Cómo funciona el ABS en el automovilismo — Bosch Motorsport ABS M5 Explicado

By Andrius Kontrimas, Ingeniero de automovilismo — Ingeniero de carreras en GT3, LMP3 y 24H Series. Fundador de XTRA Motorsport.

El ABS de competición es un sistema de frenado antibloqueo diseñado para coches de carreras en lugar de coches de calle. Controla cada rueda individualmente, justo en el límite de agarre. En la práctica, esto permite al conductor frenar con fuerza y ​​tarde, luego soltar los frenos suavemente y comenzar a girar en la curva (frenado progresivo) mientras los neumáticos aún están cargados, sin que se bloqueen las ruedas. A diferencia del ABS de un coche de producción, está configurado para el vehículo específico: se introducen la circunferencia del neumático, la distancia entre ejes, el ancho de vía y los pesos del vehículo y de las ruedas para que el sistema sepa qué está controlando. El sistema de referencia en el automovilismo profesional es el Bosch Motorsport ABS M5Este artículo explica cómo funciona el ABS en los deportes de motor, por qué una unidad ABS de fábrica deja de funcionar una vez que un automóvil se modifica para carreras y qué se configura en un Bosch Motorsport ABS M5.

Si está decidiendo si instalar uno y qué kit comprar, los detalles del producto se encuentran en el Bosch Motorsport Página de la categoría ABS. Este artículo trata sobre la ingeniería: qué hace el sistema y por qué.

Puntos Clave

• El ABS evita que la rueda bloquear, sin frenar. El Bosch Motorsport M5 funciona con dos señales en cada rueda: su desaceleración (qué tan rápido está cambiando su velocidad) y su deslizarse — para mantener el neumático cerca del agarre máximo. El deslizamiento óptimo en los neumáticos lisos de competición es inferior al 10-20% que se suele citar para los neumáticos de carretera.
• Un neumático bloqueado tiene muy poco agarre en cualquier dirección — para que se detenga peor y No puede girar el volante. El ABS existe para evitar que las cuatro ruedas entren en ese estado.
• La producción de ABS es un la seguridad sistema, ajustado para neumáticos de carretera; el ABS de competición es un . Sistema optimizado para neumáticos lisos y una desaceleración mucho mayor. Si se reduce el peso, se instalan neumáticos lisos, discos más grandes y muelles más rígidos, la calibración de la unidad de fábrica deja de coincidir: interviene demasiado pronto y reduce la presión deseada.
• El Bosch Motorsport ABS M5 es totalmente configurable: la masa del vehículo, la vía, la distancia entre ejes, la circunferencia de la rueda y los incrementos del sensor se introducen en RaceABSy el nivel de intervención se selecciona mediante un interruptor de 12 posiciones accesible para el conductor.
• La mayor ganancia es frenar la confianzaCon el ABS, el conductor puede aplicar la máxima presión de frenado en la primera aplicación sin temor a bloquear una rueda, lo que acerca mucho más la frenada de un conductor aficionado o principiante a la de un profesional.
• El ABS para competición no sustituye a unos buenos frenos, unos buenos neumáticos ni a la habilidad del piloto, y no desafía las leyes de la física. Lo que hace es que un coche bien construido ofrezca una frenada consistente y repetible, que es de donde provienen los tiempos por vuelta y la prevención de accidentes.

Qué es el ABS en el automovilismo y qué no lo es.

Una unidad ABS para competición es un sistema de frenos antibloqueo independiente y configurable, diseñado para instalarse en un coche de carreras y ajustarse específicamente a ese vehículo. No es el módulo ABS de un coche de calle ni es intercambiable con él. El hardware está sellado y cuenta con protección contra vibraciones; se conecta a un arnés específico para competición en lugar de al cableado de fábrica, y la lógica de control está disponible para el ingeniero mediante software, en lugar de estar bloqueada por el fabricante.

La distinción importa porque los dos sistemas están ajustados para objetivos diferentes. El ABS de producción es un la seguridad Primero el sistema: se calibra una sola vez, en la fábrica, para que un conductor sin experiencia pueda mantener el control en una frenada de emergencia. Y aquí está la clave de por qué no alcanza su máximo rendimiento: la misma calibración debe garantizar la seguridad del vehículo con neumáticos de verano. y Neumáticos de invierno, usados ​​o nuevos, con poca carga o llenos de pasajeros y equipaje. El fabricante no puede ajustar para el agarre de un neumático específico, por lo que ajusta de forma conservadora para el peor caso en todos ellos. Ese es un trabajo que se hace por seguridad, no por el rendimiento del neumático. El ABS de competición es un . Sistema: está optimizado para un juego específico de neumáticos de competición y la mayor deceleración que puede alcanzar un coche de carreras, para lograr la parada más corta posible manteniendo la maniobrabilidad. Una unidad de producción también está optimizada para una especificación fija que se mantiene prácticamente igual durante toda la vida útil del coche; una unidad de competición debe funcionar en un coche que el equipo modifica constantemente (compuesto de neumáticos, sistema de frenos, peso, aerodinámica) y en superficies que van desde un circuito seco hasta una subida de montaña mojada con peralte negativo. Esa flexibilidad es precisamente la clave.

Cómo funciona el ABS: controla la desaceleración y el deslizamiento de las ruedas.

La función de cualquier ABS es evitar que una rueda se bloquee al frenar. Lo hace observando dos cosas en cada rueda: la rueda desaceleración — la rapidez con que disminuye su velocidad de rotación — y su deslizarseLa diferencia entre la velocidad de giro de la rueda y la velocidad de desplazamiento del vehículo sobre el suelo. La desaceleración es la señal de alerta temprana: una rueda que se ralentiza mucho más rápido de lo que el vehículo puede hacerlo físicamente está a punto de bloquearse, a menudo antes de que el deslizamiento se haya extendido por completo. El deslizamiento es la medida en estado estacionario del esfuerzo que realiza cada neumático.

El deslizamiento se puede visualizar más fácilmente como una curva:

• At 0% de deslizamiento La rueda gira libremente y no soporta ninguna carga de frenado.
• At 100% de deslizamiento La rueda está completamente bloqueada y patinando.
• El agarre máximo de frenado se sitúa en un punto intermedio, y dónde exactamente depende del neumático. Los neumáticos de carretera alcanzan su máximo alrededor del 10-20% de deslizamiento; los neumáticos lisos de competición alcanzan su máximo. lower, con datos publicados sobre neumáticos de competición que sitúan el agarre longitudinal máximo de un neumático liso cerca de una relación de deslizamiento de 0.05–0.15 (5–15%)Por lo tanto, un sistema ABS para competición mantiene un margen de deslizamiento más estrecho y bajo que una unidad para carretera.

La curva de agarre es el hecho clave: la fuerza de frenado aumenta con el deslizamiento hasta ese pico, luego se cae cuando el neumático comienza a derrapar. Un neumático bloqueado ha pasado el punto máximo, está en el lado equivocado de la curva, generando mucha menos fuerza de frenado que un neumático mantenido en el deslizamiento óptimo. Peor aún, un neumático que derrapa también pierde su lateral agarre: una rueda delantera bloqueada no puede dirigir el coche en absoluto.

El sistema ABS realiza lo siguiente, de forma continua, docenas de veces por segundo:

1. A sensor de velocidad de la rueda En cada esquina se mide la velocidad de giro de esa rueda.
2. La unidad de control rastrea dos cosas por rueda: su deslizarse (velocidad de la rueda frente a la velocidad estimada del vehículo) y su desaceleración (la velocidad a la que disminuye la velocidad de la rueda). Cualquiera de los dos que cruce su umbral indica un bloqueo inminente.
3. Cuando una rueda cruza el umbral, el integrado unidad hidraulica Modula la presión de frenado en esa rueda en particular, liberándola y volviéndola a aplicar mediante válvulas solenoides, para mantenerla cerca del agarre máximo.
4. Esto esta hecho de forma independiente para cada ruedaPor lo tanto, un neumático sobre asfalto adherente puede llevar mucha más presión que uno sobre una línea pintada o un parche húmedo.

La unidad monitorea más que la velocidad de las ruedas. Lee dos sensores de presión de freno: uno delantero y otro trasero — lo que le permite calcular el polarización del freno, la distribución del esfuerzo de frenado entre la parte delantera y trasera. A partir de esos datos, el sistema puede mostrar si su distribución es la correcta e indicar cuándo necesita modificarse. Bosch Motorsport Sensor inercial MM5.10 Añade la aceleración lateral y longitudinal, además de las velocidades de guiñada, cabeceo y balanceo, de modo que la unidad sabe si el coche está frenando en línea recta o frenando en curva, y puede ajustar su intervención en consecuencia.

El control individual de cada rueda es algo que un humano no puede lograr. Un conductor tiene un solo pedal de freno que actúa sobre las cuatro ruedas, por lo que, sin ABS, debe modular el frenado para la rueda con mayor probabilidad de bloquearse, lo que significa que las otras tres frenan por debajo de su potencial. El ABS, en efecto, proporciona cuatro pedales de freno independientes que se accionan con mayor rapidez que cualquier pie.

Por qué el ABS de producción no funciona en un coche de carreras modificado

Esta es la pregunta que confunde a la mayoría de la gente, porque el ABS de carretera en el coche donante a menudo... parece Funciona bien en carretera. El problema surge una vez que se modifica el coche.

El software ABS de producción está calibrado para una configuración específica: una masa conocida, una suspensión conocida, neumáticos conocidos, discos conocidos y cilindro maestro conocido. Cuando conviertes ese coche en un coche de carreras, cambias casi todos esos parámetros:

• Si se despoja el interior, el coche se vuelve mucho más ligero, por lo que aumenta la capacidad de deceleración.
• Si se instalan neumáticos más anchos y adherentes, así como discos de freno más grandes, el agarre disponible y el par de frenado vuelven a aumentar.
• Si se modifican la inclinación de las ruedas, la rigidez de los muelles y la amortiguación, se cambia el tamaño y el comportamiento de la zona de contacto con el suelo, así como la forma en que el neumático absorbe los baches.

El ABS de fábrica no tiene idea de que algo de esto sucedió, y no se puede editar su calibración para informarle. El síntoma habitual es que la unidad interviene demasiado temprano — detecta lo que cree que es un bloqueo inminente y libera presión de frenado cuando el coche modificado tenía mucha más adherencia disponible. En el peor de los casos, libera una gran cantidad de presión al frenar al máximo, lo que resulta alarmante y hace que pierdas la curva. Precisamente por eso, muchos preparadores de coches de carreras desconectan el ABS de serie y prescinden de él, y luego conducen cerca del límite de bloqueo, sin aprovechar nunca todo el potencial de frenado del coche.

Un ABS de competición resuelve esto exponiendo los parámetros. Le dices lo que el coche ahora... is.

¿Qué hace que la Bosch Motorsport ABS M5 una experiencia diferente

El Bosch Motorsport ABS M5 es el sistema al que recurren la mayoría de los equipos profesionales, porque cada variable que oculta la unidad de fábrica está abierta al ingeniero. Un kit se construye alrededor de una unidad hidráulica con una ECU integrada, dos sensores de presión de freno de 260 bar, un Bosch Motorsport Sensor de guiñada/aceleración MM5.10, cuatro sensores de velocidad de las ruedas, interruptor de función de 12 posiciones y luz de advertencia del ABS.

El interruptor de función de 12 posiciones

El conductor dispone de un interruptor giratorio con doce posiciones, cada una asignada a un nivel diferente de intervención del ABS. Esta es la característica más útil en condiciones reales:

• Las posiciones de alto agarre y en seco utilizan un umbral de deslizamiento bajo para lograr la máxima fuerza de frenado.
• Las posiciones intermedias permiten una intervención moderada.
• Las posiciones de baja adherencia (neumáticos mojados, con grava o fríos) toleran un mayor deslizamiento y requieren una intervención más temprana.

El piloto puede cambiar de posición sobre la marcha. Neumáticos fríos en la primera vuelta, una zona mojada en una frenada, una superficie desconocida en un tramo de rally sobre asfalto: aumenta la intervención. Pista seca, neumáticos calientes, una curva conocida: reduce la intervención. En el kit 1, la posición 1 incluso se puede configurar para desactivar completamente el ABS.

RaceABS: introducción de los parámetros de su vehículo

La configuración se realiza en RaceABS, el software para PC suministrado gratuitamente por Bosch Motorsport. La conexión entre el portátil y la unidad ABS se realiza a través de Bosch Motorsport MSA-BOX II Interfaz USB. Los parámetros que puede configurar incluyen:

• Peso del vehículo y ancho de vía
• Pesos y circunferencia de las ruedas
• Distancia entre ejes
• Conteo de incrementos del sensor de velocidad de la rueda (el número de dientes/pulsos por revolución)
• Asignación del mapa ABS por posición del interruptor (en el Kit 1)

Si se configuran correctamente, el cálculo de deslizamiento de la unidad coincide con el del coche real. Este es el paso que el ABS de fábrica nunca permite realizar, y es la razón por la que un M5 configurado correctamente funciona donde una unidad de carretera no puede. La referencia completa de parámetros y los detalles del cableado se establecen en el Bosch Motorsport ABS M5 Clubsport operación manual (PDF).

Sensores de velocidad de rueda e integración CAN

El M5 viene equipado con cuatro sensores de velocidad de rueda; la variante exacta (DF11I, DF11S o DF11V) se adapta al vehículo y a la velocidad del bus CAN elegida (1 Mbit/s o 500 kbit/s). El sistema funciona de forma independiente, lo que resulta adecuado para muchos coches antiguos, o integrado a través de CAN con el resto de la electrónica del coche. En una configuración moderna, comparte datos con el Bosch Motorsport ECU y Pantallas DDULa velocidad de las ruedas, la presión de frenado y la intervención del ABS aparecen en el bus para su registro y visualización en RaceCon.

Para compilaciones de nivel superior, el ABS M5 Kit 1 agrega un arnés personalizado con especificaciones de automovilismo y desbloquea algoritmos avanzados (objetivos de deslizamiento dependientes de la carga aerodinámica, ajuste de deslizamiento de desaceleración lateral y reducción de deslizamiento de la rueda interior en curva) utilizados en los programas de fabricación y OEM de GT3/GT4. Para la mayoría de los equipos, ABS M5 Clubsport con sus mapas preestablecidos seleccionables mediante interruptor es el punto de partida correcto; sus especificaciones de hardware completas se detallan en el Bosch Motorsport ABS M5 Clubsport ficha técnica (PDF). La comparación completa de variantes, incluidos los kits de la Porsche Cup, se encuentra en el Bosch Motorsport Página de la categoría ABS.

¿Se puede instalar un sistema ABS de competición en cualquier coche?

En la práctica, sí, es compatible con casi cualquier coche con sistema de frenos hidráulicos. Dado que el M5 puede funcionar de forma independiente, no depende de que el coche original tuviera ABS, lo que lo hace viable en coches más antiguos y en vehículos modificados. Lo que necesita es la unidad hidráulica conectada al circuito de frenos, los cuatro sensores de velocidad de las ruedas con un anillo dentado o fuente de incremento adecuada en cada esquina, la detección de la presión de frenado y el interruptor y la luz de advertencia en el habitáculo. En los modelos más recientes, se conecta a la red CAN existente; en los más antiguos, funciona de forma autónoma.

Lo único que no puede hacer es rescatar una base deficiente. El ABS de competición se instala sobre el sistema de frenos que ya tienes; no puede compensar discos de freno de tamaño insuficiente, pastillas de freno con un compuesto incorrecto, neumáticos desgastados o un conductor que frena 30 metros demasiado tarde. Lo que hace es tomar un coche bien construido y mejorar su frenado. repetiblevuelta tras vuelta, en condiciones cambiantes.

¿El sistema ABS hace que los conductores aficionados y profesionales sean más rápidos?

Más que casi cualquier otro sistema del coche. La parte más difícil de frenar es el primer impacto: pasar de aceleración máxima a presión máxima en un instante, a la mayor velocidad de la curva, donde el coche está menos estable. Esa aplicación inicial es precisamente donde es más probable que se bloquee una rueda.

Sin ABS, el conductor debe contenerse en la primera frenada y dejar margen, ya que bloquear una rueda deforma el neumático y arruina la curva. Un profesional puede encontrar el punto de bloqueo y mantenerse justo por debajo, vuelta tras vuelta. Un aficionado, comprensiblemente, teme bloquear las ruedas, por lo que frena muy por debajo del límite y pierde la mayor parte del tiempo precisamente en esa fase inicial.

El ABS elimina el miedo. El conductor puede pisar el pedal con toda su fuerza al inicio de la frenada, y el sistema mantiene cada rueda ligeramente por debajo del tope de giro, de modo que el coche frena al máximo desde el primer metro. Esto equipara la frenada de un conductor aficionado o principiante con la de un profesional sin años de experiencia al volante; es la mayor ventaja que ofrece el ABS en el automovilismo para igualar los tiempos por vuelta.

Lo veo directamente en coches como el Lamborghini Huracán Super Trofeo, que corre Bosch Motorsport El ABS es utilizado principalmente por pilotos aficionados. Con el ABS funcionando, frenan con total confianza y consiguen buenos tiempos por vuelta; en las raras ocasiones en que el sistema falla, pierden esa confianza de inmediato —ya no pueden frenar con precisión— y sus tiempos por vuelta se desploman. El rendimiento nunca dependió únicamente de la habilidad del piloto. El ABS es lo que les permite usarla.

¿Merece la pena el ABS en el automovilismo?

Para cualquier coche que cumpla con la normativa y se conduzca cerca de su límite, la ventaja es evidente. La clave no reside en una frenada espectacular, sino en la consistencia. El sistema elimina el bloqueo que provoca el desgaste excesivo de los neumáticos y el abandono, y permite al conductor frenar con la seguridad de que el coche mantendrá la dirección si comete un pequeño error. A lo largo de una tanda, esto supone un ahorro mayor que cualquier vuelta individual. Por ello, el ABS es ahora equipamiento de serie en GT3, GT4, Porsche Cup y en las pruebas de contrarreloj y subidas de montaña, siempre que la normativa lo permita.

Si ese es el lugar donde se encuentra su programa, el siguiente paso es encontrar un kit que se ajuste a su automóvil, lo cual se explica en el Bosch Motorsport Página de categoría ABS. XTRA Motorsport es un autorizado Bosch Motorsport El distribuidor y nuestros ingenieros confirman el tipo de sensor, la velocidad CAN y los requisitos de instalación con cada pedido.

Fuentes

• WF y DL Milliken, Dinámica de vehículos de carreras, SAE International (R-146), 1995 — fuerza longitudinal versus relación de deslizamiento; el agarre máximo de frenado se produce con una relación de deslizamiento pequeña, menor para un neumático de carreras que para un neumático de carretera.
• Claude Rouelle, “Abriendo nuevos caminos”, OptimumG / Ingeniería de autos de carrera2019 - optimalg.com (Para más información sobre el frenado en el automovilismo).