UNIVERSIDAD DE CUENCA

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA DE ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES

TRABAJO INTERCICLO

NOMBRE: José Sebastián Placencia León

Control ESP

El ESP es un sistema electrónico de control de estabilidad enmarcado en el campo de la

seguridad activa. La función principal de este sistema es evitar que el conductor pierda el

control del coche. En el preciso momento en que los sensores desarrollados con este fin,

detectan que el comportamiento del vehículo se desvía de lo que se considera correcto, el

sistema actúa independientemente sobre cada una de las cuatro ruedas, habitualmente frenando

las necesarias para evitar que el coche subvire (no gire) o sobrevire (gire demasiado, derrape,

etc.).

Para conseguirlo, el ESP se vale del control de tracción y del ABS. El sistema está integrado por

una centralita electrónica con un microprocesador, un sistema hidráulico y un conjunto de

sensores tales como la posición del volante, la velocidad de cada rueda o los sensores que

detectan los movimientos respecto a cada uno de los ejes imaginarios del vehículo.

De esta forma, el ESP es un sistema que se muestra tremendamente efectivo en situaciones

críticas como las de tener que esquivar repentinamente un obstáculo, circular en superficies

resbaladizas, o en caso de calcular mal una curva, todas ellas situaciones que pueden acabar con

el coche derrapando sin control en caso de no disponer del ESP. No en vano, el derrapaje es una

de las principales causas de accidentes de tráfico con víctimas mortales.

Control ABS

ABS es la abreviatura en inglés de sistema de frenado antibloqueo. Es un sistema diseñado para

ayudar a los conductores a mantener cierta capacidad de maniobrabilidad y evitar

deslizamientos mientras frenan.

El sistema en principio, evita que las ruedas en caso de una fuerte frenada derrapen (bloqueadas)

y pierdan adherencia. Esto se logra, incorporando al circuito de frenada una bomba

electrohidráulica, que está ubicada a la salida de los conductos de la bomba principal de

frenado, que controla el conductor con el pie. En cada una de las ruedas se coloca un sensor que

mide, en todo momento, las vueltas de cada neumático.

Con estos datos, la unidad de control electrónica o centralita puede identificar cuando las ruedas

reducen significativamente en número de vueltas y, a través de la bomba electrohidráulica,

disminuye la presión de frenado en la rueda que esté a punto de derrapar. Con esto se consigue

que el vehículo no se deslice sin control.

Esto ocurre sin que el conductor tome parte de ello y la única sensación que se percibe es una

vibración en el pedal de freno, por la rapidez con que el sistema disminuye y aumenta

la presión del líquido hidráulico, unas 50 a 100 veces por segundo.

Una vez que se ha retornado a la normalidad, el sistema devuelve el control total al conductor.

Solo se activa nuevamente si detecta alguna anomalía en el número de vueltas de los

neumáticos, que no correspondan al funcionamiento normal del vehículo.

Ventaja del Control ABS

- El proceso instantáneo de regulación garantiza una manejabilidad plena del automóvil

en todo momento, incluso en situaciones de frenado de emergencia.

- La distancia de frenado con un sistema ABS disminuye considerablemente que si no

contamos con él.

- El automóvil permanece siempre manejable, incluso al frenar a fondo.

- El conductor conserva un dominio perfecto del automóvil al frenar.

- El automóvil no derrapa al frenar a fondo en una curva.

- El comportamiento del automóvil al frenar es independiente de las condiciones del suelo

- En conjunto, el ABS constituye una contribución importante a la seguridad activa del

automóvil.

Ventaja del Control ESP

- Es un elemento muy conveniente de seguridad activa.

- Evita la pérdida de control del coche en curvas o cuando se realiza una maniobra brusca

para evitar un imprevisto del tráfico.

Componentes Control ESP

Unidad hidráulica

La unidad hidráulica o hidrogrupo trabaja con dos circuitos de frenado, con reparto en diagonal

o en "X". En comparación con unidades ABS más antiguas, ha sido ampliada con una válvula

de conmutación y una de aspiración para cada circuito de frenado. La bomba de retorno es ahora

una versión autoaspirante.

Con las válvulas de la unidad hidráulica se procede a actuar sobre los bombines de freno en las

ruedas. Mediante la actuación sobre las válvulas de admisión y escape se pueden establecer tres

diferentes estados operativos:

- Generar presión

- Mantener presión

- Degradar presión

Unidad de control para ABS con EDS/ASR/ESP

Incluye un microordenador de altas prestaciones. En virtud de que se tiene que exigir un alto

nivel de seguridad a cometer errores, el sistema integra dos unidades procesadoras, así como

una vigilancia propia de la tensión y un interfaz para diagnósticos.

Ambas unidades procesadoras utilizan software idénticos para procesar la información y se

vigilan mutuamente. En el caso de los sistemas como éste, configurados por partida doble, se

dice que tienen redundancia activa. En el caso, muy poco probable, de que la unidad de control

sufra una avería total, ya sólo queda a disposición del conductor el sistema de frenado normal,

sin ABS, EBS, ASR y ESP.

Diseño y funcionamiento del ESP

Los sensores de régimen suministran continuamente las señales de velocidad de cada rueda.

El sensor gonio métrico de dirección es el único sensor que suministra sus datos directamente a

través del CAN-Bus hacia la unidad de control. Previo análisis de ambas informaciones, la

unidad de control calcula la trayectoria teórica, consignada con el volante, y calcula un

comportamiento dinámico teórico del vehículo. El sensor de aceleración transversal informa a la

unidad de control acerca del derrapaje lateral. El sensor de la magnitud de viraje informa sobre

la tendencia al derrapaje de la trasera del vehículo. Con ayuda de estas dos informaciones, la

unidad de control calcula el comportamiento dinámico efectivo del vehículo.

Si los comportamientos dinámicos teórico y efectivo difieren entre sí, se procede a calcular una

intervención de regulación.

Transmisor goniométrico de dirección

Va alojado en la columna de dirección, entre el mando combinado y el volante.

El transmisor se encarga de transmitir el ángulo de giro del volante a la unidad de control para

ABS con EDS/ASR/ESP. Se registra un ángulo de ±720º, equivalente a cuatro vueltas

completas del volante. El anillo retractor con anillo colector para el airbag está integrado en el

transmisor goniométrico de dirección y alojado en su parte inferior.

Si falla la información procedente del sensor goniométrico de dirección, el sistema ESP no se

puede formar una idea concreta acerca de la dirección de marcha deseada. La función ESP se

paraliza. Es el único sensor del sistema ESP, que transmite su información directamente a través

del CAN-Bus hacia la unidad de control.

Después de sustituir la unidad de control o el sensor es preciso volver a calibrar la posición

cero.

Transmisor goniométrico de dirección, sin comunicación

Ajuste incorrecto

Avería mecánica

Defecto

Señal no plausible

Transmisor de aceleración transversal

Por motivos físicos es conveniente que este sensor esté instalado lo más cerca posible del centro

de gravedad del vehículo. Por ese motivo se instala en el vano reposapiés, debajo del asiento del

conductor.

Este transmisor detecta si existen fuerzas laterales que tratan de sacar el vehículo de su

trayectoria prevista, y en caso afirmativo, detecta su intensidad. Sin la medición de la

aceleración transversal por fallo del transmisor, en la unidad de control no se puede calcular el

estado efectivo de la marcha. La función ESP se paraliza. Este sensor es muy delicado, puede

sufrir daños con facilidad.

La configuración del transmisor esta representada de forma simplificada en la figura inferior.

Consta de un imán permanente (1), un muelle (2), una placa

amortiguadora (3) y un sensor Hall (4). El imán permanente, el muelle y la placa amortiguadora

constituyen un sistema magnético. El imán está comunicado fijamente con el muelle y puede

oscilar por medio de la placa amortiguadora.

Transmisor de la magnitud de viraje

También este sensor debe hallarse lo más cerca posible del centro de gravedad del vehículo. El

transmisor de la magnitud de viraje tiene sus orígenes en la tecnología de la navegación

espacial. Analiza si actúan pares de giro sobre un cuerpo. Según su posición de montaje se

puede comprobar así el giro en torno a uno de los ejes espaciales. En el ESP, el sensor tiene que

detectar si el vehículo gira en torno al eje geométrico vertical.

Sensor combinado

Este sensor es una evolución de los anteriormente estudiados y se pueden agrupar en el mismo

dispositivo estos dos transmisores:

Transmisor de aceleración transversal

Transmisor de la magnitud de viraje

Las ventajas que ello supone residen en:

las dimensiones compactas del montaje,

la orientación exacta de ambos sensores entre sí, que no puede ser alterada,

una configuración más robusta.

Los componentes van montados en una placa de circuitos impresos y trabajan según principios

micromecánicos. La conexión se establece por medio de un conector de seis polos.

La medición de la aceleración transversal se realiza de acuerdo con un principio capacitivo.

La magnitud del viraje se detecta midiendo la aceleración de Coriolis que interviene.

Transmisor de presión de frenado

Está atornillado en la bomba hidráulica para regulación dinámica de la marcha. El transmisor

informa a la unidad de control acerca de la presión actual en

el circuito de frenado. Con ayuda de esta información, la unidad de control calcula las fuerzas

de frenado de las ruedas y, con éstas, las fuerzas longitudinales

que actúan sobre el vehículo. Si resulta necesaria una intervención del ESP, la unidad de control

integra este valor en el cálculo de las fuerzas de guiado lateral.

Sin los datos acerca de la presión de frenado actual, el sistema ya no puede calcular

correctamente las fuerzas de guiado lateral. Se paraliza la función ESP.

La pieza principal del sensor es un elemento piezoeléctrico (a), sobre el cual puede actuar la

presión del líquido de frenos, el mismo sensor incluye la electrónica del sensor (b).

Pulsador para ASR/ESP

Según el tipo de vehículo en cuestión, el pulsador se halla en la zona próxima al cuadro de

instrumentos.

Sirve para que el conductor pueda desactivar la función ESP. Se reactiva pisando el freno u

oprimiendo una vez más el pulsador. Si el conductor se olvida de volver a conectar el sistema,

Este se reactiva automáticamente con motivo del siguiente arranque del motor.

Es conveniente desactivar la función ESP en los siguientes casos:

para desatascar el coche en vaivén, con objeto de sacarlo de la nieve profunda o de un

suelo de baja consistencia,

para conducir con cadenas para nieve, y

para hacer funcionar el vehículo en un banco de pruebas de potencia.

No es posible desactivar el sistema durante un ciclo de intervención del ESP y a partir de una

cierta velocidad específica. Si esta averiado el pulsador no es posible desactivar el ESP. El

funcionamiento incorrecto se visualiza en el cuadro de instrumentos, a base de encenderse el

testigo luminoso para ASR/ESP.

Bomba hidráulica para regulación dinámica de la marcha

Va situada en un soporte común, debajo de la unidad hidráulica, en el vano motor.

En un sistema ABS se tiene que suministrar una pequeña cantidad de líquido de frenos,

superando una gran presión ejercida por el pedal de freno. Esta función corre a cargo de la

bomba de retorno. Sin embargo, no puede suministrar una gran cantidad de líquido si el pedal

de freno está sometido a escasa o ninguna presión, porque el líquido de frenos posee una alta

viscosidad a bajas temperaturas.

En virtud de ello se necesita una bomba hidráulica suplementaria para los sistemas ESP, con

objeto de generar la presión previa necesaria por el lado aspirante de la bomba de retorno.

La presión de precarga se limita por medio de un estrangulador en el cilindro maestro. La propia

bomba hidráulica para regulación dinámica de la marcha no se somete a regulación.

En caso de avería de la bomba no funciona el sistema ESP. Esto no afecta a los sistemas ABS,

EDS y ASR.

Componentes Control ESP

Módulo de control del sistema de frenos antiblocantes (ABSCM)

• Calcula y determina las condiciones de las ruedas y de la carrocería en función de las

velocidades de las ruedas, y efectúa una decisión acorde a la situación actual para controlar la

unidad hidráulica.

• En el modo de operación de ABS, el módulo envía una señal de control cooperativa al módulo

de control de la transmisión automática. (Sólo vehículos con A/T).• Al girar el interruptor de

encendido a la posición ON, el módulo efectúa un autodiagnóstico, si detecta alguna condición

anormal, desconecta el sistema.

• Comunica con el monitor selector.

Unidad hidráulica (H/U)

En el modo de operación de ABS, la H/U cambia los conductos de líquido para controlar la

presión del líquido de los cilindros de rueda, como respuesta a la instrucción recibida del

ABSCM. La H/U también forma parte del conducto del líquido de frenos que se extiende desde

el cilindro maestro a los cilindros de rueda, junto con las tuberías.

Sensor de velocidad de la rueda (sensor de ABS)

Detecta la velocidad de la rueda en función del cambio en la densidad del flujo magnético que

pasa a través del sensor, y la convierte en una señal eléctrica que será transmitida al ABSCM.

Rueda fónica

El cambio en la densidad del flujo magnético es detectado por los dientes provistos alrededor de

la rueda fónica para que el sensor de ABS genere una señal eléctrica.

Sensor G (sólo vehículos AWD)

Detecta un cambio en G en la dirección longitudinal del vehículo y lo transmite al ABSCM en

términos de un cambio en el voltaje.

Caja de relés

Aloja al relé de la válvula y al relé del motor.

Relé de la válvula

Actúa como interruptor de alimentación de la válvula de solenoide y de la bobina del relé del

motor, como respuesta a una instrucción recibida del ABSCM. El relé de la válvula también

constituye uno de los circuitos de mando duplicados de el piloto de ABS.

Relé del motor

Sirve como interruptor de alimentación del motor de la bomba, como respuesta a una

instrucción recibida del ABSCM.

Interruptor de la luz de parada

Informa al ABSCM si se está pisando o no el pedal del freno como condición para determinar la

operación del ABS.

Piloto de ABS

Alerta al conductor que hay una anomalía en el ABS. Estando conectados el conector

de diagnóstico y el terminal de diagnóstico, la luz destella para indicar los códigos de averías

como respuesta a una instrucción recibida del ABSCM.

Módulo de control de la transmisión automática (TCM) (Sólo vehículos con A/T)

Proporciona los controles para los cambios (fijando la velocidad en 3a o cambiando las

características de transmisión entre las ruedas delanteras y traseras en un vehículo 4WD) como

respuesta a una instrucción recibida del ABSCM.

Diagrama de Bloques para un Control ESP

Controlador ESP

Este controlador recibe las señales de los sensores (goniométrico de dirección, aceleración

transversal, magnitud de viraje) y analiza la mejor acción correctora.

Unidad Hidráulica

Recibe la señal del ESP y actúa sobre las válvulas de la unidad hidráulica que proceden a actuar

sobre los bombines de freno en las ruedas.

Unidad de Rodaje

Esta parte es la que controla el frenado en las ruedas y la disposición de elementos de frenado.

También aquí se controla la estabilidad y suspensión.

Sensores

Aquí están los sensores de Dirección, aceleración transversal y de magnitud de viraje.

Diagrama de Bloques para un Control ABS

Control de Frenado

Esta unidad se encarga de suministrar presión hidráulica al sistema de frenos.

Controlador ABS

Recibe la señal de los sensores de velocidad de cada rueda y analiza una acción correctora a la

rueda correcta.

Controlador

ESP

Unidad

Hidráulica

Sensores

Unidad de

Frenado

Controlador

ABS

Sensores

Unidad de

Rodaje

Unidad

H/U

Unidad de

Rodaje

Movimiento

Volante

Freno

FRENOS

Unidad H/U

En el modo de operación de ABS, la H/U cambia los conductos de líquido para controlar la

presión del líquido de los cilindros de rueda, como respuesta a la instrucción recibida del ABS.

Unidad de Rodaje

Esta parte es la que controla el frenado en las ruedas y la disposición de elementos de frenado.

También aquí se controla la estabilidad y suspensión.

Sensores

Aquí están los sensores de velocidad de cada rueda.

¿Los sistemas ABS y ESP deben trabajar en conjunto?

Los dos Sistemas deben trabajar en conjunto porque así conforman un Sistema que realmente

garantice Estabilidad casi en un 100% al vehículo, es decir con los dos Sistemas trabajando en

conjunto la seguridad ante inconvenientes automovilísticos mencionados ya anteriormente es

garantizada. Cabe recalcar que además de lo mencionado un sistema ESP obligatoriamente

debe tener un Sistema ABS incluido para que funcione de buena manera pero un Sistema ABS

no necesariamente debe contar con un ABS pero esto no garantizaría del todo la seguridad al

conductor.

Diagrama de bloques para un sistema con doble lazo de control ABS-ESP

Unidad de

Frenado

Controlador

ABS

Sensores Unidad

H/U

Unidad de

Rodaje

Controlador

ESP

Sensores

Detalles técnicos Componentes Control ESP

Unidad Hidraulica

El funcionamiento del hidrogrupo para una sola rueda lo podemos ver en la figura inferior y se

divide en tres estados operativos.

- Generar presión

Si el ESP interviene con un ciclo de regulación, la bomba hidráulica para conducción dinámica

(7) empieza a alimentar líquido de frenos del depósito hacia el circuito de frenado. Debido a ello

está disponible rápidamente una presión de frenado en el bombín de la rueda (5) y en la bomba

de retorno (6). La bomba de retorno inicia la alimentación para seguir aumentando la presión de

frenado.

- Mantener presión

La válvula de admisión cierra. La válvula de escape se mantiene cerrada. La presión no puede

escapar de los bombines de freno en las ruedas. La bomba de retorno se detiene y la válvula

conmutadora de alta presión (2) cierra.

- Degradar presión

La válvula conmutadora (1) conmuta al sentido inverso. La válvula de admisión (3) se mantiene

cerrada, mientras que la válvula de escape (4) abre. El líquido de frenos puede volver al

depósito a través del cilindro maestro en tándem.

El ESP

Este modulo decide:

qué rueda debe ser frenada o acelerada intensamente,

si es necesario reducir el par del motor, y

si en vehículos automáticos es preciso actuar sobre la unidad de control del cambio.

Analizando los datos que siguen llegando de los sensores, el sistema revisa si ha tenido éxito

con la intervención:

En caso afirmativo finaliza la intervención y se sigue observando el comportamiento

dinámico del vehículo.

En caso negativo se vuelve a correr un ciclo de regulación.

Al producirse una intervención de regulación, se visualiza esta particularidad al conductor

haciendo parpadear el testigo luminoso ESP.

Sensor Ganiométrico

Simplifiquemos la configuración, enfrentando una corredera perforada de valores incrementales

(1) y una corredera perforada de valores absolutos (2). Entre ambas correderas hay una fuente

luminosa (3). En la parte exterior se encuentran los sensores ópticos (4 y 5).

Al pasar la luz a través de una rendija hacia un sensor, se produce en éste una tensión de señal.

Si se cubre la fuente luminosa se interrumpe nuevamente la tensión.

Si movemos ahora las correderas perforadas, se producen dos diferentes secuencias de

tensiones:

El sensor incremental suministra una señal uniforme, porque las rendijas o ventanas

están espaciadas de forma equidistante.

El sensor de valores absolutos produce una señal irregular, debido a que la corredera

tiene huecos y distancias irregulares.

Por comparación de ambas señales, el sistema puede calcular la longitud a que fueron movidas

las correderas. El punto inicial del movimiento lo define la parte correspondiente a valores

absolutos.

El transmisor goniométrico de dirección trabaja según este mismo principio, pero esté diseñado

para un movimiento de rotación.

Sensor de Aceleración transversal

Al actuar una aceleración transversal en el vehículo (a), el imán permanente, debido a su inercia

de la masa, sólo acompaña con retardo el movimiento generado. Eso significa, que la placa

amortiguadora se aleja conjuntamente con la carcasa del sensor y con todo el vehículo, debajo

del imán permanente, el cual se mantiene primeramente en reposo.

Con este movimiento se generan corrientes eléctricas de Focault en la placa amortiguadora, las

cuales generan a su vez un campo magnético contrario al del imán permanente. Debido a ello se

debilita la intensidad del campo magnético general. Esto provoca una modificación en la tensión

Hall (U). La variación que experimenta la tensión es directamente proporcional a la intensidad

de la aceleración transversal. Esto significa, que cuanto más intenso es el movimiento entre la

placa amortiguadora y el imán, tanto más se debilita el campo magnético y tanto más claramente

varía la tensión de Hall. Al no existir ninguna aceleración transversal, la tensión de Hall se

mantiene constante.

Sensor de Magnitud de Viraje

El componente básico es un pequeño cilindro hueco de metal (figura inferior), que posee ocho

elementos piezoeléctricos. Cuatro de ellos someten al cilindro hueco a una oscilación resonante

(a). Los otros cuatro elementos "observan" si varían los sitios en que se encuentran los nodos de

oscilación del cilindro. Y precisamente esto sucede si un par de giro actúa sobre el cilindro

hueco. Los nodos de oscilación se desplazan (b). Este desplazamiento lo miden los elementos

piezoelectricos observadores y transmiten una señal correspondiente a la unidad de control, la

cual calcula de ahí la magnitud del viraje.

Sensor de Frenado

Al actuar la presión del líquido de frenos sobre el elemento piezoeléctrico varía el reparto de las

cargas en el elemento. Sin la actuación de la presión, las cargas tienen un reparto uniforme. Al

actuar una presión, las cargas se desplazan espacialmente, produciendose una tensión eléctrica.

Cuanto mayor es la presión, tanto más intensamente se separan las cargas. La tensión aumenta.

En el circuito electrónico incorporado se intensifica la tensión y se transmite como señal hacia

la unidad de control. La magnitud de la tensión constituye de esa forma una medida directa de la

presión reinante en el sistema de frenos.

Funciones de transferencia para algunos de los componentes y la Dinámica del Vehículo

Sensor Goniométrico de Dirección

Funciona por inducción magnética, este sensor presenta una salida proporcional al ángulo de

giro de la dirección, por lo tanto tendría la siguiente forma.

Sensor de viraje

Estos sensores funcionan: -200≤ °/s ≥ 200.

Una salida de voltaje: -2.5V ≤ V ≥ 2.5V.

La salida de este sensor es proporcional a la velocidad de giro.

Sensores de Aceleración Transversal

Estos sensores funcionan: -3≤ g ≥ 3, donde “g” es el valor de la gravedad.

Una salida de voltaje: -2.5V ≤ V ≥ 2.5V.

La salida de voltaje es: V (t)= k a (t), donde k es una constante y a (t) es la aceleración.

Sensor de Revoluciones de las Ruedas

Los sensores de revoluciones funcionan por inducción magnética, por lo tanto, el campo

magnético generado es proporcional a la velocidad de la rueda, y a su vez será proporcional al

campo magnético y a también a la velocidad de las ruedas. Por lo tanto, la función de

transferencia seria:

Conclusiones y comentarios.

En esta investigación logramos entender el real funcionamiento del ABS desde todos los

aspectos y sistemas que este tiene, la manera en que usa las señales recibidas de los sensores, la

forma de resolver de la mejor manera el tipo de frenada que se realizará.

El sistema de frenado ABS es una de las mejores opciones con respecto al convencional, ya que

el ABS proporciona una forma mas eficaz y segura al presentarse una situación de frenado

repentino y también tenemos los sistemas ESP tienen como prioridad la seguridad, por lo que

en la mayoría de los casos la velocidad de paso en curva y, sobre todo, la de salida es más lenta

con el ESP conectado. La de entrada la determina el conductor.