El control de frenado en curvas (CBC) es una medida de seguridad automotriz que mejora el rendimiento de manejo al distribuir la fuerza aplicada sobre las ruedas de un vehículo al girar en las curvas. Introducida por BMW en 1992, la tecnología ahora se incluye en vehículos eléctricos y de gasolina modernos, como automóviles, motocicletas y camiones. [1] [2] [3] El CBC a menudo se incluye dentro de la función de seguridad del control electrónico de estabilidad (ESC) que ofrecen los fabricantes de vehículos. [4]
El CBC utiliza la unidad de control electrónico del vehículo para recibir datos de varios sensores. Luego, el CBC ajusta el par de dirección del freno , la presión de frenado , la velocidad de guiñada y la distancia de frenado, lo que ayuda al conductor a mantener el control del vehículo mientras gira tanto hacia adentro como hacia afuera. [5]
La experimentación realizada con la tecnología CBC ha demostrado que es un avance con respecto al sistema de frenos antibloqueo (ABS) tradicional que se incluye en los vehículos modernos. [2] [3] [5] Es probable que el CBC también se incorpore en futuros vehículos autónomos por su precisión y respuesta en tiempo real. [6] [7]
El CBC fue introducido por primera vez por el fabricante de automóviles alemán BMW en 1992 como parte de su nueva función de Control Dinámico de Estabilidad. Se incluyó en el modelo 750i de 1992 (su sedán Serie 7 ) y agregó una medida de seguridad adicional a sus funciones preexistentes de ABS y Control Automático de Estabilidad (ASC). [1] Al describir la función, BMW afirmó: "Al frenar en curvas o al frenar durante un cambio de carril, la estabilidad de conducción y la respuesta de la dirección mejoran aún más". [8]
Si bien BMW fue el primer fabricante de automóviles en crear esta tecnología, los mandatos federales de la UE en 2009 [9] y de los EE. UU. en 2011 [10] exigieron la inclusión de esta tecnología de seguridad de frenado en los vehículos futuros dentro de estas regiones.
Los mandatos federales hicieron que las características de seguridad del ESC fueran obligatorias en la producción de automóviles, lo que incluía tanto la tecnología como las funciones del CBC. [11] Esto ha llevado a que otros fabricantes incorporen esta tecnología con nombres diferentes.
El fabricante de automóviles alemán Mercedes-Benz introdujo la tecnología bajo sus sistemas ESP Dynamic Cornering Assist y Curve Dynamic Assist. [12] El fabricante Mini , propiedad de BMW , y el fabricante británico Land Rover la incorporaron bajo el nombre de Cornering Brake Control. [13] [14] Otras empresas han utilizado la tecnología CBC como parte de su función ESC, lo que hace de la tecnología CBC una medida de seguridad más universal. [15]
El CBC utiliza la unidad de control electrónico del vehículo y el ESC para recibir datos de varios sensores. Estos sensores calculan variables como la velocidad, la aceleración, la velocidad de guiñada y el ángulo de dirección. [16] Luego, el CBC utiliza estas variables para ajustar la presión de los frenos, la velocidad de guiñada deseada, el par de dirección de los frenos y la distancia de frenado.
La experimentación con la tecnología CBC ha utilizado pruebas de hardware en el bucle (HiL) para demostrar su respuesta en tiempo real a estos factores. [2] [3]
El bloqueo de las ruedas supone un grave peligro para el conductor al realizar giros. El bloqueo de las ruedas limita la funcionalidad de la función de dirección debido a la fuerza centrífuga (una fuerza sobre el vehículo que cambia su equilibrio al realizar giros), lo que provoca desequilibrios en la presión de los frenos que la tecnología CBC puede regular.
El CBC resuelve este problema utilizando un sistema de fuerza de frenado adaptativo para distribuir la presión entre los frenos de un vehículo mientras gira. [3] [5] Luego, el CBC ajusta la presión en función de la velocidad del vehículo y su posición relativa a la curva, optimizando su estabilidad y tracción en la carretera. [17] [18] Esto hace que tanto la dirección como el frenado sean más suaves para el conductor, lo que limita la posibilidad de que las ruedas del vehículo se bloqueen.
La tecnología CBC funciona para estabilizar el vehículo a una velocidad de guiñada deseada (movimiento de torsión), que es la que experimenta un vehículo al tomar curvas. [2] Al frenar de repente, estabilizar la velocidad de guiñada permite que la presión de frenado disminuya fácilmente. También reduce la relación de deslizamiento , que es una relación que determina la velocidad real del vehículo después de moverse contra la fricción (una fuerza que resiste el movimiento). [19] Este cambio ayuda a que la tecnología responda con precisión a las condiciones de la carretera, ya que la velocidad real del vehículo se asemejará con precisión a la velocidad angular y de avance calculada. [20] La lógica CBC alcanza suavemente la velocidad de guiñada y la aceleración lateral deseadas, maximizando la comodidad y el rendimiento de conducción. [2]
La fórmula para calcular la velocidad de guiñada real es: [21]
dónde
Según las condiciones, como el modelo del vehículo y el trazado de la carretera, se realizan más cálculos para garantizar que la tecnología CBC pueda estabilizar el vehículo de manera eficaz. CBC puede calcular una velocidad de guiñada deseada que tenga en cuenta tanto la velocidad de guiñada real como la intervención humana necesaria (medida por el ángulo de dirección del vehículo durante un giro).
La fórmula para calcular la velocidad de guiñada deseada es: [22]
dónde
Luego, el CBC puede aplicar parcialmente los frenos para facilitar que el vehículo alcance la velocidad de guiñada deseada al girar. [2]
El CBC reduce el par de dirección de freno no deseado al frenar al girar en las curvas. [3] Esto limita el radio ( ) que se encuentra en la fórmula general para el par, que determina qué tan lejos está el vehículo del interior de la curva.
La fórmula para calcular el torque es: [23]
dónde
El cambio de radio evita que el vehículo se desvíe hacia afuera y potencialmente salga del carril, compensando el error del conductor. [24]
Los vehículos modernos con CBC pueden tener su eje de dirección desplazado lateralmente (hacia la superficie de la carretera) en la misma dirección que el punto de contacto del neumático (el punto donde el neumático toca la carretera). La distribución adaptativa de la fuerza de frenado puede entonces distribuir la presión sobre los frenos teniendo en cuenta directamente la fuerza de contacto del neumático (la fuerza que se aplica de vuelta sobre los neumáticos), lo que disminuye el par de dirección del freno. [3]
Como se describe en la fórmula general para el torque, reducir el torque de la dirección del freno disminuirá el radio del giro ya que la fuerza ( ) permanece constante, evitando de manera segura que el vehículo se desvíe hacia afuera.
El CBC acorta la distancia de frenado necesaria para detener el vehículo mientras gira. [2] El CBC puede reducir la presión de frenado, la velocidad de guiñada y el torque a la vez para limitar el movimiento lateral (movimiento desde los lados). [2] [25] Limitar el movimiento lateral ayuda a mejorar la estabilidad del vehículo mientras gira, lo que permite que el CBC frene suavemente. [25] Esto ayuda al conductor a detener inmediatamente el vehículo cuando se enfrenta a una situación de emergencia por delante.
El CBC tiene un componente de software que puede combinarse con sistemas ABS modernos para incluir la lógica CBC. [5] El software CBC evalúa las diferentes velocidades de las ruedas del vehículo y luego ajusta variables como el par de dirección del freno para garantizar que el vehículo no gire demasiado hacia adentro o hacia afuera, lo que mejora la seguridad desde el lado del software. [5]
La experimentación con la lógica CBC utilizó pruebas de software en el circuito (SiL) para demostrar su validez. Esto utiliza un entorno simulado para probar el código del software en un espacio virtual . [26] El algoritmo utilizado para probar la lógica CBC incorporó muchos componentes dentro del vehículo, como neumáticos, suspensión y masa . [5] El algoritmo también modeló el comportamiento esperado del conductor y utilizó tanto el comportamiento previsto como los componentes del vehículo para determinar la validez de la lógica CBC.
Los resultados de las pruebas SiL han demostrado claramente que la lógica CBC ayuda a mantener los vehículos dentro de su trayectoria prevista , mejorando la medida de seguridad ABS tradicional . [5]
Se espera que el CBC se incluya en los vehículos autónomos , ya que la tecnología puede funcionar con los futuros sistemas de control de vehículos para garantizar la seguridad de los frenos al girar. [6] El CBC ya puede activar de forma autónoma los frenos del vehículo en caso de emergencia, pero carece de las señales necesarias para controlar el vehículo sin ninguna intervención humana. Las señales de la red de área del controlador o CAN (señales enviadas dentro del software del vehículo autónomo) pueden enviar los datos necesarios al CBC para que el vehículo pueda confiar en su lógica y respuesta en tiempo real. [6] Estos sistemas del vehículo pueden funcionar de forma simultánea para aumentar la estabilidad de los vehículos autónomos al girar, lo que garantiza una experiencia segura y cómoda para los pasajeros. [7]
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