COMPONENTES DEL PROGRAMA ELECTRÓNICO DE ESTABILIDAD
Dado que los sensores son parte importante del sistema estos deben ser analizados detenidamente ya que con su estudio podemos hacer una comparación con diferentes sistemas electrónicos y así poder realizar el modelado y generación de las señales de los sensores que intervienes en el control del sistema de estabilidad.
Todos los sensores toman variable físicas para luego convertirlas a señales eléctricas y estas a su ves deben ser convertidas de variables analógicas a variable digitales para que puedan ser procesadas por el sistema de control y este a su ves enviar una respuesta inmediata del proceso a realizar.
El proyecto del simulador crea un entorno de partes muy importantes para ser simuladas como son las revoluciones de las ruedas, la válvula de admisión, el sensor para cambio angular del volante, siendo como objetivo que la unidad control reciba las señales iguales o similares a las que recibiría un vehículo real, de manera que, estas se puedan observar, medir, calcular y verificar el funcionamientos de cada una de las partes.
Una característica importante de los sensores es su exactitud y rápida respuesta, dentro de los sensores más importantes dentro del automóvil tenemos:
- Sensor de posición (recorrido/posición angular)
- Sensores de velocidad de rotación/velocidad lineal.
- Sensores de aceleración y de vibraciones.
- Sensores de presión.
- Sensores de fuerza/par.
- Medidores de presión.
- Sensores de gas, sondas de concentración.
- Sensores de temperatura.
La preparación de las señales de analógicas a digitales, las funciones de autocalibración y el procesamiento ulterior de las señales pueden estar ya incorporadas en los sensores según el grado de integración que tenga cada uno, estos se muestran en la figura 2.1, y a su vez tiene las siguientes ventajas:
- Menor número de cálculos para la unidad de control;
- Interfaz uniforme, flexible y apta para bus para todos los sensores;
- Aprovechamiento múltiple directo de un sensor a través del bus de datos;
- Ajuste sencillo del sensor.
Sensores de Revoluciones de las Ruedas
Sensores de Revoluciones pasivos
Funcionamiento:
Cuando la rueda de impulsos de acero fijada con el cubo de rueda gira, el campo magnético creado por el sensor es perturbado por la secuencia constante cambiante de diente y hueco. De esta forma cambia el flujo magnético a través de la clavija de polo y también el flujo de magnético a través del devanado de la bobina. El cambio del flujo magnético induce en el devanado una tensión alterna que se mide en las terminaciones del devanado.
Tanto la frecuencia creada como la también la amplitud son proporcionales al numero de revoluciones de la rueda. Dependiendo de la forma del diente, la distancia, la subida de tensión y la sensibilidad de entrada de la unidad de mando determinan hasta la mas pequeña velocidad mesurable dentro del vehículo y con ello la velocidad de repuesta para cada uno de los sistema que la necesitan.
Sensores de revoluciones activo
Este sensor consta de un IC (Circuito Integrado) de silicio encapsulado herméticamente en plástico colado, ubicado en la cabeza del sensor el cual reacciona ante los más mínimos cambios del campo magnético, permitiendo así distancias mayores que la de los sensores de revoluciones pasivos.
Esta señal es captada de un anillo multipolo con magnetización norte y sur alternada montada sobre el cubo de la rueda, su utilización viene dada en vehículos modernos.
Como el sensor consta de un elemento de medición Hall, de un amplificador de señales y de un IC, el número de revoluciones lo transmite como corriente aplicada en forma de impulsos rectangulares (figura 2.1.4), estando estos proporcionales a las revoluciones de la rueda, siendo posible realizar una detección casi hasta el punto de parada de la rueda.
Sensor de ángulo de giro del volante.
El sistema permanecerá inactivo siempre y cuando la trayectoria del vehiculo corresponda con el ángulo del volante.- Cuando ocurra un movimiento brusco por parte del conductor puede producirse el efecto de derrape, en ese momento es cuando actúa el sistema de estabilidad ya que comprobando la trayectoria real con la ideal grabada en la memoria entra este en acción reduciendo la potencia del motor y frenando aquellas ruedas que patinen para corregir la desviación del vehiculo. Existe diferentes configuraciones y cada sistema muestra cierto nivel de complejidad y precisión, en este capitulo trataremos algunos de ellos y utilizaremos el mas apropiado para la realización del sistema de diagnostico.
Sensor angular utilizando fotointerruptores
Configuración básica de un sensor del ángulo de dirección
Las configuraciones utilizadas para la detección del ángulo del volante, son apropiados en principio todos los tipos de sensores angulares. Sin embargo, con objeto de garantizar la seguridad se requieren versiones cuya plausibilidad se pueda comprobar fácilmente o que, mejor aun, posean funciones de autocontrol. Se utilizan potenciómetros, detectores ópticos de código y sistemas magnéticos. En la mayoría de sensores utilizados es necesario registrar y memorizar constantemente la posición actual del volante.
Funcionamiento:
Los sensores magnetostáticos sirven para medir un campo magnético de corriente continua. Básicamente el sensor se compone de 2 sensores AMR (Anisotropic Magneto-Resistive) y componentes electrónicos, como conversores A/D y microcontroladores, los sensores magneto resistivos (MR) utilizan el efecto magneto-resistivo, que se basa en la propiedad de un material que cambia su resistividad por la presencia de un campo magnético externo.
La resistencia de los sensores AMR, varía con respecto al campo magnético inducido. Los sensores angulares miden como máximo un ángulo de 360 grados, para registrar constantemente la posición del volante, sin embargo el volante puede describir un ángulo de 720 grados (4 vueltas del volante).
La información angular respecto a un campo magnético originado por 4 vueltas completas del volante; resulta de la medición de las posiciones angulares de dos ruedas dentadas o en su caso para mayor precisión de 4 ruedas dentadas utilizando diferentes tipos de sensores. Las ruedas dentadas accionan una corona dentada fija al árbol de la dirección o en el caso de montaje en el extremo del árbol de la dirección. Las dos ruedas dentadas se diferencian por tener una de ellas un diente de más, lo que permite asignar a cada posición del volante valores de ángulo definidos.
Sensor de ángulo de giro y aceleración.
Los sensores girométricos o sensores micro-mecánicos se montan para la regulación de la dinámica de marcha 1 ; El sensor mide la dinámica de la posición relativa de la carrocería de un vehículo, estos detectan los movimientos de rotación del vehículo sobre su eje vertical.
El sensor de cambio angular, es diseñado para monitorear constantemente la tendencia del vehículo a rotar sobre su eje vertical, estos sensores emiten una señal de 0.1grados/ seg, El funcionamiento del sensor es dependiente de su posición. Con la señal enviada del sensor; El controlador o unidad de control registra y compensa los errores de subviraje y sobreviraje del vehículo al circular en las curvas. El controlador en cuestión genera y complementa la acción de control con la compensación de las fuerzas laterales de los neumáticos, a partir del sensor de revoluciones y el sensor de par.
Sensor de convolución en forma de diapasón
El sensor se compone de un cuerpo de Acero en forma de diapasón (Forma de Tenedor), provisto de 2 piezoelementos, dos en la parte superior y 2 en la parte inferior y de una electrónica de detección (fig. 2.3.1).
La amplitud de la señal de tensión depende de la velocidad de giro así como de la velocidad de vibración; su signo, da el sentido de giro del recorrido de la curva. Cuando se cambia el sentido de giro, el sensor rota y la fuerza de Coriolis afecta en la dirección perpendicular a la vibración. Otra vibración ocurre y esta es convertida en un voltaje proporcional lo que permite que se mida el grado de rotación.
Esto traducido al uso en ESP, lo que hace el sensor en cuestión; es medir la velocidad sobre el eje vertical del vehículo y comparar el valor predictivo, por los sensores de revoluciones de las ruedas, para ver si el vehículo se está deslizando. Si el deslizamiento del vehículo es longitudinal para el control ABS o lateral para detectar perdida de tracción, en donde entra en función el TCS.
Grupo Hidráulico.
El Grupo hidráulico recibe las órdenes de regulación del calculador y modula la presión de frenada en la(s) rueda(s) concernida(s) independientemente de la acción ejercida sobre el pedal del freno. De esta manera el sistema puede controlar para cada situación la presión exacta en cada una de las ruedas, aumentando o disminuyendo según sea necesario; mediante el conjunto de electroválvulas y la bomba de presión, la misma que eleva la presión del líquido de freno. El Grupo hidráulico consta de 12 electroválvulas; que a continuación se describen:
- 4 electroválvulas de admisión, (EV).- Una electroválvula por rueda, estas permanecen abiertas cuando no están alimentadas, y cuando están alimentadas sirven para mantenimiento y caída de presión.
- 4 electroválvulas de escape, (AV).- Una electroválvula por rueda, estas permanecen cerradas cuando no están alimentadas, y cuando están alimentadas sirven para las fases de caída de presión.
- 2 electroválvulas de conmutación, (USV).- Una electroválvula para el circuito primario (rueda delantera izquierda/rueda trasera derecha) y otra para el circuito secundario (rueda delantera derecha/rueda trasera izquierda).- Consta de una válvula de seguridad que permanece abierta cuando no está alimentado. Las Electroválvulas están cerradas y aíslan los frenos de rueda del cilindro maestro durante las regulaciones de ESP y ASR.
- 2 electroválvulas principales, (HSV).- Una para el circuito primario y otra para el circuito secundario.- Siempre están cerradas cuando no permanecen alimentadas y cuando están cerradas sirven para alimentar cada diagonal del circuito durante las regulaciones de ESP y ASR
La función de inspección del sistema de frenos la realiza la ECU del control de derrape ESP, esta acciona los solenoides y los motores de la bomba secuencialmente con el fin de inspeccionar el sistema eléctrico del ABS. Esta se realiza cada vez que se pone el interruptor del encendido en ON y el vehículo circula a velocidades superiores a 6 Km/h con el interruptor de la luz de parada (Luz de freno) en posición OFF. Funciona una sola vez que se coloca el interruptor de encendido en ON.
Luego de haber realizado la inspección si por alguna razón se ha producido alguna falla esta quedara grabada en la memoria. A su vez, se dará una luz de aviso en el tablero de instrumentos.- Al momento que se produzca una avería en cualquier parte del sistema, este cortara la corriente desde la ECU hasta el actuador, por consiguiente, el sistema quedara funcionando y actuara como si no estuviera el sistema ABS funcionando, asumiendo funciones de frenado normales.
Comunicación con la gestión motor.
El desarrollo de la comunicación y gestión con el motor, en este caso, esta orientado únicamente al análisis del pedal acelerador electrónico y al movimiento de la válvula de admisión. De este modo la regulación del motor, reconoce que una orden de desacelerar procedente del módulo de control del TCS, tiene prioridad sobre el deseo de acelerar del conductor, cuando el TCS trata de manejar una situación de peligro.
El pedal del acelerador es uno de los elementos esenciales en un coche, su función es la de transmitir al motor el deseo del conductor de alcanzar una cierta velocidad o aplicar más o menos par en las ruedas motrices.
Es sistema ESP realiza la comunicación con el motor mediante el sistema TCS el cual esta encargado de ajustar la válvula de admisión o en su caso por medio de la supresión de impulsos de inyección, cumpliendo el siguiente rol:
- Indicar el estado de carga del motor.
- Reconocimiento del estado de carga: ralentín, carga media y carga máxima.
- Actúa como back up para definir la masa de aire si el sensor principal fallara.
Existen diferentes formas y métodos a utilizar para garantizar el movimiento de la válvula de admisión, siendo utilizado sensores como:
- Encoders
- Ultrasónicos
- Láser
- Inductivos
- Resistivos
Pedal del acelerador
La señal que define la posición de la válvula la da el sensor del acelerador electrónico y esta viene dada de la siguiente manera:
Algunos sensores pueden ser descartados debido a las condiciones de trabajo, como es el caso del encoder, que son bastante sensibles a los golpes y vibraciones, además el Data Logger no tiene entrada para encoder por lo que se precisaría de una electrónica más compleja.
Otros sensores son descartables debido a que son muy caros o difíciles de utilizar, como puede ser el láser o el ultrasónico, y para la aplicación demandada se requiere algo sencillo y de bajo costo.
Válvula de Admisión
Existen diferentes maneras de ver reflejado el efecto de presionar el acelerador electrónico a la válvula de admisión. Se tendrá que elegir uno de los actuadores que cumpla los requisitos para mover la válvula ya que estos son presentados de diferentes formas y modelos según el fabricante. Básicamente tendrá la misma función que el cable del acelerador que une pedal y motor, pero en este caso se elimina la conexión mecánica, y la válvula será movida por él actuador.
Pero antes de entrar en materia sería conveniente dar una buena definición de válvula: En el motor de la válvula de admisión, es el mecanismo que ajusta la cantidad de aire que entra el motor. Puede haber una para todos los cilindros o una para cada cilindro (más raramente), pero todas ellas tienen un funcionamiento similar. Es una pieza redonda y plana (como una galleta) con un eje central sobre el que gira. Cuando está cerrada obtura el paso de aire; para abrirse, gira sobre el eje; cuando está completamente abierta, queda de perfil y prácticamente no opone resistencia al paso de aire. La válvula está conectada al pedal del acelerador mediante un cable, o bien tiene un motor eléctrico que la abre o cierra según las órdenes de la centralita. También se utiliza la válvula de válvula en sistemas de admisión variable, bien para cerrar uno de los dos conductos de admisión en motores de cuatro válvulas por cilindro, o bien en el colector de admisión para variar volumen o área de paso del aire.
Para realizar la simulación del sistema de diagnostico de ESP seleccionaremos un motor que nos permite simular y visualizar este tipo de sistemas y así evidenciar un poco mas de cómo se pueden realizar estos tipos de sistemas gracias a la influencia de la electrónica.
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