- Tutorial nº 78 -

Control Dinámico de
Estabilidad

Índice de contenidos:

1- Introducción

1.1- Generalidades

1.2- Esquema de funcionamiento

1.3- Denominaciones comerciales

2- Componentes del sistema

2.1- Sensores

2.2- Unidad de control electrónico

2.3- Grupo hidráulico

3- Otros aspectos del sistema

3.1- Funciones adicionales

3.2- Acciones de seguridad

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DESARROLLO DEL CONTENIDO

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1- Introducción

1.1- Generalidades

El control dinámico de estabilidad o programa electrónico de estabilidad (en alemán Elektronisches Stabilitätsprogramm, abreviado ESP) es un elemento integrado que forma parte de la llamada seguridad activa del vehículo.

Este sistema actúa controlando de forma independiente la velocidad de giro de cada rueda ante situaciones peligrosas, que puede conllevar a una posible pérdida de control en la trayectoria del vehículo, por ejemplo, ante un riesgo de derrape, sobrevirajes y subvirajes. En el apartado 3.2 Acciones de seguridad de este tutorial se definen estos conceptos y las acciones que conlleva realizar para mantener la seguridad en la conducción.

En junio de 2009, la Unión Europea aprobó una legislación que hace obligatorio el uso del sistema de control de estabilidad para todos los vehículos de las categorías N1, N2, N3 y M1, M2, M3 (es decir, vehículos turismos, vehículos industriales ligeros, autobuses y vehículos industriales tanto medianos como pesados) de nueva matriculación de la UE, sin excepción alguna, a partir de noviembre de 2014.

Decir también que el sistema de control de estabilidad centraliza las funciones de otros sistemas de seguridad, como el sistema ABS (sistema de frenada antibloqueo), EBD (reparto electrónico de frenada) y el ASR (control de tracción).

En los siguientes apartados se introduce al lector en el conocimiento de cómo funciona este sistema y de qué elementos lo constituyen.

 

1.2- Esquema de funcionamiento

Todas las distintas versiones que los distintos fabricantes han realizado de los sistemas de control de estabilidad son también el resultado del gran desarrollo de la electrónica aplicada a los órganos de funcionamiento de los vehículos. De hecho, el núcleo neurálgico de los sistemas de control de estabilidad lo constituye un microordenador o microprocesador, también llamado unidad de control electrónico (ECU), que el vehículo lleva incorporado y que va a ser capaz de poder analizar diversas señales que le llega acerca de las condiciones de circulación del vehículo en la carretera.

En efecto, estas señales son captadas por una serie de sensores situados estratégicamente por distintas partes del vehículo y que toman diversas informaciones, tales como el ángulo de giro del volante, la velocidad de giro de las ruedas o la fuerza lateral que se ejerce sobre el vehículo y que se origina cuando el vehículo no sigue una trayectoria recta.

La información captada por los sensores es enviada al microprocesador central o ECU que las chequea. Esta unidad de control es capaz de recibir multitud de señales por segundo proveniente de los distintos sensores y analizarlas de manera lógica de forma inmediata. En función de la comparación de las distintas señales, la ECU es capaz de detectar una situación crítica en la cual la dirección que desea el conductor establecida por el ángulo de giro del volante no se corresponde con la dirección real que está tomando el vehículo. En este caso, el sistema corrige automáticamente la trayectoria del vehículo al detectar este desfase, actuando a través del frenado de una o varias ruedas de manera selectiva, a través del ABS o también sobre el régimen de funcionamiento del motor, reduciendo o aumentando el par motor. Todas estas acciones pueden ser simultáneas si la situación de emergencia lo requiere y el sistema las ejecuta independientemente del conductor.

El sistema ASR, que suele estar integrado en el sistema de control de estabilidad, optimiza la motricidad del vehículo evitando el patinado de las ruedas, actuando sobre los frenos de las ruedas motrices y sobre el motor. De esta manera, también permite mejorar la estabilidad direccional del vehículo en los procesos de aceleración evitando las derrapadas.

 

1.3- Denominaciones comerciales

Los sistemas de control de estabilidad están hoy en día muy implantado en la industria automovilística mundial, y cada fabricante ha ido desarrollando y perfeccionando su propio sistema.

En la siguiente tabla se indica para cada fabricante la denominación comercial que han adoptado para sus propios sistemas de control dinámico de estabilidad:

Denominaciones comerciales del Sistema de Control de Estabilidad

2- Componentes del sistema

2.1- Sensores

Para que el sistema de control dinámico de estabilidad funcione es necesario la instalación de una serie de sensores, estratégicamente repartido por el vehículo, que se encargarán de recopilar distintas informaciones acerca del estado real de marcha en que se encuentra el vehículo.

Los distintos sensores empleados son los siguientes:

• Sensores que marcan el ángulo de dirección: situado en la columna de dirección del volante recopila información sobre el movimiento que el conductor está dando al volante, es decir, mide el ángulo de giro de la columna de dirección. De esta manera queda conocida de manera inequívoca la dirección deseada por el conductor en cada momento.

Estos sensores, en la actualidad totalmente electrónicos, generan un código digital para cada ángulo de giro que demos al volante, de manera que queda identificada la dirección que el conductor del vehículo quiere seguir en cada instante.

En los sistemas de dirección asistida, el pack se complementa con un motor eléctrico de ayuda a la dirección que se conecta a la ECU o unidad de control. De esta forma cuando el conductor inicia una maniobra de giro, el sensor de par registra el comando y lo comunica a la unidad de control. La unidad de control procesa las señales e indica al motor eléctrico que proporcione ayuda a la dirección, resultando la conducción más cómoda y suave.

 

• Sensores de velocidad de giro de la rueda: estos sensores son los mismos que los usados en el sistema antibloqueo de frenos (ABS) e informan del comportamiento que están teniendo las ruedas en cada momento, es decir, si están bloqueadas, si patinan, o si están girando libremente a la velocidad establecida por el conductor.

Estos sensores son cuatro, uno por cada rueda, y son llamados también captadores de rueda, dado que miden la velocidad instantánea en cada rueda, enviando constantemente esta información a la ECU o unidad de control electrónico. Ni que decir tiene que estos sensores están calibrados en cada caso para un diámetro de rueda determinado, por lo que si se cambia el neumático original por otro de distinto tamaño se inutilizaría el sistema.

El conjunto está compuesto por el captador o sensor y un generador de impulsos o rueda fónica (dentada) que gira con la rueda. El sensor de rueda se instala en el buje de la rueda, donde queda posicionado frente a la corona dentada que forma parte del propio eje de transmisión, dejando un entrehierro de un milímetro entre ambos.

El captador funciona según el principio de la inducción. Se instala en el buje de la propia rueda, donde queda posicionado frente a la corona dentada, que como se ha dicho anteriormente, forma parte del propio eje de giro de la rueda. Para obtener una señal correcta, conviene mantener un entrehierro o separación entre el captador y la rueda fónica.

El sensor constantemente envía información de la velocidad de la rueda a la ECU mediante el correspondiente cableado que los une. El sensor se sujeta en su lugar contra la rueda dentada con un clip a presión. El tipo del eje determina la ubicación de montaje del sensor. Así, los sensores del eje de la dirección se instalan sobre el muñón de la propia dirección o sobre un soporte convenientemente atornillado, mientras que los sensores del eje propulsor, o eje trasero, están montados sobre un bloque fijado al alojamiento del eje.

El sensor o captador se rige por el principio de inducción. Está formado por imán permanente y una bobina conectada con la unidad hidráulica. El imán permanente crea un flujo magnético que se ve afectado por el paso de los dientes de la corona frente al imán, de manera que genera una tensión eléctrica en la bobina de tipo alternativa casi sinusoidal, cuya frecuencia es proporcional a la velocidad de giro de la rueda. La amplitud de la tensión en el captador es función de la distancia (entrehierro) entre diente y captador y de la frecuencia.

A continuación se resume algunos aspectos que se debe tener en cuenta cuando se lleve a cabo la instalación del conjunto sensor/rueda dentada:

- se debe asegurar que el desplazamiento longitudinal de la rueda dentada no supere los 0,2 mm;

- no se debe instalar ruedas dentadas con señales de daños tales como dientes picados o deformados;

- en el momento de la instalación, inicialmente el sensor deberá hacer contacto con la rueda dentada. El centro del sensor debe hacer contacto con la rueda dentada cerca del centro del ancho del diente, como mínimo a 3 mm de la orilla del mismo.

- Por último, generalmente para el sensor se requerirá un lubricante que debe ser a base de aceite mineral y contener molidisulfuro. Debe tener excelentes características anticorrosivas y de adhesión y ser capaz de funcionar continuamente con un margen de temperaturas de -40°C a 150°C.

 

• Sensores que marcan el ángulo de giro y aceleración transversal: situado en la parte central del vehículo, funciona como un giroscopio y acelerómetro de tres ejes combinados, es por ello que en realidad sean dos sensores integrados en uno.

Este sensor mide los desplazamientos que está teniendo el vehículo alrededor de su eje vertical, tomando datos de los valores de desplazamientos y fuerzas laterales o centrífugas que se generan. Esta es una información que da idea del comportamiento real del vehículo, es decir, de la trayectoria que está siguiendo realmente en cada instante.

Toda esta información recogida es enviada a la ECU donde es comparada con las demás informaciones tomadas por los sensores de giro del volante y de las ruedas. De su análisis y comparación, operación que realiza la ECU muchas veces por segundo, se podrá determinar si el vehículo está siguiendo la trayectoria deseada por el conductor, o si por el contrario está comenzando a desviarse o comenzando a derrapar, en cuyo caso la ECU dará orden a los sistemas hidráulicos para que actúen en consecuencia sobre cada rueda o sobre el par motor de funcionamiento.

 

2.2- Unidad de control electrónico

La unidad de control electrónico (ECU) se encarga del tratamiento de las señales enviadas por los distintos sensores repartidos por el vehículo. Es el cerebro del sistema. Recibe información de los sensores y envía señales a la unidad hidráulica para que actúe accionando correctamente el sistema hidráulico de frenos o regulando el par motor de funcionamiento del vehículo.

Hay ECUs para aplicaciones de montaje en la cabina (caso de camiones pesados) o bien anclado al bastidor del vehículo.

El sistema de funcionamiento de la ECU se inicia con las informaciones recibidas por cada sensor, que son tratadas en paralelo mediante unos microcomputadores. En caso de desigualdad de las informaciones recibidas entre los sensores, la ECU supone que hay peligro de bloqueo en alguna rueda o de desviación de la trayectoria deseada e inicia el proceso de regulación de la frenada activando el ABS, por ejemplo, o cualquiera de los otros sistemas asociados, como el control dinámico de la tracción, etc.

La respuesta o salida de la ECU es amplificada para que sirvan para activar a las distintas electroválvulas y la unidad hidráulica.

Además la ECU sirve para la realización de la diagnosis, según una doble vertiente:

- por un lado, la ECU realiza acciones autónomas que utiliza para labores de comprobación de sus periféricos y de su propio funcionamiento, es decir, auto-diagnosis;

- por otro lado, se refiere a la posibilidad de acceder a las informaciones o estado del sistema desde el exterior, es decir, la diagnosis exterior que realiza un mecánico mediante el aparato de diagnosis.

El proceso de auto diagnosis es un proceso automático que realiza la ECU y que sirve para:

- verificar el estado de sus periféricos;

- ser capaz de adoptar una marcha, según algún tipo de avería detectada;

- la ECU dispone de una memoria interna que permite memorizar fallos detectados que permitan una intervención posterior. Cualquier fallo detectado queda memorizado de manera permanente en la ECU, incluso si no hay tensión de alimentación.

Cada vez que se arranca el vehículo, la ECU efectúa un cierto número de tareas para comprobar el estado del sistema. Las comprobaciones realizadas principalmente son:

- tests internos de la propia ECU;

- tests con sus periféricos: alimentación, relé de electroválvulas, sensores;

- interfaces hacia el exterior.

Si una vez realizado estos tests iniciales de comprobación no se detectan fallos en el sistema, esta fase finaliza con el apagado del testigo de fallo al cabo de un par de segundos, aproximadamente.

No obstante, cuando el vehículo está circulando la ECU sigue realizando otros tipos de auto-controles, algunos se efectúan de forma permanente y otros necesitan unas condiciones de funcionamiento particular (de velocidad mínima de crucero…). En todo caso, todos estos tests se llevan a cabo de manera simultánea y continuamente.

 

2.3- Grupo hidráulico

El hidrogrupo o unidad hidráulica ejecuta las órdenes de la ECU, accionando el sistema de frenado o la gestión del régimen de funcionamiento del motor. Es un conjunto formado por una motor-bomba, una serie de electroválculas, y un depósito acumulador para el fluido hidráulico de baja presión. A continuación se exponen las características más importantes de cada uno de ellos:

- Electroválvulas:

Están constituidas de un solenoide y de un inducido móvil que desarrolla las funciones de apertura y cierre. La posición de reposo es asegurada por la acción de un muelle incorporado. Todas las entradas y salidas de las electroválvulas van protegidas por unos filtros.

Con el objeto de reducir la presión de los frenos se incorpora una válvula antirretorno a la válvula de admisión. La válvula se abre cuando la presión de la bomba de frenos sea inferior a la presión de estribo, por ejemplo, cuando se deja de frenar estando el ABS funcionando.

El circuito de frenado está provisto de dos electroválvulas de admisión abiertas en reposo y de dos electroválvulas de escape cerradas en reposo. Será la acción separada o simultánea de las electroválvulas la que permitirá modular la presión en los circuitos de frenado.

- Equipo motor-bomba:

Está constituido por un motor eléctrico y de una bomba hidráulica de doble circuito, controlado por la ECU. La función de este equipo es rechazar el líquido de freno durante la fase de regulación desde los bombines a la bomba de frenos. Cuando actúa el conjunto hidráulico el conductor lo nota dado que se produce un ligero movimiento del pedal de freno.

Básicamente el esquema de funcionamiento de esta unidad hidráulica se basa en transformar el movimiento de giro del motor eléctrico en un movimiento alternativo de los dos pistones que conforman la bomba hidráulica, según el principio de la biela-manivela.

- Acumulador de baja presión:

Durante la actuación del sistema de ABS recibe el líquido de freno que pasa por la electroválvula de escape, y que es desviado hasta un depósito acumulador. El nivel de presión necesario para el llenado del acumulador de baja presión debe ser lo suficientemente bajo para no interferir en la caída de presión necesaria en la fase de regulación, pero lo suficientemente alta como para vencer el tarado de la válvula de entrada de la bomba.

El caudal medio evacuado por la bomba debe ser inferior al volumen máximo suministrado en situación de baja presión.

3- Otros aspectos del sistema

3.1- Funciones adicionales

El sistema de control dinámico de estabilidad se complementa con otras funciones de seguridad activa del vehículo, entre las cuales cabría destacar:

• ASR (Antrieb Schlupf Regelung): es un sistema antiderrapaje, que evita situaciones con pérdida de adherencia. Efectivamente, cuando los sensores situados en las ruedas motrices de un eje muestra que una de ellas tiene tendencia a patinar (porque detecta una velocidad de giro diferente), la ECU activa el mecanismo que permite transferir mayor par de tiro a la otra rueda motriz, permitiendo así mantener la trayectoria.

• CSV (o control de subviraje): el subviraje es la tendencia que presenta las ruedas delantera de un vehículo al tomar una curva de salirse por el exterior de la misma. El control de subviraje CSV mejora la prestación del sistema de control de estabilidad cuando éste ha llegado a su límite. Su principio de funcionamiento es el mismo, sólo que el CSV actúa simultáneamente en 2 ó 4 ruedas, en vez de en una sola. El CSV está acompañado del alumbrado automático de las luces de frenado, para avisar de la desaceleración a los vehículos que le siguen.

• EBV ó EBD (o repartidor electrónico de frenado): como es sabido la carga que gravita sobre las ruedas de un vehículo no es la misma. Así, en un vehículo turismo de tracción delantera las ruedas de este eje reciben aproximadamente el 60% del peso del vehículo. Por otro lado, la fuerza de frenado necesaria que hay que aplicar en cada rueda es proporcional al peso que soporta, por lo que se desprende que en general, la fuerza de frenado que se aplica en las ruedas delanteras es mayor que las que se aplican en las ruedas traseras.

Sin embargo esta situación puede variar, por ejemplo, cuando se circula con maletero cargado. En esta situación las ruedas del eje trasero reciben más carga de lo habitual por lo que sus necesidades de frenado son mayores. El sistema EBV detecta esta situación y modifica la fuerza de frenado a las nuevas condiciones de carga, repartiendo convenientemente las presiones de frenado entre las ruedas delanteras y traseras.

El repartidor electrónico de frenada utiliza los mismos sensores que el sistema ABS, y es un sistema que complementa el funcionamiento del ABS. Efectivamente, el EBV junto con el ABS permite una mejor regulación de la fuerza de frenado evitando sobrecargar los frenos, dado que actuaría mucho antes de llegar al bloqueo de las ruedas.

Otros sistemas utilizados conjuntamente con el control dinámico de estabilidad es el denominado "Hill Hold Control" o control de ascenso de pendientes que evita que el vehículo retroceda al reanudar la marcha en una pendiente; el sistema "BSW" o de secado de los discos de frenos; el sistema "Overboost" o de compensación de la presión cuando el líquido de frenos está sobrecalentado; el sistema "Trailer Sway Mitigation" mejora la estabilidad cuando se lleva un remolque, evitando el efecto tijera; y por último, el sistema "Load Adaptive Control" (LAC), que permite conocer la posición y el volumen de la carga en el caso de un vehículo industrial ligero, evitándose así un posible vuelco de éste por la pérdida de la estabilidad.

 

3.2- Acciones de seguridad

A continuación se detalla cómo actúa el sistema en algunas situaciones donde existe el riesgo de pérdida del control de la estabilidad del vehículo durante la conducción:

• Caso de subviraje: se produce al tomar una curva en la que la parte delantera del vehículo tiende a salirse por el exterior de la misma debido, generalmente, a una pérdida de adherencia en el tren delantero. Ante esta situación, el sistema de control de estabilidad actúa a partir de la información recibida de las señales recogidas por los distintos sensores.

Estos sensores distribuidos por el vehículo, como se vio en capítulos anteriores, marcan la velocidad de las cuatro ruedas, así como el ángulo de giro alrededor de su eje vertical, la aceleración lateral, y el ángulo que el conductor está aplicando al volante. Toda esta información es enviada constantemente a la ECU para su chequeo.

En una situación de subviraje el sistema lee cómo la señal correspondiente a la aceleración lateral va disminuyendo, a la vez que se genera una aceleración angular hacia fuera de la curva, mientras la velocidad de giro de las ruedas delanteras se van reduciendo, y la señal correspondiente al ángulo de giro del volante se mantiene constante como estaba al inicio de la maniobra. A partir de toda esta información el sistema detecta una situación de peligro y actúa reduciendo la potencia del motor y activando los frenos del lado de adentro de la curva, generando así un ángulo de giro opuesto al del subviraje.

El conductor por su parte, ante una situación de subviraje debe actuar reduciendo la velocidad o presionando suavemente el sistema de frenado, transfiriendo de esta manera más peso hacia el tren delantero con lo que se mejoraría su adherencia.

• Caso de sobreviraje: fenómeno que se produce cuando al tomar una curva ocurre que las ruedas traseras no siguen el mismo recorrido que el de las ruedas delanteras, sino que se deslizan hacia el exterior de la curva. En el caso del sobreviraje, el sistema detecta que la aceleración lateral aumenta, mientras que el ángulo del volante es menor al que correspondería a la curva. Por otro lado, la señal que marca la velocidad de giro de las ruedas traseras muestra una disminución brusca de éstas (caso de accionar el freno de mano) o un aumento (caso de estar acelerando el vehículo).

En esta situación el sistema actúa frenando las ruedas exteriores a la curva. Para un conductor normal es mucho más difícil actuar sobre una situación de sobreviraje que de subviraje, ya que la reacción normal de pánico al notar una perdida de control es soltar el acelerador y después frenar, que en una situación de subviraje ayudaría a recuperar el control del vehículo, pero que en el caso de un sobreviraje desacelerar o frenar solo hace empeorar la situación. Para corregir el sobreviraje sería necesario acelerar y girar el volante suavemente en dirección opuesta a la curva.

 

 

>> FIN DEL TUTORIAL

 

 

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Información y consulta:

Hermenegildo Rodríguez Galbarro

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