Revista Energía Mecánica Innovación y Futuro, V Edición 2016, No. 13 (15)
ENERGÍA MECÁNICA INNOVACIÓN Y FUTURO
No. 5 Vol. 1 / 2016 (15) ISSN 1390 - 7395 (13/15)
Artículo Cientíco / Scientic Paper
- 126 -
ARELLANO L., TAPIA G., DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN MÓDULO DE CONTROL ABS PARA EL SISTEMA DE FRENOS NEUMÁTICOS
IMPLEMENTACIÓN DE UN MÓDULO DE CONTROL ABS PARA EL SISTEMA
DE FRENOS NEUMÁTICOS
IMPLEMENTATION ABS CONTROL MODULE FOR THE PNEUMATIC BRAKE
SYSTEM
Luis Marcelo Arellano Rodríguez
1
, María Gabriela Tapia Carrillo
2
1
Universidad de Fuerzas Armadas ESPE – Unidad de Gestión de Tecnologías, Quijano y Ordoñez y
Marques de Maenza s/n.
2
Universidad Técnica de Cotopaxi
Email:
1
lmarellano1@espe.edu.ec,
2
maria.tapia@utc.edu.ec
RESUMEN
Se tiene por objetivo la implementación de
un módulo ABS para frenos neumáticos, el
cual cuenta con un sistema de conexiones
de acoples rápidos que permiten el montaje
y desmontaje de todos sus componentes
para su estudio individual, ya que generan
el ingreso de fallas de manera manual
para resolverlas de manera deductiva y
obviamente se va a lograr constatar el
funcionamiento del sistema de frenos
neumáticos a través del accionamiento
desde el pedal.
En el circuito neumático se incorpora
las válvulas moduladoras ABS, que son
controladas por el módulo, de acuerdo a
la condición de velocidad determinada
por la simulación de señal de los sensores
de rueda, incorporados en un tablero de
control.
Se podrá vericar parámetros característicos
de las señales y presiones a las que trabaja
el sistema neumático de frenos ABS.
Palabras Clave:
Módulo ABS, Frenos neumáticos,
Válvulas moduladoras ABS , Parámetros
característicos.
ABSTRACT
The objective is to implement an ABS
module for pneumatic brakes, which has a
system of quick coupling connections that
allow the assembly and disassembly of all
its components for individual study, as they
generate the entry of faults in a manual
way To resolve them in a deductive way and
obviously it will be possible to verify the
operation of the pneumatic brake system
through the drive from the pedal.
In the pneumatic circuit the ABS modulating
valves are incorporated, which are
controlled by the module, according to
the speed condition determined by the
signal simulation of the wheel sensors,
incorporated in a control board.
It will be possible to verify characteristic
parameters of the signals and pressures to
which the pneumatic system of ABS brakes
works.
Keywords:
ABS module , Pneumatic brake , ABS
modulator valves , Characteristic
Parameters.
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1. INTRODUCCIÓN
En el Ecuador de acuerdo a cifras de la
ANT, se produjeron 17239 siniestros de
tránsito en el primer trimestre del 2016 a
nivel nacional, de los cuales según estas
estadísticas el 13,40% se deben al exceso
de velocidad y pérdida de pista [8], índice
que se puede reducir con la implementación
de sistemas de freno ABS.
Con el objetivo realizar la frenada más
eciente y segura se ideó y se ha ido
perfeccionando el sistema de frenado
antibloqueo (“Anti lock Bracking System”, o
ABS) [1], que básicamente consiste en un
sistema que evita el bloqueo de las ruedas
al frenar, y por tanto evita que se pierda el
control direccional del vehículo.
El diseño del módulo ABS de frenos
neumáticos toma como referencia de
funcionamiento la señal del sensor de rpm
ubicado en las ruedas y tiene la función
de regular de la presión, mediante la
comparación de la velocidad media con las
distintas velocidades que van adquiriendo,
logrando determinar si la rueda amenaza
bloquearse. Si esto ocurre el sistema ABS
activa las válvulas moduladoras, reduciendo
automáticamente la presión de frenado
en la rueda en cuestión hasta alcanzar un
valor tope jado previamente. Cuando la
rueda gira libremente se vuelve a aumentar
instantáneamente la presión de frenado.
Este proceso (reducir / aumentar la presión)
se repite hasta que el conductor levanta el
pie del pedal de freno o disminuye la fuerza
de activación del mismo. [2]
2. DESARROLLO
Requerimientos para la implementación
del inversor monofásico.
El módulo del sistema ABS, tiene como
nalidad “administrar” la velocidad de las
ruedas del vehículo a partir de señales
emitidas por los sensores del sistema,
los cuales comprueban el número de
revoluciones de las ruedas por medio de un
dispositivo dentado que gira con la misma
velocidad. [3]
Las señales emitidas por los sensores
de rueda son detectadas por la unidad
electrónica del sistema, que comprueba
si el vehículo está en condiciones seguras
de desaceleración y de resbalamiento,
haciendo una comparación del estado de
cada rueda, contrastándola con la condición
de frenado de acuerdo a la posición del
pedal de freno.
El cerebro electrónico le indica a las válvulas
moduladoras que reduzcan la presión
de frenado en una rueda bloqueada, e
inmediatamente le indica que mantenga
y aumente en forma alternada la presión
hasta detener el vehículo.
En la gura 1 podemos observar los
parámetros de funcionamiento del módulo
del sistema neumático sintetizado ABS. [6]
Figura 1. Parámetros de funcionamiento ABS
De esta manera, se consigue un frenado
sin el bloqueo de las ruedas, dentro de
las exigencias para realizar una detención
eciente, esto es: menor espacio de frenado,
manteniendo la dirigibilidad (control sobre
el vehículo) y preservando la estabilidad
direccional [3] [4].
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Figura 2. Circuito de frenado principal
Uno de los componentes principales son las
válvulas moduladoras las cuales se utilizan
para realizar el frenado progresivo de las
ruedas en el momento ABS, estas válvulas
constan de solenoides que interrumpen el
paso del aire de acuerdo como la ECU lo
mande. En la gura 3 podemos observar
válvulas moduladoras que se utilizaran en
el sistema ABS y sus respectivas conexiones
tanto eléctricas como neumáticas. [7]
Figura 3. Electro-válvulas ABS
Las funciones con las cuales fue programado
el módulo son:
• Comparar la velocidad de las ruedas.
• Determinar la condición de frenado de
acuerdo a posición del pedal del freno.
• Activar las válvulas moduladoras del
ABS.
• El ABS simula el efecto de bombear el
pedal de freno, por lo que el conductor ya
no tiene que realizar este procedimiento
para no patinar.
• Determinar el estado de funcionamiento
de los componentes del sistema y enviar
una señal de alerta al conductor.
• Permitir una interfaz de conexión para
simular el movimiento de las otras
ruedas [5].
Para esto se ha utilizado diferentes
componentes en el módulo, los cuales se
detallan en la gura 4 en el diagrama de
bloques.
Figura 4. Diagrama de Bloques del Sistema ABS
Hay que destacar que se utilizó varios
manómetros de 100 psi, con su respectivo
acople para conectarlo en las líneas de freno
por donde circula la presión en los distintos
puntos del banco, los cuales facilitaran el
entendimiento del comportamiento del
sistema en la simulación de fallas.
3. MATERIALES Y MÉTODOS
Con el n de determinar la aplicabilidad del
módulo del sistema de frenos neumáticos en
los parámetros característicos del vehículo
de trasporte pesado se realizó diferentes
pruebas y simulaciones de fallas mecánicas
en el banco de pruebas del Laboratorio de
Mecánica de Patio de la ESPE Latacunga,
como son: anomalía de la válvula de
freno de estacionamiento, anomalía de la
válvula relé, línea de alimentación rota de
frenos posteriores, anomalía de la válvula
de control de remolque, anomalía en los
pulmones de freno de remolque, anomalía
en el pedal al aplicar los de servicio. [9]
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Figura 5. Banco de pruebas de frenos neumáticos
4. EXPERIMENTACIÓN Y
RESULTADOS
En cuanto a la simulación de fallas del
sistema ABS se pudo comprobar los
siguientes parámetros característicos, en
cada una de las pruebas como se detalla a
continuación:
Falla de alimentación
En esta condición el sistema ABS no funciona,
los frenos neumáticos operan normalmente
y no llega alimentación de 12V al módulo.
Causa
El módulo ABS no recibe alimentación,
esto puede ser consecuencia de un fusible
quemado o una mala conexión a la fuente.
Se debe revisar el estado de los fusibles, de
los conductores, el estado de la fuente.
Falla del sensor
Para visualizar esta falla en el tablero están
dispuestos unos LED de color verde que
se encuentran junto a la imagen de cada
sensor y que se encienden cada vez capta
el campo magnético de la rueda dentada,
por lo tanto si la falla se detecta, presenta el
siguiente comportamiento: La lámpara ABS
del tablero se enciende debido a que existe
una falla. El sensor de rueda no envía señal
de simulación del sensor en el tablero de
control. No detecta el bloqueo de la rueda.
Causa
Cuando el sensor de rueda no funciona,
el sistema ABS no deja de trabajar en
esa rueda, el sistema se desempeña bajo
condiciones de funcionamiento previstas
ante este tipo de anomalía con relación a
lo que pase en las otras ruedas, pero no
recibe obviamente la señal de bloqueo de
esa rueda ya que no sabe a qué velocidad
está girando. Ante esta condición ilumina
la lámpara ABS en el tablero hasta que se
repare o sustituya el sensor de rueda.
Lámpara abs quemada
Al simular se presenta que la luz indicadora
ABS no se enciende cuando se arranca el
Figura 6. Simulación falla de alimentación
Figura 7. Simulación de falla del sensor
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vehículo a pesar de que exista una falla en
el sistema.
Anomalía en la válvulas moduladoras
abs
Para esta falla en el tablero están dispuestas
luces montadas sobre la imagen de cada
válvula moduladora de color azul que se
encienden cada vez que la válvula regula
el paso del aire para evitar el bloqueo de la
rueda, por lo tanto cuando se simula la falla
se presenta el siguiente comportamiento: La
lámpara ABS se enciende debido a que existe
una falla, la luz de color azul en la imagen
de válvula moduladora no se enciende. No
funciona la válvula moduladora ABS
Figura 9. Medición de resistencia válvula
moduladora
Las válvulas moduladoras presentan algún
problema por lo tanto el foco azul en el
tablero no enciende, para corregir esta falla
se debería revisar la válvula moduladora
del ABS (resistencia oscilaría entre 12.0-
17.0 Ohmios), revisar el cable de la válvula
y los conectores.
Módulo de control electrónico abs
averiado
Siendo uno de los daños más costosos en
caso de producirse, los síntomas serían que
la lámpara ABS se enciende debido a que
existe una falla, el sistema ABS no funciona,
no funcionan la válvula moduladora ABS,
existe alimentación normal de 12 V al
módulo sin embargo el sistema mecánico de
frenos neumáticos funciona correctamente
Cuando el módulo no funciona lógicamente
el sistema ABS no va a funcionar, pero
el sistema de frenos neumáticos sigue
trabajando normalmente, esto se debe a una
falla interna, un error de la conguración del
sistema o una mala conexión a tierra, esta
simulación va a permitir trabajar solo con
el banco de frenos neumáticos sobre todo
cuando se desmontan los componentes
mecánicos con nes prácticos.
El correcto funcionamiento de los
componentes del sistema ABS, depende
del correcto funcionamiento de los frenos
mecánicos neumáticos, por ello se incorpora
esta falla para que después de una práctica,
primero se revise el funcionamiento de
la parte mecánica y luego vericar el
funcionamiento en conjunto con el sistema
ABS
Figura 8. Simulación de falla del indicador ABS
Figura 10. Medición de voltaje alimentación del
módulo
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5. CONCLUSIONES
Al nalizar el proyecto, se establecen las
siguientes conclusiones:
• El sistema ABS es un complemento
de los frenos comunes; no aumenta
ni disminuye la capacidad de frenado
normal del vehículo, y se activa cuando
las ruedas están próximas a bloquearse.
• Para que exista un normal funcionamiento
de sistema ABS, las ruedas del vehículo
deben estar con la presión adecuada,
permitiendo que los sensores envíen
una señal correcta al módulo
• La característica principal del sistema de
frenos ABS es permitir la maniobrabilidad
del vehículo en caso de un frenado
brusco, manteniendo la trayectoria que
el conductor elija para evitar obstáculos
que se encuentren en la trayectoria del
vehículo.
• El sistema antibloqueo ABS constituye
un elemento de seguridad adicional en el
vehículo, el cual puede reducir las tazas
de accidentes de tránsito en el país.
• Debido a que constituye un trabajo
de excelente contenido cientíco
que coadyuvará a la aplicación de
conocimientos y al desarrollo profesional,
es importante su difusión.
• El módulo de frenos neumáticos ABS,
ha demostrado su abilidad y es un
prototipo de aprendizaje como también
de ejemplo para la implementación en
los transportes que cuentan con frenos
de aire.
6. REFERENCIAS
[1] Ming-chin Wu & Ming-chang Shih, «
Simulated and experimental study
of hydraulic anti-lock braking system
using sliding-mode PWM control »,
2003. [En línea]. Available: http://
www.sciencedirect.com/science/
article/pii/S0957415801000496
[Último acceso: 12 Febrero 2016].
[2] Domínguez E. & Ferrer J, « Sistemas
de transmisión y frenado », 2012.
[En línea]. Available: https://books.
google.com.ec/books?id=kNj2AwA
AQBAJ&pg=PA351&dq=frenos+abs
&hl=es-419&sa=X&ved=0ahUKEwi
ekdO56MPTAhWE34MKHR_
[3] Montserrat L. & DaimlerChrysler,
Sistema Anti Bloqueo de frenos
(ABS) en Tracto-camiones para carga
pesada, s.f., [En línea]. Available:
http://www.camionesybuses.com/
tecnica/abs-camiones.htm [Último
acceso: 18 Enero 2016].
[4] Ferrer J. & Checa G, (2010).
Mantenimiento mecánico preventivo
del vehículo, EDITEX.
[5] Orozco, J. L. (2009). Reparación
de Frenos Convencionales y ABS.
México: México Digital Comunicación
[6] BOSH. (2012). Automotive Brake
Systems. England: American
Technical Pub. Ltd
[7] MERITOR WABCO. (2008). [En línea].
Available: http://www.meritorwabco.
com/MeritorWABCO_document/
mm30sp.pdf [Último acceso: 18
Abril 2016].
[8] ANT, (2016) [En línea]. Available:
http://www.ant.gob.ec/index.
php/noticias/estadisticas#.
WQGlW0V97IU [Último acceso: 30
Abril 2016].
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[9] Arellano M, Noriega S. (2013) Diseño
y construcción de un módulo de
control ABS para el banco de frenos
neumáticos, del laboratorio de
mecánica de patio - ESPE extensión
Latacunga. Unviversidad e Fuerzas
Armadas ESPE.
7. BIOGRAFÍA
1
Luis Marcelo Arellano
Rodríguez.- Ingeniero
Automotriz, Coordinador
de prácticas pre
profesionales,
Coordinador de
seguimiento a graduados
de la Tecnología en
Mecánica Automotriz-
Docente de la Universidad
de Fuerzas Armadas ESPE – Unidad de la
Gestión de Tecnologías.
2
María Gabriela Tapia
Carrillo.- Ingeniera
Comercial, Docente de
Nivelación SNNA en la
Universidad Técnica de
Cotopaxi
REGISTRO DE LA PUBLICACIÓN
Fecha recepción 20 junio 2016
Fecha aceptación 06 noviembre 2016
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