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1 Análisis de requerimientos y necesidades para la realización de ensayos de acuerdo a los reglamentos de la directiva 71/320/CEE. Elena Martínez Berges Directores: Santiago Baselga Ariño / Javier Abad Blasco Ingeniería Técnica Industrial con especialidad en Mecánica Diciembre, 2012 2 CONTENIDO 1. OBJETIVOS/INTRODUCCIÓN 6 2. CONCEPTOS BÁSICOS 9 2.1. Dispositivo de frenado 9 2.1.1. Freno de servicio 9 2.1.2. Freno de socorro 9 2.1.3. Freno de estacionamiento 10 2.1.3.1. Caso de remolque: 10 2.1.3.2. Vehículo tractor y remolque 10 2.2. Frenado graduable 10 2.3. Mando 10 2.4. Transmisión 10 2.5. Freno 11 2.6. Dispositivos de frenado de tipos diferentes 11 2.7. Componente del dispositivo de frenado 11 2.8. Frenado continuo 11 2.9. Frenado semicontinuo 12 2.10. Frenado automático 12 2.11. Frenado por inercia 12 2.12. Vehículo cargado 12 2.13. Dispositivo de frenado hidráulico con reserva de energía 12 2.14. Tipos de remolque de las categorías O3 Y O4 12 2.14.1. Semirremolque 12 2.14.2. Remolque 13 2.14.3. Remolque de eje central 13 2.15. Decelerador 13 2.16. Decelerador independiente 13 2.17. Decelerador integrado 13 2.18. Decelerador combinado 14 3. EXPLICACIÓN DE LAS ACTAS DE ENSAYO 15 3.1. Vehículos de las categorías M y N 15 3.1.1. Ensayo tipo 0 15 3.1.2. Ensayo de tipo I 16 3.1.3. Ensayo de tipo II y de tipo IIA. 17 3.1.4. Dispositivos de frenado de socorro y de estacionamiento. 18 3.2. Vehículos de la categoría O 18 3.2.1. Ensayo de tipo 0 18 3 3.2.2. Ensayo tipo I 19 3.2.3. Ensayo tipo III 20 3.2.4. Dispositivo de frenado de servicio 21 3.2.5. Dispositivo de frenado de estacionamiento 22 3.2.6. Dispositivo de frenado automático 23 3.2.6.1. Tiempo de respuesta 23 3.3. Otros 24 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS 25 4.1. ENSAYO TIPO 0 (CATEGORÍAS M Y N) 25 4.2. ENSAYO TIPO 0 (CATEGORÍA O) 29 4.3. ENSAYO TIPO I 32 4.3.1. ENSAYO CON FRENADOS REPETIDOS 32 4.3.2. ENSAYO CON FRENADO CONTINUO 33 4.4. ENSAYO TIPO II 34 4.4.1. RENDIMIENTO EN CALIENTE 34 4.5. ENSAYO TIPO IIA 35 4.6. ENSAYO TIPO III 35 4.7. DISPOSITIVOS DE FRENADO DE SOCORRO (M y N) 36 4.8. DISPOSITIVOS DE FRENADO DE ESTACIONAMIENTO (M y N) 37 4.9. DISPOSITIVO DE FRENADO DE SERVICIO (O) 38 4.10. DISPOSITIVO DE FRENADO DE ESTACIONAMIENTO (O) 39 4.11. DISPOSITIVO DE FRENADO AUTOMÁTICO 39 4.11.1. Tiempo de respuesta 39 4.12. DISTRIBUCIÓN DEL ESFUERZO DE FRENADO ENTRE LOS EJES DE LOS VEHÍCULOS 40 4.12.1. Requisitos para los vehículos de motor 40 4.12.2. Para los vehículos de motor autorizados a llevar remolques de la categoría O3 u O4: 43 4.12.3. Vehículos tractores destinados a arrastrar remolques de las categorías O3 u O4. 43 4.12.4. Vehículos tractores para semirremolques 44 4.12.5. Requisitos para semirremolques 45 4.12.6. Requisitos para remolques y para remolques de ejes centrales 47 4.12.7. Marcado 47 5. EXPLICACIÓN DE LOS REQUERIMIENTOS BÁSICOS EN UN ENSAYO DE FRENADA 49 5.1. Clasificación de las mediciones a tomar 61 5.2. Tabla de costes 63 5.3. Creación del presupuesto 63 5.4. Tabla resumen de los requerimientos 64 4 5.5. Calibración de los equipos 65 6. CONCLUSIONES 67 7. CONSULTAS 68 ANEXO I 70 ANEXO II 79 ANEXO III 86 Diciembre 2012 5 RESUMEN Los vehículos deben cumplir una serie de requisitos para que tengan la autorización de ser matriculados. Uno de estos requerimientos, es la superación de las pruebas de homologación del sistema de frenado, pruebas que se encuentran reflejadas en los reglamentos de la directiva 71/320/CEE. A partir de estos reglamentos, se explican cada uno de los ensayos a realizar y los resultados a obtener separando estas pruebas por las categorías de vehículos a homologar y por el tipo de prueba a realizar. Los vehículos estudiados en esta memoria, son los pertenecientes a las categorías M, N y O, es decir, vehículos para el transporte de personas, para el transporte de mercancías, y remolques o semirremolques, respectivamente. Hay que separar los distintos sistemas de frenado que pueden existir en un mismo vehículo, y por supuesto, se homologarán de manera distinta. Dentro de una misma categoría de vehículos existen muy diversos tipos de pruebas, teniendo en cuenta que cada vehículo es distinto, ya bien por su masa, si están autorizados a arrastrar un remolque o no, por su sistema de frenado, o por cuantos dispositivos de frenado posee un mismo vehículo, tamaño de los neumáticos, o si llevan rueda de repuesto o no. Todo esto y mucho más hacen que cada prueba de ensayo sea diferente de la anterior, así como los parámetros a tener en cuenta. La última parte de la memoria, consiste en realizar un estudio de los dispositivos de medición necesitados, u otro tipo de requerimientos, así como de una estimación de los costes en la realización de las pruebas. 1. OBJETIVOS/INTRODUCCIÓN Diciembre 2012 6 1. OBJETIVOS/INTRODUCCIÓN Para que todo vehículo tenga la autorización de poder ser matriculado, debe de cumplir una serie de requerimientos entre los cuales está la exigencia del cumplimiento de la homologación del sistema de frenado. Estas exigencias se encuentran en los reglamentos de la directiva 71/320/CEE. Con este trabajo, se desarrollan las actas de ensayo requeridas para llevar a cabo las correspondientes pruebas de frenado referente a cada categoría de vehículos. Así mismo, del análisis de los resultados que se van a obtener para cada uno de estos ensayos, y qué prueba corresponde a cada una de las categorías de vehículos, indicadas como M, N y O, se determina el equipamiento mínimo necesario para poder realizar las mediciones oportunas, así como las condiciones que debe tener este equipamiento. Otra de las partes de este trabajo, es la de realizar una estimación del coste que supondría llevar a cabo estos ensayos, contemplando los instrumentos de medida y otro tipo de accesorios tales como el circuito de ensayos. Dentro de la homologación de un vehículo, una de las partes más importantes es la homologación del sistema de frenado de éste. Este examen no puede realizarse en una única prueba, ya que no sólo existen distintos dispositivos de frenado para distintos vehículos sino que además en un mismo automóvil pueden ir integrados varios tipos de frenos. Además de la existencia de diferentes sistemas de detención de un vehículo, encontramos infinidad de vehículos distintos y cada uno de ellos separado en diferentes categorías. Los hay, más pesados, menos pesados, con distinto número de ejes, diferente tipo de neumático, pueden diferir en el número de ruedas, si llevan rueda de repuesto o no, vehículos autorizados a arrastrar un remolque y los que no disponen de ese permiso, vehículos con la capacidad para trasladar a un gran número de personas y los autorizados a arrastrar mercancías, entre otras. Este proyecto analiza las distintas pruebas de frenado en función de la categoría a la que vayan dirigidas. Las categorías de vehículos que se estudian en la presente memoria, son las categorías M, N y O que aparecen explicadas en la directiva de la CEE (70/156/CEE). Según esta: 1. Categoría M: Vehículos a motor destinados al transporte de personas y que tengan por lo menos cuatro ruedas, o tres ruedas y un peso máximo superior a 1 tonelada. - Categoría M1: Vehículos destinados al transporte de personas que tengan, además del asiento del conductor, ocho plazas sentadas como máximo. 1. OBJETIVOS/INTRODUCCIÓN Diciembre 2012 7 - Categoría M2: Vehículos destinados al transporte y personas que tengan, además del asiento del conductor, más de ocho plazas sentadas y que tengan un peso máximo que no supere las 5 toneladas. - Categoría M3: Vehículos destinados al transporte de personas que tengan, además del asiento del conductor, más de ocho plazas sentadas y que tengan un peso máximo que supere las 5 toneladas. 2. Categoría N: Vehículos a motor destinados al transporte de mercancías y que tengan por lo menos cuatro ruedas, o tres ruedas y un peso máximo superior a 1 tonelada. - Categoría N1: Vehículos destinados al transporte de mercancías con un peso máximo inferior a las 3,5 toneladas. - Categoría N2: Vehículos destinados al transporte de mercancías con un peso máximo superior a 3,5 toneladas pero inferior a 12 toneladas. - Categoría N3: Vehículos destinados al transporte de mercancías con un peso máximo superior a 12 toneladas. 3. Categoría O: Remolques (incluidos los semirremolques). - Categoría O1: Remolques cuyo peso máximo sea inferior a 0,75 toneladas. - Categoría O2: Remolque con un peso máximo superior a 0,75 toneladas pero inferior a 3,5 toneladas. - Categoría O3: Remolques con un peso máximo superior a 3,5 toneladas pero inferior a 10 toneladas. - Categoría O4: Remolques con un peso máximo superior a 10 toneladas. Este proyecto, además de desarrollar las hojas de actas, también analiza los resultados a obtener, separándolos por tipos de ensayos y categorías de vehículos, y aborda algunos parámetros, que aunque no son incluidos en ningún ensayo, también son importantes para la homologación del vehículo. En el Anexo I de la presente memoria, tras haber analizado cada una de las pruebas necesarias y los parámetros a medir o a tener en cuenta, se presentan las tablas a rellenar durante las pruebas separadas por “vehículos de las categorías M y N” y “vehículos de la categoría O”. El último paso del trabajo, es estudiar qué instrumentos de medida son necesarios para llevar a cabo las mediciones, y más generalizado, todo lo necesario para llevar a cabo unas pruebas de homologación de vehículos. Uno de los aparatos necesarios en estas pruebas, por todas las posibilidades que nos presta, así como la comodidad en la realización de todas las pruebas, es sin duda el sistema de adquisición de datos, explicado en el Anexo II de este proyecto. Este sistema no es más que un instrumento al que le llega un código binario, y nos lo transcribe en nuestro PC de modo que este código toma un valor y unas unidades determinadas, que están listas para usar en su interpretación de los resultados. Para finalizar, existe un equipo comercial desarrollado por el colegio de ingenieros que consiste en un método para obtener el tiempo de respuesta del sistema de frenado del vehículo, y descrito en la Directiva 71/320/CEE para la homologación 1. OBJETIVOS/INTRODUCCIÓN Diciembre 2012 8 de sistemas de frenado. Todo este método queda reflejado en el Anexo III de la memoria, así como incluido un ejemplo de simulador para la realización de la prueba descrita. Esta prueba sirve para vehículos que dispongan de un sistema de frenado neumático, lo que en la actualidad es gran parte de los vehículos que conocemos, 2. CONCEPTOS BÁSICOS Diciembre 2012 9 2. CONCEPTOS BÁSICOS “Este apartado se escribe refiriéndose al Anexo I de la directiva 71/320/CEE” Antes de continuar con esta memoria, se deben tener claros algunos conceptos que, a posteriori, irán apareciendo en el resto de capítulos. Como pequeña introducción, pasamos a explicar de forma clara, dos conceptos que aparecen dentro de las actas de ensayo: • Masa máxima: “masa máxima técnicamente admisible declarada por el fabricante del fabricante, y que puede superar a la masa máxima autorizada”. • Distribución de la masa entre los ejes: “distribución entre los ejes del efecto de la gravedad sobre la masa del vehículo y su contenido”. 2.1. Dispositivo de frenado “Conjunto de órganos que tienen por función disminuís progresivamente la velocidad de un vehículo en marcha, hacer que se detenga o mantenerlo inmóvil si se encuentra ya detenido”. • Este dispositivo será diseñado, fabricado e instalado de tal forma que en condiciones normales de funcionamiento y aunque pueda estar sometido a vibraciones debe cumplir todos los requisitos que le pidan. • Deberá ser capaz de soportar los fenómenos de corrosión y envejecimiento a los que estará expuesto. • Los forros de freno no podrán llevar amianto. 2.1.1. Freno de servicio El freno de servicio debe permitir al conductor controlar el movimiento del vehículo y poder detenerlo de forma segura, rápida y eficaz, para cualesquiera que sean sus condiciones de velocidad y de carga, y el declive de la vía por donde circule sea ascendente o descendente. Además la acción de frenado debe ser graduable, y el conductor debe poder conseguir ese frenado desde su asiento sin separar las manos del mando de dirección. 2.1.2. Freno de socorro Deberá permitir detener el vehículo en una distancia razonable, en el caso de que el freno de servicio falle. Su acción debe ser regulable, y se debe poder conseguir sin que el conductor se mueva de su asiento con, por lo menos, una mano puesta en el mando de dirección. Se da por supuesto que en el freno de servicio no puede producirse más de un fallo simultáneamente. 3. EXPLICACION DE LAS ACTAS DE ENSAYO Diciembre 2012 16 Para los dos, se debe realizar el ensayo una vez con el vehículo cargado y otra descargado, indicado esto en el punto 1.4 del anexo I, y mencionado anteriormente. Como requisito adicional, en los vehículos autorizados a arrastrar remolque, deberá realizarse el ensayo con el vehículo tractor sólo y portando una masa equivalente a la rueda de repuesto. Para este punto, habrá que indicar si el vehículo se encuentra autorizado para este fin, lo cual se especifica en el punto 2 del anexo I, y además, indicar la masa de la rueda de repuesto, en el caso de que estuviera en la especificación estándar del vehículo, y se refleja en el punto 3.1 del anexo I, ya mencionado. Para llevar a cabo el ensayo, deberemos conocer, para el tipo de motor desembragado, la velocidad de ensayo que es específica para cada categoría y el rendimiento también indicado para cada una de las cuales. En el caso del ensayo de tipo con motor embragado, se necesitará la velocidad máxima, la cual ya se ha indicado que se especifica en las actas, para calcular la velocidad necesaria en la realización del ensayo y el rendimiento medido. Todo esto queda reflejada en el acta de ensayo para las categorías M y N del anexo I. Tabla 3.2 3.1.2. Ensayo de tipo I Dentro de este ensayo, por tratarse de las categorías M y N, se realizará el ensayo con frenados repetidos. Y para su realización, como su propio nombre indica, se realizarán una serie de frenados uno tras otro con el vehículo a ensayar cargado. La tabla 1.3.1.1 del anexo II de la directiva 71/320/CEE usada en la creación y explicación de las actas de este proyecto, especifica las condiciones a cumplir de este ensayo. 3. EXPLICACION DE LAS ACTAS DE ENSAYO Diciembre 2012 17 Indica las velocidades inicial y final del ensayo, la duración de un ciclo de frenado y el número de repeticiones atendiendo a cada una de las categorías de vehículos. Dichas velocidades, están proporcionalmente relacionadas con la velocidad máxima, ya indicada anteriormente (punto 1.1 anexo I). Además de todo lo dicho, también necesitaremos calcular la deceleración media estabilizada no sólo para el primer ciclo de frenado, sino también para, a posteriori, poder calcular el rendimiento en caliente, el cual compararemos con el ensayo del tipo 0. De este modo obtenemos la tabla a seguir del ensayo con frenados repetidos, también incluida en el anexo I. Tabla 3.3 3.1.3. Ensayo de tipo II y de tipo IIA. En estos ensayos se deberá tener en cuenta, como en los anteriores, la velocidad de ensayo, pero además la distancia recorrida, y la deceleración media medida, que se comparará con los valores prescritos (puntos 1.4.1 y 1.4.2 del anexo II de la directiva 71/320/CEE). Tabla 3.4 3. EXPLICACION DE LAS ACTAS DE ENSAYO Diciembre 2012 18 Como dato relativo al ensayo de tipo IIA, debemos asegurarnos de que no son utilizados los frenos durante la prueba, y por tanto, que se conservan fríos. Esto también se especifica en la hoja de resultados dentro del anexo I. Tras la prueba, se procede a medir el rendimiento en caliente, y para ello realizaremos un ensayo en condiciones similares al de tipo 0, pero además teniendo en cuenta una fuerza sobre el mando que no supere los 700N, con lo cual: Tabla 3.5 3.1.4. Dispositivos de frenado de socorro y de estacionamiento. Como resultados de esta prueba debemos obtener la distancia de frenado, de nuevo la deceleración media estabilizada y por último la fuerza sobre el mando. La distancia de frenado medida la compararemos con los valores obtenidos de las ecuaciones especificadas para cada categoría (apartado 4.7 del análisis de resultados) y directamente proporcionales a la velocidad del ensayo. Así mismo, hay que diferenciar entre los valores prescritos si se trata de un accionamiento manual, o de los referentes al accionamiento con el pie, también indicado en dicho apartado. 3.2. Vehículos de la categoría O 3.2.1. Ensayo de tipo 0 En esta prueba se va a determinar el coeficiente de frenado del remolque, y para ello necesitaremos el empuje sobre el enganche y el coeficiente de frenado del conjunto de vehículos (vehículo motor+remolque). En primer lugar debemos obtener el coeficiente de frenado (Z R+M ) del conjunto (   ), y por consiguiente debemos obtener la suma de todas las fuerzas de frenado en la periferia de las ruedas (TM), este será uno de los parámetros a tener en cuenta en el ensayo. Una vez obtenido este coeficiente debemos asegurarnos que su relación con la presión pm, se encuentra dentro de la tabla especificada por el fabricante, y que además todas estas tablas quedan reflejadas en el capítulo 4 dentro del apartado 4.12.3. TM suma de las fuerzas de frenado en la periferia de todas las ruedas del vehículo tractor para remolque o semirremolque. PM respuesta estática total entre el firme de la calzada y las ruedas del vehículo tractor para remolque o semirremolque. Z R+M coeficiente de frenado del conjunto de vehículos 3. EXPLICACION DE LAS ACTAS DE ENSAYO Diciembre 2012 19 pm presión del conducto de mando medida en la cabeza del acoplamiento Para el cálculo del coeficiente de frenado del remolque, que es el que nos interesa, debemos obtener también en el ensayo, el empuje sobre el enganche (D) y la reacción estática normal sobre las ruedas del vehículo tractor de remolque, pero esta última la obtendremos con cálculos sobre el papel, teniendo en cuenta la masa del vehículo y la distancia del centro de gravedad de este. De este modo: ZR = ++   [Ec.3.2] Si se trata de vehículos con un dispositivo de frenado continuo¹ o semicontinuo²: ZR¹ = +−   +…..[.3.3] >R = valor de la resistencia al rodamiento = 0.01 Imagen 3.1 3.2.2. Ensayo tipo I En esta prueba, se realizará un ensayo de tipo con frenado continuo, donde se ensayarán exclusivamente los remolques de las categorías O2 y O3 (punto 1.3.2.1 anexo II de la directiva 71/320/CEE). En esta prueba obtendremos los valores de velocidad de ensayo, distancia recorrida y fuerzas sobre el mando y en la periferia de las ruedas. Como sólo necesitamos la energía absorbida por los frenos requerida en unas determinadas condiciones de inclinación, velocidad y distancia (punto 1.3.2.1 anexo II directiva 71/320/CEE) podremos realizar este ensayo en una calzada horizontal cerciorándonos de que la energía requerida en el ensayo es la misma que la necesitada en los cálculos previos. (¹) = Frenado continuo: punto 1.9 del anexo I de la directiva 71/320/CEE(²) = Frenado semicontinuo: punto 1.10 del anexo I de la directiva 71/320/CEE 3. EXPLICACION DE LAS ACTAS DE ENSAYO Diciembre 2012 20 Para ello usaremos una sencilla ecuación, en la que emplearemos la fuerza en la periferia de las ruedas y la distancia recorrida. = [Ec.3.4] Por otra parte, debemos calcular el rendimiento en caliente a través del ensayo de tipo 0, el cual, ahora con los dispositivos de frenado calientes, deberá compararse con los resultados del ensayo original de tipo 0 (punto 1.3.3.1 anexo II directiva 71/320/CEE). Por todo esto obtenemos la siguiente tabla incluida en el anexo I: Tabla 3.6 3.2.3. Ensayo tipo III La prueba a describir hace referencia a los remolques de la categoría O4, y se trata de un ensayo de pista con el que, al igual que en el ensayo de tipo 0, obtendremos el coeficiente de frenado del remolque. En primer lugar, nos debemos detener en las condiciones de este ensayo, donde tendremos que contar el número de veces donde es accionado el dispositivo de frenado, la duración del ciclo de frenado y la velocidad del ensayo, y todo esto, a su vez, compararlo con los valores prescritos en el anexo II de la directiva ya mencionada 71/320/CEE. Para el cálculo del coeficiente de frenado del remolque, usaremos una ecuación antes escrita en el apartado 2.1. ZR¹ = +−   +…..[.3.5] Por último, necesitaremos saber la velocidad al finalizar el ensayo la cual la compararemos con la obtenida en la expresión siguiente: 2=1+1+2 4 +1+2 …..[.3.6] Y bien, con todo esto, se explica la tabla de resultados del ensayo de tipo III del anexo I. 3. EXPLICACION DE LAS ACTAS DE ENSAYO Diciembre 2012 21 Imagen 3.2 A continuación, debemos obtener el rendimiento en caliente, como siempre comparado con los resultados del ensayo tipo 0, pero como podemos comprobar, no se especifican las distancias se y sb requeridas para su cálculo. Esto es porque, en este caso, lo que vamos a comparar son las fuerzas de frenado en la periferia de las ruedas, siendo especificado el valor de superación de esta prueba en el punto 1.6.2 del anexo II de la directiva 71/320/CEE. 3.2.4. Dispositivo de frenado de servicio Para probar este dispositivo de frenado, necesitaremos ensayarlo de tal forma que obtengamos la fuerza de frenado en la periferia de las ruedas la cual compararemos con la fuerza máxima soportada por estas, siendo este valor calculado con la masa máxima del vehículo, que se especifica en el anexo I en el punto 1.1. De este modo, realizaremos el ensayo atendiendo a si se trata de: 1. Remolque cargado y vacio 2. Semirremolque cargado y vacio 3. Remolque de ejes centrales cargado y vacío El vehículo del que se trate se especificará en el punto 2 del anexo I, dentro de las actas de ensayo ahí mostradas. Además de la fuerza de frenado, deberemos conocer las presiones del conducto de mando y del conducto de alimentación, que no deberán exceder los valores indicados en la directiva 71/320/CEE, en el punto 2.2.1.2.1 dentro del anexo I. La velocidad de esta prueba será de 60 km/h, pero a su vez se realizarán dos ensayos más, uno a 40 km/h y otro de tipo I, todo bien especificado en la tabla del acta y dirigido para las categorías de vehículos O1, O2 y O3. 3. EXPLICACION DE LAS ACTAS DE ENSAYO Diciembre 2012 22 Tabla 3.7 En la categoría O4, se realizará un ensayo muy similar, donde también mediremos una fuerza de frenado en la periferia de las ruedas, unas presiones de mando y de alimentación y todo realizado a una velocidad de ensayo de 60 km/h. Sin embargo, como suplemento y difiriendo del ensayo de tipo I a realizar para las demás categorías de vehículos O, se realizará un ensayo de tipo III (punto 2.2.1.4.2 anexo II directiva 71/320/CEE). Tabla 3.8 3.2.5. Dispositivo de frenado de estacionamiento Este dispositivo necesita de una prueba muy sencilla, sólo se trata de que el freno del remolque o semirremolque consiga mantener detenido a este detenido sobre una pendiente del 18%. El remolque debe estar cargado (punto 1.4 del anexo I), y separado del vehículo tractor, y la única medida necesaria en este ensayo será la fuerza sobre el mando. 3. EXPLICACION DE LAS ACTAS DE ENSAYO Diciembre 2012 23 Tabla 3.9 3.2.6. Dispositivo de frenado automático Este dispositivo se ensayará de acuerdo a un fallo relacionado a la pérdida total de la presión en el conducto de suministro de aire. Siendo este el caso, deberá ser capaz de obtener una fuerza en la periferia de las ruedas que no sea inferior al 13.5% de la masa máxima soportada por estas, estando el vehículo cargado y a una velocidad de, como mínimo, 40 km/h. Con lo cual, deducimos que lo obtenido en este en esta prueba, es la fuerza en la periferia de las ruedas así como la velocidad de ensayo. Eso sí, no sin antes comprobar la presión de suministro, también indicada. Tabla 3.10 3.2.6.1. Tiempo de respuesta En vehículos donde el dispositivo dependa total o parcialmente de una fuente de energía, no vale la muscular del conductor, este debería ser capaz de tener un tiempo de reacción del freno no superior a 0.6 segundos. Con tiempo de respuesta me refiero al tiempo transcurrido desde que se acciona el mando del freno de servicio hasta que la fuerza de frenado actúa sobre el eje situado en el punto más desfavorable. Tabla 3.11 3. EXPLICACION DE LAS ACTAS DE ENSAYO Diciembre 2012 24 3.3. Otros Como prueba extra, debemos cerciorarnos de que las presiones en las cabezas de acoplamiento del tubo de alimentación y del de mando, cumplen el intervalo preestablecido (punto 3.1.2.1 apendice del anexo II de la directiva 71/320/CEE). Para todo esto, ensayo dirigido a los remolques de tipo O3 u O4 con dispositivo de frenado de aire comprimido, debemos realizar la prueba, contando con los siguientes requisitos: • Fuente de energía cortada • Conducto de alimentación obturado • Depósito de 0.5 litros conectado al conducto de mando • Sistema de presiones de conjunción y disyunción Imagen 3.3 Como último requisito, se deberá medir la presión en la cabeza de acoplamiento del conducto de alimentación cuando el sistema se encuentre en la posición de presión de conjunción, y esta no deberá ser inferior a una presión preestablecida de 7 bares. Todo esto sin encontrarse accionado el freno de servicio. Pero este valor, sin embargo, no lo incluyo en las actas del anexo I. 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS Diciembre 2012 25 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS Tras la realización los ensayos se debe conocer si las pruebas han sido satisfactorias o no. Todos los estos valores prescritos para cada prueba, se muestran en el anexo II de la directiva 71/320/CEE. Con cada ensayo deberemos ser capaces de obtener un rendimiento, como se ve en cada una de las actas de ensayo, que según el punto 1.1.1 del anexo II de la nombrada directiva, va a estar basado en la distancia de frenado y en la deceleración media estabilizada (m/s²). La deceleración media estabilizada (dm), la tenemos definida en el punto 1.1.2 de la directiva a continuación de la descripción del rendimiento anterior. "²−#² 25,92&#−&"[.4.1] Vemos que esta ecuación nos facilita bastante los cálculos, ya que es relativamente sencillo poder medir la velocidad y la distancia durante el ensayo, siendo la única dificultad disponer de los instrumentos de medida con una tolerancia del ±1% (indicado en el punto 1.1.2). 4.1. ENSAYO TIPO 0 (CATEGORÍAS M Y N) Uno de los requisitos para este ensayo es que los frenos deben estar fríos, es decir, que la temperatura en el disco o el exterior del tambor no supere los 100ºC (punto 1.2 anexo II). Esto no es así siempre, puesto que para calcular el rendimiento en caliente de los ensayos de tipo I o de tipo III, se debe obtener teniendo en cuenta las condiciones de ensayo del tipo 0, y sin embargo no es un requisito que los frenos estén fríos. Durante el ensayo de este tipo, deberemos poder obtener una serie de mediciones que incluiremos en la tabla siguiente, descrita con anterioridad en esta memoria. 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS Diciembre 2012 32 4.3. ENSAYO TIPO I Este ensayo se divide en dos tipos, con frenados repetidos y con frenado continuo. El primero se aplica a los vehículos pertenecientes a las categorías M y N, y el segundo a las categorías O2 y O3. 4.3.1. ENSAYO CON FRENADOS REPETIDOS Este tipo se realiza con el vehículo cargado, y se debe controlar la duración del ciclo de frenado como se indica en la tabla del punto 1.3.1.1, junto con las condiciones del ensayo. Después de cada frenado, la velocidad v1 debe alcanzarse en el menor tiempo posible (punto 1.3.1.5) empleando la máxima aceleración posible permitida por el motor y la caja de cambios. Tabla 4.4 La duración del ciclo puede ser aumentada en 10 segundos si las características del vehículo no permitieran que se cumpliera la duración prescrita, con el fin de estabiliza la velocidad de ensayo v1 (punto 1.3.1.2). En cualquier caso, no solo se debe tener en cuenta el intervalo de tiempo de frenado, sino también la deceleración media estabilizada, que debe ser de 3 m/s² en el primero de los frenados. Y mantenerse la fuerza ejercida durante esta en el resto. Como ya conocemos, la deceleración se calcula a partir de E1, por lo que además de fuerza de frenado, duración y velocidad de ensayo, también debemos tener en consideración el espacio recorrido durante este ensayo. 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS Diciembre 2012 33 Tabla 4.5 4.3.2. ENSAYO CON FRENADO CONTINUO En este caso lo que nos interesa es la energía de absorción de los frenos durante un periodo de frenado continuo. Este ensayo puede realizarse en una calzada horizontal (punto 1.3.2.2) manteniéndose la fuerza sobre el mando de modo que la resistencia del remolque se mantenga constante. Esta resistencia debe ser el 7% de la masa máxima estacionaria por eje del remolque. La energía mencionada, debe ser equivalente a la acumulada por el vehículo cargado moviéndose a una velocidad constante de 40 km/h en una pendiente del 7% y durante 1.7 km. Esta energía puede calcularse, con la ecuación de la energía: =1 2<²+<5ℎ[.4.17] Y compararla con la energía acumulada sobre una calzada horizontal, durante el mismo periodo de tiempo, siguiendo la ecuación: =[.4.18] Si la potencia del vehículo fuera insuficiente, deberá reducirse la velocidad y aumentar la distancia según la tabla mostrada a continuación (punto 1.3.2.2). 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS Diciembre 2012 34 Imagen 4.3 La última parte del ensayo es el cálculo del rendimiento en caliente, de modo que se volverá a realizar el ensayo de tipo 0 pero esta vez con los frenos calientes. En los vehículos de motor, el rendimiento no deberá ser inferior al 80% del prescrito para el ensayo del cual se trate ni al 60% del valor medido durante el ensayo de tipo 0 con motor desembragado (punto 1.3.3.1). Es decir, al 5,8m/s² en el caso de los vehículos M1 ni a los 5 m/s² en el resto de las categorías, indicados ambos valores en la Tabla 4.2. Si se trata de remolques, lo que compararemos será la fuerza residual en la periferia de las ruedas durante el ensayo a 40km/h. De modo que ésta no debe ser inferior al 36% de la masa máxima soportada por las ruedas con el vehículo detenido, ni al 60% del valor comprobado durante el ensayo tipo 0 a esa velocidad. Para poder hacer la comparación tendremos que realizar el ensayo de eficacia residual del frenado (apartado 4.9). 4.4. ENSAYO TIPO II Los vehículos de las categorías M3 y N3 se ensayan con este tipo de prueba, de modo que el vehículo a motor cargado se ensaya a una velocidad de 30 km/h, engranada la marcha más adecuada, sobre una pendiente descendente del 6% durante 6km (punto 1.4.1). En el caso que exista decelerador podrá ser usado durante la prueba. Sin embargo en el caso de que se carezca de él, se permitirá un margen de la velocidad media de ±5 km/h. En cuanto a la deceleración media estabilizada bastará con un mínimo del 0.5m/s². 4.4.1. RENDIMIENTO EN CALIENTE Para concluir, se debe calcular el rendimiento en caliente, que como en el ensayo anterior, se obtendrá con las mismas condiciones que en el ensayo tipo 0, y obviamente sin restricción de temperatura en los frenos (punto 1.4.3). En cuanto a la fuerza sobre el mando no deberá superar los 700N y se deben respetar los valores de la Tabla 4.6. 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS Diciembre 2012 35 Tabla 4.6 4.5. ENSAYO TIPO IIA En este caso como en el anterior, se ensayará a una velocidad media de 30km/h, pero en este caso la pendiente será algo más inclinada, del 7%, durante 6km. No podrán ser usados ninguno de los frenos, con lo cual la temperatura de estos no deberá sobrepasar los 100ºC. Podrá ser usado un decelerador, en el caso que lo hubiera, pero si no, como antes, se concederá un margen de ±5 km/h, en la velocidad de ensayo. En este caso la deceleración mínima que se exige es de 0.6 m/s², calculada con la ecuación [4.1], como ya viene siendo habitual. 4.6. ENSAYO TIPO III Se trata de un ensayo para los vehículos de la categoría O4, donde se mide el coeficiente de frenado para determinar la pérdida de eficacia del frenado, con una serie de frenados repetidos. La tabla incluida en las actas será la siguiente, donde además de tener en cuenta, duración del ciclo, velocidad y número de accionamientos, deberemos calcular las distancias de frenado, para a posteriori, poder obtener el rendimiento en caliente del dispositivo, como ya nos viene siendo habitual. Tabla 4.7 Finalizado el ensayo de tipo III se procede a la realización del ensayo de tipo 0 de nuevo, para poder obtener el rendimiento en caliente. 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS Diciembre 2012 36 De modo que la fuerza de frenado en los bordes de las ruedas deberá ser: Tabla 4.8 4.7. DISPOSITIVOS DE FRENADO DE SOCORRO (M y N) Las condiciones del ensayo se indican a continuación, de modo que sin superar las fuerzas indicadas, el vehículo debe ser capaz de detenerse en una distancia (s) que no supere la indicada en el cuadro siguiente, y que obtenga como mínimo una deceleración mínima estabilizada, calculada a partir de [Ec.4.1], como la indicada. Todo este ensayo se realiza a la velocidad indicada para cada categoría. Después de lo cual se procede a calcular el rendimiento en caliente, con la misma velocidad indicada, a partir del ensayo tipo 0 pero, nuevamente, sin las restricciones de temperatura. Tabla 4.9 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS Diciembre 2012 37 4.8. DISPOSITIVOS DE FRENADO DE ESTACIONAMIENTO (M y N) Para este tipo de dispositivo, se debe ensañar de modo que sea capaz de mantener el vehículo detenido (punto 2.1.3.2) sobre una pendiente ascendente o descendente, del 18%. Excepto si se trata de vehículos que puedan llevar un remolque, en los cuales sólo se les exigirá en una pendiente del 12%. Para llevar a cabo esta prueba, se deben respetar las fuerzas ejercidas sobre el mando preestablecidas en el punto 2.1.3.4. Tabla 4.10 Para el caso de que el dispositivo de frenado de servicio y el de socorro, sean coincidentes, el dispositivo de estacionamiento deberá poder ser accionado con el vehículo en movimiento, según se indica en el punto 2.2.1.2.4 del anexo I. Para poder comprobar que se cumple, realizaremos un ensayo de tipo 0 a una velocidad inicial de 30 km/h, donde obtendremos una deceleración media estabilizada [E1], que no debe ser inferior a 1.5 m/s². En caso de fallo en la transmisión, con una fuerza de mando inferior a 700 N durante el ensayo tipo 0 con motor desembragado, no se deberá sobrepasar la distancia de frenado indicada en la tabla del punto 2.1.4.1, ni deberá obtenerse una deceleración inferior a la indicada también en esta para cada categoría. 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS Diciembre 2012 38 Imagen 4.4 4.9. DISPOSITIVO DE FRENADO DE SERVICIO (O) Este ensayo se realizará dos veces a dos velocidades distintas, una a 60 km/h y otra a 40 km/h, esta última se comparará con los resultados obtenidos en el ensayo de tipo 0 antes realizado para remolques. Lo que se va a comparar en esta prueba va a ser la fuerza ejercida en la periferia de las ruedas, y en el caso de la primera velocidad también las presiones en los conductos de mando y alimentación. Tabla 4.11 M = masa máxima soportada por las ruedas con el vehículo detenido F0 = fuerza en la periferia de las ruedas comprobado en el ensayo de tipo 0 De modo que atendiendo a lo dicho en el ensayo de tipo 0 para la categoría O, los obtendremos la fuerza en la periferia de las ruedas siguiendo el desarrollo 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS Diciembre 2012 39 mencionado en dicho apartado. Ya hemos obtenido el diagrama que relaciona la fuerza sobre el mando con las fuerzas de frenado sobre las ruedas, de modo que conociendo la fuerza sobre el mando obtenemos la fuerza que nos interesa. Y ya sabiendo esto debemos compararla con dos parámetros, de modo que debemos obtener que la fuerza sobre la periferia de las ruedas no debe ser inferior a: 1. 0.36·Masa máxima soportada por las ruedas con el vehículo parado. 2. 0.6 Fuerza sobre la periferia de las ruedas en el ensayo de tipo 0 para la categoría O. 4.10. DISPOSITIVO DE FRENADO DE ESTACIONAMIENTO (O) En este caso, sólo valoraremos que el dispositivo mantenga el vehículo parado en una pendiente del 18 %. Por lo que únicamente, tendremos en cuenta la fuerza ejercida sobre el mando que no debe superar los 600 N (punto 2.2.2.1). 4.11. DISPOSITIVO DE FRENADO AUTOMÁTICO El vehículo se ensayará cargado, y en caso de que haya una pérdida de presión en el suministro de aire, el rendimiento del freno automático no deberá ser inferior al rendimiento prescrito. Tabla 4.12 M = masa máxima soportada por las ruedas con el vehículo detenido 4.11.1.Tiempo de respuesta Este apartado corresponde a aquellos vehículos cuyo freno de servicio dependa, de forma total o parcial, de una fuente de energía diferente a la muscular proporcionada por el conductor. En esta prueba deberemos tener en cuenta el tiempo desde que accionamos el dispositivo, hasta que la fuerza de frenado sobre la periferia de las ruedas, actúa en el punto más desfavorable. 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS Diciembre 2012 40 Tabla 4.13 Este rendimiento es así, también para vehículos que dispongan de dispositivos de frenado hidráulicos según nos indica el punto 2.3.3. 4.12. DISTRIBUCIÓN DEL ESFUERZO DE FRENADO ENTRE LOS EJES DE LOS VEHÍCULOS Además de los ensayos anteriores, teniendo en cuenta el apéndice del anexo II de la directiva 71/320/CEE usada hasta ahora, los vehículos deben cumplir otra serie de requerimientos. 4.12.1.Requisitos para los vehículos de motor Vehículos de dos ejes Siendo: >>k = coeficiente teórico de adherencia del neumático a la calzada >>z = coeficiente de frenado del vehículo (J/g) Para cualquier categoría de vehículos se debe cumplir que para todos los valores de k comprendidos entre 0.2 y 0.8, z tomará un valor atendiendo a la siguiente expresión: ?≥0.1+0.85A−0.2[.4.19] De modo que el coeficiente de frenado (J/g), estará comprendido entre los valores 0.1 y 0.61. Sin importar la carga del vehículo, la curva de adherencia del eje delantero estará situada por encima de la del eje trasero, siempre que: 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS Diciembre 2012 41 Tabla 4.14 Como excepciones, en la categoría M1 se puede dar el caso en el cual la curva de adherencia del eje trasero se sitúe por encima de la del eje delantero, si dentro de la gama de valores z= 0.3-0.45 la recta del eje trasero no supere más de 0.05 a la recta de la ecuación k=z (resta de equiadherencia). Esto se puede observar en la figura 1ª, dentro del apéndice del anexo II. Imagen 4.5 En el caso de N1, esta condición de las curvas de adherencia se cumplirá también, si estando z entre los valores 0.15 y 0.30, las curvas de adherencia se encuentran situadas entre las paralelas a la recta de equiaderencia k= z + 0.08 y k= z - 0.08. 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS Diciembre 2012 48 2. Cuando el apartado del punto 1 se cumpla a través de un dispositivo que module la presión del aire en la transmisión de los frenos, entonces será necesario un marcaje que lleve la masa equivalente a la reacción normal de la calza sobre el eje, la presión nominal de salida del dispositivo, y la presión de entrada (por lo menos el 80% de la presión máxima nominal). Todo esto irá indicado para distintas condiciones de carga: 2.1 Carga máxima admisible del eje o los ejes que actúan sobre el dispositivo 2.2 Carga del eje o de los ejes del vehículo en orden de marcha, si la carga del eje o de los ejes se aplica a un vehículo consistente en bastidor y cabina. 2.3 Carga de eje o de ejes que corresponden de manera aproximada a vehículo en orden de marcha con la carrocería prevista, si la carga del eje o los ejes se refiere a un vehículo que consiste en bastidor con cabina. 2.4 Carga del eje o de los ejes especificada por el fabricante, que permita controlar en servicio el reglaje del dispositivo, en el caso de que dicha carga difiera de las indicadas en los puntos 2.1, 2.2 y 2.3. 5. EXPLICACIÓN DE LOS REQUERIMIENTOS BÁSICOS Diciembre 2012 EN UN ENSAYO DE FRANDA 49 5. EXPLICACIÓN DE LOS REQUERIMIENTOS BÁSICOS EN UN ENSAYO DE FRENADA VELOCIDAD Y DISTANCIA Uno de los parámetros más destacados de las pruebas de frenado es la deceleración media (dm). Para su cálculo necesitaremos los siguientes valores, obtenidos a lo largo de dicha prueba: "²−#² 25,92&#−&"[.5.1] v1-> la velocidad al activar el dispositivo de frenado vb-> velocidad 0.8*v1 ve-> velocidad 01*v1 sb-> distancia entre v1 y vb se-> distancia entre v1 y ve Para obtener los valores de distancia, necesitamos separar la prueba en tres tramos. Se empezará a medir la distancia en el momento en que el dispositivo de mando sea activado. En ese momento el vehículo a probar llevará una velocidad inicial (v1) que dependerá de la prueba que se esté realizando. A partir de ahí, se medirá el espacio recorrido hasta que se reduzca la velocidad a 80%v1 y llegado ese momento se medirá la distancia entre el 80% de v1 y el 10% de dicha velocidad. Pero además durante toda la prueba la deceleración debe permanecer dentro de unos límites preestablecidos (2.943 m/s² - 7.848 m/s²) y ya explicados en el capítulo 4 de la presente memoria. Esto lo deberemos de tener en cuenta al elegir el dispositivo de medición ya que deberá poder medir entre esos valores, además de cumplir un margen de tolerancia de ± 1%. En primer lugar, se podría pensar en algún mecanismo que incorpore un velocímetro con un metro láser, que almacene los datos de velocidad y distancia en tres momentos concretos, cuando el vehículo comience a frenar (v1), cuando lleve una octava parte de v1 y cuando circule a una décima parte de dicha velocidad. El metro láser no sólo mide distancias con gran precisión sino que además es capaz de memorizar mediciones. Este dispositivo unido al velocímetro a través de algún sensor que le indique en qué momento debe almacenar el resultado podría llegar a ser una opción factible. El metro laser [3], se usa para tomar medidas sin contactos, es de fácil uso y de gran precisión. Muy usado en carpintería y albañilería, porque además de distancias, puede medir alturas, superficies o incluso volúmenes con gran facilidad. Sin embargo, es una simple opción. Se ha pensado en un dispositivo que realice un seguimiento de velocidad y distancia durante toda la prueba y una vez terminada esta realizaríamos los cálculos pertinentes, y así obtener los valores que necesitemos y con estos la deceleración. 5. EXPLICACIÓN DE LOS REQUERIMIENTOS BÁSICOS Diciembre 2012 EN UN ENSAYO DE FRANDA 50 Para este seguimiento se propone un dispositivo GPS, como el que desarrolla una empresa llamada VBOX USA, que pretende usar dicho dispositivo para realizar pruebas a los vehículos, exactamente el uso que en este proyecto queremos darle. [4] No todos los sistemas GPS se fabrican igual, los dispositivos más precisos son aquellos que basan su funcionamiento en la velocidad, como es el caso de la empresa VBOX USA. No sin olvidar otros parámetros también importantes como es el caso de la velocidad de muestreo, la respuesta de frecuencia, la latencia y el ruido. La frecuencia de muestreo se define como el número de muestras por segundo, lo cual es muy importante si queremos un seguimiento preciso. Para la navegación normalmente con una muestra por segundo sería suficiente. Pero si lo que queremos es realizar una prueba de frenado necesitamos algo con una mayor frecuencia. En los sistemas para las pruebas de frenado, se suele dar una frecuencia de unas 100 muestras por segundo, número importante, no sólo, para los valores de velocidad sino también para otros como la distancia de frenado, aceleración, tiempo por vuelta… De este modo, la respuesta de frecuencia se entiende como la rapidez con la cual la medición de la velocidad puede reaccionar a un cambio de movimiento del vehículo. Por ejemplo lo que se da, durante un inicio de parada ABS asistida, para medir la tasa de cambio de aceleración, la distancia y la velocidad. El VBOX [5] es un galardonado instrumento reconocido internacionalmente como patrón de calidad en la medida de distancia y velocidad, según indica en su página, y muchos fabricantes de vehículos y neumáticos poseen uno para su departamento de ensayos. Otra opción posible para el cálculo de los parámetros velocidad y distancia, es la unión de una rueda patrón a nuestro vehículo de pruebas, y esta rueda a su vez que contenga un cuenta revoluciones a partir del cual extraeremos la velocidad en revoluciones por minuto que sabiendo el diámetro de nuestra rueda patrón podremos obtener la medida en una otras unidades como metros por segundo. Si además conocemos el tiempo transcurrido durante la prueba podremos sacar la distancia en número de revoluciones de la rueda, y junto con la medida del radio de la rueda, lo podremos calcular en metros. Por lo tanto a parte de nuestro diseño de rueda patrón, deberemos añadir a nuestros requisitos un “cuenta revoluciones” y un cronómetro. Imagen 5.1. 5. EXPLICACIÓN DE LOS REQUERIMIENTOS BÁSICOS Diciembre 2012 EN UN ENSAYO DE FRANDA 51 El cuenta revoluciones TTO digital, puede medir hasta 20000 rpm en tiempo real, y de fácil instalación. Y por supuesto con un precio bastante menor al GPS mencionado antes. Una buena alternativa, para nuestras pruebas de homologación. En el caso de usar una rueda patrón, deberemos conseguir la medida de la deceleración con un acelerómetro. El sensor de aceleración AKE39T, de la firma RION [31], es un sensor triaxial, con una tolerancia del ± 1%. Se emplea en pruebas de vehículos, perfecto para nuestro caso, posee un sensor de temperatura interno para corregir las desviaciones y sigue la norma ISO 9001 estándar. Durante la prueba para conseguir los valores de velocidad se procederá de tal forma que se marcará un punto de la pista en el cual el vehículo debe haber alcanzado la velocidad prescrita. En ese momento el vehículo comenzará a frenar, y el “cuenta revoluciones” de nuestra rueda patrón nos irá enviando señales de la velocidad en cada instante. Cuando sea alcanzado 0.8*v1 la rueda comenzará a medir para poder sacar la distancia. Cuando haya tomado dicha medida, empezará a tomar la siguiente la cual irá hasta que el vehículo alcance el 10% de su velocidad inicial. La tercera medida que tomará será desde 0.1*v1 hasta que el vehículo se detenga completamente. Sin embargo, emplearemos el GPS explicado antes, para poder abarcar los tres parámetros que son, velocidad, distancia y aceleración, y simplificar los equipos. MASA Los ensayos de frenado se realizarán en unas condiciones de masa preestablecidas, que se indican para cada vehículo y prueba, y que son distintas entre sí. Debemos corroborar que estas condiciones se cumplen para cada ensayo y por tanto contar con un dispositivo que mida la carga por eje que soporta el vehículo lo cual nos indica si el vehículo está desequilibrado, y que además, cada vehículo, deberá cumplir las condiciones indicadas por el fabricante de este. En primer lugar se presenta una balanza para coches serie PCE-CWC [7], que puede medir la carga máxima sobre cada rueda con un rango de pesado máximo de 1500 Kg, lo que nos serviría para el caso de los remolques o semirremolques, pero sólo para los pertenecientes a la categoría O1, y para algunos casos concretos dentro de la categoría M1. 5. EXPLICACIÓN DE LOS REQUERIMIENTOS BÁSICOS Diciembre 2012 EN UN ENSAYO DE FRANDA 52 Imagen 5.2 Este dispositivo es fiable y exacto y es válido, para coches, furgonetas, (caravanas y auto-caravanas) y remolques. Este instrumento mide la carga por rueda de una manera fácil. Sencillamente, se escoge el programa que corresponda entre: vehículo motorizado o remolques de uno o dos ejes, en nuestro caso, sólo la última opción. Para los vehículos de la categoría N, “Vehículos a motor destinados al transporte de mercancías y que tengan por lo menos cuatro ruedas, o tres ruedas y un peso máximo superior a 1 tonelada” que algunos superan el peso máximo de 12 toneladas, he escogido el frenómetro con simulador de carga integrado Motortet de la firma CAPATEST. Dispositivo que vamos a utilizar para todas las categorías de vehículos, a no ser que se trate de vehículos con un peso menor a 1.5 toneladas. Imagen 5.3 5. EXPLICACIÓN DE LOS REQUERIMIENTOS BÁSICOS Diciembre 2012 EN UN ENSAYO DE FRANDA 53 Este frenómetro [8], Motortec, es un aparato con una potencia en los motores de 2x12 KW, y sus rodillos poseen un recubrimiento de corindón (mineral formado por óxido de aluminio), y con una resolución mínima de frenado de 5 daN. Destacamos entre sus propiedades una carga máxima por eje en prueba de 18000 Kg y una carga máxima por eje al paso de 20000 Kg. Según el reglamento general de vehículos/ real decreto 2822/1999 el peso máximo por eje en un vehículo compacto de la categoría N, es de aproximadamente 18.5 toneladas, por lo que el frenómetro empleado cumple las expectativas. Para obtener la carga por eje iremos situando primero las ruedas delanteras y posteriormente las traseras (si se trata de un vehículo de dos ejes), tanto con el vehículo cargado como descargado. Y por supuesto, si el vehículo posee más de dos ejes iremos pasando por el frenómetro una por una la fila de ruedas del vehículo en cuestión. Así podremos asegurarnos de que cumplimos las expectativas de vehículo cargado y descargado, preestablecidas por el fabricante. A la pregunta de por qué debemos tener en cuenta la carga por eje y no sólo la carga total del vehículo en cuestión, es porque si ponemos límites en la carga por eje de un vehículo nos evitaremos problemas direccionales, en el caso de que ésta se sitúe en el eje de dirección además de ayudarnos a aliviar los problemas de mantenimiento o sistemas de dirección que necesitan ser reemplazados de manera precoz, debido a ruedas o sistemas de eje principal o de dirección sobrecargados. TEMPERATURA Para ensayos de tipo 0 dentro de las categorías de vehículos M y N, necesitaremos asegurarnos de que partimos de unos frenos fríos, es decir, que el disco de freno se encuentre a una temperatura inferior a 100 ºC. Así mismo, necesitaremos en el ensayo de tipo IIA que los frenos permanezcan fríos, es decir, demostrar que no han sido utilizados durante la prueba. Para esto necesitamos algún dispositivo que mida la temperatura en el disco o en el exterior del tambor, y para ello propongo un termómetro por infrarrojos. El elegido ha sido un termómetro por infrarrojos, testo 830-T1 es el nombre, con puntero láser de un 1 haz que nos va a proporcionar una medida inmediata [10].Este dispositivo posee un rango de medición desde -30ºC hasta 400ºC lo cual nos basta para comprobar si los frenos han sido utilizados o no, es decir, si supera los 100ºC que es la temperatura límite. Imagen 5.4 5. EXPLICACIÓN DE LOS REQUERIMIENTOS BÁSICOS Diciembre 2012 EN UN ENSAYO DE FRANDA 54 La exactitud entre el rango de temperaturas de +0.1ºC hasta 400ºC es de ± 1.5ºC o 1.5%, pero entre -30ºC hasta 0ºC es algo mayor, de ± 2ºC o 2%. Y posee una resolución de 0.1ºC, muy buena para la precisión que se requiere, ya que sólo queremos asegurarnos de que no supera los 100ºC y no dar una medida exacta. FUERZA Distinguiremos dos tipos de fuerza distintos, que se irán pidiendo en cada uno de las distintas pruebas del ensayo. Estas son, la fuerza sobre el mando y la fuerza sobre la periferia de las ruedas. Necesitaremos estos parámetros para prácticamente todos los ensayos desde tipo 0 a tipo IIA, contando también los ensayos específicos para los tres tipos de freno, de servicio, estacionamiento y socorro, e incluso el apartado adicional de “vehículos autorizados a arrastrar remolques de las categorías O3 y O4”. 1. FUERZA EN LA PERIFERIA DE LAS RUEDAS Para calcular la fuerza en la periferia de las ruedas, se ha planteado un desarrollo en el capítulo 4, apartado 4.2, en el cual, a partir del momento de frenada que nos proporciona un frenómetro, podemos calcular las fuerzas de frenada o fuerzas en la periferia de las ruedas, usando la definición de momento como fuerza por distancia (radio de la rueda). Pues bien, podríamos coger dos frenómetros uno para el eje delantero y otro para el trasero de modo que realizaríamos la prueba de una vez, sin embargo, para reducir costes realizaremos la prueba dos veces una para el eje delantero y otra para el trasero. De modo que la prueba se realizará aumentando la fuerza sobre el mando, y con todos los valores obtenidos de ambos ejes, plasmaremos en un diagrama la relación entre las fuerzas de frenado del eje delantero y del trasero, o bien también podemos relacionar la fuerza ejercida sobre el mando con las fuerzas de frenada totales, es decir, la suma de la Fd y la Ft, para cada instante. Así obtendremos un valor máximo el cual usaremos para obtener el coeficiente de frenada (   . 5. EXPLICACIÓN DE LOS REQUERIMIENTOS BÁSICOS Diciembre 2012 EN UN ENSAYO DE FRANDA 55 El frenómetro escogido, va a ser el mismo que hemos usado para calcular la masa por eje, y ya explicada en el apartado de “masa” antes descrito. El frenómetro Motortec de la firma CAPATEST destinado a estaciones ITV. 2. FUERZA SOBRE EL MANDO Para el cálculo de la fuerza sobre el mando, en otras palabras, la fuerza necesaria para accionar el dispositivo de freno, no se puede disponer de algún cálculo posterior a la prueba de modo que debemos obtener la medida de un sistema de medida. En este caso, se propone una célula de carga a compresión, concretamente, “célula de carga a compresión de muy alto rango (AEP CLS)”. Esta célula tiene una capacidad elevada [11], de entre 30 a 500 toneladas, con una estructura sólida de acero inoxidable y con un peso elevado para soportar el alto rango de cargas. Todo esto la hace adecuada en gran cantidad de aplicaciones en la industria y en distintos ensayos. La salida de la célula suele ser directa del wheastone (¹) [12], integrado en el interior del sensor, aunque a veces, podemos encontrar el amplificador integrado lo que supone una salida analógica que sale desde la célula directamente. El puente de wheastone [19], se utiliza para medir resistencias desconocidas mediante el equilibrio de los brazos del puente. Estos están constituidos por cuatro resistencias que forman un circuito cerrado, siendo una de ellas la resistencia bajo medida. Imagen 5.5 Sin embargo, existe otro dispositivo conocido como pisómetro o dinamómetro de pie o de pedal (dinamómetro de pie VTEQ S.L.), con lo que se pretende obtener la fuerza sobre el mando. [13] Posee un rango de medición de 0 a 100 Kg, y se conecta a través de del control remoto VTEQ, lo que lo hace completamente portátil. Imagen 5.6 5. EXPLICACIÓN DE LOS REQUERIMIENTOS BÁSICOS Diciembre 2012 EN UN ENSAYO DE FRANDA 56 Pero además, gracias al uso de este dispositivo podemos obtener otros dos parámetros como son la duración del ciclo de frenado y el número de repeticiones. El pisómetro se debe conectar a un sistema de adquisición de datos [20], y este último es el que nos va a transformar las distintas señales en unidades de tiempo, número de repeticiones o fuerza sobre el mando de freno, como es nuestro caso. 3. EMPUJE SOBRE EL ENGANCHE En los ensayos de tipo 0 de las categorías de vehículos O, deberemos obtener el coeficiente de frenado del remolque, ZR = ++   . Dentro de cada uno de los términos de la ecuación, sólo hay uno de los cuales, que necesitaremos un dispositivo de medida para poder obtenerlo, el empuje sobre el enganche (D). El coeficiente de frenado, Z R+M, se define como el cociente entre la suma de las fuerzas de frenado en la periferia de todas las ruedas del vehículo tractor y la respuesta estática total entre el firme de la calzada y las ruedas del vehículo tractor (   ). Ambos valores obtenidos a través de cálculos físicos, teniendo en cuenta masa y dimensiones del vehículo, así como la ayuda de un frenómetro para saber cómo se reparte la fuerza de frenada sobre el mando. El término PR, es la reacción estática normal total entre la superficie de la calzada y las ruedas del remolque, es decir, se calcula de manera similar al término PM sólo que en este caso sobre las ruedas del remolque y no del vehículo motor. Así pues, debemos centrarnos en este valor resultante D, el empuje sobre el enganche, que no es más que la fuerza de tracción entre ambos vehículos, y para obtener dicho resultado se propone usar la definición de la directiva 94/20/CE [29], que relaciona dicho parámetro con las masas máximas autorizadas para el vehículo tractor y para el remolque, así como con las cargas sobre el remolque. Otra opción posible, aunque mucho más costosa, es la del desarrollo de un enganche para unir el vehículo motor y el remolque que además disponga de dos galgas extensiométricas que nos proporcionen los valores de tracción o compresión sucedidos durante el ensayo. De modo que podamos relacionar esa deformación con la fuerza de tracción sobre el enganche. 5. EXPLICACIÓN DE LOS REQUERIMIENTOS BÁSICOS Diciembre 2012 EN UN ENSAYO DE FRANDA 57 Sin embargo, dentro del ensayo de tipo 0 para la categoría O, en el caso de que se trate de vehículos con un sistema de frenado continuo o semicontinuo [14] (explicados en los apartados 3.8 y 3.9 de la presente memoria) la ecuación para calcular el coeficiente de frenado será distinta: ZR¹ = +−   + [Ec.5.2] Y como podemos ver, no depende del valor del empuje sobre el enganche, por lo cual, no necesitaremos ningún dispositivo de medición o el desarrollo ya mencionado. PRESIÓN En el ensayo del dispositivo de frenado de servicio para las categorías O1, O2, O3 y O4, necesitaremos los valores de presión en los conductos de mando y alimentación. Además también necesitaremos dichas presiones en el ensayo para vehículos autorizados a arrastrar remolques de las categorías O3 y O4, explicado en el apartado de análisis de resultados. Para obtener ambas medidas es necesario, un dispositivo de medida como el manómetro, y que entre sus características posea la de una fácil instalación en los conductos antes nombrados, y la suficiente precisión para poder obtener una medida fiable. Para estos valores debemos colocar dos manómetros, uno a la entrada de la bomba de freno y otro a la salida, lo que equivaldría a las presiones del conducto de mando y del conducto de alimentación, respectivamente. En la actualidad, normalmente los vehículos se encuentran preparados con una toma para este tipo de dispositivos, pero si no la hubiera deberemos proceder a su instalación. Será normal encontrarnos, en esta era de la tecnología, con una toma USB, por lo cual se intentará buscar un manómetro que cubra todas las necesidades. Además se deberá tener en cuenta el rango de presiones que puede llegar a alcanzar un vehículo a la hora del frenado. 5. EXPLICACIÓN DE LOS REQUERIMIENTOS BÁSICOS Diciembre 2012 EN UN ENSAYO DE FRANDA 64 Tabla 5.4 * Recuerdo que los precios son una simple aproximación. 5.4. Tabla resumen de los requerimientos Tabla 5.5 Atendiendo a lo dicho a cerca de cada uno de los requerimientos, la información extraída de cada uno de ellos, (rango de medida y tolerancia de los equipos), se realiza una tabla que resume lo que queremos saber de cada dispositivo. En el caso del dispositivo GPS, vemos que no se indica un rango como tal, pero sin embargo nos cubre las velocidades normales de circulación de un vehículo, está diseñado para pruebas de vehículos y por lo tanto entendemos el rango de medición entra dentro de la capacidad de medida que nos ofrece cualquier GPS. Y si nos fijamos la rueda patrón, el rango que podemos observar (de 0 a 20000 rpm), no es más que el rango de medida del “cuenta revoluciones”, puesto que la rueda puede girar tanto como se quiera. Se engloba en un mismo apartado (rueda patrón), todo el sistema conjunto de rueda y “cuenta revoluciones”, y se podría 5. EXPLICACIÓN DE LOS REQUERIMIENTOS BÁSICOS Diciembre 2012 EN UN ENSAYO DE FRANDA 65 añadir también en el mismo el cronómetro, mencionado antes, aunque en nuestras pruebas, usaremos el sistema de adquisición de datos. Hablando de este sistema para la recopilación de datos, realmente no podemos conocer el rango de medida aunque lo suponemos casi infinito para el caso de tiempo y repeticiones, pero para poder hacer uso del dispositivo, deberemos tener muy claro qué vehículo vamos a ensayar y qué pruebas son necesarias, pues a partir de estos datos deberemos hablar con la empresa de estos sistemas, por ejemplo ALAVA INGENIEROS; y seleccionar el sistema más adecuado, junto con un presupuesto de alquiler. 5.5. Calibración de los equipos Las empresas realizadoras de la calibración de equipos deben seguir la norma UNE 17025 [2], las cuales deben aplicar métodos y procedimientos apropiados para todos los ensayos o las calibraciones dentro de su alcance. Estos incluyen muestreo, almacenamiento, manipulación, transporte e incluso, en ocasiones, la estimación de la incertidumbre. Los laboratorios deben escoger métodos de ensayo o de calibración adecuados para la actividad a realizar, además de satisfacer las necesidades del cliente. Los métodos a escoger, deben ser preferentemente los publicados como normas internacionales. Pero en ocasiones pueden usarse otros métodos no normalizados, siempre y cuando sea acordado con el cliente además de presentar un procedimiento que por lo menos contenga: 1. Alcance 2. Descripción del tipo de ítem a ensayar o a calibrar 3. Parámetros o magnitudes y los rangos a ser determinados 4. Aparatos o equipos, así como los requisitos de funcionamiento 5. Los patrones y materiales de referencia requeridos 6. Condiciones ambientales que sean necesarias 7. Descripción del procedimiento Para calibrar nuestros equipos, existe un laboratorio en la ciudad de Zaragoza, el Instituto Tecnológico de Aragón (ITA) [30], donde dispone del alcance suficiente para calibrar: Dinamómetro de pie: Imagen 5.10. 5. EXPLICACIÓN DE LOS REQUERIMIENTOS BÁSICOS Diciembre 2012 EN UN ENSAYO DE FRANDA 66 Manómetro: Imagen 5.11. Acelerómetro: Para la calibración del acelerómetro, podemos utilizar un dispositivo para calibrar acelerómetros con la referencia METRA VC110 [32]. Traba en un rango de frecuencias desde 70 a 10000 Hz, y un valor de vibración fijo de 1 m/s². Es totalmente portátil, y con posible conexión a nuestro PC, donde vamos almacenando todos los resultados. Imagen 5.12 6. CONCLUSIONES Diciembre 2012 67 6. CONCLUSIONES Las pruebas de homologación del sistema de frenado, son muy complejas, por todos los parámetros a tener en cuenta y la dificultad de conseguir los equipos pertinentes para obtener medidas, y con la tolerancia adecuada. Para cada homologación, hay que tener en cuenta parámetros muy concretos, y poder, en unas pocas pruebas, tocar todas las situaciones posibles que podrían llegar a soportar los dispositivos de freno. Para poder probar todo tipo de vehículos, hay que darse cuenta que cada uno de ellos, aunque se encuentren dentro de la misma categoría de vehículos, pueden tener componentes muy diferentes, al igual que otro tipo de características como son masa, velocidad máxima, tipo de remolque autorizado a arrastrar, o cualquier otro, que nos cambia por completo los resultados a obtener de un vehículo a otro. Además dentro de cada vehículo, hay distintos tipos de dispositivos de freno, que tienen unas características diferentes, o se emplean para distintos fines, y por lo tanto, diferentes circunstancias. Por todo esto, las actas de ensayo deben cubrir cada categoría por completo para que sean válidas en todo vehículo que se ensaye. Así pues, en una misma acta deben aparecer todos los parámetros necesarios, para cubrir todo vehículo en cada uno de los ensayos pertinentes, como se puede ver en el Anexo I de la presente memoria. Para la realización de estas pruebas se debe de tener en cuenta todos los requerimientos necesarios para llevar a cabo la homologación, teniendo en cuenta si los equipos poseen la precisión y tolerancia adecuada para su aplicación y teniendo en cuenta el coste total requerido para llevar a cabo todas estas pruebas, como se explica en el Capítulo 5. 7. CONSULTAS Diciembre 2012 68 7. CONSULTAS BIBLIOGRAFÍA [1] Directiva 71/320/CEE [2] Norma UNE 17025 ENLACES WEB [3]http://www.pce-iberica.es/instrumentos-de-medida/metros/metro-laser- c.htm [4]http://translate.google.es/translate?hl=es&langpair=en%7Ces&u=http://ww w.velocitybox.co.uk/index.php/en/applications/109-gps-technology-for-vehicle- testing.html [5]http://www.velocitybox.co.uk/ [6]http://www.vboxusa.com/products.php [7]http://www.pce-iberica.es/medidor-detalles-tecnicos/balanzas/balanzacoches-pce-cwc.htm [8] http://blog.capatest.com/ [9]http://es.mt.com/es/es/home/products/Transport_and_Logistics_Solutions/Tr uck_Scales/road_bridge.html [10]http://www.testo.es/online/abaxx- ?$part=PORTAL.ESP.SimpleContentDesk&$event=show-from- menu&categoryid=119083645 [11]http://www.sensores-de-medida.es/sensing_sl/SENSORES-Y- TRANSDUCTORES_35/C%C3%A9lulas-de-carga---Sensores-de- fuerza_69/C%C3%A9lulas-de-carga-a-compresi%C3%B3n_76/C%C3%A9lula-de- carga-a-compresi%C3%B3n-de-muy-alto-alcance-AEP-CLS_167.html [12]http://www.sensores-de-medida.es/sensing_sl/SENSORES-Y- TRANSDUCTORES_35/C%C3%A9lulas-de-carga---Sensores-de- fuerza_69/C%C3%A9lulas-de-carga-a-compresi%C3%B3n_76/ [13]http://www.vteq.es/index.php?option=com_content&task=view&id=63&Item id=74 [14]http://www.autocity.com/tramites_dgt/legislacion/reglamento_vehiculos/an exo8.html [15]http://wabcoauto.com/fileadmin/Documents/0NewDocuments_2012/2011_WABCO_Product_Cat alog.pdf [16]http://es.wikipedia.org/wiki/PSI [17]http://www.cedesa.com.mx/fluke/medidores/manometros/ 7. CONSULTAS Diciembre 2012 69 [18] http://www.inta.es/laboratoriosEnsayo.aspx?Id=3&SubId=15 [19]http://es.wikipedia.org/wiki/Puente_de_Wheatstone [20]http://www.alava-ing.es/ingenieros/productos/instrumentacion/sistemasde-adquisicion-de-datos/ [21] http://www.alava-ing.es/ingenieros/productos/ensayos-de-vehiculo/ [22]http://www.alava-ing.es/ingenieros/productos/ensayos-de- vehiculo/bancos-de-ensayo-de-vehiculo/sistemas-de-vibracion-four-poster- uniaxiales-o-multiaxiales/ [23]http://www.alava-ing.es/ingenieros/productos/ensayos-de- vehiculo/bancos-de-ensayo-de-vehiculo/camaras-acusticas/ [24] http://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A1mara_anecoica [25]http://www.empresite.com/Actividad/ensayos-de- frenado/provincia/BARCELONA/ [26]http://www.datocapital.com/AUTOLAB-ENSAYOS-Y-CERTIFICACION- SL.html [27] http://www.inta.es/pistas/5.html [28]http://www.inta.es/doc/laboratoriosensayo/ensayoshomologaciondevehicul os/pistas.pdf [29]http://eurlex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=CONSLEG:1994L0020:20070101:es:P DF [30]http://www.enac.es/documents/7020/3dabe866-cf07-4f7b-b318- 4726731630a0 [31]http://spanish.alibaba.com/product-gs/3d-acceleration-sensor- 467019455.html [32]http://www.sensores-de-medida.es/sensing_sl/MEDIDA-DE- VIBRACIONES_151/Calibrador-de-vibraciones_152/Calibradores-de- aceler%C3%B3metros_222/Calibrador-de-aceler%C3%B3metros-METRA- VC110_235.html ANEXO I Diciembre 2012 70 ANEXO I 1. Masa del vehículo 1.1. Masa máxima del vehículo 1.2. Masa mínima del vehículo 1.3. Distribución de la masa en cada eje (masa máxima) 1.4. Masa del vehículo en el ensayo: 2. Si se trata de un vehículo a motor: 2.1. Masa máxima de los remolques que pueden ser enganchados 2.2. Remolques 2.3. Semirremolques 2.4. Remolque de eje central 2.5. Masa máxima del conjunto 2.6. Remolque O1: con frenos/sin frenos 2.7. Vehículo equipado para arrastrar un remolque con dispositivo antibloqueo (Sí/No) 3. Neumáticos 3.1. Masa del neumático o rueda de repuesto provisional 3.2. Dimensiones del neumático o rueda de repuesto provisional 4. Número y disposición de los ejes 5. Distribución del frenado entre los ejes del vehículo 5.1. Vehículo cumple los requisitos del apartado 5.15 del capítulo 5 6. Antes del ensayo: 6.1. Neumáticos fríos (Sí/No) 6.2. Presión de los neumáticos prescrita por el fabricante ANEXO I Diciembre 2012 71 Actas de ensayo para las categorías M y N Se trata de vehículos a motor diseñados para arrastrar un semirremolque (Sí/No) Aceleración máxima permitida por el motor Máxima deceleración media estabilizada (dM) Sólo si para vehículos de motor autorizados a arrastrar un remolque sin frenos: - Masa del vehículo de motor cargado (PM) - Masa máxima del remolque sin frenos que puede ser enganchado (PR) - Régimen de giro del motor máximo ANEXO I Diciembre 2012 72 Resultados de los ensayos ENSAYO TIPO 0 Frenos fríos (Sí/No) ENSAYO TIPO I Con frenados repetidos (Categorías M y N) ANEXO I Diciembre 2012 73 ENSAYO TIPO II Y ENSAYO TIPO IIA Prueba a realizar a los vehículos de las categorías M3 y N3 Referente sólo al ensayo de tipo IIA: Frenos fríos durante todo el ensayo (Sí/No) Cálculo del rendimiento en caliente DISPOSITIVOS DE FRENADO DE SOCORRO Y DE ESTACIONAMIENTO Fallo parcial de la transmisión del dispositivo de frenado de servicio (Sí/No) ANEXO II Diciembre 2012 80 En esta categoría de sensores encontramos diferentes productos para ajustarnos a todas las necesidades nombradas e incluso alguna más. Contamos así con: Indicadores portátiles de presión y bombas manuales Sensores de presión absoluta y relativa Sensores de presión barométrica Sensores de nivel hidrostático Sensores de presión diferencial Fuerza y par Existen numerosas situaciones donde es necesario hacer uso de células de carga o fuerza y sensores de par. Estas aplicaciones son realmente variadas, y van desde ensayos de fatiga, test estructurales, fuerza aplicada en maquinaria industrial, par de un motor…. Como ocurre en el apartado de “presión y nivel”, debemos tener bien definida nuestra aplicación y por lo tanto los requisitos a tener en cuenta, de modo que, habrá que considerar, entre otros, rango de medida, precisión, ciclo de vida, temperatura, salida eléctrica… Encontramos productos tales como sensores de fuerza (células de carga) y sensores de par (torque). Para medir la fuerza deberemos tener en consideración un parámetro que es la frecuencia de trabajo de modo que obtendremos dos tipos de sensores: piezorresistivos (para pequeñas frecuencias) y piezoeléctricos (para frecuencias más elevadas). En los sensores de par (o torques), debemos considerar una gran cantidad de factores, entre otros, rango, precisión, tipo de montaje, etc. De modo, que encontramos en esta categoría dispositivos adaptados para cubrir cualquier tipo de aplicación: Precisión: hasta ± 0.1% FS Rango: 0.005 – 450000 Nm Puede medir: velocidad y ángulo Velocidad: hasta 30000 rpm Desplazamiento Dentro de las mediciones de desplazamiento, hay múltiples aplicaciones, y por lo tanto los sensores son muy distintos unos de otros. Encontramos: Joysticks de control de posición: aplicaciones en maquinaria agrícola, maquinaria industrial, sillas de ruedas…). Potenciómetros: en aplicaciones de aeronáutica, automoción… ANEXO II Diciembre 2012 81 Sensores de desplazamiento LVDT: en aplicaciones industriales para mediciones de alta precisión. Sensores de desplazamiento por hilo: en aplicaciones dentro de la industria para su utilización en ambientes hostiles. Velocidad por GPS (VBOX) El VBOX es un sofisticado sistema GPS, de la marca RACEOLOGIC, que permite un profundo estudio dentro de un ensayo de frenada de cualquier vehículo. Este dispositivo puede ofrecernos información del tipo, velocidad de ensayo, posición, tiempo, distancia recorrida durante el frenado, deceleración, aceleración… Además toda esta información es capaz de almacenarla, para después de la prueba poder usarla atendiendo a nuestras necesidades. Imagen A.II.2 Estos dispositivos [3], basan su funcionamiento en la velocidad, parámetro que hace de estos sistemas, unos dispositivos de gran precisión. Tienen una gran relevancia otro tipo de parámetros, como la velocidad de muestreo, la respuesta de frecuencia, la latencia y el ruido. De modo que para que el GPS, nos proporcione unos datos lo más precisos posible, necesitamos una velocidad de muestreo elevada, es decir, que los datos se vayan actualizando la mayor cantidad de veces por segundo, cuanto más datos mejor será el seguimiento de nuestro vehículo. Además, nuestro segundo parámetro, la frecuencia, debe ser elevada. Un GPS convencional, de los que dispone cualquier vehículo actualmente, posee una frecuencia de una muestra al segundo, sin embargo estos sistemas de alta precisión necesitan como mínimo unas 100 al segundo. Y por lo tanto, a raíz de la frecuencia encontramos otro parámetro que es la respuesta de frecuencia, o rapidez, con la cual nuestro sistema reacciona a un cambio de movimiento. Como conclusión, diremos que es un aparato imprescindible para cualquier ensayo de frenado, por ser el único dispositivo que puede realizar un seguimiento tan preciso de la prueba a realizar. SOLUCIONES Los sistemas de adquisición de datos, proporcionan un extenso grupo de soluciones a numerosos casos diferentes, ofreciendo una alta tecnología para ANEXO II Diciembre 2012 82 medidas y ensayos. Su propósito es cubrir prácticamente todos los campos tecnológicos, y así poder obtener las mediciones más precisas posibles. En general todas las firmas de este sector cubren campos tan variados como: Aerodinámica Ensayos acústicos Ensayos ambientales Termografía Ingeniería civil Sistemas distribuidos de monitorización Campos electromagnéticos Instrumentación de vehículos – unidades móviles de medida Ensayos de eficiencia térmica Laboratorios de Crash Seguridad ENSAYOS DE VEHÍCULO [22] Las altas tecnologías se introducen en el mundo automovilístico desde numerosos puntos de vista, entre otros ensayos de acústica y vibraciones, Crash test, ensayos ambientales, instrumentación… Se encuentran muy presentes en los ensayos completos de vehículos (bancos de ensayos), pero además se adaptan a los nuevos tiempos, introduciéndose en el vehículo eléctrico (ensayos de baterías, ensayos de motor y de transmisión…). Bancos de ensayo del vehículo Los motores de los vehículos eléctricos, deben cumplir unas normativas muy exigentes y por eso la tecnología de ensayo nos debe proporcionar los resultados más ajustados posibles. Para estos casos han aparecido los dinamómetros de chasis que presentan múltiples ventajas como las posibilidades de ensayo, mayores seguridades intrínsecas, una infraestructura con unos requisitos menores y unos costes menores en comparación al tradicional banco de rodillos. El dinamómetro se acopla directamente a los ejes del vehículo evitando posibles incertidumbres en la medida, de modo que el estado en que se encuentre el vehículo, presión, temperatura o fabricante del neumático no afecta a la toma de medida. ANEXO II Diciembre 2012 83 Imagen A.II.3 Sistemas de vibración FOUR POSTER uniaxiales o multiaxiales Este sistema se basa en cuatro postes situados bajo cada una de las cuatro ruedas, pudiendo realizar desde análisis estructurales de carrocería en relación a las vibraciones hasta ensayos acústicos. Los postes que no son más que cuatro actuadores electrohidráulicos, transmiten una vibración equivalente a mediciones reales sobre carretera. Estos sistemas abarcan todo tipo de vehículos, desde utilitarios a vehículos pesados [23]. Imagen A.II.4 Hoy en día, además se puede realizar ensayos con vibradores electrodinámicos de largo desplazamiento para sistemas multiaxiales, pero además podemos generar una vibración biaxial o triaxial para cada rueda, reproduciendo fielmente el comportamiento del vehículo por carretera. ANEXO II Diciembre 2012 84 Cámaras climáticas Los vehículos a motor, deben superar una serie de pruebas, para observar su comportamiento en condiciones extremas, ya no sólo de temperatura sino también de humedad, corrosión… De este modo, dentro de cada posible situación debe ser capaz de actuar con normalidad: Temperatura: arranque en frío, activación de diferentes subsistemas del vehículo, apertura y cierre de puertas a bajas temperaturas… Humedad: condensaciones sobre superficies, desempañamientos… Radiación solar: envejecimiento de partes interiores o exteriores, decoloración… Lluvia: estanqueidad de juntas sobre puertas, acción del agua sobre rótulas… Corrosión salina: oxidación, empeoramiento de las características de materiales… Imagen A.II.5 Cámaras acústicas [24] Cada vez más, se piden vehículos más silenciosos, de modo que los ensayos acústicos se han vuelto a su vez más y más estrictos. Todos los frabricantes tanto de componentes como de vehículos completos, deben realizar a sus productos ensayos acústicos. Las cámaras anecoicas se adaptan a cada vehículo y situación de modo que obtenemos resultados cada vez más precisos. Estas cámaras se adaptan a todo tipo de componentes, motores elevalunas, de asiento, limpiaparabrisas… tanto si están sueltos como integrados en el vehículo en cuestión. Las cámaras anecoicas [25] se definen, como una sala diseñada para absorber el sonido incidente sobre las paredes, suelo y techo, a la vez que anula efectos como el eco o la revelación del sonido, y se mide en decibelios (dB). ANEXO II Diciembre 2012 85 Imagen A.II.6 ANEXO III Diciembre 2012 86 ANEXO III MÉTODO DE MEDICIÓN DEL TIEMPO DE RESPUESTA EN VEHÍCULOS CON DISPOSITIVOS DE FRENADO DE AIRE COMPRIMIDO Requerimientos [1] Los tiempos de respuesta se deben de medir con el vehículo parado, midiendo la presión en la entrada del cilindro de freno menos eficaz. Sin embargo, en el caso de tratarse de vehículos con dispositivos de frenado mixtos de accionamiento hidráulico y por aire comprimido la presión se podrá medir a la entrada de la unidad neumática menos eficaz. Y si el vehículo dispone de sistema detectora de carga, este sistema deberá colocarse en posición de cargado. Durante la realización de los ensayos, los frenos deberán estar ajustados al máximo, y los tiempos de respuesta obtenidos durante las pruebas se redondearán con precisión de la décima de segundo más próxima. Vehículos de motor Si el vehículo dispone de regulador, al inicio del ensayo la presión en los depósitos deberá ser igual a la mínima a la cual el regulador restablezca la alimentación de aire comprimido a la instalación. Pero si la instalación no dispone de regulador, la presión deberá ser el 90% de la declarada por el fabricante. Esta presión debe permitir el rendimiento prescrito en la frenada de servicio. Deberemos partir de un accionamiento lo más corto posible, hasta un tiempo de 0.4 segundos aproximadamente. Después, partiendo de este tiempo se sucederán una serie de accionamientos de recorrido máximo, con los que obtendremos los tiempos de respuesta en función del tiempo de accionamiento (tf) los cuales se representarán en un diagrama. Deberemos fijarnos en los tiempos de accionamiento que correspondan a 0.2 segundos, pues serán determinantes en nuestro ensayo. Si el tiempo de accionamiento es de 0.2 segundos, valor que acabamos de destacar, el tiempo que transcurre desde que se acciona el mando del freno hasta que la presión en el cilindro alcanza el 75% de su valor asíntota no debe superar los 0.6 segundos. Si se trata de vehículos de motor con conexión de freno para remolques, el tiempo de respuesta se medirá en el extremo de un tubo con unas dimensiones de 2.5 m de longitud y un diámetro interior de 13mm conectado a la cabeza del acoplamiento del conducto de mando del freno de servicio. Durante el ensayo, lo que se hará será conectar un volumen de 385 ± 5cm³ que equivale a dicho tubo. Además las unidades tractoras deberán disponer de conductos flexibles que aseguren la unión con el semirremolque, y las cabezas de acoplamiento antes nombradas estarán en estos conductos flexibles. Se debe asegurar, que el tiempo transcurrido desde que se acciona el pedal de mando hasta que la presión en la cabeza del acoplamiento alcanza el x% de su valor asíntota no debe sobrepasar los siguientes valores: ANEXO III Diciembre 2012 87 Tabla A.III.1 Y para finalizar si se trata de vehículos autorizados a arrastrar remolques de las categorías O3 y O4, deberá realizar el siguiente ensayo: 1. Medición de la presión al final del tubo de 2.5 m de longitud y 13 mm de diámetro interno. 2. Simular un fallo del tubo de mando a la altura de la cabeza de acoplamiento 3. Accionar el dispositivo de mando del freno de servicio en un tiempo de 0.2 segundos. Remolques Los tiempos de respuesta en un remolque se medirán sin el vehículo tractor, de modo que, este se sustituirá por un simulador al que vayan acopladas las cabezas de acoplamiento del conducto de mando y el de alimentación. La presión de este último deberá ser de 6.5 bares. El simulador deberá tener: 1. Un depósito de 30 litros llenado a una presión de 6.5 bares antes de cada ensayo y nunca durante este. Deberá tener además, en la salida del dispositivo de mando un orificio de entre 4 y 4.3 mm de diámetro. Y el volumen del conducto desde el orificio hasta la cabeza del acoplamiento deberá de ser de 385 ±5 cm³. 2. El simulador deberá ajustarse de modo que conectado a un depósito de 385 ± 5cm³, el tiempo que le cuesta a la presión subir del 10 % al 75% de la presión nominal (6.5 bares) será de 0.2 ± 0.01 segundos. Dicho depósito deberá acoplarse a la cabeza del acoplamiento sin utilizar conductos flexibles y sin que su diámetro interior sea menor a 10mm. El tiempo desde el momento en que la presión liberada en el conducto de mando alcance el valor de 0.65 bares hasta que la presión del cilindro de freno alcance el 75% de su valor asíntota no deberá superar los 0.4 segundos. ANEXO III Diciembre 2012 88 Ejemplo de simulador Ajuste del simulador: Imagen A.III.2 Ensayo del dispositivo de frenado del remolque mediante el simulador Imagen A.III.3 ANEXO III Diciembre 2012 89 De modo que: A = dispositivo de llenado con válvula de cierre C1 = conmutador de presión en el simulador, regulado en 0,65 bar y 4,9 bar C2 = conmutador de presión en el cilindro de freno del remolque, regulado al 75 % de la presión asíntota en el cilindro de freno CF CF = cilindro de freno L = conducto del orificio O hasta la cabeza de acoplamiento TC inclusive, de un volumen de 385 ± 5 cm3 a una presión de 6,5 bar M = manómetro O = orificio con diámetro entre 4 y 4,3 mm PP = conexión de control de la presión R1 = depósito de aire de 30 l con válvula de purga R2 = depósito de calibrado de 385 ± 5 cm3, incluida su cabeza de acoplamiento TC R3 = depósito de calibrado de 1 155 ± 15 cm3, incluida su cabeza de acoplamiento TC RA = válvula de cierre TA = cabeza de acoplamiento del conducto de alimentación TC = cabeza de acoplamiento del conducto de mando V = dispositivo de mando VRU= válvula relé de urgencia