el paraguas de ISO para obtener una norma. Primero se busca un voluntario - victima-, que en su tiempo libre en su empresa y en su tiempo libre en casa, mayoritariamente este caso, redacte el primer borrador de la norma. Después de varias reuniones, 2 por año, unos cuantos correos electrónicos, muchos, hay fumata blanca y la norma ISO 21994 “ Passenger car- Stopping distance at straigth-line braking with ABS- Open loop test method” se publica. No contentos con esto, los mártires de comité de dinámica en España deciden traducir esta norma al castellano, por si alguien tiene dificultades en la lengua de Shakespeare, como norma UNE- ISO 21994 “Vehículos de pasajeros. Distancia de frenado en línea recta con ABS. Procedimiento de ensayo en bucle abierto.” – Esta actividad de traducción no es retribuida y a veces incluso está mal valorada en las empresas del sector. Ll. Roger Creación de la norma ISO II Los expertos mundiales del sector de la dinámica vehículos industriales pesados y autocares/ autobuses deciden a su vez realizar la norma para vehículos industriales pesados, autobuses y autocares. Después de varias reuniones, 2 por año, unos cuantos correos electrónicos, muchos, hay fumata blanca y la norma ISO 16552 “Heavy commercial vehicles and buses — Stopping distance at straight-line braking with ABS – Open-loop and closed-loop test methods” se publica. Pero, sorpresa esta norma tiene dos variantes: Porque? No hay versión ni esta previsto que haya versión UNE de esta norma. – Bucle abierto. Se mide la distancia total, no la de línea recta. – Bucle cerrado. Con corrección de la trayectoria por parte del conductor. – Pues porque este tipo de vehículo a veces tiene la mala costumbre de no frenar en línea recta. – Un tema bastante complejo de interacción entre suspensión y dirección, fundamentalmente en las suspensiones delanteras por eje rígido. Ll. Roger Parámetros a controlar Ll. Roger Parámetros que influyen Ll. Roger Parámetros que no deberían influir Ll. Roger Vehículo • Masa y su distribución. • Ensayos a Tara + 150 kg max. • Posición del deposito de combustible y cantidad del mismo. • Altura del CdG. • Techo solar o no. • Aerodinámica. • Por diferencia en el sistema de refrigeración, motor. • Tipo de carrocería. Ll. Roger Frenos • Asentamiento de los frenos. • Materiales de fricción y asentamiento • Temperatura de los material de fricción. • Antes de cada frenada <120ºC • Velocidad de aplicación del pedal. • Superior a 3333 N/s • ABS. • Tipo de circuito y restricciones hidráulicas o neumáticas. • Sistema de ensayo Ll. Roger Materiales de fricción y asentamiento Ll. Roger Materiales de fricción III. Asentamiento. Para obtener las máximas prestaciones de los materiales de fricción hay que someterlos a un proceso de asentamiento. – Dependen de cada fabricante y material de fricción si bien hay uno Standard en ISO 21.994 o UNE 21.994. – Las zapatas en los frenos de tambor requieren un proceso de asentamiento muy prolongado. Ll. Roger Asentamiento frenos discos s/ ISO 21.994 o UNE 21.994. For disc brakes a total of at least 60 burnishing runs shall be performed starting at about 100 km/h and ending at about 20 km/h. The load condition for the burnishing shall be in accordance with vehicle manufacturer specifications. – In the first 15 brakings, a deceleration of approx. 2 m/s² shall be applied, – In the next 15 brakings, a deceleration of approx. 3 m/s² shall be applied and – In the final 30 brakings, a deceleration of approx. 5 m/s² shall be applied. Ll. Roger Asentamiento frenos tambores s/ISO 21.994 o UNE 21.994. For newly installed drum brake pads 200 burnishing runs shall be performed : – start with 50 brakings at a deceleration of approx. 2 m/s², – continue with 50 brakings at a deceleration of approx. 3 m/s² and – end burnishing with 100 brakings at a deceleration of approx. 5 m/s². The deceleration according to this run-in program shall be indicated by a suitable measuring device. The brake temperature before every stop shall be below 120°C. Frenos Ll. Roger Sistema de ensayo Ll. Roger Sistema de ensayo Velocidad inicial 100 ± 2 km/h Relación del cambio – D para caja de cambios automática. – 4ª para caja de cambios manual. Ll. Roger Aplicación de los frenos Ll. Roger Aplicación de los frenos Fuerza en el pedal: (la mayor de las 2 condiciones) – 500 N o – 1,5 x FABS. – Pero < 1.500 N Velocidad de aplicación del pedal – > 3.333 N/s. Ll. Roger Situación transitoria II Tiempo 1 Vo Carrera del pedal V0 Velocidad inicial del vehículo • So Distancia de parada • S1 Distancia de frenado • Sc Distancia de respuesta conductor • SR Distancia de respuesta vehículo • t0 Instante cuando el conductor empieza a presionar el pedal de freno • t1 instante cuando empieza a crecer la presión en el circuito • t2 instante cuando empieza a crecer la deceleración • t3 instante cuando el pedal alcanza la posición deseada • t4 instante cuando se estabiliza la presión en el circuito • t6 instante cuando se estabiliza deceleración • t7 detención total del vehículo Velocidad, Presión, Deceleración Velocidad del vehículo Deceleración Presión en el circuito Recorrido del pedal Distancia So Sc S1 SR 1. 2. 3. 4. Fuente: ISO 611 2 4 t-1 to t1 t2 t3 t4 t6 3 t7 Ll. Roger Neumáticos Ll. Roger Neumáticos. Nuevos? – No, rodados . – ¿Muy rodados?, no. ( Unos 150 km) – Los neumáticos a base de frenar tienen un desgate típico que reduce, mejora, la distancia de frenado. • Por tanto los neumáticos usados para el asentamiento de frenos no deben usarse para la medición de la distancia de frenado. Primer equipo o de recambio? – De primer equipo. Antigüedad – Menor de un año y que no hayan estado curtidos al sol ni estén deformados. Ll. Roger Pista de ensayos Ll. Roger Pista de ensayos Pendiente longitudinal < 1%. Pendiente transversal < 2%. Coeficiente de adherencia de la pista >0,9. Velocidad del viento <3 m/s. Temperatura ambiente entre 5 y 35 ºC y con una variación menor de 10ºC entre frenadas. Temperatura de la pista de pruebas entre 10 y 35 ºC con una variación menor de 10ºC entre frenadas. Ll. Roger Medición de las temperaturas Ll. Roger Temperatura de los discos de freno Es evidente que están muy calientes, pero ¿cuanto? Ll. Roger Medición temperaturas frenos. Para las temperaturas de los discos hay dos sistemas: – Sensores por infrarrojos y equipo de adquisición de datos. – Pinturas que cambian de color al alcanzar una temperatura determinada. • Verde a blanco 430ºC, • naranja a amarillo 560 ºC y • de rojo a verde 610 ºC. Ll. Roger Medición de temperaturas I. Termómetros adhesivos • Cubren desde 29 ºC hasta 290 ºC, aunque también hay indicadores para bajas temperaturas que cubren desde -17 ºC hasta 20 ºC. • Mediante otros productos como los lápices se pueden controlar temperaturas de hasta 1.270 ºC. Se utilizan para las pinzas de frenos, deposito del liquido de frenos, etc. Ll. Roger Medición de temperaturas II. Tiras Termosensibles • • • Estos indicadores muestran la temperatura instantánea en color. Están fabricados con cristal líquido que, calibrado a diferentes temperaturas e impreso sobre papel auto-adhesivo, actúa como un termómetro convencional, visualizando la temperatura instantanea en color verde intenso sobre negro. A diferencia de los termómetros convencionales, estos termómetros, gracias a su carácter auto-adhesivo y su soporte en papel, poseen una alta flexibilidad y, por tanto, es posible su uso en superficies curvas. Rango de -30 a 90ºC Ll. Roger Medición de temperaturas III. Lápices Termosensibles Los lápices termosensibles son otra alternativa de control de temperatura cuando, bien por falta de espacio, bien porque la temperatura a controlar supera los 290ºC no pueden usarse etiquetas. • Si el cambio de color se produce: - (a) entre 1-2 segundos, la temperatura coincide con la temperatura de calibración del lápiz; - (b) de forma instantánea, la temperatura es más alta que la de calibración; - (c) después de 2 segundos, la temperatura es inferior a la de calibración. Precisión ±5ºC Ll. Roger Sistema de medición de la distancia de frenado Ll. Roger Medición de distancias de frenado Más difícil de lo que parece, si se quiere ser repetitivo. Sistema patrón es la 5 rueda: Aprox 23.616 km Galileo Aprox 20.200 km GPS Otros: – GPS. • Filtro de Kalman por si se pierde la señal – Correvit.® Hay un estudio de VDA comparativo sobre los tres sistemas. Ll. Roger Reducción de las distancias de frenado Ll. Roger Conductor Como desde el punto de vista del conductor no se puede hacer nada, pues los legisladores deciden: – Gráfica. Objeto reducir el tiempo t0. – Hay varios estudios que demuestran que el conductor en una frenada de pánico no logra hacer actuar el sistema ABS. – O a veces cuando oyen el ruido de regulación del ABS y notan las correspondientes vibraciones en el pedal se asustan y levantan el pie del freno. Por tanto los legisladores han decidido: – AEBS. Autonomus Emergency Brake system. Reducción de t0. – Obligatorio por normativa según la categoría del vehículos desde el 2016-2017. – Vehículo. Ll. Roger S1 1 Zona Frenos Vo Zona AEBS • t2 Tiempo en el cual empieza a crecer la deceleración. Zona de las restricciones del circuito de frenos. • Conductor Fuente: ISO 611 Tiempo Velocidad 1. Velocidad del vehículo. 2. Deceleración. 3. t0 Instante cuando el conductor empieza a presionar el pedal de freno. Zona AEBS. 4. Presión en el circuito So Distancia Situación transitoria II 2 4 Tiempo to t1 t2 t3 Ll. Roger Vehículo Reducción de la masa. Bajar el centro de gravedad. ¡¡¡¡¡ Incrementar la batalla.¡¡¡¡¡ Distribución de la masa Ll. Roger Vehículo I Reparto más optimo de masas en el vehículo. – Tracción delantera. (Tara + Conductor + Instrumentación=1000 kg) µ µFR 1,04 1 µRR 1,1 1,11 Fxfr Fxrr 35% 10% Fxrr= 350*µrr*g=3775 N Fxrr= 100*µrr*g=1088 N Tara+ Cond + Instr Frenada 65% 90% Fxfr= 650*µfr*g=6629 N Fxfr= 900*µfr*g=8825 N Fxt=10.404 N Fxt=9.913N Ll. Roger Vehículo II Reparto más optimo de masas en el vehículo. – Porsche 911. (Tara + Conductor + Instrumentación=1000 kg) µ 62% Fxrr= 500*µrr*g=5368 N µFR 1,095 µRR 1,095 Fxfr Fxrr 50% Frenada 38% 50% Fxrr= 500*µrr*g=5368 N Fxt=10.737N Δ=8,3 % Ll. Roger Frenos Reparto de frenada entre eje delantero y posterior optimo para todas las condiciones. – EBD. Electronic Brake distribution. • No hay válvula de regulación de la presión en el eje posterior. • EBD – Materiales de fricción más estables con la T. – Frenos de diámetro mayor. • Llantas de mayor diámetro. • Discos de frenos de carbono o cerámicos. – Brake pre fill. • Acercamiento de las pastillas a los discos cuando se quita el pie del acelerador – Reducción de las restricciones en el circuito hidráulico o neumático. Ll. Roger Sistema electrónico de regulación I. EBD. Fuerza horizontal posterior Zcrítica Valor de Zcrítica. Comentarios MMA Zcrítica es la adherencia o deceleración al estar sobre un punto de la curva de equiadherencia. Nomenclatura de frenos. DOW Con fallo de este sistema se puede producir bloqueo del eje posterior. Se recomienda leer el manual de usuario de vuestros vehículos. Luces roja y amarilla encendidas a la vez. Sólo en vehículos con sistema ABS. Fuerza horizontal delantera Ll. Roger • • • • • t1 instante cuando empieza a crecer la presión en el circuito. t2 instante cuando empieza a crecer la deceleración. Reducción de los tiempos t0 a t1 y de t0 a t2 Incrementar la rampa de subida de presión. Neumáticos Presión, carrera del pedal, deceleración Situación transitoria II Fuente: ISO 611 Tiempo to t1 t2 Ll. Roger Neumáticos Mejora del coeficiente de fricción del neumático: – Equilibrio entre la µ y la resistencia a la rodadura, consumo. – Neumáticos más anchos. • Al reducirse la presión superficial aumenta la µ – Radio de giro peor. – Si las llantas son de mayor diámetro, entonces para mantener el diámetro exterior Perfil más bajo • 235/75R15 tiene el mismo diámetro que • 235/70R16 y también el mismo que • 235/65R17. Ll. Roger Bibliografía Brake Design and Safety. Rudolf Limpert. SAE. ISBN 1-56091-261-B. Frenos ABS. Albert Martí Parera. Marcombo. Boixareu Editores. ISBN 84-267-0915-X ISO 21994 ISO 16552 UNE 21994