Diagnóstico de dirección asistida eléctrica

A fines de la década de 1990, los ingenieros y los fabricantes de equipos originales predijeron un futuro en el que la arquitectura eléctrica de 42 voltios sería una característica estándar en todos los vehículos nuevos. Este sistema de alto voltaje fue una solución para la potencia requerida para cargas como la dirección asistida eléctrica. Llegó hasta un estándar SAE para que los OEM y los proveedores pudieran implementar estos sistemas. ¿Qué pasó? La respuesta simple es que los ingenieros mejoraron la forma en que se administraba la energía de 12 voltios en el vehículo.

Durante este período, muchos ingenieros se enfrentaron a otra tendencia llamada multiplexación. Hace veinticinco años, los vehículos tenían muchos sistemas que funcionaban independientemente de otros sistemas. Por ejemplo, es posible que haya visto un módulo de control del motor hablando con un módulo de control de la transmisión o un módulo ABS a través de una red de área de control (CAN). Pero era raro tener un control de la carrocería, un grupo de instrumentos o módulos de suspensión neumática que se comunicaran entre sí. La multiplexación se consideraba una forma de armonizar las operaciones. Los técnicos conocen la multiplexación como las muchas redes y puertas de enlace que se encuentran en los vehículos de último modelo. Es lo que hizo posible la dirección asistida eléctrica con sistemas de 12 voltios.

El debate de los 42 voltios acertó en la predicción sobre el aumento de las cargas eléctricas. Lo que salió mal fue el nivel de conectividad y velocidad de estas redes. Los ingenieros sabían que los sistemas de dirección asistida eléctrica podían consumir más de 60 amperios durante los niveles máximos de asistencia. La gestión de estas cargas en el sistema eléctrico podría ser difícil. Si el sistema de dirección asistida eléctrica no pudiera comunicarse con el módulo de control del motor, la velocidad y la potencia del motor podrían fluctuar cuando se necesitara asistencia.

Es posible que haya notado que con muchos vehículos nacionales e importados que comenzaron a hacer el cambio a la dirección asistida eléctrica, introdujeron módulos que administraban la distribución de energía para el sistema eléctrico de un vehículo al mismo tiempo. Estos módulos de potencia están interconectados y pueden manejar las cargas causadas por cambios repentinos en la dirección y la activación de las válvulas en el módulo ABS que pueden requerir 80 amperios de potencia.

El diagnóstico de los sistemas de dirección asistida eléctrica requiere una comprensión del voltaje, la corriente y las cargas. Además, un técnico debe comprender cómo funcionan juntos los módulos y los sensores para determinar el nivel de asistencia.

La mayoría de los sistemas de dirección asistida eléctrica utilizan un motor eléctrico. Algunos motores usan un diseño sin escobillas y tienen un rango de voltaje operativo de 9 a 16 voltios.

El motor utiliza un sensor de rotación que determina su posición. En algunos sistemas, si se reemplaza el módulo o se cambia la convergencia, se deben aprender los topes finales del sistema de dirección para que el motor no empuje la cremallera más allá del ángulo máximo de dirección. Este podría ser un paso adicional además de calibrar el sensor de ángulo de dirección. El motor se puede conectar a la cremallera o columna de dirección. Hoy en día, más vehículos utilizan motores que se montan en la base del mecanismo de dirección o en el extremo opuesto de la cremallera.

Un módulo de dirección asistida eléctrica es más que una placa de circuito y conectores en una caja de aluminio. El módulo contiene los controladores, generadores de señales e interruptores MOSFET que alimentan y controlan el motor eléctrico. El módulo también contiene un circuito de monitoreo de corriente que mide los amperios que usa el motor. El monitor de corriente y otras entradas determinan la temperatura del motor mediante un algoritmo que incluso tiene en cuenta la temperatura ambiente.

Si el sistema detecta una condición que podría causar que el motor se sobrecaliente, el módulo reducirá la cantidad de corriente que va al motor. El sistema puede entrar en un modo a prueba de fallas, generar un DTC y alertar al conductor con una luz o mensaje de advertencia.

La medición del ángulo de posición del volante y la velocidad de giro proporciona información crítica para los sistemas de dirección asistida eléctrica. La herramienta de escaneo normalmente mostrará esta información en grados. El sensor de ángulo de dirección (SAS) suele ser parte de un grupo de sensores en la columna de dirección. El grupo de sensores siempre tendrá más de un sensor de posición de dirección. Algunos grupos de sensores tienen tres sensores para confirmar los datos. Algunos clústeres SAS y módulos de sensores están conectados a un bus CAN. El módulo o grupo SAS se puede conectar directamente al módulo ABS/ESC en un bus CAN, o puede ser parte del CAN general en un bucle que conecta varios módulos en el vehículo.

El sensor de par de dirección mide la fuerza de dirección aplicada por el conductor y permite un control sensible de la asistencia de dirección eléctrica. Cumple la misma función que una válvula de carrete en un sistema de dirección asistida hidráulica.

El sistema de dirección asistida eléctrica suele formar parte del bus CAN de alta velocidad del vehículo. En esta red se encuentra el ECM para el motor y el ABS/sistema de control de estabilidad. Estos módulos comparten información sobre la velocidad del vehículo, el ángulo de dirección y el funcionamiento del motor. Otra información, como la temperatura ambiente, se comparte a través de módulos de puerta de enlace como el grupo de instrumentos.

La información compartida se puede utilizar para resolver problemas mecánicos como el par de dirección que experimentan los vehículos de tracción delantera. El ECM podría recibir la entrada del pedal del acelerador, lo que indica que el conductor quiere acelerar completamente mientras el vehículo está a baja velocidad. La información podría ser utilizada por el módulo de dirección asistida para agregar niveles específicos de torque para contrarrestar la dirección de torque. El módulo ABS también puede aplicar los frenos para dirigir el vehículo.

El sistema de dirección asistida eléctrica tiene un software sofisticado que puede regular no solo la cantidad de asistencia, sino también cómo se siente la dirección para el conductor. El software también regula la temperatura del motor. Los OEM a menudo lanzan actualizaciones para el módulo de dirección asistida. Estas actualizaciones pueden ayudar a resolver problemas intermitentes y códigos que podrían hacer que la luz se encienda y que el sistema entre en un modo a prueba de fallas.

La dirección asistida eléctrica puede ayudar a devolver la dirección al centro después de completar un giro. La información del sensor de posición de la dirección evita que el sistema "sobrepase" la posición central. Esta característica es fundamental en los vehículos actuales con llantas de gran diámetro. La función de retorno permite un caster menos positivo para aumentar la estabilidad del vehículo y mejorar la sensación de dirección.

La dirección asistida eléctrica puede ayudar a amortiguar los golpes en el volante debido a las irregularidades en la carretera. Utiliza información sobre la posición del volante y la velocidad para determinar la cantidad de amortiguación. A veces, la dirección entraba en este modo mientras el vehículo estaba estacionado con el motor encendido y el conductor podía notar pequeños movimientos en el volante.

El sistema de dirección asistida eléctrica puede eliminar un pequeño tirón causado por los neumáticos, el coronamiento de la carretera y las cargas. El motor puede ayudar a empujar contra el tirón. Algunos sistemas aprenderán cómo tira un vehículo. Eventualmente, el sistema compensará automáticamente. Puede borrar esta compensación aprendida con una herramienta de escaneo.

Con datos más precisos y módulos más rápidos, el motor eléctrico del bastidor está haciendo mucho más que solo ayudar al conductor. Con solo unos pocos sensores más y un nuevo software, el vehículo puede volverse autodirigido.

¿No se puede aparcar en paralelo? Instale algunos sensores de proximidad en los parachoques que se pueden usar para un sistema de asistencia de estacionamiento que puede estacionar un vehículo en paralelo. Todo lo que el conductor tiene que hacer es accionar el acelerador y el freno.

Agregue cámaras delanteras y traseras y sensores de proximidad a los espejos laterales, y tendrá un sistema de cambio de carril que puede indicar cuándo el vehículo se está desviando de su carril. Los sistemas leves pueden sacudir el volante como si estuvieran golpeando una banda sonora imaginaria; los sistemas más agresivos pueden actuar y dirigir el vehículo de vuelta al carril.

Los sistemas de dirección asistida eléctrica normalmente no se pueden reparar arrojando piezas al problema. El bastidor y el módulo pueden ser muy costosos de reemplazar. Los sensores de par y ángulo de dirección son difíciles de cambiar debido a su posición en la columna de dirección.

El mejor enfoque para diagnosticar estos sistemas es mirar las entradas, los códigos y la red a través de una herramienta de escaneo incluso antes de una inspección física de los componentes. Debe mirar los datos de los sensores para asegurarse de que no estén dando información errónea. Además, mire los otros módulos en el bus CAN para ver si se están comunicando. La falta de datos, como la velocidad del vehículo o la guiñada, puede hacer que el sistema entre en un modo a prueba de fallas.

Ford, Audi, Mercedes-Benz, Honda y GM están introduciendo sistemas de dirección con relaciones variables en algunas plataformas. Algunos fabricantes de automóviles también lo llaman dirección adaptativa.

La dirección de relación variable cambia la relación entre las acciones del conductor en el volante y cuánto giran las ruedas delanteras. Con la dirección de relación variable, la relación cambia continuamente con la velocidad del vehículo, optimizando la respuesta de la dirección en todas las condiciones.

A velocidades más bajas, como al ingresar a un espacio de estacionamiento o maniobrar en áreas estrechas, se requieren menos giros del volante. La dirección adaptativa hace que el vehículo sea más ágil y más fácil de girar, ya que ajusta más la dirección al volante.

A velocidades de autopista, el sistema optimiza la respuesta de la dirección, lo que permite que el vehículo reaccione con mayor suavidad a cada movimiento de la dirección. Los sistemas de Ford y Mercedes-Benz utilizan un actuador controlado con precisión colocado dentro del volante y no requieren realizar cambios en el sistema de dirección tradicional de un vehículo.

El actuador es un motor eléctrico y un sistema de engranajes que esencialmente puede sumar o restar de las entradas de dirección del conductor. El resultado es una mejor experiencia de conducción a todas las velocidades, independientemente del tamaño o la clase del vehículo.