7/23/2019 Monitoreo de Automovil http://slidepdf.com/reader/full/monitoreo-de-automovil 1/196 UNIVERSIDAD DE PAMPLONA FACULTAD DE INGENIERÍAS Y ARQUITECTURA PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA TRABAJO PARA OPTAR POR EL TITULO DE INGENIERO ELECTRÓNICO TITULO: DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA ELECTRÓNICO DE INFORMACIÓN Y MONITOREO DE UN AUTOMÓVIL AUTOR: ROGERS ARISTIZABAL SILVA DIRECTOR: ING. GUSTAF DIMITRI PULIDO ÁLVAREZ PAMPLONA, COLOMBIA MARZO 1 DEL 2006
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La electrónica ha encontrado un campo de operación cada vez más amplio y lucrativo en la
industria automotriz. La utilización de radios, seguros y vidrios eléctricos, alarmas y
sistemas electrónicos de control se ha vuelto común en la industria automotriz actual.
La industria electrónica global ha encontrado un importante nicho de desarrollo bastante
interesante y productivo en el sector automotriz. Cada vez es más frecuente encontrarse con
aplicaciones electrónicas dentro de un vehículo, aplicaciones que van desde dispositivos deelectrónica de consumo incorporados al vehículo, hasta sistemas de seguridad que permiten
prevenir accidentes y reducen los riesgos de sufrir daños físicos al ocurrir algún siniestro.
Podemos decir que el hecho de desarrollar sistemas electrónicos de información y
monitoreo en el área automotriz no solo se obtiene un aporte a este sector industrial, sino
también al sector educativo, ya que el hecho de incursionar en estos sistemas se da la pauta
a estudiantes de Ingeniería Electrónica, Mecatrónica, para diseñar, integrar, crear e
implantar herramientas y artefactos para su aplicación en las ramas de sistemas digitales,
telecomunicaciones, automatización y robótica. Además utilizar tecnología actual y
desarrollar tecnología emergente para enfrentar los retos de la era moderna, así como
proponer soluciones integrales con una visión amplia de los requerimientos de las empresas
CAPÍTULO 1: LA ELECTRÓNICA EN LA INDUSTRIA AUTOMOTRIZ................21.1. ¿La electrónica dominará el automóvil del futuro para evitar que tenga accidentes?.....21.2. Sensores controlaran la conducción de los automóviles en un futuro no muy lejano.....61.3. Incluyen ordenadores en vehículos para prevenir a otros conductores. .......................... 81.4. La tecnología en nuestros vehículos..............................................................................101.4.1. Common rail o conducto común ................................................................................ 101.4.2. Acelerador electrónico................................................................................................101.4.3. Embrague pilotado......................................................................................................101.4.4. Llave de tarjeta ........................................................................................................... 101.4.5. Llave con memoria para los asientos..........................................................................111.4.6. GPS (Global Positioning System) .............................................................................. 11
1.4.7. Climatización automática ........................................................................................... 111.4.8. Filtros de polen y de carbón activado.........................................................................111.4.9. Sistema de sonido adaptativo ..................................................................................... 111.5. Tendencias de diseño.....................................................................................................111.6. Sistemas controlados electrónicamente.........................................................................171.6.1. Sistema Antibloqueo de Ruedas.................................................................................181.6.2. Control Electrónico de Velocidad .............................................................................. 191.6.3. Sistema Control Electrónico del Motor......................................................................191.6.4. Transmisión Controlada Electrónicamente ................................................................ 211.6.5. Sistema Electrónico Control de Climatización...........................................................221.6.6. Dirección de Potencia de Asistencia Variable y Suspensión Activa..........................22
1.6.7. Sistema de Bolsas de Seguridad de Inflado Automático (Air Bag) ........................... 231.6.8. Instrumentación Electrónica.......................................................................................241.7. Necesidad de los controles de alcoholemia...................................................................251.7.1. Historia de las pruebas de alcoholemia ...................................................................... 251.7.2. Sistemas de análisis de alcoholemia...........................................................................271.7.2.1. Análisis de alcohol en sangre .................................................................................. 271.7.2.2. Análisis de alcohol en orina.....................................................................................28
1.7.2.3. Análisis de alcohol en la saliva................................................................................281.7.2.4. Análisis de alcohol en el aliento..............................................................................29
1.7.3. Dispositivos de análisis de alcohol en el aliento ........................................................ 291.7.3.2 Dispositivos de mano portátiles................................................................................301.7.3.3 Dispositivos desechables..........................................................................................301.7.3.4. Dispositivos de bloqueo en vehículos ..................................................................... 311.7.4. Fisiología y alcohol: relación entre concentración en sangre y aliento......................31CAPÍTULO 2: MECÁNICA Y ELECTRÓNICA DEL AUTOMÓVIL.......................352.1. Introducción al automóvil..............................................................................................352.1.1. Definición del automóvil............................................................................................352.2. Sistemas o conjuntos que forman el automóvil.............................................................362.2.1 La carrocería................................................................................................................362.2.1.2. La cabina ................................................................................................................. 36
2.2.2. El chasis......................................................................................................................372.2.2.1 El bastidor.................................................................................................................372.2.3. El motor......................................................................................................................382.2.3.1 Sistemas que componen el motor.............................................................................392.2.3.2. Sistema de distribución............................................................................................392.2.3.3. Sistema de lubricación (fig. 2.7)..............................................................................392.2.3.4. Sistema de refrigeración (fig.2.8)............................................................................402.2.3.5. Sistema de alimentación..........................................................................................402.2.3.6. Sistema eléctrico......................................................................................................412.2.3.7. La batería.................................................................................................................412.2.3.8. Circuito de carga de la batería.................................................................................422.2.3.9. Circuito de encendido eléctrico del motor...............................................................422.2.3.10. Circuito de arranque del motor eléctrico...............................................................432.2.3.11. Circuito electrónico para la inyección de gasolina................................................442.2.3.12. Circuito de bujías de caldeo. Motores diesel.........................................................442.2.3.13. Circuito de alumbrado, señalización, control y accesorios ................................... 452.2.4. Sistema de transmisión...............................................................................................452.2.4.1. El embrague.............................................................................................................462.2.4.2. La caja de cambios .................................................................................................. 472.2.4.3. El árbol de transmisión............................................................................................482.2.4.4. El eje motriz (par cónico-diferencial)......................................................................482.2.4.5 Sistema de suspensión .............................................................................................. 492.2.5. Sistema de dirección...................................................................................................512.2.5.1. Características que debe reunir un Sistema de Dirección........................................512.2.6. Sistema de frenado ..................................................................................................... 522.2.7. Ruedas y neumáticos .................................................................................................. 542.2.7.1. La rueda...................................................................................................................542.2.7.2. El neumático............................................................................................................552.3. Sistema Eléctrico del Vehiculo ..................................................................................... 562.3.1. Concepto de electricidad y magnetismo.....................................................................56
2.3.1.1. Corriente eléctrica ................................................................................................... 562.3.1.2. Intensidad de corriente ............................................................................................ 57
2.3.1.3. Diferencia de potencial (voltaje) ............................................................................. 582.3.1.4. Resistencia eléctrica ................................................................................................ 592.3.1.5. Potencia eléctrica.....................................................................................................602.3.1.6. Fusibles....................................................................................................................602.3.1.7. Magnetismo ............................................................................................................. 602.3.1.8. Líneas de fuerza.......................................................................................................612.3.1.9. Campo magnético....................................................................................................622.3.1.10. Electromagnetismo ................................................................................................ 622.3.1.11. Inducción electromagnética...................................................................................632.3.1.11.1. Corrientes inducidas ........................................................................................... 632.3.2. Sistema de encendido ................................................................................................. 63
2.3.2.1. Encendido por batería..............................................................................................642.3.2.1.2. Elementos principales del sistema de encendido por batería ............................... 652.3.2.1.3. Llave de contacto..................................................................................................652.3.2.1.4. Posiciones del interruptor de puesta en marcha....................................................662.3.2.2. Bobina......................................................................................................................662.3.2.2.1 Ruptor....................................................................................................................672.3.2.2.2. Condendador.........................................................................................................692.3.2.2.3. Distribuidor...........................................................................................................692.3.2.2.4. Mecanismo de regulación automática .................................................................. 702.3.2.2.5. Bujías....................................................................................................................722.3.2.2.6. Funcionamiento del sistema de encendido por batería.........................................742.3.2.2.7 Encendido transistorizado......................................................................................762.3.2.2.8 Encendido electrónico ........................................................................................... 772.4. Sistema Electrónico del Vehiculo..................................................................................782.4.1. ECM o ECU ............................................................................................................... 782.4.1.1. Conector EOBD II...................................................................................................802.5. Sensores.........................................................................................................................812.5.1. Tipos de sensores........................................................................................................822.5.1.1. Sensor de temperatura ............................................................................................. 832.5.1.1.1. Sensor de temperatura del refrigerante.................................................................832.5.1.1.2. Sensor de temperatura del aire..............................................................................842.5.1.2. Potenciómetro sensor de mariposa .......................................................................... 852.5.1.2.1. Caudalímetro LH-jetronic (por hilo caliente).......................................................862.5.1.2.2. Caudalímetro D-jetronic (por mariposa) .............................................................. 862.5.1.2.3. Sensor de masa del flujo de aire (MAF)...............................................................872.5.1.2.4. Sensor de presión absoluta MAP..........................................................................872.5.1.2.5. Sensor de posición de la mariposa (TPS).............................................................902.5.1.3. Sensor inductivo ...................................................................................................... 912.5.1.3.1. Sensor PMS y RPM..............................................................................................912.5.1.3.2. Sensor de inducción..............................................................................................93
2.5.1.3.3. Sensor del cigüeñal...............................................................................................932.5.1.4. Sensor de pistoneo piezo eléctrico...........................................................................94
2.5.1.4.1. Sensores de detonación.........................................................................................942.5.1.5. Sensor hall ............................................................................................................... 952.5.1.5.1. Sensor de distancia recorrida................................................................................962.5.1.5.2. Sensor de velocidad de giro de ruedas ................................................................. 97CAPÍTULO 3: DESCRIPCIÓN DE DISPOSITIVOS....................................................983.1. Selección de Controlador...............................................................................................983.1.1. Los PICs de Microchip...............................................................................................983.1.1.1. Historia de los PICs.................................................................................................993.1.1.2. Características de los PICs ...................................................................................... 993.1.1.3. Gamas de PICs ...................................................................................................... 1023.1.1.4. La memoria............................................................................................................103
3.1.1.4.2. Memoria de programa ........................................................................................ 1043.1.1.4.3. Registros.............................................................................................................1053.1.1.4.4. Contador de programa. ....................................................................................... 1053.1.1.4.6. Puertos de Entrada / Salida.................................................................................1073.1.1.4.7. Temporizador / Contador ................................................................................... 1073.1.1.4.8. Interrupciones.....................................................................................................1083.1.1.4.9. Instrucciones.......................................................................................................1093.1.1.4.10. Modos de direccionamiento ............................................................................. 1093.1.1.5. Oscilador externo...................................................................................................1093.1.1.6. Herramientas de desarrollo....................................................................................1113.1.2. PIC 18F452...............................................................................................................1113.1.2.1. El procesador del PIC18F452................................................................................1113.1.2.2. Diagrama de bloques PIC 18F452.........................................................................1123.1.2.3. Organización de la Memoria. ................................................................................ 1133.1.2.3.1. Memoria Interna (RAM). ................................................................................... 1133.1.2.3.2 Memoria de Programa ........................................................................................ 1143.1.2.3.3 Contador de programa ......................................................................................... 1143.1.2.3.4. Puertos de Entrada/Salida...................................................................................1153.1.2.3.5 Interrupciones......................................................................................................1153.1.2.4. Encapsulado...........................................................................................................1173.1.2.5 Puertos de Comunicación ...................................................................................... 1173.1.2.5.1 Modulo MSSP ..................................................................................................... 1183.1.2.5.2 Modulo Usart.......................................................................................................1183.1.2.5.2.1 Asíncrono (full-duplex)....................................................................................1183.1.2.5.2.2 Síncrono (semiduplex)......................................................................................1193.2. Pantalla LCD Gráfica .................................................................................................. 1193.2.1. Especificaciones Técnicas........................................................................................1203.2.2. Especificaciones generales ....................................................................................... 1213.2.3. Configuración de pines.............................................................................................1213.3. Reloj en tiempo real (RTC) DS1302 .......................................................................... 121
3.3.1. Configuración de los pines ....................................................................................... 1233.3.2. Circuito de operación ............................................................................................... 123
3.3.3. Diagrama en bloque..................................................................................................1243.3.4. Circuito Oscilador .................................................................................................... 1243.4 Teclado Matricial 4x4...................................................................................................1243.4.1 Funcionamiento del teclado.......................................................................................1253.5. Alcoholímetro Digital..................................................................................................1273.5.1. Especificaciones Técnicas........................................................................................1283.5.2. Semiconductor de tipo sensor de alcohol HS130A.................................................. 1293.6. Amplificador instrumental INA128P .......................................................................... 1293.6.1. Descripción del INA128P.........................................................................................1303.6.2. Circuito interno del INA128P .................................................................................. 1303.6.3. Configuración de pines.............................................................................................131
3.6.4. Rangos máximos absolutos ...................................................................................... 1313.6.5. Valores de Ganancia.................................................................................................1313.7. Sensor de efecto hall UGN3503 .................................................................................. 1323.7.1. Configuración de pines.............................................................................................132Funcionamiento .................................................................................................................. 133CAPÍTULO 4: DISEÑO DEL HARDWARE................................................................ 1354.1. Especificaciones generales .......................................................................................... 1354.2. Diagrama en bloques del sistema ................................................................................ 1364.3. Diseño del circuito.......................................................................................................1364.3.1 PIC Maestro (master) ................................................................................................ 1374.3.1.1. Transmisión serial ................................................................................................. 1394.3.1.2. Diagrama de flujo del sistema (PIC MASTER)....................................................1444.3.2. PIC Esclavo (slave) .................................................................................................. 1454.3.2.1. Conversión análogo-digital ................................................................................... 1464.3.2.1.1. Registros de trabajo ............................................................................................ 1474.3.2.2. Diagrama de flujo del sistema (PIC slave)............................................................151CONCLUSIONES............................................................................................................ 152ANÁLISIS ECONÓMICO .............................................................................................. 154MARCO LEGAL..............................................................................................................156PROTECCIÓN E HIGIENE DEL TRABAJO..............................................................157CRITERIOS DE CONFIABILIDAD Y DISPONIBILIDAD DEL SISTEMA .......... 158IMPACTO AMBIENTAL............................................................................................... 159RESULTADOS..................................................................................................................160BIBLIOGRAFÍA.............................................................................................................. 161ANEXOS ........................................................................................................................... 162
La tecnología se orienta en la naturaleza, puesto que el organismo humano tampoco
necesita mandos del cerebro para todo lo que hace, así por ejemplo hay células que trabajan
de manera autónoma, explican los científicos.
El coche del futuro dispondrá de redes miniaturizadas que miden y calculan distancias y
velocidad, para actuar por su cuenta.
Los técnicos de Seibersdorf han desarrollado un prototipo de automóvil que evita
automáticamente los choques con una red combinada de sensores, elaboración de imágenes
y análisis con ordenador que calcula en tiempo real.
El coche recibe órdenes electrónicas para frenar, acelerar o seguir camino con la misma
velocidad y dispone de un detector de estado de somnolencia del piloto.
Teóricamente, el conductor podría recostarse en su asiento haciendo trabajar al auto-piloto,
pero en la práctica, más electrónica equivale todavía a mayores riesgos, puesto que 50% de
las averías hoy en día están directamente relacionadas con un fallo de la electrónica.
Además el prototipo aún no estaría en condiciones de servir de vehículo familiar, puestoque el maletero y los asientos están atiborrados de dispositivos electrónicos, reconocen los
técnicos que participan en su desarrollo.
Pero para el futuro prometen un máximo de seguridad y más placer para el conductor y los
pasajeros, porque el coche automático se adaptará plenamente a las curvas y además
anuncian cambios importantes en el diseño relacionado con la nueva tecnología.
Cada año, los fabricantes de automóviles agregan más funcionalidades a éstos, para brindarmayor confort y seguridad a los pasajeros, lo cual equivale a integrarles complejos
microcircuitos y sensores en gran parte del vehículo, y así disfrutar de dichos beneficios;
con esto se han quedado atrás los automóviles en los que sólo era necesario saber a qué
velocidad viajaba o cuánto combustible nos restaba en el tanque. Hoy día, el usuario
exigente busca tener un mejor control y comodidad para adquirir su automóvil último
modelo.
Seguramente, alguna vez hemos escuchado acerca de las computadoras en los autos, pero
no sabemos exactamente dónde están o cuáles son sus funciones. Así pues, en los
automóviles modernos podemos encontrar más de 50 microprocesadores que son necesarios
para reducir emisiones contaminantes, diagnósticos avanzados, reducción del cableado en
el motor, y como ya se dijo, tener mayor comodidad y seguridad.
Algunos de los dispositivos que integran microprocesadores son la Unidad de Control del
Motor (ECU, por sus siglas en inglés), el módulo de control de viaje, el módulo de control
de clima y el módulo de control de frenos.
La ECU contiene el procesador de mayor carga de trabajo; es la computadora con más
capacidad en los autos modernos. La ECU trabaja con un esquema que monitorea las
salidas provenientes de un sistema o módulo para controlar las entradas hacia otro sistema,
mediante un bucle de control. Por ejemplo, obtiene datos de varios sensores de niveles de
temperatura y de oxígeno, después realiza millones de cálculos utilizando diversasecuaciones cada segundo para compararlos con diversos valores definidos en tablas, con
base en ello define la cantidad de combustible usada y cuánto tiempo un inyector de
gasolina debe permanecer abierto en determinadas situaciones.
Una ECU de un automóvil moderno tiene un microprocesador de 32 bits a 40 Mhz, esto
puede resultar gracioso si se compara con las capacidades que tienen los procesadores de
una computadora personal de hasta 2,000 Mhz. Pero lo que lo hace muy eficiente es el
código que está corriendo para hacer sus cálculos, que es diferente al de una PC; estecódigo en promedio, usa un poco menos de un MB de memoria, en comparación con los
Los fabricantes de autos alemanes prevén asimismo acordar ese sistema estándar con firmas
de otros países, como General Motors y Ford en Estados Unidos, así como con otros
consorcios japoneses.
1.4. La tecnología en nuestros vehículos.
El avance de la electrónica y la mecánica han puesto al servicio del automóvil multitud de
dispositivos que es necesario conocer para elegir con mejor criterio el modelo más
conveniente a nuestras necesidades.
Las siglas y las definiciones técnicas denominan numerosas mejoras que pueden resultarnosútiles o no, según el uso que demos al vehículo. Estas son algunas de las más habituales:
1.4.1. Common rail o conducto común: Sistema para optimizar el consumo y
rendimiento del combustible. La gasolina que entra al cilindro no procede de una bomba de
presión sino de una tubería de la que parte una ramificación para cada inyector. La ventaja
es que la presión es constante, independientemente del régimen del motor.
1.4.2. Acelerador electrónico: Los sistemas de inyección han acabado con elcarburador. El pedal del acelerador ya no tira de un hilo sino que emite una señal eléctrica
variable en función de la intensidad con que lo pisemos. Esta señal llega a los inyectores de
gasolina que introducen la cantidad exacta de gasolina que precisa el motor.
1.4.3. Embrague pilotado: Desaparece el pedal izquierdo. El conductor solo tiene que
cambiar de marcha y una bomba hidráulica se encarga de ejercer la fuerza sobre el sistema
de embrague. También controla el grado resbaladizo que hay que aplicarle al engranar la
siguiente velocidad para que el cambio resulte suave y progresivo.
1.4.4. Llave de tarjeta: La tradicional llave del automóvil comienza a ser sustituida en
los vehículos de alta gama por una tarjeta electrónica, muy similar a las de crédito. Al
empresas como en los tiempos pasados, sino que una gran cantidad de empresas auxiliares
participan creando propuestas para ser aprobadas en las armadoras. El diseño se ha vuelto
tan complejo que las armadoras no cuentan con los recursos de tiempo e instalaciones
necesarios para terminar un proyecto dentro del tiempo requerido. Esto quiere decir
también que el diseño automotriz se encuentra en ambos lados de la industria y tampoco
esta limitado a la creación de formas y estructuras que formaran parte de un vehiculo, sino
que también se dedica a crear procesos de manufactura y maquinaria que pueda facilitar las
cosas para el diseñador de automóviles. Cuando estén dentro de una planta de ensamble
solo miren a su alrededor para darse cuenta de la magnitud de la inversión de diseño e
ingeniería contenida en todos los equipos que tienen ante sus ojos* aquel queverdaderamente ame la ingeniería, podrá deleitarse viendo las maravillas que contiene una
planta de pintura automotriz y como este ejemplo hay muchos dentro de las armadoras.*
Ahora bien, el diseño automotriz esta siendo influenciado por tres diferentes causas
principales:
• La seguridad
• Protección del ambiente
• Economía de combustible
Estas influencias se amalgaman corriente abajo para dar paso a los diseños más
sorprendentes que hace unos diez años nos hubiéramos negado a aceptar como posibles.
Por ejemplo, hace algunos años, teníamos motores v8 de producción normal que apenas nos
daban una potencia de 160 a 190 caballos de fuerza a un costo de combustible elevado y se
les podía sacar mas potencia por medio de accesorios como supercargadores, carburadores
de alto flujo, encendido electrónico, árboles de levas con mejor traslape, etc. Hoy esto es
posible con simples motores v6 sin ayuda de supercargadores y hasta es posible lograrlo
con motores de 4 cilindros; ya no nos sorprende ver motores pequeños con alto rendimiento
de potencia. Y como ejemplo, solo mencionare que hay un motor toyota de 4 cilindros,
normalmente aspirado y 2.0l de desplazamiento que tiene una potencia de 206 caballos de
fuerza.
Para que los motores sean amigables con el medio ambiente, la industria esta diseñando
motores para:
• Bajo consumo de combustible
• Combustibles alternativos (gas natural, combinaciones de gasolina con metanol o
metanol puro)
• Cámaras de combustión que permiten eficientizar el quemado del combustible
• Árboles de levas de diseño novedoso que permiten que alguna parte del ciclo de
combustión dure más o menos tiempo de acuerdo a los requerimientos del flujo de
gas y demanda de potencia.
• Sistemas de encendido controlados cada vez más por la computadora que gobierna
el motor.
Estos cambios a los motores implican verdaderas competencias de la industria auxiliar para
diseñar otros componentes como bujías, juntas de cabezas, inyectores, sensores, actuadores,
controladores y superconductores; sin dejar de mencionar el desarrollo de nuevos
materiales requeridos para soportar los requerimientos de las cabezas, las válvulas, los
pistones y anillos. Todo esto nos lleva a la obtención de motores más poderosos con una
relación peso potencia más grande y eficiente.
Por otro lado, siempre se esta mejorando el diseño de las carrocerías desde el punto de vistaaerodinámico para lograr una menor resistencia al aire, restarles peso a los componentes
estructurales y mejorar las condiciones de seguridad del interior de los vehículos.
Se trabaja arduamente en el desarrollo de tecnologías de mejores materiales para obtener
menor peso, seguridad y facilidades para el ensamble de los mismos autos en las líneas de
montaje. No podemos omitir los esfuerzos para desarrollar mejores tecnologías para la
fabricación de partes estructurales a un menor costo y sobre todo que nos proporcionen un
mejor desempeño en cuanto a la seguridad de los ocupantes. Como ejemplo, algunas de
estas muchas tecnologías podrían ser el proceso de hidroformado y la robótica que nos
permiten producir componentes más resistentes con menor peso y masa de material. El
proceso de hidroformado requiere un gran conocimiento del comportamiento de los
materiales al ser sometidos a cargas y presiones considerables. Imaginemos el diseño de tan
sofisticada maquinaria para cumplir con las exigencias de este proceso. La robótica, ha permitido a la industria producir autos más confiables con soldaduras de alta calidad que
garantizan la integridad estructural de los vehículos; sin dejar de mencionar que la
reducción de operarios ha sido un bono para las fábricas.
Al mismo tiempo, se trabaja a marchas forzadas para desarrollar otras fuentes de energía
como serian:
• Energía eléctrica• Energía solar
• Celdas de combustible
• Automóviles híbridos y de aire comprimido
Cada una de las empresas automotrices tiene uno o mas desarrollos de vehículos eléctricos
que dependiendo de la aplicación (pasajeros, carga, utilitarios, etc.), están siendo
presentados al publico cada vez mas seguido, sobre todo a la población de California que es
el estado mas exigente desde el punto de vista de protección al ambiente. La tecnología de
los vehículos eléctricos requiere todavía una gran inversión de diseño y desarrollo como lo
presión del fluido a los frenos traseros, otro sensor le indica que la dirección esta girando o
que el auto se inclina hacia un lado o que una rueda delantera ha cambiado su velocidad.
Esto le complica la existencia al procesador que a menudo se tiene que auxiliar de otros
procesadores secundarios.
Así mismo, los frenos serán algún día controlados totalmente por el procesador y serán
actuados por energía eléctrica que substituirá a la energía de los fluidos. Esto todavía se
mantendrá a nivel prototipos hasta que la producción de energía pueda ser aumentada
considerablemente ya que el monto de energía requerido para contrarrestar el par de
frenado de las ruedas delanteras es de alrededor de 1000 wats y para el eje trasero es de 100wats aproximadamente. Aquí volteamos otra vez la cara hacia el desarrollo de mejores
componentes eléctricos. Desafortunada o afortunadamente, la electrónica esta dando paso a
una generación de autos que a modo personal de ver las cosas será una generación de autos
aburridos; pues ya existen vehículos en los que la computadora de a bordo controla todas
acciones del automóvil guiándose por señales de algún satélite y/o de marcas magnéticas
del camino. Estos tendrán la ventaja de que nos avisaran de la presencia de obstáculos y
tomaran acciones correctivas en nuestro lugar, evitando accidentes potenciales. Estos autos
inhibirán el deseo de manejar un buen deportivo con motor poderoso.
Todos los desarrollos de ingeniería requieren una gran inversión en investigación y
pruebas, las cuales no se logran de la noche a la mañana, imaginemos los equipos que se
tienen que diseñar al mismo tiempo para correr las pruebas que garantizaran la integridad
de los componentes. El diseño de equipos se ha hecho a marchas forzadas y su éxito no ha
sido fácil.
Volviendo al punto de vista ambiental, los diseñadores se están preocupando también por
aumentar el porcentaje de componentes que pueden reciclarse en un automóvil (vidrio,
acero, aluminio, plástico, hules, lubricantes etc.,). Este es un aspecto que no debe perderse
de vista ya que independientemente de que la norma ISO-14000 este de moda, las empresas
cuyos diseñadores cuiden la naturaleza serán mejor vistas por el público y es casi seguro
que prefieran los productos de estas compañías.
Por ultimo, analicemos rápido el impacto de la globalización en el diseño. La globalización
de la industria es una ventaja muy grande para las grandes corporaciones que cada vez
crecen más; el efecto negativo para nosotros es que esta practica restringe un poco las
posibilidades para quien desee intervenir en los desarrollos ya que al tener un diseño único
para la mayor parte del globo, se ahorra una cantidad considerable al tener automóviles
comunes en las diversas regiones mundiales, es decir, se requiere un grupo de diseñadores
mucho menor al que normalmente estamos acostumbrados a ver en las salas de diseñoautomotrices. Por otro lado, como ya se había mencionado, el diseño de automóviles no
esta en la actualidad solamente en las compañías armadoras, afortunadamente también se
encuentra cada vez más en la industria auxiliar. Recuerden que el campo de la ingeniería es
muy vasto y las aplicaciones pueden encontrarse también en la industria de los transportes,
maquinaria de construcción y también agrícola.
1.6. Sistemas controlados electrónicamente
Actualmente la mayoría de los vehículos, o prácticamente todos, contienen todos los
sistemas de control electrónico disponibles:
• Sistema antibloqueo de ruedas en el momento de frenado del vehículo. (ABS)
Antilock Brake System.
• Control electrónico de velocidad. (Control de Velocidad de Crucero). Electronic
Speed Control.
•
Control electrónico del motor. Electronic Engine Control.• Control de climatización. Climate Control.
•
Sistemas de dirección y suspensión. Steering and Suspensión System.
• Sistema de bolsas de seguridad de inflado automático suplementarias. Supplemental
Cada uno de estos sistemas tiene un punto en común, son todos sistemas controlados
electrónicamente. Estos sistemas contienen componentes eléctricos que proveen
constantemente información a varias unidades procesadoras de señal. Estas unidades
procesadoras interpretan la información recibida y realizan ajustes a medida que es
necesario, de modo de mantener las condiciones óptimas de operación del sistema.
Fig. 1.2. Unidades Procesadoras en vehículos
1.6.1. Sistema Antibloqueo de Ruedas
Este sistema previene, durante un frenado de emergencia, el bloqueo de alguna o de todas
las ruedas del vehículo de forma automática. Esto es logrado por medio de la modulación
hidráulica de la presión en el circuito de frenos. Un sistema típico de ABS incluye unmódulo de control (electronic controller), sensores de velocidad de giro de ruedas (wheel
speed sensors), una unidad de control hidráulico (HCU) y el cableado correspondiente al
conexionado del conjunto.
La inteligencia del sistema antibloqueo está contenida en el módulo de control electrónico.
El módulo de control monitorea la operación del sistema en todo momento. El módulo de
control procesa la información proveniente de los censores de velocidad colocados en cada
rueda. Cuando se actúa sobre los frenos, si el módulo de control electrónico detecta que
alguna rueda está en la condición de bloqueo, enviará las órdenes correspondientes al HCU
(Unidad de Control Hidráulico) de modo que la presión de frenado sea reducida en esa
rueda.
1.6.2. Control Electrónico de Velocidad
El Sistema de Control Electrónico de Velocidad es utilizado para mantener una velocidad
de marcha constante del vehículo, velocidad que previamente ha sido seleccionada por el
conductor. El sistema está formado por un conjunto de servo control, sensor de velocidad
del vehículo, módulo de control electrónico, componentes eléctricos y de vacío.
En determinadas aplicaciones, el sistema de control de velocidad está integrado en el ECM
(Control Electrónico de Motor) y en otras aplicaciones este control está contenido como
módulo aparte. Cuando el conductor activa el sistema de control de velocidad, el módulo de
control electrónico controla la frecuencia de la señal procedente del sensor de velocidad,
esta información es almacenada como dato. Cuando la frecuencia de la señal cambia, el
módulo de control activa el conjunto de servo control con el fin de mantener constante la
velocidad de marcha.
1.6.3. Sistema Control Electrónico del Motor
En el Módulo de Control Electrónico de Motor (Electronic Engine Control - EEC) se
encuentra contenido el centro inteligente del sistema de operación del motor. Este sistema
está formado por un Conjunto Electrónico de Control (Electronic Control Assembly -ECA), distintos sensores que envían señales eléctricas conteniendo información hacia las
entradas del ECA, señales eléctricas de salida del ECA que constituyen los mandos que este
envía hacia los distintos actuadores que maneja y conductores que conectan las entradas,
El ECA es un Microcomputador que continuamente evalúa o procesa las señales de entrada
provenientes del sistema de operación del motor y determina la mejor secuencia de
operación para sus órdenes de salida.
El ECA continuamente monitorea las condiciones de operación del motor a través de las
informaciones recibidas desde varios sensores localizados en el motor y en el
compartimento de motor. Entre otros y solamente citando algunos estos son,
• Sensor de Temperatura del Refrigerante del Motor (Engine Coolant Temperature
Sensor - ECT)
•
Sensor de Presión Absoluta (Manifold Absolute Pressure Sensor - MAP)
•
Sensor de Temperatura del Aire Admitido (Air Charge Temperature - ACT)
• Sensor de Velocidad del Vehículo (Vehicle Speed Sensor - VSS)
• Sensor de Detonación (Knock Sensor - KS)
• Sonda de Oxígeno (Exhaust Gas Oxygen Sensor - EGO).
El ECA maneja cosas tales como la Mezcla de Aire/Combustible, Tiempos de Avance del
Encendido y la Velocidad de Rotación del Motor en ralentí, nombrando algunas de lastantas funciones que realiza. Incluidas en estas está el manejo de los Inyectores de
Combustible, el Módulo de Encendido, la Válvula de Recirculación de Gases de Escape
(EGR) y la Válvula Bypass de Aire Controladora de RPM en Ralenti (ISC - BPA solenoid).
Todos estos componentes trabajan en conjunto para lograr el mejor rendimiento del motor y
sobre el cuerpo de la válvula o dentro de él. Estos solenoides proporcionan un control muy
preciso de los cambios de marcha. Los solenoides son controlados por un módulo
electrónico que monitorea la velocidad del vehículo, la carga de motor y el ángulo de
apertura de la mariposa. En base a estas informaciones determina la relación de marcha
apropiada para lograr la mejor condición de manejo.
1.6.5. Sistema Electrónico Control de Climatización
Este sistema utiliza los siguientes componentes periféricos:
•
Sensor de Temperatura Interior• Sensor de Temperatura Ambiente
• Sensor de Temperatura de Motor
El control electrónico mantendrá el interior del vehículo a la temperatura seleccionada por
el conductor y regulará el flujo de aire a través de los paneles del tablero, conductos de piso
y las boquillas de los desempañadores del parabrisas y ventanillas. Cuando el sistema es
situado en el modo AUTOMATICO (AUTO) y la temperatura deseada es seleccionada y
prefijada, el control de climatización proporcionará aire caliente o frío automáticamente, deacuerdo a las condiciones de temperatura del habitáculo con respecto a la temperatura
seleccionada.
1.6.6. Dirección de Potencia de Asistencia Variable y Suspensión Activa
Algunos modelos de vehículos actuales están equipados con un Sistema de Dirección de
Potencia de Asistencia Variable, sensible a la velocidad. El sistema tiene un sensor de
velocidad de las ruedas delanteras (sobre las que acciona la dirección), un sensor de
velocidad de vehículo, un módulo de control electrónico y una válvula actuadora.
El sistema de dirección variable controla al sensor de velocidad del vehículo (sensor
montado en la transmisión) y al sensor de velocidad de ruedas delanteras (localizado en el
eje de dirección) para por un lado, determinar la velocidad del vehículo y por otro lado
conocer la relación de velocidad entre ambas ruedas y así determinar el ángulo que
adoptan. Basándose en la información proveniente de estos sensores, el sistema ajusta el
flujo del fluido hidráulico hacia la caja de dirección de potencia por medio de la válvula
actuadora localizada en la caja de dirección o en la bomba.
A velocidades elevadas, una pequeña asistencia hidráulica es necesaria. Por el contrario,
durante el manejo a bajas velocidades o cuando se realizan maniobras de estacionamiento,
mayor asistencia hidráulica es necesaria.
El Sistema de Suspensión Activa utiliza un Módulo de Control Electrónico, Sensores de
Variación de Altura del Vehículo y Amortiguadores de Dureza Variable para controlar la
amortiguación de la suspensión. El módulo de control controla la información enviada por
los sensores del vehículo. Cuando la condición cambia, el módulo de control electrónico
activa los solenoides de paso de aire comprimido, de modo de ajustar la altura del vehículo
para pasajeros y/o equipaje o para vehículo cargado (pasajeros, equipaje, etc.).
1.6.7. Sistema de Bolsas de Seguridad de Inflado Automático (Air Bag)Este sistema electrónico puede dar aviso de mal funcionamiento y generar códigos de
autodiagnóstico (DTCs). Utiliza sensores de impacto y de seguridad o prevención.
El sistema está dividido en dos subsistemas:
1. Este subsistema posee bolsa de seguridad de inflado automático y su
correspondiente componente de inflado, tanto para el conductor solamente o para el
conductor y acompañante (asiento/s delantero/s).2. Este subsistema eléctrico incluye los sensores de impacto y monitoreo de
diagnóstico. El circuito electrónico de monitoreo chequea continuamente la
condición del sistema. El controla a los sensores de impacto y su conexionado, al
indicador montado en el panel de instrumentos, la alimentación eléctrica del sistema
y a las bolsas en si mismas. Los sensores de impacto y los sensores de seguridad
están montados distribuidos en el frente del vehículo.
El propósito de ambos es que de acuerdo a la información recibida el sistema pueda
diferenciar si el vehículo ha sufrido un impacto moderado que no requiera el desplegado de
las bolsas de seguridad, o si el impacto ha sido lo suficientemente intenso como para que
estas deban ser activadas. El sistema está diseñado de modo que se cierre el circuito de
masa, cuando el vehículo sufra una fuerza de impacto igual a la generada por un vehículo
que desplazándose a 40 km/h impacte contra otro vehículo que se encuentre detenido. El
sistema no activará el inflado de las bolsas de aire si solamente recibe confirmación deimpacto de alguno de los dos sensores de seguridad.
Los contactos del sensor de seguridad se cerrarán solamente cuando exista una
desaceleración del vehículo suficientemente rápida como para hacer necesario el despliegue
de las bolsas de aire. Cuando los contactos de un sensor de seguridad se cierran, el circuito
de alimentación desde la batería al sistema quedará cerrado. Las bolsas de seguridad de
inflado automático solamente se desplegaran cuando al menos un sensor de impacto y uno
de seguridad se cierre al mismo tiempo
1.6.8. Instrumentación Electrónica
La mayoría de los sistemas de control electrónico que se han visto anteriormente son
sistemas que realizan sus funciones sin dar indicaciones visibles de sus resultados. En los
vehículos actuales, en el Panel de Instrumentos, pueden verse claramente los efectos de un
sistema electrónico. El Panel de Instrumentos Electrónico consta de un módulo basado en
un computador que procesa la información que proviene de sensores y que controla lainformación presentada en los displays. En estos displays de presentación de información
para el conductor pueden estar incluidos el Velocímetro, el Cuentarevoluciones, el Nivel y
Presión de Aceite, la Temperatura de Motor, el Nivel de Combustible, la Condición de la
En la década de 1950, las pruebas de etanol en sangre fueron reemplazadas por test de
alcoholemia, proporcionando resultados evidénciales para el procesamiento. El creador del
primer alcoholímetro fue Robert F. Borkenstein, quien diseñó en 1954 el “Breathalyzer”
( Breath= respiración, Analyse = análisis), que basa su funcionamiento en la relación que
existe entre la cantidad de alcohol ingerido, que se manifiesta en el aliento, y su correlativa
proporción en la sangre (Borkenstein, 1962). El método consistía en realizar una profunda
espiración a través de un pequeño tubo; el aliento burbujeaba en una ampolla que contenía
una disolución ácida (ácido sulfúrico 50%) de dicromato de potasio (0,25%) con nitrato de
plata (0,25%) como catalizador, y se comparaba colorimétricamente mediante dos
fotocélulas el cambio de color de la disolución con una ampolla de referencia sin abrir, quees directamente proporcional a la cantidad de alcohol en la muestra de aliento. El método
permitía medir la concentración equivalente de alcohol en sangre en tiempo real. En 1971,
Richard A. Harte, utilizando la tecnología de infrarrojos, inventa el “Intoxilyzer”, que fue
el método principal de test de etanol en respiración en EE.UU. a partir de la mitad de la
década de 1980.
La tecnología actual utiliza sistemas de medida de IR que son más específicos para el
etanol utilizando filtros ópticos. Se determina el nivel de etanol en el aire pasando, a través
de la muestra de aliento, una estrecha banda de luz IR, elegida por su absorción especifica
para el etanol.
Debido al elevado costo de esta tecnología de IR y su escasa precisión a bajos niveles de
concentración en el aliento, a mediados de la década de 1970 los fabricantes de
instrumentos de medida de alcohol en aliento empezaron a desarrollar una tecnología
alternativa, las células electroquímicas, también conocidas como fuel cell, que ofrecía
importantes ventajas. Un fuel cell es un ingenio que genera electricidad mediante una
reacción química de oxidación-reducción.
Actualmente en los alcoholímetros evidénciales más utilizados se emplea un procedimiento
muy exacto y específico para la medida de alcohol en el aliento, una tecnología analítica
dual de célula electroquímica-espectroscopia infrarroja.
1.7.2. Sistemas de análisis de alcoholemiaLas primeras pruebas a conductores, para comprobar si estaban ebrios, se basaban en la
demostrada relación existente entre la disminución de las facultades físicas y por tanto de la
capacidad de conducción, y un excesivo contenido de alcohol en el organismo. Consistían
en la evaluación por la policía de tráfico de pruebas físicas de equilibrio, coordinación y
percepción espacial , que se realizaban a los sospechosos de conducir bajo los efectos del
alcohol; pero esta relación es difícilmente cuantificable si no es realizada por personal
especializado.
Aunque lo más adecuado sería medir la concentración de alcohol en el cerebro, esto no es
fácil, por lo que se tiene que recurrir a otras medidas que relacionen su presencia con laconcentración en el interior de las células nerviosas. Algunas de los sistemas de análisis
utilizados son en sangre, en orina, en saliva y en aliento.
1.7.2.1. Análisis de alcohol en sangreEstá ampliamente demostrada la relación directa entre la concentración de alcohol en la
sangre y el grado en que las reacciones y las decisiones se ven afectadas.
El BAC (concentración de alcohol en sangre) se considera la medida habitual para medirlos niveles en una persona que se encuentra bajo la influencia del alcohol. Se mide la
concentración en la sangre y se estima la concentración dentro de las células, asumiendo
que se llega a una concentración de equilibrio en la interfase sangre / célula.
La muestra de sangre se toma de la sangre venosa en la vena cubita del brazo o de sangre
de un capilar en el dedo o lóbulo de la oreja. La muestra se deposita en un recipiente, se
lleva a un laboratorio y se analiza por cromatografía de gases, con espaciadores de cabeza.
Es el examen legal más exacto que existe actualmente, pero presenta inconvenientes: el
procedimiento es demasiado agresivo y caro, no es inmediato, requiere personal
especializado y el traslado a un centro médico de análisis. Además, la muestra puede
contaminarse en el proceso de extracción, transporte o almacenamiento.
El test de orina indica la presencia de alcohol en el organismo, pero no indica el estado
actual de la persona ni el contenido exacto de alcohol en la sangre. Después de consumido
el alcohol se incorpora a la sangre a través del estómago en unos 15 minutos, originando
efectos inmediatos. Seguidamente el organismo lo metaboliza y entre 1:30 y 2 horas
después comienza a aparecer en la orina. Parte del alcohol que llega a la orina se ha
biotransformado parcialmente a través de las enzimas presentes en el hígado en acetil-CoA
y otra parte pasa a la orina por el riñón mediante una ultrafiltración a través del glomérulo,
mediante la arteriola aferente, o bien mediante una difusión de la sangre a la orina, por lo
cual no es posible cuantificar la cantidad de alcohol en orina. Por tanto, la prueba de orina
para determinar el contenido de alcohol no ofrece una imagen real del estado actual de la
persona. Los resultados indican el estado de la persona varias horas antes.
Los científicos no han encontrado una correspondencia directa y fiable entre la
concentración de alcohol en la orina y la concentración de alcohol en la sangre. Además, la
concentración de alcohol varía dependiendo del metabolismo de la persona y la cantidad de
fluido que se encuentre en su sistema. Una persona que se encuentre ligeramente
deshidratada tendrá tendencia a tener una concentración más elevada de alcohol en su orinaque otra persona que tiene un nivel normal de fluido en su organismo. También, los
elevados niveles de azúcar y de acetona en el cuerpo pueden producir fermentación en la
orina, creando un falso positivo en contenido de alcohol.
Por todo ello, el test de contenido de alcohol en la orina es el método menos adecuado de
los que se dispone actualmente.
1.7.2.3. Análisis de alcohol en la salivaAunque se cree que puede existir una relación entre la concentración de alcohol en la
sangre y la concentración de alcohol en la saliva, todavía no se ha podido encontrar la
tecnología ni la reacción química que lo demuestre con exactitud y fiabilidad.
Para determinar el efecto que puede tener el etanol ingerido sobre la capacidad de conducir
de una persona (que depende de la concentración de etanol en el cerebro), se mide la
concentración de etanol en el aire exhalado. La concentración de etanol en el aire exhalado
está en equilibrio con la que se encuentra en la sangre y ésta, a su vez, está en equilibrio
con la que se presenta en el cerebro.
• El análisis de etanol en el aliento tiene la misma fiabilidad que los mejores métodos
y presenta algunas ventajas sobre el análisis de sangre: No es una prueba invasiva.
• Es más fácil, seguro y rápido obtener una muestra del aliento de una persona que
una muestra de sangre o de orina.
• El resultado se obtiene de forma inmediata, a diferencia del tiempo que presenta un
análisis de sangre o de orina.
•
Es más económico tomar una muestra de aliento, y la probabilidad de alterar la
muestra es nula.
1.7.3. Dispositivos de análisis de alcohol en el alientoEn la actualidad hay disponibles varios tipos de analizadores de alcohol en el aliento; unos
son desechables y otros incluyen monitores de lectura digital que proveen resultados de
validez legal. Se pueden clasificar en cuatro categorías diferentes:
1.7.3.1. Dispositivos de prueba de aliento evidénciales
Ofrecen resultados con carácter penal en los casos de conducción bajo efectos del alcohol.
Se utilizan en los casos en los que se requiere una gran seguridad y precisión de medida.
Los dispositivos evidénciales de prueba de aliento son caros y requieren un mantenimiento,reparación y calibrado regulares y deben ser utilizados por personal cualificado.
1.7.3.2 Disposi tivos de mano portátilesDe manejo sencillo y económico, están diseñados especialmente para ser utilizados en
situaciones donde no se dispone de mucho tiempo. Ofrecen resultados de presunción, son
menos exactos que los evidénciales y requieren un período de recuperación entre pruebas,
limitando el número de medidas que se realizan por hora.
Fig. 1.4.
1.7.3.3 Dispositivos desechables
Proveen resultados preliminares sin valor legal. Son los más económicos, aunque de un
solo uso, y se utilizaron inicialmente para determinar si la persona debía someterse a un
análisis de sangre oficial para su confirmación. Consisten en ampollas de vidrio cerradas
que contienen cristales de dicromato de potasio en un medio de ácido sulfúrico. Antes de su
uso se rompe la ampolla en una bolsa hermética y se sopla durante un tiempo normalizado.
El alcohol del aliento se detecta por el cambio de color (del amarillo al azul verdoso) de los
cristales de dicromato de potasio.
Si todos los cristales cambian de color el nivel de alcohol en la sangre se encuentra en o porencima del nivel que se está probando. Véase más adelante en la aplicación didáctica.
Existen diferentes modelos calibrados 0,3%, 0,5%, 0,8% BAC (tasa de alcoholemia), que
detectan los niveles prescritos por las diferentes legislaciones internacionales.
1.7.3.4. Dispositivos de bloqueo en vehículos (Interlock)
Consiste en un dispositivo que lleva incorporado un alcoholímetro con un sensor
electroquímico que se conecta al encendido del vehículo, de modo que este no arranca hasta
que se realiza la prueba con resultados negativos. Diseñado especialmente para el control
de conductores en general y de transportes de mercancías peligrosas, autocares de
pasajeros, trenes, ambulancias, etc.
1.7.4. Fisiología y alcohol: relación entre concentración en sangre yalientoEl etanol es una sustancia volátil y como resultado, una cantidad de etanol, en proporción a
la concentración de la sangre, pasa de la sangre a los sacos de aire alveolar en los
pulmones, semejante a como el dióxido de carbono sale de la sangre alveolar y entra en los
pulmones para ser exhalado del cuerpo. Por ello es posible analizar una muestra de airealveolar para determinar la concentración alcohólica del aliento y de esta forma predecir la
concentración en la sangre en ese instante.
Históricamente se han llevado a cabo diferentes investigaciones para determinar la
correlación entre las concentración en aire y en sangre, tanto “in vivo” como “in vitro”, si
bien en la primera etapa la correlación obtenida en las experiencias fue de 2000:1. En 1950
Harger, Forney y Barnes llegaron a la conclusión en sus experimentos de que la relación
promedio es de aproximadamente 2100:1, para una temperatura de 34 ºC.
Utilizando esta relación, un instrumento puede medir el etanol en el aliento y presentar un
resultado en “unidades de alcohol en sangre” (BAC) en unidades de peso por volumen de
fluido sanguíneo (gramos de alcohol/ litro de sangre).
La determinación de la concentración de etanol en sangre por medio del aire espirado está
basada en la existencia de esta relación definida entre la concentración de etanol en la
sangre que pasa por los pulmones y el aire de los alvéolos. Al final de la inspiración y
debido a la enorme superficie de contacto entre la sangre y el aire se produce, según la leyde Henry, un equilibrio entre la distribución del etanol en ambas fases. Dado que la
temperatura del sistema se mantiene prácticamente constante, la concentración de etanol en
la fase gaseosa depende solamente de la concentración en la fase líquida. El químico inglés
estudió en 1803 el comportamiento de una sustancia volátil en disolución. Aunque Henry
no estudió en concreto las disoluciones de alcohol, su ley se puede aplicar a las
disoluciones etanólicas en agua que contienen menos de un 20% de etanol. A partir de estas
observaciones, Henry dedujo que cuando se disuelve alcohol en agua en un recipiente
cerrado, una parte del alcohol tiende a escapar de la disolución en forma de gas, de modo
que la concentración en el aire crecerá hasta alcanzar un valor máximo, permaneciendo a
partir de ese momento constante; este valor dependerá de la temperatura del sistema y de la
concentración de etanol en la disolución.
Esta ley se puede aplicar al cuerpo humano: “Cuando una solución acuosa (sangre) de un
componente volátil (etanol) alcanza un equilibrio con el aire (aire alveolar), existe una
proporción fija entre las concentraciones de este componente en el aire y en la dicción
(2000:1), a una temperatura determinada (la del cuerpo humano es constante)” (Hargar,
1974).
A partir de la ley de Henry, Kurt M. Dubowsky (Dubowsky, 1963) obtuvo la siguiente
Según la Ley Sobre Tráfico, Circulación de Vehículos a Motor y Seguridad Vial, automóvil
es el vehículo a motor que sirve normalmente para el transporte de personas o de cosas, o
de ambas a la vez, o para tracción de otros vehículos con aquel fin, excluyendo de esta
definición los vehículos especiales.
La energía, para su desplazamiento (fig. 2), la proporciona el motor (M). Esta energía llega
a las ruedas por medio del sistema de transmisión (T), que se complementa con otros para
conseguir la seguridad activa en el vehículo.
El sistema de suspensión (S), que evita que las irregularidades del terreno se transmitan a la
carrocería; el de dirección (D), para orientar la trayectoria del vehículo y el sistema de
frenos (F), para detenerlo.
Otros componentes corresponden al sistema eléctrico y a los que integran la seguridad pasiva del automóvil, como es la propia carrocería, entre otros elementos.
El árbol de transmisión (fig. 2.20) está situado entre la caja de cambios y el eje motriz.
Tiene como misión transmitir el movimiento que sale de la caja de cambios hasta el eje
motriz, transmitiéndolo a las ruedas.
No existe cuando forma un solo conjunto el motor, caja de cambios y eje motriz.
Fig. 2.20. Árbol de transmisión
2.2.4.4. El eje motriz (par cón ico-di ferencial)
El eje motriz, también llamado puente motriz, puede estar situado en la:
• Parte delantera (vehículo de tracción delantera). (Ver fig. 2.21)• Parte trasera del vehículo (vehículo de propulsión trasera). (Ver fig. 2.22)
• Parte delantera y trasera a la vez (vehículo de propulsión total -4 x 4). (fig. 2.23)
Lleva en su interior dos mecanismos:
• El par cónico piñón-corona, que reduce la velocidad y que cambia el movimiento
longitudinal en transversal.
•
El diferencial, que permite al tomar una curva, que la rueda exterior lleve másvelocidad que la interior. La diferencia de vueltas equivale a la diferencia de espacio
de recorrido. Lo que pierde la rueda interior la gana la exterior.
La misión de la suspensión (fig. 2.24), es la de impedir que las irregularidades del pavimento se transmita a la carrocería, aumentar el confort y sobre todo es un conjunto
fundamental en la seguridad activa manteniendo bien apoyadas las ruedas sobre el
pavimento.
Se acopla entre la carrocería o bastidor y los ejes de las ruedas.
La misión de la dirección es la de orientar las ruedas delanteras para dirigir el vehículo a
voluntad del conductor y con el menor esfuerzo.
2.2.5.1. Características que debe reuni r un Sistema de Dirección
El Sistema de Dirección ha de reunir una serie de cualidades tales como:
• Suavidad: El accionamiento se ha de realizar casi sin esfuerzo, lo cual se
conseguirá mediante una Desmultiplicación o sistema asistido, así como un buen
reglaje y lubricación.
• Seguridad: Es uno de los principales factores de seguridad activa, que dependerá
de la fiabilidad del sistema, la calidad de los materiales empleados y de su correcto
funcionamiento.
• Precisión: El sistema no debe ser ni muy duro ni muy blando, para lo cual no debe
haber juego entre sus elementos. Las cotas han de ser correctas, el desgaste de los
neumáticos simétricos y su presión de inflado se debe ajustar a lo indicado por el
fabricante. Las ruedas deben estar equilibradas.
• Irreversibilidad: El volante ha de transmitir el movimiento a las ruedas, pero éstas,a pesar de las irregularidades del terreno no debe transmitir las oscilaciones al
Fig. 2.27. Sistema de dirección asistida por un circuito hidráulico
2.2.6. Sistema de frenado
La misión del sistema de frenos es la de obtener una fuerza que se oponga al
desplazamiento del vehículo, reteniéndolo incluso hasta su total inmovilización ymantenerlo detenido, parado o estacionado si es voluntad del conductor.
Para la disminución de la velocidad los frenos transforman la energía mecánica en energía
calorífica, al hacer rozar una parte fija del vehiculo (pastillas y zapatas) con otra parte
móvil (disco o tambor).
Fig. 2.28. Distribución del esfuerzo durante el frenado
bobina creando un electroimán en ella, dirigiéndose al ruptor, donde los contactos están
cerrados, y seguidamente a masa por el yunque, cerrándose el circuito.
Su misión es crear un flujo magnético en la bobina y producir su interrupción
alternativamente, mediante la leva del eje del distribuidor que separa los contactos (ruptor),
para inducir una corriente de alta tensión en el circuito secundario.
Circuito Secundario
Por este circuito circula corriente de alta tensión y baja intensidad, formado por los siguientes
elementos:
• Bobinado Fino de la bobina (arrollamiento secundario).
• Distribuidor
• Bujías.
Funcionamiento
La corriente inducida en el arrollamiento secundario, que sale por el borne central de la
bobina, va por el cable de alta tensión al distribuidor, que, mediante la pipa giratoria (querecibe movimiento del eje del distribuidor y este a su vez del árbol de levas), la reparte, en el
momento y orden adecuados, a las bujías donde salta en forma de arco voltaico (chispa) entre
sus electrodos, inflamando la mezcla en el interior de la cámara de comprensión y
dirigiéndose a masa por el contacto entre la bujía y la culata.
La apertura de ruptor y la chispa en las bujías ha de ser simultáneo.
• Menor consumo, sobre todo a velocidades bajas y medias.
• Se evitan fallos a altas revoluciones.
• Facilita la inflamación de la mezcla, por existir una mayor separación entre los
electrodos de las bujías.
• Se evita la colocación del condensador para el ruptor.
Fig. 2.59. Esquema del encendido transistorizado
2.3.2.2.8 Encendido electrónicoEs el sistema más utilizado en la actualidad, siendo su principal característica la falta del
ruptor que queda sustituido por un cofre o módulo electrónico que controla la ruptura de lacorriente primaria, es decir, el tiempo de alimentación de la bobina.
Las ventajas de este encendido son:
• Facilidad de arranque en frío.
• Buen funcionamiento a altas revoluciones, al eliminar el elemento mecánico
Un termistor de resistencia variable que cambia su resistencia cuando la temperatura delrefrigerante cambia. La señal de salida del sensor es registrada por la computadora del
motor para regular varias funciones: cantidad inyectada con el motor frío, avance del
encendido, emisiones y parar y hacer girar el ventilador del radiador con el motor caliente.
En un sensor con termistor del tipo PTC (coeficiente de temperatura positivo), los ohmios
acuerdo a la diferencia existente entre el interior y el exterior del múltiple de admisión,
generando una señal que puede ser analógica o digital.
Fig. 2.74.
(Ver fig. 2.74)
En el gráfico Nº 1 es cuando existe la mayor diferencia de presión, estando la mariposa en posición ralentí (como así también con el motor a cualquier régimen de revoluciones "en
vacío"). En la figura Nº 2 vemos la mariposa a medio acelerar y el motor con carga de
trabajo, la diferencia de presión disminuyó considerablemente, y en el tercer caso tenemos
la mariposa "a fondo" y con carga de trabajo, siendo este el momento de menor diferencia
de presión existente entre el interior y el exterior del múltiple de admisión. Esto nos indica
claramente que un motor acelerado en vacío prácticamente no variará el tiempo de
inyección por ciclo, ya sea a 900 r.p.m. como a la mitad de sus revoluciones (3.000 r.p.m.)
o al corte de las mismas, porque el tiempo de inyección, que está corregido por la ECU
tomando diversos datos de los distintos sensores, efectúa sus mayores correcciones
El paso constante de la corona frente al sensor originará una tensión, que se verá
interrumpida cuando se encuentre en la zona sin los dientes, esto genera una señal que la
ECU determina como X grados APMS y también utiliza esta señal para contar las RPM.
Los (X) grados están en el orden de 60, o sea que si en determinado momento el motor
requiere 20º de avance, la ECU enviará la señal a la bobina de encendido 40º después de
recibida la señal desde el sensor. En el momento del arranque la ECU necesita de un primer
paso de la zona sin dientes para orientarse sobre los X grados APMS del cilindro 1 (uno), y
comenzar el ciclo de 4 tiempos para ordenar las inyecciones y las chispas del encendido.
Esta es la razón por la que algunos motores a inyección y encendido electrónico ordenados
por la ECU demoren algo más para arrancar, pues si la zona sin dientes apenas superó la
posición del sensor al detenerse, será necesario girar casi una vuelta completa para orientarla ECU y más las dos vueltas del primer ciclo de 4 tiempos.
Un sensor compuesto de una anillo dentado (o rueda fónica) giratorio, un imán permanentey una bobina fijos. El movimiento de la rueda produce una variación de las líneas de fuerza
que atraviesan la bobina, induciendo una corriente alterna, cuya frecuencia aumenta con la
velocidad del anillo. Se emplea como sensor de posición y de número de revoluciones del
cigüeñal de los sistemas de inyección y de encendido, en la transmisión para determinar la
velocidad del vehículo y en los ruedas para medir su velocidad en los sistemas anti-bloqueo
de frenos.
2.5.1.3.3. Sensor del cigüeñal
El sensor del cigüeñal sirve para detectar la velocidad del motor y la posición del cigüeñal.
Esta información se utiliza para calcular los pulsos de inyección y de encendido.
Va colocado sobre el bloc motor, percibe las vibraciones ocasionadas por el pistoneo,generando una señal de corriente continúa, que al ser recibida por la ECU, esta la procesará
y ordenará el atraso correspondiente del encendido, que será constante o progresivo, según
la frecuencia con que reciba la señal.
Este sensor se podrá medir en función corriente continua del téster y con pequeños golpes.
Tiene el principio de trabajo del magiclik, que al accionarse recibe un golpe y produce
corriente.
2.5.1.4.1. Sensores de detonación
La detonación es una combustión incorrecta del motor. Como a largo plazo esta situación
puede conducir a la rotura del motor, debe ser controlada y regulada. Los sensores de
detonación se colocan en el lugar apropiado del motor. Las vibraciones originadas por la
combustión se transforman en tensión eléctrica y son transmitidas al sensor.
Este valora las señales y regula el momento del encendido.
Enviará una señal digital, que en un osciloscopio se verá como una onda cuadrada.
Fig. 2.81. Señal de un sensor de efecto hall
El sensor de efecto hall contará siempre con una alimentación de energía. Es un cristal que
al ser atravesado por líneas de fuerza genera una pequeña tensión, activando un transistorque permite enviar una señal con la energía de alimentación. En todos los sensores de
efecto hall veremos tres conexiones: masa, señal y alimentación, por lo tanto para probarlos
debemos conectar el positivo del téster en la conexión de salida de señal, el negativo a masa
y alimentarlo con 12 v., controlar tensión. También se puede controlar en función Hertz.
Fig. 2.82. Sensor hall ubicado frente a una rueda dentada imanada
En el siguiente capítulo se hará una breve descripción de los elementos empleados para el
desarrollo del proyecto, facilitando así la comprensión de los diferentes sistemas que
componen el hardware.
3.1. Selección de ControladorEste proyecto se centra en los microcontroladores de la empresa Microchip Technology, es
decir los PICs. Este tipo de microcontroladores están muy extendidos actualmente en el
mercado gracias a su gran variedad y bajo costo. Otra razón del éxito de los PICs es su
utilización, ya que una vez se ha aprendido a utilizar uno, conociendo su arquitectura y
juego de instrucciones, es muy fácil emplear otro modelo diferente.
3.1.1. Los PICs de Microchip
La evolución de la electrónica desde la aparición del circuito integrado ha sido constante.
Actualmente podemos encontrar dispositivos cada vez más complejos ubicados en
encapsulados cada vez más pequeños, un ejemplo de esto son los microcontroladores. Un
microcontrolador, es un dispositivo electrónico encapsulado en un chip, capaz de ejecutar
un programa. El microcontrolador reúne en un solo integrado: microprocesador, memoria
de programa, memoria de datos y puertos de entrada/salida. Además, también suelen
disponer de otras características especiales como: puertos serie, comparadores,
convertidores analógico-digitales, etc. En el mercado existen gran variedad de
microcontroladores de marcas y características distintas que podremos utilizar dependiendo
de la aplicación a realizar. Un microcontrolador ejecuta instrucciones. El conjunto deinstrucciones es lo que llamamos programa. Las instrucciones son leídas de la memoria de
programa para ejecutarlas una detrás de otra. La memoria de programa contiene las
instrucciones que queremos que el microcontrolador ejecute.
inmediatamente el evento, y retomar luego la ejecución del programa exactamente en
donde estaba al momento de ser interrumpido. Este mecanismo es muy útil por ejemplo
para el manejo de timers o rutinas que deben repetirse periódicamente (refresh de display,
antirebote de teclado, etc.), detección de pulsos externos, recepción de datos, etc.
Funcionamiento
En los 18FXX las interrupciones se comportan casi exactamente igual que las subrutinas.
Desde el punto de vista del control del programa, al producirse una interrupción se produce
el mismo efecto que ocurriría si el programa tuviese un CALL 0004h en el punto en que se produjo la interrupción. En uno de los registros de control del sistema de interrupciones
existe un bit de habilitación general de interrupciones GIE, que debe ser programado en 1
para que las interrupciones puedan actuar. Al producirse una interrupción, este bit se borra
automáticamente para evitar nuevas interrupciones. La instrucción RETFIE que se utiliza al
final de la rutina de interrupción, es idéntica a un retorno de subrutina, salvo que además
coloca en uno automáticamente el bit GIE volviendo a habilitar las interrupciones. Dentro
de la rutina de interrupción, el programa deberá probar el estado de los flags de interrupción
de cada una de las fuentes habilitadas, para detectar cual fue la que causo la interrupción y
adaptarlos con otros elementos bajo otras normas y protocolos algunos modelos disponen
de recursos que se lo permiten.
3.1.2.5.1 Modulo MSSPEL modulo MSSP (Master Synchronous Port) es un puerto de comunicación serial síncrona
half y full duplex y orientado para comunicaciones con componentes externos. Puede
funcionar en dos modos de comunicación:
• SPI Serial Peripheral Interface.
• I2C Inter-Integrated Circuit.
3.1.2.5.2 Modulo UsartEl Puerto USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter) es un
puerto serial orientado a establecer comunicación con equipos con protocolo EIA-232.
Hasta 2 puertos seriales Usart pueden estar incorporados en algunos PIC18. Cada puerto
serial puede ser configurado en forma distinta. Puede funcionar en los siguientes modos.
•
Asíncrono - Full Duplex.• Síncrono Master - Half Duplex.
• Síncrono Slave - Half Duplex.
En nuestro caso utilizaremos el modo asíncrono ya que es el estándar del puerto RS-232 de
cualquier ordenador.
3.1.2.5.2.1 Asíncrono (full-duplex)
La comunicación es bidireccional. El pin RC6/TX actúa como línea de transmisión y laRC7/RX como línea de recepción. Cada dato lleva un bit de inicio y otro de stop. En este
modo se transmiten tramas de 10 bits con codificación NRZ, es decir tenemos un bit de
inicio a nivel bajo, 8 bits de datos y un bit final de trama a nivel alto.
Activando Tx8/9 se inserta el noveno bit almacenado en el bit <0> (TxD8) de TXSTA. El
bit TRMT indica si el transmisor esta vacío o no. El dato se recibe por RSR y cuando se
completa se pasa al registro RCREG para su posterior lectura, activándose el señalizador
RCIF y si acaso la interrupción.
Si se activa el bit RC8/9del RCSTA el noveno bit se deposita en el bit <0> (RCD8) del
RCSTA. Los bits OERR y FERR indican error de desbordamiento y de trama,
respectivamente.
En la figura 4.3 y 4.4 se ofrece la asignación de funciones de los bits de los registrosTXSTA y RCSTA que gobiernan al receptor y transmisor asíncronos, respectivamente.
En modo sincrono el SCI trabaja en half duplex, no pudiendo emitir y transmitir a la vez.
La señal de reloj la envía el transmisor (maestro) conjuntamente con los datos. Los
principios y el funcionamiento de la emisión y la recepción sincronas son similares al modo
asíncrono y únicamente hay que seleccionar esta forma de trabajo cargando adecuadamente
señales provenientes de los sensores, recibir los datos delEs el encargado de recibir las
reloj externo y esperar las ordenes del PIC master para el envío de datos.
Fig. 4.5. Circuito Master-Esclavo
l PIC esclavo toma las señales de los sensores las compara con sus respectivas referencias.
stro solicite esta información de infracciones o de tiempo
al PIC esclavo, este lee la información que tiene almacenada en la memoria EEPROM las
E
Cuando el microcontrolador toma estas señales de velocidad o de alcoholemia las compara
con unos registros, los cuales determinan cuando se comete una infracción sea por exceso
de velocidad o alcohol en la sangre, en el momento que el detecta esta infracción toma losdatos del reloj y guarda la hora y la fecha en ciertas secciones de la memoria EEPROM que