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control de traccion
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ELECTRÓNICA DEL AUTOMÓVIL
Trabajo de desarrollo:
EL CONTROL DE TRACCIÓN
Miriam Pérez Gómez
Mayo 2008
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ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN………………………………………………………………………2
2. DESCRIPCIÓN DEL CONTROL DE TRACCIÓN………………………………….3
3. OBJETIVO DEL SISTEMA DE CONTROL DE TRACCIÓN………………...……5
4. COMPONENTES DEL SISTEMA ELECTRÓNICO………………….……………7
5. FUNCIONAMIENTO DEL CONTROL DE TRACCIÓN……………………….…14
6. CONCLUSIONES……………………………………………………………………17
7. BIBLIOGRAFIA………………………………………………………………………17
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1. INTRODUCCIÓN
Hoy en día existe una gran preocupación sobre todo lo que se refiere a
seguridad en el automóvil, por ello la mayoría de los avances tecnológicos, que se
aplican en este sector, van dirigidos en esta dirección. Entre los objetivos de los
sistemas de seguridad activa, asegurar la adherencia de los neumáticos al piso en
todo momento y bajo cualquier condición del terreno es, sin dudas, uno de los más
importantes. Pero hay momentos en que dicha adherencia se ve amenazada, y es ahí
cuando la acción de los sistemas de seguridad activa, pendientes de asegurar la
fijación de los neumáticos al piso (ABS, ESP y TCS), se torna apreciable. Dichos
momentos son:
� Al frenar: es cuando actúa el ABS previniendo el bloqueo de las ruedas.
� Al doblar: es cuando funciona el ESP evitando la pérdida de estabilidad lateral
que podría desembocar en un trompo o en una pérdida de la trayectoria
deseada.
� Al acelerar: es cuando funciona el TCS limitando el patinamiento de las ruedas
motrices al acelerar.
Este trabajo se centrará en el sistema que impide la pérdida de adherencia durante
la aceleración del vehículo: el Control de Tracción, identificado con distintas siglas
TCS (Traction Control System), ASR (Acelerator Skid Control), EDS (Electronic
Diferencial Slippery), ETC, TC, ABD, etc. según sea el fabricante del vehículo. Se
explicará su función, objetivo y funcionamiento a nivel de la electrónica del automóvil.
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2. DESCRIPCIÓN DEL CONTROL DE TRACCIÓN
La finalidad del Sistema de Control de Tracción, desarrollado por la compañía
Bosch en 1985, es evitar el deslizamiento de las ruedas motrices durante el inicio de la
marcha y en el momento de acelerar, asegurando una alta estabilidad de conducción y
tracción y, manteniendo la direccionabilidad incluso en condiciones de baja
adherencia. Podemos decir que hay dos tipos básicos de sistemas que controlan la
tracción de las ruedas motrices:
- El primero de ellos, es el Diferencial Autoblocante Electrónico, denominado EDS.
Este sistema busca la mejor motricidad del vehículo para evitar el patinado de los
neumáticos sobre firme deslizante o bajo una fuerte aceleración, comportándose el
sistema EDS como un diferencial autoblocante. Así, actúa cuando una de las ruedas
motrices gira indiscriminadamente y la otra no. En este caso el vehículo no se moverá.
El EDS frenará a la rueda con movimiento logrando que el diferencial transmita
movimiento a la otra rueda y que el vehículo comience a moverse. El sistema EDS
utiliza la instalación de freno y aprovecha el sistema ABS (Anti-lock braking system)
para su funcionamiento.
- El segundo caso corresponde al Control de Tracción propiamente dicho. Este
sistema, además de cumplir las funciones de diferencial autoblocante, limita el giro de
ambas ruedas motrices. Por ejemplo, si ambas ruedas motrices perdieran adherencia
y giraran por igual sin provocar el movimiento del vehículo, el EDS no podría
solucionarlo ya que regularía el giro de las ruedas por diferencia de velocidad entre
ambas; por el contrario, el control de tracción si puede corregirlo.
Sistema de control de tracción
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El control de tracción, al igual que el control de estabilidad ESP, se sirve de los
sensores del antibloqueo de frenos para funcionar. Pero a diferencia del ESP, los
controles de tracción sólo evitan que se produzcan pérdidas de motricidad por exceso
de aceleración, y no son capaces de recuperar la trayectoria del vehículo en caso de
excesivo subviraje o sobreviraje.
También existen diferentes modos de actuación del sistema de control de tracción,
los hay que sólo actúan sobre el motor, reduciendo la potencia aunque el conductor
mantenga el acelerador pisado a fondo, ya sea mediante el control del encendido
-modificando el ángulo de avance al encendido-, la inyección, actuando sobre la
mariposa de gases o, en algunos casos, incluso desconectando momentáneamente
algún cilindro. Otros actúan sobre los frenos, a modo de diferencial autoblocante, pues
frenan la rueda que patina para que llegue la potencia a la que tiene más adherencia.
Y, finalmente, otros combinan la actuación sobre motor y frenos. En este caso, se da
más peso al motor o a los frenos según las circunstancias en las que se produzca la
pérdida de tracción. Por ejemplo, si el vehículo patina al iniciar la marcha, es decir, a
baja velocidad (menos de 40 km/h), será la actuación sobre los frenos la que más
peso tenga. Si, por el contrario, la pérdida de tracción se produce a alta velocidad
(más de 80 km/h), solamente se intervendrá sobre el par motor. Sería peligrosa una
actuación sobre los frenos, ya que podría provocar una desestabilización del vehículo.
En rangos de velocidades intermedias, suele realizarse una intervención conjunta
sobre los frenos y sobre el motor.
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3. OBJETIVO DEL SISTEMA DE CONTROL DE TRACCIÓN
El diferencial en la transmisión del vehículo se usa para permitir diferencia de giro
entre las ruedas motrices de un mismo eje. Esto nos beneficia, sobre todo, en las
curvas, evitando deslizamientos laterales del neumático debido a la tracción, pero
debido a su concepción no es un sistema apropiado para un reparto de fuerza motriz
correcto en fase de aceleración sobre firme deslizante, mojado y/o con grava, así
como sobre caminos de tierra. El diferencial provocaría que la rueda que patina reciba
toda la fuerza motriz, mientras que a la rueda que puede traccionar se le elimina casi
por completo esta fuerza. La consecuencia de esto es el deslizamiento de una de las
ruedas a gran velocidad mientras que la otra rueda, la que puede traccionar, se queda
parada.
Si las dos ruedas motrices de un vehículo giran a la misma velocidad, el reparto de
fuerza motriz es el mismo con lo que, la tracción es muy favorable. Por tanto, el
objetivo del sistema de control de tracción es conseguir igualar la velocidad de ambas
ruedas motrices.
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Una posibilidad de funcionamiento de los sistemas de control de tracción, ante una
situación como la descrita, consistiría en aplicar, de manera controlada, presión al
freno de la rueda que patina. De este modo, la fuerza para hacerla girar se incrementa
y, por el efecto del diferencial, también aumenta la fuerza transmitida por el motor a la
rueda con buena adherencia, hasta conseguir mandar el suficiente par como para
iniciar la marcha del vehículo.
Por otra parte, aún con buena adherencia, si se intenta salir con demasiada fuerza,
es decir, acelerando de manera agresiva el sistema de control de tracción corregirá la
acción del conductor, impidiendo una aceleración tan brusca a través de una
intervención sobre el motor, que limitará el par que desarrolla.
Los sistemas de control de tracción también presentan grandes ventajas en la
circulación por curvas a alta velocidad. Permiten la estabilización del vehículo,
principalmente en aquellos con tracción trasera, que tienen tendencia al sobreviraje, al
comenzar a perder tracción la rueda trasera interior por el aligeramiento de peso que
se produce. El sistema, en estas circunstancias, reduce el par motor, impidiendo que
la rueda exterior siga empujando y forzando el sobreviraje.
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4. COMPONENTES DEL SISTEMA ELECTRÓNICO DEL CONTROL DE
TRACCIÓN
El sistema de control de tracción comparte la inmensa mayoría de los elementos
originales del ABS, como son, los sensores de velocidad de las ruedas, la central
electrónica y la unidad hidráulica. Y sólo necesita los siguientes elementos adicionales:
a. Bloque de electroválvulas adicionales TC
b. Presocontacto de seguridad en la cámara de amplificación
c. Testigos de TCS y TCS CONTROL
d. Central de control simultáneo del TCS y del ABS (adaptar las funciones del
TCS en el software del módulo electrónico del sistema de ABS)
Componentes de un sistema de control de tracción electrónico y su disposición en el vehiculo
A continuación se explican brevemente los componentes más característicos.
SENSORES DE VELOCIDAD DE LAS RUEDAS
Son los elementos que se encargan de la detección de la señal de giro. En cada
rueda, se colocan unos sensores inductivos enfrentados a una rueda o corona fónica.
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El principio de funcionamiento del captador inductivo es el siguiente: El imán
permanente permanece fijo mientras que la rueda dentada gira solidaria a la rueda del
vehículo; en su giro la rueda dentada provoca un cambio alternativo en la reluctancia o
resistencia magnética del circuito magnético que se establece entre los polos NS del
imán permanente. Este cambio alternativo en la reluctancia produce una variación
idéntica en el campo magnético que atraviesa la espira, creándose por tanto una f.e.m.
inducida; cuya frecuencia está directamente relacionada con la velocidad de giro de la
rueda del vehiculo.
Esquema del captador inductivo
La central de control del TCS y el ABS reconoce estas variaciones y utiliza su
frecuencia para determinar la velocidad de giro. Frecuencia y nivel de tensión alto
significan velocidad de rueda alta, mientras que frecuencia y tensión baja significan
baja velocidad de rueda. Por ejemplo, si las ruedas delanteras comenzaran a patinar
sin que se moviera el vehículo, la señal que recibiría la unidad de control electrónica
del TCS se podría graficar de la siguiente manera:
Sensor
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Como la frecuencia generada por los sensores de velocidad de las ruedas es
proporcional a la velocidad de giro de las mismas, al observar que las delanteras
generan una señal de 12 Hz y las traseras una señal de 1 Hz, se deduce que la
velocidad de las ruedas delanteras es 12 veces superior a la de las traseras. Es así
como la central electrónica determina que existe patinamiento de las ruedas
delanteras (motrices).
UNIDAD DE CONTROL ELECTRÓNICO
La ECU permite la detección de las señales de giro de los sensores y la
elaboración de los impulsos de apertura para las electroválvulas y la activación del
motor-bomba. Con los datos de proceso del sistema TCS la ECU puede evaluar el
grado de patinaje de las ruedas y la aceleración de las ruedas motrices, valores
necesarios para poder tomar decisiones sobre la actuación del TCS.
El calculador de la ECU en el caso del TCS, sigue un comportamiento opuesto al
del ABS, ya que no detecta un bloqueo sino un aumento anormal de la velocidad de
rotación de una rueda. Para ello, el calculador analiza la evolución de la frecuencia de
los impulsos suministrados por los sensores de rueda durante la fase de arranque.
Para un arranque normal, la frecuencia procedente de cada rueda aumenta
progresivamente. Por el contrario, un aumento brusco de esta frecuencia es un indicio
de patinado de una de las ruedas. Además, esta mayor frecuencia es incoherente con
la suministrada por los sensores de las otras ruedas: la velocidad de rotación de la
rueda concernida es incompatible con las leyes físicas que corresponden a la rotación
de las ruedas de un coche.
Al detectar esta anomalía, el calculador del TCS detecta la rueda que patina y
actúa sobre su estribo de frenos para llevarla a una velocidad de rotación normal. A
través del diferencial, este par de frenado que el sistema aplica a la rueda que
presenta la pérdida de adherencia normal, para que el coche disponga del nivel
máximo de tracción. No obstante, con hielo por ejemplo, puede ocurrir que a su vez la
rueda motriz pierda adherencia. Una vez más, el aumento brusco de la frecuencia de
los impulsos de su sensor evidencia este fenómeno. El calculador adopta entonces
una nueva estrategia. En efecto, sería inútil intentar frenarla también. Actúa entonces
en el par motor dialogando directamente con el calculador de inyección. Al reducir la
potencia que suministra el motor, las ruedas motrices recuperan su adherencia. A
partir de este momento, mantiene esta potencia en el límite del umbral de pérdida de
sincronismo de las ruedas durante la fase de arranque.
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El TCS funciona como un sistema de control en lazo cerrado, pues recibe
continuamente la realimentación sobre el estado del sistema después de una
actuación para volver a decidir que actuación tomar.
UNIDAD HIDRÁULICA
La unidad hidráulica o hidrogrupo ejecuta las órdenes de la unidad de control y
regula, mediante las electroválvulas, la presión de los cilindros. Está situado entre el
cilindro maestro y el cilindro de las ruedas en el alojamiento del motor, para que se
mantengan cortos los tubos hidráulicos entre el cilindro principal y el cilindro de las
ruedas. La unidad hidráulica es un elemento muy importante ya que contiene las
electroválvulas de entrada y de salida para controlar la presión que se ejerce en el
frenado de cada rueda. También en él se montan las bombas de alta presión, depósito
de líquido, sistema de creación de presión de asistencia, etc.
La unidad hidráulica del sistema ABS y TCS es la responsable de enviar líquido
hidráulico a presión a la pinza de frenos de la rueda motriz que se acelera, en caso
que, la diferencia entre la velocidad de las ruedas motrices y la de las arrastradas
supere un determinado umbral. Para ello, el grupo hidráulico de electroválvulas está
ampliado –respecto al del ABS-, con el fin de poder redirigir la presión a las pinzas de
freno, en lugar de a la bomba o al vaso de expansión, como haría un clásico sistema
ABS.
La unidad de control hidráulico se encarga del control eléctrico y electrónico así
como de todas las funciones de regulación del sistema.
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Esquema del circuito interno de la unidad hidráulica
Electroválvulas
Los elementos comunes a las electroválvulas son un solenoide o bobina de hilo de
cobre y una pieza metálica móvil que se desplaza con la activación de la válvula.
Todas las entradas y salidas de las electroválvulas van protegidas por unos filtros.
Existen dos válvulas:
- Normalmente abierta: permite la llegada de alta presión desde el conjunto
bomba-acumulador hasta la válvula principal. Esto sucede en las fases de frenado
convencional y con ABS, al igual que en un sistema ABS normal sin control de
tracción. Se cierra cuando entra el ABS para evitar la llegada de alta presión hasta
la cámara de amplificación.
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- Normalmente cerrada: sólo se abre en funcionamiento del TCS para comunicar
alta presión a la válvula principal sin que esta presión pase por la cámara de
amplificación.
A fin de poder reducir en todo momento la presión de los frenos, independientemente
del estado eléctrico de la electroválvula, se ha incorporado una válvula anti-retorno a la
electroválvula de admisión. La válvula se abre cuando la presión de la "bomba de frenos"
es inferior a la presión del estribo.
Conjunto motor-bomba
Esta constituido de un motor eléctrico y de una bomba hidráulica de doble
circuito, controlados eléctricamente por la unidad de control electrónico. La función del
conjunto es rechazar el líquido de frenos en el curso de la fase de regulación desde los
bombines a la bomba de frenos. Este rechazo es perceptible por el conductor por el
movimiento del pedal de freno. El modo de funcionamiento se basa en transformar el
giro del motor eléctrico en un movimiento de carrera alternativa de dos pistones por
medio de una pieza excéntrica que arrastra el eje del motor.
Acumulador de presión
La presión del sistema se consigue con la bomba en un minuto; pero, si la bomba
tuviese que mantener la presión del sistema constante, funcionaría
ininterrumpidamente, por lo que habría problemas. Por otra parte, en caso de fallo de
la bomba, no habría ninguna reserva de presión que garantizase un frenado de
emergencia aceptable. Es por ello el uso del acumulador de
presión.
Se trata de una esfera dividida en su interior en dos cámaras
separadas por una membrana de goma. La cámara superior
tiene gas nitrógeno (70 bares), que sirve de " muelle " para
compensar la bajada de presión creada por el sistema. A la
cámara inferior se le lleva la entrada de líquido. Cuando la
bomba crea presión, el líquido entra en el acumulador
comprimiendo el nitrógeno a través de la membrana. El gas se
comprime y aumenta de presión a la vez que el líquido. Cuando la presión del gas y la
del líquido son iguales la membrana queda fija. En funcionamiento normal se llega a
máximos de 180 bares, esta presión la mantiene el sistema de acción del nitrógeno
cuando la bomba se para. Si se consume presión el gas se expande, y compensa la
bajada de presión.
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PRESOCONTACTO DE SEGURIDAD
En el bloque TC llevamos un presocontacto, su misión es detectar la llegada de
presión a la cámara de amplificación durante el funcionamiento del control de tracción.
La llegada de alta presión a la cámara de amplificación significa que el conductor ha
pisado el freno y, por lo tanto, el sistema de control de tracción se debe desconectar.
El sistema de frenado es preferente sobre el control de tracción. El presocontacto
completa la función de detección de frenado que realiza el interruptor del pedal de
freno como medida adicional de seguridad.
TESTIGOS
En el cuadro de instrumentación se utilizan dos testigos relacionados con el TCS:
� Testigo TCS: se enciende cuando el sistema antipatinado entra en
funcionamiento. También es normal que se encienda cuando se acelera
bruscamente sobre firme deslizante para indicar al conductor que el
sistema funciona correctamente.
� Testigo TCS CONTROL: se enciende al poner la llave de ignición en el
contacto y se apaga cuando la central electrónica del sistema determina
que durante el autotesteo todos los elementos están funcionando
correctamente. Si se enciende en otro momento quiere decir que existe una
avería en el control de tracción.
Comentar en este punto que el sistema TCS
funciona de modo totalmente automático, pero incluye
un interruptor anulador para circunstancias especiales,
como en el caso de empleo de cadenas para nieve. No
obstante, sólo puede ser desactivado con baja velocidad
(menos de 60 km/h).
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A. Acumulador de presión (B.) Válvula de regulación C. Válvula TC normalmente cerrada D. Válvula TC normalmente abierta (E.) Presocontacto TC de seguridad (G.) Cámara de amplificación H. Válvula principal (I.) Retorno al depósito (J.) Central de control (K.) Sensor de rueda L. Válvula de admisión M. Válvula de escape
5. FUNCIONAMIENTO DEL CONTROL DE TRACCIÓN
Como ya se ha comentado, el objetivo del control de tracción es conseguir igualar
la velocidad de giro de las dos ruedas motrices. Por tanto, cuando una rueda gira a
más velocidad que su contraria, los sensores de velocidad de la rueda informan de la
situación a la central electrónica, quien elaborará el siguiente proceso de
funcionamiento:
� Activa una electroválvula TC para comunicar la alta presión del sistema con
la electroválvula principal del ABS
� Activa la electroválvula principal, para tener alta tensión en las pinzas a
través de los retenes de bomba de freno convencional.
� Cierra la electroválvula de admisión de la rueda que no quiere frenar para
evitar la llegada del líquido hasta su pinza.
� La alta presión llega hasta la pinza de la rueda que patina y ésta se frena.
Al igualar su giro con la otra rueda, se libera la presión de frenado para
evitar una disminución de velocidad excesiva. El proceso se repite desde el
principio para conseguir igualar la velocidad de giro de las dos ruedas.
En la siguiente gráfica se observa el funcionamiento del TCS sobre una de las ruedas delanteras:
El sistema de control de tracción se ve complementado con el control del
funcionamiento del motor del vehículo mediante la mariposa electrónica o ETS. El ETS
aísla el acelerador del vehículo del mando sobre la mariposa de gases. Esta mariposa
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es gobernada por un servomotor controlado por una unidad de control. Cuando el
conductor pisa el pedal del acelerador, el movimiento es detectado por un
potenciómetro que, a su vez envía una señal eléctrica a la central para que desplace
en consecuencia la mariposa. Este sistema es necesario porque el TCS sólo puede
igualar la velocidad de giro de las ruedas de un mismo eje. Cuando ambas ruedas
delanteras derrapan, el ETS o mariposa electrónica, entra en funcionamiento para
recortar potencia al motor y evitar el deslizamiento. Se puede decir que el EDS busca
igualar la velocidad de las ruedas motrices del mismo eje, mientras que el ETS busca
igualar la velocidad de giro del eje delantero respecto al trasero. El ETS recibirá
también información de los sensores de giro de rueda para poder detectar las
diferencias de velocidad.
Por último, decir que no hay posibilidad de provocar sobrecalentamientos
peligrosos de las pastillas de freno bajo la acción del TCS, debido a que la central
cortará el funcionamiento del antipatinado por encima de un determinado tiempo para
evitar estos problemas.
En la fase de funcionamiento del control de tracción, la presión de frenado no es
generada por el conductor ya que no pisa el pedal de freno, por lo que, la bomba
eléctrica situada en el hidrogrupo se encargará de generar la presión necesaria que se
aplicará a la pinza de freno de la rueda que está patinando para frenar su velocidad.
La entrada en funcionamiento de la bomba eléctrica provoca la creación de presión
para el frenado. Las válvulas de presión diferencial reducen las presión creada por la
bomba hasta unos 60 bares para evitar bloquear la rueda. Las válvulas EDS están
activadas cortando la comunicación de freno hacia las ruedas traseras. El sistema
EDS dispone de un potenciómetro conectado a la membrana del servofreno que indica
el recorrido del pedal de freno. La señal de este potenciómetro se utiliza para detectar
frenado por parte del conductor. Con el potenciómetro también se consigue informar a
la central de la intensidad con la que el conductor pisa el pedal. El detectar frenado a
través de este potenciómetro también provoca la desconexión del control de tracción si
el sistema está en funcionamiento.
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Finalmente, se muestra el esquema eléctrico del sistema de control de tracción:
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6. CONCLUSIONES
La ventaja principal del sistema TCS se traduce en evitar la pérdida de adherencia
de los neumáticos de las ruedas motrices mientras el vehículo está acelerando. El
control de tracción limitará el patinamiento de una o todas las ruedas motrices, con la
intención de asegurar la adherencia en una curva o subiendo una pendiente,
situaciones en las que el patinamiento puede comprometer la seguridad. La
incorporación de este sistema sólo requiere una serie de añadidos en el sistema de
ABS. A diferencia del sistema de ABS, que trabaja para evitar el efecto de bloqueo, el
sistema de control de tracción estará operando una vez que se haya producido el
patinamiento de la/s rueda/s motrices. Cabe aclarar que este sistema es aplicable para
todo tipo de vehículos en cuanto a las diferencias de tracción, por ejemplo tracción
delantera, tracción trasera o tracción en las cuatro ruedas.
El ABS junto al control de tracción realizan una labor conjunta para buscar afianzar
la adherencia del automóvil sobre el pavimento.
7. BIBLIOGRAFIA
http://www.cesvi.com.ar/revistas/r72/traccion.pdf
http://www.escoches.com/descargas/ABS.pdf
http://www.motorspain.com
http://mecanicavirtual.iespana.es/eds.htm
http://www.autozulia.com/notatec_julio_06_4.asp
http://www.seguridad-vial.net/traccion.html
http://es.wikipedia.org/wiki/Control_de_tracci%C3%B3n
http://www.mpa-tech.net/master/traction-control-stability.html
http://www.euskalnet.net/jinfante/enciclopedia.html
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