Pisa el freno (y 8): Ayudas electrónicas, ABS y ESP

Si este vehículo contara con ESP, no necesitaría aplicar correcciones manuales para solventar este sobreviraje

Como lo prometido es deuda, para terminar esta larga serie de artículos sobre la frenada vamos a tratar los modernos sistemas electrónicos que accionan, o desactivan, automáticamente los frenos para ayudarnos a controlar el vehículo. En concreto, de todas las siglas que hay, nos centraremos en dos: el ABS y el ESP.

En realidad, pese a que a menudo se cobran como si fueran extras separados, ambos sistemas comparten la mayor parte de su infraestructura. Desde este punto de vista, el ESP se puede considerar una mera extensión del ABS. En cualquier caso, como su finalidad es distinta aunque complementaria, nosotros los seguiremos tratando como sistemas independientes.

El ABS debe sus siglas a Anti-lock Braking System, algo así como sistema de frenado anti-bloqueo. Es decir, un sistema que evita que las ruedas del vehículo dejen de girar a la misma velocidad que el coche durante una frenada brusca. ¿Por qué es beneficioso que no se bloqueen las ruedas? Veámoslo.

Recordad que si las ruedas giran a la misma velocidad del vehículo, entonces se produce lo que se conoce como rodadura sin deslizamiento. Es decir, el punto de contacto de la rueda con el asfalto no se mueve. En estas condiciones, la fuerza de fricción entre neumático y pavimento es lo que se conoce como rozamiento estático: aparece la fuerza justa y necesaria para evitar que ambas superficies se deslicen entre si.

Pero dicha fuerza tiene un máximo, si dicho máximo se supera el rozamiento estático no da a basto y se empieza a producir el deslizamiento. Claro, si no fuera así, sería imposible arrastrar cosas. Una vez empieza el deslizamiento, la fuerza pasa a ser fricción dinámica, y entonces adquiere un valor fijo, independiente de la velocidad.

Frenos cerámicos

Pero el valor fijo del rozamiento dinámico es significativamente menor a la fuerza máxima de fricción estática. Esto lo podemos notar al arrastrar muebles pesados: si empezamos empujando suavemente, veremos como no ocurre nada, aún no hemos superado el umbral de la fuerza estática, por lo que ésta compensa nuestro empuje y el mueble se queda en su sitio. Al esforzarnos más aplicando mayor fuerza, finalmente el mueble se empezará a mover. A partir de entonces, nos cuesta bastante menos proseguir el movimiento, incluso es fácil conseguir una velocidad notable.

En el proceso de frenado, todo esto significa que para maximizar la fuerza de frenado entre el neumático y el pavimento, debemos evitar el bloqueo de las ruedas. Como en el Precio Justo: debemos apretar el freno tanto como sea posible, pero sin pasarnos del umbral de la fuerza estática.

Además, el bloqueo tiene otra característica negativa para la seguridad vial. Como sabemos, para controlar la trayectoria del vehículo lo que hacemos simplemente es cambiar la orientación del eje de las ruedas delanteras. Como expliqué en su día, esto se basa en que la fricción estática siempre aplica su fuerza en la dirección contraria a dónde las superficies intentan deslizarse: si el eje de rotación está girado, el deslizamiento incipiente también lo estará, lo que nos permite orientar la fuerza de fricción hacia donde queramos.

Pero si la rueda se bloquea, la fuerza de rozamiento dinámica siempre apunta en el sentido contrario al deslizamiento existente. Y, como la rueda no está girando, da igual la orientación de la misma, el deslizamiento siempre ocurre hacia adelante. Por lo tanto, la fuerza siempre está orientada hacia atrás, independientemente de lo que hagamos con el volante. Por lo tanto, con las ruedas bloqueadas, no hay dirección.

El único caso en que el bloqueo de las ruedas puede ser beneficioso es en la conducción sobre superficies muy blandas, como pueden ser nieve, tierra o barro. En este caso, el bloqueo de las ruedas cava una zanja en el firme, por decirlo de alguna forma, mejorando el frenado. En estas condiciones, el ABS aumenta ligeramente la distancia de frenado, pero por lo menos permite mantener el control del vehículo.

Chivato ABS en el tablero de mandos

Con todo esto, creo que ya estamos suficientemente convencidos de que tener ABS es guay y mejora las condiciones de frenado sobre casi cualquier superficie. Veamos cómo funciona, en su versión más simple.

En cada rueda hay un sensor que mide su velocidad de rotación. El sistema funciona por comparación: si nota que una de las ruedas está sufriendo una desaceleración notable, muy superior a la del resto de las ruedas, se da cuenta que está a punto de producirse el bloqueo y entra en acción. Eso sí, el sistema debe tener algo de tolerancia, ya que en cualquier curva las cuatro ruedas giran a velocidades distintas (en coches con ESP, se puede usar el sensor del volante para calcular la diferencia de velocidad necesaria en cada rueda).

Para evitar el bloqueo de la rueda, el sistema cierra una válvula en el sistema hidráulico que aisla el freno de la rueda en cuestión del resto del circuito. De esta forma, la presión ejercida sobre el pedal deja de transmitirse. Por si no fuera suficiente, la válvula reduce la presión ejercida con ese freno. De esta forma, la rueda se ve liberada de nuevo, y la fuerza de fricción con el suelo vuelve a hacer que gire.

Entonces, el sistema sigue vigilando la rueda hasta notar que vuelve a acelerar. En ese momento, sabe que el peligro del bloqueo ha desaparecido, así que vuelve a abrir la válvula, reconectando el freno en cuestión. De esta forma, se consigue que la frenada siempre esté al rededor del punto de bloqueo, pero sin llegar a él.

En el pasado, antes del uso extendido del ABS, los conductores debían realizar todo este proceso a ojo, notando cuando se producía un bloqueo para liberar el pedal. En la práctica, el conductor más experimentado podría llegar a hacer una o dos correcciones por segundo. El ordenador del ABS más modesto puede llegar a hacer hasta quince; y además, actuando únicamente sobre la rueda que lo necesita. Y en el momento que lo necesita, probablemente mucho antes que el conductor se percate que está a punto de bloquear.

Un último comentario sobre el ABS. Cuando entra en funcionamiento, las válvulas provocan cambios de presión en el líquido de frenos, que en el pedal se sienten como una especie de martilleo. Esto es normal, no os asustéis. Se ha dado el caso de conductores que, al notar el martilleo, han levantado el pie, asustados. Si estamos realizando una frenada lo suficientemente brusca como para que salte el ABS, probablemente lo último que queremos es dejar de frenar.

Botón de desactivación del ESP

Pasemos al sistema electrónico de control de estabilidad, ESP (de sus siglas en alemán; a veces ESC de sus siglas en inglés). Además de los sensores que miden la velocidad de cada rueda, el sistema tiene un sensor que mide la posición del volante, y varios sensores que miden las aceleraciones laterales del vehículo, así como sensores giroscópicos que miden el giro del vehículo.

El mecanismo de actuación consta de válvulas en el circuito hidráulico que llega a cada freno. A la práctica, se usan las mismas válvulas que en el sistema ABS, la unidad electrónica de control decide si las válvulas deben reducir la presión de frenado (para el ABS), o aumentarla (para el ESP).

Gracias al sensor en el volante, el sistema sabe hacia dónde quiere ir el conductor. Compara esa información con los datos de todos los sensores para saber si, efectivamente, el vehículo esta yendo en esa dirección. Si todo va bien, el sistema no hará nada. Pero en cuanto se hace evidente que el vehículo empieza a desviarse de la trayectoria deseada, la centralita electrónica toma cartas en el asunto y se dispone a salvar nuestro culo cuello.

La idea general es la misma que un vehículo oruga, como los que van por la nieve, o los tanques. Para girar a la izquierda, por ejemplo, estos vehículos simplemente hacen que la cadena de la derecha gire más rápido que la de la izquierda. Pues lo mismo: si el ESP piensa que debe corregir la trayectoria para que giremos más hacia la izquierda, frenará una las ruedas de ese lado para que las derechas giren más rápido.

Normalmente actuará sobre cada rueda individualmente: en el caso de un sobreviraje frenará sobre la rueda delantera del lado exterior, intentando detener la desviación del morro. En un subviraje, normalmente actuará sobre la rueda trasera interior, intentando que el vehículo pivote a su alrededor.

Igual que en el caso del sistema anti-bloqueo, el sistema puede analizar docenas de veces por segundo (en algunos casos hasta 25, según un anuncio de televisión, el del pajarito) todas las señales de los sensores, y actuar mucho antes que el conductor se percate de lo que podría haber sucedido.

Además de aplicar el freno a la rueda necesaria, el sistema puede reducir la potencia del motor. De esta forma, consigue moderar la velocidad y disminuir la aceleración que pueda agravar los derrapes. Sin embargo, esto no siempre es lo deseado, sobre todo si estamos en terrenos deslizantes, ya que el ESP cortará la aceleración al notar el deslizamiento de las ruedas. Por ese motivo, la mayoría de vehículos equipados con este sistema llevan un botón para desactivarlo, como el que podemos ver en la foto anterior.

Durante todo este mes hemos ido repasando poco a poco todos los conceptos Físicos relacionados con la frenada. Ha sido un camino largo y arduo, lo se. Pero creo que ha valido la pena. Una de las primeras cosas que uno aprende al ponerse a los mandos de un vehículo por primera vez en la vida es que detenerlo no es tan fácil como parece desde fuera. Desde que uno pisa el pedal del medio hasta que el vehículo se detienen ocurren tantas cosas diferentes que hemos necesitado ocho artículos para explicarlas.

Pese a eso, sin duda me he dejado cosas en el tintero. No dudo que me lo haréis saber en los comentarios (os invito a hacerlo). Pero, por lo menos, ahora ya sabemos un poco mejor todo lo que implica pisar el freno.

En Circula Seguro | Pisa el freno

Fotos | Raimond Spekking, Razvan Orendovici, Akeg, Dweekly

  • 50669

    Hola! Gran serie de artículos. Muchas gracias.
    Tengo una consulta. Muchas veces, al realizar la alineacion y paralelo de las ruedas, devuelven el coche con el volante ligeramente girado hacia uno de los lados. Se que no afecta a la conducción puesto que las ruedas siguen derechas, pero si comentas que el ESP tiene sensores en el volante para detectar el giro: ¿puede esto afectar al correcto funcionamiento del ESP y mermar el rendimiento del coche? Un saludo .

  • mustaine361

    ¡Muy buenos artículos, muy interesantes! Muchas gracias (aprendí bastante) y felicitaciones por hacer una serie de articulos tan interesantes.

    ¡Saludos!