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VENTAJAS DE LA DIRECCIÓN ELÉCTRICA ASISTIDA DEL AUTOMOTOR. SENSOR DE PAR DE GIRO

La dirección asistida del automotor utilizando el sistema hidráulico se introdujo a principios de 1950. A medida que los vehículos se hacían más grandes y más pesados, los volantes también se hacían más grandes. La dirección asistida eliminó esos grandes volantes de dirección y el estacionamiento de repente se volvió mucho más fácil. Al igual que con la mayoría de las innovaciones, la dirección asistida se vendió por primera vez en vehículos de lujo. Las primeras bombas hidráulicas eran dispositivos grandes y pesados ​​que requerían una gran cantidad de potencia del motor. Hoy en día casi todos los vehículos estándar vienen con dirección asistida .

Ahora, la dirección asistida eléctrica ha entrado en el campo automotriz, gracias a la innovación de motores eléctricos más pequeños y ligeros. Los sistemas electrónicos de control dan a los ingenieros la capacidad de diseñar programas sofisticados, permitiendo la asistencia variable, dirección asistida sin el motor en marcha, y puesta a punto del sistema de dirección del vehículo sin necesidad de cambiar las piezas mecánicas. Los próximos sistemas eléctricos de 42 voltios proveerán sistemas de dirección más potentes, aplicables a los vehículos pesados ​​con superficies de contacto de los neumáticos más grandes. Ya se están en desarrollando en varios fabricantes de equipos y fabricantes de vehículos  sistemas con controles individuales de dirección en cada rueda.

Ventajas de la dirección eléctrica asistida o EPS (Electric Power Steering )

Las ventajas de la dirección eléctrica asistida son muchas al reemplazar el complejo sistema de la bomba, las mangueras, las líneas de enfriamiento, y válvulas dosificadoras que sustituyen con un motor, montado en el chasis o en la columna. La asistencia  puede continuar mientras el vehículo está en movimiento, incluso si el motor se detiene, mientras voltaje de la batería esté por encima de los 9 voltios. El uso de la electricidad significa que la potencia del motor queda libre para impulsar al vehículo. Se necesita potencia adicional para producir la potencia requerida por el alternador, pero un sistema de dirección eléctrica es hasta un 80% más eficiente que un sistema hidráulico.

En 1993 , Acura introdujo el primer sistema de dirección asistida eléctrica (o EPS de sus siglas en Inglés) en el NSX . El primer sistema de dirección asistida eléctrica de un fabricante de vehículos en Estados Unidos está en el Saturn Vue 2002, donde el sistema utiliza un sistema de motor /  control montado en la columna de dirección.

Hay tres partes que componen el sistema de Dirección Asistida Eléctrica (EPS ) : el motor , el módulo de control de EPS , y el sensor de par o TSS ( de torque sensor steering por sus siglas en Inglés). Todos ellos se encuentran en un solo conjunto. El conjunto está montado bajo el tablero de instrumentos, debajo de la columna de dirección superior. El motor está montado al lado y acciona la columna a través de un engranaje de reducción y un engranaje sinfín.

El sensor de par tiene dos anillos que son alimentados con corriente alterna. Un sensor de par mide la fuerza ejercida por el conductor en un accionamiento de dirección y la dirección en la cual el conductor dirige. Los componentes electrónicos de la dirección asistida eléctrica (EPS) utilizan esta información de los valores medidos, y una unidad de control electrónico determina la cantidad de apoyo de dirección que es proporcionada por el servo motor eléctrico, adaptado a la condición de la superficie de la carretera y la velocidad del vehículo.

La columna de dirección superior e inferior, conocida como los ejes de entrada y salida, está conectada por una barra de torsión, al igual que la válvula distribuidora en los sistemas de dirección asistida hidráulica. Los anillos de detección magnéticos detectan cualquier giro entre los ejes de entrada y salida y envían una señal al módulo de control del EPS. El módulo de control utiliza varias señales para calcular la asistencia necesaria: la velocidad del vehículo, la temperatura, y el par conductor.

Hay sensores con principio de medición óptica o magnética. El sensor va instalado en la barra de torsión en la columna de dirección, el TSS utiliza un principio de medición magnética sin contacto para determinar el par. El TSS tuerce en proporción directa al aumento de la fuerza de la dirección causada por la resistencia de fricción entre los neumáticos y la carretera.

Dos anillos concéntricos que rodean la barra de torsión miden el ángulo de torsión. Un anillo utiliza imanes permanentes multipolares para generar campos magnéticos estáticos, que excitan sensores Hall a través de "ventanas" en el segundo anillo. La magnitud de medida en el flujo magnético alcanza los dos sensores Hall.

Figura: Sensor óptico de par y posición. La dirección asistida eléctrica normalmente viene en forma de conjunto incluso en el segmento de los coches compactos. Para implementar esta forma de control electrónico, se requiere de un sensor de par de torsión sobre la barra de torsión de la unidad de dirección.

Fig. Sensores de par Bourns optimizados para aplicaciones de dirección eléctrica asistida

Fig. Sensor Bosch de par

Fig. Sensor electrónico de par

Un perfil de ajuste se programa en el módulo de control del EPS cuando se instala. Esto determinará la cantidad de intervenciones a varias velocidades. Diferentes perfiles pueden ser suministrados por los ingenieros, por lo que el mismo módulo de control se puede utilizar en varios vehículos. Además, el mismo vehículo con un motor y neumáticos más grandes podría ser provisto con un poco mas de asistencia .

La tensión de encendido se utiliza para determinar si el motor está en marcha o no. Cuando el motor no está en marcha,  la asistencia se mantendrá por algún intervalo de tiempo predeterminado hasta que la velocidad del vehículo llegue a cero. Si el motor EPS se sobrecalienta, por las maniobras de estacionamiento excesivas por ejemplo, la cantidad de asistencia se reduce hasta que baje la temperatura del motor.

Por un lado, la dirección asistida eléctrica es una alternativa más eficiente en energía que la dirección asistida hidráulica. Reduce el consumo de combustible hasta en 0,5 litros por cada 100 kilómetros recorridos. Por otro lado, es la base de atractivas nuevas funciones de asistencia al conductor, tales como los sistemas de alerta de salida de carril o los asistentes de estacionamiento.

Fig. Ejemplo de implementación de dirección eléctrica asistida

El sensor de par convierte la rotación y el par del volante de dirección en una tensión eléctrica y la envía al controlador de EPS.

Cuando el volante se gira, el par del mismo se transmite al sensor de toque. En este momento, el eje de entrada no girará porque la resistencia a la superficie de la carretera se transmite a través de la unidad de accionamiento al eje de salida. El sensor de par convierte este par de torsión en una tensión y la emite al controlador EPS. El voltaje emitido como tal se convierte posteriormente en una señal por el controlador de EPS para controlar la rotación del motor. El motor continúa girando en la medida que el par del volante excite la entrada.

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