CONTENIDO Introducción ........................................... .................................................................. .............................................. .............................................. ..............................................2 .......................2 Particularidades de los sensores del automóvil ...............................................................................4 Sistemas de frenado y sus sensores ............................................. .................................................................... .............................................. ............................... ........5 5 ABS .............................................. ..................................................................... .............................................. .............................................. .............................................. ............................... ........5 5 ¿En que consiste? .............................................. ..................................................................... .............................................. .............................................. ........................... .... 5 ¿Como funciona? ........................................... .................................................................. .............................................. .............................................. ............................... ........6 6 Sensores que participan ............................................ ................................................................... .............................................. ..........................................6 ...................6 E S P ............................................. .................................................................... .............................................. .............................................. .............................................. ............................... ........7 7 ¿En que consiste? .............................................. ..................................................................... .............................................. .............................................. ........................... .... 7 ¿Como funciona? ........................................... .................................................................. .............................................. .............................................. ............................... ........8 8 Sensores que participan ............................................ ................................................................... .............................................. ..........................................8 ...................8 Accidentes y sus sensores ............................................ ................................................................... .............................................. .....................................10 ..............10 El airbag .............................................. ..................................................................... .............................................. .............................................. ............................................10 .....................10 Sensor que participa: Sensores de impacto ............................................ ................................................................... ................................. .......... 11
Autor: Carlos Sánchez Rodríguez
Referencias: LOS SENSORES DEL AUTOMOVIL . Erich Zabler. Tecnica del automóvil BOSCH 2000
Introducción Los automóviles actuales tienen instalados un número considerable de sensores (de 60 a 70 sensores en algunos casos). Los sensores son necesarios para la gestión electrónica del automóvil y son utilizados por las unidades de control (centralitas) que gestionan el funcionamiento del motor, así como la seguridad y el confort del vehículo.
En este trabajo pretendo centrarme en los sensores que nos protegen, son aquellos sensores que previenen accidentes o evitan daños en los pasajeros caso de accidente.
Un sistema de seguridad dentro de un vehículo no trabaja únicamente con un sensor, sino que lo hace junto a otros gobernados por una centralita, la centralita es la encargada de leer los datos que proporcionan los sensores y los interpretan. Todo el mundo habrá oído hablar alguna vez de las siglas: ESP, ABS, airbag, ACC. Son sistemas de seguridad que integran los vehículos modernos. 1. ESP: Programa de estabilidad electrónica( Electronic Stability Programme) 2. ABS: Sistema de antibloqueo (Anti-lock brake system)
3. Airbag: Bolsa de aire. 4. ACC: Control de crucero adaptativo( Adaptive Cruise Control)
Algunos sensores de seguridad junto al sistema de seguridad al que pertenecen: 1. Radar telemetrico (ACC, prevencion de colisión) 2. Sensor de inclinación (regulación de faros) 3. Sensor de alta presión (ESP) 4. Sensor de par (Servodireccion) 5. Sensor de ángulo de volante dirección (ESP) 6. Sensor de aceleración (airbag) 7. Sensor de ocupación de asiento (airbag) 8. Sensor de magnitud de giro o viraje (ESP) 9. Sensor de aceleración trasversal (ESP) 10. Sensor de inclinación 11. Sensor de vuelco 12. Sensor de velocidad de giros de ruedas. (ESP)
Particularidades de los sensores del automóvil A diferencia de los sensores convencionales, los utilizados en el sector del automóvil están diseñados para responder a las duras exigencias que se dan en el funcionamiento de los vehículos a motor, teniendo en cuenta una serie de factores como son los que se ven en la imagen:
Las exigencias más altas en el sector del automóvil se corresponden con las exigencias que se utilizan en los sectores de la aeronáutica y astronáutica .
La fiabilidad de los sensores es garantizada por técnicas de construcción que utili zan componentes y materiales sumamente seguros. Se procura la integración consecuente de los sistemas para evitar en lo posible conexiones separables y el riesgo de fallos en los mismos. Cuando es necesario, se emplean sistemas de sensores redundantes (sensores de igual función que, por razones de seguridad, efectúan mediciones paralelas). Los sensores dentro del vehículo se sitúan donde se quiere hacer la medición, lo que puede provocar que el sensor se encuentre expuesto a las interferencias.
Sistemas de frenado y sus sensores La seguridad en un vehículo se basan en la idea fundamental de que sus ruedas frenen adecuadamente, si no controlamos el frenado, un vehículo al frenar puede ocasionar derrapados, deslizaciones. Estos derrapados o deslizaciones pueden provocar la perdida de control del vehículo. Empresa pionera en centrar su seguridad en el frenado del vehículo es BOSH. BOSH es el inventor de los sistemas ABS y ESP que ha día de hoy son obligados que vengan de serie en todos los vehículo. Estos sistemas de seguridad utilizan un número importante de sensores. Todos ellos quedan reflejados en la siguiente imagen.
A continuación se detallan estos dos sistemas y se explican detalladamente cada uno de los sensores que utilizan.
ABS ¿En que consiste? El ABS o SAB (del alemán Antiblockiersystem, sistema de antibloqueo) es un dispositivo utilizado
en aviones y en automóviles, para evitar que los neumáticos pierdan la adherencia con el suelo durante un proceso de frenado.
¿Como funciona? El sistema que controla las funciones del ABS es una microcomputadora (ECU: Electrónic Control Unit) instalada en el automóvil. Cada rueda tiene un sensor de velocidad de giro, información que se transmite a la ECU. La señal de salida de la ECU se dirige a electro válvulas que regulan la presión del líquido de freno a cada rueda. El sistema tiene como consigna el mantener iguales las velocidades de las ruedas, regulando la fuerza de frenado de cada rueda. Si, en un proceso de frenado, alguna rueda reduce sensiblemente su velocidad, comparada con las otras ruedas, es porque tiene tendencia a patinar. Entonces le sistema le disminuye la fuerza de frenado a dicha rueda hasta igualar su velocidad a la de las restantes. De esta forma se obtiene una acción de frenado uniforme y con la seguridad de que dicha fuerza de frenado es la máxima posible compatible con las condiciones y que hace que el automóvil se detenga en la distancia mas corta posible, manteniendo las cualidades de gobernabilidad del vehículo, compatible con una desaceleración segura. Otro aspecto de vital importancia que debe tenerse en cuenta: Las ruedas directrices mantienen su cualidad de dirigir el vehículo siempre y cuando se encuentren girando. Si están bloqueadas, la acción de dirección requerida por el conductor no se cumple; el coche sigue derecho. El sistema ABS evita precisamente este bloqueo de ruedas, manteniendo, aun en frenadas enérgicas y en cualquier condición de camino, la disponibilidad de dirigir al automóvil.
Sensores que participan Sensor de velocidad de giros de ruedas.
Los sensores de velocidad de rueda se distinguen debido a su modo de funcionar en sensores activos
y pasivos. La diferencia entre sensores activos y pasivos estriba en que los primeros necesitan alimentación para generar una señal mientras que los segundos por si solos inducen una señal.
Procesamiento de la señal El sensor inductivo que se encuentra rodeado por un devanado, está unido con los imanes permanentes, cuyo efecto magnético llega hasta el volante polar. El giro de la rueda impulsora y el cambio entre diente e intersticio entre dientes vinculado a éste, produce la modificación del flujo magnético entre el sensor inductivo y el devanado. Este campo magnético variable induce en el devanado una corriente alterna medible. La frecuencia y amplitudes de esta tensión alterna se encuentran en relación del número de revoluciones de las ruedas.
Tanto la frecuencia como la amplitud de la tensión alterna son proporcionales a la velocidad de giro de la rueda. Cuando la rueda está parada, la tensión inducida es igual a cero. La velocidad mínima mensurable depende de la forma de los dientes, del entre-hierro, de la pendiente de la subida de tensión y de la sensibilidad de entrada de la unidad de control; partiendo de este parámetro se puede conocer la velocidad mínima de conexión alcanzable para la aplicación del ABS.
ESP ¿En que consiste? El control de estabilidad es un elemento de seguridad activa del automóvil que frena una de las cuatro ruedas en situaciones de riesgo para evitar sobrevirajes y subvirajes. El sistema consta de una unidad de control electrónico, una unidad de control hidráulico, una bomba hidráulica controlada eléctricamente y un conjunto de sensores: •
sensor del volante; y otros sensores de dirección;
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sensor de velocidad para cada rueda;
•
un sensor de movimientos laterales del morro del vehículo respecto de un eje vertical;
•
y un sensor de aceleración lateral.
Estos sensores ofrecen información acerca del estado del desplazamiento del vehículo, de tal forma que al detectar un inicio de subviraje o sobreviraje se activan los frenos en una o más ruedas.
¿Como funciona? El ESP está activado permanentemente. Un microordenador evalúa las señales de los sensores del ESP y comprueba 25 veces por segundo si las maniobras del conductor al volante se corresponden con el movimiento real del vehículo. Si éste se mueve en una dirección diferente a la deseada, el ESP detecta esta situación crítica y reacciona de inmediato, independientemente del conductor. Utiliza el sistema de frenos para mantener estable la trayectoria del vehículo. Con este frenado selectivo el ESP genera la necesaria fuerza opuesta, de manera que el vehiculo obedece al conductor. El ESP no sólo inicia la intervención selectiva en los frenos, sino que también puede intervenir en el motor para reducir la potencia del mismo. De esta manera, siempre dentro de los límites de la física, el vehículo mantiene con seguridad la trayectoria deseada. En resumen, El control electrónico de la estabilidad (ESP) tiene por función mantener el vehículo en la trayectoria prescrita por el conductor mediante intervenciones apropiadas en los frenos. Para ello, una unidad de control compara el ángulo de giro ajustado al volante y la presión de frenado deseada con el movimiento de giro y la velocidad efectivos del vehículo, efectuando en caso necesario un frenado selectivo de las ruedas.
Sensores que participan Sensor del volante.
La existencia eléctrica del sensor varía en función del sentido de un campo magnético externo. La formación angular sobre un campo de cuatro vueltas completas del volante resulta de la medición de las posiciones angulares de dos ruedas dentadas que acciona una corona dentada fijada en el árbol de la dirección. Las dos ruedas dentadas diferencian por tener una de ellas un diente de más, lo que permite asignar a cada posición posible del volante un par de valores de ángulo unívocamente definido. Un algoritmo matemático (operación de calculo que se desarrolla según un esquema determinado), calificado como principio de vernier modificado permite a un microprocesador calcular el ángulo del volante, pudiéndose corregir incluso imprecisiones de medición de los dos sensores AMR. Sensor de ángulo de giro y aceleración transversal
Este sensor se encuentran situados en el centro del vehiculo, el sensor del ángulo de giro registra todos los movimientos giratorios del vehiculo alrededor de su eje vertical. En combinación con un sensor de aceleración transversal integrado se puede determinar el estado r eal de marcha del vehiculo y compararlo con la intención del conductor.
Accidentes y sus sensores Una vez ocurre un accidente, los coches mas actuales llevan incorporados unos sensores de colisión que detectan la colisión y son capaces de activar los airbag que llevan incorporados los vehículos.
El airbag La bolsa de aire (en inglés, airbag) es un sistema de seguridad pasiva instalado en la mayoría de los automóviles modernos. El sistema de la bolsa de aire se compone de: •
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Detectores de impacto situados normalmente en la parte anterior del vehículo, la parte que empezará a decelerarse antes en caso de colisión aunque cada vez se ponen más sensores, distribuidos por todo el vehículo de manera que no se produzcan errores en su activación. Dispositivos de inflado, que gracias a una reacción química producen en un espacio de tiempo muy reducido gran cantidad de gas (de un modo explosivo). Bolsas de nylon infladas normalmente con nitrógeno resultante de la reacción química.
Su función es la de, en caso de colisión, amortiguar con las bolsas inflables el impacto de los
ocupantes del vehículo contra el salpicadero en caso de los delanteros y ventanas laterales en los delanteros y traseros. Se estima que en caso de impacto frontal, su uso puede reducir el riesgo de muerte en un 30%.
Sensor que participa: Sensores de impacto Los sensores de impacto deben ser capaces de detectar una colisión y convertirla en los impulsos correspondientes en un lapso de tan sólo unos pocos milisegundos. Las fuerzas de aceleración que actúan sobre los sensores inmediatamente después de una colisión pueden llegar a alcanzar 100 g (100 veces la fuerza gravitatoria terrestre). Generalmente, el principio de medición aplicado por los sensores de impacto se basa en el efecto de inercia. Cuando un vehículo es detenido bruscamente a causa de un impacto, todos los cuerpos u objetos que no estén firmemente sujetos al vehículo continuarán moviéndose a la velocidad en el momento del impacto.
El diseño de los sensores les permite medir esta aceleración y transmitirla a la unidad de control como datos utilizables. Los sensores laterales de impacto funcionan de la siguiente manera, cuando el vehículo recibe un impacto desde el costado, el panel exterior de la puerta es empujado hacia dentro, creando un exceso de presión en el interior de la puerta. Si el cambio en la presión del aire excede un cierto límite, el sensor transmitirá la señal correspondiente a la unidad de control de los airbag.
