Tipos de sensores de par de la cremallera de dirección EPC

Una curiosa historia ilustra lo importante que es contar con un mecanismo de dirección que no solo sea funcional, sino también ligero. En los años 70 del siglo pasado, cuando la URSS abandonó Vietnam, dejó una gran cantidad de equipamiento, incluidos automóviles, como regalo de despedida. Los conductores vietnamitas, cansados de la guerra y hambrientos, tuvieron que buscar ayudantes, ya que era muy difícil girar el volante de los camiones «ZISov» y «GAZ» solos. Sin embargo, el diseño del vehículo mejora constantemente. Hoy en día, la dirección asistida hidráulica y eléctrica ayuda a girar el volante.

Dispositivo EPS

A diferencia de los asistentes en vivo, no es necesario pedir ayuda al EPS ni activarlo con un botón. La unidad de control del EPS siempre sabe cuánta fuerza aplicar a la cremallera: los datos los proporciona el sensor de par del eje de dirección. Su otro nombre es «sensor de par», y es el principal dispositivo de medición del sistema de dirección. En algunos diseños, se puede combinar con un sensor de ángulo de dirección, pero esto no cambia su función básica.

En la mayoría de los casos, el sensor de par está integrado en la columna de dirección. Su eje de dirección y el eje del piñón están conectados entre sí por una torsión, una varilla con rigidez torsional. El principio de funcionamiento del sensor se basa en la medición del ángulo de torsión, que es proporcional al par en el volante. Como este ángulo es muy pequeño, el rango de medición del sensor es de solo 4-5° a cada lado. Esto impone grandes exigencias tanto a la precisión de medición del dispositivo como a la fiabilidad y calidad de su fabricación.

Variedades de sensores

Existen muchas variantes de unidades de dirección asistida eléctrica. Entre ellas se distinguen varias variedades de sensores de par. Las principales son:

De contacto (resistivos)

El principio de su funcionamiento se basa en el cambio de la resistencia eléctrica cuando el sensor se deforma por el par. Para ello se utilizan potenciómetros u otros elementos con resistencia variable. Debido a la simplicidad de su diseño y a su bajo coste, estos sensores de par (en su mayoría potenciómetros resistivos) se utilizaban principalmente en los primeros modelos de coches con cremalieres de dirección eléctricas. Se trata, por ejemplo, de las primeras generaciones de coches económicos populares.

• Toyota Yaris
• Nissan Micra
• Chevrolet Spark
• Fiat Panda
• Peugeot 206
• Renault Clio

así como los automóviles de fabricación rusa. Con el desarrollo de la tecnología, la mayoría de los fabricantes de automóviles han ido cambiando gradualmente a soluciones sin contacto más modernas.

Sensores Hall

El sensor de par sin contacto, basado en un efecto descubierto por el físico Edwin Hall, se considera el más común. Aprovechan el fenómeno por el cual se genera un voltaje transversal en un conductor o semiconductor con corriente si se encuentra en un campo magnético. El imán se monta en el eje de dirección y el sensor detecta los cambios en el flujo magnético cuando se aplica el par. A menudo, para aumentar la sensibilidad y mejorar la fiabilidad de la medición, un sensor de par de resistencia de dirección contiene dos sensores Hall.

Dado que este tipo de sensores se pueden integrar fácilmente en los sistemas de dirección sin aumentar significativamente su tamaño, son muy utilizados por los principales fabricantes de sistemas de dirección, como Bosch, ZF, Nexteer y JTEKT, así como por Volkswagen, Renault, Toyota, Hyundai y muchas otras marcas de vehículos. Son ideales para vehículos convencionales y de gama alta, ya que ofrecen fiabilidad y precisión en un diseño compacto y rentable.

Inductivos

Funcionan según un principio similar de cambio de inductancia, que provoca el movimiento de un objeto metálico. Utilizan bobinas de inductancia que crean un campo magnético alterno. Pero a diferencia de los sensores Hall, en los que los cambios de ángulo o fuerza crean variaciones en el campo magnético que se convierten en una señal eléctrica, aquí la señal se mide en función de la respuesta electromagnética. Los sensores inductivos son más resistentes a las fuertes vibraciones y a las interferencias, y se ven menos afectados por la temperatura y los campos electromagnéticos externos.

Estos sensores de par se utilizan más comúnmente en vehículos del segmento masivo y económico, donde son importantes el bajo coste, la fiabilidad y la simplicidad del diseño. Están integrados en los sistemas de dirección de los principales fabricantes de automóviles, tales como:

• Bosch
• ZF
• TRW
• Nexteer
• Valeo
• Continental

Esta tecnología se aplica activamente en los sistemas de los automóviles del Grupo PSA, en los sistemas de dirección de los modelos del segmento masivo de Volkswagen: Polo, SEAT Ibiza, Skoda Rapid, en los sistemas EPS económicos de Toyota y otras marcas japonesas.

Magnetorresistivos

El principio de su funcionamiento, al igual que los dos tipos anteriores, está relacionado con el campo magnético, pero en este caso se utilizan elementos magnetorresistivos de película fina que detectan los cambios de resistencia a medida que cambia el campo magnético. Esto permite medir con mayor precisión pequeños cambios en el par motor. Los sensores magnetorresistivos son más compactos que los inductivos o los sensores Hall, y son más sensibles y precisos.

Los sistemas de sensores magnetorresistivos se utilizan tanto en automóviles de gran consumo como en automóviles de gama alta, en configuraciones de dirección asistida eléctrica (EPS) de columna, cremallera y piñón y eje. Concretamente, los vehículos VAG (Volkswagen, Audi, Skoda y SEAT) utilizan sensores magnetorresistivos en los sistemas EPS desarrollados por Bosch y ZF. GM utiliza sensores magnetorresistivos en sistemas de dirección de su propio diseño (por ejemplo, para el Chevrolet Malibu y el GMC Terrain) y en sistemas suministrados por Nexteer EPS. Otros fabricantes son Toyota, Hyundai/Kia, BMW y Volvo Trucks.

Tensométricos

Utilizan el principio de medición de la tensión mecánica mediante medidores de tensión (strain gauges), que suelen fijarse al eje del volante. Cuando se aplica un par, el eje se deforma, lo que provoca un cambio en la resistencia eléctrica de los medidores de tensión. No se ven afectados por los campos magnéticos, pero son sensibles a los daños mecánicos y pueden verse afectados por la temperatura, la suciedad y la corrosión. Al mismo tiempo, proporcionan una alta linealidad de la señal y, en general, son muy precisos, ya que miden directamente la tensión mecánica.

Se utilizan en vehículos premium, deportivos y comerciales, así como en sistemas de conducción autónoma y ADAS. Los principales fabricantes de componentes, como ZF, Bosch y JTEKT, integran estos sensores en sus sistemas de dirección (Servotronic, Active Steering, Direct-Steer y otros) para lograr una alta precisión y fiabilidad.

Estos sensores se utilizan en vehículos deportivos y comerciales de alta gama, así como en sistemas de conducción autónoma y ADAS.

Ópticos

Estos utilizan LED y fotosensores para detectar el ángulo o la fuerza de un giro. Detectan el cambio en la salida de luz a medida que se mueven las piezas mecánicas.

Sin embargo, los sensores de par ópticos se utilizan menos en la industria automovilística que otros tipos. La razón es que, a pesar de su alta precisión de medición, son demasiado sensibles a la suciedad, el polvo, la humedad y otros factores externos. Su uso está justificado en determinadas categorías de vehículos:.

• híbridos (Nissan Leaf y Toyota Prius de las primeras generaciones);
• coches deportivos (Porsche 911, Audi TT);
• coches autónomos (Waymo (Google Car), primeros prototipos de Tesla);
• vehículos comerciales (autobuses Volvo);

Además de la sensibilidad, la aplicación limitada de este tipo de sensores se debe al alto coste de fabricación y mantenimiento, así como a una precisión comparable con menos vulnerabilidad a los medidores de tensión y los sensores Hall.

Reparación y mantenimiento del sensor de par

Las averías de los sensores pueden deberse a:

• deformación del eje de dirección u otros componentes asociados al sensor;
• daños en los cables o conectores que unen el sensor a la unidad de control;
• fallo del software;
• factores externos: entrada de agua, suciedad o corrosión de los contactos.

Todo ello puede provocar un mal funcionamiento del dispositivo, que se puede reconocer por una serie de síntomas:

1. Cambios en el comportamiento del EPS. El volante puede volverse demasiado pesado o demasiado ligero.
2. Ruidos y vibraciones. Pueden producirse ruidos extraños (por ejemplo, zumbidos o chasquidos) al girar el volante en el sitio o al conducir.
3. Pérdida de fuerza de retorno. Es posible que el volante no vuelva automáticamente a la posición central al salir de una curva.
4. Fallos en los sistemas de asistencia al conductor. Los sistemas que dependen del sensor de par (por ejemplo, el control de crucero adaptativo o el mantenimiento de carril) pueden no funcionar correctamente o pueden desactivarse.
5. El icono con forma de volante en el cuadro de instrumentos. Puede ser amarillo/naranja si el problema es de carácter de advertencia, o rojo si hay problemas graves en el EPS. En algunos coches en los que el EPS está integrado en la unidad de control general, también se encenderá la luz de «Check Engine» (Comprobar motor).

Esta indicación es la señal más clara de que el conductor debe ponerse en contacto con un taller especializado para su diagnóstico y reparación. Los siguientes errores suelen detectarse cuando se conecta el escáner de diagnóstico:

• C1500: no hay señal del sensor de par.
• C1524: señal incorrecta del sensor de par.
• U0126: pérdida de comunicación con el módulo de dirección.

Aunque los fabricantes de automóviles y componentes de automóviles suelen aconsejar sustituir el conjunto de la dirección cuando falla el sensor de par, en la mayoría de los casos esto se puede evitar. Los talleres especializados en vehículos, como STS, tienen una amplia experiencia en la reconstrucción de conjuntos de dirección de cualquier complejidad.

Para restaurar la funcionalidad del sensor de par, es necesario desmontarlo de la cremallera de dirección y desmontarlo. Si la inspección solo muestra signos de desgaste en las piezas móviles, el sensor de par se puede volver a montar y colocar en la cremallera y, a continuación, calibrar.

Pero si eso no ayuda, no tiene por qué comprar una unidad nueva. En STS siempre tenemos en stock cremalleras de dirección reacondicionadas y totalmente funcionales de nuestra propia marca para todos los modelos de automóviles más populares. Nuestros clientes reciben una unidad reparada, que no es inferior a la cremallera de fábrica y que, en términos de capacidad de reparación, incluso la supera, a un precio mucho más bajo que el de una pieza nueva.