Control de estabilidad
El control de estabilidad es un elemento de seguridad activa del automóvil que actúa frenando individualmente las ruedas en situaciones de riesgo para evitar derrapes, tanto sobrevirajes, como subvirajes. El control de estabilidad centraliza las funciones de los sistemas ABS, EBD y de control de tracción.
El control de estabilidad fue desarrollado por Bosch en 1995, en cooperación con Mercedes-Benz y fue introducido al mercado en el Mercedes-Benz Clase S bajo la denominación comercial Elektronisches Stabilitätsprogramm (en alemán "Programa Electrónico de Estabilidad", abreviado ESP). El ESP recibe otros nombres, según los fabricantes de vehículos en los que se monte, tales como Vehicle Dynamic Control ("control dinámico del vehículo", VDC), Dynamic Stability Control ("control dinámico de establidad", DSC), Electronic Stability Control ("control electrónico de establidad", ESC) y Vehicle Stability Control ("control de establidad del vehículo", VSC), si bien su funcionamiento es el mismo.
FUNCIONAMIENTO
El sistema consta de una unidad de control electrónico, un grupo hidráulico y un conjunto de sensores:
- sensor de ángulo de dirección: está ubicado en la dirección y proporciona información constante sobre el movimiento del volante, es decir, la dirección deseada por el conductor.
- sensor de velocidad de giro de rueda: son los mismos del ABS e informan sobre el comportamiento de las mismas (si están bloqueadas, si patinan ...)
- sensor de ángulo de giro y aceleración transversal: proporciona información sobre desplazamientos del vehículo alrededor de su eje vertical y desplazamientos y fuerzas laterales, es decir, cual es el comportamiento real del vehículo y si está comenzando a derrapar y desviándose de la trayectoria deseada por el conductor.
El control de estabilidad puede tener multitud de funciones adicionales:
- Hill Hold Control o control de ascenso de pendientes: es un sistema que evita que el vehículo retroceda al reanudar la marcha en una pendiente.
- "BSW", secado de los discos de frenos.
- "Overboost", compensación de la presión cuando el líquido de frenos está sobrecalentado.
- "Trailer Sway Mitigation", mejora la estabilidad cuando se lleva un remolque, evitando el efecto "tijera".
- Load Adaptive Control (LAC), que permite conocer la posición y el volumen de la carga en un vehículo industrial ligero. Con esta función se evita un posible vuelco por la pérdida de la estabilidad.
Numerosas organizaciones relacionadas con la seguridad vial, como euroNCAP, así como clubes de automovilismo como RACC, RACE o CEA aconsejan la compra de automóviles equipados con el control de estabilidad, ya que ayuda a evitar los accidentes por salida de la carretera, entre otros, y podría disminuir el índice de mortalidad en las carreteras en más de un 20%.
El ESP® reduce el número de accidentes por derrape. Los estudios globales que han realizado los fabricantes de coches, las compañías de seguros y los ministerios de transporte han demostrado que el sistema ESP® previene hasta el 80 % de los accidentes por derrape. Esto también se refleja en los gráficos de accidentes respectivos. Cuando hablamos de sistemas de seguridad que salvan vidas, el ESP® está en segundo lugar, sólo después de los cinturones de seguridad.
En junio de 2009, la Unión Europea aprobó una legislación que hace obligatorio el uso del ESP® para todos los vehículos de las categorías N1, N2, N3 y M1, M2, M3: turismos, vehículos industriales ligeros, autobuses y vehículos industriales medianos y pesados a partir de noviembre de 2014. Denominación del control de estabilidad según fabricantes
Electronic stability control (ESC) es el término genérico reconocido por la Sociedad de Automoción y otras autoridades, aunque cada compañía establece su propia denominación:
Fabricante | Sigla | Nombre original | Significado en español |
---|---|---|---|
Acura | VSA | Vehicle Stability Assist | Asistencia de estabilidad del vehículo |
Alfa Romeo | VDC | Vehicle Dynamic Control | Control dinámico del vehículo |
Audi | ESP | Electronic Stability Programme | Programa de estabilidad electrónica |
Bentley | ESP | Electronic Stability Programme | Programa de estabilidad electrónica |
Bugatti | ESP | Electronic Stability Programme | Programa de estabilidad electrónica |
Buick | StabiliTrak | Estabilidad de tracción | |
BMW | DSC | Dynamic Stability Control (incluye control dinámico de tracción) | Control dinámico de estabilidad |
Cadillac | All-Speed Traction Control & StabiliTrak | ||
Chery | ESP | Electronic Stability Programme | Programa de estabilidad electrónica |
Chevrolet | StabiliTrak; Active Handling (Solo en el Corvette) | Sistema de estabilidad; Manejo activo | |
Chrysler | ESP | Electronic Stability Programme | Programa de estabilidad electrónica |
Citroën | ESP | Electronic Stability Programme | Programa de estabilidad electrónica |
Dodge | ESP | Electronic Stability Programme | Programa de estabilidad electrónica |
Daimler | ESP | Electronic Stability Programme | Programa de estabilidad electrónica |
Fiat | ESP o VDC | Electronic Stability Programme o Vehicle Dynamic Control | Programa de estabilidad electrónica o Control dinámico de vehículo |
Ferrari | CST | Controllo Stabilità | Control de estabilidad |
Ford | RSC; IVD y ESP; DSC (Solo en Australia) | AdvanceTrac with Roll Stability Control (RSC) o Interactive Vehicle Dynamics (IVD) y Electronic Stability Programme; Dynamic Stability Control (DSC) | Control avanzado con control de estabilidad de ruedas; Vehículo interactivo dinámico y Programa de estabilidad electrónica; Control de estabilidad dinámica |
General Motors | StabiliTrak | Estabilidad de tracción | |
Honda | ESP y VSA | Electronic Stability Programme; Vehicle Stability Assist | Programa de estabilidad electrónica; Asistente de estabilidad del vehículo |
Holden | ESP | Electronic Stability Programme | Programa de estabilidad electrónica |
Hyundai | ESP, ESC o VSA | Electronic Stability Programme, Electronic Stability Control, o 'Vehicle Stability Assist | Programa de estabilidad electrónica, Control electrónico de estabilidad o Asistencia de estabilidad del vehículo |
Infiniti | VDC | Vehicle Dynamic Control | Control dinámico del vehículo |
Jaguar (automóvil) | DSC | Dynamic Stability Control | Control Dinámico de Estabilidad |
Jeep | ESP | Electronic Stability Programme | Programa de estabilidad electrónica |
Kia | ESP | Electronic Stability Programme | Programa de estabilidad electrónica |
Lamborghini | ESP | Electronic Stability Programme | Programa de estabilidad electrónica |
Land Rover | DSC | Dynamic Stability Control | Control de estabilidad dinámica |
Lexus | VDIM; VSC y TRAC | Vehicle Dynamics Integrated Management (VDIM) con Vehicle Stability Control (VSC) y Traction Control (TRAC) systems | Gestión Integrada Dinámica del Vehículo; con Control de Estabilidad Vehicular y sistema de Control de Tracción (TRAC) |
Lincoln | AdvanceTrac | Tracción avanzada | |
Maserati | MSP | Maserati Stability Programme | Programa de estabilidad Maserati |
Mazda | DSC | Dynamic Stability Control | Control Dinámico de Estabilidad |
Mercedes-Benz (co-inventor) | ESP | Electronic Stability Programme | Programa de estabilidad electrónica |
Mercury | AdvanceTrac | Tracción avanzada | |
MINI (BMW) | DSC | Dynamic Stability Control | Control de estabilidad dinámica |
Mitsubishi | ASTC; ASC | Active Skid, Traction Control Multimode y Active Stability Control | Deslizamiento Activo, control de tracción Multimodo y control de estabilidad activo |
Nissan | VDC | Vehicle Dynamic Control | Control dinámico del vehículo |
Oldsmobile | PCS | Precision Control System | Sistema de control de precisión |
Opel | ESP | Electronic Stability Programme | Programa de estabilidad electrónica |
Peugeot | ESP | Electronic Stability Programme | Programa de estabilidad electrónica |
Pontiac | StabiliTrak | Estabilidad de tracción | |
Porsche | PSM | Porsche Stability Management | Administración de estabilidad Porsche |
Renault | ESP | Electronic Stability Programme | Programa de estabilidad electrónica |
Rover | DSC | Dynamic Stability Control | Control dinámico de estabilidad |
Saab Automobile | ESP | Electronic Stability Programme | Programa de estabilidad electrónica |
Saturn | StabiliTrak | Estabilidad de tracción | |
SEAT | ESP | Electronic Stability Programme | Programa de estabilidad electrónica |
Škoda | ESP | Electronic Stability Programme | Programa de estabilidad electrónica |
Smart | ESP | Electronic Stability Programme | Programa de estabilidad electrónica |
Subaru | VDCS | Vehicle Dynamics Control Systems | Sistema de control dinámico vehicular |
Suzuki | ESP | Electronic Stability Programme | Programa de estabilidad electrónica |
Toyota | VDIM con VSC | Vehicle Dynamics Integrated Management with Vehicle Stability Control | Gestión dinámica integrada del Vehículo con Control de Estabilidad Vehicular |
Vauxhall | ESP | Electronic Stability Programme | Programa de estabilidad electrónica |
Volvo | DSTC | Dynamic Stability and Traction Control | Control de tracción y estabilidad dinámica |
Volkswagen | ESP | Electronic Stability Programme | Programa de estabilidad electrónica |
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
Funcionamiento
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.
Unidad de control para ABS con EDS/ASR/ESP
En caso de la versión Bosch, la unidad de control electrónica va separada de la unidad hidráulica.
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 goniométrico 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.
El ESP 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.
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
Funcionamiento
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.
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.
Funcionamiento
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.
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.
Funcionamiento
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 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.
Configuración del transmisor de aceleración transversal
El transmisor es un componente de tamaño mínimo en la placa de circuitos impresos del sensor combinado.
En términos muy simplificados, nos podemos imaginar su configuración como la de una placa de condensador suspendida con una masa móvil, de modo que pueda oscilar. Otras dos placas de condensador, montadas en disposición fija, enmarcan a la placa móvil de modo que se produzcan dos condensadores K1 y K2 conectados uno tras otro. Con ayuda de electrodos es posible medir la carga que pueden absorber ambos condensadores. Esta carga se denomina capacidad C.
Funcionamiento
Al no actuar ningún efecto de aceleración sobre este sistema, las cargas medidas C1 y C2 son iguales en ambos condensadores.
Si actúa una aceleración transversal, la inercia de las masas móviles en la placa intermedia hace que esta pieza experimente un desplazamiento, con respecto a las placas fijas, en dirección opuesta a la de la aceleración. De esa forma varía la distancia entre las placas y, por tanto, las cargas de los condensadores parciales.
La distancia de las placas en el condensador K1 aumenta, reduciendose la capacidad correspondiente C1. La distancia de las placas de K2 se reduce, aumentando la capacidad C2.
Configuración del transmisor de la magnitud de viraje
El transmisor de la magnitud de viraje se aloja en la misma placa de circuitos impresos, pero separado del sensor de aceleración transversal.
También para éste utilizamos una representación simplificada. Imaginemonos, que en un campo magnético constante se suspende entre los Polos Norte y Sur, con un soporte correspondiente, una masa que puede ser sometida a oscilaciones. La masa oscilante tiene pistas de circuito, las cuales representan el sensor propiamente dicho.
Por motivos de seguridad, en el transmisor real existe esta configuración por partida doble.
Funcionamiento
Si se aplica una tensión alterna U~, empieza a oscilar en el campo magnético la parte que soporta las pistas de circuito. Si ahora actúa una aceleración giratoria sobre este conjunto, la masa oscilante, en virtud de su inercia, se desvía del movimiento oscilante rectilíneo, debido a la intervención de una aceleración de Coriolis. En virtud de que esto sucede en un campo magnético, varía el comportamiento eléctrico de las pistas de circuito.
La medición de esta variación constituye así una medida para la intensidad y dirección de la aceleración de Coriolis. El analizador electrónico calcula la magnitud de viraje a partir de este valor.
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).
Funcionamiento
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.
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.
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