Uno de los elementos más importantes de un automóvil son los frenos, pues se necesita de un sistema que permita detener el vehículo para poder evitar accidentes y controlar el comportamiento del automóvil.

Cuando se empezó a crear los diferentes automóviles se encontró un problema bastante importante, se había conseguido impulsar una estructura con ruedas sin necesidad de caballos, pero era difícil detenerlos. Para ello se creó un sistema conformado por una polea y un bloque de hierro que presionaba la zona externa de la rueda, la cual era de metal. La fricción generada era suficiente para frenar el vehículo.

Muchos de los simracers más importantes del mundo concuerdan en que la parte más crítica de cada carrera es cada momento que hace falta frenar para entrar en las curvas o controlar el coche

Más adelante, gracias a la creación del neumático de Dunlop, éste sistema se quedó anticuado. Lo cual se diseñó un nuevo sistema conformado por una espiral de metal y un tambor alrededor de ella. El método era el mismo, usar la fricción creada entre las paredes de metal para frenar la rueda. El problema venía en que el tambor estaba a la intemperie y la corrosión creaba que ésta espiral de metal se soltara y el sistema dejara de funcionar. Para ellos se mejoró éste sistema utilizando un tambor cerrado y unas zapatas accionadas por un cable, más adelante se empezaron a utilizar el sistema hidráulico para sustituirlo.

Finalmente el invento del disco de freno revolucionó el método de frenado. Se trata de un disco de freno y un par de zapatas que friccionaban contra el disco, el rozamiento generado era más que suficiente para frenar el vehículo sin que se calentara tanto como el freno de tambor a pesar de perder algo de rendimiento en comparación con el de tambor. Actualmente los frenos de competición de alto rendimiento se conforman por discos de cerámica, los cuales generan más energía en la frenada y su durabilidad aumenta respecto a los frenos de acero.

Actualmente el freno de tambor esta prácticamente relegado a vehículos de bajo coste

Hoy en día no conoceríamos el motorsport sin los frenos, este sistema es tan importante como olvidado. Mucha gente se centra en acelerar bien, pero un gran momento de la carrera para ir rápido es saber utilizar los frenos. Muchos de los simracers más importantes del mundo concuerdan en que la parte más crítica de cada carrera es cada momento que hace falta frenar para entrar en las curvas o controlar el coche. Pero, ¿Qué ocurre cuando presionamos el pedal de freno de nuestro vehículo?

El bloqueo del tren delantero impide la maniobrabilidad pudiendo generar además perdida de rendimiento y daños en la goma

Lo primero, y más obvio, es que el vehículo decelera y la velocidad del coche disminuye. Esto nos permite utilizar mejor los neumáticos debido a que el esfuerzo necesario para controlar el coche lateralmente disminuye debido a la reducción de la inercia y la aceleración lateral que se genera al girar el coche. Esto permite poder controlar mejor el coche, a menos velocidad, mejor control en curva, pero se va más lento si no se hace correctamente. Otro factor que ocurre cuando se frena es que el peso del coche se desplaza hacia las ruedas delanteras aumentando el peso vertical que existen en éstas, mejorando el agarre y aumentando la fuerza de trabajo que el neumático puede controlar. Cabe destacar que si el peso en estas ruedas supera la fuerza máxima que el neumático puede soportar, éstos derraparan y el coche se irá recto y sin control.

Otro efecto que se produce en frenada es la diferencia de alturas del coche, éste último efecto viene condicionado por la diferencia de pesos del coche. El coche descenderá en el morro y se levantará por la trasera, reduciendo del mismo modo el peso en las ruedas traseras, reduciendo el trabajo de éstas.

Analisis de telemetrias de frenado

En estas telemetrías se puede observar un Mercedes AMG GT3 durante la frenada. La primera línea es el porcentaje de pedal de freno. Las siguientes es la Fueza G longitudinal del coche. La tercera información son las alturas del coche. Las siguientes las fuerzas del neumático. Luego la velocidad del coche y por último la velocidad de cada rueda.

Frenada al 100%


En esta primera telemetría podemos analizar cómo se comporta el coche con el freno al 100%. Inicialmente se ve que las Gs disminuyen hasta cerca de los -2.5g, cómo las alturas varían sobretodo en la trasera, las fuerzas de los neumáticos muestran la fuerza de frenada y cómo en las ruedas delanteras trabajan a más fuerzas que las traseras. La velocidad disminuye enseguida (debido a que la velocidad se miden en las ruedas delanteras) al igual que las velocidades de las ruedas, las delanteras bloquean enseguida porque han superado su límite de carga, mientras que las traseras siguen girando unos metros más. Esto se ve reflejado por las fuerzas comentadas antes, las delanteras soportan más fuerzas que las traseras. Todo esto se reduce a que si pisamos el freno por todo su recorrido, las ruedas bloquearán, permitiéndonos frenar pronto (4.6 segundos) pero perdiendo prácticamente todo el control del coche ya que las ruedas no soportan una frenada tan fuerte y bloquean.

Frenada al 75%


En la siguiente analizamos qué ocurre si frenamos en torno al 75% del pedal de freno. Las Gs bajan hasta -2g, las fuerzas de los neumáticos delanteros no bajan tanto, de 100 Newtons en la prueba anterior hasta los 85N de ésta. Las fuerzas traseras se mantienen prácticamente igual. Las ruedas delanteras tardan más en bloquear que antes (2.2 segundos frente a 0.6 con el 100% de freno pisado). Se repite el escenario anterior pero esta vez actúan menos fuerzas en las delanteras, permitiendo perder menos el control del coche, pues las ruedas siguen bloqueando. Sin embargo, el tiempo de frenada sigue siendo prácticamente el mismo, 4.8 segundos.

Frenada al 50%


Con el freno alrededor del 50% las fuerzas Gs se sitúan sobre los -1.8g. Las ruedas delanteras soportan alrededor de 70N de fuerza, representada esta liberación de fuerza en que las ruedas ya no bloquean y giran hasta que el coche se detiene por completo. Las alturas se ven casi en constante diferencia entre delante y detrás. Se ve que ya hay control del coche debido a que las ruedas no bloquean y el tiempo de frenada se sitúa en 6 segundos.

Frenada al 25%


Por último, con el freno al 25% las Gs se encuentran en -1.2g. Las fuerzas de los neumáticos se igualan más todavía, sobre los 40N. La velocidad disminuye con menor pendiente y las ruedas giran a la misma velocidad, no hay bloqueo y el coche es controlable. El tiempo de frenada es de 9 segundos.

Conclusiones

Esto demuestra que con más freno se frena antes pero se pierde control, pues los neumáticos no trabajan en un rango óptimo más del 75% del pedal pisado y se pierde control. Cada coche tiene su freno óptimo para poder hacer girar el coche, pero depende de cada curva, rugosidad del asfalto, peralte, pendiente y reparto de frenada del coche. En este caso, para frenar al límite sin perder el control se necesitará pisar el freno entre el 75 y el 50% del recorrido del pedal.

El control de la frenada es clave en el rendiemiento en pista

Brake Bias

Un aspecto del set que podemos controlar es el reparto de frenada o brake bias. Un reparto de frenada más alto indica que el freno actúa más en las ruedas delanteras que en las traseras. En este caso el coche tardará más en frenar, pero la frenada será estable. Si se disminuye el reparto, el coche tardará menos en frenar, pero será más inestable. El brake bias deberá ser utilizado dependiendo de la conducción de cada piloto, hay pilotos que prefieren usar un BB más alto y otros más bajos.

ABS

Otro sistema que hay que tener en cuenta, y más en coches modernos, es el ABS (Anti Block System, en inglés). Este sistema se conforma por unas ranuras al lado del disco de freno y un sensor que lee el movimiento de esas ranuras. En el momento de frenar, si los neumáticos no pueden soportar la fuerza de frenada éstos derraparan y la rueda se bloqueará. Al no girar las ranuras del freno, el sensor lee que no hay movimiento y suelta fuerza de frenada electrónicamente hasta que la rueda vuelve a girar y por tanto, las ranuras del freno. Pero esta electrónica tiene un tiempo de refresco y generalmente la rueda vuelve a bloquear ante la insistencia del conductor, por lo que este proceso se repite hasta que el vehículo queda detenido. Por eso cuando frenamos muy fuerte notamos el temblor en el pedal de freno y también cómo éste se hunde cada vez más. En iRacing podemos configurar la fuerza de acción del ABS en algunos coches, como los GT3.


Así que si piensas que apretar el acelerador antes te hace ir más rápido, piensa que antes deberías haber frenado el coche, y deberías haberlo frenado bien. No estaría mal comparar el momento de frenado antes que el momento de acelerar el coche para conseguir mejorar los tiempos.

Adrian Castillo
Redactor: Adrian Castillo
Sobre mi:
An enthusiastic engineer who loves racing and simracing. @S2Vesports simracing engineer. Oxford Brookes Motorsport Engineering.
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