EXPO PACHUCA PACHUCA INTERNACIONAL INTERNA CIONAL SEMINARIO DE DIRECCIÓN ASISTIDA ELECTRÓNICAM ELECTRÓNICAMENT ENTEE POR EL PROFESOR: JORGE ANTONIO GUILLÉN
Dirección Direcció n asistida eléctrica, elé ctrica, qué es y cómo func f unciona iona La EPS o dirección asistida eléctricamente tiene como componentes principales un sensor de par montado en el eje del volante, un motor eléctrico acoplado al eje de dirección y un computador. El sistema de dirección asistida hidráulicamente es el más utilizado en este momento en en nuestro país. Este sistema es confiable y simple, s imple, pero no libre de defectos. defectos. Hay un consumo de combustible que se genera por la resistencia que aplica la bomba hidráulica que se acopla al motor de combustión, esta bomba está siempre en operaciones operaciones mientras funcione el motor m otor a combustión combus tión elevando elevando el consumo de gasolina. La nueva tecnología que se está utilizando es la dirección dir ección asistida asistida eléctricamente: Se cambia el motor hidráulico hidráulico por uno eléctrico que se acciona solo en los momentos necesarios necesarios reduciendo el consumo de gasolina •
•
La EPS o EPS o dirección asistida eléctri eléctricament camente e tiene tiene como componentes principales un sensor de par montado en el eje del volante, un motor eléctrico acoplado al eje de dirección y un computador que monitorea el funcionamiento y acciona el motor eléctrico. En el momento que se gira el volante, el sensor capta el torque del giro o la fuerza que se le aplica, la que es recibida por el computador de la dirección, el cual acciona el motor eléctrico eléctrico que ayuda a girar g irar el eje de la cremallera de dirección. Más complejo de reparar Como todas estas nuevas tecnologías, aunque son s on de mucha ayuda para para el confort, en el momento de las reparaciones pueden ser un poco más complicadas que los sistemas antiguos. antiguos. En el caso de esta tecnología, muchas de las reparaciones que tienen que ver con el sistema de dirección deben ser llevadas a cabo con herramientas especiales como un Scanner automotriz. Esto para efectos efectos de alineación del volante, diagnóstico y adaptaciones luego de la reparación. reparación. Por ser un sistema de última generación es recomendable llevar un vehículo con una falla del EPS a un servicio técnico autorizado por falta de conocimiento de muchos técnicos.
El ahorro de combustible combus tible en este sistema puede llegar ll egar a 0.2 kilómetros ki lómetros por litro de combustible, que es un ahorro a horro significativo. significati vo. También está está la seguridad seguridad que da por la adaptación que lleva a cabo el computador computador en todo momento. Este sistema sistema de dirección por lo l o general general está conectado a la red de computadores del vehículo compartiendo información información y haciendo ha ciendo al vehículo vehí culo más más eficiente aún. Los sistemas de dirección sin aceite son un aspecto clave en la actualidad. actuali dad. Las últimas últi mas tendencias se se han h an centrado en soluciones solu ciones que utilizan un motor eléctrico para pa ra accionar acciona r la cremallera de dirección. Este dispositivo dispositi vo transforma transforma el movimiento movi miento a través de un reductor de tornillo tornill o sin fin conectado conectado al piñón piñ ón de dirección o a la columna de dirección en el interior i nterior del vehículo. Los sistemas electrohidráulicos, electrohidráu licos, en los que qu e el el accionami a ccionamiento ento de la bomba de dirección asistida se ejecuta mediante medi ante un motor eléctrico, son cada vez más comunes. En ambos casos, la potencia de dirección di rección se se suministra sumini stra con la cantida ca ntidad d de energía necesaria durante un tiempo ti empo relativamente corto. corto. El ahorro a horro de combustible es evidente evi dente cuando se comparan los nuevos sistemas sistemas con las la s disposiciones disposici ones de bomba con accionamiento accion amiento permanente tradicionales. tradicion ales.
Por ello, se requieren motores motores de dirección asistida eléctrica eficientes y fiables. fiab les. Los criterios de rendimiento rendimi ento que se exigen generalmente a los motores eléctricos para el accionamiento accio namiento de bombas de engranajes engrana jes hidráulicas hidráuli cas o reductores de tornillo sin fin son: Tamaño compacto Funcionamiento silencioso Facilidad Facilida d de instalación instal ación con eje horizontal o vertical Facilidad de conexión a la l a columna de dirección, en el primer o segundo segundo piñón de la la cremallera de dirección (sistemas de dirección "secos", sin aceite) Resistencia de los componentes mecánicos y eléctricos eléctricos a la contaminación contamina ción frecuente y ocasionalmente ocasional mente intensa Larga vida útil úti l con resistencia a los golpes y choques cho ques que pueden producirse durante el el mantenimiento mantenimiento del vehículo Bajo par de fricción, fricción, conservando conservando la energía de la batería, en especial a bajas temperaturas de funcionamiento funcionami ento La búsqueda continua de una densidad de potencia cada vez mayor exige exige un aumento de la potencia de dirección, reduciendo reduciendo a la vez el peso y el tamaño
Estas son las novedades: Los motores con imanes i manes permanentes permanentes sin escobillas escobil las ofrecerán ofrecerán una mejor sensación de dirección gracias a la menor inercia del rotor. rotor. La opción sin escobillas escobillas proporcionará proporcionará normalment normalmente e una vida útil más larga que su equivalente equivalente con escobillas escobillas Las nuevas disposiciones d isposiciones de alimentación alimentació n eléctrica de 42 voltios permitirán conjuntos de mayor potencia o más compactos y reducirán el el tamaño tamañ o del cable cab le de alimentación alimentaci ón eléctrica.
Dirección electromecánica de asistencia variable
En estos últimos años se esta utilizand u tilizando o cada vez mas este sistema sist ema de dirección, denominada dirección eléctrica. eléct rica. La La dirección eléctrica se empezó a utilizar en vehículos pequeños (utilitarios) pero ya se esta utilizando en vehículos del segmento segment o medio, medio, como ejemplo: ejempl o: la utilizada por el Renault Renaul t Megane. Megane. En este tipo de dirección se suprime todo el circuito hidráulico formado por la bomba de alta presión, depósito, válvula distribuidora y canalizaciones que formaban parte de las servodirecciones hidráulicas. Todo esto se sustit s ustituye uye por un motor eléctrico que qu e acciona una reductora (corona + tornillo tornil lo sinfín) sinfí n) que a su vez vez muev mu eve e la cremallera cremall era de la l a dirección. dirección. Sus principales ventajas son:
Se suprimen s uprimen los componentes hidráulicos, hidráulicos, como la bomba bom ba de aceite para servoasistencia, entubados flexibles, depósitos de aceite y filtros Se elimina el líquido hidráulico Reducción del espacio requerido, los componentes de servoasistencia van instalados instala dos y actúan directamente en la caja de la dirección. Menor sonoridad Reducción del consumo cons umo energético. energético. A diferencia diferencia de la dirección hidr hi dráulica, áulica, que requiere requiere un caudal volumétrico volum étrico permanente, la dirección asistida electromecánica solamente consume energía cuando realmente se mueve la dirección. Con esta absorción de potencia en función de las necesidades se reduce también el consumo consum o de combustible (aprox. (aprox. 0,2 L cada 100 1 00 km) Se elimina el complejo entubado flexible y cableado. El conductor obtiene una sensación óptima al volante en cualquier situación, a través de una buena estabilidad estabi lidad rectilínea, rectilínea, una respuesta directa, pero suave al movimiento del volante y sin reacciones desagradables sobre pavimento irregular.
Como se puede ver, este sistema de dirección se simplifica y es mucho mas sencillo que los utilizados hasta ahora. Sus inconvenientes son: Estar limitado en su aplicación a todos los vehículos (limitación que no tiene el sistema sis tema de dirección dirección hidráulica) ya que dependiendo del peso del vehículo y del tamaño de las ruedas, este sistema no es valido. A mayor peso del vehículo normalmente normalm ente mas grandes son las ruedas tanto en altura como en anchura, por lo que mayor m ayor es el esfuerzo que tiene que desarrollar el sistema de dirección, teniendo en cuenta que en las direcciones eléctricas todo la fuerza de asistencia la genera un motor eléctrico, cuanto mayor sea la asistencia asis tencia a generar generar por la la dirección, mayor tendr tendráá que ser el tamaño del motor, motor, por lo que mayor m ayor será la intensidad eléctrica eléctrica consumida por el mismo. Un excesivo excesivo consumo eléctrico por parte del motor eléctrico eléctrico del sistema s istema de dirección, no es factible, ya que la capacidad eléctrica del sistema de carga del vehículo esta limitada. Este inconveniente inconveniente es el que impide im pide que este sistema sis tema de dirección se pueda aplicar a todos los vehículos, ya que por lo demás todo son ventajas.
Estructura y componentes
En la dirección asistida electromecánica electromecánica cuenta con doble piñón. Se aplica la fuerza necesaria neces aria para para el mando de la dirección direcc ión a tra través de uno de los piñones llamado "piñón de dirección" y a través través del d el otro piñón llamado "piñón de accionamiento". El piñón de dirección transmite transmite los pares de dirección aplicados aplicados por el conductor conduc tor y el piñón de d e accionamiento transmite, transmite, a través través de un engranaje engranaje de sin fin, el par de d e servoasistencia servoasistenc ia del motor m otor eléctrico para hacer el gobierno de la dirección mas fácil.. Este motor eléctrico eléctrico con unidad de contr c ontrol ol y sistema de sensores para la servoasistencia de la dirección va asociado al segundo piñón. Con esta es ta configuración está dada una comunicación comun icación mecánica entre el volante y la cremaller c remallera. a. De esa forma se sigue pudiendo dirigir mecánicament mec ánicamentee el vehículo vehíc ulo en caso de averiar averiarse se el servomot s ervomotor or..
Funcionamiento 1) El ciclo ciclo de servoasistencia servoasistencia de direcció dirección n comienza al momento momento en que que el conductor mueve el volante. 2)) Como respuesta respuesta al par de giro del volante se tuerce tuerce una barra de torsión en en la caja de dirección. El sensor de par de dirección (situado en la caja de dirección) capta la magnitud de la torsión e informa sobre el par de dirección detectado a la unidad de control de dirección asistida. 3) El sensor sensor de ángul ángulo o de direc direcció ción, n, informa informa sobre sobre el ángul ángulo o momentán momentáneo eo y el sensor de régimen del rotor del motor eléctrico informa sobre la velocidad actual con que se mueve el volante. 4) En función del par de dirección, la velocidad de marcha del vehículo, vehículo, el el régimen del motor de combustión, el ángulo de dirección, la velocidad de mando de la dirección dirección y las curvas características características implementadas en la unidad de control, ésta calcula el par de servoasistencia necesario para el caso concreto y excita correspondientemente correspondientemente el motor mot or eléctrico.
5)
6)
Funcionamiento de la dirección al aparcar 1) El conductor conductor gira gira bastante bastante el volante para poder poder aparcar aparcar.. 2) La barra barra de torsión torsión se se tuerce. tuerce. El sensor sensor del par de dirección dirección detect detectaa la torsión torsión e informa informa a la unidad de control de que se está aplicando ap licando al volante un par de direc di rección ción intenso. 3) El sensor sensor de ángulo de de direcc dirección ión avisa que hay un ángulo de direcc dirección ión pronunc pronunciado iado y el sensor de régimen del rotor informa informa sobre la velocidad velocida d del mando mand o actual de la dirección. 4) Previo Previo análisis análi sis de las magnitudes correspondiente correspondientess al par de dirección, la velocidad de marcha del vehículo de 0 km/h, el régimen del motor de combustión, el pronunciado pronunci ado ángulo de dirección, di rección, la velocidad de mando de la l a dirección y, y, en función de las la s curvas caracterís características ticas implementadas implementadas en en la unidad de control para v = 0 km/h, la unidad unida d de control determina la necesidad de aportar ap ortar un intenso par de servoasistencia servoasi stencia y excita excita correspondi correspondientemente entemente el motor eléctrico. 5) En las maniobras maniobras de aparcamient aparcamiento o se se aporta de ese ese modo modo la servo servoasis asisten tencia cia máxima máxima para la dirección dirección a través del segundo piñón que actúa paralelament pa ralelamentee sobre sobre la cremallera. 6) La suma suma del par aplicado al volante y el par de servoasis servoasisten tencia cia máxim máximo o viene a ser ser el par eficaz en la caja de dirección di rección para el movimiento de la cremallera en maniobras maniob ras de aparcamiento.
Funcionamiento de la dirección dir ección circulando en ciudad 1) El conductor conductor mueve mueve el volante al recor recorre rerr una curva curva en tráfic tráfico o urbano. urbano. 2) La barra barra de torsión torsión se se tuerce. tuerce. El sensor sensor de par de dirección dirección detecta detecta la torsión torsión y avisa a la unidad de control control de que hay un par de dirección, dirección, de mediana intensidad, aplicado al volante vola nte de la dirección. 3) El sensor sensor de ángulo de dirección dirección avisa avisa que hay un ángulo ángulo de direcc dirección ión de mediana mediana magnitud y el sensor de régimen del rotor informa informa sobre la velocidad velo cidad momentánea momentánea con que se mueve el volante. 4) Previo Previo análisis del par de dirección dirección de mediana magnitud, magnitud, la velocidad velocidad de de marcha marcha del vehículo vehícul o de 50 km/h, el régimen del motor de combustión, combustió n, un ángulo á ngulo de dirección de mediana magnitud magnitud y la velocidad con que se mueve el volante, vola nte, así como en función de las la s curvas características implementadas en la unidad unida d de control para v = 50 km/h, la unidad unida d de control control determina determina la necesidad necesidad de aportar un par de servoasistenc servoasistencia ia de mediana magnitud y excita excita correspondi correspondientemente entemente el motor eléctrico. 5) Al recorr recorrer er una curva curva se produce produce así una servoas servoasistenc istencia ia de mediana mediana magnitud para la dirección a través del segundo piñón, pi ñón, que actúa paralela pa ralelament mentee sobre la cremallera. 6) La suma suma compuesta compuesta por el par de giro aplicado aplicado al volante y el par de servoasis servoasistenc tencia ia de mediana magnitud viene a ser el par eficaz eficaz en la caja de la dirección dirección para el movimiento de la cremallera cremall era al recorrer recorrer una curva en el tráfico urbano.
Funcionamiento de la dirección dir ección circulando en autopista 1) Al cambiar de carril, carril, el conductor conductor mueve mueve el volante en pequeña pequeña magnit magnitud. ud. 2) La barra barra de torsión torsión se se tuerce. tuerce. El sensor sensor de par de dirección dirección detecta detecta la torsión torsión y avisa a la unidad de control control de que está aplicado un leve par de dirección al volante. 3) El sensor sensor de ángulo de dirección dirección avisa avisa que está está dado un pequeño pequeño ángulo ángulo de dirección dirección y el sensor de d e régimen del rotor avisa sobre la velocidad velocid ad momentánea con con que se acciona el volante. 4) Previo Previo análisis del par de dirección dirección de baja magnit magnitud, ud, la velocidad velocidad de marcha marcha del vehículo vehícul o de 100 km/h, el régimen del motor de combustión, un pequeño ángulo de dirección dirección y la l a velocidad con con que se acciona el volante, vol ante, y en función de las curvas caracterís características ticas implementadas implementadas en en la unidad de control para v = 100 km/h, la unidad de control determina la necesidad de aportar ya sea un par p ar de dirección leve o no aportar ningún par pa r de dirección, di rección, y excita excita correspondientemente el motor eléctrico. el éctrico. 5) Al mover mover la direcció dirección n circulando circulando en autopista autopista se realiza realiza de esta esta form formaa la servoasistenc servoasistencia ia de baja magnitud o bien no se aporta ninguna servoas servoasistenc istencia ia a través del segundo piñón pi ñón que actúa paralel p aralelamente amente sobre la cremallera. 6) La suma suma compues compuesta ta por por el par de giro giro aplicado al volante y un mínimo par de servoasistencia viene a ser el par p ar eficaz para el movimiento de la l a cremall cremallera era en un cambio de carril.
Funcionamiento de la dirección en "retrogiro "r etrogiro activo« 1) Si el conductor conductor reduce reduce el par de dirección dirección al circular circular en una curva, curva, la barra barra de tors torsión ión se relaja relaj a correspondientemente. correspondientemente. 2) En combinación combinación con el el desce descenso nso del par de direcció dirección, n, teniendo teniendo en cuenta cuenta el ángulo de de dirección dirección y la l a velocidad con con que se acciona el volante, vol ante, el sistema calcula una velocidad teórica teórica para el retrogir retrogiro o y la l a compara con la velocidad de mando de llaa dirección. De ahí se calcula ca lcula el par de retrogiro. 3) La geometr geometría ía del eje hace que se produzcan produzcan fuerz fuerzas as de retrogiro retrogiro en en las ruedas viradas. Las fricciones en el sistema de la dirección di rección y del eje suelen hacer que las fuerzas de retrogiro retrogiro sean demasiado bajas ba jas como para poder devolver las ruedas a su posición p osición de marcha recta. 4) Previo Previo análisis del par de dirección, dirección, la velocidad velocidad de de marcha marcha del vehículo, vehículo, eell régim régimen en del motor de combustión, el ángulo á ngulo de dirección y la l a velocidad con que se gira el volante, así así como en función de las curvas caracterís características ticas implementadas implementadas en la l a unidad de control, ésta calcula calcul a el par pa r que debe aportar ap ortar el el motor eléctrico para pa ra el retrogiro retrogiro de la dirección. dirección. 5) El motor es es excitado excitado corr correspondiente espondientemente mente y las ruedas ruedas vuelven a la posición de marcha recta.
Funcionamiento corrección de marcha recta La corrección de marcha recta es una función que se deriva del retrogiro activo. Aquí se genera un par de servoasistencia servoasistencia para que el el vehícul vehículo o vuelva a la marcha rectilínea exenta exenta de momentos de fuerza. El sistema distingue entre un algoritmo de corto y uno de largo plazo.
El algoritmo de largo plazo está dedicado a compensar las discrepancias a largo plazo que surgen con respecto a la marcha rectilínea, por ejemplo debido al cambio de neumáticos de verano por neumáticos de invierno (usados). El algoritmo de corto plazo corrige discrepancias de duración breve. Con ello se respalda al conductor, evitando que por ejemplo tenga que «contra volantear» continuamente al circular habiendo viento lateral constante. 1) Una fuerz fuerzaa lateral constante, constante, por ejemplo ejemplo la del del viento viento lateral, lateral, actúa sobre sobre el vehículo. vehículo. 2) El conductor tuerce tuerce un poco el el volante, volante, para mantener mantener el vehículo en marcha recta. recta. 3) Analizando el par de dirección, la velocidad velocidad de marcha marcha del del vehículo, vehículo, el el régimen régimen del motor motor de combustión, el ángulo de dirección, la velocidad de mando de la dirección y actuando en función de las curvas características implementadas en la unidad de control, ésta calcula el par que debe aportar el motor eléctrico para la corrección de la marcha recta. 4) El motor eléctrico eléctrico de la dirección es excitado correspondiente correspondientemente. mente. El vehículo adopta la trayectoria de marcha recta. El conductor ya no tiene que dar «contra -volante».
Diagrama de los elementos que intervienen en la gestión electrónica de la dirección electromecánica
Sensor de ángulo de dirección El sensor sensor de ángulo de direc di rección ción va situado detrás detrás del anillo ani llo retr retractor actor con el anillo anill o colector para el sistema sistema airbag. Se instala en la columna de dirección, dirección, entre entre el mando combinado y el volante. Suministra Suministra la señal para la determinación determinación del ángulo de dirección, dirección, destinándola destinándola a la la unidad unid ad de control para electrónica de la columna de dirección di rección a través del CAN-Bus de datos. En la unidad unida d de control para electrónica electrónica de la columna de dirección dirección se encuentra encuentra el analizad ana lizador or electrónico para estas señales. Efectos Efectos en caso de avería Si se avería a vería el sensor se pone po ne en vigor un programa de emergencia. emergencia. La señal faltante fal tante se sustituye por un valor valo r supletorio. La servoasistenc servoasistencia ia para pa ra la direc di rección ción se conserva conserva plenamente pl enamente La avería se indica indi ca encendiéndose encendiénd ose el testigo de averías del cuadro cua dro de instrumentos.
Los componentes componen tes básicos del sensor de ángulo án gulo de dirección son: Un disco de codificación con dos anillos anill os Parejas de barreras luminosas lumino sas con con una fuente de luz l uz y un u n sensor sensor óptico óp tico cada una El disco de codificación consta consta de dos anillos, ani llos, el anillo a nillo exterior exterior de valore valo ress absolutos y el anillo anil lo interior de valores va lores incrementales. incrementales. El anil a nillo lo de incrementos esta esta dividido divi dido en 5 segmentos de 72º cada uno y es explorado por una pareja de barreras luminosas. El anillo tiene almenas en el segmento. segmento. El orden de sucesión sucesión de las almenas a lmenas es es invariable dentro de un mismo segmento, segmento, pero difiere de un segmento segmento a otro. De ahí a hí resulta resulta la codificación codificaci ón de los segmentos. segmentos. El anillo de absolutos viene viene a determinar determinar el el ángulo. Es explorado por 6 parejas de barrer ba rreras as luminosas. El sensor de ángulo ángul o de dirección puede detectar 1044º 1044º de ángulo ángul o (casi 3 vueltas vuelta s de volante). Se dedica a sumar los grados angulares. De esa forma, forma, al sobrepasar la marca de los 360º reconoce reconoce que se ha ejecutado ejecuta do una vuelta completa del del volante. La configuración especifica especifica de la caja de la dirección permite dar 2,76 2,76 vueltas vuel tas al volante
Si por po r simplificar la explicación explica ción se se contempla co ntempla solamente el anillo anil lo de incrementos, se aprecia por un lado la do del anillo la fuente fuente luminosa y por el otro el sensor óptico (figura (figura inferior).. La medición del ángulo á ngulo se realiza según el principio de la barrera barrera luminosa. Cuando la luz incide en el sensor sensor al a l pasar pa sar por una almena del anillo se engendra engendra una señal de tensión. ten sión. Al cubrirse la fuente luminosa se vuelve a interrum in terrumpir pir la tensión de la señal. Al mover ahora el anil a nillo lo de incrementos se se produce p roduce una secuencia secuencia de d e señales de tensión. De esa misma forma forma se genera una secuencia de señales de tensión en cada cad a pareja de barreras barreras luminosas aplicadas apli cadas al anillo de valores absolutos. Todas las secuencias de señales seña les de tensión se procesan p rocesan en en la unidad unid ad de control para electrónica electrónica de la columna de dirección. dirección. Previa Previa comparación de las señales, el sistema puede pued e calcular calcul ar a qué grados han sido movidos los anillos. Durante esa esa operación determ determina ina también el punto de inicio ini cio del del movimiento movimiento en el anillo anill o de valores valo res absolutos. absolu tos.
IMAN
IMAN
IMAN
Sensor de par de dirección El par pa r de mando a la dirección se mide con ayuda ayud a del sensor de par pa r de dirección directamente en el piñón pi ñón de dirección. El sensor trabaja trabaj a según el principio principi o magnetorresistivo. magnetorresistivo. Está configurado de forma forma doble dobl e (redunda (redundante), nte), para establecer el mayor ma yor nivel de fiabilidad posible
El sensor sensor del par pa r de giro acopla la columna y la l a caja de dirección a través de una barra de torsión. El elemento elemento de conexión hacia la columna posee posee una rueda polar po lar magnética, magnética, en la que se alternan alterna n 24 zonas de diferente polaridad polarida d magnética. Para el análisis aná lisis de los pares pa res de fuerza fuerza se emplean emplea n dos polos respectivamente. La contrapieza contrap ieza es un elemento el emento sensor sensor magnetorres ma gnetorresistivo, istivo, que va fijado fi jado a la pieza de conexión conexión hacia la caja de la l a dirección. dirección. Al ser movido movi do el volante vola nte se decalan decal an ambas piezas de conexión entre entre sí en función funció n del par que interviene. En virtud vi rtud de que con ello ell o también se decala la rueda polar magnética magnética con respecto respecto al elemento sensor, sensor, resulta posible medir el par aplica ap licado do a la dirección di rección de esa forma forma y se lo puede transmitir a la unidad unida d de control en forma de señal. señal .
Efectos en caso de avería ave ría
Si se avería el sensor de par de dirección se tiene que sustituir la caja de la dirección. Si se detecta un defecto se desactiva la servoasistencia para la dirección. La desactivación no se realiza de forma repentina, sino «suave». Para conseguir esta desactivación «suave» la unidad de control calcula una señal supletoria para el par de dirección, tomando como base los ángulos de dirección y del rotor del motor eléctrico. Si ocurre una avería se la visualiza encendiéndose en rojo el testigo luminoso del cuadro de instrumentos.
Sensor de de régimen del del rotor ro tor El sensor de régimen del rotor es es parte p arte integrante del motor para la dirección asistida asistid a electromecánica. No es accesible por fuera. Aplicaciones de la señal s eñal El sensor de régimen del rotor traba trabaja ja según el principio princip io magnetorresistivo y su diseño es igual que el del d el sensor sensor del par de dirección. Detecta el régimen de revoluciones revoluci ones del rotor que tiene el motor eléctrico para pa ra la dirección asistida electromecánica; este dato se necesita para poder excitar el motor con la debida precisión. precisión. Efectos en caso de avería Si se avería el sensor se emplea la velocidad de ángulo de dirección dirección a manera de señal supletoria. La asistencia asistenci a a la dirección se reduce de forma segura. De ese modo se evita evi ta que se interrum in terrumpa pa de golpe la servoasistencia en caso de averiarse el sensor. sensor. La avería se indica indi ca encendiéndose encendiéndo se en rojo el testigo luminoso l uminoso del cuadro de instrumentos.
Velocidad de marcha del vehículo ve hículo La señal de la velocidad de marcha marcha del vehículo es suministrada suministrada por la unidad de control control para ABS. Efectos Ef ectos en caso ca so de avería Si se ausenta a usenta la señal seña l de velocidad veloci dad de marcha marcha del vehículo vehícul o se pone en vigor un programa de marcha de emergencia. El conductor dispone de la plena servoasistenc servoasistencia ia a la dirección, pero pero se ausenta la función Servotronic. La avería se visualiza encendiéndose encendiéndose en amarillo a marillo el testigo luminoso del cuadro de instrumentos.
Sensor de régimen ré gimen del del motor El sensor de régimen del motor es un sensor Hall. Hal l. Va Va atornillado atornill ado a la carcasa de la brida de estanqueidad del cigüeñal. Aplicaciones de la l a señal La señal del d el sensor sensor de régimen del d el motor es es utilizada uti lizada por la unidad de control del motor para detectar el el número de vueltas vu eltas del motor y la posición exacta del cigüeñal. cigüeñ al. Efectos Ef ectos en caso ca so de avería Si se avería el sensor de régimen del motor, motor, la dirección pasa a funcionar funcion ar con borne 15. La avería a vería no se visualiza con el testigo luminoso
Motor eléctrico El motor eléctrico es una versión de motor asíncrono sin sin escobillas. escobil las. Desarrolla un par máximo de 4,1 Nm para servoasistencia a la dirección. di rección. Los motores asíncronos no poseen campo magnético permanente ni excitació excitación n eléctrica. La característica que les da el nombre reside reside en una diferencia diferencia entre la frecuencia de la tensión aplicada apl icada y la frecuencia de giro del motor. motor. Estas dos frecuencias no son iguales, igual es, en virtud de lo cual se trata de un fenómeno fenómeno de asincronía. Los motores asíncronos son de construcción construcción sencilla (sin escobillas), escobill as), lo cual los hace muy fiables en su funcionamiento. Tienen una respuesta muy breve, con lo cual resultan adecuados adecua dos para movimien movimientos tos muy rápidos de la dirección. El motor eléctrico va integrado en una carcasa ca rcasa de aluminio. A través de un engranaje engranaje de sin fin y un piñón pi ñón de accionamiento ataca contra contra la cremallera y transmite así la l a fuerza de servoasistencia para la dirección. En el extrem extremo o del eje por el lado l ado de control va instalado un imán, al cual recurr recurree la unidad unid ad de control para detectar el régimen del rotor. rotor. La unidad uni dad de control control utiliza esta esta señal para determinar determinar la velocidad de mando de la la dirección.
Motor eléctrico
Efectos en caso de avería averí a Una ventaja ventaj a del motor asíncrono asín crono consiste en que también ta mbién es movible movi ble a través de la caja caj a de la dirección di rección al no tener corriente aplicada. aplica da. Esto significa, significa , que también en caso de averiarse av eriarse el motor y ausentarse ausenta rse por ello la servoasistencia, sigue siendo posible mover la dirección di rección aplicando aplica ndo una fuerza fuerza sólo un poco superior. superior. Incluso en caso de un cortocircuito el motor no se bloquea. bl oquea. Si el motor se avería, av ería, el sistema lo visuali vi sualiza za encendiéndose encendiénd ose en rojo el testigo luminoso lumin oso del cuadro cua dro de instrumentos
Unidad de control para para la dirección La unida un idad d de control para dirección asistida va v a fijada directamente di rectamente al motor eléctrico, con lo cual cua l se suprime un cableado cablea do complejo hacia los componentes de la servodirección. servodirección. Basándose en las señales señal es de entrada, tales com como: o: La señal del sensor de ángulo de dirección, La señal del sensor de régimen del d el motor, motor, El par p ar de dirección di rección y el régimen del rotor, rotor, La señal de velocidad de marcha marcha del vehículo La señal de que se identif i dentificó icó la llave de contacto een n la l a unidad de control. control . La unidad uni dad de control calcula las necesidades momentáneas de servoasistencia servoasistencia para la dirección. Calcula Calcul a la intensidad in tensidad de corriente corriente excitadora excitadora y así excita excita correspondi correspondientemente entemente el motor eléctrico.
La unidad uni dad de control tiene integrado un sensor térmico para detectar la temperatura del sistema de dirección. Si la temperatura asciende por encima de los 100 °C se reduce de forma forma continua con tinua la servoasistencia para la dirección. Si la servoasistencia a la dirección cae por debajo de un valor val or de 60%, 60%, el testigo luminoso para dirección dirección asistida se enciende en en amarillo y se inscr i nscribe ibe una avería en en la memoria.
La familia famili a de características y sus curvas
La regulación de la l a servoasistenc servoasistencia ia para la dirección dirección se lleva a cabo recurr recurriendo iendo a una familia famili a de características almacenada almacenad a en la memoria permanente de programas de la unidad de control. control. Esta memoria abarca a barca hasta 16 diferentes diferentes familias familia s de características. Por ejemplo, en el caso del Golf Gol f 2004 2004 se utilizan util izan 8 familias famil ias de características características de entre todas las disponibles. disponibl es. Según el planteamient pla nteamiento o (p. (p. ej. el peso del vehículo) se activa en fábrica una familia familia de características específica. Sin embargo, embargo, también en el Servicio Servicio Postventa Postventa es posible activar la familia de características con ayuda ayu da del sistema de diagno d iagnosis. sis. Esto resulta necesario, por ejemplo, si se sustituye la unidad unida d de control de la l a dirección.
Como ejemplos se han seleccionado aquí respectivamente una familia de características para un vehículo pesado y una para uno ligero de entre las 8 familias de características implementadas para el Golf 2004. Una familia de características contiene cinco diferentes curvas asignadas a diferentes velocidades del vehículo (p. ej. 0 km/h, 15 km/h, 50 km/h, 100 km/h y 250 km/h). Una curva de la familia de característica expresa el par de dirección a que el motor eléctrico eléctrico aporta mas ma s o menos servoasistencia para para hacer mas m as fácil fácil y preciso el manejo de la dirección teniendo en cuenta variables como por ejemplo: el peso del vehículo.
Curvas características de servoasistencia v=0 km/h v=15 km/h ] m N 4 [ a i c n e 3 t s i s a o 2 v r e s e d 1 r a P
0
v=50 km/h
v=100 km/h v=250 km/h
[Nm
0
2 Vehículo ligero Vehículo pesado
4
6
8 Par de dirección dirección J.A.Guillén
Efectos Ef ectos en caso ca so de avería a vería Si se aver a vería ía la unidad de control para dirección dirección asistida asistida se la puede sustituir sustituir completa. La familia famil ia de características correspondiente correspondiente en la memoria memoria no volátil volá til para programas programas de la unidad unida d de control control tiene que ser activada activad a por medio del sistema sistema de diagnóstico. diagnó stico.
Testigo luminoso l uminoso de averías aver ías El testigo luminoso se encuentra en la unidad indicadora del cuadro de instrumentos. Se utiliza para avisar avisa r sobre funciones anómalas o fallos en la dirección dirección asistida asis tida electromecánica. El testigo luminoso puede adoptar dos diferentes colores para indicar funciones anómalas. Si se enciende en amarillo, significa un aviso de menor importancia. Si el testigo luminoso se enciende en rojo hay que acudir de inmediato a un taller. taller. Cuando el testigo luminoso luminos o se enciende enciende en rojo suena al mismo mism o tiempo una señal de aviso acústico en forma de un gong triple.
Al conectar el encendido, el testigo tes tigo se enciende en rojo, porque el sistema sist ema de la dirección asistida electromecánica lleva a cabo un ciclo de auto-chequeo. Sólo a partir del momento en que llega la señal procedente de la unidad de control para para dirección asistida, asis tida, según la cual el sistema sistem a trabaja de forma forma correcta, es cuando el testigo se apaga. Este ciclo de auto-chequeo tarda unos dos segundos. El testigo testig o se apaga de inmediato inm ediato en cuanto se arranca el motor. motor.
30 15 31
S
M
S
UNIDAD DE CONTROL CAN - LOW A PARA LA DIRECCIÓN
Motor eléctrico
= Señal de entrada = Señal de salida = Positivo = Masa = CAN – CAN – BUS BUS de datos.
JAG 2014
SENSOR DE PAR DE DIRECCIÓN J.A.Guillén
CAN - HIGH B
Particularidad Baterías descargadas El sistema si stema detecta detecta tensiones tensio nes bajas y reacciona reaccio na ante éstas. éstas. Si la tensión de la l a batería desciende por debajo de los 9 voltio v oltioss se reduce la servoasistencia para la dirección dirección hasta llegar a su desactivación y se enciende el el testigo testigo luminoso lu minoso en rojo. Si surgen caídas breves de tensión tensión por po r debajo de 9 voltios vol tios el testigo luce en amarillo a marillo.. Diagnosis Los componentes compon entes del sistema de d e la dirección asistida electromecánica son son susceptibles susceptibl es de autodiagnóstico. Autoadaptación Autoada ptación de los topes de la dirección d irección Para evitar evita r topes mecánicos secos de la dirección se procede a limitar limita r el ángulo án gulo de mando por medio de d e software. El «tope de d e software» y, y, con éste, la amortiguación a mortiguación del mando mando se activan al llegar ll egar el el volante vola nte a un ángulo á ngulo de aprox. 5° antes an tes del tope mecánico. mecáni co. El par pa r de servoasistencia se reduce durante esa operación operació n en función del d el ángulo y par de dirección.
Otros fabricantes fabr icantes de vehículos vehículos utilizan otro tipo de sistemas sis temas de dirección electromecánica, cuyo diseño di seño es diferente dif erente al anterior . El fabricante fabricante Renault utiliza Renault utiliza el siguiente sistema: En la figura inf in ferior se pueden ver los elementos que forman forman la dirección electromecánica, falta falta la parte pa rte de la columna de dirección que mueve el piñón pi ñón que a su vez acciona la cremallera.
En la figura siguiente se puede ver el esquema eléctrico donde se aprecia la centralita centrali ta o módulo electrónico, que controla el motor eléctrico y que qu e recibe información del estado de la dirección d irección a través de los sensores de la posición p osición del motor eléctrico eléctrico y del captador cap tador óptico de par/volante que mide la desviación que hay ha y en la l a barra de torsión entre entre su parte superior y su parte inferior inferior,, este valor valo r compara compara el el esfuerzo esfuerzo que hace ha ce el conductor cond uctor en mover el volante vol ante y la asistencia que proporciona el motor eléctrico. La centralita centrali ta con esta información información mas la l a que recibe a través de la l a red multiplexada (CAN (CAN bus) y teniendo en cuenta un campo característico que tiene en memoria, genera genera una señal en forma de d e corriente eléctrica que es la l a que gobierna gob ierna el motor eléctrico.
El captador de par y ángulo del del volante, utiliza dos discos solidarios solidarios unidos por una barra de torsión que esta debilitada debili tada en su centro, esto es para pa ra que permita un cierto retorcimiento cuando las l as fuerzas son distintas distinta s en sus extremos. extremos. Unos rayos de luz atraviesan atravi esan las ventanas ventana s practicadas practicada s en los discos, di scos, esto sirve en primer lugar para conocer conocer la posición angular del volante, es decir para pa ra saber cuanto se se ha girado el volante. En segundo lugar lu gar cuando las la s fuerzas fuerzas que se aplican apl ican en los extremos extremos de la barra b arra de torsión torsión son distintas, las ventanas del disco d isco superior no coinciden con las del disco inferior inferior,, esto provoca que el rayo de luz no llegue l legue en su totalida tota lidad d y parte de la luz l uz que envía el emisor no es recibida por el receptor del captador captado r óptico.
X1: ventana coincidente con la ventana del otro disco
Vista desde la parte superior s uperior del disco disco cuando no hay esfuerzo esfuerzo sobre el volante. volante.
X1: ventana coincidente con la ventana del otro disco
El fabricante fabricante Opel (General Opel (General Motors) Mo tors) utiliza utili za este tipo tip o de dirección electromecánica
LES DOY LAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN Y ASISTENCIA SU SERVIDOR Y AMIGO: AMIGO: PROFESOR JORGE ANTONIO GUILLÉN Correo electrónico; jorgeprofguillen electrónico;
[email protected] @gmail.com om También estamos estamos en el Facebook y en Youtube
