Oficios Técnicos

www.sapiensman.com/tecnoficio


Información para el estudiante y el trabajador de oficios técnicos. 

 

 


Búsqueda personalizada

ELECTRÓNICA DEL AUTOMÓVIL. EL SENSOR DE GUIÑADA.

YA108

YA121

YA111

¿Qué hace un sensor de guiñada en el vehículo?

Un sensor de guiñada,  en inglés conocido como "Yaw sensor",  ( o sensor de velocidad rotacional ) es un sensor de alta tecnología que mide la velocidad angular de un vehículo sobre su eje vertical en grados o radianes por segundo con el fin de determinar la orientación del vehículo en esquinas muy cerradas o amenaza de vuelco .

¿Cómo funciona un sensor de guiñada?

En términos más simples, el sensor de velocidad  de guiñada es un componente clave en el control de la estabilidad de un vehículo o en el sistema de control electrónico de estabilidad. La guiñada se puede definir como el movimiento de un objeto girando sobre su eje vertical. El sensor de velocidad de guiñada determina hasta qué punto un coche fuera del eje se " inclina " en una curva usando giroscopios para controlar el ángulo de deslizamiento, el ángulo entre la dirección del vehículo y la dirección del movimiento real. Esta información se ingresa posteriormente a la computadora del vehículo para evaluar la velocidad de la rueda, ángulo de dirección y la posición del acelerador, y  si el sistema detecta demasiada guiñada , la fuerza de frenado apropiada es aplicada automáticamente .

Mediante la comparación de la tasa de guiñada real del vehículo con la velocidad de guiñada objetivo, el ordenador de a bordo puede identificar hasta qué punto el vehículo puede ser sub o sobre maniobrado, y qué medidas correctivas, si hubiere alguna, se requiere.

La acción correctiva puede incluir la reducción de la potencia del motor, así como la aplicación del frenado sobre una o más ruedas para realinear el vehículo. Para tener una idea mas desarrollada del sensor, podemos ver una introduccíon al funcionamiento del giroscopio, que es la base de medición del mismo.

El giroscopio.

Un giroscopio es un dispositivo que se utiliza principalmente para la navegación y la medición de la velocidad angular. Los giroscopios están disponibles para poder medir la velocidad de rotación en 1, 2, o 3 direcciones. Los giroscopios de 3 ejes suelen implementarse con un acelerómetro de 3 ejes para proporcionar un sistema  de seguimiento de movimiento completo de 6 grados de libertad.

Los giroscopios han evolucionado desde dispositivos mecánicos inerciales rotativos consistentes en  rotores, ejes y cardanes hasta varios desarrollos de dispositivos electrónicos y ópticos. Cada uno explota alguna propiedad física del sistema que le permite detectar la velocidad de rotación alrededor de un eje. Hay tres tipos básicos de giroscopios:

  • Giroscopios giratorios (clásico)
  • Giróscopo de estructura vibrante
  • Giroscopios ópticos

Giroscopio clásico

El giroscopio clásico sigue la ley de conservación del momento angular que, en forma simple, dice que el momento angular total de un sistema es constante en magnitud y dirección si el par externo resultante que actúa sobre el sistema es cero. Estos giroscopios típicamente consisten en un disco giratorio o una  masa sobre un eje, que está montado en una serie de cardanes. Cada cardán ofrece al disco giratorio un grado adicional de libertad de rotación. Los cardanes permiten que el rotor gire sin aplicar ningún torque externo neto en el giroscopio. Por lo tanto, siempre y cuando el giroscopio está girando, se mantendrá en una orientación constante. Cuando pares externos o rotaciones alrededor de un eje dado están presentes en estos dispositivos, la orientación puede ser mantenida y se puede determinar el valor de la velocidad angular debido al fenómeno de la precesión.

La precesión se produce cuando un objeto que gira alrededor de un eje (el eje de giro o de rotación) tiene un par externo aplicado en una dirección perpendicular al eje de giro (el eje de entrada). En un sistema de rotación cuando pares externos netos están presentes, el vector de momento angular (que está a lo largo del eje de giro) se moverá en la dirección del vector de par de torsión aplicado. Como resultado del par, el eje de giro gira alrededor de un eje que es perpendicular tanto al eje de entrada como el eje de rotación (llamado el eje de salida).

Esta rotación alrededor del eje de salida es entonces detectada y realimentada al eje de entrada, donde un motor o dispositivo similar aplica un par de torsión en la dirección opuesta, la cancelando la precesión del giroscopio y manteniendo su orientación. Esta cancelación se puede realizar también con dos giroscopios orientadas en ángulos rectos entre sí.

Para medir la velocidad de rotación, un par contrario es aplicado en forma de pulsos a intervalos de tiempo regulares. Cada impulso representa una rotación angular fija δθ, y el recuento de impulsos en un intervalo de tiempo fijo t será proporcional al cambio de ángulo θ neta sobre ese período de tiempo,  por lo tanto, el par contrario aplicado es proporcional a la velocidad de rotación para ser medida.

En la actualidad los giroscopios giratorios se utilizan principalmente en aplicaciones de estabilización. La presencia de partes móviles (cardanes, rotores) significa que estos giroscopios pueden desgastarse o trabarse. Un número de tipos de rodamientos se han desarrollado para minimizar el desgaste y la posibilidad de atascamiento en estos giroscopios. Otra consecuencia de las partes móviles es que limita lo pequeño que estos giroscopios puedan ser. Así los giroscopios giratorios se utilizan en su mayoría hoy en entornos militares y navales exigentes, donde están sujetos a golpes y vibraciones intensas y donde el tamaño físico no es crítico. Estas unidades,  por tanto, no están fácilmente disponibles comercialmente.

Giróscopo de estructura vibrante

Los giroscopios de estructura vibrante son dispositivos MEMS  (Micro-machined Electro-Mechanical Systems , o   Sistemas Micro Electro Mecánicos  )  que están fácilmente disponibles en el mercado, accesibles y de tamaño muy pequeño . Es fundamental para la comprensión de la operación de un giroscopio de estructura vibrante una comprensión de la fuerza de Coriolis. En un sistema de rotación, cada punto gira con la misma velocidad de rotación. A medida que uno se acerca al eje de rotación del sistema, la velocidad de rotación (velocidad angular) sigue siendo la misma, pero la velocidad en la dirección perpendicular al eje de rotación disminuye (velocidad tangencial). Por lo tanto, con el fin de viajar en línea recta hacia o desde el eje de rotación  mientras se está en un sistema en rotación, la velocidad tangencial debe ser aumentada o disminuida con el fin de mantener la misma posición angular relativa (longitud) en el cuerpo. El acto de ralentización o de aumento de la velocidad es aceleración y la que actúa es la fuerza de Coriolis en la aceleración de la masa del objeto, cuya longitud se debe mantener. La fuerza de Coriolis es proporcional tanto a la velocidad angular del objeto en rotación como a la velocidad del objeto en movimiento hacia o desde el eje de rotación.

Los giroscopios de estructura vibrante contienen una masa micro-mecanizada que está conectada a un alojamiento exterior por un conjunto de resortes. Esta carcasa exterior está conectada a la placa de circuito fijo por un segundo conjunto de resortes ortogonales.

La masa es impulsada en forma sinusoidal continuamente a lo largo de la primera serie de resortes. Cualquier rotación del sistema inducirá una aceleración de Coriolis en la masa, empujándola en la dirección de la segunda serie de resortes. A medida que la masa es impulsada alejándose del eje de rotación, la masa será empujada perpendicularmente en una dirección, y a medida que es impulsada de nuevo hacia el eje de rotación, esta será empujada en la dirección opuesta debido a la fuerza de Coriolis que actúa sobre la misma.

La fuerza de Coriolis es detectada por los dedos sensores capacitivos que se encuentran a lo largo de la carcasa de la masa y la estructura rígida. Como la masa es empujada por la fuerza de Coriolis, un diferencial de capacitancia será detectado a medida que los dedos de detección se aproximan entre sí. Cuando la masa se empuja en la dirección opuesta, los diferentes conjuntos de dedos sensores se aproximan entre sí, por lo que el sensor puede detectar tanto la magnitud y dirección de la velocidad angular del sistema.

El  giroscopio óptico

Los giroscopios ópticos se desarrollaron poco después del descubrimiento de la tecnología láser. El atractivo de este tipo de giroscopio es que no contienen partes móviles, y por lo tanto no son susceptibles al desgaste mecánico o desplazamiento. Los giroscopios ópticos difieren de otros tipos en que no dependen de la conservación del momento angular para poder funcionar. En lugar de ello, su funcionalidad sólo depende de la constancia de la velocidad de la luz.

Los giroscopios ópticos operan bajo el principio del efecto Sagnac. Es más fácil de entender este principio en el caso general de un círculo. Una fuente de luz se coloca en un círculo, emitiendo dos haces de luz en ambas direcciones. Si la fuente se mantiene estacionaria, entonces ambos haces de luz requieren la misma cantidad de tiempo para recorrer el círculo y llegar de nuevo a la fuente. Sin embargo, si la fuente está girando a lo largo del círculo, entonces se necesita más tiempo para que el haz en frente de la fuente complete su trayectoria.

 

Este principio puede, de hecho, ser generalizado a cualquier lazo, independientemente de la forma. En particular, podemos medir el efecto utilizando una configuración de interferometría en anillo. Aquí, un haz de láser se divide primero por un medio espejo semi plateado. A continuación, los dos haces atraviesan caminos idénticos pero en direcciones opuestas alrededor de un bucle formado por cualquiera de los espejos planos y tubos rectos llenos de aire o un cable largo de fibra óptica. Estos dos haces después se recombinan en un detector. Cuando el sistema está girando, uno de los haces debe recorrer una distancia mayor que el haz viajando en dirección opuesta para llegar al detector. Esta diferencia en la longitud de la trayectoria (o desplazamiento Doppler) se detecta como un cambio de fase por interferometría. Este desplazamiento de fase es proporcional a la velocidad angular del sistema. A menudo las unidades de giroscopio ópticos consisten en 3 giroscopios mutuamente ortogonales para la detección de la rotación alrededor de los tres ejes de rotación ortogonales. También se suelen implementar con acelerómetros de 3 ejes proporcionando así una detección de movimiento completo en 6 grados de libertad. Al igual que los giroscopios de rotor, los giroscopios ópticos están limitados en cuán pequeños físicamente pueden ser desarrollados, debido a la gran cantidad de cable de fibra óptica necesaria y a la presencia de equipos ópticos. Por lo tanto estos giroscopios se utilizan a menudo en aplicaciones navales y de aviación, y donde el tamaño físico no es un problema. Por lo tanto los giroscopios ópticos no suelen estar comercialmente disponibles.

 

¿Dónde se encuentra el sensor de velocidad de guiñada?

El sensor de velocidad de guiñada se encuentra normalmente debajo del asiento del conductor o del pasajero, montado a nivel del piso del vehículo con el fin de acceder al centro de gravedad del mismo. Después de su instalación, por lo general se requiere un procedimiento de reposición / recalibración.

El sensor de velocidad de guiñada es un componente clave en uno de los sistemas más avanzados tecnológicamente del vehículo actual diseñado para proporcionar a los conductores con una mayor seguridad, y el control incluso en las condiciones de conducción más difíciles.

Mercado de Auto Partes >> 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 ...

 

 

 

 

 

 

 

 

Volver arriba