PRINCIPIOS BASICOS ESP (Control de estabilidad), FUNCIONAMIENTO, DESCRIPCION DE COMPONENTES ESP BOSCH ESQUEMA ELECTRICO BASICO

El sistema tiene la función de asistir al conductor en situaciones extremas, como puede ser el cruce repentino de un obstáculo (animales); sirve para compensar reacciones excesivas del conductor y contribuye a evitar situaciones en las que el vehículo pueda perder estabilidad. Sin embargo, el ESP tiene sus limitaciones y no esta en condiciones de vulnerar las leyes de la física.

ESP programa electrónico de estabilidad

ESP es la abreviatura inicial de "Elektronisches Stabilitäts-Programm" (programa electrónico de estabilidad).

Seguridad en el vehículo
En el funcionamiento normal del vehículo son numerosos factores afectan a la seguridad del mismo, siendo los factores principales:

• las condiciones del vehículo (nivel de equipamiento, los neumáticos, los componentes),
• las condiciones atmosféricas,
• el estado de la carretera y tráfico,
• las características del conductor, definidas por su habilidad y su estado físico y mental.

Para contribuir a la mejora del nivel de seguridad de los vehículos existen los llamados sistemas de seguridad activos y pasivos.
Los sistemas de seguridad activos son sistemas que contribuyen a la prevención de los accidentes, es decir, evitan que estos ocurran ayudando activamente a una conducción segura. Como ejemplos de sistemas activos de seguridad tenemos:

• el ABS (Antiblock Braking System)
• los Sistemas de Control de Tracción TCS
• el Programa de Estabilidad Electrónico ESP

Estos sistemas de seguridad contribuyen a mantener la estabilidad del vehículo y controlar su respuesta en situaciones críticas.
Los sistemas de seguridad pasivos están diseñados para proteger a los ocupantes del vehículo una vez provocado el accidente, reduciendo el riesgo de lesiones y disminuir en todo lo posible las consecuencias del accidente. Un ejemplo de sistema pasivo es el airbag, que protege a los ocupantes cuando se dan accidentes que no se pueden evitar por medio de los sistemas activos.

El programa de estabilidad electrónico ESP es un sistema en lazo cerrado diseñado para mejorar el manejo del vehículo y la respuesta de frenado mediante un programa que controla el sistema de frenado y/o de tracción.
El ABS previene el bloqueo de las ruedas cuando se aplica el freno, mientras el TCS impide que las ruedas patinen durante la aceleración.
Desde un punto de vista general, el ESP aplica un concepto unificado, para controlar la tendencia del vehículo a "irse" o salirse de la calzada, introduciendo correcciones a las diferentes posiciones del volante; manteniendo al mismo tiempo la estabilidad para prevenir que el vehículo derrape lateralmente.

El sistema ESP mejora la seguridad en la conducción mediante las siguientes ventajas:

• Asistencia activa para la dirección en la conducción, incluyendo la ayuda ante condiciones críticas cuando el vehículo está sometido a fuerzas laterales importantes.
• Mejora de la estabilidad del vehículo; el sistema mantiene la estabilidad direccional bajo cualquier condición, incluyendo frenadas repentinas, maniobras comunes de frenado, en condiciones de aceleración, adelantamiento y desplazamiento de carga.
• Aumento de la estabilidad del vehículo en los límites de tracción, como en maniobras en situaciones extremas (como frenazos fortuitos), para reducir el peligro de derrape o choque.
• Mejoras en gran variedad de situaciones, para en el aprovechamiento de potencial de tracción cuando el ABS y el TCS entran en acción, y cuando el MSR (controlador del par de arrastre motor) es activo, aumentando automáticamente la respuesta motora para reducir el excesivo frenado del mismo.

El resultado de estos efectos es el logro distancias de frenado más cortas y mayor tracción, mejorando la estabilidad y consiguiendo mejores niveles de respuesta de dirección.

¿Como funciona el ESP?
Para que el ESP durante el funcionamiento del vehículo pueda reaccionar ante situaciones criticas de la conducción, tiene que responder a dos preguntas:

• a.- Hacia donde conduce el conductor?
• b.- Hacia donde se dirige el vehículo?

A la primera pregunta, el sistema recibe la respuesta del sensor goniometrico de la dirección (volante) y de los sensores de régimen de las ruedas.

La respuesta a la segunda pregunta se obtiene por medición de la magnitud de giro o viraje y de la aceleración transversal.

Si de la información recibida resultan dos diferentes respuestas a las preguntas "a - b", el ESP cuenta con que se puede producir una situación critica y que es necesaria una intervención.

Una situación critica se puede manifestar en dos formas de comportamiento del vehículo:

• El vehículo tiende a "subvirar".
  El ESP evita que el vehículo se salga de la curva, actuando específicamente en el freno de la rueda trasera interior de la curva e interviniendo en la gestión del motor y del cambio de marchas.

• El vehículo tiende a "sobrevirar".
  El ESP evita el derrapaje del vehículo actuando específicamente en el freno de la rueda delantera exterior de la curva e interviniendo en la gestión del motor y del cambio de marchas.

Según se ha visto, el ESP puede actuar contra del sobreviraje y subviraje. A esos efectos es necesario conseguir una modificación direccional, incluso sin una intervención directa en el sistema de dirección.

FUNCIONAMIENTO ESP

Diferencias entre los sistemas ESP
Para evitar el derrapaje y la perdida de control del vehículo, es preciso que el sistema ESP pueda intervenir especificamente en el sistema de frenos, en fracciones de segundo. La presurizacion del sistema se lleva a cabo a través de la bomba de retorno para el ABS. Para mejorar el caudal impelido por la bomba es preciso aportar la suficiente presión previa por el lado aspirante de la bomba.
Precisamente en la generación de esta presión previa reside la diferencia fundamental entre los sistemas de los fabricantes BOSCH y ITT Automotive que son utilizados por el grupo VAG (Audi - Volkswagen, etc.)

En el sistema Bosch:se genera la presión previa por medio de una bomba de precarga. Se denomina bomba hidráulica para regulación dinámica de la marcha y se aloja debajo de la unidad hidráulica, en un soporte compartido con ella. La unidad de control para ESP va separada de la unidad hidráulica.

En el caso de ITT: la presión previa se genera por medio de un amplificador de servofreno activo (también se conoce por el nombre de booster). La unidad hidráulica y la unidad de control están integradas en una sola unidad.

A pesar de que ambos sistemas son idénticos (Bosch e ITT) en lo que respecta a su misión y su principio básico, ambos se diferencian por los componentes que los integran.

Sistema ESP de Bosch

Unidad hidráulica
La unidad hidráulica o hidrogrupo trabaja con dos circuitos de frenado, con reparto en diagonal o en "X". En comparación con unidades ABS más antiguas, ha sido ampliada con una válvula de conmutación y una de aspiración para cada circuito de frenado. La bomba de retorno es ahora una versión autoaspirante.

Con las válvulas de la unidad hidráulica se procede a actuar sobre los bombines de freno en las ruedas. Mediante la actuación sobre las válvulas de admisión y escape se pueden establecer tres diferentes estados operativos:

• Generar presión
• Mantener presión
• Degradar presión

Funcionamiento
El funcionamiento del hidrogrupo para una sola rueda lo podemos ver en la figura inferior y se divide en tres estados operativos.

• Degradar presión
  La válvula conmutadora (1) conmuta al sentido inverso.
  
  La válvula de admisión (3) se mantiene cerrada, mientras que la válvula de escape (4) abre. El líquido de frenos puede volver al depósito a través del cilindro maestro en tándem.
• Generar presión
  Si el ESP interviene con un ciclo de regulación, la bomba hidráulica para conducción dinámica (7) empieza a alimentar líquido de frenos del
  depósito hacia el circuito de frenado. Debido a ello está disponible rápidamente una presión de frenado en el bombín de la rueda (5) y en la bomba de retorno (6).
  La bomba de retorno inicia la alimentación para seguir aumentando la presión de frenado.
• Mantener presión
  La válvula de admisión cierra. La válvula de escape se mantiene cerrada. La presión no puede escapar de los bombines de freno en las ruedas.
  La bomba de retorno se detiene y la válvula conmutadora de alta presión (2) cierra.

Unidad de control para ABS con EDS/ASR/ESP
En caso de la versión Bosch, la unidad de control electrónica va separada de la unidad hidráulica.
Incluye un microordenador de altas prestaciones. En virtud de que se tiene que exigir un alto nivel de seguridad a cometer errores, el sistema integra dos unidades procesadoras, así como una vigilancia propia de la tensión y un interfaz para diagnósticos.
Ambas unidades procesadoras utilizan software idénticos para procesar la información y se vigilan mutuamente. En el caso de los sistemas como éste, configurados por partida doble, se dice que tienen redundancia activa.
En el caso, muy poco probable, de que la unidad de control sufra una avería total, ya sólo queda a disposición del conductor el sistema de frenado normal, sin ABS, EBS, ASR y ESP.

Diseño y funcionamiento del ESP
Los sensores de régimen suministran continuamente las señales de velocidad de cada rueda.
El sensor goniométrico de dirección es el único sensor que suministra sus datos directamente a través del CAN-Bus hacia la unidad de control.
Previo análisis de ambas informaciones, la unidad de control calcula la trayectoria teórica, consignada con el volante, y calcula un comportamiento dinámico teórico del vehículo.
El sensor de aceleración transversal informa a la unidad de control acerca del derrapaje lateral.
El sensor de la magnitud de viraje informa sobre la tendencia al derrapaje de la trasera del vehículo. Con ayuda de estas dos informaciones, la unidad de control calcula el comportamiento dinámico efectivo del vehículo.

Si los comportamientos dinámicos teórico y efectivo difieren entre sí, se procede a calcular una intervención de regulación.

El ESP decide:

• qué rueda debe ser frenada o acelerada intensamente,
• si es necesario reducir el par del motor, y
• si en vehículos automáticos es preciso actuar sobre la unidad de control del cambio.

Analizando los datos que siguen llegando de los sensores, el sistema revisa si ha tenido éxito con la intervención:

• En caso afirmativo finaliza la intervención y se sigue observando el comportamiento dinámico del vehículo.
• En caso negativo se vuelve a correr un ciclo de regulación.

Al producirse una intervención de regulación, se visualiza esta particularidad al conductor haciendo parpadear el testigo luminoso ESP.

Transmisor goniométrico de dirección
Va alojado en la columna de dirección, entre el mando combinado y el volante.
El transmisor se encarga de transmitir el ángulo de giro del volante a la unidad de control para ABS con EDS/ASR/ESP. Se registra un ángulo de ±720º, equivalente a cuatro vueltas completas del volante.
El anillo retractor con anillo colector para el airbag está integrado en el transmisor goniométrico de dirección y alojado en su parte inferior.

Si falla la información procedente del sensor goniométrico de dirección, el sistema ESP no se puede formar una idea concreta acerca de la dirección de marcha deseada. La función ESP se paraliza.
Es el único sensor del sistema ESP, que transmite su información directamente a través del CAN-Bus hacia la unidad de control.

Después de sustituir la unidad de control o el sensor es preciso volver a calibrar la posición cero.

• Transmisor goniométrico de dirección, sin comunicación
• Ajuste incorrecto
• Avería mecánica
• Defecto
• Señal no plausible

Funcionamiento
Simplifiquemos la configuración, enfrentando una corredera perforada de valores incrementales (1) y una corredera perforada de valores absolutos (2). Entre ambas correderas hay una fuente luminosa (3). En la parte exterior se encuentran los sensores ópticos (4 y 5).

Al pasar la luz a través de una rendija hacia un sensor, se produce en éste una tensión de señal. Si se cubre la fuente luminosa se interrumpe nuevamente la tensión.
Si movemos ahora las correderas perforadas, se producen dos diferentes secuencias de tensiones:

• El sensor incremental suministra una señal uniforme, porque las rendijas o ventanas están espaciadas de forma equidistante.
• El sensor de valores absolutos produce una señal irregular, debido a que la corredera tiene huecos y distancias irregulares.

Por comparación de ambas señales, el sistema puede calcular la longitud a que fueron movidas las correderas. El punto inicial del movimiento lo define la parte correspondiente a valores absolutos.
El transmisor goniométrico de dirección trabaja según este mismo principio, pero esté diseñado para un movimiento de rotación.

Transmisor de aceleración transversal
Por motivos físicos es conveniente que este sensor esté instalado lo más cerca posible del centro de gravedad del vehículo. Por ese motivo se instala en el vano reposapiés, debajo del asiento del conductor.
Este transmisor detecta si existen fuerzas laterales que tratan de sacar el vehículo de su trayectoria prevista, y en caso afirmativo, detecta su intensidad.
Sin la medición de la aceleración transversal por fallo del transmisor, en la unidad de control no se puede calcular el estado efectivo de la marcha. La función ESP se paraliza. Este sensor es muy delicado, puede sufrir daños con facilidad.

La configuración del transmisor esta representada de forma simplificada en la figura inferior. Consta de un imán permanente (1), un muelle (2), una placa
amortiguadora (3) y un sensor Hall (4).
El imán permanente, el muelle y la placa amortiguadora constituyen un sistema magnético. El imán está comunicado fijamente con el muelle y puede oscilar por medio de la placa amortiguadora.

Funcionamiento
Al actuar una aceleración transversal en el vehículo (a), el imán permanente, debido a su inercia de la masa, sólo acompaña con retardo el movimiento generado. Eso significa, que la placa amortiguadora se aleja conjuntamente con la carcasa del sensor y con todo el vehículo, debajo del imán permanente, el cual se mantiene primeramente en reposo.
Con este movimiento se generan corrientes eléctricas de Focault en la placa amortiguadora, las cuales generan a su vez un campo magnético contrario al del imán permanente. Debido a ello se debilita la intensidad del campo magnético general. Esto provoca una modificación en la tensión Hall (U).
La variación que experimenta la tensión es directamente proporcional a la intensidad de la aceleración transversal.
Esto significa, que cuanto más intenso es el movimiento entre la placa amortiguadora y el imán, tanto más se debilita el campo magnético y tanto más claramente varía la tensión de Hall.
Al no existir ninguna aceleración transversal, la tensión de Hall se mantiene constante.

Transmisor de la magnitud de viraje
También este sensor debe hallarse lo más cerca posible del centro de gravedad del vehículo. El transmisor de la magnitud de viraje tiene sus orígenes en la tecnología de la navegación espacial. Analiza si actúan pares de giro sobre un cuerpo. Según su posición de montaje se puede comprobar así el giro en torno a uno de los ejes espaciales. En el ESP, el sensor tiene que detectar si el vehículo gira en torno al eje geométrico vertical.

Funcionamiento
El componente básico es un pequeño cilindro hueco de metal (figura inferior), que posee ocho elementos piezoeléctricos. Cuatro de ellos someten al cilindro hueco a una oscilación resonante (a). Los otros cuatro elementos "observan" si varían los sitios en que se encuentran los nodos de oscilación del cilindro. Y precisamente esto sucede si un par de giro actúa sobre el cilindro hueco. Los nodos de oscilación se desplazan (b). Este desplazamiento lo miden los elementos piezoelectricos observadores y transmiten una señal correspondiente a la unidad de control, la cual calcula de ahí la magnitud del viraje.

Sensor combinado
Este sensor es una evolución de los anteriormente estudiados y se pueden agrupar en el mismo dispositivo estos dos transmisores:

• Transmisor de aceleración transversal
• Transmisor de la magnitud de viraje

Las ventajas que ello supone residen en:

• las dimensiones compactas del montaje,
• la orientación exacta de ambos sensores entre sí, que no puede ser alterada,
• una configuración más robusta.

Los componentes van montados en una placa de circuitos impresos y trabajan según principios micromecánicos. La conexión se establece por medio de un conector de seis polos.
La medición de la aceleración transversal se realiza de acuerdo con un principio capacitivo.
La magnitud del viraje se detecta midiendo la aceleración de Coriolis que interviene.

Configuración del transmisor de aceleración transversal
El transmisor es un componente de tamaño mínimo en la placa de circuitos impresos del sensor combinado.
En términos muy simplificados, nos podemos imaginar su configuración como la de una placa de condensador suspendida con una masa móvil, de modo que pueda oscilar. Otras dos placas de condensador, montadas en disposición fija, enmarcan a la placa móvil de modo que se produzcan dos condensadores K1 y K2 conectados uno tras otro. Con ayuda de electrodos es posible medir la carga que pueden absorber ambos condensadores. Esta carga se denomina capacidad C.

Funcionamiento
Al no actuar ningún efecto de aceleración sobre este sistema, las cargas medidas C1 y C2 son iguales en ambos condensadores.
Si actúa una aceleración transversal, la inercia de las masas móviles en la placa intermedia hace que esta pieza experimente un desplazamiento, con respecto a las placas fijas, en dirección opuesta a la de la aceleración. De esa forma varía la distancia entre las placas y, por tanto, las cargas de los condensadores parciales.
La distancia de las placas en el condensador K1 aumenta, reduciendose la capacidad correspondiente C1. La distancia de las placas de K2 se reduce, aumentando la capacidad C2.

Configuración del transmisor de la magnitud de viraje
El transmisor de la magnitud de viraje se aloja en la misma placa de circuitos impresos, pero separado del sensor de aceleración transversal.
También para éste utilizamos una representación simplificada. Imaginemonos, que en un campo magnético constante se suspende entre los Polos Norte y Sur, con un soporte correspondiente, una masa que puede ser sometida a oscilaciones. La masa oscilante tiene pistas de circuito, las cuales representan el sensor propiamente dicho.
Por motivos de seguridad, en el transmisor real existe esta configuración por partida doble.

Funcionamiento
Si se aplica una tensión alterna U~, empieza a oscilar en el campo magnético la parte que soporta las pistas de circuito. Si ahora actúa una aceleración giratoria sobre este conjunto, la masa oscilante, en virtud de su inercia, se desvía del movimiento oscilante rectilíneo, debido a la intervención de una aceleración de Coriolis. En virtud de que esto sucede en un campo magnético, varía el comportamiento eléctrico de las pistas de circuito.
La medición de esta variación constituye así una medida para la intensidad y dirección de la aceleración de Coriolis. El analizador electrónico calcula la magnitud de viraje a partir de este valor.

Transmisor de presión de frenado
Está atornillado en la bomba hidráulica para regulación dinámica de la marcha. El transmisor informa a la unidad de control acerca de la presión actual en
el circuito de frenado. Con ayuda de esta información, la unidad de control calcula las fuerzas de frenado de las ruedas y, con éstas, las fuerzas longitudinales
que actúan sobre el vehículo. Si resulta necesaria una intervención del ESP, la unidad de control integra este valor en el cálculo de las fuerzas de guiado lateral.
Sin los datos acerca de la presión de frenado actual, el sistema ya no puede calcular correctamente las fuerzas de guiado lateral. Se paraliza la función ESP.

La pieza principal del sensor es un elemento piezoeléctrico (a), sobre el cual puede actuar la presión del líquido de frenos, el mismo sensor incluye la electrónica del sensor (b).

Funcionamiento
Al actuar la presión del líquido de frenos sobre el elemento piezoeléctrico varía el reparto de las cargas en el elemento.
Sin la actuación de la presión, las cargas tienen un reparto uniforme. Al actuar una presión, las cargas se desplazan espacialmente, produciendose una tensión eléctrica. Cuanto mayor es la presión, tanto más intensamente se separan las cargas. La tensión aumenta. En el circuito electrónico incorporado se intensifica la tensión y se transmite como señal hacia la unidad de control.
La magnitud de la tensión constituye de esa forma una medida directa de la presión reinante en el sistema de frenos.

Pulsador para ASR/ESP
Según el tipo de vehículo en cuestión, el pulsador se halla en la zona próxima al cuadro de instrumentos.
Sirve para que el conductor pueda desactivar la función ESP. Se reactiva pisando el freno u oprimiendo una vez más el pulsador. Si el conductor se olvida de volver a conectar el sistema, Este se reactiva automáticamente con motivo del siguiente arranque del motor.

Es conveniente desactivar la función ESP en los siguientes casos:

• para desatascar el coche en vaivén, con objeto de sacarlo de la nieve profunda o de un suelo de baja consistencia,
• para conducir con cadenas para nieve, y
• para hacer funcionar el vehículo en un banco de pruebas de potencia.

No es posible desactivar el sistema durante un ciclo de intervención del ESP y a partir de una cierta velocidad específica. Si esta averiado el pulsador no es posible desactivar el ESP. El funcionamiento incorrecto se visualiza en el cuadro de instrumentos, a base de encenderse el testigo luminoso para ASR/ESP.

Bomba hidráulica para regulación dinámica de la marcha
Va situada en un soporte común, debajo de la unidad hidráulica, en el vano motor.
En un sistema ABS se tiene que suministrar una pequeña cantidad de líquido de frenos, superando una gran presión ejercida por el pedal de freno. Esta función corre a cargo de la bomba de retorno. Sin embargo, no puede suministrar una gran cantidad de líquido si el pedal de freno está sometido a escasa o ninguna presión, porque el líquido de frenos posee una alta viscosidad a bajas temperaturas.
En virtud de ello se necesita una bomba hidráulica suplementaria para los sistemas ESP, con objeto de generar la presión previa necesaria por el lado aspirante de la bomba de retorno.
La presión de precarga se limita por medio de un estrangulador en el cilindro maestro. La propia bomba hidráulica para regulación dinámica de la marcha no se somete a regulación.
En caso de avería de la bomba no funciona el sistema ESP. Esto no afecta a los sistemas ABS, EDS y ASR.

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