Distancia de frenat_sta

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
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