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SENSORES ELECTRÓNICOS DEL VEHÍCULO

Este documento trata de ofrecer una revisión de los sensores actuales del automóvil. Los vehículos de hoy en día se han convertido en sofisticados sistemas de control electrónico de alta complejidad y la mayoría de las innovaciones se han logrado únicamente a través de la electrónica y el uso de sensores avanzados. Una gama de tecnologías han sido utilizadas en los últimos veinte años, incluyendo la microingeniería del silicio, la película gruesa, capacitiva, de reluctancia variable, óptica y el radar. El mercado de sensores del automóvil continúa creciendo paralelamente con el nivel de producción de vehículos acompañando la transición de sistemas de control electrónico de accionamiento eléctrico. El mercado para estos sensores sigue siendo cada vez más desafiante con respecto a la robustez, fiabilidad, calidad y costo.

Fig. Ejemplo de Kit de 4 sensores de estacionamiento en marcha atrás del coche.

Fig. Ejemplo de sensor de velocidad con disco codificado para auto inteligente.

Los vehículos de hoy están equipados con una amplia gama de sensores que proporcionan información crítica para las funciones de rendimiento, seguridad, comodidad y conveniencia. La medición de la presión absoluta del colector de admisión en los primeros sistemas de ignición y el control de abastecimiento de combustible fue una de las primeras y más exitosas aplicaciones de los sensores en el vehículo automotor, y continúa siendo hasta la actualidad un parámetro importante. Muchos otros sensores, incluyendo el de la posición del cigüeñal, detonación, flujo de masa de aire, gases de escape y los sensores de temperatura se han utilizado posteriormente para mejorar el rendimiento del sistema del tren transmisor de potencia.

La tendencia hacia el uso cada vez mayor de los sistemas de control electrónico con accionamiento eléctrico en los vehículos (por ejemplo dirección asistida, control semi-activo de la suspensión, sistemas de control de deslizamiento y el control de crucero adaptativo) ha creado nuevos desafíos y oportunidades para los desarrolladores de sensores.

Los sensores tradicionales se han complementado con la incorporación de nuevos sensores para nuevas aplicaciones, por ejemplo, radares de largo alcance, sensores ópticos del par de dirección, sistemas de monitoreo de la presión de los neumáticos y sensores de velocidad de giro. El costo de los sensores sigue siendo un factor significativo en los criterios de selección de los diseñadores de sistemas de automoción, reconociéndose la recompensa con grandes volúmenes de producción en caso de éxito. Además, los fabricantes de autopartes proveedores de sensores también deben cumplir con los objetivos de robustez y calidad exigidos en este mercado del automotor.

Vemos a continuación algunos ejemplos de sensores utilizados en los vehículos de hoy en día .

Sensores del motor,
por ejemplo,
Presión de entrada del colector
Posición del árbol de levas
Temperatura del aire
Temperatura del combustible
Presión del combustible
Sensor de detonación (preignición, pistoneo, etc.)
Temperatura del refrigerante
Posición de la Válvula EGR
Medidor de caudal de aire

Vehículos híbridos y de pila de combustible,
por ejemplo,
Detección de fugas de hidrógeno
Monitoreo de corriente  
Presión
Flujo
Temperatura
Velocidad y posición del motor

Control del vehículo,
por ejemplo,
Presión hidráulica
Aceleración lateral / longitudinal
Velocidad de la rueda
Velocidad de giro  
Altura de Posición
Dirección de par y posición

Prevención de accidentes,  
por ejemplo,
Control de crucero adaptable  
Sensores de aparcamiento
Sistema de advertencia de abandono de carril
Supervisión del conductor

Comodidad de los pasajeros,
por ejemplo,
Climatizador automático  
Humedad
Posición de ventilación  
Posición del asiento
Posición de la ventana

Asistencia al conductor,  
por ejemplo,
Acceso remoto sin llave
Limpiaparabrisas automático por lluvia
Faros automáticos
Nivel del líquido del lavaparabrisas
Nivelación de faros

Seguridad y protección,
por ejemplo,
Prevención de Robo
Sistemas de airbag de los ocupantes
Pre-tensores del cinturón de seguridad
Control de presión de los neumáticos
Detección de posición del ocupante
Sistema de detección de peatones

Sensores y sus Aplicaciones

Un típico vehículo de alta gama puede disponer de más de 30 sistemas eléctricos / electrónicos y más de 100 sensores. Aunque algunas aplicaciones de sensores han estado dominadas por una tecnología específica, por ejemplo, acelerómetros y micro-ingeniería de silicio, de hecho un número de tecnologías de sensores coexisten y compiten dentro de una aplicación dada.

La micro-ingeniería de sensores (o los sensores micro-electromecánicos) se han infiltrado en el mercado de los sensores del automóvil, tanto en el sensor de presión del colector de admisión como el acelerómetro del airbag. Estas dos aplicaciones han dominado la explotación de esta tecnología sólo con cabezales de lectura / escritura, cabezales de impresión de inyección de tinta y sensores de presión arterial desechables que compiten en los mismos volúmenes altos en otros sectores del mercado. Los sensores de presión se han desarrollado a granel y con técnicas de micromecanizado de superficie, haciendo uso de las propiedades de material optimizado de película fina y procesos por lotes fiables .

Los sensores inerciales se han basado en micromecanizado de superficie usando procesos avanzados tales como grabado reactivo profundo de iones para efectuar las estructuras 3D. Los sensores de monitoreo de presión de los neumáticos y de velocidad de giro continúan exigiendo la atención de esta tecnología.

El uso de sensores de efecto Hall y dispositivos magnetorresistivos ha impactado en la aplicación de los sensores de reluctancia variable tradicionales para la medición de la velocidad / posición, aunque hay un equilibrio entre la funcionalidad y el coste requeridos.

El advenimiento de los sistemas de dirección eléctricamente asistida introdujo el sensor de par de dirección que también puede ser integrado con un sensor de posición de dirección. Una serie de tecnologías de detección de par se han estado utilizando incluyendo tecnologías inductivas y ópticas. En el caso del sensor basado de óptica, un haz de luz transmitido a través de dos discos conectados a la barra de torsión es procesada por la unidad de control electrónica para determinar tanto el par de dirección como la posición.

Fig: Sensor óptico de par y posición.

Los sistemas avanzados de control de estabilidad del vehículo incluirán un módulo de conjunto de sensores de inercia que comprende un sensor de velocidad de giro o guiñada (a veces también un sensor de velocidad de balanceo) y uno o dos sensores de aceleración (lateral / longitudinal). El sensor de guiñada puede medir la rotación de un vehículo y tiene un rango de medición de + / - 75 ° / s. Un sensor de velocidad de giro o velocidad de guiñada es un dispositivo giroscópico que mide la velocidad angular de un vehículo alrededor de su eje vertical. El ángulo entre la dirección de desplazamiento y la dirección de movimiento real del vehículo se llama ángulo de deslizamiento, que está relacionada con la  tasa de guiñada.

Los sensores giroscópicos son dispositivos que detectan la velocidad angular (grados por segundo). Un sensor de velocidad angular se utiliza cuando se requiere una velocidad de medición de giro sin un punto de referencia fijo y la velocidad de rotación se mide en el "espacio inercial".

Los sensores de aceleración miden la aceleración lateral y longitudinal de un vehículo en el rango de + / -1,5 g. Todos los elementos sensores pueden realizar un autocontrol para comprobar su funcionalidad. Para los sistemas de control futuros, tanto los giroscopios como los acelerómetros están siendo integrados con la placa de circuito principal de la aplicación, evitando así la necesidad de un conjunto de sensores agrupados ​​por separado.

Los sensores de radar de largo alcance ya se utilizan con éxito como parte de los sistemas de control de crucero adaptativo. El radar escanea a una frecuencia de operación de 77GHz y a una distancia de aproximadamente 150 metros. La información del radar se utiliza para mantener un margen de seguridad de la conducción de los vehículos por delante mediante la intervención automática de los sistemas de frenado y de gestión del motor. Los sistemas actuales operan a velocidades de más de 30 millas por hora, pero en los futuros sistemas actualmente en desarrollo se sumará el "stop and go" o sistema de frenar y en marcha para bajar la velocidad a cero mediante el uso de radar de corto alcance (24GHz). El uso de sensores de vídeo agregará funcionalidad a estos sistemas, incluyendo detección de puntos ciegos y mejora de la visión de noche. Estos tipos de sistemas se denominan generalmente sistemas de asistencia al conductor. Los sistemas en desarrollo también van a interactuar con los sistemas de protección de ocupantes (despliegue del airbag y pre-tensado del cinturón de asiento).

El desarrollo a futuro de los sistemas de seguridad activos y pasivos permitirá que el vehículo " sienta " e interprete su entorno, reconozca las situaciones potencialmente peligrosas y proporcione un nivel predeterminado de ayuda al conductor. La detección de un punto ciego, detección de cambio de carril y la prevención de derivación de rotonda son ejemplos de sistemas que pueden ser activados a través del despliegue de sensores basados ​​en la visión y múltiples técnicas de fusión de datos de sensores.

Los sistemas de asistencia al aparcamiento ya están cerca de una realidad de producción. Sensores ultrasónicos montados a los lados del vehículos miden la longitud y la profundidad de una plaza de aparcamiento a medida que el vehículo la va pasando. El sistema calcula entonces las maniobras que se requieren para ubicar el vehículo de forma segura en el espacio. El conductor recibe una ayuda con un sonido o las instrucciones visuales para completar la tarea. Una mejora futura implicaría el uso de un sistema de dirección controlado electrónicamente para ejecutar automáticamente la maniobra.

Los ingenieros de desarrollo de sensores tendrán que trabajar con los estilistas de vehículos para blindar y posicionar los sensores en la mejor ubicación que permita la funcionalidad del sensor sin producir rasgos corporales molestos.

Las arquitecturas eléctricas avanzadas también se centrarán en la estandarización y el intercambio de salidas de los sensores a través de una variedad de sistemas del vehículo. La adición de funciones de autodiagnóstico del sensor ha sido ya desarrollada por muchos proveedores.

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