UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA...

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA

CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN BANCO DE PRUEBAS DE

UNA DIRECCIÓN ASISTIDA ELECTRÓNICAMENTE.

TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO

AUTOMOTRIZ

ALEJANDRO ACEVEDO VALAREZO

DIRECTOR: ING. EDWIN TAMAYO

QUITO, noviembre 2014

© Universidad Tecnológica Equinoccial. 2014

Reservados todos los derechos de reproducción

DECLARACIÓN

Yo ALEJANDRO ACEVEDO VALAREZO, declaro que el trabajo aquí

descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentando para

ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias

bibliográficas que se incluyen en este documento.

La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos

correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de

Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional

vigente.

_________________________

Alejandro Acevedo Valarezo

C.I. 070586655-6

CERTIFICACIÓN

Certifico que el presente trabajo que lleva por título “Diseño y construcción

de un banco de pruebas”, para aspirar al título de Ingeniero Automotriz

fue desarrollado por Alejandro Acevedo, bajo mi dirección y supervisión, en

la Facultad de Ciencias de la Ingeniería; y cumple con las condiciones

requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación artículos 18 y 25.

_________________________

ING. EDWIN RAMIRO TAMAYO AVALOS. M.Sc.

DIRECTOR DEL TRABAJO

C.I. 170860146-1

DEDICATORIA

Este trabajo se lo dedico a mis padres porque sin ellos nada de esto se

hubiera logrado, ya que estuvieron siempre conmigo apoyándome en todo lo

posible, ciertos casos regañándome pero es parte del proceso para poder

lograr el objetivo.

AGRADECIMIENTO

En todo el largo proceso que tomó este proyecto hubo mucha gente que

estuvo siempre conmigo apoyándome, pero quiero agradecer algunos

talleres que me brindaron su espacio y apoyo, en si a muchas otras

personas que no las nombro por miedo a que me salte alguien, les

agradezco infinitamente.

i

ÍNDICE DE CONTENIDOS

PÁGINA

RESUMEN ........................................................................................................ xii

ABSTRACT ..................................................................................................... xiv

1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................... 1

2. MARCO TEORICO ........................................................................................ 3

2.1. DIRECCIÓN ........................................................................................... 3

2.2. TIPOS DE SISTEMA DE DIRECCIÓN .................................................. 4

2.2.1. DIRECCIONES MECÁNICAS ............................................................. 5

2.2.2. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA CAJA DE DIRECCIÓN

MECÁNICA ........................................................................................................ 14

2.2.3. DIRECCIONES ESPECIALES .......................................................... 15


ESPECIAL ......................................................................................................... 19

2.2.5. DIRECCIONES ASISTIDAS .............................................................. 21

2.2.6. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA CAJA DE

SERVODIRECCIÓN ASISTIDA. ..................................................................... 29

2.3. ELECCIÓN DEL SISTEMA DE DIRECCIÓN ....................................... 30

2.3.1. DIRECCIÓN ASISTIDA EPS ............................................................. 31

2.3.2. PARAMETROS DE FUNCIONAMIENTO ......................................... 32

2.3.3. TIPOS DE DIRECCIÓN ASISTIDA ELECTRÓNICAMENTE ......... 33

2.4. DIRECCIÓN ASISTIDA ELECTRÓNICAMENTE (HYUNDAI ACCENT)

36

2.4.1. DEFINICIÓN ........................................................................................ 36

2.4.2. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UNA DIRECCIÓN ASISTIDA

ELECTRÓNICAMENTE ................................................................................... 38

ii

2.4.3. COMPOSICIÓN DE SISTEMA DE DIRECCIÓN ASISTIDA EPS . 39

2.4.4. ESTRUCTURA DEL SISTEMA DIRECCIÓN ASISTIDA EPS ....... 39

2.4.5. FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA ................................................ 42

2.5. FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE DIRECCIÓN ASISTIDA EPS

49

2.5.1. SENSOR DE ÁNGULO DE DIRECCIÓN ......................................... 50

2.5.2. SENSOR TORQUE O PAR DE DIRECCIÓN .................................. 51

2.5.3. SEÑAL DE VELOCIDAD DEL VEHÍCULO ...................................... 54

2.5.4. SENSOR DE RÉGIMEN DEL MOTOR ............................................ 56

2.5.5. UNIDAD DE CONTROL PARA LA DIRECCIÓN EPS .................... 57

2.5.6. TESTIGO LUMINOSO DE AVERÍAS ............................................... 59

2.5.7. MOTOR ELÉCTRICO ......................................................................... 60

2.6. FALLOS EN EL SISTEMA DE DIRECCIÓN ASISTIDA EPS ............... 62

2.6.1. SÍNTOMAS DE LOS PROBLEMAS SURGIDOS EN LA

DIRECCIÓN ASISTIDA EPS ........................................................................... 62

2.6.2. PLAN ESTRATÉGICO DE LA COMPUTADORA PRINCIPAL

JUNTO CON EL MÓDULO ELECTRÓNICO ................................................. 64

2.6.3. CODIGO DE FALLA DTC, DIAGNÓSTICO PRESENTADO .......... 66

2.7. DESCRIPCIÓN DEL DTC DE LA DIRECCIÓN EPS ........................... 69

3. METODOLOGÍA ......................................................................................... 72

3.1. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL BANCO DE PRUEBAS ................ 72

3.2. MEDICIONES EN EL VEHÍCULO ....................................................... 72

3.2.1. MEDIDA DEL SENSOR DE VELOCIDAD DEL VEHÍCULO .......... 73

3.2.2. MEDIDA DEL SENSOR DE VELOCIDAD DEL MOTOR ................ 74

3.3. SELECCIÓN DE LOS MECANISMOS PARA EL BANCO DE PRUEBAS

76

iii

3.3.1. ELEMENTOS MECÁNICOS .............................................................. 76

3.3.2. ELEMENTOS ELECTRÓNICOS ....................................................... 80

3.4. ESQUEMA GENERAL DEL DISEÑO ELECTRÓNICO ....................... 83

3.4.1. POTENCIÓMETRO ............................................................................ 84

3.4.2. ZÓCALO MICROCONTROLADOR .................................................. 84

3.4.3. MICROCONTROLADOR ................................................................... 85

3.4.4. BORNERAS ........................................................................................ 85

3.4.5. RESISTENCIAS .................................................................................. 86

3.4.6. TRANSITORES ................................................................................... 87

3.4.7. CAPACITORES .................................................................................. 87

3.4.8. REGULADOR DE VOLTAJE ............................................................. 88

3.4.9. RELAY DE CINCO PATAS ................................................................ 89

3.4.10. DIODOS ............................................................................................... 90

3.4.11. DISPLAY DE SIETE SEGMENTOS .................................................. 91

3.4.12. TARJETA ELECTRÓNICA ................................................................ 92

3.4.13. RUTEADO DE TARJETA ................................................................... 93

3.4.14. GRÁFICA 3D ....................................................................................... 94

3.4.15. BAQUELITA ........................................................................................ 95

3.4.16. SEGURIDAD DE LA TARJETA ......................................................... 96

3.4.17. PUNTOS DE MEDICIÓN DE LA TARJETA ..................................... 97

3.5. DISEÑO DE LA ESTRUCTURA PRINCIPAL DEL BANCO ................. 98

3.6. ESFUERZO CORTANTE ..................................................................... 99

3.7. PROCESO DE CONSTRUCCIÓN DE LA ESTRUCTURA ................ 100

3.7.1. CORTE ............................................................................................... 100

3.7.2. PREPARACIÓN DEL MATERIAL ................................................... 100

iv

3.7.3. SOLDADURA .................................................................................... 101

3.7.4. MARCO DE BATERÍA ...................................................................... 101

3.7.5. SOPORTES DE CREMALLERA ..................................................... 101

3.7.6. ESTRIBO DE PATAS ....................................................................... 102

3.7.7. PINTURA ........................................................................................... 102

3.7.8. DISEÑO DEL SITIO DONDE VA LA PLACA ELECTRÓNICA ..... 103

3.7.9. CAJA DE CONTROL DEL BANCO ................................................. 104

3.7.10. DESCRIPCIÓN DE LOS ELEMENTOS DEL CUADRO DE

MEDICIONES .................................................................................................. 105

3.8. ENSAMBLE DEL BANCO DE PRUEBAS .......................................... 110

3.9. PROCEDIMIENTOS DE OPERACIÓN DEL BANCO ........................ 113

3.9.1. NOMENCLATURA MDPS ................................................................ 118

3.10. PRUEBAS ACTIVAS DE SEÑALES EN LA PLACA ELECTRONICA

119

3.10.1. ASISTENCIA EN LA DIRECCIÓN .................................................. 119

4. ANÁLISIS Y RESULTADOS ..................................................................... 122

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................ 129

5.1. CONCLUSIONES .............................................................................. 129

5.2. RECOMENDACIONES ...................................................................... 131

6. NOMENCLATURA .................................................................................... 144

BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................. 145

ANEXOS ......................................................................................................... 147

v

ÍNDICE DE TABLAS

PÁGINA

Tabla 2.1. Diagnósticos DTC ............................................................................ 68

Tabla 2.2. Prueba código C2412 diagnóstico Hyundai ..................................... 69





Tabla 3.1. Relación Velocidad – Frecuencia ..................................................... 74

Tabla 3.2. Relación rpm – Frecuencia ............................................................. 75

Tabla 3.3. Niveles de Asistencia a Diferentes Condiciones de Manejo .......... 119

Tabla 3.4. Respuesta De Asistencia ............................................................... 120

Tabla 3.5. Respuesta De Asistencia ............................................................... 120

Tabla 3.6. Táctica del Sistema MDPS ............................................................ 121

Tabla 3.7. Asistencia de giros ......................................................................... 122

vi

ÍNDICE DE FIGURAS

PÁGINA

Figura 2.1. Dirección Eje o Puente Rígido .......................................................... 5

Figura 2.2. Dirección por giro de manguetas ...................................................... 6

Figura 2.3. Dirección Tornillo sin fin y sector dentado. ....................................... 7

Figura 2.4. Dirección Tornillo sin fin y tuerca deslizante ..................................... 8

Figura 2.5. Dirección Sistema Ross de palanca manivela .................................. 9

Figura 2.6. Dirección Tornillo sin fin y rodillo .................................................... 10

Figura 2.7. Dirección Tornillo y tuerca con bolas circulantes ............................ 11

Figura 2.8. Dirección Tornillo y tuerca con bolas circulantes y sector dentado . 12

Figura 2.9. Dirección Piñón y Cremallera ......................................................... 13

Figura 2.10. Dirección asistida neumáticamente .............................................. 17

Figura 2.11. Dirección hidrostática .................................................................... 17

Figura 2.12. Dirección en la cuatro ruedas ....................................................... 18

Figura 2.13. Servodirección hidráulica acoplada al varillaje ............................. 22

Figura 2.14. Servodirección hidráulica integral ................................................. 23

Figura 2.15. Servodirección hidráulica coaxial .................................................. 25

Figura 2.16. Servodirección hidráulica de cremallera ....................................... 26

Figura 2.17. Servodirección de relación variable .............................................. 27

Figura 2.18. Sistemas Direcciones ................................................................... 28

Figura 2.19. Comunicación Volante – Ruedas (TOYOTA) ................................ 34

Figura 2.20. Funcionamiento Dirección Asistida EPS (AUDI) ........................... 35

Figura 2.21. EPSCM (Módulo de la dirección asistida electrónicamente) ......... 37

Figura 2.22. Dirección Hyundai Accent ............................................................. 40

vii

Figura 2.23. Despiece Dirección EPS ............................................................... 42

Figura 2.24. Ciclo Servo asistencia ................................................................... 44

Figura 2.25. Servo asistencia Media Intensidad ............................................... 46

Figura 2.26. Servo asistencia Baja Magnitud .................................................... 47

Figura 2.27. Servo asistencia Descenso ........................................................... 49

Figura 2.28. Sensor Ángulo Dirección .............................................................. 51

Figura 2.29. Rotores Sensor Torque ................................................................. 52

Figura 2.30. Sensor Par Dirección .................................................................... 53

Figura 2.31. Ubicación Sensor velocidad (VSS) ............................................... 55

Figura 2.32. Ubicación Sensor velocidad del motor .......................................... 57

Figura 2.33. Módulo / Unidad de control ........................................................... 59

Figura 2.34. Luz testigo de averías del tablero ................................................. 59

Figura 2.35. Motor Eléctrico .............................................................................. 61

Figura 3.1. Señal Efecto Hall (Velocidad vehículo) ........................................... 73

Figura 3.2. Señal Efecto Hall (Velocidad Motor) ............................................... 75

Figura 3.3. Cremallera Dirección Mecánica ...................................................... 76

Figura 3.4. Columna Dirección.......................................................................... 77

Figura 3.5. Brida dirección: Eje crucetas .......................................................... 78

Figura 3.6. Volante Común ............................................................................... 79

Figura 3.7. Elaboración Acople Volante ............................................................ 80

Figura 3.8. Bateria ............................................................................................ 81

Figura 3.9. Motor Eléctrico ................................................................................ 82

Figura 3.10. Módulo Electrónico ECU EPS ....................................................... 82

Figura 3.11. Sensor par dirección ..................................................................... 83

Figura 3.12. Potenciómetros ............................................................................. 84

viii

Figura 3.13. Microcontrolador y Porta Micro ..................................................... 85

Figura 3.14. Borneras ....................................................................................... 86

Figura 3.15. Resistencias ................................................................................. 86

Figura 3.16. Transistores .................................................................................. 87

Figura 3.17. Capacitores ................................................................................... 88

Figura 3.18. Regulador Voltaje 7805 ................................................................ 89

Figura 3.19. Tipos Regulador Voltaje 7805…….…………..………………….…..97

Figura 3.20. Relay ............................................................................................. 90

Figura 3.21. Diodos ........................................................................................... 91

Figura 3.22. Display de siete segmentos .......................................................... 91

Figura 3.23. Diseño Placa (Modo digital) Módulo ISIS ...................................... 93

Figura 3.24. Ruteado de placa electrónica Módulo Ares .................................. 94

Figura 3.25. Diseño digital 3D placa electrónica ............................................... 95

Figura 3.26. Proceso de suelda en la baquelita ................................................ 96

Figura 3.27. Montaje elementos en la tarjeta electrónica .................................. 97

Figura 3.28. Medición de señales ..................................................................... 98

Figura 3.29. Perspectiva 3D…………..............…...……………….………...….108

Figura 3.30. Base de batería .......................................................................... 101

Figura 3.31. Soportes cremallera .................................................................... 102

Figura 3.32. Base Patas ................................................................................. 102

Figura 3.33. Base Placa PCB ......................................................................... 103

Figura 3.34. Cuadro Mediciones ..................................................................... 104

Figura 3.35. Switch o Llave de encendido ...................................................... 105

Figura 3.36. Switchs secundarios ................................................................... 106

Figura 3.37. Potenciómetros ........................................................................... 107

ix

Figura 3.38. Pulsadores .................................................................................. 108

Figura 3.39. Señal avería ................................................................................ 108

Figura 3.40. Punto Comprobación Osciloscopio ............................................. 109

Figura 3.41. Punto Comprobación Sensor Par ............................................... 110

Figura 3.42. Ensamble Columna Dirección ..................................................... 110

Figura 3.43. Ensamble Cruceta Dirección ...................................................... 111

Figura 3.44. Ensamble Caja dirección Piñón-Cremallera ............................... 112

Figura 3.45. Conexión Fusibles ...................................................................... 113

Figura 3.46. Conexión Sockets ....................................................................... 113

Figura 3.47. Conexión a batería...................................................................... 114

Figura 3.48. Llave o Switch principal .............................................................. 114

Figura 3.49. Switch Secundario ...................................................................... 115

Figura 3.50. Switch Secundario 1 ................................................................... 115

Figura 3.51. Pulsadores .................................................................................. 116

Figura 3.52. Potenciometros ........................................................................... 116

Figura 3.53. Medición Oscilograma ................................................................ 117

Figura 3.54. Señal Avería ............................................................................... 117

Figura 3.55. Conectores y sus respectivas posiciones….…………………..…..123

Figura 5.1. Sistema EPS ................................................................................. 135

Figura 5.2. Ondas senoidales ......................................................................... 137

Figura 5.3. Despiece Sensor Torque………..………….…….…………...……...140

Figura 5.4. Medición de sensor par…………...……………………….……….....141

Figura 5.5. Comprobación de voltaje……………………………………………...141

x

ÍNDICE DE ECUACIONES

PÁGINA

[2.1] ................................................................................................................... 21

[2.2] ................................................................................................................... 22

[2.3] ................................................................................................................... 33

[2.4] ................................................................................................................... 44

[2.5] ................................................................................................................... 45

[2.6] ................................................................................................................... 47

[2.7] ................................................................................................................... 48

[2.8] ................................................................................................................... 52

[3.1] ................................................................................................................... 99

[3.2] ................................................................................................................... 99

xi

ÍNDICE DE ANEXOS

PÁGINA

ANEXO I……………………………………………………………………..………..147

Plano de la estructura del banco de pruebas

ANEXO II…………………….....…………………………………………………….149

Especificaciones del motor en cuanto a dirección asistida

ANEXO III……………………………….....…………………………………………150

Luz testigo manual hyundai accent

ANEXO IV……………………………………………........…………………………151

Descripción caja fusibles interna

ANEXO V…………………....……………………………………………………….152

Descripción caja fusibles externa

ANEXO VI…………………..…………………………………………………….….153

Comprobación de componentes, forma de onda y datos de señal del motor

ANEXO VII…………..……………………………………………………………….154

Forma de onda y datos de señal sensor: ckp, cmp

xii

RESUMEN

Los objetivos que englobaron este proyecto se basaron en general, en dar

una explicación detallada y simplificada de lo que significa la dirección

asistida electrónicamente, a través del diseño y construcción de un banco de

pruebas. Este proyecto podrá servir para enseñar al estudiante de la carrera

de Ingeniería Automotriz, en las clases prácticas de esta, el uso de este tipo

de dirección.

Dentro de los objetivos específicos para el desarrollo de este proyecto, se

diseñó una maqueta en la que va montado el banco de pruebas, dentro del

cual se integraron las piezas fijas y móviles. Todo esto con la finalidad de

simular el movimiento que realiza la EPS (Electrical Powered Steering),

dentro del vehículo y que sirvió para realizar las respectivas pruebas de

campo.

En la introducción, se dio un panorama general del desarrollo e

implementación de nuevas tecnologías en el sistema de dirección. Así

mismo se expusieron las ventajas y desventajas que proporciona el sistema

de dirección asistida, el cómo está dispuesta la estructura, los componentes

y finalmente el cómo estos trabajan en conjunto para que el sistema

funcione.

Dentro del marco teórico, se abordaron los inicios del sistema de dirección,

se detallaron cuáles son los elementos y como estos trabajan en el sistema,

logrando que la dirección se convierta en asistida, a través del intercambio

de información entre la computadora principal y los sistemas que intervienen

con la dirección; para que finalmente el resultado de ese cruce de

información, sea que los elementos mecánicos actúen.

xiii

La metodología se realizó de manera experimental, con el desarrollo y

construcción del banco de pruebas, se realizó primeramente la modificación

y adecuación del sistema de dirección inicial, se adaptaron los implementos

necesarios para simular las señales que necesita la dirección asistida para

funcionar.

Los análisis y resultados constituyeron una parte fundamental de mi proyecto

ya que fueron los frutos del mismo. En aquellos se observaron distintas

respuestas, en función de las condiciones de trabajo a las que fue sometido

el sistema.

De las conclusiones y recomendaciones se dedujo que la dirección

constituye una parte esencial dentro del vehículo. Y que el sistema de

dirección más adecuado para el usuario, será aquel que no reste potencia al

motor de combustión interna y que brinde mayor seguridad a altas

velocidades.

El presente proyecto tiene un objetivo didáctico y se sugiere que más

adelante se busque complementar el presente, a través de la

implementación del sistema de suspensión.

xiv

ABSTRACT

The objectives that englobed this Project, were generally based, in providing

a detailed and simplified explanation of the meaning of the electronically

assisted steering, through design and construction of tests. This project will

serve to teach the student of the Automotive Engineering career, in these

practical classes, the use of this type of steering.

Among the specific objectives the development of this Project, a model was

designed wherein the test bench is mounted, and within which the fixed and

moving parts were integrated. All this in order to simulate the movement

made by the EPS (Electrical Powered Steering), inside the vehicle which

served to performed the respective field tests.

In the introduction, an overview of the development and implementation of

the new technologies in the steering system was given. Also the advantages

and disadvantages provided by the steering system were exposed, as well as

how the structure components are disposed, and finally how these work

together to make the system work.

Within the theoretical framework, the early steering systems were discussed,

there were detailed which elements are and how they work in the system,

making the power steering become in an assisted steering, through the

exchange of information between the main computer and systems involved

with the steering; so that finally the result of that crossing of information, be

why the mechanical elements act.

The methodology was performed in an experimental fashion, with the

development and construction of the test bench, first the modification and

adaptation of the starting steering system were made, and the necessary

tools were adapted to simulate the signals that the power steering needs to

run.

xv

The analysis and results were a major part of my project because they were

the fruits of same. In those different responses were observed, depending on

the working conditions to which the system was submitted.

The conclusions and recommendations concluded that steering is an

essential part inside the vehicle. And the more suitable steering system for

the user will be that one that will not subtract power to the internal

combustion engine and that one that provides greater safety at high speeds.

This project has a didactic purpose and suggests that it later seeks to

supplement this, through the implementation of the suspension system.

.

1. INTRODUCCIÓN

1

La dirección constituye un campo muy importante cuando se habla de

seguridad, ergonomía y placer al manejar, y un punto muy importante que se

viene abarcando con más intensidad estos últimos años es la contaminación

ambiental ya que muchas empresas automotrices, industriales, químicas,

etc. Están tomando medidas de prevención para lo que sería la

contaminación a futuro; hablando de la empresa automotriz en sí, desde

mucho antes se ha tomado medidas de precaución contra eso, pero muchas

de las veces la gente no sabe o no conoce pero los vehículos empezando

desde el proceso de elaboración, hasta cuando el vehículo entra en marcha

continua, están en continuo proceso de protección ambiental.

Dados estos puntos de vista me enfocare en un tema en específico que

abarca todos esos puntos en un solo conjunto lo que la convierte en la

mayor novedad para el campo automotriz.

El control de estabilidad o como se conoce por sus siglas “EPS” Mayormente

se conoce con el nombre de “control de estabilidad” o con las siglas en

alemán “EPS”, Elektronisches Stabilitäts-Program” (programa electrónico de

estabilidad).

Básicamente el EPS es un programa electrónico que ayuda al conductor en

la conducción sobre carreteras difíciles y en situaciones críticas.

Mediante el empleo de sensores electrónicos, conjuntos mecánicos y un

programa de software combinados entre ellos se consigue un aumento de la

seguridad sobre el impredecible asfalto.

Los primeros trabajos sobre el EPS se iniciaron cuando el sistema

electrónico de antibloqueo de frenos ABS (Antilock Braking System), se

encontraba en fase de pruebas. Entonces, los técnicos intuyeron,

correctamente, que aquel era el principio de la realización de un sueño pero

en aquellos tiempos (1978) no había suficiente material electrónico ni medios

para hacer lo que ellos tenían en mente.

Con el paso del tiempo aparecieron nuevo dispositivos electrónicos que

completaron por así decirlo el ciclo de trabajo de la idea principal.

2

La efectividad del EPS ha sido refrendada por el Instituto de Seguridad del

Automóvil, organización dependiente de la “Asociación de Aseguradoras

Alemanas (GVD)”, lo que considera un elemento altamente eficaz en la

prevención de accidentes. (EPS, 2001).

El control de estabilidad se puede obtener por separado para instalarlo en

determinados vehículos. Este sistema tendría un precio relativamente barato

porque solamente se compone de circuitos electrónicos y sensores, pero su

precio de venta es algo elevado debido a que se ha de amortizar los más de

20 años de investigación hasta obtener lo que es hoy el control de

estabilidad.

Los objetivos que englobaron este proyecto se basaron en general, en dar

una explicación detallada y simplificada de lo que significa la dirección

asistida electrónicamente, a través del diseño y construcción de un banco de

pruebas. Este proyecto podrá servir para enseñar al estudiante de la carrera

de Ingeniería Automotriz, en las clases prácticas de esta, el uso de este tipo

de dirección.

Dentro de los objetivos específicos para el desarrollo de este proyecto, se

diseñó una maqueta en la que va montado el banco de pruebas, dentro del

cual se integraron las piezas fijas y móviles. Todo esto con la finalidad de

simular el movimiento que realiza la EPS dentro del vehículo y que sirvió

para realizar las respectivas pruebas de campo.

La metodología que se aplicará es el método inductivo - deductivo por el

motivo que este proyecto se basara con investigaciones de Campo

Experimental, Teórico- Práctico con el objetivo de construir un banco de

pruebas para una dirección asistida.

2. MARCO TEORICO

3

2.1. DIRECCIÓN

La dirección no es más que la modificación del movimiento longitudinal que

ejerce el conductor por medio del volante, y lo convierte en un movimiento

transversal hacia las ruedas, el conjunto de mecanismos que componen la

dirección tiene la misión de orientar las ruedas delanteras para que el

vehículo tome la trayectoria deseada por el conductor.

Para que el conductor no tenga que realizar esfuerzo en la orientación de las

ruedas, el vehículo dispone de un mecanismo desmultiplicador, en los casos

simples, o de servomecanismos de asistencia, para los vehículos pesados.

Ahora que aclaré la dirección se detallara como trabaja en el vehículo y que

cualidades debe cumplir; Para que la dirección de un vehículo se mantenga

estable hay que tomar en cuenta algunas condiciones que marcan la

diferencia al momento de la estabilidad del vehículo ya sea en recta, curva y

cuando se aplica una frenada.

La dirección junto con la suspensión que son los encargados de sobrellevar

un manejo estable, eficaz y sobretodo suave, para que todo eso se efectúe

la geometría mecánica de la suspensión delantera del vehículo debe estar

correctamente alineada.

La seguridad depende del diseño del mecanismo, de los materiales

empleados y del correcto mantenimiento.

La facilidad de manejo del volante debe quedar en una posición tal que el

conductor pueda accionarlo desde una postura cómoda y sin que le

provoque fatiga.

La suavidad no es más que la resistencia que opone el volante debe ser

uniforme en todo su recorrido. Esta resistencia disminuye al aumentar la

desmultiplicación que existe entre el ángulo girado por el volante y el

correspondiente en las ruedas, y aumenta con la carga sobre el eje

delantero, con la desalineación de las ruedas, con las presiones de inflado

insuficientes y con un mantenimiento deficiente.

4

Cuando por las características del vehículo la resistencia puede resultar

excesiva, se recurre al empleo de las direcciones asistidas.

La comodidad se da cuando los golpes causados en las ruedas por las

irregularidades de la calzada deben llegar al volante lo más amortiguados

posible.

La precisión Mediante la supresión de toda clase de holguras mecánicas en

el sistema de dirección el vehículo debe obedecer a la menor corrección de

la dirección.

La estabilidad del vehículo debe mantener la trayectoria recta sin necesidad

de efectuar correcciones en la dirección, y a la salida de las curvas las

ruedas tienen que recobrar la posición recta por sí solas. (Grupo Editorial

Ceac, 2003).

2.2. TIPOS DE SISTEMA DE DIRECCIÓN

Los sistemas de dirección empezaron en sistemas muy básicos usando una

palanca o manubrio, Johann Georg Lankensperger (Baviera 1779-1847)

inventó un sistema en el que las dos ruedas giraban en torno a pivotes

independientes.

El sistema fue patentado en Inglaterra por un socio de Lankensperger,

Rudolf Ackermann (compra/venta de arte) en 1818 y desde entonces se

conoce como el cuadrilátero de Ackermann. (Dirección-Tipos, 2005)

Las necesidades del usuario obligaban a implementar un sistema más

simple que ahora se conoce como volante, y a partir de eso salían otras

necesidades como contrarrestar las irregularidades del camino y tenía que

serlo de una forma sencilla, y ahí se clasificaron en dos grandes grupos.

5

2.2.1. DIRECCIONES MECÁNICAS

La desmultiplicación de una dirección es la relación entre el ángulo girado

por el volante y el ángulo de orientación correspondiente en las ruedas. Su

valor suele estar comprendido entre 20/1 y 25/1 en las direcciones sin

asistencia.

El diámetro del volante tiene gran importancia en el esfuerzo a realizar por el

conductor, un volante grande disminuye el esfuerzo pero resulta incómodo

para el conductor, y un volante pequeño puede resultar pesado para mover

la dirección a coche parado.

2.2.1.1. Eje o puente delantero rígido

Se trata de un puente que ya no se emplea en automóviles ligeros, pero si

en vehículos todo-terreno y en muchos vehículos pesados.

El funcionamiento como se observa en la figura 2.1, El puente va unido a los

largueros del bastidor mediante las ballestas; en los extremos del puente,

por medio de los pivotes, se articulan las manguetas. Las ruedas se orientan

girando en los pivotes.

Figura 2.1. Dirección Eje o Puente Rígido

Fuente: (Grupo Editorial Ceac, 2003)

6

2.2.1.2. Dirección por giro de manguetas

En vehículos con suspensión independiente no existe eje delantero, y los

soportes de las manguetas o los portamanguetas se articulan a los brazos

de suspensión, como se observa en la figura 2.2.

El funcionamiento inicia como el pivote va fijado a la mangueta mediante una

cuña, y que a su vez puede girar en los dos casquillos de su soporte. El

soporte es articulado a los brazos de suspensión y a la ballesta por medio de

los sientblocs. Cuando el sistema de suspensión es de trapecios o brazos

articulados la mangueta se une, a ellos mediante rótulas.

2.2.1.3. Tornillo sin fin y sector dentado

Este tipo de caja está prácticamente en desuso ya que en otros tiempos fue

muy útil, ya que su composición era muy compleja en cuanto a geometría, se

encontraba en vehículos de carga, como se observa en la figura 2.3.

Figura 2.2. Dirección por giro de manguetas


7

El funcionamiento empieza desde un tornillo sin fin o husillo soportado por

cojinetes cónicos y solidarios del árbol de la dirección, engrana con un sector

dentado.

El eje del sector dentado gira en el interior de un casquillo, y lleva montado

en su extremo, mediante un estriado y tuerca, al brazo de mando. La caja

que alberga al conjunto, va llena de aceite SAE 90 (Society of Automotive

Engineers), para su engrase.

Al mover el volante en uno u otro sentido, el giro del tornillo desplaza

angularmente al sector, y por lo tanto al brazo de mando.

2.2.1.4. Tornillo y tuerca deslizante

El funcionamiento de la caja constituida por un husillo de rosca trapecial o

cuadrada solidario del árbol de la dirección.

En él va montada una tuerca que tiene forma de dado con tetones en dos

caras opuestas, como se observa en la figura 2.4. A los tetones se acopla

Figura 2.3. Dirección Tornillo sin fin y sector

dentado.

Fuente: (Multiservicioautomotriz, 2011)

8

una horquilla doble, cuyo eje lleva montado en su extremo el brazo de

mando.

Al girar el tornillo la tuerca se desliza sobre él y desplaza a la horquilla

haciendo girar a su eje y con él al brazo de mando.

2.2.1.5. Sistema Ross de palanca y manivela

El funcionamiento comprende un tornillo sin fin, va montado en el extremo

del árbol de la dirección. El elemento deslizante lo constituye un dedo o leva

de forma troncocónica para que se adapte al perfil trapecial de la rosca del

tornillo, como se observa en la figura 2.5.

El dedo va roscado y asegurado con una contratuerca sobre una palanca

que es solidaria del eje del brazo de mando, al girar el tornillo, el dedo se

desplaza guiado por los filetes de las rosca y mueve angularmente a la

palanca, y con ella, mediante el eje común oscila el brazo de mando.

Figura 2.4. Dirección Tornillo sin fin y tuerca deslizante


9

2.2.1.6. Tornillo sin fin y rodillo

El funcionamiento del elemento conducido es un rodillo con dos o tres filetes

cuyo vano se adapta al perfil de la rosca del tornillo sin fin. Va montado en la

horquilla por medio de un eje con la interposición de bola o agujas para

disminuir el rozamiento.

El tornillo sin fin es de tipo globoide, como se ve en la figura 2.6. Es decir,

tiene menor diámetro en el centro que en los extremos, lo que le permite

mantener el perfecto acoplamiento de sus filetes con los del rodillo, cuando

este efectúa su movimiento de traslación girando con la horquilla y su eje.

Figura 2.5. Dirección Sistema Ross de palanca manivela


10

2.2.1.7. Tornillo y tuerca con bolas circulantes o recirculación

de bolas

Es una variante mejorada de la de tornillo y tuerca ya descrita, esta caja es

más empleada en vehículos todo-terreno y vehículos pesados debido a su

robustez.

El funcionamiento es un tornillo sin fin que va soportado en sus extremos por

cojinetes de bolas de contacto oblicuo, en la tuerca en el extremo e aprecia

una recirculación de bolas y también un tetón con la base troncocónica

donde encaja y asienta la horquilla; esta no es una tuerca convencional ya

que en el interior tiene una ranura helicoidal, tallada con gran precisión, cuya

sección tiene forma de media circunferencia. El espacio entre ambas va

relleno de bolas, como se observa en la figura 2.7. Actuando las ranuras

como las pistas de un cojinete.

Con esto se consigue eliminar el rozamiento entre los filetes de la rosca,

sustituyéndolo por la rodadura de las bolas, que transmiten el movimiento

Figura 2.6. Dirección Tornillo sin fin y rodillo


11

con menor esfuerzo, ya que el tornillo y la tuerca no tienen ningún contacto

entre sí.

Al girar el tornillo y desplazarse la tuerca las bolas van circulando entre las

pistas, y al ir llegando al extremo de la tuerca, son obligadas a pasar por un

tubo exterior que las canaliza hacia el comienzo de la tuerca, dándose una

recirculación, el movimiento que efectúan las bolas en el interior del tubo es

inverso al de avance de la tuerca.

Figura 2.7. Dirección Tornillo y tuerca con bolas circulantes


2.2.1.8. Tornillo y tuerca con bolas circulantes y sector dentado

Emplea el mismo mecanismo tornillo sin fin y la tuerca con bolas circulantes,

la diferencia es que cambia el tetón la horquilla por una cremallera labrada

en una de las caras de la tuerca y un sector dentado, como se logra

observar en la figura 2.8.

12

El funcionamiento al girar el tornillo sin fin la tuerca se desplaza y su

cremallera mueve al sector dentado, en cuyo eje va montado el brazo de

mando de la dirección, contiene un juego de bolas en cada parte dividida de

la tuerca y un tubo de recirculación independiente; con ello se obtiene

repartir mejor el esfuerzo.

2.2.1.9. Cremallera

Es de concepción sumamente sencilla y de fabricación económica, se

caracteriza por su mecanismo desmultiplicador (piñón-cremallera) , como va

unida directamente a los brazos de acoplamiento, y ella misma asume la

función de barra de acoplamiento, queda descartado el uso del brazo de

mando, biela, palanca de ataque, ni la barra de acoplamiento clásica, como

se demuestra en la figura 2.9.

Figura 2.8. Dirección Tornillo y tuerca con bolas circulantes y sector

dentado


13

El funcionamiento de la barra de cremallera tiene un dentado helicoidal en

una zona de entre 120 y 150 mm, siendo el resto de ella cilíndrico. Por la

parte izquierda va soportada entre el piñón y el tope de centrado y por la

derecha por el casquillo de guiado.

La tuerca sirve para el pretensado de los cojinetes y del piñón por la parte

opuesta al dentado y frente al piñón, hay un tope de centrado que se adapta

a la curvatura de la barra, este tope es presionado contra la barra por un

muelle, su misión es contrarrestar el empuje del piñón, evitando las flexiones

de la barra cremallera.

Los extremos de la barra terminan en dos mechas roscadas, y en ellas se

atornillan las rotulas, los tirantes de acoplamiento terminan en un vástago

roscado para acoplar las rotulas, los cuales se unen a los brazos de

acoplamiento de las manguetas; estas te permiten alargar o disminuir para

ajustar la convergencia de las ruedas. (Grupo Editorial Ceac, 2003).

Figura 2.9. Dirección Piñón y Cremallera


14


MECÁNICA

2.2.2.1. Ventajas

- Dirección con mejor desmultiplicación

- Regulación de holguras (tornillo y sector) mediante

casquillos de bronce

- Contiene tres brazos para brindar seguridad pasiva

- Un menor desgate debido a que el tornillo oblicuo se guía

en el sin fin.

- Pueden usarse en eje rígido

- Permiten transmitir fuerzas elevadas

- Se pueden conseguir ángulos de giro importantes en la

rueda

- Se pueden usar eslabones de gran longitud, lo cual hace

que se tengan fuerzas bajas si se producen fuerzas

transversales en la bieleta.

- Menor diámetro en el centro

2.2.2.2. Desventajas

- Desgaste de los dientes del sector dentado

- Desgaste tornillo sin fin

- Holguras en las rotulas

- Rodamientos rotos

15

- Alto costo a diferencia de un sistema convencional

(piñón y cremallera).

- Elasticidad mucho mayor, lo que reduce su

respuesta y sensibilidad.

- Instalación compleja, reservada para vehículos de

alta gama.

- Limitada al sector automoción pesada

2.2.2.3. Ventajas (Cremallera)

- Suprime holguras y disposición de espacios libres

- Precisión

- Suavidad

2.2.3. DIRECCIONES ESPECIALES

Las direcciones especiales son diseños interesantes que no han llegado a

destacar del todo debido a precios o compleja instalación.

Se partio de la caja de dirección convencional, y en especial de dirección de

cremallera. La ayuda que se proporciona a la barra para desplazarse a la

derecha o a la izquierda, además de estar proporcionada por un líquido,

puede estar proporcionada por la presencia de aire o de depresión.

En el primer caso es necesario disponer de un sistema que conste, de un

compresor, como es el caso en los autocamiones que llevan este equipo

para atender el conjunto de frenos y suspensión.

En el segundo caso es necesario disponer de una fuente de depresión, que

en los motores de gasolina puede encontrarse en el mismo motor (como ya

se hace con los servofrenos tradicionales) o, en el caso de motores diésel

16

puede disponerse de la depresión aportada por la bomba de depresión de la

que suelen estar dotado todos estos motores para alimentar el mismo

servofreno.

2.2.3.1. Dirección Neumática

El funcionamiento se compone de elementos que comparte con otro tipo de

direcciones, Como se observa en la figura 2.10. Consta de una cremallera

mecánica dotada de barras de dirección en el centro de la cremallera, desde

las cuales se aplica el brazo de mando de un cilindro de trabajo por medio

de la pieza triangular.

Este cilindro actúa para ambos sentidos según el valor y la dirección de

depresión que reciba procedente de la válvula de distribución, de modo que

ayuda a que se transmita el movimiento de la barra de la cremallera y se

obtiene el giro de la dirección.

Para que la válvula distribuidora se decante por las tres posiciones del piñón

de ataque de la dirección mecánica, necesita de un sensor mecánico de par

que determina la posición por medio del valor de fuerza de par que

manifiesta la barra de dirección. Estas tres posiciones están constituidas por

la posición de reposo (volante y membrana en posición central), posición de

accionamiento del volante hacia la derecha (membrana decantándose hacia

un lado de la cámara).

Cuando la membrana se encuentra en posición central no hay paso de

depresión por ninguno de los conductos que conducen hacia el cilindro de

trabajo; pero, cuando el volante gira en cualquiera de los dos sentidos

posibles, el paso de depresión se deriva a uno de estos conductos y el

cilindro de trabajo se encarga ahora de ejercer la acción de servoasistencia

de la dirección.

17

2.2.3.2. Dirección Hidrostática

Figura 2.10. Dirección asistida

neumáticamente


Figura 2.11. Dirección hidrostática


18

Este tipo de dirección es orientada a vehículos especiales como son los

casos de los tractores, máquinas agrícolas como: cosechadoras, carretillas

elevadoras y maquinas similares; como se puede observar en la figura 2.11.

Se trata de un diseño diferente en el que el accionamiento de las ruedas

directrices no lo comanda ninguna acción mecánica entre volante y ruedas,

cabe aclarar que este tipo de dirección no puede superar los 50 km/h de

velocidad máxima.

El funcionamiento consta de una bomba hidráulica accionada directamente

por el motor, que se alimenta del líquido del depósito de alimentación del

circuito. El líquido sale a presión de la bomba y se dirige hacia la válvula de

mando que constituye la base del sistema de mando de este equipo.

En la válvula se da las tres posiciones clásicas de toda dirección, sin duda la

válvula de mando es el elemento importante de este tipo de dirección.

2.2.3.3. Dirección en las cuatro ruedas

Sistema de dirección en las cuatro ruedas o como lo bautizaron 4ws (4

Wheel Steering), no se sabe el futuro exacto de este sistema puede que

dentro de unos años se masifique en vehículos en serie o puede ser uno de

esos sistemas técnicos que aparecen y desaparecen a lo largo de la historia;

aun así es importante nombrarlo y explicar su funcionamiento, se lo puede

apreciar en la figura 2.12.

Figura 2.12. Dirección en la cuatro ruedas


19

Los sistemas de dirección en los dos ejes intentan conseguir, los dos

objetivos principales de la dirección: por una parte, mejorar la estabilidad del

vehículo durante la marcha a partir de una determinada velocidad alta,

eliminando el defecto que en el eje trasero se forma un retraso con respecto

al momento en que se produce la fuerza lateral delantera y este retraso

provoca, sobre todo a elevadas velocidades, una cierta tendencia del

vehículo a querer rotar sobre su eje vertical.

El funcionamiento no es más que el movimiento proporcionado por el volante

se transmite a la caja de dirección trasera por medio de una toma de reenvío

que existe en la caja de dirección delantera y, por medio de un eje de

transmisión, se reproduce en la cremallera el movimiento de la caja

delantera.

La caja de dirección trasera, necesita realizar una desmultiplicación especial

con respecto a la delantera. (Grupo Editorial Ceac, 2003).


ESPECIAL

2.2.4.1. Ventajas Neumáticas

- Alta flexibilidad

- Notable capacidad de amortiguación

- Permite mantener constante la distancia entre el

chasis y la superficie de carretera

independientemente de la carga presente en el

vehículo.

- Adapta la carrocería a distintas alturas en función de

las necesidades de marcha.

20

- Adapta la suspensión y la amortiguación a la

situación de la calzada y a la forma de conducir.

2.2.4.2. Ventajas Hidrostáticas

- Flexibilidad de conducción

- Facilidad de instalación con respecto a distancia con

el volante.

2.2.4.3. Desventajas Hidrostáticas

- No supera los 50 km/h

- Instalación se circunscribe a determinados vehículos

con limitadas prestaciones.

2.2.4.4. Ventajas en la dirección de cuatro ruedas

- Permite realizar maniobras con menor diámetro de

giro

- Permite trazar las curvas a cierta velocidad con

mayor seguridad.

- Estabilidad es mucho mayor en un automóvil dotado

de 4 ws.

- Aumento de la velocidad de paso por curva y

reducción de la tendencia al sobreviraje del vehículo.

21

2.2.4.5. Desventajas en la dirección de cuatro ruedas

- Alto consumo de combustible.

- Mayor peso total del vehículo.

- Mayor costo de producción.

- Mayor complejidad técnica.

2.2.5. DIRECCIONES ASISTIDAS

La tendencia actual es el empleo de neumáticos anchos de baja presión con

gran superficie de contacto con el suelo, con ellos, el esfuerzo necesario

para orientar las ruedas resulta considerable,

Es preciso recordar que:

F1 x R1 = F2 x R2 [2.1]

Sobre todo a vehículo parado y en maniobra de aparcamiento; las

direcciones asistidas o servodirecciones tienen la finalidad de aportar un

esfuerzo que venga añadirse al que el conductor efectúa sobre el volante.

Con las direcciones asistidas, el ángulo de orientación de las ruedas

responde exactamente al giro del volante, como ocurre en las direcciones sin

asistir, ya que la misión del servo es, únicamente, colaborar con el conductor

a producir el esfuerzo necesario.

Las servodirecciones están constituidas con los mismos elementos que las

direcciones convencionales con un extra que es un dispositivo hidráulico de

mando, que por medio de una caja de válvulas gobernada a través del

volante, canaliza el líquido a alta presión,

Que sería:

22

P =F

A [2.2]

Que oscila los (60 a 100 bar) procedente de una bomba accionada por el

motor haciéndolo llegar a los lados del embolo de un cilindro de trabajo,

según el sentido de giro.

El cilindro puede ir acoplado a la tirantería de la dirección, normalmente a la

barra de acoplamiento o actuar directamente sobre el mecanismo de la caja

de dirección.

2.2.5.1. Servodirección hidráulica acoplada al varillaje

En este caso el cilindro de trabajo actúa sobre la barra de acoplamiento

El funcionamiento del brazo de mando va articulado por medio de una rótula

a la barra intermedia de acoplamiento que a su vez va unida a la válvula en

línea o carrete por un extremo y por el otro a la palanca de reenvío, como se

ve en la figura 2.13.

Figura 2.13. Servodirección hidráulica acoplada al varillaje


23

El cilindro de trabajo va fijado a la barra intermedia, y el vástago de su

embolo sujeto al soporte del bastidor, donde también va articulada la

palanca de reenvío.

La bomba accionada desde el cigüeñal por una polea, aspira el líquido del

depósito, eleva su presión y lo manda a la válvula distribuidora; El carrete,

según sea el sentido de giro del volante, se desplaza a un lado o al otro, y

deja pasar el líquido a presión a una de las dos cámaras en el que cilindro

queda dividido por el émbolo.

Un muelle centrador resulta comprimido cualquiera que sea el sentido de

giro del movimiento del carrete, es decir cuando cesa la fuerza sobre el

volante la fuerza del muelle tiende a situar la válvula en posición neutra.

2.2.5.2. Servodirección hidráulica integral

Se lo conoce como integral porque el sistema hidráulico está contenido en la

misma caja de la dirección, como se observa en la figura 2.14.

Figura 2.14. Servodirección hidráulica integral


24

El funcionamiento del mecanismo es esencialmente un engranaje de

dirección de tornillo sin fin, tuerca cremallera con circulación de bolas y

sector dentado. La tuerca cremallera es al mismo tiempo el émbolo del

cilindro de trabajo.

Cuando gira el tornillo sin fin y se encuentra con la resistencia de la tuerca,

experimenta una tendencia a desplazarse en el mismo sentido que seguirá

después aquella.

El desplazamiento real es igual a la suma de todas las holguras que se

corrigen por la presión originada entre la tuerca el tornillo y es muy pequeño,

pero suficiente para que a través del cojinete centrado de empuje se mueve

ligeramente la base de la palanca, y al bascular en su rótula intermedia

debido a la diferencia de longitudes entre la rótula y los extremos de la

palanca, el movimiento se vea ampliado en la parte superior de la misma, y

sirva para desplazar el carrete de la válvula distribuidora.

2.2.5.3. Servodirección hidráulica coaxial

Esta dirección pertenece al grupo de las servodirecciones integrales; por otra

parte, a las que como ella tienen los ejes del árbol de la dirección, de la

válvula distribuidora y del tornillo sin fin alineados, se les conoce como

servodirecciones coaxiales.

El funcionamiento es de husillo y tuerca cremallera con circulación de bolas

y sector dentado. El sistema hidráulico está constituido por la tuerca

cremallera que actúa como émbolo y divide al cilindro en dos cámaras: la

superior de giro a la derecha y la inferior, que comprende la parte inferior del

cilindro más el espacio circundante al sector, de giro a la izquierda, y

además una válvula de tipo rotativo situada en la parte superior del conjunto,

como se logra observar en la figura 2.15.

Cuando al accionar el volante el rotor gira en uno u otro sentido, ante la

resistencia que ofrece el husillo, se torsiona la barra hasta que los dientes

25

inferiores del rotor hacen tope con las ranuras del husillo, absorbiendo la

holgura entre ambos.

Con este pequeño giro del rotor actúa la válvula, poniendo en comunicación

las ranuras del rotor con las correspondientes del casquillo distribuidor, que

por estar unido al husillo ha permanecido quieto, y manda el aceite a presión

a una de las cámaras. Al enderezar la dirección, la barra de torsión recupera

su estado primitivo y la válvula su posición neutra.

2.2.5.4. Servodirección hidráulica de cremallera

Este tipo de dirección es el más usado en automóviles de turismo.

El funcionamiento del mecanismo de piñón y cremallera es el mismo a las

direcciones no asistidas.

La válvula distribuidora, de tipo rotativo, va montada en la prolongación del

piñón, dentro de la misma caja de la dirección; y el cilindro de trabajo puede

estar incluido también en el cárter de la dirección, o ser exterior a él, a

Figura 2.15. Servodirección hidráulica coaxial


26

continuación se puede observar en la figura 2.16, una servodirección de

cremallera.

El embolo está fijado a la barra cremallera y divide al cilindro en dos

cámaras: la de giro a la derecha y la de giro a la izquierda. La válvula

distribuye el aceite a presión a las cámaras, según el sentido de giro del

rotor a través de los tubos.

2.2.5.5. Servodirección de relación variable

Este tipo de dirección apareció en el año 1965, y esta promueve la

sensibilidad de velocidad y el esfuerzo variable continuo necesario para los

vehículos actuales de alto rendimiento.

Caracterizado porque los dientes de cremallera tienen un paso de relación

variable y porque dicho paso es variado gradualmente desde el centro de

dicha barra de cremallera hacia un extremo de la misma.

El funcionamiento es de piñón y cremallera con válvula rotativa, en el piñón

se incluye una válvula de carrete que detecta el nivel de torsión aplicado al

Figura 2.16 Servodirección hidráulica de cremallera


27

eje impulsor a través de una barra de torsión, como se observa n la figura

2.17.

En el centro de este sistema incluye un dispositivo electromagnético que

actúa paralelamente con el eje impulsor desde el volante, cambiando el

esfuerzo de dirección requerido para abrir o cerrar la válvula rotativa; La

válvula aplica presión hidráulica cuando se requiere asistencia.

2.2.5.6. Dirección asistida de cremallera

En la época de los 40 y 50 en Estados Unidos se implementaron los

mecanismos de asistencia de dirección, que junto a la desmultiplicación que

se obtenía, el resultado de esto era una conducción muy arriesgada para el

usuario, ya que el sistema a altas velocidades era muy suave y manejable.

Como se observa en la figura 2.18 el cambio de la dirección con el pasar de

los años.

Figura 2.17 Servodirección de relación variable

Fuente: (Aficionadosalamecanica, 2014)

28

Muchos modelos de direcciones llegaron aplicarse en diferentes tipos de

vehículos, otras simplemente no llegaron a popularizarse del todo, ya que su

mantenimiento era muy complicado o muy costoso, o el sistema era muy

arduo para una dirección, aparte muy pesado para el vehículo, lo que no

genera una buena estética y tampoco aporta aerodinámica para el vehículo.

Los sistemas de desmultiplicación trabajan con el mismo concepto, pero no

todos se manejan de la misma forma, cada quien busca su mejor estrategia

para satisfacer el giro de las llantas. (Grupo Editorial Ceac, 2003).

Figura 2.18. Sistemas Direcciones

Fuente: (Iesvillalbahervastecnología, s.f.)

29

2.2.6. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA CAJA DE

SERVODIRECCIÓN ASISTIDA.

2.2.6.1. Ventajas Servodirección

- Diseños de cremallera hueca de bajo peso

- Barras de acoplamiento libres de mantenimiento

- Materiales de bajo peso

- Materiales y procesamientos de baja fricción

- Válvulas de dirección de esfuerzo variable

- Válvulas de carga previa (resorte en C/centrado

medio)

- Válvulas que mejoran el centrado

- (16 superficies entre estrías)

- Amplia selección de capacidades de fuerza de

producción

- Niveles de protección contra la corrosión

- Pocas partes móviles

- Amplia capacidad de control de dirección

- No usa contrapresión hidráulica o restricción de

fluidos


- Rotura de Fuelles

- Rodamientos que no giren

30

- Falta de engranaje por falta de dientes en cremallera

o sin fin

2.3. ELECCIÓN DEL SISTEMA DE DIRECCIÓN

Este proyecto se inclinó por optar por la dirección asistida eléctricamente, ya

que presenta más ventajas que desventajas para el usuario; La elección del

vehículo Hyundai Accent se la hizo en base a costos y esta dirección tiene

una particularidad, cuando recién entro al mercado, presento fallas lo que

llamó mi atención entonces puse énfasis en eso y empecé a elaborar, aparte

cumple con las exigencias del mercado de ahora en cuanto a direcciones

hablando.

Las presentes exigencias ambientales dicen que se debe reducir al mínimo

la contaminación a base de líquidos, por eso el hecho de eliminar todo el

circuito hidráulico que se compone de un depósito, válvula de distribución,

bomba de alta presión, y los ductos de canalizaciones.

Componentes que estarían de más ya que todo el trabajo que conlleva este

conjunto hidráulico sería reemplazado por un motor eléctrico que sería

excitado por un pequeño módulo pero muy efectivo, montado en la misma

columna de dirección que a su vez hace trabajar un mecanismo que consta

de una corona + tornillo sinfín, que ejecutan el movimiento de la cremallera

de tipo mecánico lo cual se explicara más adelante.

Sistema el cual ha sido desarrollado con el paso de los años y mejorado por

las marcas respectivas, cada cual pone su detalle de fábrica al momento de

trabajar pero se basan en el mismo concepto y los mismos componentes con

sus diferencias de capacidad de desarrollo de trabajo, o al momento de

captar señales.

La dirección asistida electrónicamente, reduce el nivel de esfuerzos hacia la

rueda al momento de realizar un giro ya se al estacionar o realizar curvas

muy pronunciadas o giros muy cerrados. El más usado de los sistemas es la

31

asistencia por medio hidráulico la diferencia es al momento de operar ya que

necesita trabajar una bomba hidráulica, para bombear las cantidades de

fluidos que necesita el vehículo para girar, lo que llevara a reducir la

potencia en la transmisión.

Mediante el uso de la energía eléctrica se obtuvo la manera de no robarle

potencia al motor de combustión interna, y de esa manera mejorar la

respuesta de giro del sistema de dirección, a diferencia del hidráulico.

Mientras el conductor gira la rueda por medio del volante, un sensor

determina la resistencia, y el motor se activa para dar la cantidad apropiada

de asistencia.

No hay energía desperdiciada, por lo que se ahorra combustible, y ya se

elimina los componentes hidráulicos como la bomba hidráulica y se

reemplazaría con un programa de computación que controla la potencia.

2.3.1. DIRECCIÓN ASISTIDA EPS

La dirección asistida electrónicamente, es un sistema que trabaja según el

movimiento que efectué el conductor al momento de realizar una maniobra o

simplemente manejar en línea recta, el cual disminuye la fuerza (par de giro)

para operar la dirección, mediante el acoplamiento de un mecanismo de

dirección simple a un circuito de asistencia llamado servo-mando.

El superar el límite de desmultiplicación no es una obligación, dado que se

malgasta desmedidamente la sensibilidad de la dirección, en esos casos se

solicita a la dirección asistida.

32

2.3.2. PARAMETROS DE FUNCIONAMIENTO

2.3.2.1. Asistencia principal

Los parámetros principales para que la dirección asistida funcione son el par

de giro y la velocidad del vehículo (km/h), estas dos señales son esenciales

ya que la unidad electrónica de la dirección asistida tiene en cuenta el par

ejercido sobre el volante y la velocidad del vehículo, estando estas dos

magnitudes físicas respectivamente por el captador de par de giro y el

captador de velocidad. (Pacovilca, 2011).

El motor eléctrico, trabaja al momento de recibir la orden del mando de

potencia del calculador electrónico que produce una corriente eléctrica de

asistencia que corresponde al par calculado.

Los parámetros de funcionamiento para que la dirección asistida sea

estable y segura son que la dirección puede estar muy asistida a baja

velocidad para facilitar las maniobras, y netamente más dura a alta velocidad

para mantener la trayectoria.

2.3.2.2. Retorno activo

Cada vez que un conductor libera el volante saliendo de alguna curva o

algún giro pronunciado, la dirección asistida electrónicamente ejerce un par

de retorno, que hace que las ruedas se alineen al compás de la vía

nuevamente.

El par de retorno ejercido también es denominado retorno activo hacia las

ruedas, y para que este funcione obedece las señales de ángulo de giro y

de la velocidad del vehículo que son determinas por el calculador electrónico

de la unidad de control.

33

2.3.2.3. Compensación de inercia

Un obstáculo para la dirección asistida es la masa que lleva el motor

eléctrico en ella, para indemnizar esa falta de reacción, es necesario girar el

volante más rápido para así poder adelantar la corriente eléctrica al motor,

ese es el llamado compensación de inercia.

Cuando el conductor gira rápidamente el volante (de 0 a 20 grados) para

evitar un obstáculo, la compensación de inercia interviene en función de la

velocidad del vehículo y de la velocidad de rotación del motor eléctrico,

(Pacovilca, 2011).

Tomando en cuenta que el auto es una masa puntual se puede calcular su

inercia, al momento de giro del volante, para simplificar el cálculo se ha

tomado en cuenta la fórmula básica de inercia.

I = ∑ xi2 × mi [2.3]

2.3.3. TIPOS DE DIRECCIÓN ASISTIDA ELECTRÓNICAMENTE

Muchas de las marcas han actualizado sus sistemas de los vehículos de tal

manera que un cálculo de 1 de cada 100 modelos de cada marca ya cuenta

con dirección asistida eléctricamente, marcas como Honda con su modelo

Honda City. Mazda con su modelo Mazda 3, Toyota con su modelo Corolla

XLI, Audi A3, Volkswagen Golf, Hyundai con su modelo Accent, etc.

Honda City: Consta de una dirección asistida eléctricamente “EPS” que

brinda al usuario una respuesta más resuelta, eficaz. El Honda City presenta

un columna de dirección de tipo piñón y cremallera, regulable en altura y

profundidad, computadora abordo multifunción.

34

Mazda 3: Este modelo fue fabricado en Japón con el nombre “AXELA” y

posee una dirección electro-hidráulica o EHPS (Electro-Hydraulic Powered

Steering) es un paso más a la dirección hidráulica.

La diferencia de un hidráulico es que la bomba hidráulica ya no va enlazada

al motor de combustión, sino la bomba hidráulica usa un motor eléctrico para

poder moverse.

Dándose la orden de trabajo de la bomba hidráulica sólo el momento que

necesite la dirección. El motor eléctrico para poder trabajar necesita una

alimentación de corriente, este es abastecido directo de la batería.

Corolla XLI, XEI: En esta versión lleva una dirección de piñón y cremallera

asistida por un sistema asistido electrónicamente EPS, como se indica en la

figura 2.19, la comunicación pasa del volante y se traduce al movimiento que

realizan las ruedas por medio de este sistema. Esto conlleva a ya no

depender del sistema hidráulico, lo cual es una tecnología limpia y se reduce

peso en el vehículo y ya no le resta potencia al motor de combustión,

resultando en una excelente maniobrabilidad, repuestas precisas y

contribución para la economía de combustible.

Figura 2.19. Comunicación Volante – Ruedas (TOYOTA)

Fuente: (TOYOTA, s.f.)

35

Audi A3: La marca Audi no se podía quedar atrás así que implemento su

propio sistema EPS, básicamente lleva los mismos componentes de una

dirección EPS común, con elementos un poco más potentes, la dirección

asistida se muestra en la figura 2.20.

Volkswagen Golf 2004: La marca Volkswagen, suministró un tipo de

dirección asistida a sus vehículos sedán, como se tiene el caso del golf, lleva

una dirección asistida EPS, se comanda por medio del protocolo CAN-BUS

(Controller Area Network, o Red de Control de Área), que se trata de una red

tipo CAN, el método de transmisión síncrona utiliza tramas que permiten

enviar secuencias compactadas de datos. Las tramas están compuestas de

varios bloques, dependiendo del protocolo, en los que no faltan los que

indican la dirección, el mensaje en sí la comprobación y el final; es una

forma de comunicación entre todas las unidades de comando del motor, el

chasis y el sistema eléctrico. (José Manuel Alonso, 2002).

De esta forma todo el funcionamiento se vuelve más eficiente (mayor tasa de

transferencia de datos), además de reducir significativamente la red de

cableado extensa y sistema en paralelo volviendo el mantenimiento más

Figura 2.20. Funcionamiento Dirección Asistida EPS (AUDI)

Fuente: (Scribd, s.f.)

36

simplificado y dando la posibilidad de instalación de varios ítems de

comodidad y conveniencia.

Por medio de esta red las otras ECU (Engine Control Unit) o computadoras a

bordo se comunican y comparten información en formato digital, en palabras

sencillas la red multiplexada CAN-BUS vendría a convertirse en un autobús,

el cual va en una línea que es la conexión física por donde se transportan

las señales, los pasajeros serían las señales de los sensores que comparten

información entre sí, los edificios son las unidades de mando que controlan

los diferentes sistemas que trabajan en el vehículo, todo esos componentes

forman toda una red multiplexada para controlar todos los sistemas del

vehículo.

Hyundai Accent: Modelo que utiliza dirección tipo piñón y cremallera con una

asistencia electrónica EPS, que lleva todo abordo de la columna de

dirección, este vehículo es el detallado más adelante ya que se escogió

como desarrollo de la tesis.

2.4. DIRECCIÓN ASISTIDA ELECTRÓNICAMENTE (HYUNDAI

ACCENT)

2.4.1. DEFINICIÓN

Las direcciones eléctricas o EPS (Electrical Powered Steering), es el más

actual, y el que más se está implementado en vehículos Sedán, como se

observa en la figura 2.21, se tiene el módulo de la dirección EPS de un

modelo de Hyundai; su mecanismo se basa en un motor eléctrico que se

encarga de generar la asistencia en la dirección y un módulo electrónico que

evalúa y promedia la asistencia sin reducir la potencia a la que trabaja el

motor.

37

Se basa en maniobrar el torque del motor eléctrico de acuerdo a las

necesidades del conductor, esto da como resultado un óptimo control de las

características de la dirección y en reducir en gran cantidad el consumo de

combustible.

Una de las características y que en estos tiempos es de gran importancia es

el medio ambiente, que Hyundai no despreocupo esa parte ya que se basa

en una tecnología limpia debido a que no utiliza aceite en la dirección,

reduce el peso en el vehículo, y esto a su vez da una mejora de las

condiciones para el servicio técnico por el supuesto que “remueve líneas de

aceite y a parte no perjudica el desarrollo normal del motor, dado es el

hecho que no necesita bandas de transmisión para mover una bomba.

Un sistema de dirección asistida con control electrónico “EPS” permite una

conducción más precisa con menos esfuerzo, dispone de dos lógicas de

funcionamiento y utiliza la potencia generada por un motor eléctrico, en vez

de la proporcionada por una bomba hidráulica accionada directamente por el

motor.

La dirección asistida electrónicamente es un sistema transformador, como lo

fueron en su momento, el alternador, el encendido electrónico y la tracción

delantera.

Figura 2.21. EPSCM (Módulo de la dirección asistida

electrónicamente)

Fuente: (HyundaiMotor, s.f.)

38

2.4.2. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UNA DIRECCIÓN ASISTIDA

ELECTRÓNICAMENTE

2.4.2.1. Ventajas

Al momento de adquirir una dirección electrónica, ya te liberas de cierto

peso extra que se da en todo el sistema hidráulico de la dirección, además

de excluir todos los componentes hidráulicos, y como la palabra lo indica

este sistema trabaja con líquido hidráulico, lo que eso se suprime para la

dirección asistida obteniendo una tecnología mucho más limpia porque ya no

necesita de líquido para generar energía y trabajar.

Aparte para mover la bomba hidráulica se necesita un sistema de poleas y

cadena o banda que reciben el movimiento directamente del cigüeñal, eso

ya no va hacer un problema, además de que reduces ruido en el vehículo,

no le robas potencia al motor, ya que la dirección asistida tiene su propio

motor eléctrico que recibe toda la energía para poder moverse, lo que lleva

eso a reducir los niveles de combustible aproximadamente 0,2 L cada 100

km.

Se logra una reducción de energía ya que los sistemas hidráulicos para que

funcione requieren un caudal volumétrico permanente, en este caso se

obviaría eso ya que la dirección asistida solamente consume energía y solo

cuando realmente se mueve la dirección.


Como desventaja en si el sistema depende de varios aspectos como el peso

del vehículo y del tamaño de las ruedas ya que entre mayor sea el peso de

estos es mayor el esfuerzo que tiene que desarrollar el sistema de dirección,

el motor deberá ser mucho más grande para poder solventar todo la energía

que necesita para lograr mover las ruedas correspondientes.

39

Un valor más elevado de lo normal en caso de alguna avería en el sistema,

eso se podría enunciar como desventaja pero cabe recalcar que es una de

las direcciones más usadas en los últimos años sobre todo por su

compromiso con el medio ambiente.

2.4.3. COMPOSICIÓN DE SISTEMA DE DIRECCIÓN ASISTIDA EPS

El sistema EPS está compuesto por 2 piñones, al primer piñón al cuál se

aplica una fuerza adecuada para el mando de la dirección se le conoce

como el piñón de dirección. El segundo piñón es conocido como el piñón de

accionamiento.

El piñón de dirección transmite los pares o fuerzas de dirección aplicados

por el movimiento del volante y el piñón de accionamiento transmite, a través

de un engranaje de sin fin, el par de servo asistencia del motor eléctrico para

controlar la dirección más fácil. (Sistema de Dirección en el Automóvil,

2012).

Los dos principales elementos que son el motor eléctrico y la unidad de

control junto con sus respectivos sensores de captación e información que

van relacionados al piñón de accionamiento. Con esta distribución se llega a

una relación entre una parte mecánica y una parte eléctrica que lo constituye

el volante y la cremallera.

En caso de que se presente algún tipo de avería, la marca Hyundai decidió

conservar la cremallera mecánica para evitar algún tipo de incidente el cual

se va a tornar un poco más dura la dirección pero sigue siendo maniobrable.

2.4.4. ESTRUCTURA DEL SISTEMA DIRECCIÓN ASISTIDA EPS

El sistema EPS como ya se habló en el apartado 2.3.1, consta de un motor

eléctrico, que es operado por una unidad de control electrónica y una

40

variedad de sensores de captación e información para componer la

asistencia eléctrica hacia la dirección.

En la figura 2.22 se observa la dirección que usa el Hyundai Accent para su

asistencia en la dirección la cual su masa total de la columna de dirección es

de 16,73 lb, equivalente a 74,46 N.

Este sistema reúne dos partes muy importantes en el vehículo como es lo

mecánico y lo eléctrico, y los hace trabajar en conjunto como un solo

elemento, la parte mecánica la compone el volante de la dirección y la

eléctrica es el sistema de asistencia a la cremallera de la dirección.

2.4.4.1. Descripción de elementos

El sensor ángulo dirección se encuentra ubicado en la parte posterior detrás

del anillo retractor con el anillo colector para el sistema airbag, (Taringa,

2013) y genera la señal correspondiente para determinar al ángulo de

dirección que aplica el volante.

El sensor par dirección no es más que el par aplicado al mando de la

dirección se puede determinar por medio del sensor de par de dirección,

este sensor trabaja según el principio magneto resistivo, y lo transmite a la

unidad de control en forma de señal.

Figura 2.22. Dirección Hyundai Accent

41

El motor eléctrico es un motor del tipo asíncrono con escobillas, que al ser

excitado por el módulo dirección comandara la asistencia a la dirección por

medio de un piñón y un tornillo sinfín.

El estator fijo exterior contiene bobinas de cobre que se suministran con una

corriente alterna para producir un campo magnético giratorio.

El rotor magnetizado está sujeto al eje de salida y crea una fuerza de torsión

debido al campo giratorio del estator.

La unidad de control para la dirección EPS, es la que se encuentra ubicada

cerca del motor eléctrico lo que lleva a reducir cableado hacia los

componentes de la servodirección y exponerse lo menos posible a la

intemperie.

Testigo luminoso de averías: El testigo de averías tiene que ir ubicado lo

más visible posible al conductor por lo cual se encuentra en el panel de

instrumentos. Se utiliza para avisar cualquier tipo de avería que suceda con

él sistema asistido.

Como se observa en la figura 2.23 el despiece de toda la dirección asistida

electrónicamente junto con sus respectivos componentes que comprende la

columna de dirección y los necesarios para transmitir el movimiento hacia las

ruedas.

42

2.4.5. FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA

El sistema empieza cuando el conductor realiza el primer movimiento por

medio del volante transmitido a través de la columna hacia los mandos

principales, en ese momento la dirección asistida responde

satisfactoriamente.

El movimiento del volante se traduce a un par de giro que tuerce una barra

de torsión en la caja de dirección.

El sensor de par de dirección capta la magnitud de la torsión e informa

sobre el par de dirección detectado a la unidad de control de dirección

asistida. (Sabonis, 2010).

El sensor de ángulo de dirección se encarga de informar sobre el ángulo

momentáneo que formo al girar el volante y al mismo tiempo el encargado

de informar la velocidad actual que actúa el volante es el sensor de régimen

del motor eléctrico, según el par aplicado a la dirección, la velocidad de

Figura 2.23. Despiece Dirección EPS


43

marcha del vehículo, el régimen del motor de combustión, el ángulo de

dirección, la velocidad de mando de la dirección y las curvas características

implementadas en la unidad de control, (Automotrizeispdm, 2012), la misma

se encarga de recibir todas estas señales para calcular el par necesitado y

hacer trabajar su actuador en este caso es el motor eléctrico que lo hace a

través de un engranaje de sin fin y el piñón de accionamiento que a su vez

ejerce un movimiento hacia la cremallera y transmite así la fuerza de

asistencia para la dirección.

La suma compuesta por el par de giro aplicado al volante y el par de servo

asistencia constituye el par eficaz en la caja de dirección para el movimiento

de la cremallera. (Bautista, 2009).

2.4.5.1. Funcionamiento dirección aparcar

El conductor realiza un giro intenso aplicado al volante para poder aparcar.

La barra de torsión recibe esa torsión, el primero que va a captar esa señal

es el sensor del par de dirección y este se encarga de informar a la unidad

de control que el volante está realizando un giro significante.

El sensor de ángulo de dirección avisa que hay un ángulo de dirección

pronunciado y el sensor de régimen del rotor informa sobre la velocidad del

mando actual de la dirección. (Bautista, 2009).

Antes de realizar la asistencia eléctrica, el módulo analiza todas las señales

recibidas del par dirección, la velocidad de marcha vehículo, el régimen del

motor de combustión interna para v = 0 km/h, en base a eso determina la

necesidad del giro y excita al motor eléctrico para su correspondiente

trabajo, como se muestra en la figura 2.24 la suma del par de giro con el par

de servo asistencia da un resultado de un par eficaz.

44

Para realizar la maniobra del parqueo el piñón accionamiento actúa sobre la

cremallera.

Al momento de aparcar, se produce el giro de la dirección pero sin recibir

velocidad por parte del motor, lo que presenta la siguiente formula:

∑ Fx = m × a = 0 [2.4]

2.4.5.2. Funcionamiento dirección ciudad

Cada vez que el conductor realice algún giro en el volante va hacer notado

por la barra de torsión ya que es la que recibe todo el giro y el primero en

captar la señal es el sensor de par.

La intensidad del giro varía según la necesidad del conductor, en este caso

de mediana intensidad, y el sensor de par es el encargado de comunicar a la

unidad de control.

Figura 2.24. Ciclo Servo asistencia


45

La unidad de control realiza su cálculo previo a la asistencia y resulta que

hay un par de dirección de mediana magnitud, la velocidad de marcha del

vehículo de 50 km/h, el régimen del motor de combustión, un ángulo de

dirección de mediana magnitud y la velocidad con que se mueve el volante,

así como en función de las curvas características implementadas en la

unidad de control para v = 50 km/h; al momento de manejar a una velocidad

constante la unidad lo lee como:

0 < 𝑉 < 50 , lo que se obtiene una:

∑ F = m × a [2.5]

El resultado de la unidad de control es realizar la asistencia por medio del

motor eléctrico correspondientemente a una necesidad de giro de mediana

magnitud, como se muestra en la figura 2.25.

La suma compuesta por el par de giro aplicado al volante y el par de servo

asistencia de mediana magnitud viene a ser el par eficaz. (Bora, Direccion

Electro-mecanica, 2010).

46

2.4.5.3. Funcionamiento dirección autopista

Cuando el vehículo ya se encuentra en movimiento, y realiza alguna

maniobra de cambio de carril, el conductor somete al volante a un giro en

pequeña magnitud.

La barra de torsión se tuerce y el sensor de par de dirección es avisado de

ese par aplicado y envía una señal a la unidad de control de que se está

realizando un pequeño movimiento en el volante.

El sensor de régimen del rotor comunica acerca de la velocidad con la que

se está efectuando el giro que se produce en el volante.

La unidad de control calcula que el vehículo realizo un giro de baja magnitud,

según la información que recibe en ese instante que es de la velocidad de

marcha del vehículo en 100 km/h.

Lo que la unidad de control lo toma como:

Figura 2.25. Servo asistencia Media Intensidad


47

𝑉 < 120, lo que se obtiene una:

∑ F = m × a [2.6]

El régimen del motor de combustión, un pequeño ángulo de dirección y la

velocidad con que se acciona él, la misma se encarga de excitar al motor

eléctrico con el par requerido en caso de necesitarlo, como se observa en la

figura 2.26, al mover la dirección circulando en autopista se realiza de esta

forma la servo asistencia de baja magnitud o bien no se aporta ninguna

servo asistencia a través del segundo piñón que actúa paralelamente sobre

la cremallera.(Bautista & González, 2009).

Figura 2.26. Servo asistencia Baja Magnitud


48

2.4.5.4. Funcionamiento dirección retrogiro activo

Entre menos presión ejerzas sobre el volante la barra de torsión tiende a

relajarse ya que no siente presión alguna de trabajo.

La unidad de control siempre va a tener en cuenta los sensores que le

ayudan a determinar si se produce algún giro en el volante, en el caso de un

descenso del par de dirección, teniendo en cuenta las otras señales, el

sistema calcula una velocidad teórica para el retrogiro y siempre va a realizar

un cálculo previo en este caso con la velocidad de mando de la dirección. De

ahí determina el par de retrogiro, como se trata de un retroceso (se tiene el

sentido negativo), y se obtiene la siguiente formula:

∑ F = −m × a [2.7]

Como se observa en la figura 2.27; La geometría del eje hace que se

produzcan fuerzas de retrogiro en las ruedas viradas.

Las fricciones en el sistema de la dirección y del eje suelen hacer que las

fuerzas de retrogiro sean demasiado bajas como para poder devolver las

ruedas a su posición de marcha recta. (Scribd, s.f.)

El motor eléctrico según las indicaciones es excitado por la unidad de control

y las ruedas vuelven a la posición de marcha recta.

49

2.5. FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE DIRECCIÓN

ASISTIDA EPS

El sistema EPS se trata de un sistema que combina la mecánica junto con la

electricidad, en este proceso intervienen mecanismos que trabajan entre sí

para llegar a un solo fin que es la respuesta de las ruedas a ese proceso

trabajado, intervienen muchos factores al momento de realizar un giro; La

unidad de control es el principal elemento que va hacer esto posible ya que

el mismo es el que recibe las señales de los sensores, analiza y saca un

cálculo, entonces según el giro que haya aplicado el conductor, se producirá

la excitación del motor eléctrico segundo factor importante y el a su vez dará

una corriente capaz de mover un piñón y a su vez los demás componentes

que intervienen para que la respuesta llegue a las ruedas.

Figura 2.27. Servo asistencia Descenso


50

2.5.1. SENSOR DE ÁNGULO DE DIRECCIÓN

El sensor de ángulo de dirección va ubicado en la columna de dirección.

Es el encargado de generar una señal que va a permitir saber exactamente

el ángulo de dirección, a su vez esta señal va hacer transmitida hasta a la

unidad de control ECU EPS a través de la red móvil de datos.

Este sensor consta de los siguientes elementos:

- Un disco de codificación con dos anillos.

- Diodos emisores con una fuente de luz y un sensor óptico cada una.

- El disco de codificación consta de dos anillos tipo encoders, el anillo

exterior de valores absolutos y el anillo interior de valores

incrementales, como se indica en la figura 2.28.

- El anillo incremental se divide en 5 partes de 72º y esta enlazado a un

emisor de luz y receptor óptico, cada vez que se produce un giro o

movimiento las emisiones de luz son cortadas de acuerdo a la

codificación de los segmentos, variando la cantidad de voltaje.

- El anillo de absolutos viene a determinar el ángulo está conformado

por 6 parejas de diodos emisores y receptores.

El sensor de ángulo de dirección es capaz de determinar hasta 1044º

de ángulo aproximadamente que esto se traduce a tres vueltas

realizadas al volante. La unidad de control es informada que el

volante ha dado una vuelta al sobrepasar los 360º.

Es muy importante recordar que ciertas marcas obvian el uso de este

sensor, ya que depende del fabricante el uso o desuso de sus

componentes.

51

2.5.2. SENSOR TORQUE O PAR DE DIRECCIÓN

Sensor tipo potenciómetro, conlleva una resistencia variable.

El giro formado por el volante se convierte en diferencial de voltaje. Los

elementos que conlleva este sensor son dos rotores que van unidos por una

barra de torsión, un rotor de posición y un rotor de torque, así como lleva dos

rotores entrega así mismo dos señales una señal principal y otra que conoce

como secundaria o auxiliar, ambas señales son iguales y opuestas y

muestran el par de giro aplicado en el volante. (Scribd S. D., s.f.)

En el instante en el que el volante esta inmóvil o posición neutral, eso indica

que no existe torque aplicado y genera un voltaje de 2,5 V equivalente al

50% de la señal.

Esta señal es indispensable para que funcione la asistencia electrónica, y así

mismo es el encargado de la seguridad del sistema se lo toma como

seguridad activa, es decir si este sensor llega a fallar por “n” motivo, la

unidad electrónica recibe esa señal y se pone en estrategia y apaga el motor

Figura 2.28. Sensor Ángulo Dirección


52

eléctrico inmediatamente y la dirección queda en funcionamiento como una

dirección mecánica por medio de la cremallera, para así resguardar la

integridad de sus ocupantes, a continuación se observa en la figura 2.29, el

despiece del sensor par.

El par de dirección o magnitud de giro del volante se puede medir gracias a

la ayuda del sensor. El sensor trabaja según el principio magneto resistivo,

es decir cuando una corriente eléctrica pase por algún campo magnético se

va a producir una reducción de la corriente así mismo de la tensión y va a

existir un aumento de su resistencia eléctrica, por lo tanto se da la siguiente

fórmula:

R =V

I [2.8]

El sensor es el encargado de conectar la columna y la caja de dirección por

medio de una barra de torsión, como se indica en la figura 2.30, al ser

movido el volante se intercalan ambas piezas de conexión entre sí en

función del par que interviene. (Eduardo Martinez, 2011).

Figura 2.29. Rotores Sensor Torque

Fuente: (Technical Service Training Center)

53

En virtud de que con ello también se intercala la rueda polar magnética con

respecto al sensor, resulta posible medir el par aplicado a la dirección de esa

forma y se lo puede transmitir a la unidad de control en forma de señal.

Especificaciones Técnicas del sensor:

- Temperatura de operación: -40° a 85 °C

- Voltaje de alimentación: 5 V

- Rango de resistencia: 540 kΩ

- Histéresis: 1% vcc

- Marca: Delphi-BI technology

Figura 2.30. Sensor Par Dirección


54

2.5.2.1. Calibración del sensor par

Para empezar se encenderá el indicador de falla del EPS en el tablero el

cual indicará que algún problema existe con el sistema, para proceder a

realizar la siguiente programación del sensor se necesita de un scanner o

tester automotriz; el volante se comunica siempre con el sensor de tal forma

que al momento de hacer lo pasos para la calibración el volante debe estar

en posición neutra, los otros pasos son los ítems del vehículo que se

escogen en el scanner.

La calibración ayuda a dejar el sensor en 0°, lo cual permite que el motor

eléctrico junto con el módulo electrónico trabaje de manera sincronizada

interpretando exactamente el giro que realiza el conductor, y el indicador del

EPS se desactivara.

2.5.3. SEÑAL DE VELOCIDAD DEL VEHÍCULO

Esta señal es muy importante para el funcionamiento de la dirección asistida

electrónicamente, el parámetro de la velocidad del vehículo es necesitado

por el calculador ECU del EPS para aplicar el nivel de asistencia requerido

por el conductor, esta señal trabajara en conjunto con el módulo todo el

tiempo que permanezca prendido y en movimiento el vehículo.

El sensor de velocidad va a la salida de la caja de cambios, puede ir en la

corona, en el tablero o en las ruedas, puede presentar tres casos: sensor,

cadena y sensor, solo cadena del velocímetro, como se indica en la figura

2.31.

55

Este sensor tiene dos tipos de señal puede ser cuadrática que aplica el

principio de efecto hall, o de tipo inductivo que tiene una señal alterna. En

este caso trabaja con una señal digital por medio de impulsos que produce el

efecto hall.

La unidad de control capta la velocidad del vehículo basada en la señal del

impulso digital y controla la corriente de la válvula solenoide que controla la

fuerza de conducción del volante. (2bmm, 2012).

La señal de velocidad del vehículo sirve básicamente para que la unidad de

control ordene la cantidad de corriente que deberá generar para controlar la

dirección. A medida que la velocidad del vehículo aumente la corriente del

motor disminuye, eso da como resultado un menor esfuerzo para maniobrar

el vehículo.

Para calcular la velocidad lineal del vehículo se dispone en las ruedas

generalmente no motrices un sensor inductivo que envía una señal

permanente de pulsos por lo medio de la cual se puede calcular la velocidad

instantánea en todo momento del automotor. (Dirección, s.f.).


- Tipo Señal: Hall e inductivo

- Frecuencia: 70,7 hz at 100 km/h

- Voltaje de alimentación: 0 a 5 V

Figura 2.31. Ubicación Sensor velocidad (VSS)

Fuente: (Hyundai-Motor-Service)

56

- Periodo operación: 200 ms

- Resolución: 1 km/h

2.5.4. SENSOR DE RÉGIMEN DEL MOTOR

El sensor de régimen del motor es el encargado de determinar la cantidad de

vueltas que da el cigüeñal por minuto.

Esta señal entra hacer calculada por la unidad de control del motor (ECU

PRINCIPAL), de ahí pasa al módulo de la dirección este sensor puede

trabajar mediante la señal del sensor inductivo de revoluciones del cigüeñal

o sensor CKP (Crankshaft Position), por las revoluciones del alternador, o la

inductancia de los cables de bujía.

Al momento que el vehículo enciende, empieza a trabajar el sistema EPS,

por medio de la señal del sensor de velocidad del motor, ya que este va

indicar que el motor del vehículo empezó a girar, la señal es transferida por

la PCM (Power Control Module o módulo de control electrónico) al sistema

de asistencia, eso da entender la intención del conductor al recibir la señal

de rpm del motor.

Cuando el motor se encuentra en ralentí o las rpm del motor disminuye

debido a una carga de generador excesivamente alta, el motor se detiene o

la batería se descarga. Para evitar esta situación, cuando el motor eléctrico

consume más de 25 A con el motor en ralentí, el módulo de control de la

dirección conecta a masa 12 V, que se transmiten desde la ECU principal y

el módulo de control emite la señal de ralentí al motor. Si el motor consume

menos de 20 A, o la velocidad del vehículo es superior a 5 km/h, el EPSCM

(Electric Powered Steering Control Module), desactiva la señal de ralentí.

(José Luis Pérez Contreras, 2012).

57

Esta señal no es un factor principal al momento de hablar de la seguridad

activa del vehículo, en otras palabras el motor eléctrico que se encarga de la

asistencia no se procederá apagar si bien el sensor de velocidad presente

alguna falla, pero la corriente que transmite el motor eléctrico empezara a

decrecer cuando el esfuerzo en la dirección se incremente, como se observa

en la figura 2.32, la posición del sensor velocidad motor.


- Tipo Señal: Hall e inductivo

- Frecuencia: 2 pulsos / 1 rotación del motor

- Voltaje de alimentación: 0 a 5 V

- Periodo operación: 200 ms

- Resolución: 20 rev/min

2.5.5. UNIDAD DE CONTROL PARA LA DIRECCIÓN EPS

Este pequeño pero muy eficaz elemento va ubicado directamente al motor

eléctrico, con lo cual se reduce cableado hacia los componentes de la

dirección para así tratar de evitar lo menos posible que exista cableado que

Figura 2.32. Ubicación Sensor velocidad del motor

Fuente: (Hyundai-Motor-Service)

58

este expuesto a la intemperie, trabaja por medio de la captación de señales

provenientes de:

- La señal del sensor de ángulo de dirección

- La señal del sensor de régimen del motor

- El par de dirección y el régimen del rotor

- La señal de velocidad de marcha del vehículo

- La señal de que se identificó la llave de contacto en la unidad de

control

- La unidad de control calcula las necesidades momentáneas de servo


A partir de eso se calcula la intensidad de corriente que se necesita para

excitar el motor eléctrico.

La unidad de control tiene integrado un sensor térmico, como se indica en la

figura 2.33, para detectar la temperatura la cual cuando llega menor que

−20 °C y asciende por encima de los 100 °C, se reduce de forma continua la

servoasistencia para la dirección.

Si la servoasistencia a la dirección cae por debajo de un valor de 60%, el

testigo luminoso para dirección asistida se enciende en amarillo y se inscribe

una avería en la memoria. (Cise).

El tipo de memoria que se encuentra en el módulo electrónico, se la conoce

como: EEPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), son de tipo

semiconductoras, en sí son memorias de sólo lectura, no pierden la

información aunque se corte la alimentación, permiten su reprogramación

eléctrica.

Las Flash EEPROM son más rápidas por permitir borrado y escritura por

bloques aunque tienen el inconveniente del desgaste (10.000 – 90.000

borrados). (EPROM, 2003).

59

2.5.6. TESTIGO LUMINOSO DE AVERÍAS

La luz de advertencia se encuentra ubicada en el panel de instrumentos

como se observa en la figura 2.34, es la encargada de informar al conductor

en caso de que esté ocurriendo algún daño en la dirección.

El testigo luminoso va a tomar dos colores distintos para diferenciar el daño

que esté ocurriendo en ese momento en la dirección asistida. Si se enciende

en amarillo, significa un aviso de menor importancia.

Si el testigo luminoso se enciende en rojo combinado con una señal de

aviso acústico, es para alertar al conductor que hay que dirigirse

Figura 2.33. Módulo / Unidad de control

Figura 2.34. Luz testigo de averías del tablero

60

inmediatamente a un servicio autorizado Al momento de poner en contacto

la llave, la luz en el tablero se enciende en rojo, no es cosa de alarmarse ya

que el sistema de la dirección asistida lleva a cabo un ciclo de autochequeo;

A partir de que la señal procedente de la unidad de control llegue quiere

decir que el sistema está funcionando sin ningún problema, y se procede

apagar la luz testigo en el tablero, cabe recalcar que este proceso se lo lleva

en dos segundos.

2.5.7. MOTOR ELÉCTRICO

Motor tipo asíncrono, este motor se diferencia del motor síncrono, los

síncronos usan un motor externo que les da el par de arranque y los coloca

en sincronismo con la red.

Los asíncronos son independientes de la frecuencia de la red en si se

pueden usar para reemplazar a motores de corriente continua por medio de

los variadores de frecuencia, es decir en el motor asíncrono no existe

corriente conducida a uno de sus devanados (normalmente al rotor). (Jesús

Fraile Mora, 2003).

Los motores asíncronos son muy utilizados debido a la geometría de

construcción como se observa en la figura 2.35 son simples, llevan

escobillas y de un peso ligero, bajo costo y el mantenimiento más

simplificado que cualquier otro tipo de motor eléctrico.

61

Especificaciones Técnicas del motor:

- Corriente Max: 65 A

- Diámetro: 76 mm

- Longitud: 125 mm

- Peso: 2.6 kg

- Velocidad Max: 2000 rev/min

- Torque: 3.4 N.m

- Velocidad: 1.180 r/min

- Alimentación: 420 W

Figura 2.35. Motor Eléctrico

62

2.6. FALLOS EN EL SISTEMA DE DIRECCIÓN ASISTIDA EPS

2.6.1. SÍNTOMAS DE LOS PROBLEMAS SURGIDOS EN LA

DIRECCIÓN ASISTIDA EPS

Los problemas que han aquejado a la mayoría de los clientes es que dado

cierto kilometraje del vehículo se presentaron diferentes fallas provenientes

con la dirección, dadas las versiones escuchadas por los conductores, el

volante en condiciones normales se empieza a endurar a tal punto que la

dirección asistida no responde quedando netamente mecánica; La acción

que deciden hacer es maniobrar hasta aparcar luego apagar y encender el

vehículo nuevamente, de esa forma la dirección se suaviza.

En otros casos la falla es diferente al momento que realizas un giro

pronunciado la dirección emite un traqueteo o ruido hasta que dejes de girar.

Otra de las quejas es que la dirección empieza a responder a un solo lado y

para el otro es dura y no permite al otro sentido moverse.

Para todos esos casos la marca HYUNDAI, puso un plan de contingencia y

retiró miles de vehículos de las calles para poder corregir ese problema, esa

reparación iba por parte de la marca como garantía por ser una falla en serie

de fábrica.

2.6.1.1. Endurecimiento del volante y advertencia testigo EPS

Este inconveniente es una de los más mencionados por los conductores de

la marca, el cual viene a generar una inquietud para el fabricante.

Cuando la unidad de control de la dirección asistida es informada del código

de falla o DTC (Diagnostic Trouble Code) que se generó en el sistema, el

relé de seguridad desconecta el sistema y el motor eléctrico de la dirección

63

deja de asistir, eso es transmitido al conductor mediante el testigo de averías

del tablero y además que la dirección se vuelve netamente mecánica.

Este sistema de seguridad, cuando existe falla en el sistema dirección

asistida y se mantiene como mecánica la dirección es implementada según

la marca, por resguardar siempre la seguridad de sus ocupantes y nunca

quede el vehículo inmaniobrable.

2.6.1.2. Ruido o traqueteo al girar el volante

Otro inconveniente presentado en el vehículo comunicado por la unidad de

control que ha detectado el código de avería o dtc, es una señal acústica o

traqueteo al momento de realizar un giro en el volante, este sonido se

mantiene mientras tengas la dirección girando.

La razón es simple ya que el motor eléctrico interpreto el giro para un

sentido, pero el conductor está generando el giro hacia otro sentido, esto

hace que exista una especie de roce entre el piñón de asistencia y tornillo

sinfín de la columna. (Sistema de Dirección en el Automóvil, 2012).

2.6.1.3. Asistencia únicamente a un lado del giro

Este inconveniente suele ocurrir cuando la asistencia eléctrica por parte del

motor eléctrico solo se va a dar a un sentido de giro y no a ambos, esta falla

se presentaba por las irregularidades del suelo.

Entonces los contactos del sensor de par sufrían esos golpes y el módulo

electrónico tomaba medidas erróneas o señales fuera de rango entre el

sensor principal y el auxiliar, lo que daba de resultado que la dirección se

ponga dura o rígida.

64

2.6.2. PLAN ESTRATÉGICO DE LA COMPUTADORA PRINCIPAL

JUNTO CON EL MÓDULO ELECTRÓNICO

La unidad de control (ECU EPS) del sistema de dirección asistida,

generalmente cuando existe algún tipo de falla con este sistema la

computadora de la dirección indica la falla y la computadora principal recibe

esa señal de tal forma que se pone en plan estratégico, con esto se quiere

decir que el sistema para procurar alguna avería en el sistema y sobre todo

con los ocupantes del vehículo, capta señales las cuales no van con su

rango de trabajo y suspende la dirección asistida hasta que se regule el

problema.

2.6.2.1. Daño en el sensor de ángulo de dirección

En el caso de que el sensor de ángulo de dirección falle, se pone en vigor

un plan estratégico por parte de la unidad de control, que es reemplazar la

señal por un valor supletorio. La asistencia no se va a suspender, pero la

avería se comunica indicando el testigo de averías del panel de

instrumentos.

2.6.2.2. Daño en el sensor de par de dirección

Este caso es un poco más complicado ya que esta señal es indispensable

para el correcto funcionamiento de la dirección asistida, en este caso y por

recomendaciones del fabricante se recurre a cambiar la caja de la dirección.

Cuando se presenta esta falla se realiza la desactivación la asistencia, sin

embargo para que este proceso sea de una forma suave y no brusca, la

unidad de control pone en práctica su plan estratégico que en este caso

65

calcular una señal supletoria para el par de dirección, tomando como base

los ángulos de dirección y del rotor del motor eléctrico. (Sabonis, 2010).

La falla se indica en el panel de instrumentos mediante la luz de testigo.

2.6.2.3. Daño al motor eléctrico

Como ya se sabe el motor asíncrono genera corriente y no tiene corriente

aplicada, lo que permite en caso de avería a moverlo a través de la caja de

dirección.

Cuando exista alguna falla por algún motivo en el motor eléctrico se va a

suspender la asistencia ya que es el elemento encargado de ello, aun así es

posible mover la dirección solo aplicando un poco más de fuerza al volante,

ya que se vuelve netamente mecánica, inclusive cuando se produzca algún

cortocircuito en el motor, este no se bloquea.

El indicador del panel de instrumentos va indicar la falla presente en el motor

eléctrico mediante una luz roja que se enciende.

2.6.2.4. Fallo en la unidad de control del EPS

En este caso no se puede tomar alguna estrategia para la unidad de control,

pero si llega a dañarse la (ECU EPS), se la puede sustituir.

La familia de características correspondiente en la memoria no volátil para

programas de la unidad de control tiene que ser activada por medio del

sistema de diagnosis. (Sistema de Dirección en el Automóvil, 2012).

66

2.6.3. CODIGO DE FALLA DTC, DIAGNÓSTICO PRESENTADO

Los códigos de falla del conector OBD II (On Board Diagnostic) son del tipo

alfanumérico, quiere decir que es un código binario que va a contener letras

y números en forma digital, y cada uno de ellos representa una ruta diferente

de diagnóstico de avería.

El primero código siempre va hacer una letra, la cual va a dar la pauta para

encontrar la falla, ya que la letra resume la parte donde se originó el dtc.

P = POWERTRAIN La letra P, corresponde los códigos que se encuentran

ubicados en el motor o la transmisión automática.

B = BODY La letra B, corresponde los códigos ubicados en los sistemas

que conforman la parte de carrocería y confort, también algunos sistemas

relacionados con el inmovilizador.

C = CHASIS La letra C, corresponden los códigos que contienen los

sistemas relacionados con el chasis como son: Sistemas ABS – AIRBAG,

sistemas de diferencial que no se involucren directamente con la

transmisión automática, por lo que ya anexaría los códigos powertrain.

U = NETWORK La letra U, corresponde a los códigos que intervienen con

una red multiplexada de un módulo a otro, o la red can-bus; Si ese es el

caso se puede generar un código que provenga de cualquier módulo que

este en esa línea de datos.

Lo segundo es un valor numérico; cabe recalcar que existen códigos

genéricos, así como códigos que pertenecen solo al OBD II o códigos

universales pero es algo particular que el fabricante ha dispuesto para ese

problema.

SI es 0 será un código completamente universal denominado SAE.

SI es 1, 2 o 3 será un código del fabricante aunque sigue siendo OBD II o

CAN.

67

El Tercer digito indica en el caso del motor, el subsistema sobre el cual está

montada la falla es así como se obtendrá una ubicación precisa del

problema analizando este digito.

Si es 1 un problema ocasionado por un problema con un sensor que afecte

la relación AIRE /COMBUSTIBLE o cualquier problema que afecte el buen

funcionamiento de esta.

Si es 2 está relacionado con algún problema relacionados el sistema de

alimentación (Bomba de combustible, Inyectores, Relé de Bomba sensores

de Presión del Riel).

Si es 3 está relacionado con algún problema en el sistema de encendido

este puede estar compuesta por elementos como (Bobinas, CKP, CMP,

Sensores de Detonación Y códigos de fuego perdido (Misfire).

Si es 4 está relacionado con el desempeño de un sistema anticontaminación

como son: EGR (Exhaust Gast Recirculation), EVAP (Evaporation Control

System Gast), Catalizador, Aire secundario, Oxigeno calentado.

Si es 5 está relacionado con un problema de la marcha mínima esto

comprende Válvulas IAC (Idle Air Control Valve) – ISC (Idle Speed Control)

o todo sistema motorizado que controle la marcha mínima).

Si es 6 está relacionado con un problema del PCM, esto puede ser referente

a sus circuitos de procesamiento como memoria y procesador o a referente

a masas y positivos fuera de especificaciones.

Si es 7 u 8 está relacionado con Transmisión Automática o sistemas

controladores de tracción en las 4 ruedas.

Los códigos de falla que se pueden presentar en el sistema EPS son los que

se muestran en la tabla 2.1. (On-Board Diagnostic Systems, s.f.)

68

Tabla 2.1. Diagnósticos DTC

DTC DIAGNÓSTICO

B1317 Tensión alta de batería

B1318 Tensión baja de batería

C1099 Anomalía del motor de la servodirección electrónica

C1278 Señal defectuosa en el sensor de Dirección

C1778 Mala alimentación del módulo de la Dirección

C1955 Circuito abierto en el sensor del ángulo y la velocidad de giro del volante

C1956 Anomalía en el circuito del sensor del ángulo y la velocidad del giro del volante

U2011 El módulo ha transmitido datos no válidos

C1290 Fallo señal principal del sensor de par

C1291 Fallo señal auxiliar del sensor de par

C1292 Fallo diferencia de señal de sensor de par entre principal y auxiliar

C1112 Fallo voltaje de suministro de sensor de par

C1212 Fallo de señal del sensor velocidad del vehículo

C1272 Fallo de señal del sensor velocidad del motor

C2412 Fallo del voltaje de terminal del motor

C2413 Fallo de corriente de motor (modo exceso de corriente)

C2414 Fallo de corriente de motor

C2415 Fallo de corriente de motor

C1101 Fallo voltaje de batería

C1704 Relé seguridad ante fallo atascado

C1604

Fallo voltaje de salida de suministro

Fallo de control I/F de voltaje de terminal del motor

Fallo de ASIC (memoria)

Fallo voltaje I/F del sensor de par

Fallo del termistor

Fuente: (Hyundai Service: EPSCM, s.f.)

69

2.7. DESCRIPCIÓN DEL DTC DE LA DIRECCIÓN EPS

C1212: Velocidad del vehículo = 0km/h, régimen del motor >4,000 rpm por 5

minutos.

C1272: Velocidad del vehículo > 50km/h, régimen del motor < 330 rpm por

20 segundos.

C1290: Voltaje Señal Principal > 4,6 V o < 0,4 V

C1291: Voltaje Señal Auxiliar > 4,6 V o < 0,4 V

C1292: Valor absoluto Entre S. Principal y S. Auxiliar de Par dirección >

0,527 V.

C1112: Voltaje Sensor Torque > 5,7 V o < 4,3 V

C1604: Fallas internas en el Módulo MDPS (Motor Driven Power Steering)

C2412: Voltaje Borne Motor Eléctrico > 8,5 V o < 0,2 V por 5 segundos

(Normal 1 Volt).

Tabla 2.2. Prueba código C2412 diagnóstico Hyundai


Elemento Estado de detección Causa Posible

Estrategia del DTC Comprobación de Voltaje Circuito abierto

o cortocircuito en el circuito de alimentación.

Circuito abierto o cortocircuito en el circuito de masa.

Resistencia de contacto en las conexiones.

EPS CM averiado

Estado de activación Funcionamiento incorrecto del motor

y tensión del relé ≥ 5,5 V

Valor Umbral Tensión final del motor ≥ 8,5 V o ≤ 0,2

V

Tiempo de diagnóstico 0,5 seg

Seguridad contra fallos

Motor: OFF

Relé: OFF

Testigo de avería: ON

Estado de recuperación: Encendido “OFF”

70

C2413: Corriente Consumo Motor Eléctrico > 10 A; Fallo de corriente de

motor (modo exceso de corriente).



Estrategia del DTC Comprobación de la corriente

Mala conexión en el circuito de masa.

Resistencia de contacto en las conexiones.

EPS CM averiado

Estado de activación

Suministro del sistema “ON”

Voltaje de contacto de relé de

seguridad ante falla > 8 V

Valor Umbral [Valor actual medido – valor actual requerido] > 10 A

Tiempo de diagnóstico 48 ms


Motor: OFF

Relé: OFF




C2414: Corriente Consumo Motor Eléctrico > 73 A; Fallo de corriente del

motor



Estrategia del DTC

Comprobación de la corriente

Cortocircuito o mala conexión en el circuito de masa.

Cortocircuito en el circuito de control.

Motor defectuoso

EPS CM averiado



Voltaje de contacto de relé de seguridad

ante falla > 8 V

Valor Umbral Mida el valor actual > 50 A

Tiempo de diagnóstico

48 ms


Motor: OFF

Relé: OFF




C2415: Corriente Motor Eléctrico < 2 A y cuando Corriente consumo > 4 A

por 2,4 segundos o más; Fallo de corriente de motor.

71



Estrategia del DTC




Motor defectuoso

EPS CM averiado




ante falla > 8 V



48 ms


Motor: OFF

Relé: OFF




C1101: Voltaje sistema > 17,5 V

C1102: Voltaje sistema < 9 V por 5 segundos

C1704: Voltaje contacto falla es de 5,5 V



Estrategia del DTC Comprobación de Voltaje

Pieza de contacto del relé de seguridad ante fallos


Relé de seguridad ante fallos “OFF” (sólo una vez en con el ENC ON)

Voltaje entre el terminal del motor < 5 V

Valor Umbral Voltaje de contacto de relé de

seguridad ante falla ≥ 5,5 V

Tiempo de diagnóstico 5 seg

Seguridad contra fallos Motor: OFF

Relé: OFF


3. METODOLOGÍA

72

3.1. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL BANCO DE PRUEBAS

Para la elaboración del banco de pruebas funcional lo que se hizo fue tomar

el sistema de dirección asistida eléctricamente EPS como se habla en el

apartado 2.3.1, que genera todas las señales necesarias para darle un

funcionamiento autónomo, un sistema que pueda ser operado de manera

fácil y didáctica, que permita la obtención de mediciones, señales, y la

observación de los componentes del sistema, el diseño mecánico de la

maqueta se lo hizo en base a los requerimientos del sistema; de la correcta

relación entre el sistema y el que opera depende la calidad y eficiencia de

las practicas que se realiza.

3.2. MEDICIONES EN EL VEHÍCULO

Para la realización de este proyecto se procedió a conseguir que se facilite la

utilización de un vehículo que es mencionado en el apartado 2.3, dentro de

las instalaciones de Hyundai Neoauto, para realizar las medidas en cuanto a

dirección asistida se refiere, apoyado de material de información de tal

manera que con esas medidas partí para empezar a trabajar en la

simulación correspondiente.

Las señales que más se dificultan para poder realizar el trabajo de la

dirección EPS fuera del vehículo, son las señales de velocidad del vehículo,

ya que son sensores que no cuenta la columna de dirección pero sin

embargo son indispensables para que trabaja la dirección.

Cada señal parte del movimiento de un sistema particular del vehículo; la

señal de régimen del motor se la obtiene por medio del sensor que está

ubicado en la carcasa del cigüeñal y la señal de velocidad del vehículo la

mayor parte la toman del sistema ABS.

73

3.2.1. MEDIDA DEL SENSOR DE VELOCIDAD DEL VEHÍCULO

La medida del sensor de velocidad, se la obtiene tomando el pin 2 del socket

M62-1, y se obtuvo una señal tipo hall es decir cuadrática como se observa

en la figura 3.1, con una amplitud de 0 a 12 V con un ciclo de trabajo del

50%, su frecuencia aumenta o disminuye como se muestran los datos en la

tabla 3.1.

Al momento de obtener la curva senoidal por medio del osciloscopio se

procede a congelar la imagen y poder observar la curva respectiva, como se

sabe esta curva es la que se va a simular por medio de la placa PCB

(Printed Circuit Board), comandado por un microcontrolador que se encargue

de generar la onda con un ancho de pulso generado por el potenciómetro y

de tipo cuadrática.

Figura 3.1. Señal Efecto Hall (Velocidad vehículo)

74

Tabla 3.1. Relación Velocidad – Frecuencia

VELOCIDAD (km/h) FRECUENCIA (hz)

0 0

10 6,42

20 12,90

30 19,25

40 26,10

60 39,08

80 52,20

100 65,80

120 78,20

140 96,18

160 104,20

180 113,72

200 138,90

3.2.2. MEDIDA DEL SENSOR DE VELOCIDAD DEL MOTOR

La medida del sensor de velocidad del motor, se la obtiene tomando el pin 12

del socket M62-1, y se obtuvo una señal tipo hall es decir cuadrática con los

valores de frecuencia que se muestran en la tabla 3.2, con una amplitud de 0

a 12 V y un ciclo de trabajo del 50% como se observa en la figura 3.2.

75

Tabla 3.2. Relación rpm – Frecuencia

rpm FRECUENCIA (hz)

0 0

200 9,68

600 10,42

700 11,85

1000 17,15

1500 25,60

2000 34,30

2500 42,38

3000 51,08

3500 58,60

4000 65,30

5000 83,15

6000 103,21

7000 120,08

Figura 3.2. Señal Efecto Hall (Velocidad Motor)

76

3.3. SELECCIÓN DE LOS MECANISMOS PARA EL BANCO

DE PRUEBAS

Para seleccionar los mecanismos que van a constituir este banco de

pruebas y comandar el funcionamiento del mismo, se procede a detallar toda

la dirección, clasificando en elementos mecánicos y electrónicos.

3.3.1. ELEMENTOS MECÁNICOS

Cremallera: Para la elaboración se usará una cremallera mecánica que tiene

de distancia sólo de la caja de dirección 550 mm y cada terminal tiene 313

mm, como se observa en la figura 3.3, del sistema de asistencia de dirección

asistida del Hyundai Accent.

Figura 3.3. Cremallera Dirección Mecánica

Columna: Se implementó una columna de 515 mm de distancia con

articulaciones para enlazar el volante de la dirección con la cremallera, como

se aprecia en la figura 3.4, se ve toda la columna con sus componentes.

77

Eje crucetas: Las crucetas o uniones universales son articulaciones que se

doblan, estiran, tuercen y estas son sometidas a todas las tensiones durante

la operación de giro; La cruceta fue adquirida de un Hyundai Verna que tiene

como distancia 300 mm con un estriado de 16 mm, como se observa en la

figura 3.5, los vehículos de la marca no han sabido variar mucho en sus

componentes mecánicos, articulaciones, ya que la articulación de este

vehículo tranquilamente trabaja en el Hyundai Accent.

Figura 3.4. Columna Dirección


78

Figura 3.5. Brida dirección: Eje crucetas

Volante: En este caso se usó un volante particular de madera que tiene un

diámetro de 320 mm con un radio de 160 mm, los puntos de acople se

realizarán con un taladro, que tienen una distancia de 25 mm entre ellos en

total son 6 puntos donde entran pernos hexagonales, en la figura 3.6, se

puede observar el volante elaborando las adaptaciones para el ensamble.

Para que exista la funcionalidad del volante es necesario realizar un acople

para el eje.

79

Figura 3.6. Volante Común

Acople Volante: Tenía que elaborar un acople que se lo elaboraría en acero

A-36 de comercialización en estado bruto de laminación, para poder añadir

el volante, como se visualiza en la figura 3.7, la pieza tiene 82x40 mm, con

un estriado de 16 mm, los puntos de adaptaciones son cada 35 mm

correspondientemente.

Se empieza con un corte de acero tomado de un bloque y se procede a

montarlo en el torno, por medio de las guías se permite un desplazamiento

suave sin carro y contra cabezal, deben estar rasqueteadas o rectificadas.

Por medio del cabezal se proporciona el movimiento a la pieza. En su interior

suele ir alojado el mecanismo para lograr las distintas velocidades, que se

seleccionan por medio de mandos adecuados, desde el exterior.

El mecanismo que más se emplea para lograr las distintas velocidades es

por medio de trenes de engranajes

En el torno la herramienta cortante se fija en el conjunto denominado carro.

La herramienta debe poder acercarse a la pieza, para lograr la profundidad

de pasada adecuada y, también, poder moverse con el movimiento de

avance para lograr la superficie deseada.

80

3.3.2. ELEMENTOS ELECTRÓNICOS

Batería: La batería que se usará deberá cumplir las exigencias en cuanto

amperaje, que es lo que más consume debido al motor eléctrico de la

columna de dirección, sugerida con estas características:

Amperaje (Ah) 70

CCA (SAE -18 °C) 600

Medidas (largo/ancho/alto) 260x165x175 mm

Peso 18kg

Tipo Libre Mantención

Polaridad Positivo Derecho e Izquierdo

Figura 3.7. Elaboración Acople Volante

81

Como se observa en la figura 3.8.

Figura 3.8. Bateria

Fuente: (Baterías, 2013)

Motor Eléctrico: El motor eléctrico que se utilizará, como se observa en la

figura 3.9, es un motor de 12 V y 65 A con una potencia de 420 W del tipo

asíncrono con escobillas. Desarrolla un par máximo de 4,1 Nm. para servo

asistencia a la dirección.

82

Unidad Control / Módulo Electrónico: La unidad de control, encargada de

captar señales de sensores que trabajarán con el sistema EPS, y a su vez

funcionará su actuador que es el motor eléctrico, cuenta con una seguridad

activa en caso de que capte alguna señal anómala o errónea en el sistema;

En la figura 3.10, se observa la unidad de control desmontada de la columna

dirección.

Sensor Par: El sensor par como ya se sabe es un elemento esencial para el

funcionamiento de la dirección asistida EPS, a continuación en la figura 3.11

se observa desmontado de la columna:

Figura 3.9. Motor Eléctrico

Figura 3.10. Módulo Electrónico ECU EPS

83

3.4. ESQUEMA GENERAL DEL DISEÑO ELECTRÓNICO

El diseño del banco de pruebas realizará la simulación del trabajo que el

sistema EPS realiza en el automóvil, para poder realizar el giro hacia las

ruedas por medio de energía eléctrica.

El sistema en si no podrá funcionar sin la ayuda de unas señales que

brindan los sensores que no se encuentran montados en la columna de

dirección, aparte de eso las señales y alimentaciones que brindan el motor

eléctrico y el sensor de ángulo de dirección (opcional), que si se encuentra

montados en la columna de dirección.

Para poder reemplazar el trabajo que hace normalmente la computadora

principal conocida más comúnmente como ECU principal, entra el trabajo

que va a realizar la placa electrónica que por medio de un microcontrolador,

el cual va a ser el encargado de recibir las señales y transmitirlas hacia

algún switch, pulsador o algún actuador montado en la columna de dirección.

A continuación se detallan los elementos montados en la placa electrónica

que trabajan en conjunto para simular el trabajo que comúnmente realiza el

módulo principal del vehículo.

Figura 3.11. Sensor par dirección

84

3.4.1. POTENCIÓMETRO

Los potenciómetros permiten controlar la intensidad de corriente que fluye

por un circuito, en este caso se usó un potenciómetro de capacidad B 100 k

Ohm, como se observa en la figura 3.12, cuyo valor de resistencia en vez de

ser fijo es variable.

Figura 3.12. Potenciómetros

3.4.2. ZÓCALO MICROCONTROLADOR

El zócalo sirve como una seguridad activa para el microcontrolador, como se

observa en la figura 3.13, ya que por medio de ella se realizan todos los

funcionamientos programados en él, y en caso de algún cortocircuito o

alguna falla con la placa, el micro estaría fuera de algún daño.

85

3.4.3. MICROCONTROLADOR

El microcontrolador que se usó para la elaboración de esta placa PCB es el

ATMEGA 164 PA, como se observa en la figura 3.13, escogí este micro, ya

que contiene entradas análogas y salidas pwm.

3.4.4. BORNERAS

Las borneras sirven para obviar los puntos de suelda en la baquelita de tal

forma se obtiene una mejor conexión y una mejor estética, como se observa

en la figura 3.14.

Figura 3.13. Microcontrolador y Porta Micro

86

3.4.5. RESISTENCIAS

Básicamente los resistores se usan para aumentar resistencia del flujo de

corriente a un circuito eléctrico, un resistor como se observa en la figura

3.15, se conecta de tal forma que la corriente del circuito pase a través de él

y también de la carga de la fuente, en conclusión se obtiene la resistencia

total del circuito, y se podría decir que puede cambiarse la resistencia de

este a casi cualquier valor.

En el uso de esta placa se emplearon resistencias de ¼ w y 100 Ohm y

resistencia de 4.7 k Ohm.

Figura 3.14. Borneras

Figura 3.15. Resistencias

87

3.4.6. TRANSITORES

El transistor no es más que un amplificador de corriente, constan de tres

terminales que son: base, colector y emisor.

Existen transistores NPN Y PNP, las letras hacen referencia a las capas de

material semiconductor usado para construir el transistor.

En este caso se utilizaron de los dos tipos un transistor NPN 3904 y un

transistor PNP 3906, como se observa en la figura 3.16.

3.4.7. CAPACITORES

El capacitor es aquel que permite almacenar la energía eléctrica por medio

de un campo electrostático y liberar esa energía posteriormente.

Actualmente existen una gran variedad de diferentes tipos de capacitores

pero se los reduce en dos amplias categorías: capacitores fijos y capacitores

variables.

En este caso se usaron del tipo fijo, como se observa en la figura 3.17, este

tipo tienen su valor de capacitancia establecido permanentemente por su

construcción y este valor no puede cambiar, el capacitor laminado con

Figura 3.16. Transistores

88

capacidad de 100 µf, generalmente están hechos de metal laminado y

también se utilizó el de tipo cerámico, esto permite filtrar el ruido en la placa.

Figura 3.17. Capacitores

3.4.8. REGULADOR DE VOLTAJE

78XX proviene de una familia de reguladores de tensión positiva, que

consiste en tres patas, la primera es el voltaje que entra al regulador, la

segunda es el voltaje de salida, y la pata central es la masa o tierra, como se

observa en la figura 3.18, lo que los diferencia uno del otro es la tensión de

salida suministrada y en la corriente que capaz de dar dependiendo la

denominación de letras seguido de los dos dígitos. Se escogió el 7805

debido a que trabaja con la tensión requerida para casi todos los elementos

de la placa.

89

El regulador 7805 hay de varios tipos de encapsulado en el mercado actual

como se observa en la figura 3.19, que sirven para corrientes de salida de

hasta 1 A.

3.4.9. RELAY DE CINCO PATAS

El relay no es más que un interruptor accionado por un electroimán que se

energiza cuando una corriente eléctrica pasa por el bobinado convirtiéndose

en un imán, que su intensidad de fuerza depende de la cantidad de corriente

que esté pasando ese momento y la cantidad de vueltas que del bobinado,

en este caso se usó un relay de 5 patas, como se observa en la figura 3.20,

suficiente para controlar la placa y hacer trabajar la dirección asistida del

banco.

Figura 3.18. Regulador Voltaje 7805

Figura 3.19. Tipos Regulador Voltaje 7805

Fuente: (Regulador7805, 2011)

90

3.4.10. DIODOS

El diodo es un componente electrónico que sirve para direccionar la corriente

en un solo sentido, dependiendo de la forma de trabajo de la corriente en el

circuito, ya que el diodo se lo puede trabajar en dos condiciones distintas, se

tiene la polarización directa, que la corriente sigue la flecha del diodo, en

este caso conduce la corriente atravesando por el mismo, y la otra condición

es polarización inversa, la corriente circula al lado opuesto de la flecha del

diodo y este permanece bloqueado, es decir la corriente no atraviesa por el

diodo.

Para la elaboración de la placa PCB se utilizaron dos tipos de diodos como

se observa en la figura 3.21, los diodos rectificados que se usan para

transformar la corriente alterna a corriente continua y tan sólo resisten

solicitaciones de corriente moderadas o estándares en el momento del paso

de conducción al de bloqueo, por otra parte los diodos rápidos son

dispositivos auxiliares a los transistores en el proceso de conversión de

corriente continua a corriente alterna, la utilidad al 100% es al momento del

paso de conducción al de bloqueo, ya que puede soportar solicitaciones

elevadas.

Figura 3.20. Relay

91

3.4.11. DISPLAY DE SIETE SEGMENTOS

Se implementará dos displays de siete segmentos como se observa en la

figura 3.22, que el primero de estos indica las revoluciones del motor, cada

vez que se simulara la señal de aceleración por medio del potenciómetro de

velocidad del motor; el segundo display indicará la velocidad en km/h, dada

por el potenciómetro de velocidad del vehículo.

Los displays se encuentran ubicados en la parte delantera del banco de

pruebas, en la parte designada de puntos de control.

Figura 3.22. Display de siete segmentos

Figura 3.21. Diodos

92

3.4.12. TARJETA ELECTRÓNICA

El proceso para la elaboración de la baquelita empieza con la programación

realizada en el programa Avr studio 6.1, tomando en cuenta las señales que

deben ingresar a la placa para ser emuladas de señales análogas a

digitales, se tiene las señales del sensor de par principal, auxiliar y la batería;

la señal de corriente de batería no pasa directamente al microcontrolador ya

que su corriente es muy elevada, cruza por un regulador 7805 que

transforma la señal de 12 V a 5 V que es el rango de trabajo del

microcontrolador ATMEGA 164 PA; la señal Par entrega un voltaje

dependiendo la posición del volante, léase en el apartado 2.5.3.

Las señales de régimen y de velocidad son las que se simularan por medio

de la placa electrónica, cada una entrega una señal inductiva, por medio del

ATMEGA 164 PA, emula una señal analógica a partir de una señal digital,

los rangos de trabajos de cada sensor son explicados en el apartado 2.5.3 y

2.5.4, la señal sale de la centralita con una onda cuadrática y son recibidas

por el módulo electrónico.

Una vez finalizada la programación se procede a probar en una placa de

prueba o más conocido como protoboard, que da la facilidad de conectar sin

necesidad de realizar algún proceso de suelda, si ya en el protoboard no

presenta ninguna falla y trabaja según lo programado se continua con el

diseño y fabricación del circuito impreso y para finalizar, se montan los

componentes en la tarjeta.

En la figura 3.23 se puede observar el funcionamiento de la tarjeta

electrónica mediante el programa proteus por medio del módulo ISIS, y a la

vez se puede visualizar como se vería la señal en un osciloscopio tanto de la

señal de velocidad del vehículo con la señal de velocidad del motor, como se

puede observar la señal cuadrática de ambos sensores, ya que es una señal

de tipo hall.

93

3.4.13. RUTEADO DE TARJETA

El ruteado de la baquelita se lo hace en el mismo programa, como se puede

observar en la figura 3.24, de tal forma que está listo para el impreso.

Figura 3.23. Diseño Placa (Modo digital) Módulo ISIS

94

Figura 3.24. Ruteado de placa electrónica Módulo Ares

3.4.14. GRÁFICA 3D

Así mismo el programa muestra el diseño de cómo quedaría en 3D, como se

observa en la figura 3.25, la tarjeta electrónica con todos sus elementos

ubicados estratégicamente.

95

Figura 3.25. Diseño digital 3D placa electrónica

3.4.15. BAQUELITA

Los pasos a seguir para la elaboración de una lámina para transferencia

térmica o pistas en baquelita empiezan con la elaboración de las pistas o

screen con la ayuda de un computador y de un software tal como ARES,

ORCAD, EAGLE, etc. Se procede a espejear las imágenes de las pistas y

screen, luego de eso imprimir sobre el lado brillante de la lámina con

impresora láser, luego recortar la porción en que se encuentran las

imágenes, limpiar la cara del cobre con jabón y esponja suave y colocar la

lámina sobre el cobre de placa y presionar con la plancha y al máximo de

temperatura, luego de eso se retiró para ser enfriado y posteriormente retirar

la lámina con cuidado. Revelar las pistas con cloruro férrico y agua para

dejar ver las pistas y eliminar el cobre.

Por último se debe perforar al menos dos orificios de las pistas para tener

referencias y poder alinear el screen; hay que tener cuidado donde colocar el

96

estaño ya que puede caer en una línea de la baquelita y dañar el circuito

impreso, a continuación se observa la figura 3.26, la pista de la lámina en su

etapa final.

3.4.16. SEGURIDAD DE LA TARJETA

La tarjeta está conectada de tal forma de que no exista ningún tipo de

cortocircuito interno, como se observa en la figura 3.27, que provoque algún

fallo directo a los actuadores de la dirección, en tal caso de que exista el

microcontrolador no podría recibir la falla ya que está conectado mediante un

portamicro que recibiría el corto antes de que pueda afectar al

microcontrolador que es el elemento importante en esta tarjeta.

Figura 3.26. Proceso de suelda en la baquelita

97

3.4.17. PUNTOS DE MEDICIÓN DE LA TARJETA

Antes de abrir paso a cualquier tipo de corriente hacia la tarjeta electrónica,

módulo de dirección o conectar el motor eléctrico.

Primero se debe realizar las mediciones correspondientes para ver la

conexión si no existe algún tipo de interferencia o algún canal abierto por

algún punto de suelda, por medio de las borneras con la ayuda de un

multímetro se procede a pinchar para verificar conductividad, como se

observa en la figura 3.28.

Luego de eso se procede a conectar la tarjeta con el módulo electrónico, y a

su vez con el socket del sensor de dirección, y empezar a probar con el

movimiento del volante.

Figura 3.27. Montaje elementos en la tarjeta electrónica

98

3.5. DISEÑO DE LA ESTRUCTURA PRINCIPAL DEL BANCO

La base se realizará analizando todos los componentes que van

normalmente en la columna dirección de un vehículo más los que se

necesitan para que este banco de pruebas pueda operar.

El banco debe ser la encargada de soportar el peso de toda la columna de

dirección incluyendo la cremallera mecánica, además lleva una batería y la

placa electrónica con todos sus accesorios; el tipo de acero usado para el

desarrollo del banco es acero ASTM A-36 con un límite de fluencia min de

49050 Nm.

Figura 3.28. Medición de señales

99

3.6. ESFUERZO CORTANTE

El esfuerzo que debe soportar el banco se lo calcula tomando la fuerzas que

se presentan en el eje “x” y en el eje “y”, y que tienen el mayor esfuerzo en

el banco, en si la que representa más esfuerzo es la columna dirección con

un peso de 16,73 lb, y es donde es debe sacar el mayor momento para que

la estructure soporte sin pasar el limite max de tensión.

Datos:

Tensión fluencia min: 49050 Nm

Desarrollo:

Tensión de Von Mises (calculo directo):

[3.1]

[𝜎𝑥 𝜎𝑥𝑦

𝜎𝑥𝑦 𝜎𝑦 ] [1 22 3

] 𝐷𝑖𝑟𝑒𝑐𝑡𝑜: 𝜎𝑉𝑀𝑒𝑞 = 𝜎𝑉𝑀𝑒𝑞 =

√𝜎𝑥𝟐 + 𝜎𝑦𝟐 − 𝜎𝑥𝜎𝑦 + 3𝜏𝑥𝑦𝟐

𝜎𝑉𝑀𝑒𝑞 = 𝜎𝑉𝑀𝑒𝑞 = √12 + 32 − (1 × 3) + 322 = 4,35

[3.2]

Factor de seguridad (FDS) = σlimit

σvonMises=

49050 Nm

4,35= 1,12

Se escogió tubos de acero de bajo carbono con medidas 180×800×810 mm

y de 1 ½ plg. Que van a ser los perfiles del banco unidos con unos tubos

horizontales de 400 mm, cumpliendo la norma 2 415 del Ecuador (NTE

INEN, 2013) , que están ubicados según la posición para las bases de la

columna de dirección, como se ve en la figura 3.29.

100

Figura 3.29. Perspectiva 3D

3.7. PROCESO DE CONSTRUCCIÓN DE LA ESTRUCTURA

3.7.1. CORTE

Se empezó cortando los brazos principales que van hacer el contrafuerte del

banco, así mismo la base principal, media e inferior de la columna.

3.7.2. PREPARACIÓN DEL MATERIAL

En la preparación se procede a arquear el material hasta el punto de diseño

del banco por medio de una dobladora hidráulica, para ir dando forma a la

estructura, como son las patas traseras y los largueros principales.

101

3.7.3. SOLDADURA

Una vez cortado se procede al proceso de suelda, se empezó soldando los

horizontales con los largueros mediante el proceso de suelda por arco con la

técnica SMAW (Shielded Metal Arc Welding), es soldadura por arco con

electrodo metálico AWS (American Welding Society) E6011 el cual tiene un

tipo de revestimiento celulósico potásico, basándose en el cumplimiento de

la norma 1 390 del Ecuador (NTE INEN, 1987).

3.7.4. MARCO DE BATERÍA

Para el marco batería se cortó un tubo de 1 plg. Y de 360×300×230 mm, así

mismo se preparó el material, doblándolo con la dobladora hidráulica para

darle la forma de los brazos que va a sostener la batería, y en la parte

inferior la base de 270×180 mm donde va estar asentada la batería, como se


3.7.5. SOPORTES DE CREMALLERA

Para soportar el peso de la caja de cremallera se construyó tres abrazaderas

de 50×50 mm. Y una de 25×100×30 mm, las dos primeras comparten el

Figura 3.30. Base de batería

http://www.demaquinasyherramientas.com/soldadura/soldadura-por-arco

102

mismo soporte, y la secundaria es para la parte inferior de la cremallera,

como se ve en la figura 3.31.

3.7.6. ESTRIBO DE PATAS

Este capuchón protege las patas que sostiene el banco, se las consiguió de

1 ½ plg. En total son cuatro las que equilibran el banco y no permiten

desgaste en la parte de abajo, como se observa en la figura 3.32.

3.7.7. PINTURA

Se cubrió el chasis con un anticorrosivo superior, o mejor llamado “Bate

piedra”, esta formulado para suministrar una alta resistencia a los agentes

Figura 3.31. Soportes cremallera

Figura 3.32. Base Patas

103

atmosféricos, causantes de la corrosión. Esto se logra con el uso de resinas,

pigmentos y aditivos inhibidores de la corrosión.

3.7.8. DISEÑO DEL SITIO DONDE VA LA PLACA ELECTRÓNICA

El primer corte de acero, tiene por medidas 210x170 mm y es donde va ir

ubicado la centralita o Placa PCB, cumple con la norma 2 509 del Ecuador

(NTE INEN, 2009).

Ubicado en la parte delantera derecha del banco (Vista al frente), como se

puede observar en la figura 3.33.

Figura 3.33. Base Placa PCB

104

3.7.9. CAJA DE CONTROL DEL BANCO

El cuadro de mediciones tiene 152x270 mm, cumple con la norma 2 509 del

Ecuador (NTE INEN, 2009).

Ubicado en la parte delantera izquierda del banco (Vista al frente), contiene

los elementos para las mediciones correspondientes de las señales

formadas o las curvas senoidales generadas en el banco de pruebas, como

se observa en la figura 3.34.

Figura 3.34. Cuadro Mediciones

105

3.7.10. DESCRIPCIÓN DE LOS ELEMENTOS DEL CUADRO DE

MEDICIONES

3.7.10.1. Llave

El switch principal o llave de encendido, como se ve en la figura 3.35 es el

encargado de iniciar el sistema MDPS – HYUNDAI ACCENT, que alimenta

el motor eléctrico y las conexiones, conectado a un fusible de 40 A, para

proteger el circuito eléctrico de tal manera que interrumpe el paso de

corriente cuando se produce un cortocircuito o un calentamiento excesivo del

conductor debido a una alta resistencia en el circuito.

Se encuentra ubicado en la parte principal delantera de la maqueta, junto al

cuadro de mediciones. (José Manuel Alonso, 2002)

Figura 3.35. Switch o Llave de encendido

106

3.7.10.2. Switch secundario

El switch secundario va conectado a un fusible de 10 A. El cual protege el

circuito eléctrico, lo que es la placa PCB y el módulo electrónico de algún

pico de voltaje que se haya generado.

Así mismo el switch azul que al principio fue principal, alimenta la placa PCB

y activa los display de 7 segmentos, en si todos los switchs van conectados

a la llave principal en modo de protección, en la figura 3.36 se pueden ver

los switchs secundarios.

Figura 3.36. Switchs secundarios

3.7.10.3. Potenciómetros

Los potenciómetros ubicados en el cuadro de mediciones cada uno al

momento de girar, aumentan o disminuyen la señal para simular el

movimiento del vehículo a cierta velocidad con un límite de revoluciones.

Cada potenciómetro representa la señal de velocidad del vehículo y la señal

de velocidad del motor, esa señal se representa en los display de 7

segmentos, como se observa en la figura 3.37.

107

Figura 3.37 Potenciómetros

3.7.10.4. Pulsadores

En el banco de pruebas se encuentran dos pulsadores, como se observa en

la figura 3.38, el primero es el encargado de activar la señal principal del

sensor de par, el segundo es el que activa la señal auxiliar del sensor de par,

ya que las dos señales trabajan al mismo tiempo cada vez que se realiza un

giro en el volante; los pulsadores están conectados a dos relés cada uno,

que cortan o energizan la señal del sensor para que se provoque la señal,

los relés van ubicados en la misma placa electrónica, de esa manera se

puede activar o desactivar la señal par principal y auxiliar y obtener un

control de cada señal, al mismo tiempo.

Cabe recordar que estas dos señales parten de un mismo sensor que está

ubicado en la misma columna de la dirección.

108

Figura 3.38. Pulsadores

3.7.10.5. Señal Avería

La luz se enciende al momento que no exista alguna señal que sirve para la

generación de asistencia de la dirección, en ese momento se genera un

código de falla y automáticamente se enciende la luz que indica la falla, en el

siguiente grafico 3.39, se observa la luz que indica alguna falla.

Figura 3.39. Señal avería

109

3.7.10.6. Punto de comprobación del Osciloscopio

La señal será ubicada por medio de este punto de comprobación, al

momento de conectar el osciloscopio se recibirá la señal de velocidad o del

régimen del motor, según el punto de comprobación que se pinche, como se


Figura 3.40. Punto Comprobación Osciloscopio

3.7.10.7. Puntos de Comprobación de voltaje del sensor par

principal y auxiliar

El voltaje del sensor de par se mostrará en el voltímetro como se ve en la

figura 3.41, en cada voltímetro se señalara el voltaje que está marcando ese

rato la señal de par principal y auxiliar y se podrá diferenciar el rango de

diferencia de cada señal.

110

3.8. ENSAMBLE DEL BANCO DE PRUEBAS

Como se habló en el apartado 2.3.1, se escogió el sistema de asistencia de

dirección de un Hyundai Accent; Se procederá a montar la columna de

dirección en sus respectivos puntos de sujeción, sujetados con pernos de

sección transversal circular (CHS) con un diámetro M16 - M36, un estriado

de 2 ½. Plg y hecho de acero al carbono, templado y revenido en total son

cuatro pernos que sujetan la columna en la parte superior e inferior del

banco, como se observa en la figura 3.42.

Figura 3.41. Punto Comprobación Sensor Par

Figura 3.42. Ensamble Columna Dirección

111

Se adaptó una cruceta de un Hyundai Verna como se habló en el apartado

3.3.1, de estriado 16 mm que corresponde a la medida de todo el eje de giro

de la columna, en la parte de superior e inferior va sujetada con un perno de

sección transversal circular (CHS) con un diámetro M16 - M36, un estriado

de 1 ¼. Plg, como se observa en la figura 3.43.

Una caja de dirección mecánica de cremallera correspondiente a una

suspensión de un Hyundai Accent, el eje debe tener el mismo estriado de 16

mm para que ensamble como debe ser en el vehículo, como se observa en

la figura 3.44.

Figura 3.43. Ensamble Cruceta Dirección

112

Figura 3.44. Ensamble Caja dirección Piñón-Cremallera

La batería va designada en el marco que se construyó estratégicamente

para que se sitúe de manera que energice todo el sistema, como se habla en

el apartado 3.6.4.

Se colocaron dos fusibles de seguridad, el primer fusible de 10 A, instalado

en la alimentación principal para que proteja al circuito y al EPSCM,

conectado al switch secundario que a su vez está conectado con la llave o

switch principal, haciendo un solo puente.

El otro fusible de 40 A, instalado para evitar daños de elevación de amperaje

debido al consumo del motor de asistencia, y así mismo abarca la protección

de todo el sistema EPS. En la figura 3.45 se los puede apreciar.

113

Figura 3.45. Conexión Fusibles

3.9. PROCEDIMIENTOS DE OPERACIÓN DEL BANCO

Pasos:

1. Deben estar conectados todos los sockets que van al módulo

electrónico

2. Revisar conexiones a la batería, el cable de alimentación (cable rojo)

debe estar conectado al borne positivo de la batería, en cuanto al

(cable negro) que corresponde a tierra del banco tiene que ir

conectado al borne negativo de la batería.

Figura 3.46. Conexión Sockets

114

3. En la parte frontal se encuentran dos paneles principales divididos por

el volante; El lado izquierdo contiene los puntos de mando y el lado

derecho la tarjeta electrónica.

4. La llave o switch principal es de color rojo se encuentra en la parte

inferior derecha, este va conectado con los otros switchs, y a la vez

con un fusible de 40 A. El cual va a proteger de cualquier pico de

corriente, al momento de energizarlo alimenta todo el sistema.

Figura 3.47. Conexión a batería

Figura 3.48. Llave o Switch principal

115

5. El switch secundario de color rojo se lo activa al momento de

energizar el sistema, ya que controla un switch de 10 A, el cual ha

sido destinado para la centralita electrónica y el módulo de control.

6. El switch que está en la parte superior izquierda de color azul se lo

activa porque es el encargado de alimentar la centralita electrónica

así como los diagramas de sietes segmentos.

7. Activar La señal par principal y par auxiliar pulsando los botones

rojos, el cual le va indicar al módulo de control en qué posición se

encuentra el volante, la señal par auxiliar trabaja al mismo tiempo

que la principal, se la activa por caso de fallo de la señal principal.

Figura 3.49. Switch Secundario

Figura 3.50. Switch Secundario 1

116

8. El Potenciometro de velocidad, va hacer la vez de un pedal de

acelerador en el vehículo, ya que al girar el potenciómetro en sentido

horario aumenta la velocidad, señal la cual necesita el módulo y el

motor eléctrico para aplicar la asistencia al giro, y si se gira de modo

anti horario, indica que se está disminuyendo la velocidad.

9. El potenciómetro del motor va a indicar el número de revoluciones

que se le va a dar al motor, así mismo si se gira en modo horario,

indica que se está aumentando las revoluciones del motor, y girando

en modo anti horario se está disminuyendo las revoluciones del

motor.

Como se habló en la introducción, se la realizó por motivo didáctico, y

por la misma razón contiene un espacio de visualización hacia un

osciloscopio que por medio del cual se mostrará la generación de

señal del sensor de velocidad y régimen del motor que se simulan en

el banco de pruebas.

Figura 3.51. Pulsadores

Figura 3.52. Potenciometros

117

10. Se encuentran dos puntos de medición los cuales por medio de un

osciloscopio se va a proceder a medir para encontrar el tipo de onda

que forman al momento de emitir la señal en voltaje; se procede a

medir por medio de un canal del osciloscopio; haciendo tierra con el

cable negro en cualquier parte o en el negativo de batería y con el

cable rojo se procede a pinchar en el punto de medición y se logra

observar en el osciloscopio la forma de onda de este tipo de señal.

Figura 3.53. Medición Oscilograma

11. La señal de avería se enciende cuando alguna señal está faltando en

el sistema asistido eléctricamente, o el voltaje y amperaje de algún

elemento que está sobrepasando los rangos de funcionamiento.

Figura 3.54. Señal Avería

Es importante hacer una verificación de seguridad en cuanto a sujeción de la

dirección y sus componentes, deben estar bien sujetos de tal forma que al

realizar algún giro la cremallera no tengo algún juego u holgura.

118

3.9.1. NOMENCLATURA MDPS

Para poder proceder a medir cada pin ya sea del módulo o de los sockets de

los sensores se usó la información, como es el caso de la figura 3.55, indica

la numeración bajo su pin y nomenclatura de los conectores.

Figura 3.55. Conectores y sus respectivas posiciones

(Hyundai MC MDPS)

119

3.10. PRUEBAS ACTIVAS DE SEÑALES EN LA PLACA

ELECTRONICA

3.10.1. ASISTENCIA EN LA DIRECCIÓN

La dirección asistida eléctricamente es la encargada de dar asistencia a las

necesidades de giro del conductor, para proceder al movimiento de las

ruedas.

En la tabla 3.3 se detalla la asistencia que se brinda en el banco de

pruebas, a diferentes ritmos de velocidad.

Tabla 3.3. Niveles de Asistencia a Diferentes Condiciones de Manejo

CONDICIONES ASISTENCIA RESULTADOS

km/h RPM MIN MED MAX

0 0 X Ralentí: Volante fácil de maniobrar

0 200 X El volante va hacer fácil de maniobrar mientras no se detecte régimen de

velocidad.

80 700 X Al aumentar la velocidad, la dificultad de mover el volante aumenta.

140 5000 X El volante se torna rígido de maniobrar a altas velocidades



0 7000 X El volante se vuelve ligero mientras no detecte régimen de velocidad.

120

3.10.1.1. Señal de velocidad del vehículo

Debido a que el módulo electrónico necesita de las dos señales de velocidad

para poder asistir al giro, el sistema de asistencia se encenderá y el motor

de asistencia se apagara como se observa en la tabla 3.4, y por consiguiente

la luz indicadora de falla se encenderá en el tablero.

Tabla 3.4. Respuesta De Asistencia

SEÑAL VELOCIDAD

(KM/H)

RESPUESTA

ASISTENCIA

INDICADOR FALLA

ACTIVA 100 NO SI

3.10.1.2. Señal de velocidad del motor

La señal en el módulo electrónico, se interpreta de tal forma que el vehículo

está en movimiento, el control de asistencia se enciende como se muestra

en la tabla 3.5; hasta esperar condiciones de control de fallas.

Tabla 3.5. Respuesta De Asistencia

SEÑAL VELOCIDAD

(RPM)

RESPUESTA

ASISTENCIA

INDICADOR FALLA

ACTIVA 1000 SI SI

CONTROL DE FALLAS

Velocidad del vehículo= 0km/h, régimen del motor >4,000 rpm por 5 minuto

Una vez operado el modo de estrategia de la ECU, las condiciones

normales se restauraran, si el módulo detecta una velocidad del vehículo

mayor a 5 km/h o se reinicia el sistema, que en condiciones reales

significaría apagar y encender el vehículo.

121

3.10.1.3. Señal principal y auxiliar del sensor de par

La señal principal del sensor de dirección o sensor de par se la obtiene cada

vez que el conductor realiza un giro por medio del volante, el sensor es el

primero en captar esa señal ya que va conectado en el mismo eje de giro, de

esa forma se puede saber el par aplicado y la intensidad de señal que envía.

El sistema mdps Hyundai necesita de esta señal para poder activar el

sistema de asistencia, como se muestra en la tabla 3.6 con el

comportamiento del sistema al existir ciertas señales activas en diferentes

condiciones.

Tabla 3.6. Táctica del Sistema MDPS

SEÑAL

1

Velocid

ad del

vehícul

o

SEÑAL 2

Velocida

d del

motor

SEÑAL

3

Señal

auxiliar

sensor

par

SEÑAL 4

Señal

Principal

sensor

par

ALIMENTACIÓN

Motor Eléctrico

ASISTEN

CIA

INDICADO

R DE

FALLA

Si Si Si No Si Si Si

SI Si No No No No Si

La primera situación que se tiene es todas las señales excepto la principal

de sensor de par, pero el sistema trabaja debido a que la señal auxiliar como

su palabra lo dice es de auxilio, trabaja simultáneamente con el principal ya

que cuando una señal falla la otra lo complementa.

La segunda situación, ninguno de los dos sensores de dirección se

encuentra alimentando, interpreta de tal forma que el vehículo espera control

de fallas.

122

CONTROL DE FALLAS

0,4 < Voltaje > 4,6 Señal principal par

0,4 < Voltaje > 4,6 Señal auxiliar par

Se procede a desactivar el sistema de asistencia, por ese motivo no hay

alimentación del motor eléctrico y se enciende el indicador de falla.

Tabla 3.7. Asistencia de giros

Giro Volante (Posición)

Par principal (V)

Par auxiliar (V)

Motor Eléctrico

(A)

Diagnóstico

Reposo o neutral

2,5 2,5 0

No existe asistencia por parte del motor debido a que no detecta movimiento.

Giro libre volante

2,2 2,8 20

Sentido del par según el lado de giro del volante.

Tope giro 1,5 3,5 59

Llega a los 59 Amp. Cuando el tiempo de giro está ≥ 20 seg.

Girar la dirección repetidamente (12 veces)

LA ASISTENCIA SE BLOQUEA PARA PREVENIR SOBRECALENTAMIENTO Y SE RESTAURA CUANDO EL MOTOR ELETRICO REGRESE A TEMPERATURAS NORMALES DE FUNCIONAMIENTO.

4. ANÁLISIS Y RESULTADOS

123

La maqueta didáctica consta de partes mecánicas y electrónicas como ya

se ha mencionado en el capítulo 3; Se centrara en analizar los puntos de

prueba; La idea principal de la maqueta se la dio en el apartado 2.3, es tratar

de dejar a la vista todas las partes funcionales ya sean mecánicas o

electrónicas.

Todos los datos que se obtienen en este trabajo, se puede denotar que son

regímenes que dependen proporcionalmente para aumentar o disminuir de

otra señal igual y opuesta, según su magnitud física.

Con el volante en reposo se puede decir que la señal principal y auxiliar del

sensor de par son dos líneas que se encuentran en un voltaje constante de

2,5 V aproximadamente como se observa en la tabla 3.7.

Giro Volante (Posición)

Par principal (V) Par auxiliar

(V)

Motor Eléctrico

(A)

Diagnóstico

Reposo o neutral 2,5 2,5 0

No existe asistencia por parte del motor debido a que no detecta movimiento.

Giro libre volante 2,2 2,8 20

Sentido del par según el lado de giro del volante.

Tope giro 1,5 3,5 59

Llega a los 59 Amp. Cuando el tiempo de giro está ≥ 20 seg.

Girar la dirección repetidamente (12 veces)

LA ASISTENCIA SE BLOQUEA PARA PREVENIR SOBRECALENTAMIENTO Y SE RESTAURA CUANDO EL MOTOR ELETRICO REGRESE A TEMPERATURAS NORMALES DE FUNCIONAMIENTO.

124

Con el volante en movimiento se puede decir que las señales principal y

auxiliar del sensor de par son opuestas y simétricas al eje horizontal, es

decir que mientras la una asciende la otra va descendiendo, variando de 2,2

V a 2,8 V entre ellas como se observa en la tabla 3.7.

Al girar el volante a la derecha la señal principal será ascendente y la señal

auxiliar será descendente, mientras que al girar a la izquierda la señal

principal es descendente y la señal auxiliar ascendente.

Con el volante al giro máximo se puede decir que la señal principal y auxiliar

del sensor de par llega a 1,5 V y la señal auxiliar llega 3,5 V, como se

observa en la tabla 3.7.

Al desconectar una de las señales sea la principal o auxiliar del sensor de

par su voltaje desciende a 0 V por lo que se generará un código dtc, como

se observa en la tabla 3.6.

SEÑAL

1

Velocid

ad del

vehícul

o

SEÑAL 2

Velocida

d del

motor

SEÑAL

3

Señal

auxiliar

sensor

par

SEÑAL 4

Señal

Principal

sensor

par

ALIMENTACIÓN

Motor Eléctrico

ASISTEN

CIA

INDICADO

R DE

FALLA

Si Si Si No Si Si Si

SI Si No No No No Si

Con el volante en reposo se puede decir que no existe consumo de corriente

por lo que se encuentra en 0 a. Como se observa en la tabla 3.7.

Con el volante en movimiento se puede decir que el consumo de corriente

del motor incrementa aproximadamente a 20 A, como se observa en la tabla

3.7.

125

Con el volante al tope de giro es cuando el motor eléctrico consume mayor

amperaje ya que va ser aproximadamente a 59 A, como se observa en la

tabla 3.7.

Cuando la corriente de consumo del motor eléctrico es > 73 A; se produce

un fallo de corriente del motor según sea el estado de detección de la tabla

2.4.


Estrategia del DTC




Motor defectuoso

EPS CM averiado.




ante falla > 8 V



48 ms


Motor: OFF

Relé: OFF



Cuando la velocidad no aumenta solo las revoluciones de modo repentino, y

se gira el volante con un torque bajo (2,8 Nm), hacia el lado izquierdo es

decir torque tiene (sentido negativo), la batería alimentara con 12 V y el

motor eléctrico con 19 A, como se observa en la tabla 3.3.

126





velocidad.






Cuando existe velocidad media con revoluciones de modo repentino, y se

gira el volante con un torque medio (3,0 Nm), hacia el lado derecho es decir

el torque tiene (sentido positivo), la batería alimentara con 12 V y el motor

eléctrico con 18 A, es decir el voltaje del borne del motor eléctrico es > 8,5 V

por 5 segundos según la tabla 2.2.

127

Cuando existe velocidad acelerada con revoluciones de modo repentino, y

se gira el volante con un torque máximo (5,0 Nm), hacia el lado izquierdo es

decir el torque tiene (sentido negativo), la batería alimentara con 12 V y el

motor eléctrico con 17 A, como se observa en la tabla 3.3 y la tabla 3.7.


Estrategia del DTC Comprobación de Voltaje

Circuito abierto o

cortocircuito en el

circuito de

alimentación.

Circuito abierto o

cortocircuito en el

circuito de masa.

Resistencia de

contacto en las

conexiones.

EPS CM averiado

Estado de

activación

Funcionamiento incorrecto del motor

y tensión del relé ≥ 5,5 V

Valor Umbral Tensión final del motor ≥ 8,5 V o ≤

0,2 V

Tiempo de

diagnóstico

0,5 seg

Seguridad contra

fallos

Motor: OFF

Relé: OFF


Estado de recuperación: Encendido

“OFF”

128





velocidad.






Cuando no existe velocidad alguna y revoluciones al máximo de modo

repentino, y se gira el volante con un torque bajo (2,1 Nm), hacia el lado

derecho es decir el torque tiene (sentido positivo), la batería alimentara con

12 V y el motor eléctrico con 20 A, como se observa en la tabla 3.3.

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

129

5.1. CONCLUSIONES

1. Se diseñó y construyó el banco de pruebas que tiene como finalidad

llevar al estudiante al interés de la dirección asistida electrónicamente,

ya que de este sistema se puede partir a desarrollar o mejorar otras

tecnologías que sean amigables al ambiente y que no le disminuyan

potencia al motor, que es lo que más se busca en un motor de

combustión interna.

2. Se construyó la maqueta donde va montada la columna de dirección y

se la elaboro de tal forma que sea agradable a la vista de la persona,

aparte descubierta para ver todos los elementos que comprende la

dirección asistida electrónicamente.

3. Se integraron todas las piezas en un solo elemento de tal forma que

la parte mecánica y electrónica trabajen como un solo cuerpo para

poder transformar el movimiento vertical en movimiento horizontal

hacia las ruedas.

4. Para poder empezar a trabajar en este proyecto se necesitaron de

algunas mediciones en algún vehículo que este rodando de la misma

marca y modelo, ya que tenía que manejar bien el tema de las

señales, la frecuencia que emitían, los voltajes, la corriente con la que

trabajaban en sí.

Por esta razón se adquirió el vehículo para proceder a realizar

pruebas en KOER, este procedimiento se lleva a cabo con la llave en

On y motor prendido de ahí proviene la sigla KOER (Key On Engine

Ready), de allí se sacaron resultados de pruebas a distinta velocidad

y también con el motor en ralentí, así mismo se realizaron pruebas en

la dirección para ver cómo actúa la computadora al momento de

realizar un giro, o mantener una curva pronunciada, todo esto me

sirvió para trasladar esa idea al banco de pruebas didáctico.

130

5. La dirección que adquirí para este proyecto, es una de las tantas

direcciones que salieron con falla en el sensor de par de dirección,

cuando se procedió a desarmar la columna se encontró un desgaste

elevado en el rotor del sensor así mismo en la pista estacionaria, lo

que me lleva a decir que el desgaste se produjo debido a las

vibraciones que absorbieron los elementos por el mal estado de las

calles que se tiene no solo en el país sino en todo Sudamérica, ya

que ahí se detectó el mayor índice de fallas en la columna de

dirección, y se procedió al retiro de los vehículos por garantía.

6. Cada vez que se va reemplazar la columna de dirección se debe

tomar en cuenta la calibración del sensor que se lo debe dejar a 0° ya

que eso ayudará con la alineación del vehículo después de la

calibración, ya que de no hacerlo el motor eléctrico interpretaría un

grado diferente a los que se están aplicando al volante, y eso

provocaría que el volante se endure en cierto casos aparte el

indicador de falla va a permanecer encendido en el panel.

131

5.2. RECOMENDACIONES

1. Se recomienda con insistencia que este proyecto sea tratado de la

mejor manera posible, me refiero a que la manipulación del mismo

debe ser con la presencia de algún profesor encargado, ya que el mal

uso puede llevar a ocasionar alguna falla en el circuito.

2. La marca recomienda que la pieza no debe ser desarmada, ya que

son objetos hechos a precisión, y el desmontaje del mismo hace que

se pierdan las características con las que sale de fábrica; el

desamblar la dirección se la realizo por motivo de estudio, pero se

trató de dejar lo mejor posible para que simule exactamente como se

ve originalmente en el vehículo.

3. Siempre es bueno recomendar el cuidado que se debe tener con el

mecanismo banco de pruebas si se quiere que dure y que pase por

algunas generaciones, para empezar el mantenimiento que se le

puede realizar a ciertas piezas que si se pueden desamblar como el

motor eléctrico siempre hay q tener en cuenta que este engrasado en

el eje ya que eso dificulta el trabajo del mismo, así mismo hay q

cuidar la ubicación del banco, ya que la humedad, el agua u otras

sustancias son enemigos activos para provocar algún daño en el

circuito eléctrico o en el deterioro de la parte mecánica.

4. Dar puerta abierta este proyecto para que de aquí salga otro futuro

plan que consista en implementar la suspensión que va de la mano de

la dirección y de esa forma complementar el banco para que se

asemeje más al del vehículo.

132

PRACTICA # 1

TITULO: Familiarización con el banco de pruebas

Objetivos:

- Determinar los componentes que constituye el banco de pruebas

- Aprender los principios básicos de manejo de señales activas de


Bases conceptuales:

El banco cuenta con piezas fijas y móviles, que trabajan en conjunto para transmitir el

movimiento por medio de la cremallera hacia la ruedas.

Volante conectado por el eje a la columna de dirección y por medio de la brida de

dirección se ensambla con la cremallera.

El tablero de control cuenta con la llave de encendido y dos switchs que trabajan con

dos fusibles para protección del mismo sistema.

Dos potenciómetros que sirven para simular las señales de velocidad y régimen del

motor; así mismo dos pulsadores que cada uno da la señal de par principal y par

auxiliar.

Dos puntos de comprobación para onda senoidal de velocidad del vehículo y régimen

del motor.

La placa PCB o tarjeta electrónica incide en el trabajo del banco y simulación de los

sensores de velocidad del vehículo y régimen del motor por medio de un

133

microcontrolador ATMEGA 164.

Material:

- Banco de pruebas

- Multímetro

- Osciloscopio

- Un condensador electrolítico 100 µf

- Una resistencia variable 100 k (vr1)

- Una resistencia de 1K (1/4w)

- Dos resistencias de 680 ohm (1/4w)

- Un led verde

- Un led rojo

- Un NE555 bipolar temporizador

Método

- En un ambiente seguro y con suficiente luz

- El multímetro debe estar en óptimo funcionamiento.

- Todos los estudiantes deben tener equipo de protección personal.

- El lugar de trabajo debe tener energía eléctrica y equipo contra incendio.

134

Cuestionario de investigación:

1. Consulte sobre los distintos tipos de dirección asistida

2. Elabore una tabla comparativa de la dirección hyundai EPS con los

demás sistemas de dirección asistida

3. Indique las características que cuenta el motor eléctrico asíncrono

4. Señale que tipo de memoria cuenta el módulo electrónico EPS y de qué

forma trabaja

5. Diseñe el circuito necesario para generar una onda cuadrada con

modulación de ancho de pulso PWM (Pulse Width Modulation)

6. Detalle las características del sensor de par

7. Que elementos son parte integral de la columna de dirección

8. Realizar una toma de frecuencias a diferentes rangos de velocidad

variando las rpm

9. Tomar los voltajes generados por el par principal y auxiliar dando giros a

diferente rango de tiempo variando el sentido de giro.

Bibliografía:

CircuitoIntegrado555. (s.f.). Obtenido de http://www.uv.es/marinjl/electro/555.htm

Cise. (s.f.). Electrical Powered Steering. Página 14. Buenos Aires, Argentina.

135

PRACTICA # 2

TITULO: Simulación de fallas al sistema MDPS

Objetivos:

- Saber responder ante una falla en el sistema asistido eléctricamente,

comprobando los códigos que anuncia el vehículo.

- Aprender el manejo de los diferentes tipos de herramientas de medición

Bases conceptuales:

El sistema EPS se sabe que es un sistema asistido eléctricamente, lo cual todos los

elementos hidráulicos quedan descartados, es decir hay que poner énfasis al

funcionamiento del motor eléctrico y el módulo electrónico (PCM), que son los

elementos más importantes para que esta dirección se cumpla.

Figura 5.1. Sistema EPS

(Manual de mantenimiento y reparaciones Chevrolet Corsa, 2006)

136

El motor eléctrico es de tipo asíncrono de construcción sencilla, su característica que

lo hace más íntegro en su funcionamiento, la respuesta muy breve con movimientos

muy rápidos de la dirección.

Responde a las posiciones que se encuentre el volante y según el par generado para

esa asistencia.

La PCM multifuncional se encarga de recibir todas las señales para calcular el par

necesitado y hacer trabajar su actuador en este caso es el motor eléctrico que lo hace

a través de un engranaje de sin fin y el piñón de accionamiento que a su vez ejerce un

movimiento hacia la cremallera y transmite así la fuerza de asistencia para la

dirección.

Material:

- Nomenclatura MDPS (Incluido en la tesis)

- Multímetro

- Osciloscopio

Método





Cuestionario de investigación:

1. El código C2414 que indica y cuál sería su causa posible

2. El código C1212 indica una falla en el sensor de velocidad del vehículo,

la EPSCM cómo interpreta la falla y de qué manera la controla.

137

3. Si no se obtiene velocidad pero las revoluciones están a 700 RPM con el

vehículo detenido, la asistencia de que tipo será y se encendería la señal de

avería.

4. Cómo generaría un código DTC en la señal de régimen del motor, si el

motor está a un régimen menor de 330 RPM y existe velocidad del vehículo ≥

50km/h.

5. Basándose en la pregunta anterior como restauro la asistencia eléctrica

sin volver apagar y prender la alimentación.

6. Qué pasa con la asistencia si la señal de par auxiliar es > a 4.6 V y el

conductor está girando el volante hacia la derecha

7. Cuándo el volante está en reposo o posición neutral, como se ve la señal

en el osciloscopio de par principal, par auxiliar y cuanto es el voltaje generado

ese momento.

8.

Figura 5.2. Ondas senoidales

9. Se tiene dos señales identificadas en el osciloscopio, la primera

pertenece al sensor de velocidad del vehículo y la segunda al sensor de

régimen del motor.

El técnico A dice: Que el sistema está funcionando correctamente y debe estar

abierto el circuito SP de la MDPS.

138

El técnico B dice: Que la señal de velocidad del vehículo es inductiva y no

existe señal de régimen del motor y que se debería revisar el suministro del

sensor de par.

El técnico C dice: Que no está interpretando las revoluciones del motor por eso

indica una línea recta, en ese caso revisar el pin 12 del módulo MDPS y revisar

con un multímetro los pines del sensor CKP o CMP.

¿Quién tiene la razón (Complementar)?

10. Identificar el tipo de oscilograma de la figura anterior

Bibliografía:

Aficionadosalamecanica. (2014). Obtenido de

http://www.aficionadosalamecanica.net/direccion-asistida-electr.htm

EPS. (12 de 05 de 2001). Obtenido de Dirección asistida EPS:

http://www.elmundo.es/motor/2001/MV198/MV128-08.html

139

PRACTICA # 3

TITULO: Verificación de formas de onda y datos de

señal del sensor de par.

Objetivos:

- Aprender a distinguir los distintos tipos de onda senoidal que se generan

- Verificar cuando el sensor de par está en condiciones normales

Bases conceptuales:

Sensor tipo potenciómetro, conlleva una resistencia variable.

El giro formado por el volante se convierte en diferencial de voltaje. Los elementos que

conlleva este sensor son dos rotores que van unidos por una barra de torsión, un rotor de

posición y un rotor de torque, así como lleva dos rotores entrega así mismo dos señales

una señal principal y otra que conoce como secundaria o auxiliar, ambas señales son

iguales y opuestas y muestran el par de giro aplicado en el volante.

En el instante en el que el volante esta inmóvil o posición neutral, eso indica que no existe

torque aplicado y genera un voltaje de 2,5 V equivalente al 50% de la señal.

Esta señal es indispensable para que funcione la asistencia electrónica, y así mismo es el

encargado de la seguridad del sistema se lo toma como seguridad activa, es decir si este

sensor llega a fallar por “n” motivo, la unidad electrónica recibe esa señal y se pone en

estrategia y apaga el motor eléctrico inmediatamente y la dirección queda en

funcionamiento como una dirección mecánica por medio de la cremallera, para así

resguardar la integridad de sus ocupantes.

140

El par de dirección o magnitud de giro del volante se puede medir gracias a la ayuda del

sensor. El sensor trabaja según el principio magneto resistivo, es decir cuando una

corriente eléctrica pase por algún campo magnético se va a producir una reducción de la

corriente así mismo de la tensión y va a existir un aumento de su resistencia eléctrica

Figura 5.3. Despiece Sensor Torque

Fuente: (Technical Service Training Center)

Material:


- Multímetro

- Osciloscopio

Procedimiento:

Para empezar con la comprobación del sistema EPS, es necesario tener el vehículo en

contacto “OFF”.

1. Desconectar el socket sensor de par y el socket del EPSCM.

2. Medir la resistencia entre el terminal 2 del socket del mazo de cables del sensor de

par y el terminal 4 del socket del mazo de cables de EPSCM.

3. Medir la resistencia entre el terminal 4 del socket de mazo de cables del sensor par

y el terminal 14 del socket de cables del mazo de cables del EPSCM.

141

Datos establecidos:

[Rm - Rs] < 0,8Ω

Figura 5.4. Medición de sensor par

Fuente: (Hyundai Motor Company , 2006)

4. Verificar por medio de un osciloscopio el tipo de señales, ya que deben ser

simétricas y opuestas a la vez.

5. Medir la tensión que entrega a la salida de cada señal cuando el volante se

encuentre en estado neutral, la señal del sensor par no debe estar fuera de este

rango (Volt Par > 4,6 V o < 0,4 V)

Figura 5.5. Comprobación de voltaje

Fuente: (Hyundai Motor Company , 2006)

Cuando el volante se encuentra en estado neutral el valor absoluto de la señal

principal y señal auxiliar deber ser < 0,52 V.

142

PRACTICA # 4

TITULO: Simulación de fallas según el dtc C1212

Y C1272.

Objetivos:

- Crear una falla en el sistema MDPS para saber el tipo de control de falla que toma

el módulo y que sucede con la asistencia.

- Interpretar la falla para saber las consecuencias que resultaría en la conducción.

Bases conceptuales:

Esta señal es muy importante para el funcionamiento de la dirección asistida

electrónicamente, el parámetro de la velocidad del vehículo es necesitado por el

calculador ECU del EPS para aplicar el nivel de asistencia requerido por el conductor,

esta señal trabajara en conjunto con el módulo todo el tiempo que permanezca prendido

y en movimiento el vehículo.

El sensor de velocidad va a la salida de la caja de cambios, puede ir en la corona, en el

tablero o en las ruedas, puede presentar tres casos: sensor, cadena y sensor, solo

cadena del velocímetro.

Este sensor tiene dos tipos de señal puede ser cuadrática que aplica el principio de

efecto hall, o de tipo inductivo que tiene una señal alterna. En este caso trabaja con una

señal digital por medio de impulsos que produce el efecto hall.

La señal de velocidad del vehículo sirve básicamente para que la unidad de control

ordene la cantidad de corriente que deberá generar para controlar la dirección. A medida

que la velocidad del vehículo aumente la corriente del motor disminuye, eso da como

resultado un menor esfuerzo para maniobrar el vehículo.

143

Material:


- Multímetro

- Osciloscopio

Método:





Procedimiento:

1. Configurar la velocidad de régimen del motor y la velocidad del vehículo con ayuda de

los potenciómetros correspondientes de cada uno.

Tener en cuenta que la falla C1212 es detectada por la EPSCM si la velocidad del

vehículo es de 0 km/h cuando la velocidad del motor es superior a 2500 rpm o más

por 20 segundos. Si el motor esta encendido (Sistema alimentado con 12 V), pero sin

marcha alguna, la EPSCM interpreta la falla y las condiciones que debe cumplir según

el control de fallas son:

Velocidad del vehículo = 0 km/h, Régimen motor > 4.000 rpm por 5 minutos.

2. Configurar la velocidad de régimen del motor y la velocidad del vehículo con ayuda de

los potenciómetros correspondientes de cada uno.

Tener en cuenta que la falla C1272 es detectada si el motor está a un régimen menor

a 330 rpm cuando la velocidad del vehículo es mayor a 50 km/h por 20 segundos o si

la señal de régimen del motor desaparece por completo.

Está se restaurará si la velocidad del motor es superior a 525 rpm o la alimentación

del sistema es cortada.

6. NOMENCLATURA

144

EPS: Electrical Powered Steering

Cupé: es un tipo de carrocería de automóvil de dos o tres volúmenes y dos

puertas laterales.

Sinfín: Se aplica al sistema de engranaje que permite transmitir un

movimiento circular entre dos ejes perpendiculares; consiste en un

engranaje helicoidal (sinfín) que transmite el movimiento a una rueda

dentada perpendicular a este (corona).

EPSCM: Electric Powered Steering Control Module

EHPS: Electro Hydraulic Powered Steering

MDPS: Motor Driven Power Steering

CAN: Controller Area Network

ECU: Engine Control Unit

CKP: Crankshaft Position

ABS: Antilock Braking System

PCM: Power Control Module

DTC: Diagnostic Trouble Code

ASIC: Circuito Integrado para Aplicaciones Específicas

I/F: Intensidad / Frecuencia

Termistor: Thermally Sensitive Resistor, Es un sensor resistivo

de temperatura

KOER: Key On Engine Ready

KOEO: Key On Engine Off

OHP: Over Heat Protection Function

EEPROM (erasable programmable read only memory)

https://es.wikipedia.org/wiki/Carrocer%C3%ADa

https://es.wikipedia.org/wiki/Autom%C3%B3vil

http://es.wikipedia.org/wiki/Sensor

http://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura

BIBLIOGRAFÍA

145

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AUTOMÓVIL: SENSOR VSS(Vehicle Speed Sensor) Sensor de

Velocidad del Vehículo. Obtenido de Página 22. 2ª.

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376. 3ª.

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asistida-electr.htm

NTE INEN. (25 de 11 de 1987). Soldadura. Electrodos de acero revestidos

para soldadura eléctrica. Requisitos La NTE INEN 1 390, sin ningún

cambio en su contenido fue DESREGULARISADA, pasando de

OBLIGATORIA a VOLUNTARIA, según Resolución No. 009-2010 de

2010-03-05, publicada el Registro Oficial No. 152 del 2010-03-17.

Quito, Pichincha, Ecuador.

NTE INEN. (14 de 08 de 2009). Láminas de acero revestidas al 55% de

aleación aluminio-zinc. Requisitos e inspección. Quito, Pchincha,

Ecuador.

NTE INEN. (09 de 04 de 2013). Tubos de acero al carbono soldados para

aplicaciones estructurales y usos generales. Requisitos. Esta NTE

INEN 2 415:2013 (primera revisión), reemplaza a la NTE INEN 2

415:2008. Quito, Pichincha, Ecuador.

Pacovilca, G. (16 de September de 2011). Direccion asistida-

electronicamente-y-sistema-esp. Página 3,4,5. Arhuata, Peru: 4ª.

ANEXOS

147

ANEXO I

Plano de la estructura del banco de pruebas

149

ANEXO II

Especificaciones del motor en cuanto a dirección asistida

150

ANEXO III

Luz testigo manual hyundai accent

151

ANEXO IV

Descripción caja fusibles interna

152

ANEXO V

Descripción caja fusibles externa

153

ANEXO VI

Comprobación de componentes, forma de onda y datos de señal del motor

154

ANEXO VII

Forma de onda y datos de señal sensor: ckp, cmp

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