Los sistemas de frenos hidráulicos tradicionales no han cambiado mucho en el último siglo. Las mejoras en este tiempo han incluido desde los frenos de tambor hasta los frenos de disco y la incorporación de sistemas de antibloqueo de los frenos (ABS) y programas electrónicos de estabilidad (ESP). Las incorporaciones más recientes a los vehículos incluyen el frenado de recuperación y el frenado de emergencia (AEB). La mayoría de estos sistemas se han introducido para aumentar la seguridad de los vehículos en la carretera. ¿A qué se debe este cambio de fundamento?
La tecnología
La eliminación gradual de los tradicionales sistemas de control por unos controlados de forma electrónica se exploró primero en la industria aeroespacial como parte de la tecnología «fly-by-wire». Los sistemas de control para el pilotaje, la aceleración y el frenado son completamente eléctricos y se elimina el uso de componentes mecánicos como los cables y las varillas. Los ingenieros aeronáuticos descubrieron que si eliminaban estos voluminosos componentes mecánicos y, en lugar de ellos, usaban sistemas electrónicos, se mejoraría enormemente la fiabilidad y su construcción sería más compacta. Hasta ahora, la industria de la automoción solamente había adoptado este método de sistemas controlados electrónicamente en la tecnología de aceleración electrónica («throttle-by-wire»).
En la industria de la automoción existen tres tipos de soluciones «brake-by-wire» que ayudan al avance de los sistemas de freno: el sistema electohidráulico, el sistema completamente eléctrico y una combinación de ambos. El sistema electrohidráulico suprime la necesidad se un servofreno. Utiliza sensores y actuadores para medir la cantidad de presión que el conductor aplica sobre el pedal y transfiere esta fuerza a todos los frenos mediante un cilindro transmisor, usando aceite hidráulico y cilindros receptores. Mediante el uso de unidades de control y potentes actuadores, la presión ejercida sobre los frenos puede ser mucho mayor que en un sistema de frenos hidráulicos tradicional (2000 psi frente a 800 psi). Esta tecnología se usó en algunos vehículos fabricados por Mercedes-Benz en el sistema de frenado selectivo Sensotronic (SBC). Sin embargo, el SBC tuvo una corta vida; solo se fabricó durante 4 años para sus principales vehículos, como por ejemplo el Clase E (211) de 2002 a 2006. Esto fue debido a problemas con la seguridad contra los fallos (un aumento de la distancia de frenado y un esfuerzo del pedal sin la asistencia del servofreno) y el hecho de que la unidad de control hidroeléctrico era una pieza con un mantenimiento costoso (se debía sustituir después de un determinado número de activaciones del freno), con un coste del componente de casi 1.000 libas esterlinas.
Unidad de control hidroeléctrico SBC de Mercedes-Benz
La segunda solución es un sistema completamente eléctrico que sustituye todos los componentes hidráulicos mecánicos por eléctricos. Las unidades de control y los actuadores electrónicos se han fijado a las pinzas de freno en cada rueda. La información se envía desde la unidad de control central a través de buses de comunicación. Unos sensores adicionales en cada pinza del freno incluyen la temperatura, la fuerza de la pinza y la posición del actuador. Si hay uno o más fallos en las unidades de control de la pinza del freno, la unidad de control central puede seguir manteniendo la funcionalidad del sistema. Actualmente, la reacción del sistema es de 90 ms frente a los 300 ms del sistema de frenos hidráulico tradicional, lo que se presta para la investigación de vehículos semi-autónomos y vehículos autónomos. Como los actuadores en las pinzas son completamente eléctricos, los pistones se pueden retraer positivamente cuando no estén en uso, por lo que se produce una menor resistencia del vehículo y se mejora el consumo de combustible y se reducen las importantes emisiones de gases de escape para cumplir las normativas gubernamentales. Una de las empresas que lidera el mercado de los sistemas de freno completamente eléctricos es Brembo, como se muestra a continuación.
Freno trasero con ECU y actuador en la pinza
El tercer sistema es una combinación de sistemas electrohidráulicos y completamente eléctricos. Dispone de componentes electrohidráulicos en el eje delantero y componentes completamente eléctricos en el eje trasero. Este sistema combinado se utiliza en vehículos con frenos delanteros más grandes, ya que los componentes completamente eléctricos no se pueden fijar en las pinzas del freno delantero.
Los sistemas hidráulicos tradicionales tienen sus defectos, pero los conductores confían en el hecho de que tienen un vínculo directo con los cuatro frenos mediante el pedal en el caso de un fallo del sistema de frenos, para conseguir reducir la velocidad del vehículo y llevarlo hasta la parada completa. Este es el mayor infortunio de los sistemas «brake-by-wire», que ha provocado que la tecnología estuviera en desarrollo durante los últimos 15 años. Aunque los sistemas «brake-by-wire» son avanzados, a modo de sistema de seguridad contra fallos, los sistemas completamente eléctricos requieren un suministro de batería separada de la batería principal del vehículo.
Con su habilidad de integrar los programas de estabilidad y los avances en la tecnología ABS, la tecnología «brake-by-wire» tiene el potencial de ser más segura que los sistemas de frenos hidráulicos tradicionales. Sin embargo, con tantos obstáculos en seguridad que se tienen que superar tendremos que esperar un poco más antes de que estos sistemas puedan cumplir las normas de la regulación internacional «Automóviles – Seguridad funcional».