Sistema de frenos by wire - Frenos por cable - El sistema usado para frenar en la F1


La F1 cuenta con un sistema de frenos muy particular, estrenado en 2014, el sistema de frenos por cable o by wire, es un mecanismo diferente al usado en otras categorías, y que hace que la conducción de los coches de F1 sea aún más "particular".

El sistema de frenos 'by wire' ha sido impuesto en el Reglamento Técnico de la FIA -concretamente en el apartado 11.7 del mismo- para todos y cada uno de los participantes desde la temporada 2014, limitándolo al tren trasero para poder compensar un posible fallo en el mismo con el tradicional sistema hidráulico del delantero. El concepto procede de los cazas del ejercito, los cuales ya han utilizado este sistema 'by wire' -por cables, traducido al español- para ciertos modelos e incluso drones.

FUNCIONAMIENTO
Para sabe como funciona es necesario recordar cómo funciona el ERS, o mejor dicho, la parte del sistema que no ha variado desde hace años, el KERS. Como sabéis, en 2014 los F1 contarán con una combinación de dos sistemas para reutilizar la energía que se ha producido para impulsar los monoplazas. Por un lado tenemos un sistema para conseguir energía procedente de la combustión gracias a la velocidad con la que circula los gases de escape, el ERS-H y por otro lado el sistema más convencional, formado por un motor/generador eléctricos para la recuperación de energía cinética de frenado que pasará a denominarse ERS-K (el KERS actual pero con la K al final) que es donde actúa el sistema de frenado brake by wire.

Con este nuevo sistema, la fuerza que el piloto ejerce sobre el pedal del freno se distribuye de manera equitativa por cada una de las dos pinzas de freno de la parte trasera del monoplaza, en pos de optimizar la acción de frenado y recuperar, de la mejor manera posible, la energía cinética producida por los frenos. Esta energía será almacenada en la 'MGU-K', una de las dos partes del nuevo 'ERS' -Sistema de Recuperación de Energía- que ofrecerá 160 CV extra durante 33 segundos en cada vuelta.

"Con el sistema de frenado 'by wire', un sistema electrónico mide cuánta dureza imprime el piloto en el pedal de freno y después -usando la información adicional de la recuperación de energía- determina en milésimas de segundo la cantidad de presión de frenado que debe distribuirse en los calibradores de los frenos posteriores", asegura Felipe Massa, piloto de Williams.

La FIA ha establecido en la nueva normativa que el sistema de frenado del tren anterior continúe siendo hidráulico, para evitar que un fallo en el cableado eléctrico deje al piloto sin frenos. Obviamente, la posibilidad de introducir un sistema 'ABS' como en los coches de calle o un control de tracción a través de este nuevo concepto queda descartada, ya que será el piloto quien tenga que accionar el pedal de freno, no pudiendo ser regulado o controlado desde fuera.

El sistema en si es complejo e intervienen muchos elementos que deben de estar perfectamente equilibrados y sobre todo, bien testados.


La arquitectura general de un sistema de frenado electromecánico se compone principalmente de cinco tipos de elementos:

Los procesadores que incluyen una unidad de control electrónico y otros procesadores locales ECU
Memoria
Sensores
Actuadores
Red de comunicación.

El centro neurálgico del sistema es la centralita electrónica del coche o ECU.

En cada pinza de los frenos traseros hay un sensor que es utilizado por el sistema como entrada de referencia. En el motor-generador del ERS-K (conocido como MGU-K) hay otro sensor que proporciona la información para controlar la transmisión y envía los datos a un módulo de control de potencia, la ECU. Este módulo controla tres entradas de datos, por un lado la procedente de las pinzas, la que viene del MGU-K y por último la procedente del pedal del freno cuando lo activa el piloto.

La ECU analiza toda la información y manda de nuevo la orden a las pinzas para que los actuadores incidan sobre el frenado, aumentando la velocidad y presión de las pinzas sobre el disco. Por lo tanto, dos sensores situados en los frenos son dedicados a medir la potencia de frenada. Debido a la naturaleza crítica en materia de seguridad de esta aplicación, un simple fallo en uno de estos sensoriales tendría un efecto negativo en el conjunto vehículo y podría poner en riesgo la integridad del monoplaza y no sólo.


Por seguridad, los F1 tienen dos sistemas de frenos independientes, delantero y trasero, por si falla uno que el otro pueda frenar el coche. No obstante, las distancias son las restringidas y si el coche no se detiene con el freno delantero se convierte en impredecible.

Cuando el sistema funcione a la perfección el piloto no notará nada, proporcionando una frenada consistente y estable, de lo contrario, tendrá que reducir su ritmo al carecer de la confianza suficiente para forzar al máximo. Hasta el año pasado, los equipos calculaban cuanta energía había que recuperar en una vuelta y hacían los cálculos para que la tasa de recuperación de energía fuera siempre la misma en cada frenada, pero ahora todo es más complicado.


Algunos podrán argumentar que la asistencia electrónica para la frenada es un sistema electrónico de ayuda a la conducción y así es. Sin él, sería difícil mantener un sistema de frenada que permitiera a los pilotos conducir con seguridad y va en contra de lo que estipula la normativa que dice que dice que el conductor debe conducir "sólo y sin ayuda". Esta es una de las muchas incongruencias que tiene la reglamentación técnica que, por una parte impide el uso del control de tracción o el ABS, entre otros sistemas y, por otra parte, confía la eficacia y la seguridad de la frenada a un cerebro electrónico.

ACTUACIÓN DEL ERS (MGU-K) AL ACCIONAR LOS FRENOS

Cuando el piloto pisa el pedal de freno, el motor MGU-K funciona como un generador. En ese instante se conecta al cigüeñal que está girando. Esta unión hace girar también al eje del generador que produce energía eléctrica que será enviada a unas baterías que se integran en el sistema donde se acumula para su posterior utilización.

Parece complicado pero no lo es. Imaginen las dinamos que se instalaban en las bicicletas para obtener luz. La dinamo sería el MGU-K y el cigüeñal la rueda.

Al actuar, el motor-generador produce una reducción de la velocidad del coche muy parecida a la que podemos percibir cuando conducimos nuestros propios coches, el llamado freno motor. Los vehículos pesados aprovechan algo parecido con la instalación del freno eléctrico. Este generador se desconecta automáticamente al dejar de accionar los frenos, por lo que no supone una pérdida de potencia en el motor al acelerar. 


COMPLICACIONES
Kobayashi tras colisionar con Massa por un fallo de frenos.


La mayor cantidad de 'torque', o velocidad de giro de los neumáticos traseros, durante esta nueva era, ha obligado a los ingenieros a tratar de poner a punto este sistema 'by wire' en los primeros test de pretemporada, complicando ligeramente la vida a los pilotos al cambiarles las sensaciones obtenidas del coche al encarar el vértice de una curva y en la posterior salida de la misma.

"Obviamente, exiges más de la trasera del coche pero, al menos con el motor Mercedes, se ha hecho muy bien; no hay problemas al frenar. El pedal de freno 'by wire' es un poco distinto, bastante más duro, lo cual me gusta", manifiesta Valtteri Bottas, compañero de Massa esta temporada.

"Hemos duplicado la cantidad de energía cinética que se permite recuperar a través del tren trasero con respecto al anterior sistema KERS. Esto significa que la exigencia al freno trasero, y por lo tanto la cantidad de calor generado, será mucho menor. Contamos con sistemas automáticos que recuperan la energía", apunta, por su parte, Paddy Lowe.

"Hemos diseñado un sistema de frenada 'by wire' para las ruedas traseras. Cuando el piloto pisa el pedal, el sistema gestiona en conjunto el circuito de freno trasero y los requisitos de recuperación de energía para que la presión de frenado de las ruedas traseras se adapte a la demanda del piloto. El aspecto más importante para hacerlo bien con el frenado 'by wire' es la gestión de su fiabilidad. Evidentemente, es un sistema de seguridad crítico y la mayor parte de nuestro trabajo se ha centrado en asegurar los niveles adecuados para evitar la pérdida de control del vehículo".