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24 feb 2016

EL ACELERADOR ELECTRÓNICO, ¿CÓMO FUNCIONA?

Sistema de acelerador electrónico

El pedal del acelerador es uno de los controles claves en un automóvil. Hace años, se encontraba unido a los otros componentes que conforman el mecanismo del acelerador, mecánicamente, a través de un cable de acero. Hoy en día, dado que la gestión del motor es completamente electrónica, esto ha cambiado, dando paso al acelerador electrónico.

Pedales en un vehículo antiguo

Pedales en un vehículo antiguo

En automóviles modernos de gasolina, el pedal del acelerador controla la posición de la mariposa de admisión, que restringe o deja paso al flujo de aire entrante. En vehículos antiguos, un cable de acero estaba conectado directamente a esta mariposa, dando lugar a un mecanismo sencillo y eficaz. Los automóviles diésel no disponen de mariposa por ser innecesaria debido a su principio de funcionamiento, de modo que, hace años, un cable de iguales características se conectaba a la bomba de inyección de combustible, que controla la cantidad de gasoil que entra al motor.

marioposa de admisión

Conexión a la marioposa de admisión mediante cables de acero

En este artículo nos centraremos en el mecanismo del acelerador electrónico particularizado a vehículos de gasolina, guardando muchas similitudes con el de los automóviles diésel.

De manera general, el sistema del control del acelerador electrónico se basa en un sensor en el pedal que capta la posición del mismo y la comunica al ECM (Engine Control Module, Módulo de Control del Motor), este ordena a un actuador que modifique la apertura de la mariposa de admisión, cuya posición es detectada a su vez por un sensor de posición. A continuación veremos los componentes en profundidad.

Mariposa de admisión

Mariposa de admisión

Sensor del pedal de acelerador (APP)

 

acelerador con sensor APP

Módulo del acelerador con sensor APP integrado

El APP, Accelerator Pedal Position (Sensor), se encuentra integrado en el pedal del acelerador. Existen principalmente dos tipos de sensor, el de tipo resistivo y el basado en efecto Hall. El sensor resistivo tiene un funcionamiento electrónico muy sencillo, basándose en un divisor de tensión hecho con un potenciómetro.

Divisor de tensión resistivo

Divisor de tensión resistivo

Un voltaje es aplicado al terminal 1, el movimiento del pedal se traduce en el movimiento del cursor 2, el terminal 3 está conectado a masa, así, midiendo la salida del sensor (Vout) y conociendo su resistencia, se puede obtener la posición del pedal mediante la siguiente relación:

tension

siendo Vout= 0V cuando el potenciómetro se encuentra en un extremo y Vout= Vin cuando se encuentra en el otro.

El sensor de efecto Hall se basa en la interacción entre una corriente fluyendo en el interior del sensor y un campo magnético. A diferencia de los sensores resistivos, no es necesario que haya contacto físico entre dos superficies, por lo que no hay desgaste del sensor. Esta característica es lo que lo hace más propenso para su uso en un sistema tan importante como es el acelerador.

En el siguiente vídeo se puede ver brevemente la utilización de un sensor de efecto Hall para la aplicación que estamos tratando:

https://www.youtube.com/watch?v=97OML4un6yo

Dada la relevancia de la función del acelerador en un automóvil, por razones de seguridad, el pedal incluye al menos una pareja de sensores. Si el ECM detecta una medida incongruente activará un “modo seguro” cuyas consecuencias en el funcionamiento del vehículo dependerán de la importancia de la avería, además se avisará al conductor mediante la luz de avería. Los sensores no tienen por qué ser iguales, funcionar en el mismo rango o estar instalados de forma idéntica, por lo que una medida incongruente no tiene por qué darse cuando las medidas de los sensores difieren entre sí.

Actuador de la mariposa de admisión

El mecanismo que se encarga de mover la mariposa es muy simple, estando formado por un motor de corriente continua con escobillas (tipo Brushed), y un juego de engranajes. El conjunto se encuentra acoplado a la mariposa, en el conducto de admisión. El motor eléctrico está conectado al ECM, de donde recibe la señal de activación.

 

mariposa de admisión

Mecanismo actuador de la mariposa de admisión

En vehículos diésel, un mecanismo actuador similar se acopla a bomba de inyección.

Sensor de posición de la mariposa de admisión (TPS)

El TPS (Throttle Position Sensor), como su nombre indica, sirve para transmitir al ECM la posición de la mariposa.

Sensor TPS

Sensor TPS

Su funcionamiento se basa en métodos de detección de la posición similares a los vistos para el pedal del acelerador. Además, dispone de los mismos sistemas de seguridad (sensores redundantes) que permiten disparar el “modo seguro” en caso de fallo. Este componente puede ir unido a la mariposa, independiente del actuador, o puede formar un módulo con este.

Control del acelerador

El sistema del acelerador necesita un control en bucle cerrado para operar correctamente, comúnmente de tipo PID. En un artículo anterior hablamos de bucles de control.

http://fdetonline.com/control-industrial-vivimos-rodeados-sistemas/
Una estructura aproximada del sistema podría ser la siguiente:

acelerador electrónico

Bucle de control de sistema de acelerador electrónico

Es importante destacar el bloque “Mapa APP”. En las modernas centralitas se puede modificar por software la posición “virtual” del pedal del acelerador, por ejemplo, reescalando su señal para que pisando a fondo se obtenga en realidad el 70% del valor, o bien modificando la función de transferencia para que en lugar de ser lineal, sea curvada.

Acelerador

Ejemplos Mapa APP

Una programación de una curva como la de color azul de la figura, se traduciría en una respuesta progresiva y relajada, mientras que la curva roja ofrecería un comportamiento más impulsivo y deportivo.

El resto del bucle de control no difiere de un servosistema tradicional.

Se dice que con la llegada de la gestión electrónica al automóvil se han simplificado numerosos y complejos sistemas antes mecánicos, aunque en este caso, no está tan claro.

Acelerador

Cable de acero. No se puede modificar por software.

AUTOR: PEDRO F. FERNÁNDEZ

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