Sistema de control de sstabilidad: el juego de los equilibrios
En un artículo anterior explicábamos cómo fuciona y para qué sirve el sistema ABS; en esta ocasión, hablaremos del denominado control de estabilidad, cuyas siglas suelen ser ESP (de ElectronicStability Program), aunque dependiendo del fabricante puede recibir otras denominaciones, como VSC (Vehicle Stability Control) o similares.
El Sistema de Control de Estabilidad es uno de los dispositivos de seguridad activa más importantes del automóvil y ha evitado muchos accidentes.
Gracias al ESP es fácil trazar una curva aunque las circunstancias sean adversas.
En contra de lo que podamos pensar, la inmensa mayoría de los conductores carecemos de las aptitudes y conocimientos necesarios para dominar nuestro automóvil. Sabemos guiarlo y encender las luces, pero no tenemos la capacidad de poner las cosas bajo control cuando, por algún motivo, lo perdemos. En la mayoría de las ocasiones, somos nosotros mismos los que provocamos el “problema”, y lo peor de todo es que lo hacemos sin saberlo. ¿Cuántas veces hemos dicho o hemos oído “se me fue el coche”? Hablamos de una máquina y ésta no hace absolutamente nada que no le hayamos ordenado, ya sea voluntaria o involuntariamente.
Gracias a los avances en la electrónica se ha conseguido desarrollar y abaratar la producción desensores que pueden recibir y transmitir datos de forma muy rápida y unidades de control capaces de tomar decisiones instantaneas y, sobre todo, interactuar entre ellas. Este último punto es crucial, ya que para que el ESP pueda variar la trayectoria de nuestro coche, es necesario que trabajen al unísono varios sistemas: el motor, los frenos y el ABS, la dirección.…
Es importante hacer hincapié en que el control de estabilidad no puede obrar milagros, no proporciona más agarre al coche; básicamente, lo que hacen es enmendar los errores que el conductor comete o solucionar algunos imprevistos que no hayamos sido capaces de anticipar.
Sin el control de estabilidad, en una situación como ésta es fácil acabar fuera de la carretera.
En mi opinión, el nombre correcto para este inventazo debería ser “control electrónico de trayectoria”, ya que su principal tarea es que el vehículo trace la trayectoria que el conductor le marque con el volante. De este modo, si en una curva -debido a un excesivo optimismo con el acelerador o brusquedad al girar el volante, humedad en el asfalto, etc- el coche tiende a subvirar (es decir, a trazar un giro más abierto de lo que indicamos con el volante; como se suele decir: “se va de morro”), el ESP actuará para corregir esa tendencia y que el vehículo vaya hacia donde apuntamos con la dirección.
¿Cómo puede variar la trayectoria el ESP?
Para muchos puede sonar raro que se pueda hacer girar a izquierda o a derecha un coche sin tocar el volante, pero seguro que más de una vez hemos visto trabajando en una obra a una excavadora con orugas: no tienen volante y para girar, frenan la oruga de un lado o de otro o incluso la mueven en sentido contrario. Pues el ESP hace más o menos lo mismo: frena la rueda que más le convenga en cada situación para generar una fuerza opuesta a la que nos está “echando” de la curva y la compensa hasta que más o menos volvemos a la trayectoria ideal.
Con el ESP es fácil mantener la trayectoria, lo más importante es indicar con el volante donde queremos ir.
Con esto ya tenemos cuál es el punto débil del ESP, y es que necesita que las ruedas tengan adherencia para poder contrarrestar la inercia que nos está sacando de la trazada. Si la inercia es lo suficientemente elevada o la adherencia demasiado escasa, no podrá solucionar el desaguisado.
Imaginemos que vamos por una carretera y vemos una curva hacia la derecha, empezamos a trazarla y (aunque al leerlo pueda sonar raro, en el día a día sucede constantemente) estamos acelerando. Movemos el volante, pero el coche quiere seguir recto. Los sensores le dicen a la unidad de mando que el volante está girado 30º y circulamos a 80 km/h. Esto debería generar una aceleración lateral determinada, por ejemplo, 0,45 g, sin embargo, el sensor correspondiente dice que sólo es de 0,30. Esto significa que el coche no está girando todo lo que le indicamos con el volante (subvira). Lo primero que hará el ESP es soltar el acelerador aunque el conductor lo esté pisando, y frenará la rueda interior trasera para que el eje delantero “tire” hacia el interior de la curva.
Si, por el contrario, estamos en una situación de sobreviraje (el coche describe una curva más cerrada de lo que indicamos con el volante), el ESP frenará la rueda exterior delantera para equilibrar las fuerzas y mantener la trayectoria que indicamos.
¿Cómo debemos conducir un coche con ESP?
Al igual que en uno con ABS, el sistema ESP está siempre activo (salvo que lo desconectemos con la correspondiente tecla) y pasará desapercibido, excepto si tiene que actuar. Cuando el ESP entre en acción, notaremos una vibración y un ruido metálico, provocado por el sistema de frenos al frenar y liberar alternativamente el freno de las ruedas necesarias para mantener la trayectoria correcta del coche. También veremos la luz naranja en el cuadro. En este punto, es importante recordar que el ESP no tiene ojos. La única forma que tiene de saber hacia dónde queremos ir es mediante lo que le indicamos con el volante, por lo que es importantísimo que le demos esta información. En los cursos de conducción segura de PTC, he comprobado que cuando estamos en una situación complicada, el conductor se bloquea y no sabe hacia dónde está girando el volante, ni cuánto. Así, en casos de sobreviraje, cuando el ESP está tratando de corregir la trayectoria, muchos automovilistas realizan un exceso de contravolante que engaña al sistema y, a veces, empeora las cosas.
En caso de sobreviraje, sin ESP deberemos trabajar mucho con la dirección y el reparto de pesos.
Muchos probadores y conductores critican que el ESP es demasiado intrusivo, que no deja conducir a la persona y, sobre todo, que frena el coche. Es cierto; como hemos visto, el control de estabilidad modifica la trayectoria accionando los frenos, así que es lógico que el coche pierda velocidad. Esto, en una carrera, es contraproducente, pero el día a día no es un circuito, y perder 20 segundos por frenarnos en un paso por una curva mal trazada no es nada si hemos evitado salirnos de nuestro carril. Debemos ser autocríticos: si el ESP entra en acción es (en la mayoría de los casos)porque hemos hecho algo mal.
¿Por qué una tecla para desactivar el ESP, si es un sistema de seguridad?
Al principio, los ABS también eran desconectables. Eran buenos sistemas, pero no estaban lo bastante evolucionados como para ser perfectos en todas las circunstancias. Con el tiempo fueron mejorando y cada vez las excepciones a su uso fueron menores. Actualmente, este dispositivo no es desconectable en ningún automóvil comercializable, salvo en algunos 4×4. Con el ESP, pasa más o menos lo mismo. En los modelos deportivos, puede restar interés y eficacia para los conductores más expertos, por lo que se puede desactivar, aunque en muy pocos coches se anula completamente. En el resto de automóviles, el ESP es desconectable porque en determinados escenarios puede dejarnos bloqueados. Por ejemplo, si queremos salir de un aparcamiento en la nieve: como detecta que las ruedas patinan, corta el acelerador constantemente y no nos deja avanzar. Sin embargo, aunque desactivemos con el pulsador el ESP, éste suele permanecer latente. Para saber si es así o no, debemos hacer algo que la inmensa mayoría de conductores no hace, y es un tremendo error: leernos el manual de nuestro coche.
El automóvil no deja de evolucionar y, actualmente, muchos equipan sistemas de dirección asistida eléctricamente. Un motor eléctrico y una unidad de control nos ayudan a girar el volante… la asociación parece evidente. Ya tenemos la siguiente generación de controles de estabilidad en la cual, además de activar los frenos de la rueda correspondiente para contrarrestar las fuerzas de la inercia, el control de estabilidad corregirá la trayectoria actuando sobre el volante, como es el caso en en nuevo Hyundai i40.
Reparto electrónico de frenada
El reparto electrónico de frenada (llamado comercialmente EBV o EBD según los distintos fabricantes) es un sistema electrónico de reparto de frenada que determina cuánta fuerza aplicar a cada rueda para detener al vehículo en una distancia mínima y sin que se descontrole.
El sistema calcula si el reparto es adecuado a partir de los mismos sensores que el ABS. Ambos sistemas en conjunto actúan mejor que el ABS en solitario, ya que éste último regula la fuerza de frenado de cada rueda según si ésta se está bloqueando, mientras que el reparto electrónico reparte la fuerza de frenado entre los ejes, ayudando a que el freno de una rueda no se sobrecargue (esté continuamente bloqueando y desbloqueando) y el de otra quede infrautilizado.
El control de tracción es un sistema de seguridad automovilística lanzado al mercado por Bosch en 1986 y diseñado para prevenir la pérdida de adherencia de las ruedas y que éstas patinen cuando el conductor se excede en la aceleración del vehículo o el firme está muy deslizante (ej.:hielo). En general se trata de sistemas electrohidráulicos.
Funciona de tal manera que, mediante el uso de los mismos sensores y accionamientos que emplea el sistema ABS, antibloqueo de frenos, se controla si en la aceleración una de las ruedas del eje motor del automóvil patina, es decir, gira a mayor velocidad de la que debería, y, en tal caso, el sistema actúa con el fin de reducir el par de giro y así recuperar la adherencia entre neumático y firme, realizando una (o más de una a la vez) de las siguientes acciones:
- Retardar o suprimir la chispa a uno o más cilindros.
- Reducir la inyección de combustible a uno o más cilindros.
- Frenar la rueda que ha perdido adherencia.
Algunas situaciones comunes en las que puede llegar a actuar este sistema son las aceleraciones bruscas sobre firmes mojados y/o con grava, así como sobre caminos de tierra y en superficie helada.
Las siglas más comunes para denominar este sistema son ASR (o Anti-Slip Regulation) y TCS (Traction Control System).
Sensores de velocidad de rotación/velocidad lineal
Magnitudes de medición
Los sensores de velocidad de rotación y de velocidad lineal miden el ángulo descrito o el espacio recorrido por unidad de tiempo. En ambos casos de aplicación en el automóvil se trata generalmente de magnitudes de medición relativas que aparecen entre dos piezas o también en relación con la calzada u otro vehículo. En algunos casos, sin embargo, hay que medir también la velocidad de rotación absoluta en el espacio o alrededor de los ejes del vehículo (giro sobre si mismo y vuelco), parámetro designado a menudo "velocidad de convolución". Así, p. ejemplo., para la regulación de la dinámica de marcha (ESP) hay que detectar la velocidad de giro del vehículo alrededor de su eje vertical. En la figura inferior tenemos un sensor de rotación también conocido como sensor de revoluciones o r.p.m.
Los sensores de velocidad de rotación y de velocidad lineal miden el ángulo descrito o el espacio recorrido por unidad de tiempo. En ambos casos de aplicación en el automóvil se trata generalmente de magnitudes de medición relativas que aparecen entre dos piezas o también en relación con la calzada u otro vehículo. En algunos casos, sin embargo, hay que medir también la velocidad de rotación absoluta en el espacio o alrededor de los ejes del vehículo (giro sobre si mismo y vuelco), parámetro designado a menudo "velocidad de convolución". Así, p. ejemplo., para la regulación de la dinámica de marcha (ESP) hay que detectar la velocidad de giro del vehículo alrededor de su eje vertical. En la figura inferior tenemos un sensor de rotación también conocido como sensor de revoluciones o r.p.m.
Para la detección de la velocidad de rotación relativa se hace una distinción, según el número y el tamaño de las marcas periféricas exploradas de un rotor.
- Sensor incremental de paso estrecho, que permite detectar también hasta cierto grado la velocidad instantánea periférica y/o una subdivisión angular muy fina,
- Sensor segmentado, que distingue un pequeño número de segmentos periféricos (p.ej. el número de cilindros del motor) y
- Sensor de velocidad de rotación sencillo, que con la ayuda de una sola marca detecta únicamente la velocidad de rotación media por vuelta.
Son ejemplos de velocidad de rotación relativa::
- Velocidad de rotación del cigüeñal y del árbol de levas,
- Velocidad de giro de las ruedas (para ABS/ASR/ESP)
- Velocidad de rotación de la bomba de inyección diesel.
La medición se efectúa generalmente con la ayuda de un sistema detector incremental, compuesto de rueda dentada y sensor tacométrico.
Son además nuevas aplicaciones:
• medición de velocidades de rotación por medio de sensores tacométricos integrados en los cojinetes (cojinetes de rueda, módulo de retén de aceite en el cigüeñal),
• velocidad en relación con el suelo,
• velocidad de giro del vehículo alrededor de su eje longitudinal (alzable) y del eje de cabeceo (protección contra el vuelco).
• medición de velocidades de rotación por medio de sensores tacométricos integrados en los cojinetes (cojinetes de rueda, módulo de retén de aceite en el cigüeñal),
• velocidad en relación con el suelo,
• velocidad de giro del vehículo alrededor de su eje longitudinal (alzable) y del eje de cabeceo (protección contra el vuelco).
Principios de medición
Los sensores tacométricos convencionales se basan en efectos de medición grandes (p. ej. inducción). Por eso son en la mayoría de los casos eléctricamente "pasivos", es decir, no poseen generalmente ninguna electrónica integrada. Los sensores más recientes se basan en efectos de medición muy pequeños (p. ej. los basados en el efecto Hall) y requieren por tanto una electrónica integrada. Estos sensores se denominan "inteligentes" (llamados a menudo también sensores "activos"). Los detectores de velocidades de rotación absolutas (velocidad de convolución o de girar sobre si mismo, también el vuelco) requieren incluso una electrónica muy compleja directamente en el sensor, pues los efectos de medición aquí utilizados no sólo son muy pequeños, sino que necesitan también una compleja regeneración de las señales.
Los sensores tacométricos convencionales se basan en efectos de medición grandes (p. ej. inducción). Por eso son en la mayoría de los casos eléctricamente "pasivos", es decir, no poseen generalmente ninguna electrónica integrada. Los sensores más recientes se basan en efectos de medición muy pequeños (p. ej. los basados en el efecto Hall) y requieren por tanto una electrónica integrada. Estos sensores se denominan "inteligentes" (llamados a menudo también sensores "activos"). Los detectores de velocidades de rotación absolutas (velocidad de convolución o de girar sobre si mismo, también el vuelco) requieren incluso una electrónica muy compleja directamente en el sensor, pues los efectos de medición aquí utilizados no sólo son muy pequeños, sino que necesitan también una compleja regeneración de las señales.
Dentro de los sensores de rotación podemos encontrar los sensores "inductivos" y los "magnetostáticos (efecto Hall).
Sensores inductivos
Los sensores inductivos de bobina estaban ya disponibles para la medición de velocidades de rotación cuando no existía aún ninguna versión en absoluto o todavía no adecuada en tecnología magnetoestática (efecto Hall).
Los sensores inductivos de velocidad de rotación constan en principio de tres componentes magnéticos esenciales (figura superior):
Los sensores inductivos de bobina estaban ya disponibles para la medición de velocidades de rotación cuando no existía aún ninguna versión en absoluto o todavía no adecuada en tecnología magnetoestática (efecto Hall).
Los sensores inductivos de velocidad de rotación constan en principio de tres componentes magnéticos esenciales (figura superior):
- bobina fija,
- pieza de hierro dulce
- imán permanente.
Los sensores inductivos actuales están constituidos preferentemente por un imán de barra (figura arriba, pos. 1) con espiga polar de hierro dulce (3) que soporta la bobina de inducción (4) de dos conexiones. Cuando gira una corona dentada ferromagnética (5) u otro rotor de estructura similar por delante de este detector, se induce en la bobina una tensión proporcional (casi sinusoidal) a la variación del flujo magnético en función del tiempo.
Los sensores inductivos son siempre, por tanto, sensores dinámicos. En principio no son apropiados para detectar velocidades extremamente lentas (casi estáticas o estáticas), pues su señal de salida tiende entonces a ser cero.
Para que la unidad de control pueda efectuar una evaluación segura y fiable, la tensión generada por el sensor debería ser de 30 mV como mínimo. La desventaja de los sensores inductivos, sin embargo, reside en el hecho de que su tensión de salida puede tener a grandes velocidades valores muy altos, superiores en mucho a 100 V, que son difíciles de procesar por vía electrónica.
Si las altas puntas de tensión son recortadas con la ayuda de diodos Zener, se producen muy pronto considerables errores angulares a causa de la variación consecutiva de la impedancia de carga del sensor. Eso puede ser muy desfavorable por lo menos en el caso de los sensores angulares de cigüeñal y de árbol de levas, que participan en la regulación del avance del encendido. Para estas aplicaciones se requiere una tolerancia angular de aprox. 0,2°.
Las coronas dentadas montadas en los cigüeñales y las ruedas (ABS) están previstas para cubrir entrehierros de hasta 0,8 o 1,5 mm. La marca de referencia necesaria para el encendido se obtiene suprimiendo un diente o llenando un hueco entre dientes. Se identifica por la mayor distancia de los pasajes por cero y genera (como si hubiera un diente más grande) una tensión de señal mucho más alta.
Ventajas de los sensores inductivos
Los sensores inductivos son siempre, por tanto, sensores dinámicos. En principio no son apropiados para detectar velocidades extremamente lentas (casi estáticas o estáticas), pues su señal de salida tiende entonces a ser cero.
Para que la unidad de control pueda efectuar una evaluación segura y fiable, la tensión generada por el sensor debería ser de 30 mV como mínimo. La desventaja de los sensores inductivos, sin embargo, reside en el hecho de que su tensión de salida puede tener a grandes velocidades valores muy altos, superiores en mucho a 100 V, que son difíciles de procesar por vía electrónica.
Si las altas puntas de tensión son recortadas con la ayuda de diodos Zener, se producen muy pronto considerables errores angulares a causa de la variación consecutiva de la impedancia de carga del sensor. Eso puede ser muy desfavorable por lo menos en el caso de los sensores angulares de cigüeñal y de árbol de levas, que participan en la regulación del avance del encendido. Para estas aplicaciones se requiere una tolerancia angular de aprox. 0,2°.
Las coronas dentadas montadas en los cigüeñales y las ruedas (ABS) están previstas para cubrir entrehierros de hasta 0,8 o 1,5 mm. La marca de referencia necesaria para el encendido se obtiene suprimiendo un diente o llenando un hueco entre dientes. Se identifica por la mayor distancia de los pasajes por cero y genera (como si hubiera un diente más grande) una tensión de señal mucho más alta.
Ventajas de los sensores inductivos
- Bajos costes de fabricación,
- Alta estabilidad a perturbaciones: baja resistencia interna estática (más elevada en modo dinámico), ninguna electrónica local (pasividad eléctrica) que haya de ser protegido
- Ningún problema en caso de derivas de la tensión continua (principio de medición dinámico)
- Amplio margen de temperaturas (depende sobre todo de la masa de llenado).
Desventajas
- Límites de reducción del tamaño constructivo en caso de tecnología de bobinaje convencional
- Señal de salida dependiente de la velocidad de rotación, no sirve para movimientos casi estáticos
- Sensibilidad a variaciones del entrehierro.
Ejemplos de aplicación
- Sensor inductivo de la velocidad de rotación del motor (sensor de revoluciones del cigüeñal),
- Sensor inductivo de la velocidad de giro de rueda,
- Sensor inductivo de la velocidad de rotación del árbol de levas (encendido transistorizado de detector inductivo TZ-I),
- Sensor de movimiento de aguja (inyección diesel).
Sensores magnetostáticos
La detección casi estática de la velocidad de rotación se puede realizar con eficacia mediante sensores magnetostáticos. Su señal de salida independiente de la velocidad de rotación y únicamente dependiente del campo magnético facilita y simplifica, incluso en el caso de velocidades elevadas, el tratamiento electrónico de tensiones de señales de valores limitados. Ofrecen además una posibilidad de miniaturización del sensor y la ventaja de tener integrados la amplificación y el tratamiento de las señales en ellos mismos. Gracias a su pequeño tamaño de construcción se pueden realizar también fácilmente sistemas múltiples tales como p. ej. configuraciones diferenciales o sistemas de detección integrada del sentido de rotación. Una desventaja importante de tales sensores activos radica sin embargo en el hecho de que el margen de su temperatura de funcionamiento lo determina muy ampliamente la correspondiente electrónica de evaluación a base de componentes de silicio que, en general, no puede resistir temperaturas tan altas como los elementos sensores mismos. Desde hace algún tiempo se suministran a opción sensores activos equipados con una salida de corriente (bipolares), de modo que la económica conexión bifilar de los sensores inductivos de bobina no podrá ser considerada en el futuro ya como una ventaja específica.
La detección casi estática de la velocidad de rotación se puede realizar con eficacia mediante sensores magnetostáticos. Su señal de salida independiente de la velocidad de rotación y únicamente dependiente del campo magnético facilita y simplifica, incluso en el caso de velocidades elevadas, el tratamiento electrónico de tensiones de señales de valores limitados. Ofrecen además una posibilidad de miniaturización del sensor y la ventaja de tener integrados la amplificación y el tratamiento de las señales en ellos mismos. Gracias a su pequeño tamaño de construcción se pueden realizar también fácilmente sistemas múltiples tales como p. ej. configuraciones diferenciales o sistemas de detección integrada del sentido de rotación. Una desventaja importante de tales sensores activos radica sin embargo en el hecho de que el margen de su temperatura de funcionamiento lo determina muy ampliamente la correspondiente electrónica de evaluación a base de componentes de silicio que, en general, no puede resistir temperaturas tan altas como los elementos sensores mismos. Desde hace algún tiempo se suministran a opción sensores activos equipados con una salida de corriente (bipolares), de modo que la económica conexión bifilar de los sensores inductivos de bobina no podrá ser considerada en el futuro ya como una ventaja específica.
Barreras Hall
Un ejemplo de sensor manetostático es la "barrera Hall" (utilizado p. ejemplo como sensores generadores de impulsos en el distribuidor de encendido). Los correspondientes circuitos electrónicos de alimentación y de evaluación de las señales están integrados directamente en el mismo chip del sensor.
Este "C.I. Hall" (realizado en tecnología bipolar para temperaturas continuas <150°C y conexión directa a la red de a bordo) se encuentra en un circuito magnético prácticamente cerrado, consistente en un imán permanente y piezas polares (figura inferior). El entrehierro aún restante lo recorre un rotor de pantallas de magnetismo dulce (p. ej. accionado por el árbol de levas). Cuando una pantalla penetra en el entrehierro cortocircuita el flujo magnético (es decir, lo desvía del sensor); cuando la pantalla abandona el entrehierro, el hueco entre pantallas del rotor deja que el flujo atraviese sin obstáculo el sensor. El funcionamiento fiable del sensor está garantizado también si el rotor de pantallas penetra con profundidad irregular en la barrera o si la posición del entrehierro se desplaza en sentido radial, es decir, verticalmente al sentido de rotación.
Un ejemplo de sensor manetostático es la "barrera Hall" (utilizado p. ejemplo como sensores generadores de impulsos en el distribuidor de encendido). Los correspondientes circuitos electrónicos de alimentación y de evaluación de las señales están integrados directamente en el mismo chip del sensor.
Este "C.I. Hall" (realizado en tecnología bipolar para temperaturas continuas <150°C y conexión directa a la red de a bordo) se encuentra en un circuito magnético prácticamente cerrado, consistente en un imán permanente y piezas polares (figura inferior). El entrehierro aún restante lo recorre un rotor de pantallas de magnetismo dulce (p. ej. accionado por el árbol de levas). Cuando una pantalla penetra en el entrehierro cortocircuita el flujo magnético (es decir, lo desvía del sensor); cuando la pantalla abandona el entrehierro, el hueco entre pantallas del rotor deja que el flujo atraviese sin obstáculo el sensor. El funcionamiento fiable del sensor está garantizado también si el rotor de pantallas penetra con profundidad irregular en la barrera o si la posición del entrehierro se desplaza en sentido radial, es decir, verticalmente al sentido de rotación.
Las barreras Hall de este tipo sólo se pueden realizar para una resolución periférica limitada y se utilizan principalmente como sensores de segmentos. Si las hendiduras entre las pantallas son demasiado estrechas, el campo magnético no atraviesa ya el rotor y no puede alcanzarse ya el nivel de inducción necesario.
Sensores de gradiente
Otro sensor mangnetostático son los sensores (sondas) de gradiente, que pueden realizarse a elección sobre la base de sensores Hall o de sensores magnetorresistivos diferenciales, son mucho más a propósito que los sensores Hall sencillos para la exploración de rotores magnéticamente pasivos. Poseen un imán permanente cuya superficie polar orientada hacia la rueda dentada es homogeneizada por una delgada plaquita ferromagnética (figura inferior). Sobre ésta hay colocados dos elementos galvanomagnéticos (término genérico para designar sensores Hall y magnetorresistencias) espaciados a una distancia que corresponde a la mitad de la distancia entre dientes. De ese modo un elemento se encuentra exactamente frente a un hueco entre dientes cuando el otro está frente a un diente. El sensor mide la diferencia de campo magnético entre dos puntos muy próximos en el sentido periférico. La señal de salida corresponde aproximadamente a la derivación del campo magnético en función del ángulo periférico y, desde el punto de vista de la polaridad, es independiente por tanto del entrehierro. Las variaciones del entrehierro no producen impulsos parásitos, pues no cambian el signo de la señal de gradiente.
Para la evaluación de las señales las dos magnetorresistencias pueden estar sencillamente conectadas formando un divisor de tensión que es alimentado con una tensión constante y cuya señal de salida es detectada por la unidad de control generalmente sin carga. A temperatura ambiente y para entrehierros estándar esta señal se aproxima al voltio, pero también a temperaturas más altas es aún suficientemente grande para que se pueda transmitir a la unidad de control sin ser preamplificada.
Otro sensor mangnetostático son los sensores (sondas) de gradiente, que pueden realizarse a elección sobre la base de sensores Hall o de sensores magnetorresistivos diferenciales, son mucho más a propósito que los sensores Hall sencillos para la exploración de rotores magnéticamente pasivos. Poseen un imán permanente cuya superficie polar orientada hacia la rueda dentada es homogeneizada por una delgada plaquita ferromagnética (figura inferior). Sobre ésta hay colocados dos elementos galvanomagnéticos (término genérico para designar sensores Hall y magnetorresistencias) espaciados a una distancia que corresponde a la mitad de la distancia entre dientes. De ese modo un elemento se encuentra exactamente frente a un hueco entre dientes cuando el otro está frente a un diente. El sensor mide la diferencia de campo magnético entre dos puntos muy próximos en el sentido periférico. La señal de salida corresponde aproximadamente a la derivación del campo magnético en función del ángulo periférico y, desde el punto de vista de la polaridad, es independiente por tanto del entrehierro. Las variaciones del entrehierro no producen impulsos parásitos, pues no cambian el signo de la señal de gradiente.
Para la evaluación de las señales las dos magnetorresistencias pueden estar sencillamente conectadas formando un divisor de tensión que es alimentado con una tensión constante y cuya señal de salida es detectada por la unidad de control generalmente sin carga. A temperatura ambiente y para entrehierros estándar esta señal se aproxima al voltio, pero también a temperaturas más altas es aún suficientemente grande para que se pueda transmitir a la unidad de control sin ser preamplificada.
Ejemplos de aplicación de sensores magnetostáticos
• Sensor Hall (encendido transistorizado TZ-H),
• sensor de fase Hall (árbol de levas),
• sensor Hall de cajas de cambios (RS50, RS51),
• sensor activo Hall de velocidad de rotación,
• sensor activo AMR de velocidad de rotación,
• sensor magnetorresistivo (para bomba rotativa de inyección diesel de émbolos radiales).
• Sensor Hall (encendido transistorizado TZ-H),
• sensor de fase Hall (árbol de levas),
• sensor Hall de cajas de cambios (RS50, RS51),
• sensor activo Hall de velocidad de rotación,
• sensor activo AMR de velocidad de rotación,
• sensor magnetorresistivo (para bomba rotativa de inyección diesel de émbolos radiales).
Medición absoluta de velocidades de convolución
Funcionamiento
Para medir la velocidades de convolucion (derrapes o vuelcos del vehículo) se utiliza el giroscopio. Los giroscopios mecánicos aprovechan las fuerzas de inercia para medir con mucha precisión movimientos angulares en el espacio, independientemente de sistemas de referencia. A pesar de su gran aptitud para la medición, ni los girómetros de giroscopio ni los sensores ópticos basados en el efecto de Sagnac (girómetros de láser o de fibra optica) entran en consideración para sistemas del automóvil, a causa de aspectos económicos muy rigurosos.
Para medir la velocidades de convolucion (derrapes o vuelcos del vehículo) se utiliza el giroscopio. Los giroscopios mecánicos aprovechan las fuerzas de inercia para medir con mucha precisión movimientos angulares en el espacio, independientemente de sistemas de referencia. A pesar de su gran aptitud para la medición, ni los girómetros de giroscopio ni los sensores ópticos basados en el efecto de Sagnac (girómetros de láser o de fibra optica) entran en consideración para sistemas del automóvil, a causa de aspectos económicos muy rigurosos.
Por el contrario, las exigencias de precisión no tan severas de nuevos sistemas del automóvil se rueden satisfacer mediante girómetros realizados en mecánica de precisión o micromecánica, que en vez de un movimiento de rotación aprovechan únicamente un movimiento vibratorio elástico equivalente para la generación de un efecto de medición. Estos sensores llamados girómetros de vibración o sensores de convolución por diapasón eran utilizados hasta ahora predominantemente para regulaciones de estabilización. Responden también en grado suficiente a todas las otras exigencias específicas del automóvil, tales como exención de mantenimiento, vida útil, constante de la duración de funcionamiento, etc., incluso respecto a los costes de fabricación que cabe esperar. Los girómetros de vibración miden el ángulo de aro absoluto sobre el eje vertical del vehículo (eje de guiñada) p. ej. en sistemas para la regulación de la dinámica de marcha (ESP, estabilización de fenómenos de derrape) y para la navegación de corta duración (p. ej. en la zona de un cruce de carreteras). Sistemas avanzados para la activación de sistemas de protección contra el vuelco necesitan las velocidades de convolución alrededor de los ejes alzable y de cabeceo del vehículo. El principio de estos sensores se asemeja al de los giroscopios mecánicos. Aprovechan para la medición las aceleraciones de Coriolis que se presentan cuando se producen movimientos de rotación acompañados de un movimiento vibratorio.
Ejemplos de aplicación.
- Sensores piezoeléctricos de velocidad de convolución
- Sensores micromecánicos de velocidad de convolución MM1 y MM2