| Título: | Estudio del Sistema de dirección asistida electróniocamente (EPS) y construcción de una maqueta funcional para la carrera de Ingeniería Mecánica Automotriz |
| Autores: |
Alvarado Torres, Edisón Enrique Díaz Samaniego, Juan Pablo |
| Fecha: |
2010-04-19 2010-04-19 2009-10 |
| Publicador: | Universidad Politécnica Salesiana |
| Fuente: |
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| Tipo: | Thesis |
| Tema: |
Sistema de Dirección Asistida Electrónicamente Construcción de Maqueta Funcional Carrera de Ingeniería Mecánica Automotriz |
| Descripción: | • Los sistemas de dirección para los vehículos han evolucionado desde la aparición de los mismos, desde manubrios mecánicos, pasando por desmultiplicaciones por tirantearía, sistemas hidráulicos, hasta llegar a los sistemas electrónicos que actualmente se utilizan en los vehículos mas modernos. • Los sistemas de dirección con asistencia electrónicamente EPS presentan numerosas ventajas, como simplicidad pues el sistema es monobloque y elimina elementos como bomba y tuberías, colabora con el ahorro de combustible pues gestiona mucho mejor el carburante hasta un 0,3 litros por kilometro menos pues se eliminan las bandas elementos de arrastre, y la asistencia trabaja únicamente cuando es necesario, utiliza la corriente de la batería, solo cuando el conductor gira el volante. Con respecto al medio ambiente este sistema permite al vehículo disminuir las emisiones contaminantes, suprime la utilización de aceite hidráulico, el sistema EPS es más preciso pues este funciona de acuerdo al régimen de trabajo del vehículo y por ser de naturaleza electrónica el sistema funciona con un calculador que hace que la asistencia sea exacta. • El nivel de asistencia varia según varios parámetros, particularmente en función de la velocidad del vehículo, es decir máxima asistencia a bajas velocidades como para parquear el vehículo y una minima asistencia a altas velocidades esto asegura que el conductor no pierda sensibilidad en el volante a una velocidad elevada. Además asegura un retorno al punto central del volante totalmente segura. • Las direcciones EPS, utilizan la corriente de la batería como energía de trabajo y solo funciona si en motor del vehículo esta en funcionamiento. El esfuerzo aplicado al volante normalmente sirve para transmitir el giro a las ruedas en los sistemas mecánicos, con los sistemas EPS este esfuerzo es medido por un captador de par, esta medición es transmitida a un módulo de control EPSCM que controla el motor eléctrico de asistencia y este suministra al motor de asistencia una corriente en función principalmente del esfuerzo aplicado al volante, de la velocidad del vehículo y del régimen del motor del vehículo, esta información es registrada en módulo de control en una cartografía de datos, esto determina la cantidad de corriente que debe ser suministrada al motor de asistencia. La asistencia aumentara a medida que aumente el esfuerzo aplicado al volante y disminuirá a medida que aumente la velocidad del vehículo. Con esta información el módulo de control aporta un término complementario que se añade a la asistencia principal para confort del conductor con las siguientes funciones, amortiguación y ayuda al retroceso, estas funciones hacen que a baja velocidad el módulo de control aporte movimiento de retroceso al punto neutral y altas velocidades genera un par contrario al movimiento del volante para evitar pasar el punto neutral por la inercia del motor de asistencia. • El módulo de control vigila permanentemente la coherencia de las señales que recibe y de las operaciones que efectúa. En caso de fallo de una de ellas el módulo de control pasa a modo de emergencia. El sistema en tiempo real establece el suministro de asistencia de acuerdo con las leyes residentes del módulo de control, las fallas pueden ser de naturaleza diferente como falta de información, defecto de un sensor, falta de coherencia de las informaciones. El calculador determina si el fallo es puntual o repetitivo y según la naturaleza de la avería el modo de emergencia puede determinar una disminución de la asistencia o una asistencia nula esto dependiendo de la gravedad del incidente. • El sistema de asistencia EPS es más inteligente, menos consumidora de energía, más económica, más compacta y más fiable, estas son razones que hacen pensar que la solución eléctrica constituye el futuro de la dirección asistida. • El sistema de asistencia de dirección electrónica de Hyundai MDPS, se diferencia de sus antecesores en la utilización de un tipo diferente de sensor de par (tipo potenciómetro), las otras características son muy similares a las de los otros sistemas, la ubicación del sensor de par se encuentra en la columna de dirección mediante la utilización de una barra de torsión, unida a dos potenciómetros en sus extremos determina el par ejercido en el volante, las señales de velocidad del motor y velocidad del vehículo vienen dadas de la ECM y el sensor de velocidad del vehículo ubicado en el eje secundario de la caja de cambios, respectivamente. • El sistema MDPS del Hyundai New Accent ha venido teniendo inconvenientes en su funcionamiento estos últimos años, el sistema no a respondido convenientemente el algunos países de Sudamerica, después de los análisis correspondientes, pruebas de taller y visualización directa de los componentes se llega a la conclusión de que el sensor de par (tipo potenciometro) sufre un desgaste excesivo prematuro, se supone que aunque se trate de un sensor de tipo contactos mecánicos no debería sufrir estragos por desgaste, sin embrago las carreteras de nuestro medio y de algunos países de Sudamerica el sistema esta expuesto a excesivas vibraciones, y a golpeteo constante transmitido desde las ruedas al volante, se supone que este es el motivo de la falla del sensor de torque de este sistema, es por esto que el mismo sistema introducido en Korea y Japón no ha tenido inconvenientes. • Se ha planteado algunas soluciones para subsanar este inconveniente: o Cambio del sistema de dirección por un sistema hidráulico el cual tiene resultados no muy satisfactorios, pues ningún sistema adaptado funciona tan eficientemente como un sistema original. o Cambio del sensor de par tipo potenciómetro por uno de tipo magnetoresistivo, este es un procedimiento más convincente pues existen en el mercado sensores de tipo magnetoresistivo con dimensiones y características similares a las del sensor original del sistema, el inconveniente radica en la recomendación del fabricante de nunca desarmar la columna de dirección MDPS. o Esta última opción es la más conveniente sobre todo porque es una solución que ya la ha planteado la marca, y se trata de cambiar toda la columna de dirección por una pieza nueva, Hyundai entrega el sistema completamente nuevo las veces que sea requerido como garantía del vehículo incluso fuera del tiempo establecido como limite de garantía. • Para el diseño de la parte electrónica y software de la maqueta didáctica funcional del sistema MDPS de Hyundai lo primero que tuvimos que hacer fue adquirir un sistema que esté en perfectas condiciones de funcionamiento de la casa de la misma marca, luego del cual procedimos a realizar pruebas en vehículos de la marca en los cuales este sistema se encuentre instalado, observamos sus características de operación y funcionamiento en carretera, observamos los parámetros que deben ser generados por el vehículo y el sistema de asistencia para su correcto funcionamiento. Una vez con el estudio del sistema MDPS instalado y probado en carretera lo siguiente es diseñar un circuito electrónico que genere señales de idénticas características a las generadas por el vehículo en condiciones normales de funcionamiento en carretera. • Las dos señales que requiere el sistema MDPS para su funcionamiento son la correspondiente a la velocidad del motor y velocidad del vehículo, que según pruebas son señales digitales de amplitud 12V y frecuencia que varía proporcionalmente a los cambios de velocidad del motor o velocidad del vehículo. En un principio se realizó pruebas con el integrado NE555 pero se encontró inconvenientes como: la variación de la frecuencia al cambiar la resistencia de un potenciómetro no se comportaba de manera lineal lo que dificultaba la estabilidad a un rango de frecuencia establecido y otro problema el cual era imposible obtener frecuencias bajas e incluso cero. Las comprobaciones se las realizaron en un circuito con un microprocesador que contase los pulsos y simulaciones en computadora. • Dado a los inconvenientes establecidos anteriormente se decidió utilizar el integrado XR4151 el cual se utiliza generalmente como convertidor analógico a señal digital, para la solución a nuestro problema esté integrado puede generar señales digitales con frecuencia que cambia según a un voltaje de ingreso. La frecuencia varía linealmente según el ingreso de voltaje al integrado con una linealidad de 0,05% y además se puede generar señal de 0hz a la salida. • Para la visualización de datos de interés en funcionamiento del sistema MDPS se opto utilizar un microprocesador de la serie 18F de microchip el cual esta configurado para realizar comunicación de datos por medio del puerto USB los parámetros tomados son visualizados en un sencillo programa realizado en VISUAL STUDIO 6.0 que puede ser ejecutado con facilidad. Esta herramienta de visualización mejora el entendimiento del funcionamiento de la maqueta didáctica para que no haya mayores inconvenientes con el aprendizaje para los alumnos. • Para la seguridad en el sistema en caso de cortocircuitos causados no intencionales el circuito consta de dos fusibles uno de 1A para la placa de circuito impreso y 40A para el circuito general. • Para el diseño del circuito electrónico y software se utilizo conocimientos sobre electrónica analogía, digital, programación de microprocesadores entre otros que fueron adquiridos a lo largo de nuestros estudios realizados en al carrera de Ingeniería Mecánica Automotriz. También hubo aéreas que no se contaba con bases suficientes para la aplicación lo cual fue necesario realizar una investigación del tema en cuestión. • Para la construcción física de la maqueta didáctica funcional del sistema de dirección asistida electrónicamente MDPS se puso mucho énfasis en ergonomía que debe tener para que los alumnos que vayan a realizar las prácticas se sientan lo mas como posible de acuerdo con la disposición de los elementos en la maqueta didáctica así como la operación de la misma. • La construcción de la estructura se la realizó con acero con soldadura metálica para de esta forma brindarle mayor resistencia a los factores externos que pueden disminuir la vida útil de la maqueta funcional, al principio presentó serias dificultades debido a que nuestras habilidades en esa área fueron limitadas hasta lograr adquirir practica en ese arte. Los elementos utilizados en la parte mecánica son todos del mismo modelo de vehículo (Hyundai New Accent) a excepción del eje de acoplamiento entre la columna de dirección y la cremallera, para lo cual fue necesario realizar una adaptación del elemento de unión. Para la fuente de alimentación se opto por utilizar una batería de iguales características a las usadas en vehículos de turismo pequeños. • Las guías de prácticas propuestas en el capitulo 5 de la presente tienen por objeto que los estudiantes de la carrera puedan entender correctamente el funcionamiento del sistema MDPS por medio de la maqueta. Al realizar las prácticas los alumnos se encontraran con pruebas a realizar en la maqueta didáctica que se realizan en sistemas reales montados en vehículos en el diagnóstico de sistemas de direcciones asistidas electrónicamente, razón por lo cual el alumno después de realizar todas las practicas propuestas a conciencia debe ser capas de dar diagnostico y soluciones en estos sistemas en los vehículos. Las prácticas entonces constan de dos objetivos que son la familiarización de los alumnos a este sistema de dirección asistida MDPS y simular las posibles averías que pueden presentarse en condiciones de operación en carretera. • Cada guía de práctica consta con su solucionario que se encuentra en el mismo capitulo 5 de la tesis para ser revisado en caso de presentarse dificultades en las prácticas propuestas, los alumnos como introducción a las prácticas deberán revisar la información acerca de los sistema asistidos electrónicamente en general para ello pueden revisar la información en internet pero para tener conocimiento mas profundo sobre el tema se recomienda revisar esta tesis ya que aquí se encuentra información recopilada de folletos, libros, manuales que son difíciles de conseguir dado derechos de autor y confidencialidad de información por parte de algunas marcas, además parte de la información original se encuentra en inglés, las traducciones fueron realizadas por los autores de la presente tesis. |
| Idioma: | Español |