Instalando una "Celda de Carga" para el Pedal de Freno

Los introduzco en el tema de la conexión de una "celda de carga" para simular el pedal de freno lo mas parecido a la realidad.

Primero un poco de teoría: El sistema de freno hidráulico en cualquier vehiculo consiste principalmente en:

Un pedal
Un circuito con aceite hidráulico
Unas pinzas de freno
Un disco de freno

Al aplicar una fuerza con nuestro pie sobre el pedal, generamos una presión hidráulica dentro de un cilindro al mover un pistón.
El conjunto de cañerías rellenas de fluido hidráulico transmite esta presión hasta cada uno de los pistones ubicados en las mordazas (pinzas) del freno.

Cada pistón es encargado de transformar esta presión en fuerza sobre la pastilla de freno.
La fuerza ejercida sobre la pastilla en el disco nuevamente se distribuye sobre la superficie de contacto con el disco y allí se genera la fuerza efectiva de frenado.

En definitiva, es un sistema totalmente lineal si despreciamos la pequeña compresibilidad del fluido hidráulico.
La fuerza que hacemos sobre el pedal es directamente proporcional a la fuerza de frenado ejercida sobre el disco solidario a la rueda.

Entonces, que mejor para medir una fuerza en el pedal que una "celda de carga".

Dato de referencia: una celda de carga tiene un valor aprox en Argentina de $100.

Las celdas de carga principalmente están compuestas de un alma metálico, en su mayoría aluminio para bajas cargas, y un elemento que varia su resistencia según la deformación.


La variación de resistencia que se produce es muy pequeña, entonces es necesario intercalar un circuito que amplifique esta pequeña variación.
Lo mas usado es un amplificador de instrumentación, y el que yo encontré apropiado es el INA122P. Este INA122P resulta muy fácil configurar con solo una resistencia, o una resistencia y un potenciómetro.

Aquí les presento el circuito para conectarlo a la controladora que he diseñado, pero también puede usarse con otras que por ahí andan.
La conexión se realiza como si estuviéramos conectando un potenciómetro.

Por el momento no tengo diseñado algún PCB para atacar con acido, pero es que es tan simple el circuito que ni vale la pena, lo sueldan directamente en una placa preperforada.

El uso del potenciómetro Rp en el circuito resulta apropiado si necesitan regular la ganancia del pedal pero directamente "on line" por decirlo así. Algo similar creo tiene el pedal de freno del Wheel Porsche 911.
Yo no lo tengo colocado así y he puesto una resistencia de 470 ohm en lugar de la de 330 ohm y el potenciómetro.

Luego la regulación puede hacerse con el clásico DXTWeak.

La instalación física de la celda puede realizarse de distintas formas, lo importantes es que se produzca la correcta flexión.

La frenada con el pedal sensible a la fuerza resulta incomodo al principio pero les aseguro que con el tiempo notaran la gran diferencia.

Solo para reforzar el concepto, una celda de carga tiene una salida de tensión que varia según la flexión (fuerza en el extremo), en cambio con el potenciómetro la salida de tensión depende de la posición en la que esta.

La celda que yo uso es una de 20 kg máximo, es decir que no debería pasarse de 20 kg la fuerza porque se avería.
Hay también mas celdas y las mas comunes son de 20, 30 y 50 kg, y depende del fabricante. Y por si se preguntaban, si son las que se usan en las balanzas digitales comerciales.

Aquí adjunto una foto de la celda con un detalle de las fuerzas que actúan como para comprender el sistema y que cada uno pueda adaptar a su pedalera actual.

Y la explicación seria:
Todo el conjunto esta en equilibrio, por lo que el análisis seria armando ecuaciones entre las fuerzas y las distancias a los pivotes.
F1 x d1 = F2 x d2
F2 x d3 = F3 x d4
y si le agregamos valores reales seria: empezando por el valor conocido que es el máximo permisible por la celda
F3 x d4 = F2 x d3 -> 20kg x 65mm = F2 x 40mm -> F2 = 32,5kg
con este valor vamos a la otra igualdad
F2 x d2 = F1 x d1 -> 32,5kg x 120mm = F1 x 200mm -> F1 = 19,5kg

Este ultimo valor de F1 = 19,5kg es el máximo que podríamos hacer en el pedal, que yo creo es bastante real.
Estuve buscando por toda la web pero no he encontrado referencias sobre valores reales de fuerza sobre el pedal de freno en un auto convencional o de carreras. Si alguien tiene el dato se lo voy a agradecer para rever las dimensiones y hacerlo mas real.

El resorte de diámetro mas chico que esta dentro del mas grande casi que no se comprime, se puede reemplazar tranquilamente con un trozo de manguera o algo así y el resultado será similar.
El tema de poner los dos resortes es para que el grande se comprima un poco y de la sensación como en el freno de que se "unda" el pedal, como si estuviera haciendo el recorrido de aproximación de la pastilla al disco de freno, donde la fuerza de frenado es poca.

Espero que les sea útil y se animen a modificar vuestro pedal de freno para lograr una mejor simulación.

Un poco sobre mi: en los foros pueden conocerme como Willynovi, suelo frecuentar PSR y XtremeRacers, y participo muy poco en campeonatos por falta de tiempo, pero de ves en cuando entro en algun servidor para despuntar el vicio.

En breve les traeré otros articulos.

Cualquier inquietud, no duden en contactarme.
email: guigust@yahoo.com.ar

Saludos, Willy