Dirección Electrica o Electroasistida EPS
La dirección electrica o sistema de dirección electroasistida EPS, es un conjunto que combina una computadora, un motor electrico y una caña de dirección. Este moderno sistema permiten al conductor, tener mayor desempeño y maniobrabilidad al momento de una situación de riesgo, o simplemente mayor confort en una conducción cotidiana.
Básicamente la idea de una dirección electrica, es que la asistencia la haga una computadora, y unos sensores de giro que se encuentran en el volante de dirección. Con esto se pueden lograr otras ayudas como el sistema de parqueo autonomo y los sistemas ADAS.
¿Cómo funciona el sistema de Dirección Electrica en un auto moderno?
Si tu auto tiene una dirección electrica, esto significa que la asistencia a la dirección no la hace una bomba hidráulica, sino un motor electrico.
Para esto, el sistema debe controlar el giro del motor hacia ambos lados, mediante una unidad de control electrónico denominada generalmente EPS (Electronic Power Steering).
Esta computadora comanda a un motor corriente directa, sin escobillas (aunque pueden existir variantes).
El motor de la EPS, esta acoplado al sector de la dirección, y asiste al movimiento del conductor.
El movimiento del eje de la dirección es verificado por un sensor de posición, el cual puede ser óptico, tipo potenciómetro o efecto hall.
¿Cómo puede fallar una Dirección Eléctrica EPS?
Si la computadora de la EPS, detecta que la posición de la dirección no corresponde a la que debería tener en ese momento, o simplemente se presenta un malfuncionamiento en alguno de los elementos, la unidad EPS genera un código de falla.
Se enciende una luz en el tablero y la dirección quedara completamente mecánica, presentando dificultad al movimiento del timón.
Vale aclarar que cualquier trabajo que se realice en el sistema (Ej. alineación) requiere el uso del scanner para colocar en punto cero la dirección.
Componentes de una dirección asistida mediante control electrónico EPS
A continuación se presentara, la imagen de algunos de los componentes que hacen parte del sistema de control electrónico de la dirección.
- Motor Electrico de la Dirección EPS
En este caso se puede apreciar que el motor es un motor de corriente directa de dos cables, el cual trabaja con inversión de polaridad, la polaridad se coloca sobre el motor de acuerdo al sentido de giro de la dirección, para eso la unidad de control electrónico cuenta internamente con una serie de transistores de potencia para este fin.
En el esquema inferior se presenta un breve resumen de este control electrónico.
Los transistores Q1, Q2, Q3, Q4 permiten colocar las polaridades necesarias sobre el motor MT1 (motor de la dirección), básicamente la inversión es calculada por el microcontrolador que con señales de disparo a los transistores de potencia logra amplificar este control hasta el motor, la corriente que este motor maneja puede llegar hasta los 80 Ampere, de acuerdo al requerimiento de posición del sistema. Todo el comando es calculado por la unidad de control electrónico de la dirección EPS y este modulo tiene en cuenta las señales de requerimiento de asistencia, como por ejemplo la velocidad del vehículo VSS.
- Sensor de Pocisión de la Columna de la Dirección Eléctrica EPS
Este sensor envia la información al módulo de control del sistema de la dirección.
El funcionamiento del Sensor de Giro de la Dirección EPS puede cambiar de acuerdo al modelo del auto.
Uno de los más usados es el tipo óptico, el cual permite manejar una señal a través de unos fototransistores a través de unas ranuras en plato internamente ensamblado en el sensor de giro EPS.
En la imagen inferior se puede apreciar esta explicación, para el caso usando una bombilla a manera de entender el ejemplo del sensor.
Cada vez que la columna se mueve en grados, hacia un sentido o hacia otro, la luz interna de los fototransistores y fotodiodos, enfrentan las ventanas y gerenan una señal.
Estas señales serán ondas cuadradas, que van de 0 – 5 V, similares a las de un captor de posición efecto hall.
¿Cómo se puede diagnósticar una Dirección Electrica en el taller mediante el uso de equipos ?
Para diagnósticar un fallo sobre el sistema EPS Dirección ELectrica, es importante que el técnico mecánico esté capacitado para el uso de herramientas electrónicas.
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Este es un sistema relativamente nuevo, que involucra procesos de programación, por ejemplo después de realizar una alineación con la máquina sobre la dirección.
Para un correcto diagnóstico necesitas:
- Scanner Automotriz con función de programación.
- Multímetro Digital.
- Osciloscopio Automotriz.
- Manuales de Servicio y/o Diagramas Electricos con PIN OUT del módulo EPS.
Un ejemplo del diagnostico, es cuando se quiere verificar la posición cero de la dirección Mecánica y electrónicamente.
El técnico debe tener muy claro los parámetros, por ejemplo, si la posición está completamente alineada mecánicamente, las ruedas están centradas, el timón derecho, y los grados en el scanner deben ser 0 Grados
Si se gira el timón hacia un costado completamente, debe mostrar aproximadamente 520 Grados y si se gira hacia el otro lado completamente debe mostrar – 520 Grados aproximadamente.
En las siguientes imágenes se pueden apreciar esos ejemplos con el scanner automotriz.
Posición centrada del Timón (Sin girar las ruedas)
Timón Girado Completamente hacia la Derecha.
Giro Completo hacia la Izquierda
Sistema de Direcciones Eléctricas
Sistema Steer-by-Wire SbW o Dirección por Cable
La dirección convencional funciona mediante cremallera-piñón y tornillo sinfín. Cuando el conductor gira el volante, el movimiento se transmite a las ruedas a través de todo el conjunto. En el sistema Steer-by-Wire no se usa columna de dirección, el movimiento se realiza mediante señal electrónica.
El enfoque es hacia utilizar Sistemas Autónomos
Con la tendencia de reemplazar componentes mecánicos con sistemas electrónicos, los fabricantes buscan ir hacia los autos eléctricos y conducción autónoma.
Un avance en este sentido son los aceleradores electrónicos, los cuales funcionan mediante un pedal electrónico, y una mariposa motorizada.
En este caso, la señal del pedal y del cuerpo de aceleración, es transmitida mediante el cableado, y al mismo tiempo se envía a la red CAN, para que sea utilizada por varias computadoras a la vez.
En el caso de la dirección Steer by Wire, a pesar de las críticas a su seguridad, muchos de los nuevos modelos de autos de alta gama, cuentan este sistema.
¿Cómo funciona el Sistema Steer-by-Wire SbW?
El sistema Sistema Steer-by-Wire elimina el vínculo físico mediante una Columna o Rack, entre en volante de conducción y las ruedas delanteras.
Este sistema utiliza sensores de giro y actuadores para efectuar la funciones de giro del auto.
Mediante gestión electrónica el auto cuenta con sensores en el volante, y ademàs de unos actuadores que son motores eléctricos que realizan el giro sobre las ruedas.
Una de las ventajas de estos sistemas, es que gestionan diferentes modos de conducción de manera segura.
Por ejemplo si el auto está a menor velocidad los actuadores hacen que el giro sea mucho más suave, ejerciendo mayor ángulo de giro.
Sin embargo en condiciones de alta velocidad pueden crear la sensación de mayor dureza en el volante.
Para los vehículos de carga, estos sistemas permiten controlar la dirección de manera que le permita al conductor tener mayor control y estabilidad en la conducción.
Componentes del Sistema Steer-by-Wire:
- Actuador del Volante
- ECU (Hasta tres Ecus procesan los datos de giro de la direcciòn para mayor seguridad)
- Actuador de ángulo de las ruedas
El sistema funciona en ambas vías, ya que cuando el conductor gira el volante, el actuador del volante envía la señal al actuador de las ruedas, sin embargo al mismo tiempo el actuador de las ruedas envía la información de agarre de los neumáticos para retroalimentar el sistema y mejorar el confort y la seguridad.
Por ejemplo en un camino rizado, la vibración producida no se transmite directamente al volante, lo que resulta en mayor confort y seguridad.
Este sistema tiene la capacidad de detectar movimientos particulares como por ejemplo, si conductor está quedando dormido, la Ecu detecta que se está desviando de la ruta y alerta.
Esto es posible por los programas que se cargan previamente en el firmware de la ECU de la dirección.
Sistemas SbW y autos autónomos
En los vehículos de conducción autónoma los sistemas que son “por cable” o “By Wire”, juegan un papel fundamental.
En estos modelos toda la gestión de conducción la realizan los microcontroladores.
Por ejemplo, en estos sistemas se usan frenos por cable, aceleradores por cables, y dirección por cables.
Una función interesante es que cuenta con cámaras que permite detectar las líneas de la carretera para gestionar una condición de conducción de la dirección en la cual mantiene centrado el auto sobre las líneas de la vía.
Aunque existe muchas restricciones por parte de las normas de regulación de seguridad automovilística, estos sistemas se incorporan cada vez más, generando nuevas posibilidades, y creando nuevos retos para los técnicos mecánicos.