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M ANUALES TÉCNICOS

Sistemas Electrónicos en el Automóvil

Actualmente la mayoría de los vehículos, o prácticamente todos, contienen diver-  sos sistemas de control electrónico que  facilitan la prevención de fallas graves, optimizan el rendimiento del motor, mini-  mizan la emisión de gases contaminantes y brindan mayor confort a los ocupantes. Entre los  sistemas electrónicos más comunes podemos mencionar:  Sistema antibloqueo de ruedas en el momento de frenado del vehículo. (ABS) Antilock Brake  System. Control electrónico de velocidad. (Control de Velocidad de Crucero). Electronic Speed  Control. Control electrónico de motor. Electronic Engine Control. Control de climatización. Climate Control. Sistemas de dirección y suspensión. Steering and Suspensión System. Sistema de bolsas de seguridad de inflado automático suplementarias. Supplemental Air Bag  System. Instrumentación electrónica. Electronic Instrumentation. Etc. En este manual comenzamos a describir los diferentes sistemas electrónicos del automóvil, tema que  será tratado en varias ediciones. En Base a Material de Jorge Alberto Garbero  [email protected] 

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Manuales Técnicos INTRODUCCIÓN Cada uno de los sistemas electrónicos de un automotor tiene un punto en común, son todos sistemas controlados electrónicamente. Estos sistemas, figura 1, contienen componentes eléctricos que proveen constantemente información a varias unidades procesadoras de señal. Estas unidades procesadoras interpretan la información recibida y realizan ajustes a medida que es necesario, de modo de mantener las condiciones óptimas de operación del sistema. Este sistema previene, durante un frenado de emergencia, el bloqueo de alguna o de todas las ruedas del vehículo en forma automática. Esto es logrado por medio de la modulación hidráulica de la presión en el circuito de frenos. Un sistema típico de ABS incluye un módulo de control (electronic controller), sensores de velocidad de giro de ruedas

(wheel speed sensors), una unidad de control hidráulico (HCU) y el cableado correspondiente al conexionado del conjunto. La inteligencia del sistema antibloqueo está contenida en el módulo de control electrónico. El módulo de control monitorea la operación del sistema en todo momento. El módulo de control procesa la información proveniente de los sensores de velocidad colocados en cada rueda. Cuando se aplican los frenos, si el módulo de control electrónico observa que alguna (algunas) rueda está en la condición de bloqueo, enviará las órdenes correspondientes al HCU (Unidad de Control Hidráulico) de modo que la presión de frenado sea aliviada en esa (esas) rueda.

Figura 1 Manuales Técnicos

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CONTROL ELECTRÓNICO DE VELOCIDAD El sistema de control electrónico

de velocidad es utilizado para mantener una velocidad de marcha constante del vehículo, velocidad que previamente ha sido seleccionada por el conductor. El sistema está conformado por un conjunto de servo control, sensor de velocidad del vehículo, módulo de control electrónico, componentes eléctricos y de vacío. En determinadas aplicaciones, el sistema de control de velocidad está integrado en el PCM (Control Electrónico de Motor) y en otras aplicaciones este control está contenido como módulo aparte. Cuando el conductor activa el sistema de control de velocidad, el módulo de control electrónico monitorea la frecuencia de la señal proveniente del sensor de velocidad, esta información es almacenada como dato. Cuando la frecuencia de la señal cambia, el módulo de control activa el conjunto de servo control de modo de mantener constante la velocidad de marcha.

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Sistemas Electrónicos en el Automóvil SISTEMA CONTROL ELECTRÓNICO DE MOTOR En el Módulo de Control Electrónico de Motor (Electronic Engine Control -EEC) se encuentra contenido el centro inteligente del sistema de operación del motor. Este sistema está conformado por un Conjunto Electrónico de Control (Electronic Control Assembly ECA), distintos sensores que envían señales eléctricas conteniendo información hacia las entradas del ECA, señales eléctricas de salida del ECA que constituyen los mandos que éste envía hacia los distintos actuadores que maneja y conductores que conectan las entradas, salidas y la alimentación eléctrica del ECA. El ECA es un Microcomputador. El constantemente evalúa o procesa las señales de entrada provenientes del sistema de operación del motor y determina la mejor secuencia de operación para sus órdenes de salida. El ECA constantemente monitorea las condiciones de operación del motor a través de las informaciones recibidas desde varios sensores localizados en el motor y en el compartimento de motor. Entre otros y solamente citando algunos estos son, el Sensor de Temperatura del Refrigerante del Motor (Engine Coolant Temperature Sensor - ECT), Sensor de Presión Absoluta (Manifold Absolute Pressure Sensor - MAP), Sensor de Temperatura del Aire Admitido (Air Charge Temperature - ACT), Sensor de Velocidad del Vehículo (Vehicle Speed Sensor - VSS), Sensor de Detonación (Knock Sensor -KS) y la Sonda de Oxígeno (Exhaust Gas Oxygen Sensor - EGO). El ECA maneja cosas tales como la Mezcla de Aire/Combustible, Tiempos de Avance del Encendido y la Velocidad de Rotación del Motor en ralenti, nombrando algunas de las tantas funciones que realiza. Incluidas en estas está el manejo de los Inyectores de Combustible, el

Módulo de Encendido, la Válvula de Recirculación de Gases de Escape (EGR) y la Válvula Bypass de Aire Controladora de RPM en Ralenti (ISC - BPA solenoid). Todos estos componentes traba jan en conjunto para lograr el mejor rendimiento del motor y mantener una baja emisión de gases contaminantes. TRANSMISIÓN CONTROLADA ELECTRÓNICAMENTE En los sistemas de transmisión controlados electrónicamente, el flujo del fluido a través del cuerpo de la válvula ya no es controlado totalmente por válvulas mecánicas y resortes. En lugar de ello, el flujo del fluido y su dirección son controlados por solenoides localizados sobre el cuerpo de la válvula o dentro de él. Estos solenoides proporcionan un control muy preciso de los cambios de marcha. Los solenoides son controlados por un módulo electrónico que monitorea la velocidad del vehículo, la carga de motor y el ángulo de apertura de la mariposa. En base a estas informaciones determina la relación de marcha apropiada para lograr la mejor condición de manejo. SISTEMA ELECTRÓNICO PARA CONTROL DE CLIMATIZACIÓN Este sistema utiliza los siguientes componentes periféricos: Sensor de Temperatura Bajo Sol, Sensor de Temperatura Interior, Sensor de Temperatura Ambiente y Sensor de Temperatura de Motor. El control electrónico mantendrá el interior del vehículo a la temperatura seleccionada por el conductor y regulará el flujo de aire a través de los paneles del tablero, conductos de piso y las boquillas de los desempañadores del parabrisas y ventanillas. Cuando el sistema es situado en el modo

AUTOMATICO (AUTO) y la temperatura deseada es seleccionada y prefijada, el control de climatización proporcionará aire caliente o frío automáticamente, de acuerdo a las condiciones de temperatura del habitáculo con respecto a la temperatura seleccionada. DIRECCIÓN DE POTENCIA DE ASISTENCIA VARIABLE Y SUSPENSIÓN ACTIVA Algunos modelos de vehículos actuales están equipados con un Sistema de Dirección de Potencia de Asistencia Variable, sensible a la velocidad, en la figura 2 puede ver una distribución de algunos elementos electrónicos y en la figura 3 los componentes de la dirección asistida. El sistema tiene un sensor de velocidad de las ruedas delanteras (sobre las que acciona la dirección), un sensor de velocidad de vehículo, un módulo de control electrónico y una válvula actuadora. El sistema de dirección variable monitorea al sensor de velocidad del vehículo (sensor montado en la transmisión) y al sensor de velocidad de ruedas delanteras (localizado en el eje de dirección) para por un lado, determinar la velocidad del vehículo y por otro lado conocer la relación de velocidad entre ambas ruedas y así  determinar el ángulo que adoptan. Basándose en la información proveniente de estos sensores, el sistema ajusta el flujo del fluido hidráulico hacia la caja de dirección de potencia por medio de la válvula actuadora localizada en la caja de dirección o en la bomba. A velocidades elevadas, una pequeña asistencia hidráulica es necesaria. Por el contrario, durante el manejo a bajas velocidades o cuando se realizan maniobras de estacionamiento, mayor asistencia hidráulica es necesaria. El Sistema de Suspensión Activa utiliza un Módulo de Control Electrónico, Sensores de Variación de Altura del Saber Electrónica

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Figura 2 

Vehículo y Amortiguadores de Dureza Variable para controlar la amortiguación de la suspensión. El módulo de control monitorea la información enviada por los sensores del vehículo. Cuando la condición cambia, el módulo de control electrónico activa los solenoides de paso de aire comprimido, de modo de ajustar la altura del vehículo para pasajeros y/o equipaje o para vehículo cargado (pasajeros, equipaje, etc.).

inflado, tanto para el conductor solamente o para el conductor y acompañante (asiento/s delantero/s). 2 Este sub sistema eléctrico incluye los sensores de impacto y monitoreo de diagnóstico. El circuito electrónico de monitoreo chequea continuamente la condición del sis-

SISTEMA DE BOLSAS DE SEGURIDAD DE INFLADO AUTOMÁTICO SUPLEMENTARIAS (AIR BAG ) Este sistema electrónico puede dar aviso de mal funcionamiento y generar códigos de autodiagnóstico (DTCs). Utiliza sensores de impacto y de seguridad o prevención, tal como se puede observar en la figura 4. El sistema está dividido en dos sub sistemas: 1 Este sub sistema posee bolsa de seguridad de inflado automático y su correspondiente componente de

Figura 3 

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tema. El controla a los sensores de impacto y su conexionado, al indicador montado en el panel de instrumentos, la alimentación eléctrica del sistema y a las bolsas en sí mismas. Los sensores de impacto y los sensores de seguridad están monta-

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Figura 4 

dos distribuidos en el frente del vehículo. El propósito de ambos es que

de acuerdo a la información recibida el sistema pueda diferenciar si el

vehículo ha sufrido un impacto moderado que no requiera el desplegado de las bolsas de seguridad, o si el impacto ha sido lo suficientemente intenso como para que éstas deban ser activadas. El sistema está diseñado de modo que se cierre el circuito de masa, cuando el vehículo sufra una fuerza de impacto igual a la generada por un vehículo que desplazándose a 40 km/h impacte contra otro vehículo u obstáculo que se encuentre detenido. El sistema no activará el inflado de las bolsas de aire si solamente recibe confirmación de impacto de alguno de los dos sensores de seguridad. Los contactos del sensor de seguridad se cerrarán solamente cuando exista una desaceleración del vehículo

Figura 5  Saber Electrónica

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Manuales Técnicos suficientemente rápida como para hacer necesario el despliegue de las bolsas de aire. Cuando los contactos de un sensor de seguridad se cierran, el circuito de alimentación desde la batería al sistema, quedará cerrado. Las bolsas de seguridad de inflado automático solamente se desplegarán cuando al menos un sensor de impacto y uno de seguridad se cierren al mismo tiempo. En la figura 5 se puede observar la ubicación de las bolsas de aire en algunos vehículos y cómo se activa el sistema de airbag en un auto Ford.

es denominada “RELACION ESTEQUIOMETRICA IDEAL”. Ambiente: La condición predominante (usualmente la temperatura) en el ámbito que rodea a un objeto. Sensor de ambiente: Un sensor utilizado para proporcionar la lectura de la temperatura ambiente.

ellas y al programa que le fue grabado en su memoria ROM y así produce órdenes de salida de estas decisiones. Los microcomputadores son generalmente pequeños y a veces son denominados microprocesadores o procesadores.

Modulación: Amplificación utilizada para incorporar la información contenida en una señal de baja frecuencia (tal como la palabra o músiTemperatura ambiente: Tem- ca) en una onda de alta frecuencia peratura del aire que rodea a un producida por un oscilador. objeto. Temperatura a la cual el motor de un vehículo comienza a Sensor de temperatura: Uno de funcionar luego de estar inactivo por los componentes de sensado más varias horas. comúnmente utilizado en aplicaciones en el automotor es el Sensor de INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA Amortiguación: Término nor- Temperatura, figura 6. Circuitos de La mayoría de los sistemas de malmente utilizado para definir la sensores de temperatura son utilizacontrol electrónico que se han visto respuesta y/o rango de rebote de un dos en distintos sistemas electrónianteriormente son sistemas que rea- sistema de suspensión o de un cos para controlar la temperatura de lizan sus funciones sin dar indicacio- amortiguador. varios componentes, fluidos e inclunes visibles de sus resultados. En so la del aire. Monitor de diagnóstico: Un cirlos vehículos actuales, en el Panel de Instrumentos, pueden verse cla- cuito electrónico que continuamente El Control Electrónico de Motor, ramente los efectos de un sistema controla el estado de un sistema Control Electrónico de la electrónico. El Panel de electrónico. Transmisión y la Instrumentación Instrumentos Electrónico consiste Electrónica, son ejemplos de sisteen un módulo basado en un compuEmisiones: Un término genérico mas que contienen circuitos con tador que procesa la información utilizado para definir los gases emiti- sensores de temperatura. El circuito proveniente de sensores y que con- dos por el conducto de escape de un electrónico empleado para sensar la trola la información presentada en vehículo. temperatura, es básicamente el los displays. En estos displays de mismo para cualquiera de los tres presentación de información para el Frecuencia: Se refiere al núme- sistemas citados. conductor pueden estar incluidos el ro de veces que se repite en un El circuito está compuesto por un Velocímetro, el Odómetro, el Nivel y segundo el mismo ciclo de variación Módulo de Control Electrónico, un Presión de Aceite, la Temperatura de nivel (corriente o tensión) de una Sensor de Temperatura, conductode Motor, el Nivel de Combustible, la señal eléctrica. res y conectores. El Módulo de Condición de la Batería e incluir tamControl Electrónico contiene un Hidráulico: Un componente que Regulador de Tensión (+ 5 Volt), un bién un Centro de Mensajes. opera por presión de un fluido. Resistor Limitador de Corriente (R1), y un Circuito electrónico de DESCRIPCIÓN DE LA Centro de mensaje: Un display Procesamiento de la Información, que proporciona al conductor impor- circuito éste que convierte la inforTERMINOLOGÍA UTILIZADA tante información de como está ope- mación analógica que recibe en una Mezcla aire/combustible: La rando el vehículo, display que no se información digital. relación de las cantidades de aire y encuentra incluido en paneles de El Regulador de Tensión alimencombustible que son mezclados instrumentos normales. ta al circuito con un nivel de tensión antes de ser quemados en la cámaconstante. El Módulo de Control ra de combustión. La relación ideal Microcomputador: Un compo- Electrónico interpreta cualquier es de 14,7 gramos de aire por cada nente que toma información, la pro- variación de tensión que se produzgramo de combustible, esta relación cesa, toma decisiones en base a ca en el Punto M como un cambio Manuales Técnicos

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Figura 6 

en la resistencia del sensor, cambio que debería producirse por un cambio en la temperatura. Debido a esta condición de medición del sistema es que el nivel de tensión con que se alimenta al circuito debe ser preciso y constante (regulado). El Resistor Limitador de Corriente es un Resistor Fijo que protege al circuito evitando una sobrecarga por intensidad de corriente. Este resistor limita a un máximo la intensidad de corriente demandada al regulador si por algún accidente se produce un cortocircuito a masa en el conexionado que une el módulo de control y el sensor de temperatura. El Circuito Procesador de la Información, ubicado en el Módulo de Control, mide el nivel de tensión presente en cada momento en el Punto M. Este nivel de tensión depende de la resistencia que tenga en cada instante el Sensor de Temperatura y ese valor resistivo depende del nivel de temperatura a que está expuesto dicho sensor. El Sensor de Temperatura es un Resistor Variable en Función de la Temperatura del medio al que está

Figura 7 

expuesto y que está sensando. En este tipo de sensor, su valor resistivo “aumenta” a medida que la temperatura del medio que está censando “decrece” y por el contrario, su valor resistivo “decrece” a medida que la temperatura del medio “aumenta”. Estos sensores, en los que su resistencia varía en función de la temperatura a que están expuestos, son denominados “Thermistores”. En este caso en particular, se está haciendo referencia a un thermistor del “Tipo NTC” (Coeficiente de Temperatura Negativo). Existen thermistores del “Tipo PTC” (Coeficiente de Temperatura Positivo). Estos tipos de thermistores trabajan exactamente al revés que los descriptos anteriormente, cuando la temperatura “aumenta”, su valor resistivo “aumenta”. Cuando la temperatura “decrece” su valor resistivo “decrece”. El circuito del sensor de temperatura está conformado como un “Circuito Divisor de Tensión” (figura 6). En este circuito la “resistencia limitadora de corriente” (R1) se encuentra dispuesta en serie con un “resistor variable” (R2). Con esta

configuración de circuito, se genera una caída de tensión a través de los extremos del thermistor que es directamente proporcional al valor de resistencia que adopte en cada instante el sensor (valor producto de la temperatura que está soportando). La fórmula utilizada para determinar el nivel de tensión en el “punto M” (caída de tensión a través del sensor) se muestra en la figura 7. Por ejemplo si: Vr = 5volt; R1=1,5k Ω ; R2=1,5kΩ Si aplicamos estos valores en la fórmula dada: 1,5kΩ VM = –––––– = x 5Volt = 2,5Volt 3kΩ Si la temperatura desciende el valor resistivo del sensor (R2) se incrementará, supongamos que su valor alcanza los 3k Ω. Ahora en el punto M el nivel de tensión será: 3kΩ VM= ––––– x 5Volt = 3,33Volt 4,5kΩ Si el nivel de temperatura aumenta, el valor resistivo de R2 disminuirá, supongamos que alcanza un valor de 270 Ω. Ahora en el punto M el nivel de tensión será: 0,27kΩ VM = ––––––– x 5Volt = 0,76Volt 1,77kΩ Durante la operación normal del sistema, cuando la temperatura a ser censada comienza a aumentar, la resistencia del sensor comienza a decrecer y por lo tanto el nivel de tensión en el punto M también decrecerá. Por el contrario, si la temperatura decrece, la resistencia del sensor aumentará y por lo tanto el nivel de tensión en el punto M aumentará también. El módulo de control utiliza los niveles de tensión presentes en el punto M como una entrada de información para deterSaber Electrónica

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Manuales Técnicos minar qué tipo de cambios Figura 8  se están sucediendo en el sistema. Este circuito produce una señal de tensión análoga que puede variar aproximadamente en un rango comprendido entre algo más que 0 Volt y algo menos que 5 Volt. Durante condiciones anormales del circuito, tales como circuito abierto o cortocircuito, éste no puede proveer una medición representativa de la temperatura para la cual está diseñado sensar. Asimismo, cualquier valor de resistencia del sensor que exceda los parámetros del diseño mento. El circuito eléctrico de un afectará el nivel de la tensión pre- Sensor de Posición es muy similar al sente en el punto M, dando así al de un sensor de temperatura. El cirmódulo de control una información cuito eléctrico está conformado incorrecta de la temperatura real (figura 8) por un Módulo de Control, un Sensor de Posición (potenciómecensada. La apertura del circuito entre el tro - R2 ), conductores eléctricos y módulo de control y el sensor de conectores. El Módulo de Control temperatura, o el sensor de tempe- contiene un Regulador de Tensión, ratura y masa, dará como resultado una Resistencia Limitadora de una lectura de 5 Volt en el punto M. Corriente y un Circuito Procesador Un corto circuito a masa en el cir- de Información. Aunque el Sensor cuito entre el módulo de control y el de Posición es una resistencia variasensor de temperatura resultará en ble, su operación es diferente a la de una lectura cercana a 0 Volt en el un Sensor de Temperatura. En este punto M. Un nivel de tensión en el último la resistencia del sensor, punto M más elevado que el máximo como ya se explicó, varía con la que el circuito puede producir (este temperatura, en el Sensor de máximo se daría con temperaturas Posición la resistencia es variada inferiores a 0º C), puede suceder si mecánicamente. El sensor de posise generan resistencias de contacto ción (potenciómetro) consiste en un elevadas entre el módulo de control resistor fijo (comprendido entre los y el sensor de temperatura o entre Puntos A y B) sobre el que se desliza un patín (cursor) estableciendo éste y masa. contacto sobre él (figura 9). El patín o cursor es mecánicamente solidario con el componente CIRCUITO SENSOR DE POSICIÓN que debe ser monitoreado, por POR M EDIO DE UN POTENCIÓMETRO ejemplo el ángulo de apertura de la Muchos sistemas controlados mariposa de la garganta de admielectrónicamente requieren de un sión movida por el pedal y cable del componente que pueda monitorear acelerador; la posición del pedal del el desplazamiento y recorrido de un acelerador en sistemas con aceleraelemento mecánico, de modo que el dor electrónico; apertura de la válvucircuito de control pueda estar infor- la EGR, etc. Cuando la posición del compomado permanentemente de la posinente mecánico cambia, la resistención en que se encuentra dicho eleManuales Técnicos

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Figura 9 

cia del sensor de posición cambia. El módulo de control, determina en cada instante la posición adoptada por el componente mecánico sensado, leyendo por medio de su circuito procesador de información el nivel de tensión presente en el Punto M (figura 8). El circuito de este sensor está también conformado como un divisor de tensión, pero a diferencia del sensor de temperatura, el circuito procesador de información monitorea el nivel de la tensión de información entregada por el sensor a través de una línea de retorno. Conexión entre el Punto M y el Circuito Procesador de Información. A pesar que los circuitos del sensor de temperatura y del sensor de posición están ambos diseñados como circuitos divisores de tensión, la resistencia total del sensor de

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Sistemas Electrónicos en el Automóvil RT = 5100Ω

Figura 10 

2,5kΩ VM = –––––– x 5Volt = 2,45Volt 5,1kΩ

posición no varía (mientras en el sensor de temperatura sí), por lo tanto el método de cálculo para determinar el nivel de tensión de información difiere ligeramente del estudiado anteriormente. La fórmula utilizada para determinar el nivel de tensión en el Punto M es ahora la mostrada en la figura 10.

Por ejemplo si nos remitimos a la Figura 8: Vr= 5Volt; R1=100 Ω; RMB = 2,5kΩ (por estar el cursor al 50% del recorrido entre A y B) ;

Supongamos ahora que el cursor debido al movimiento del eje del componente se mueve hacia el Punto A hasta alcanzar el 85% del recorrido total, el valor de la resistencia entre los Puntos M y B será ahora de (figura 11): RMB = 4250Ω

Los demás parámetros no varían debido a que son constantes. El nivel de la tensión de información RT = R1+R2 = 100 Ω + 5000Ω = leída en el Punto M será ahora: Luego:

RMB 4,25kΩ VM = ––––– x Vr = –––––––x 5Volt = RT 5,1KΩ

VM = 4,16Volt

Figura 11

Consideremos que ahora el eje del componente sensado gira en el sentido opuesto al anterior. Ahora el cursor se deslizará hacia el Punto B y asumimos que alcance un valor igual al 10% del recorrido total, el valor de la resistencia entre los puntos M y B será ahora de (figura 12): RMB = 500 Ω Los demás parámetros como ya se vio anteriormente no varían. El nivel de tensión de información será en este caso: RMB 0,5kΩ VM = ––––– x Vr =––––––x 5Volt = RT 5,1KΩ

Figura 12 

VM = 0,49Volt Saber Electrónica

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Manuales Técnicos Durante la operación normal del sistema, cuando la posición del componente comienza a ser sensada en su movimiento hacia un extremo de su recorrido, la resistencia del sensor de posición aumentará o disminuirá, dependiendo de cómo se haya diseñado el circuito. El módulo de control electrónico utiliza el nivel de tensión monitoreada para determinar que tipos de cambios están ocurriendo en el sistema. Si la resistencia del sensor de posición aumenta, el nivel de tensión monitoreado aumentará. Si la resistencia del sensor de posición disminuye, el nivel de tensión monitoreado disminuirá. El circuito del sensor de posición, produce una señal de información que consiste en una tensión analógica (nivel de tensión monitoreado por el módulo), normalmente el rango de variación de dicha tensión se encuentra aproximadamente entre 0,5 Volt y 4,5 Volt. Esta condición se cumple siempre que la resistencia del sensor sea la que corresponda al diseño del circuito, cualquier valor de resistencia que se encuentre fuera de los límites del diseño, podrá dar informaciones erróneas de la real posición en la que se encuentra el sensor:

Figura 13 

ta con la tensión de referencia al  sensor o en la que conecta la salida  de información con el módulo, dará  como resultado un nivel de tensión  de información de 0 Volt. * Si la línea que conecta el retor-  no del sensor con la masa del módu-  lo es cortocircuitada a masa, el nivel  de la señal de entrada no se verá  afectado. * Una resistencia mayor que lo  normal insertada en cualquiera de  las conexiones del sensor con el  módulo (por ejemplo resistencia de  contacto en los conectores), produ-  cirá un nivel de información erróneo. Si dicha resistencia está insertada  en la línea por la que el sensor reci-  be la tensión de referencia, el nivel  de tensión de información será  * Si se produce una apertura del  menor al real de acuerdo a la posi-  circuito entre el módulo de control y  ción que el componente tiene en ese  el Punto A del sensor de posición o  momento. Si dicha resistencia se  entre el Punto M del sensor y el  encuentra presente en la línea de  módulo de control, dará como resul-  conexión del sensor con el módulo, tado una lectura de 0 Volt en la línea  el nivel de la tensión de información  de información. El mismo nivel de  información se producirá si se abre  Figura 14  el sensor propiamente dicho, en el  extremo donde recibe la tensión de  referencia, o si se abre el cursor. * Si la apertura del circuito se  produce en el sensor propiamente  dicho en su extremo que va conec-  tado a masa, o en la línea que  conecta este extremo con masa, en  la línea de información se tendrá  presente un nivel de tensión de  información de 5 Volt. Un corto cir-  cuito a masa en la línea que alimen-  Manuales Técnicos

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será mayor al real, de acuerdo a la  posición que el componente tiene en  ese momento.

INTERRUPTORES UTILIZADOS COMO SENSORES DE POSICIÓN En ciertas aplicaciones solamente es necesario conocer dos posiciones definidas que puede adoptar un componente, por ejemplo si un pedal de freno está presionado o liberado. En estos casos la utilización de un interruptor es suficiente para cumplir la función de sensor (figura 13). Casi todos los sistemas controlados electrónicamente contienen como mínimo un interruptor actuando como sensor. El tipo de señal (información) que provee un sensor de posición conformado por un interruptor es “digital”, los niveles que puede adoptar esta señal son solamente dos tensiones bien definidas, “On/OFF”; “HI/LOW”; o en defi-

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Sistemas Electrónicos en el Automóvil sión constante de 0 Volt en el Punto  M.

Figura 15 

Es evidente que cualquiera de estas dos situaciones darán una falsa información al módulo electrónico de control.

nitiva “5 Volt y 0 Volt”. En los circuitos que utilizan un interruptor como sensor de posición, el interruptor puede estar “referido a masa (negativo) o referido a la tensión de referencia (positivo)”. Sensor de posición con el interruptor referido a masa (negativo) El circuito eléctrico de un sensor de posición por medio de interruptor (figura 14), es similar al circuito de un sensor de temperatura. Obviamente, la mayor diferencia radica que en serie con la resistencia limitadora de corriente se ha conectado un interruptor en lugar del sensor de resistencia variable con la temperatura. Durante la operación normal del circuito, cuando el interruptor se encuentra abierto, el circuito se completa desde el regulador de tensión (+ 5 Volt), la resistencia limitadora de corriente (2,2k Ω), cerrándose a masa a través del circuito procesador de información.

Sensor de posición con el interruptor referido a positivo Este circuito utiliza los mismos componentes que el circuito presentado anteriormente, con la excepción que el módulo de control electrónico no provee la tensión de referencia (figura 16). El circuito es alimentado eléctricamente desde una fuente externa al módulo de control, tal como la batería del vehículo. Observe que ahora la resistencia limitadora de corriente se encuentra conectada entre el interruptor (sensor) y masa.

El valor de la resistencia de entrada del circuito procesador de información debe ser por lo menos 10 veces mayor que el valor de la resistencia limitadora de corriente, para que el nivel de la tensión de información en el Punto M esté prácticamente en 5 Volt. Cuando el interruptor esté cerrado (figura 15), él completará el cierre del circuito a masa y por lo tanto el nivel de la tensión de información en el Punto M será 0 Volt, puesto que toda la tensión de referencia se encontrará aplicada sobre la resistencia limitadora de corriente. * Si se abre el circuito entre el  módulo electrónico de control y el  interruptor (sensor) dará como resul-  tado un nivel de tensión constante  de 5 Volt en el Punto M. * Si el circuito entre el módulo  electrónico de control y el interruptor  (sensor) se cortocircuita a masa, dará como resultado un nivel de ten-  Figura 16 

* Durante la operación normal  del sistema, cuando el interruptor se  encuentra abierto, no habrá tensión  aplicada al circuito, por lo tanto no  existirá circulación de corriente a tra-  vés de la resistencia limitadora de  corriente y el nivel de tensión en el  Punto M será de 0 Volt. * Cuando el interruptor se  encuentre cerrado (figura 17), la ten-  sión de batería quedará aplicada  directamente entre los extremos de  la resistencia limitadora de corriente  (2,2k Ω ), por lo tanto el nivel de la  tensión de información en el Punto  M será de + 12 Volt. * Si se produce la apertura de la  conexión que une el interruptor con  el módulo de control electrónico, el  nivel de la tensión de información en  el Punto M será de 0 Volt constan-  tes. * Si la conexión que une al inte-  rruptor con el módulo de control  electrónico se cortocircuita a masa, el nivel de la tensión de información  en el Punto M será de 0 Volts cons-  tantes. * Si la línea de conexión entre el  interruptor y el módulo se cortocir- 

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Manuales Técnicos cuita a masa, evidentemente se pro-  ducirá un cortocircuito entre Positivo  y Negativo de batería a través de  dicha conexión, circunstancia que  provocará la apertura del fusible de  protección del circuito.

Figura 17 

GENERADORES DE SEÑALES Captores Magnéticos de Reluctancia Variable (Generadores de corriente alternada casi sinusoidal) Los Captores Magnéticos son comúnmente utilizados en cualquier sistema electrónico donde la velocidad de rotación de un elemento deba ser conocida, por ser un factor de operación del sistema. En Sistemas de Encendido Electrónico Sin Distribuidor, en Sistemas de Inyección de Combustible y Encendido Controlados por Calculador Electrónico y en Sistemas de Freno con Antibloqueo (ABS) son utilizados este tipo de captores. El circuito consiste en un Módulo de Control Electrónico, un Captor Magnético, un Reluctor, conductores de conexión y conectores (figura 18). El Módulo de Control Electrónico contiene una Resistencia Limitadora de Corriente y un Circuito Procesador de Señal (información), este circuito actúa en forma similar a la de un Voltímetro de Corriente Alternada. El captor magnético es un Captor de Reluctancia Variable. Un captor de reluctancia variable es un componente que por contar en su núcleo con un imán permanente, está generando continuamente un campo magnético uniforme y de intensidad constante (figura 19). La uniformidad de el campo magnético y su intensidad en ciertos puntos puede ser modificada, estas variaciones son logradas mediante el pasaje de un componente formado por material ferromagnético (reluctor) a través del campo mag-

Figura 18 

nético del captor. El captor produce una señal de corriente alternada de conformación casi senoidal (figura 20), esta señal es enviada al módulo de control electrónico. La señal se produce cuando un diente del reluctor pasa frente al captor. Cuando un diente del reluctor comienza a aproximarse al captor (“A” en figura 20), las líneas de fuerza del campo magnético se desviarán cortando en su

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movimiento las espiras de la bobina del captor. Este cambio en el campo magnético inducirá una tensión positiva en dicha bobina, cuanto mayor sea el cambio producido en el campo magnético, mayor será el nivel de la tensión inducida en la bobina. Cuando el diente del reluctor llega a enfrentarse con el captor no se produce ninguna desviación del Figura 19 

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Sistemas Electrónicos en el Automóvil Figura 20 

campo magnético, por lo tanto la tensión inducida es igual a cero (“B” en la figura 20). El reluctor seguirá girando, el diente comenzará a alejarse del captor. Ahora las líneas de fuerza del campo magnético comenzarán a desviarse en sentido opuesto al que se produjo inicialmente, cuando el diente se estaba acercando al captor. Nuevamente comenzará a inducirse una tensión en la bobina del captor pero de sentido opuesto, o sea negativo (“C” en la figura 20). Cuando el reluctor alcance la posición “D” en la figura 20, el nivel de la tensión inducida en la bobina del captor será nuevamente cero, completándose así un ciclo de la corriente alternada inducida en el. Debido al giro continuo del reluctor, cuando un diente se está alejando del captor otro se está acercando, lo que dará una

La frecuencia de esta corriente alternada depende de la velocidad a la que está girando el reluctor, que a su vez depende de las RPM del motor en ese instante. La señal generada por este tipo de circuito puede ser visualizada por medio de un osciloscopio. Una forma de onda normal generada por un captor de reluctancia variable, señal mostrada por la pantalla de un osciloscopio, será muy similar a la presentada en la figura 22

* Una resistencia insertada en  serie en el circuito mayor que la nor-  mal (por ejemplo resistencia de con-  tacto en conectores), producirá una  sucesión de ondas de corriente caída en el nivel de tensión de la  alternada casi sinusoidal inducidas señal que llega al módulo de control  en la bobina del captor (figura 21). electrónico (figura 23). * Un nivel inferior al  normal en la señal  Figura 21 puede producirse tam-  bién por una posición  incorrecta del captor  con respecto al reluc-  tor, esta circunstancia  puede ser causada por  una distancia de sepa-  ración entre los mismos  (gap) mayor a la máxi-  ma especificada (gene-  ralmente la máxima  distancia admitida es  de 1 mm.). * Si el nivel de la señal  que recibe el módulo de  control electrónico llega  a un nivel suficiente-  mente bajo, el circuito  electrónico no podrá  interpretar la informa-  ción recibida, dando  Figura 22  origen así a una falla  en el sistema. * Un cortocircuito a  masa o una apertura  en la continuidad del  circuito darán también  como resultado, falta  de información al  módulo de control elec-  Figura 23  trónico. Saber Electrónica

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Manuales Técnicos En la descripción de funcionamiento anterior de un Captor de Reluctancia Variable, por razones prácticas se ha tomado como ejemplo un reluctor de 4 dientes solamente. El análisis de funcionamiento es válido totalmente para sistemas que utilizan Ruedas Fónicas de: 60-2 dientes, como utiliza Renault, Fiat, Peugeot, VW, Alfa Romeo, General Motors, etc. y cuya representación se puede ver en la parte media de la figura 24 o Ruedas Fónicas de: 36-1 dientes, como utiliza Ford y cuya representación se observa en la parte inferior de la figura 24. La FRECUENCIA y la AMPLITUD de la señal dependen de la velocidad a la que está girando la RUEDA FÓNICA, o sea depende de las RPM del motor.

Figura 24 

* A menores r.p.m. menor fre-  cuencia y menor amplitud. * A mayores r.p.m. mayor fre-  cuencia y mayor amplitud.

LAS ECU Y EL TUNING Todos los autos en la actualidad cuentan con un cerebro, están tan tecnologizados con electrónica que dependen de computadoras o unidades de mando para sus funciones más frecuentes. ECU es el nombre de la sigla en inglés de la Unidad de Mando. ECU = Engine Control Unit, este dispositivo sofisticado del automóvil contiene un chip que comanda por un programa a través de órdenes para la función del motor. Ahora en los autos más modernos hay una computadora para el control de la inyección de combustible, el avance electrónico o el momento en el que se debe producir la chispa del encendido y la presión del turbocargador denominada boost. Son funciones críticas que dependen de un feedback delicado,

solamente un ordenador puede resolver satisfactoriamente tan delicada articulación. Los llamados “Chips de tuning” cumplen la tarea de controlar y optimizar los parámetros que logran una respuesta del motor con mayor potencia, esto es lo que llamamos potenciación. Por lo tanto, recurriendo a una programación específica es posible alcanzar performances adecuadas a distintas situaciones. De tal modo se consiguen equilibrios entre el andar, la respuesta del vehículo y la aceleración. Diferentes eventualidades han sido ya pensadas y contempladas en programas para chips. Tales programaciones se han probado holga-

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damente antes de su implementación en dispositivos electrónicos de control, como es el caso del chip. Se elige un programa y se lo graba a la memoria del microchip quien luego se encargará de administrar la información según el feedback que ocurre durante la marcha del coche. En principio, se debería diferenciar entre la “computadora de a bordo” y la computadora central o ECU ya que la primera es la que está al alcance del conductor y brinda información general mientras que la ECU es el verdadero cerebro. A los fines de “no confundirnos” en Saber Electrónica preferimos usar los términos ECU o procesador central y computadora secundaria.

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Sistemas Electrónicos en el Automóvil Estos dispositivos manejan información obtenida por medio de sensores desplegados en el coche y gracias a un software pueden controlar funciones críticas, fundamentalmente en el motor. Tal como mencionamos al comienzo de este manual, los procesos que se controlan por medio de esta tecnología son: la inyección del combustible (inyección electrónica), la evolución de las vueltas del motor (RPM), la chispa en las bujías, la presión de la bomba de gasolina, etc. En la ECU hay un chip que funciona según un programa con las especificaciones y rangos para los parámetros mencionados y algunos otros. Si se modifica esta información, las instrucciones cambiarán y de tal modo es posible obtener una mayor performance. Permite un mejor aprovechamiento de la función del motor. Al modificar el dispositivo es posible dejar de lado el paquete de instrucciones originales de fábrica y asi evitar la limitación del controlador de vueltas de la leva de válvulas, de tal modo el vehículo puede aumentar su velocidad final. Se logra una mayor capacidad de respuesta, el auto pasa a ser un vehículo más ágil y eso se percibe apenas se pisa el acelerador. Otras funciones también controladas son: tiempos del motor, la mezcla entre aire y combustible, la posición del cuerpo de aceleración, etc. El número de caballos de fuerza (potencia) puede incrementarse un 12% en los motores más simples, sin turbos. Si el motor cuenta con turbo, la potencia adicional puede ser del 22%. Los diferentes autos tienen distintas unidades de control. Hay tres situaciones básicas descriptas en las cuales se modifica el dispositivo, son tres tipos de modificación de un motor y mecánica del mismo:

caso se modifica el chip en un motor  original, sin cambios de piezas, sin  haberse destapado como suele  decirse. En este caso se logra  aumentar la aceleración y la capaci-  dad de respuesta:  * Modificación intermedia: es  cuando se ha modificado el sistema  de escape y la toma de aire, más un  incremento en la presión de la gaso-  lina (alimentación) y en los inyecto-  res para que llegue más combusti-  ble. Se consigue una mayor acelera-  ción brusca, un desplazamiento  agresivo y mayor velocidad final o  tope. * Modificación avanzada: es el  caso de motores con trabajos mecá-  nicos grandes, por ejemplo el cam-  bio de levas y pistones, cámaras y  cigueñal. A las mejoras señaladas  antes con transformaciones meno-  res del motor se suma la posibilidad  de competir en el cuarto de milla. Es  una modificación para pista.

Este es un panorama rápido de las mejoras posibles en base a estas nuevas unidades de control que hacen a los autos mucho más eficientes. MÁS FÁCIL PARA EL CONDUCTOR

Los autos hoy en día cuentan con tantos componentes electrónicos en su equipamiento estándar que son vehículos tecnológicos. El nivel de incorporación de la tecnología electrónica va en aumento, día a día y se espera que en unos años la mayoría de las funciones se efectúen asistidas por sistemas de computación. La electrónica entra en el funcionamiento del motor para hacerlo más eficiente, mejorar su respuesta y reducir el consumo del combustible así como el nivel de contaminación ambiental. En gran medida es * Modificación básica: en este  algo impulsado por las legislaciones

de los países desarrollados en donde los coches se fabrican. En el interior del automóvil actual hay mucha electrónica, desde las luces que avisan sobre fallas en el tablero, la información de los instrumentos, la aclimatación de la cabina, la seguridad por los airbags, los sistemas de entretenimiento multimedia, el sistema de luces, el de cierre de las puertas, las cerraduras y la información crítica como por ejemplo si hay alguna puerta mal cerrada. El conductor cada vez más está siendo asistido por esta incorporación de tecnología para que maneje con más confort, seguridad y economía. Los equipos GPS, las pantallas de información LCD, las computadoras, los sensores ahora se ocupan de chequear en fracciones de segundo e informar a tiempo al conductor y hasta al fabricante del estado de funcionamiento del vehículo. Ahora el auto parece entender y hasta aprender de los hábitos de manejo del propietario o de quien lo conduce con regularidad hasta para regular los asientos y la posición del volante de la dirección. Para desplazarse y por las congestiones de tráfico vehicular se hace más imperativo que los automóviles puedan informar y también recibir información que ayude al conductor a tomar vías alternativas. Es posible ya que los coches guarden distancias más seguras entre si, lean señales en autopistas y calles, vean con cámaras, detecten proximidad riesgosa, se autoestacionen y reconozcan al propietario para abrir las puertas y darle acceso. En apenas 100 años la transformación de coches motorizados a burbujas tecnológicas sofisticadas es un asunto que realmente se asemeja a un milagro, comparado al desarrollo tecnológico en toda la historia previa de la humanidad. Las terminales automotrices buscan unos estándares que permitan

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Manuales Técnicos conformaciones comunes tanto en las estructuras de carrocería y para seguridad como en el equipamiento mecánico y tecnológico. Se van aproximando los dias en que los autos nos llevarán guiados por preguntas verbales, encargándose de todas las tareas de la marcha en el camino y nos dejarán en el destino casi sin errores. Los autos tecnológicos son el paso actual en la industria del automóvil y se desplaza a velocidad, con celeridad, brindando más y más sorpresas. Cada componente del vehículo trabaja en conjunto para que los autos tengan mejor performance, sean más confortables y también mucho más seguros de conducir. Algunos de los más comunes, inteligentes y seguros sistemas electrónicos del auto, son los siguientes:

dispositivos electrónicos inteligentes son usados para crear una mayor eficiencia al quemar combustible. Hay sistemas de inyección electrónica de combustible. La tecnología usada en vehículos híbridos va un paso más adelante con dispositivos electrónicos que permiten manejar automáticamente el cambio entre gasolina y motor eléctrico.

Los dispositivos de seguridad: de ellos hay dos categorías, diseñados para proteger la seguridad del conductor y de los pasajeros, son activos y hay pasivos. Los dispositivos de seguridad activos, son sistemas que trabajan constantemente para garantizar la seguridad, por ejemplo: Respuesta dinámica de dirección, control de tracción y regulación de la aceleración. Mientras el conductor promedio puede que no perciba el funcionamiento de estos sistemas, ellos están continuamente CAN: Controller Area Network, relevando información sobre el es que más de una computadora camino y las condiciones de marcha funcionan en el auto. Hay actual- y ajustan la performance del vehícumente una red de computadoras lla- lo para crear un manejo seguro. El madas CAN, parecido a LAN que es control electrónico de estabilidad ha Local Area Network, algo común- llegado a ser el que más beneficios mente usado en las computadoras brinda reduciendo pequeñas alterade la casa y en los negocios. El CAN ciones de la marcha. vincula varias computadoras juntas. Los dispositivos de seguridad En un auto relaciona sistemas sepa- pasivos son más visibles, por ejemrados, eso les permite comunicarse entre sí. Es un sistema interconectado que involucra a todos los sistemas críticos, como el manejo del funcionamiento del motor, el "cruise control" y el antibloqueo de frenos, hasta otras aplicaciones de menor demanda como las ventanillas y el control de los asientos. Ahora se ha disparado la motivación por hacer eficiente el uso de la energía, debido a los precios de la gasolina. Los fabricantes de autos buscan un mayor rendimiento y menor contaminación del ambiente, de tal modo logran alcanzar una mejor demanda por sus vehículos. Los Manuales Técnicos

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plo airbags, aunque parecen simples requieren de un control fino electrónico y gracias a la tecnología han mejorado mucho en los últimos años. Los primeros airbags se disparaban muy pronto o muy tarde, por lo que ofrecían poco beneficio o ninguno. Ahora los sistemas más avanzados han creado dispositivos para el auto que están programados para las condiciones que pueden llevar a colisiones de alto impacto. Los airbags y los ajustes del asiento son accionados automáticamente para minimizar el impacto y reducir el grado de injuria para las personas en el interior del vehículo. Piense en los avances durante las últimas décadas y usted acordará que el automóvil del presente está mucho más avanzado que sus predecesores. Los autos modernos ofrecen mucho más que ir de un punto a otro. Los inteligentes y seguros vehículos actuales gracias a la electrónica son tan seguros y confortables como es posible. BIBLIOGRAFÍA ADICIONAL www. tuning.deautomoviles.com.ar  www.automecanico.com  www.mecanicavirtual.com.ar  www.electronicadelauto.com  www.abcdatos.com 

Figura 25