UNIVERSIDAD DE PAMPLONA FACULTAD DE INGENIERAS Y ARQUITECTURA

PROGRAMA DE INGENIERA ELECTRNICA

TRABAJO PARA OPTAR POR EL TITULO DE INGENIERO ELECTRNICO

TITULO: DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN SISTEMA ELECTRNICO DE INFORMACIN Y MONITOREO DE UN AUTOMVIL

AUTOR: ROGERS ARISTIZABAL SILVA DIRECTOR: ING. GUSTAF DIMITRI PULIDO LVAREZ

PAMPLONA, COLOMBIA MARZO 1 DEL 2006

UNIVERSIDAD DE PAMPLONA FACULTAD DE INGENIERAS Y ARQUITECTURA

PROGRAMA INGENIERA ELECTRNICA

TRABAJO PARA OPTAR POR EL TITULO DE INGENIERO ELECTRNICO

TITULO: DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN SISTEMA ELECTRNICO DE INFORMACIN Y MONITOREO DE UN AUTOMVIL

NOMBRES Y FIRMAS DE AUTORIZACIN: AUTOR: ROGERS ARISTIZABAL SILVA DIRECTOR: ING. GUSTAF DIMITRI PULIDO ALVREZ OPONENTE: ING. JULIO CESAR OSPINO ARIAS COORDINADOR DEL PROGRAMA: ING. RAMN ANTONIO LVAREZ LPEZ JURADO CALIFICADOR: PhD. CRISTHIAN MANUEL DURAN A.

PAMPLONA, COLOMBIA MARZO 1 DEL 2006

El hombre en todo momento es responsable. Su xito no est con las

estrellas, est dentro de s mismo. Debe llevar la lucha de la

autocorreccin y la disciplina. Debe luchar contra la mediocridad

como un pecado y vivir la aspiracin al ms alto ideal de la vida.

Frank Curtis Williams.

DEDICATORIA

A Dios Padre, fuente de vida e inspiracin para los hombres.

A mi madre Marina, que siempre estuvo en los buenos y malos momentos,

siempre alentndome a seguir adelante y a quien le debo todo lo que soy.

A mi padre Jos, que con su apoyo y sus sabios consejos marcaron una parte

significativa de mi vida y me alent a cumplir este sueo.

A mi hermana Fabiola y sobrina Maria Camila, las cuales son mi tesoro ms

preciado y fuente de apoyo e inspiracin para cumplir mis metas.

Rogers.

AGRADECIMIENTOS

Mi ms sincero agradecimiento a mi Director de tesis Ing. Gustaf Dimitri Pulido lvarez,

por su confianza y apoyo para llevar a cabo este proyecto.

A mis amigos Judith Cristancho, Jorge Alexis Ortega, Rodrigo Caldern, Adrin Carvajal,

Durvvin Rozo, Jeovani Gonzlez, Jair Urbina, porque su amistad ha sido incondicional y

su apoyo fue fundamental en momentos difciles.

A Sandra Caldera por su colaboracin y ayuda el cual fue indispensable para superar

satisfactoriamente esta etapa de mi vida.

A Javier Blanco por su colaboracin y consejos para un desarrollo satisfactorio del

proyecto.

A todas y cada una de las personas que colaboraron desinteresadamente para poder lograr

los objetivos del proyecto, de manera especial al Ing. Eudin Surez Rivera.

A mi familia, que me brindo la oportunidad de superarme y me alentaron a cumplir mis

metas.

A todos los profesores de la Universidad de Pamplona, que contribuyeron con los diferentes

conocimientos adquiridos en esta etapa de mi vida.

ROGERS ARISTIZABAL SILVA

PROBLEMA

OBJETO Este proyecto tiene como objetivo, el disear e implementar un sistema electrnico de

informacin y monitoreo aplicado a un automvil.

DESCRIPCIN DEL PROBLEMA El desarrollo permanente del automvil se ha concentrado fundamentalmente en los ltimos

aos en la innovacin de sistemas de componentes elctricas y electrnicas. Un punto final

en este desarrollo no se puede predecir. Todos los sistemas funcionales fundamentales han

sido influenciados o se han hecho realidad debido a la electrnica digital, como por

ejemplo: Sistemas de antibloqueo de frenos, reduccin de gases contaminantes,

disminucin de consumo de combustible, seguro contra robo, gestin electrnica del motor,

y sistemas de diagnosis electrnicas.

El hecho de que los sistemas electrnicos se implanten progresivamente en los vehculos de

transporte terrestre se debe a que estos buscan mejorar su desempeo, reducir costos,

aumentar la confiabilidad, y mejorar la seguridad en las rutas.

En la actualidad uno de los factores de mortalidad ms frecuentes son los accidentes

automovilsticos, que en la mayoria de los casos son causados por conductores imprudentes

que exceden el lmite permitido de velocidad conducen en estado de embriaguez; bajo

este marco surge la idea de integrar sistemas electrnicos que permitan la obtencin de

cierta informacin y monitoreo acerca de el estado del vehiculo y parmetros esenciales

para la buena conduccin del automotor.

DELIMITACIN DEL PROBLEMA

En este trabajo de grado se profundiza en el diseo y construccin de un sistema

electrnico de informacin y monitoreo de un automvil basado en microcontroladores.

LIMITES GEOGRFICOS El presente trabajo inicialmente tiene, un campo de aplicacin en cualquier tipo de vehiculo

familiar, pero se puede implementar en el transporte publico nacional e internacional.

LIMITES CONCEPTUALES El prototipo que se propone en este trabajo puede ser utilizado como apoyo logstico a

propietarios de vehculos multiusuarios o a empresas de transporte publico, adems de

pauta en el diseo de dispositivos en el rea de Lgica Digital de la Universidad de

Pamplona.

LIMITES CRONOLGICOS

El presente proyecto ha sido diseado e implementado cabalmente con las especificaciones

y parmetros mencionados en el anteproyecto, adems incluye un manual de

funcionamiento para el correcto uso del sistema, monografa de proteccin y seguridad

para evitar accidentes automovilsticos en el casco urbano y en carretera. Este ha sido

desarrollado en el segundo periodo acadmico del 2005.

OBJETIVOS

Objetivo general: Disear e implementar un sistema electrnico de informacin y monitoreo de un

automvil.

Objetivos especficos: 1. Investigar acerca del funcionamiento y mantenimiento de vehculos.

2. Identificar los parmetros que estn unidos en el desempeo del vehculo y son tomados directamente de los transductores ya instalados en el mismo.

3. Seleccionar el tipo de sensores adecuados para la obtencin de informacin de los parmetros que no estn definidos en el vehculo.

4. Disear y construir un dispositivo electrnico para la obtencin e interpretacin de las seales enviadas por los sensores, basadas en microcontroladores.

5. Realizar un registro y monitoreo de los parmetros establecidos (prueba de alcoholemia, gestin parental, mantenimiento mecnico programado, protector del

motor contra roturas)

6. Disear un sistema electrnico que asegure los registros y monitoreo de velocidades reglamentadas por el cdigo nacional de transito y transporte.

JUSTIFICACIN

La electrnica ha encontrado un campo de operacin cada vez ms amplio y lucrativo en la

industria automotriz. La utilizacin de radios, seguros y vidrios elctricos, alarmas y

sistemas electrnicos de control se ha vuelto comn en la industria automotriz actual.

La industria electrnica global ha encontrado un importante nicho de desarrollo bastante

interesante y productivo en el sector automotriz. Cada vez es ms frecuente encontrarse con

aplicaciones electrnicas dentro de un vehculo, aplicaciones que van desde dispositivos de

electrnica de consumo incorporados al vehculo, hasta sistemas de seguridad que permiten

prevenir accidentes y reducen los riesgos de sufrir daos fsicos al ocurrir algn siniestro.

Podemos decir que el hecho de desarrollar sistemas electrnicos de informacin y

monitoreo en el rea automotriz no solo se obtiene un aporte a este sector industrial, sino

tambin al sector educativo, ya que el hecho de incursionar en estos sistemas se da la pauta

a estudiantes de Ingeniera Electrnica, Mecatrnica, para disear, integrar, crear e

implantar herramientas y artefactos para su aplicacin en las ramas de sistemas digitales,

telecomunicaciones, automatizacin y robtica. Adems utilizar tecnologa actual y

desarrollar tecnologa emergente para enfrentar los retos de la era moderna, as como

proponer soluciones integrales con una visin amplia de los requerimientos de las empresas

y de la sociedad.

Resumen El uso de sistemas electrnicos de informacin y monitoreo es muy popular en varios

campos de la industria y en el sector automovilstico es cada vez ms importante su

aplicacin. El presente proyecto muestra la identificacin y seleccin de parmetros

reunidos tanto del vehiculo como del conductor, ubicacin de transductores para efectuar

medidas, la concepcin y realizacin de circuitos especialmente adaptados para tomar las

seales de los transductores y luego almacenarlos y visualizarlos en tiempo real mediante

una pantalla de LCD bajo el comando de microcontroladores.

Abstract Nowadays, Electronic, information and monitoring systems are very useful around many

sectors like industry and monitoring, because it is very important their application, that is

the principal goal or aim.

It shows and identification and selection of parameters about a vehicle and its driver; the

ubication of transductors to make decitions; the conception and realization of special

circuits for taking transductor signals that permit to keep and to observe the information in

real time throught a LCD monitor which is under microcontrolers orders.

TABLA DE CONTENIDO DEDICATORIA AGRADECIMIENTOS PROBLEMA OBJETIVOS JUSTIFICACIN RESUMEN INTRODUCCIN.................................................................................................................1 MARCO TERICO............................................................................................................. 2 CAPTULO 1: LA ELECTRNICA EN LA INDUSTRIA AUTOMOTRIZ................ 2 1.1. La electrnica dominar el automvil del futuro para evitar que tenga accidentes?..... 2 1.2. Sensores controlaran la conduccin de los automviles en un futuro no muy lejano. .... 6 1.3. Incluyen ordenadores en vehculos para prevenir a otros conductores. .......................... 8 1.4. La tecnologa en nuestros vehculos.............................................................................. 10 1.4.1. Common rail o conducto comn ................................................................................ 10 1.4.2. Acelerador electrnico................................................................................................ 10 1.4.3. Embrague pilotado...................................................................................................... 10 1.4.4. Llave de tarjeta ........................................................................................................... 10 1.4.5. Llave con memoria para los asientos.......................................................................... 11 1.4.6. GPS (Global Positioning System) .............................................................................. 11 1.4.7. Climatizacin automtica ........................................................................................... 11 1.4.8. Filtros de polen y de carbn activado......................................................................... 11 1.4.9. Sistema de sonido adaptativo ..................................................................................... 11 1.5. Tendencias de diseo..................................................................................................... 11 1.6. Sistemas controlados electrnicamente ......................................................................... 17 1.6.1. Sistema Antibloqueo de Ruedas ................................................................................. 18 1.6.2. Control Electrnico de Velocidad .............................................................................. 19 1.6.3. Sistema Control Electrnico del Motor ...................................................................... 19 1.6.4. Transmisin Controlada Electrnicamente ................................................................ 21 1.6.5. Sistema Electrnico Control de Climatizacin........................................................... 22 1.6.6. Direccin de Potencia de Asistencia Variable y Suspensin Activa.......................... 22 1.6.7. Sistema de Bolsas de Seguridad de Inflado Automtico (Air Bag) ........................... 23 1.6.8. Instrumentacin Electrnica ....................................................................................... 24 1.7. Necesidad de los controles de alcoholemia ................................................................... 25 1.7.1. Historia de las pruebas de alcoholemia ...................................................................... 25 1.7.2. Sistemas de anlisis de alcoholemia........................................................................... 27 1.7.2.1. Anlisis de alcohol en sangre .................................................................................. 27 1.7.2.2. Anlisis de alcohol en orina..................................................................................... 28

1.7.2.3. Anlisis de alcohol en la saliva................................................................................ 28 1.7.2.4. Anlisis de alcohol en el aliento .............................................................................. 29 1.7.3. Dispositivos de anlisis de alcohol en el aliento ........................................................ 29 1.7.3.2 Dispositivos de mano porttiles................................................................................ 30 1.7.3.3 Dispositivos desechables .......................................................................................... 30 1.7.3.4. Dispositivos de bloqueo en vehculos ..................................................................... 31 1.7.4. Fisiologa y alcohol: relacin entre concentracin en sangre y aliento...................... 31 CAPTULO 2: MECNICA Y ELECTRNICA DEL AUTOMVIL ....................... 35 2.1. Introduccin al automvil.............................................................................................. 35 2.1.1. Definicin del automvil ............................................................................................ 35 2.2. Sistemas o conjuntos que forman el automvil ............................................................. 36 2.2.1 La carrocera ................................................................................................................ 36 2.2.1.2. La cabina ................................................................................................................. 36 2.2.2. El chasis...................................................................................................................... 37 2.2.2.1 El bastidor................................................................................................................. 37 2.2.3. El motor ...................................................................................................................... 38 2.2.3.1 Sistemas que componen el motor. ............................................................................ 39 2.2.3.2. Sistema de distribucin............................................................................................ 39 2.2.3.3. Sistema de lubricacin (fig. 2.7).............................................................................. 39 2.2.3.4. Sistema de refrigeracin (fig.2.8) ............................................................................ 40 2.2.3.5. Sistema de alimentacin .......................................................................................... 40 2.2.3.6. Sistema elctrico...................................................................................................... 41 2.2.3.7. La batera ................................................................................................................. 41 2.2.3.8. Circuito de carga de la batera ................................................................................. 42 2.2.3.9. Circuito de encendido elctrico del motor............................................................... 42 2.2.3.10. Circuito de arranque del motor elctrico ............................................................... 43 2.2.3.11. Circuito electrnico para la inyeccin de gasolina................................................ 44 2.2.3.12. Circuito de bujas de caldeo. Motores diesel......................................................... 44 2.2.3.13. Circuito de alumbrado, sealizacin, control y accesorios ................................... 45 2.2.4. Sistema de transmisin ............................................................................................... 45 2.2.4.1. El embrague............................................................................................................. 46 2.2.4.2. La caja de cambios .................................................................................................. 47 2.2.4.3. El rbol de transmisin ............................................................................................ 48 2.2.4.4. El eje motriz (par cnico-diferencial)...................................................................... 48 2.2.4.5 Sistema de suspensin .............................................................................................. 49 2.2.5. Sistema de direccin................................................................................................... 51 2.2.5.1. Caractersticas que debe reunir un Sistema de Direccin........................................ 51 2.2.6. Sistema de frenado ..................................................................................................... 52 2.2.7. Ruedas y neumticos .................................................................................................. 54 2.2.7.1. La rueda ................................................................................................................... 54 2.2.7.2. El neumtico ............................................................................................................ 55 2.3. Sistema Elctrico del Vehiculo ..................................................................................... 56 2.3.1. Concepto de electricidad y magnetismo..................................................................... 56

2.3.1.1. Corriente elctrica ................................................................................................... 56 2.3.1.2. Intensidad de corriente ............................................................................................ 57 2.3.1.3. Diferencia de potencial (voltaje) ............................................................................. 58 2.3.1.4. Resistencia elctrica ................................................................................................ 59 2.3.1.5. Potencia elctrica..................................................................................................... 60 2.3.1.6. Fusibles.................................................................................................................... 60 2.3.1.7. Magnetismo ............................................................................................................. 60 2.3.1.8. Lneas de fuerza....................................................................................................... 61 2.3.1.9. Campo magntico .................................................................................................... 62 2.3.1.10. Electromagnetismo ................................................................................................ 62 2.3.1.11. Induccin electromagntica................................................................................... 63 2.3.1.11.1. Corrientes inducidas ........................................................................................... 63 2.3.2. Sistema de encendido ................................................................................................. 63 2.3.2.1. Encendido por batera.............................................................................................. 64 2.3.2.1.2. Elementos principales del sistema de encendido por batera ............................... 65 2.3.2.1.3. Llave de contacto.................................................................................................. 65 2.3.2.1.4. Posiciones del interruptor de puesta en marcha.................................................... 66 2.3.2.2. Bobina...................................................................................................................... 66 2.3.2.2.1 Ruptor .................................................................................................................... 67 2.3.2.2.2. Condendador......................................................................................................... 69 2.3.2.2.3. Distribuidor........................................................................................................... 69 2.3.2.2.4. Mecanismo de regulacin automtica .................................................................. 70 2.3.2.2.5. Bujas .................................................................................................................... 72 2.3.2.2.6. Funcionamiento del sistema de encendido por batera......................................... 74 2.3.2.2.7 Encendido transistorizado...................................................................................... 76 2.3.2.2.8 Encendido electrnico ........................................................................................... 77 2.4. Sistema Electrnico del Vehiculo.................................................................................. 78 2.4.1. ECM o ECU ............................................................................................................... 78 2.4.1.1. Conector EOBD II ................................................................................................... 80 2.5. Sensores ......................................................................................................................... 81 2.5.1. Tipos de sensores........................................................................................................ 82 2.5.1.1. Sensor de temperatura ............................................................................................. 83 2.5.1.1.1. Sensor de temperatura del refrigerante................................................................. 83 2.5.1.1.2. Sensor de temperatura del aire.............................................................................. 84 2.5.1.2. Potencimetro sensor de mariposa .......................................................................... 85 2.5.1.2.1. Caudalmetro LH-jetronic (por hilo caliente)....................................................... 86 2.5.1.2.2. Caudalmetro D-jetronic (por mariposa) .............................................................. 86 2.5.1.2.3. Sensor de masa del flujo de aire (MAF)............................................................... 87 2.5.1.2.4. Sensor de presin absoluta MAP.......................................................................... 87 2.5.1.2.5. Sensor de posicin de la mariposa (TPS) ............................................................. 90 2.5.1.3. Sensor inductivo ...................................................................................................... 91 2.5.1.3.1. Sensor PMS y RPM.............................................................................................. 91 2.5.1.3.2. Sensor de induccin.............................................................................................. 93

2.5.1.3.3. Sensor del cigeal............................................................................................... 93 2.5.1.4. Sensor de pistoneo piezo elctrico........................................................................... 94 2.5.1.4.1. Sensores de detonacin......................................................................................... 94 2.5.1.5. Sensor hall ............................................................................................................... 95 2.5.1.5.1. Sensor de distancia recorrida................................................................................ 96 2.5.1.5.2. Sensor de velocidad de giro de ruedas ................................................................. 97 CAPTULO 3: DESCRIPCIN DE DISPOSITIVOS.................................................... 98 3.1. Seleccin de Controlador............................................................................................... 98 3.1.1. Los PICs de Microchip ............................................................................................... 98 3.1.1.1. Historia de los PICs. ................................................................................................ 99 3.1.1.2. Caractersticas de los PICs ...................................................................................... 99 3.1.1.3. Gamas de PICs ...................................................................................................... 102 3.1.1.4. La memoria............................................................................................................ 103 3.1.1.4.2. Memoria de programa ........................................................................................ 104 3.1.1.4.3. Registros ............................................................................................................. 105 3.1.1.4.4. Contador de programa. ....................................................................................... 105 3.1.1.4.6. Puertos de Entrada / Salida................................................................................. 107 3.1.1.4.7. Temporizador / Contador ................................................................................... 107 3.1.1.4.8. Interrupciones ..................................................................................................... 108 3.1.1.4.9. Instrucciones....................................................................................................... 109 3.1.1.4.10. Modos de direccionamiento ............................................................................. 109 3.1.1.5. Oscilador externo................................................................................................... 109 3.1.1.6. Herramientas de desarrollo.................................................................................... 111 3.1.2. PIC 18F452............................................................................................................... 111 3.1.2.1. El procesador del PIC18F452................................................................................ 111 3.1.2.2. Diagrama de bloques PIC 18F452......................................................................... 112 3.1.2.3. Organizacin de la Memoria. ................................................................................ 113 3.1.2.3.1. Memoria Interna (RAM). ................................................................................... 113 3.1.2.3.2 Memoria de Programa ........................................................................................ 114 3.1.2.3.3 Contador de programa ......................................................................................... 114 3.1.2.3.4. Puertos de Entrada/Salida................................................................................... 115 3.1.2.3.5 Interrupciones ...................................................................................................... 115 3.1.2.4. Encapsulado........................................................................................................... 117 3.1.2.5 Puertos de Comunicacin ...................................................................................... 117 3.1.2.5.1 Modulo MSSP ..................................................................................................... 118 3.1.2.5.2 Modulo Usart....................................................................................................... 118 3.1.2.5.2.1 Asncrono (full-duplex) .................................................................................... 118 3.1.2.5.2.2 Sncrono (semiduplex)...................................................................................... 119 3.2. Pantalla LCD Grfica .................................................................................................. 119 3.2.1. Especificaciones Tcnicas ........................................................................................ 120 3.2.2. Especificaciones generales ....................................................................................... 121 3.2.3. Configuracin de pines............................................................................................. 121 3.3. Reloj en tiempo real (RTC) DS1302 .......................................................................... 121

3.3.1. Configuracin de los pines ....................................................................................... 123 3.3.2. Circuito de operacin ............................................................................................... 123 3.3.3. Diagrama en bloque.................................................................................................. 124 3.3.4. Circuito Oscilador .................................................................................................... 124 3.4 Teclado Matricial 4x4................................................................................................... 124 3.4.1 Funcionamiento del teclado....................................................................................... 125 3.5. Alcoholmetro Digital.................................................................................................. 127 3.5.1. Especificaciones Tcnicas ........................................................................................ 128 3.5.2. Semiconductor de tipo sensor de alcohol HS130A .................................................. 129 3.6. Amplificador instrumental INA128P .......................................................................... 129 3.6.1. Descripcin del INA128P......................................................................................... 130 3.6.2. Circuito interno del INA128P .................................................................................. 130 3.6.3. Configuracin de pines............................................................................................. 131 3.6.4. Rangos mximos absolutos ...................................................................................... 131 3.6.5. Valores de Ganancia................................................................................................. 131 3.7. Sensor de efecto hall UGN3503 .................................................................................. 132 3.7.1. Configuracin de pines............................................................................................. 132 Funcionamiento .................................................................................................................. 133 CAPTULO 4: DISEO DEL HARDWARE................................................................ 135 4.1. Especificaciones generales .......................................................................................... 135 4.2. Diagrama en bloques del sistema ................................................................................ 136 4.3. Diseo del circuito....................................................................................................... 136 4.3.1 PIC Maestro (master) ................................................................................................ 137 4.3.1.1. Transmisin serial ................................................................................................. 139 4.3.1.2. Diagrama de flujo del sistema (PIC MASTER) .................................................... 144 4.3.2. PIC Esclavo (slave) .................................................................................................. 145 4.3.2.1. Conversin anlogo-digital ................................................................................... 146 4.3.2.1.1. Registros de trabajo ............................................................................................ 147 4.3.2.2. Diagrama de flujo del sistema (PIC slave) ............................................................ 151 CONCLUSIONES ............................................................................................................ 152 ANLISIS ECONMICO .............................................................................................. 154 MARCO LEGAL.............................................................................................................. 156 PROTECCIN E HIGIENE DEL TRABAJO..............................................................157 CRITERIOS DE CONFIABILIDAD Y DISPONIBILIDAD DEL SISTEMA .......... 158 IMPACTO AMBIENTAL ............................................................................................... 159 RESULTADOS..................................................................................................................160 BIBLIOGRAFA .............................................................................................................. 161 ANEXOS ........................................................................................................................... 162

INTRODUCCIN

En la actualidad uno de los factores de mortalidad ms frecuentes son los accidentes

automovilsticos, que en el mayor de los casos son causados por conductores imprudentes

que exceden el lmite permitido de velocidad conducen en estado de embriaguez; bajo

este marco surge la idea de integrar sistemas electrnicos que permitan la obtencin de

cierta informacin que puedan en algn momento prevenir estos tipos de eventos y en el

mejor de los casos salvar vidas.

Los sistemas electrnicos de informacin y monitoreo son implantados progresivamente en

vehculos de transporte terrestre con el objeto de mejorar su desempeo, reducir costos,

aumentar la confiabilidad y mejorar la seguridad en la vas.

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MARCO TERICO

CAPTULO 1: LA ELECTRNICA EN LA INDUSTRIA AUTOMOTRIZ

El siguiente capitulo describe como la industria automotriz ha incorporado sistemas

electrnicos para ofrecer confort y seguridad por parte de los usuarios.

1.1. La electrnica dominar el automvil del futuro para evitar que tenga accidentes?

La electrnica est conquistando el automvil del futuro, segn los tcnicos del Centro de

Investigacin Austriaco ARC, que proyectan y disean para un futuro inmediato "el coche

que no puede tener ya ningn accidente".

Los investigadores trabajan en un nuevo sistema para evitar accidentes basados en

"embedded systems" o inteligencia electrnica de mando local y han obtenido un encargo

de investigacin por valor de 15 millones de euros, informa EFE.

Con el apoyo de la Unin Europea y en cooperacin con varias empresas renombradas de

automviles desarrollarn sistemas de seguridad fiables por un precio aceptable, revela la

nueva revista austriaca "Format Science".

El automvil del futuro podr "pensar" a travs de sistemas automticos de frenos en

situaciones de emergencia, la direccin automtica que se adapta a las curvas y sensores

que miden la distancia al coche que va delante.

Esos sistemas electrnicos cumplen ya algunas tareas en el coche moderno, como en el

sistema automtico anti-bloqueo ABS, y se calcula que en el futuro aumentar su

aplicacin.

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La tecnologa se orienta en la naturaleza, puesto que el organismo humano tampoco

necesita mandos del cerebro para todo lo que hace, as por ejemplo hay clulas que trabajan

de manera autnoma, explican los cientficos.

El coche del futuro dispondr de redes miniaturizadas que miden y calculan distancias y

velocidad, para actuar por su cuenta.

Los tcnicos de Seibersdorf han desarrollado un prototipo de automvil que evita

automticamente los choques con una red combinada de sensores, elaboracin de imgenes

y anlisis con ordenador que calcula en tiempo real.

El coche recibe rdenes electrnicas para frenar, acelerar o seguir camino con la misma

velocidad y dispone de un detector de estado de somnolencia del piloto.

Tericamente, el conductor podra recostarse en su asiento haciendo trabajar al auto-piloto,

pero en la prctica, ms electrnica equivale todava a mayores riesgos, puesto que 50% de

las averas hoy en da estn directamente relacionadas con un fallo de la electrnica.

Adems el prototipo an no estara en condiciones de servir de vehculo familiar, puesto

que el maletero y los asientos estn atiborrados de dispositivos electrnicos, reconocen los

tcnicos que participan en su desarrollo.

Pero para el futuro prometen un mximo de seguridad y ms placer para el conductor y los

pasajeros, porque el coche automtico se adaptar plenamente a las curvas y adems

anuncian cambios importantes en el diseo relacionado con la nueva tecnologa.

Cada ao, los fabricantes de automviles agregan ms funcionalidades a stos, para brindar

mayor confort y seguridad a los pasajeros, lo cual equivale a integrarles complejos

microcircuitos y sensores en gran parte del vehculo, y as disfrutar de dichos beneficios;

con esto se han quedado atrs los automviles en los que slo era necesario saber a qu

velocidad viajaba o cunto combustible nos restaba en el tanque. Hoy da, el usuario

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exigente busca tener un mejor control y comodidad para adquirir su automvil ltimo

modelo.

Seguramente, alguna vez hemos escuchado acerca de las computadoras en los autos, pero

no sabemos exactamente dnde estn o cules son sus funciones. As pues, en los

automviles modernos podemos encontrar ms de 50 microprocesadores que son necesarios

para reducir emisiones contaminantes, diagnsticos avanzados, reduccin del cableado en

el motor, y como ya se dijo, tener mayor comodidad y seguridad.

Algunos de los dispositivos que integran microprocesadores son la Unidad de Control del

Motor (ECU, por sus siglas en ingls), el mdulo de control de viaje, el mdulo de control

de clima y el mdulo de control de frenos.

La ECU contiene el procesador de mayor carga de trabajo; es la computadora con ms

capacidad en los autos modernos. La ECU trabaja con un esquema que monitorea las

salidas provenientes de un sistema o mdulo para controlar las entradas hacia otro sistema,

mediante un bucle de control. Por ejemplo, obtiene datos de varios sensores de niveles de

temperatura y de oxgeno, despus realiza millones de clculos utilizando diversas

ecuaciones cada segundo para compararlos con diversos valores definidos en tablas, con

base en ello define la cantidad de combustible usada y cunto tiempo un inyector de

gasolina debe permanecer abierto en determinadas situaciones.

Una ECU de un automvil moderno tiene un microprocesador de 32 bits a 40 Mhz, esto

puede resultar gracioso si se compara con las capacidades que tienen los procesadores de

una computadora personal de hasta 2,000 Mhz. Pero lo que lo hace muy eficiente es el

cdigo que est corriendo para hacer sus clculos, que es diferente al de una PC; este

cdigo en promedio, usa un poco menos de un MB de memoria, en comparacin con los

256 o 512 MB de una PC.

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Para su buen funcionamiento, una ECU viene provista de cientos de componentes en una

tarjeta de micro-circuitos. Algunos de stos son: convertidores analgico-digitales, para

convertir, por ejemplo, las salidas de un sensor de oxgeno, que son analgicas, al lenguaje

de unos y ceros para hacerlas entendibles al microprocesador; convertidores digitales-

analgicos, para poder controlar por medio de voltajes algunos componentes del vehculo;

y chips de comunicaciones.

Fig. 1 ECU (Unidad Central Electrnica)

Estos ltimos se implementan con varios estndares de comunicaciones como VAN, ABUS

y el SAE J1850, desarrollados por diversos fabricantes. Sin embargo, uno de los de mayor

uso en comunicaciones en automviles es el denominado Red de rea de Controladores

(CAN, por sus siglas en ingls). Este estndar permite velocidades de comunicacin de

hasta 500 kbps y utiliza conexiones con un par de hilos de cable.

La interfaz de tipo serie (bus) de una red CAN comunica principalmente cuatro sistemas en

un automvil, la ECU, el mdulo de la transmisin, el mdulo de frenos y el mdulo de

prevencin de accidentes. Inicialmente se empleaban buses seriales usando el Transmisor-

Receptor Universal Asncrono (UART), que fue literalmente impuesto por los tres gigantes

de Estados Unidos (Ford, GM y Chrysler), mientras que los fabricantes europeos

utilizaban otros estndares. Las dificultades encontradas al usar diferentes protocolos no se

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hicieron esperar originando con esto una apertura a protocolos ms estandarizados de

arquitectura abierta.

Un bus serial de comunicaciones es necesario, debido a que sin l, la comunicacin entre

los mdulos tendra que ser dedicada y con cables punto a punto que al final resultara en

un complejo y voluminoso cableado que aumentara los costos de instalacin. De esta

forma, utilizando un bus serial de datos, que usa el multiplexaje por divisin de tiempo y

combina las seales en un solo par de cables, se reduce la cantidad de cableado y la

informacin es enviada de forma individual a cada mdulo de control.

Finalmente, esto generara un sinnmero de aplicaciones futuras para los automviles que

podran incluir el acceso va Internet inalmbrico a varios dispositivos del automvil, como

son controles de clima, audio, controles de temperatura, localizacin de partes del motor

on-line en caso de falla, sistemas de localizacin GPS y ms, todo para un mejor confort y

seguridad de los usuarios.

1.2. Sensores controlaran la conduccin de los automviles en un futuro no muy lejano.

Expertos alemanes sealaron que menos de 10 aos el automvil funcionar en gran

medida a base de sensores que le permitirn reconocer el entorno en que se encuentra y, en

caso necesario, asumir el control.

Segn los especialistas, la seguridad y comodidad estar a cargo de las computadoras con

las que se equipar a los nuevos automviles de la industria alemana que busca que el

vehculo reconozca su medio ambiente y tome decisiones.

Para el 2010 los automviles contarn con sistemas de rayos infrarrojos, radares, sistemas

con cmaras de video y sensores a base de ultrasonido, seal el rea de investigacin del

consorcio automotriz alemn, Volkswagen,

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"El auto ve ms all y podr reaccionar en situaciones difciles en las que cada segundo es

de vital importancia, y lo podr hacer an con mayor rapidez que el propio conductor",

agreg la fuente.

Investigadores de Volkswagen sealaron en la ciudad de Wolfsburg, que los nuevos

asistentes electrnicos de conduccin, asumirn en forma activa y revolucionarn la

seguridad de vehculos y conductores.

Las mayores casas automotrices alemanas incluyen tecnologas en sus automviles que se

anticipan a esos desarrollos, como la lnea siete de BMW, el modelo A8 de Audi y los de la

Clase S de Mercedes Benz.

Los vehculos estn equipados con un radar que registra en forma continua los 120 metros

prximos y verifica la distancia a la que se encuentran los automviles a fin de mantener en

forma automtica la distancia y la disminucin de la velocidad en caso necesario.

Las nuevas tecnologas fueron diseadas para evitar que se produzca un accidente, por

ejemplo, advirtiendo sobre el carril en el que se circula, para lo cual una cmara de

televisin reconocer los lmites del carril y la posicin del automvil en l.

De acuerdo con los investigadores de las principales casas automotrices alemanas, el xito

en ese campo lo constituir la asistencia para estacionarse en forma automtica.

El consorcio internacional que ofrece esa nueva tecnologa para estacionarse es Toyota,

aunque por el momento su venta se limita al mercado consumidor japons. El modelo Prius

es el que cuenta con ese sistema.

La tecnologa toma el control del auto y lo estaciona, siempre y cuando el lugar sea lo

suficientemente grande como para poder introducir el auto en un solo movimiento.

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Hasta el momento, ninguna casa automotriz ha conseguido desarrollar en forma suficiente

tecnologas ms complejas para estacionar los vehculos y las limitaciones residen en los

sensores.

El consorcio electrnico alemn, Bosch, desarroll un piloto para estacionar el auto que

cuenta con un sensor que mide la distancia en unos tres metros a fin de evitar que pegue

con otro automvil.

El sensor, que ser producido en serie, realiza con rapidez las mediciones necesarias y le da

luz verde al conductor en caso de que sea posible colocar el auto en ese hueco.

Una vez que obtiene luz verde, el conductor deber estacionarse, aunque el sistema le va

informando con sonidos y smbolos la cercana y la posicin de los autos alrededor

1.3. Incluyen ordenadores en vehculos para prevenir a otros conductores.

Consorcios automovilsticos de Alemania desarrollan un programa de computadoras a

bordo de los vehculos, para transmitir de un automvil a otro en circulacin avisos sobre

diversos peligros o desperfectos en las calles.

El director de Investigacin Automovilstica de la firma automotriz alemana BMW, con

sede en Mnchen, Raymond Freymann, coment que quiz ms pronto de lo que se

imagina podran circular en las calles de Alemania autos con ese tipo de sistemas.

Los sistemas de esos coches se basan en sensores que registran, entre otros, la velocidad del

auto. Si la computadora detecta que un auto con motor encendido no se mueve estando en

la autopista, entonces es seal de que se trata de un congestionamiento.

El sistema computacional, llamado "bordcomputer", enva en pocos segundos esa

informacin va radial a otros coches que cuentan con la misma tecnologa y anuncia al

conductor "cuidado: trfico en `x` kilmetros".

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Freymann subray que los autos podran intercambiar informacin entre s a travs de las

"bordcomputers", lo que sera un gran paso para lograr mayor seguridad en las vas de

circulacin, debido a que se trata de informacin ms precisa que la que emiten en la radio.

El proyecto es patrocinado por la Unin Europea, y en el 2004 se inici el programa

"Advertencia contra peligros locales va inalmbrica", cuyo fin es disminuir hasta 2010 un

50 por ciento el nmero de accidentes de trfico en los que se registran muertes.

Los consorcios automotrices alemanes BMW y Daimler-Chryser llevan a cabo pruebas con

"bordcomputers" que en pocos segundos pueden enviar informacin sobre calles resbalosas

y charcos de aceite a los autos que conducen detrs.

Desde hace varias semanas circulan en la ciudad alemana de Ulm varios coches modelo

smart equipados con esa tecnologa, al tiempo que BMW puso en circulacin en Mnchen

autos de la serie siete que tambin cuentan con ese sistema.

Las computadoras a bordo emiten su informacin a partir de los datos que obtienen del

Sistema de Antibloqueo (ABS), del Programa Electrnico de Estabilidad (ESP) o de los

sensores de aceleracin para el Airbag, entre otros.

Freymann indic que la computadora enva esa informacin a otros autos sin que el

conductor tenga que hacer nada, de manera que cada auto es receptor, emisor y mediador al

mismo tiempo.

Varios consorcios automotrices alemanes acordarn en las prximas semanas una comisin

que se encargue de determinar un sistema estndar para el intercambio de informacin.

Al respecto, el director de Sistemas de Comunicacin de Daimler-Chrysler, Reinhold

Eberhardt, destac que "no tendra ningn sentido si slo un BMW pudiera advertir a un

BMW y un Mercedes slo a un Mercedes".

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Los fabricantes de autos alemanes prevn asimismo acordar ese sistema estndar con firmas

de otros pases, como General Motors y Ford en Estados Unidos, as como con otros

consorcios japoneses.

1.4. La tecnologa en nuestros vehculos.

El avance de la electrnica y la mecnica han puesto al servicio del automvil multitud de

dispositivos que es necesario conocer para elegir con mejor criterio el modelo ms

conveniente a nuestras necesidades.

Las siglas y las definiciones tcnicas denominan numerosas mejoras que pueden resultarnos

tiles o no, segn el uso que demos al vehculo. Estas son algunas de las ms habituales:

1.4.1. Common rail o conducto comn: Sistema para optimizar el consumo y rendimiento del combustible. La gasolina que entra al cilindro no procede de una bomba de

presin sino de una tubera de la que parte una ramificacin para cada inyector. La ventaja

es que la presin es constante, independientemente del rgimen del motor.

1.4.2. Acelerador electrnico: Los sistemas de inyeccin han acabado con el carburador. El pedal del acelerador ya no tira de un hilo sino que emite una seal elctrica

variable en funcin de la intensidad con que lo pisemos. Esta seal llega a los inyectores de

gasolina que introducen la cantidad exacta de gasolina que precisa el motor.

1.4.3. Embrague pilotado: Desaparece el pedal izquierdo. El conductor solo tiene que cambiar de marcha y una bomba hidrulica se encarga de ejercer la fuerza sobre el sistema

de embrague. Tambin controla el grado resbaladizo que hay que aplicarle al engranar la

siguiente velocidad para que el cambio resulte suave y progresivo.

1.4.4. Llave de tarjeta: La tradicional llave del automvil comienza a ser sustituida en los vehculos de alta gama por una tarjeta electrnica, muy similar a las de crdito. Al

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acercarse al vehculo, un sensor detecta su presencia abriendo la puerta al conductor. Para

arrancar el coche, solo hay que introducir la tarjeta en una ranura y pulsar un botn.

1.4.5. Llave con memoria para los asientos: Permiten grabar la posicin de los asientos elegida por varios usuarios. Slo hay que introducir la llave, marcar un cdigo y

los asientos tomarn la altura e inclinacin preseleccionada.

1.4.6. GPS (Global Positioning System): Sistema de navegacin que emplea la seal de tres satlites geoestacionarios para situar nuestro vehculo en un mapa con un error

inferior a los cinco metros. Esto permite que el conductor marque en un mapa su destino y

el sistema le gua por calles y carreteras al punto exacto deseado. Algunos sistemas

contactan con los centros de trfico de las ciudades evitando los atascos y las vas

saturadas.

1.4.7. Climatizacin automtica: Un sistema de sensores detecta la humedad y la temperatura en el vehculo eligiendo la potencia del aire acondicionado para evitar cambios

bruscos que puedan afectar a la salud de los ocupantes.

1.4.8. Filtros de polen y de carbn activado: Los primeros son especialmente indicados para personas con alergias. Los de carbn activado filtran malos olores y algunos

gases nocivos.

1.4.9. Sistema de sonido adaptativo: El equipo de msica y el telfono mvil miden el ruido interior del vehculo adaptando su volumen para que la seal pueda ser

percibida por el conductor.

1.5. Tendencias de diseo.

La industria automotriz junto con la industria auxiliar esta desarrollando los diseos de

automviles que hoy conocemos o que pronto conoceremos en las salas de exhibicin. En

la actualidad los automviles no se disean totalmente en las instalaciones de las grandes

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empresas como en los tiempos pasados, sino que una gran cantidad de empresas auxiliares

participan creando propuestas para ser aprobadas en las armadoras. El diseo se ha vuelto

tan complejo que las armadoras no cuentan con los recursos de tiempo e instalaciones

necesarios para terminar un proyecto dentro del tiempo requerido. Esto quiere decir

tambin que el diseo automotriz se encuentra en ambos lados de la industria y tampoco

esta limitado a la creacin de formas y estructuras que formaran parte de un vehiculo, sino

que tambin se dedica a crear procesos de manufactura y maquinaria que pueda facilitar las

cosas para el diseador de automviles. Cuando estn dentro de una planta de ensamble

solo miren a su alrededor para darse cuenta de la magnitud de la inversin de diseo e

ingeniera contenida en todos los equipos que tienen ante sus ojos* aquel que

verdaderamente ame la ingeniera, podr deleitarse viendo las maravillas que contiene una

planta de pintura automotriz y como este ejemplo hay muchos dentro de las armadoras.*

Ahora bien, el diseo automotriz esta siendo influenciado por tres diferentes causas

principales:

La seguridad

Proteccin del ambiente

Economa de combustible

Estas influencias se amalgaman corriente abajo para dar paso a los diseos ms

sorprendentes que hace unos diez aos nos hubiramos negado a aceptar como posibles.

Por ejemplo, hace algunos aos, tenamos motores v8 de produccin normal que apenas nos

daban una potencia de 160 a 190 caballos de fuerza a un costo de combustible elevado y se

les poda sacar mas potencia por medio de accesorios como supercargadores, carburadores

de alto flujo, encendido electrnico, rboles de levas con mejor traslape, etc. Hoy esto es

posible con simples motores v6 sin ayuda de supercargadores y hasta es posible lograrlo

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con motores de 4 cilindros; ya no nos sorprende ver motores pequeos con alto rendimiento

de potencia. Y como ejemplo, solo mencionare que hay un motor toyota de 4 cilindros,

normalmente aspirado y 2.0l de desplazamiento que tiene una potencia de 206 caballos de

fuerza.

Para que los motores sean amigables con el medio ambiente, la industria esta diseando

motores para:

Bajo consumo de combustible Combustibles alternativos (gas natural, combinaciones de gasolina con metanol o

metanol puro)

Cmaras de combustin que permiten eficientizar el quemado del combustible rboles de levas de diseo novedoso que permiten que alguna parte del ciclo de

combustin dure ms o menos tiempo de acuerdo a los requerimientos del flujo de

gas y demanda de potencia.

Sistemas de encendido controlados cada vez ms por la computadora que gobierna el motor.

Estos cambios a los motores implican verdaderas competencias de la industria auxiliar para

disear otros componentes como bujas, juntas de cabezas, inyectores, sensores, actuadores,

controladores y superconductores; sin dejar de mencionar el desarrollo de nuevos

materiales requeridos para soportar los requerimientos de las cabezas, las vlvulas, los

pistones y anillos. Todo esto nos lleva a la obtencin de motores ms poderosos con una

relacin peso potencia ms grande y eficiente.

Por otro lado, siempre se esta mejorando el diseo de las carroceras desde el punto de vista

aerodinmico para lograr una menor resistencia al aire, restarles peso a los componentes

estructurales y mejorar las condiciones de seguridad del interior de los vehculos.

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Se trabaja arduamente en el desarrollo de tecnologas de mejores materiales para obtener

menor peso, seguridad y facilidades para el ensamble de los mismos autos en las lneas de

montaje. No podemos omitir los esfuerzos para desarrollar mejores tecnologas para la

fabricacin de partes estructurales a un menor costo y sobre todo que nos proporcionen un

mejor desempeo en cuanto a la seguridad de los ocupantes. Como ejemplo, algunas de

estas muchas tecnologas podran ser el proceso de hidroformado y la robtica que nos

permiten producir componentes ms resistentes con menor peso y masa de material. El

proceso de hidroformado requiere un gran conocimiento del comportamiento de los

materiales al ser sometidos a cargas y presiones considerables. Imaginemos el diseo de tan

sofisticada maquinaria para cumplir con las exigencias de este proceso. La robtica, ha

permitido a la industria producir autos ms confiables con soldaduras de alta calidad que

garantizan la integridad estructural de los vehculos; sin dejar de mencionar que la

reduccin de operarios ha sido un bono para las fbricas.

Al mismo tiempo, se trabaja a marchas forzadas para desarrollar otras fuentes de energa

como serian:

Energa elctrica Energa solar Celdas de combustible Automviles hbridos y de aire comprimido

Cada una de las empresas automotrices tiene uno o mas desarrollos de vehculos elctricos

que dependiendo de la aplicacin (pasajeros, carga, utilitarios, etc.), estn siendo

presentados al publico cada vez mas seguido, sobre todo a la poblacin de California que es

el estado mas exigente desde el punto de vista de proteccin al ambiente. La tecnologa de

los vehculos elctricos requiere todava una gran inversin de diseo y desarrollo como lo

pueden ser las bateras, motores y controles.

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Ejemplos:

EV1 de G.M.; ECOSTAR de Ford, el PAL de Honda, el SMART de Mercedes.

As mismo, existen grandes avances en los desarrollos de tecnologas como la de las celdas

de combustible, para lo cual cada empresa tiene su versin con mayores o menores ventajas

entre ellas. Aqu tambin existe una cantidad ilimitada de posibilidades para quien desee

incursionar por los monitores de diseo de las compaas automotrices.

Ejemplos de estos desarrollos son:

El P2000 de Ford, la minivan ZAFIRA de Opel, el XXXXXXX de Daimler Chrysler, el

autobs urbano de Ballard.

Un campo no explorado es el de crear la infraestructura requerida para que estos portentos

tecnolgicos circulen por las ciudades. No hay ciudades ni casas preparadas con estaciones

de carga de bateras para los elctricos, ni con estaciones de abastecimiento de gas natural,

metanol, etc. Se requiere una gran inversin econmica y tecnolgica para que esto suceda.

Los vehculos actuales demandan una gran inversin de diseo en todas las reas, como

ejemplo podemos citar el campo de las maquinas herramientas, procesos de manufactura

automatizados que son ms rpidos y efectivos. Tambin podemos citar el desarrollo de

partes como las llantas, cristales, pinturas, selladores, recubrimientos, textiles, plsticos,

hules, etc. Otro campo sin fin puede ser el de la electrnica que cada vez invade mas los

compartimientos de los autos; imaginemos los desarrollos requeridos para crear los

controles de los frenos ABS que cada vez complican ms su campo de accin, por ejemplo,

controlan en primera instancia el frenado, pero tambin controlan la traccin y se estn

usando para controlar los movimientos del vehiculo en todos los ejes (longitudinal,

transversal y vertical); es decir administran la estabilidad del vehiculo. Imaginemos lo que

tiene que hacer un procesador que controla todo esto: cuando esta tratando de regular la

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presin del fluido a los frenos traseros, otro sensor le indica que la direccin esta girando o

que el auto se inclina hacia un lado o que una rueda delantera ha cambiado su velocidad.

Esto le complica la existencia al procesador que a menudo se tiene que auxiliar de otros

procesadores secundarios.

As mismo, los frenos sern algn da controlados totalmente por el procesador y sern

actuados por energa elctrica que substituir a la energa de los fluidos. Esto todava se

mantendr a nivel prototipos hasta que la produccin de energa pueda ser aumentada

considerablemente ya que el monto de energa requerido para contrarrestar el par de

frenado de las ruedas delanteras es de alrededor de 1000 wats y para el eje trasero es de 100

wats aproximadamente. Aqu volteamos otra vez la cara hacia el desarrollo de mejores

componentes elctricos. Desafortunada o afortunadamente, la electrnica esta dando paso a

una generacin de autos que a modo personal de ver las cosas ser una generacin de autos

aburridos; pues ya existen vehculos en los que la computadora de a bordo controla todas

acciones del automvil guindose por seales de algn satlite y/o de marcas magnticas

del camino. Estos tendrn la ventaja de que nos avisaran de la presencia de obstculos y

tomaran acciones correctivas en nuestro lugar, evitando accidentes potenciales. Estos autos

inhibirn el deseo de manejar un buen deportivo con motor poderoso.

Todos los desarrollos de ingeniera requieren una gran inversin en investigacin y

pruebas, las cuales no se logran de la noche a la maana, imaginemos los equipos que se

tienen que disear al mismo tiempo para correr las pruebas que garantizaran la integridad

de los componentes. El diseo de equipos se ha hecho a marchas forzadas y su xito no ha

sido fcil.

Volviendo al punto de vista ambiental, los diseadores se estn preocupando tambin por

aumentar el porcentaje de componentes que pueden reciclarse en un automvil (vidrio,

acero, aluminio, plstico, hules, lubricantes etc.,). Este es un aspecto que no debe perderse

de vista ya que independientemente de que la norma ISO-14000 este de moda, las empresas

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cuyos diseadores cuiden la naturaleza sern mejor vistas por el pblico y es casi seguro

que prefieran los productos de estas compaas.

Por ultimo, analicemos rpido el impacto de la globalizacin en el diseo. La globalizacin

de la industria es una ventaja muy grande para las grandes corporaciones que cada vez

crecen ms; el efecto negativo para nosotros es que esta practica restringe un poco las

posibilidades para quien desee intervenir en los desarrollos ya que al tener un diseo nico

para la mayor parte del globo, se ahorra una cantidad considerable al tener automviles

comunes en las diversas regiones mundiales, es decir, se requiere un grupo de diseadores

mucho menor al que normalmente estamos acostumbrados a ver en las salas de diseo

automotrices. Por otro lado, como ya se haba mencionado, el diseo de automviles no

esta en la actualidad solamente en las compaas armadoras, afortunadamente tambin se

encuentra cada vez ms en la industria auxiliar. Recuerden que el campo de la ingeniera es

muy vasto y las aplicaciones pueden encontrarse tambin en la industria de los transportes,

maquinaria de construccin y tambin agrcola.

1.6. Sistemas controlados electrnicamente

Actualmente la mayora de los vehculos, o prcticamente todos, contienen todos los

sistemas de control electrnico disponibles:

Sistema antibloqueo de ruedas en el momento de frenado del vehculo. (ABS) Antilock Brake System.

Control electrnico de velocidad. (Control de Velocidad de Crucero). Electronic Speed Control.

Control electrnico del motor. Electronic Engine Control. Control de climatizacin. Climate Control. Sistemas de direccin y suspensin. Steering and Suspensin System. Sistema de bolsas de seguridad de inflado automtico suplementarias. Supplemental

Air Bag System.

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Instrumentacin electrnica. Electronic Instrumentation.

Cada uno de estos sistemas tiene un punto en comn, son todos sistemas controlados

electrnicamente. Estos sistemas contienen componentes elctricos que proveen

constantemente informacin a varias unidades procesadoras de seal. Estas unidades

procesadoras interpretan la informacin recibida y realizan ajustes a medida que es

necesario, de modo de mantener las condiciones ptimas de operacin del sistema.

Fig. 1.2. Unidades Procesadoras en vehculos

1.6.1. Sistema Antibloqueo de Ruedas Este sistema previene, durante un frenado de emergencia, el bloqueo de alguna o de todas

las ruedas del vehculo de forma automtica. Esto es logrado por medio de la modulacin

hidrulica de la presin en el circuito de frenos. Un sistema tpico de ABS incluye un

mdulo de control (electronic controller), sensores de velocidad de giro de ruedas (wheel

speed sensors), una unidad de control hidrulico (HCU) y el cableado correspondiente al

conexionado del conjunto.

La inteligencia del sistema antibloqueo est contenida en el mdulo de control electrnico.

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El mdulo de control monitorea la operacin del sistema en todo momento. El mdulo de

control procesa la informacin proveniente de los censores de velocidad colocados en cada

rueda. Cuando se acta sobre los frenos, si el mdulo de control electrnico detecta que

alguna rueda est en la condicin de bloqueo, enviar las rdenes correspondientes al HCU

(Unidad de Control Hidrulico) de modo que la presin de frenado sea reducida en esa

rueda.

1.6.2. Control Electrnico de Velocidad El Sistema de Control Electrnico de Velocidad es utilizado para mantener una velocidad

de marcha constante del vehculo, velocidad que previamente ha sido seleccionada por el

conductor. El sistema est formado por un conjunto de servo control, sensor de velocidad

del vehculo, mdulo de control electrnico, componentes elctricos y de vaco.

En determinadas aplicaciones, el sistema de control de velocidad est integrado en el ECM

(Control Electrnico de Motor) y en otras aplicaciones este control est contenido como

mdulo aparte. Cuando el conductor activa el sistema de control de velocidad, el mdulo de

control electrnico controla la frecuencia de la seal procedente del sensor de velocidad,

esta informacin es almacenada como dato. Cuando la frecuencia de la seal cambia, el

mdulo de control activa el conjunto de servo control con el fin de mantener constante la

velocidad de marcha.

1.6.3. Sistema Control Electrnico del Motor En el Mdulo de Control Electrnico de Motor (Electronic Engine Control - EEC) se

encuentra contenido el centro inteligente del sistema de operacin del motor. Este sistema

est formado por un Conjunto Electrnico de Control (Electronic Control Assembly -

ECA), distintos sensores que envan seales elctricas conteniendo informacin hacia las

entradas del ECA, seales elctricas de salida del ECA que constituyen los mandos que este

enva hacia los distintos actuadores que maneja y conductores que conectan las entradas,

salidas y la alimentacin elctrica del ECA.

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El ECA es un Microcomputador que continuamente evala o procesa las seales de entrada

provenientes del sistema de operacin del motor y determina la mejor secuencia de

operacin para sus rdenes de salida.

El ECA continuamente monitorea las condiciones de operacin del motor a travs de las

informaciones recibidas desde varios sensores localizados en el motor y en el

compartimento de motor. Entre otros y solamente citando algunos estos son,

Sensor de Temperatura del Refrigerante del Motor (Engine Coolant Temperature Sensor - ECT)

Sensor de Presin Absoluta (Manifold Absolute Pressure Sensor - MAP) Sensor de Temperatura del Aire Admitido (Air Charge Temperature - ACT) Sensor de Velocidad del Vehculo (Vehicle Speed Sensor - VSS) Sensor de Detonacin (Knock Sensor - KS) Sonda de Oxgeno (Exhaust Gas Oxygen Sensor - EGO).

El ECA maneja cosas tales como la Mezcla de Aire/Combustible, Tiempos de Avance del

Encendido y la Velocidad de Rotacin del Motor en ralent, nombrando algunas de las

tantas funciones que realiza. Incluidas en estas est el manejo de los Inyectores de

Combustible, el Mdulo de Encendido, la Vlvula de Recirculacin de Gases de Escape

(EGR) y la Vlvula Bypass de Aire Controladora de RPM en Ralenti (ISC - BPA solenoid).

Todos estos componentes trabajan en conjunto para lograr el mejor rendimiento del motor y

mantener una baja emisin de gases contaminantes.

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Fig. 1.3. Localizacin de componentes en el vehculo

1.6.4. Transmisin Controlada Electrnicamente

En los sistemas de transmisin controlados electrnicamente, el flujo del fluido a travs del

cuerpo de la vlvula ya no es controlado totalmente por vlvulas mecnicas y resortes. En

lugar de ello, el flujo del fluido y su direccin son controlados por solenoides localizados

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sobre el cuerpo de la vlvula o dentro de l. Estos solenoides proporcionan un control muy

preciso de los cambios de marcha. Los solenoides son controlados por un mdulo

electrnico que monitorea la velocidad del vehculo, la carga de motor y el ngulo de

apertura de la mariposa. En base a estas informaciones determina la relacin de marcha

apropiada para lograr la mejor condicin de manejo.

1.6.5. Sistema Electrnico Control de Climatizacin

Este sistema utiliza los siguientes componentes perifricos:

Sensor de Temperatura Interior Sensor de Temperatura Ambiente Sensor de Temperatura de Motor

El control electrnico mantendr el interior del vehculo a la temperatura seleccionada por

el conductor y regular el flujo de aire a travs de los paneles del tablero, conductos de piso

y las boquillas de los desempaadores del parabrisas y ventanillas. Cuando el sistema es

situado en el modo AUTOMATICO (AUTO) y la temperatura deseada es seleccionada y

prefijada, el control de climatizacin proporcionar aire caliente o fro automticamente, de

acuerdo a las condiciones de temperatura del habitculo con respecto a la temperatura

seleccionada.

1.6.6. Direccin de Potencia de Asistencia Variable y Suspensin Activa

Algunos modelos de vehculos actuales estn equipados con un Sistema de Direccin de

Potencia de Asistencia Variable, sensible a la velocidad. El sistema tiene un sensor de

velocidad de las ruedas delanteras (sobre las que acciona la direccin), un sensor de

velocidad de vehculo, un mdulo de control electrnico y una vlvula actuadora.

El sistema de direccin variable controla al sensor de velocidad del vehculo (sensor

montado en la transmisin) y al sensor de velocidad de ruedas delanteras (localizado en el

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eje de direccin) para por un lado, determinar la velocidad del vehculo y por otro lado

conocer la relacin de velocidad entre ambas ruedas y as determinar el ngulo que

adoptan. Basndose en la informacin proveniente de estos sensores, el sistema ajusta el

flujo del fluido hidrulico hacia la caja de direccin de potencia por medio de la vlvula

actuadora localizada en la caja de direccin o en la bomba.

A velocidades elevadas, una pequea asistencia hidrulica es necesaria. Por el contrario,

durante el manejo a bajas velocidades o cuando se realizan maniobras de estacionamiento,

mayor asistencia hidrulica es necesaria.

El Sistema de Suspensin Activa utiliza un Mdulo de Control Electrnico, Sensores de

Variacin de Altura del Vehculo y Amortiguadores de Dureza Variable para controlar la

amortiguacin de la suspensin. El mdulo de control controla la informacin enviada por

los sensores del vehculo. Cuando la condicin cambia, el mdulo de control electrnico

activa los solenoides de paso de aire comprimido, de modo de ajustar la altura del vehculo

para pasajeros y/o equipaje o para vehculo cargado (pasajeros, equipaje, etc.).

1.6.7. Sistema de Bolsas de Seguridad de Inflado Automtico (Air Bag)

Este sistema electrnico puede dar aviso de mal funcionamiento y generar cdigos de

autodiagnstico (DTCs). Utiliza sensores de impacto y de seguridad o prevencin.

El sistema est dividido en dos subsistemas:

1. Este subsistema posee bolsa de seguridad de inflado automtico y su

correspondiente componente de inflado, tanto para el conductor solamente o para el

conductor y acompaante (asiento/s delantero/s).

2. Este subsistema elctrico incluye los sensores de impacto y monitoreo de

diagnstico. El circuito electrnico de monitoreo chequea continuamente la

condicin del sistema. El controla a los sensores de impacto y su conexionado, al

indicador montado en el panel de instrumentos, la alimentacin elctrica del sistema

- 23 -

y a las bolsas en si mismas. Los sensores de impacto y los sensores de seguridad

estn montados distribuidos en el frente del vehculo.

El propsito de ambos es que de acuerdo a la informacin recibida el sistema pueda

diferenciar si el vehculo ha sufrido un impacto moderado que no requiera el desplegado de

las bolsas de seguridad, o si el impacto ha sido lo suficientemente intenso como para que

estas deban ser activadas. El sistema est diseado de modo que se cierre el circuito de

masa, cuando el vehculo sufra una fuerza de impacto igual a la generada por un vehculo

que desplazndose a 40 km/h impacte contra otro vehculo que se encuentre detenido. El

sistema no activar el inflado de las bolsas de aire si solamente recibe confirmacin de

impacto de alguno de los dos sensores de seguridad.

Los contactos del sensor de seguridad se cerrarn solamente cuando exista una

desaceleracin del vehculo suficientemente rpida como para hacer necesario el despliegue

de las bolsas de aire. Cuando los contactos de un sensor de seguridad se cierran, el circuito

de alimentacin desde la batera al sistema quedar cerrado. Las bolsas de seguridad de

inflado automtico solamente se desplegaran cuando al menos un sensor de impacto y uno

de seguridad se cierre al mismo tiempo

1.6.8. Instrumentacin Electrnica

La mayora de los sistemas de control electrnico que se han visto anteriormente son

sistemas que realizan sus funciones sin dar indicaciones visibles de sus resultados. En los

vehculos actuales, en el Panel de Instrumentos, pueden verse claramente los efectos de un

sistema electrnico. El Panel de Instrumentos Electrnico consta de un mdulo basado en

un computador que procesa la informacin que proviene de sensores y que controla la

informacin presentada en los displays. En estos displays de presentacin de informacin

para el conductor pueden estar incluidos el Velocmetro, el Cuentarevoluciones, el Nivel y

Presin de Aceite, la Temperatura de Motor, el Nivel de Combustible, la Condicin de la

Batera e incluir tambin un Centro de Mensajes.

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1.7. Necesidad de los controles de alcoholemiaEl abuso del alcohol entre los jvenes y los restantes problemas que el consumo

descontrolado de esta droga, tolerada pero no por ello menos daina, produce en todos los

rdenes pero de un modo especial en lo que se refiere a los accidentes de transito, esto hace

que el estudio de esta sustancia sea de un alto inters, tanto cientfico como humano.

En los pases de todo el mundo, el elevado nmero de accidentes de trfico que tienen una

relacin directa con el excesivo consumo de bebidas alcohlicas es muy preocupante. Por

esta razn, han sido diseados dispositivos especficos para que los policas de trfico

controlen los niveles de alcohol ingeridos por los conductores y sean sancionados aquellos

que superen los niveles decretados por ley.

En el sector laboral, existen programas de prevencin y control de adicciones, para evitar

que las personas adictas al alcohol pongan en peligro su seguridad y la del resto de

trabajadores. Para disminuir los accidentes laborales, los atrasos, el absentismo y mejorar el

clima laboral, se hizo necesario el disponer de un elemento prctico y objetivo para medir

el grado de sobriedad de los trabajadores y evitar al Estado y a las empresas importantes

costes por daos personales, materiales, sociales y sanitarios. Por ello cada vez es mayor la

demanda social de sistemas de deteccin del contenido de alcohol en el organismo de las

personas.

1.7.1. Historia de las pruebas de alcoholemia Durante el siglo XIX, la polica encargada de hacer cumplir la ley haca frente al problema

de los abusos de alcohol encarcelando a los ebrios hasta que se les pasaran los efectos del

alcohol. En el siglo XX, la llegada de los transportes de alta velocidad y de maquinarias

complejas dio alta prioridad a los test y pruebas de alcohol.

Hasta la mitad de 1940, el principal mtodo de medida de los niveles de etanol implicaba la

toma de una muestra de sangre, que posteriormente era analizada en un centro hospitalario

mediante cromatografa de gases. Este sistema no era inmediato, necesitaba excesivo

tiempo y era un procedimiento caro y agresivo.

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En la dcada de 1950, las pruebas de etanol en sangre fueron reemplazadas por test de

alcoholemia, proporcionando resultados evidnciales para el procesamiento. El creador del

primer alcoholmetro fue Robert F. Borkenstein, quien dise en 1954 el Breathalyzer

(Breath= respiracin, Analyse = anlisis), que basa su funcionamiento en la relacin que

existe entre la cantidad de alcohol ingerido, que se manifiesta en el aliento, y su correlativa

proporcin en la sangre (Borkenstein, 1962). El mtodo consista en realizar una profunda

espiracin a travs de un pequeo tubo; el aliento burbujeaba en una ampolla que contena

una disolucin cida (cido sulfrico 50%) de dicromato de potasio (0,25%) con nitrato de

plata (0,25%) como catalizador, y se comparaba colorimtricamente mediante dos

fotoclulas el cambio de color de la disolucin con una ampolla de referencia sin abrir, que

es directamente proporcional a la cantidad de alcohol en la muestra de aliento. El mtodo

permita medir la concentracin equivalente de alcohol en sangre en tiempo real. En 1971,

Richard A. Harte, utilizando la tecnologa de infrarrojos, inventa el Intoxilyzer, que fue

el mtodo principal de test de etanol en respiracin en EE.UU. a partir de la mitad de la

dcada de 1980.

La tecnologa actual utiliza sistemas de medida de IR que son ms especficos para el

etanol utilizando filtros pticos. Se determina el nivel de etanol en el aire pasando, a travs

de la muestra de aliento, una estrecha banda de luz IR, elegida por su absorcin especifica

para el etanol.

Debido al elevado costo de esta tecnologa de IR y su escasa precisin a bajos niveles de

concentracin en el aliento, a mediados de la dcada de 1970 los fabricantes de

instrumentos de medida de alcohol en aliento empezaron a desarrollar una tecnologa

alternativa, las clulas electroqumicas, tambin conocidas como fuel cell, que ofreca

importantes ventajas. Un fuel cell es un ingenio que genera electricidad mediante una

reaccin qumica de oxidacin-reduccin.

Actualmente en los alcoholmetros evidnciales ms utilizados se emplea un procedimiento

muy exacto y especfico para la medida de alcohol en el aliento, una tecnologa analtica

dual de clula electroqumica-espectroscopia infrarroja.

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1.7.2. Sistemas de anlisis de alcoholemia Las primeras pruebas a conductores, para comprobar si estaban ebrios, se basaban en la

demostrada relacin existente entre la disminucin de las facultades fsicas y por tanto de la

capacidad de conduccin, y un excesivo contenido de alcohol en el organismo. Consistan

en la evaluacin por la polica de trfico de pruebas fsicas de equilibrio, coordinacin y

percepcin espacial , que se realizaban a los sospechosos de conducir bajo los efectos del

alcohol; pero esta relacin es difcilmente cuantificable si no es realizada por personal

especializado.

Aunque lo ms adecuado sera medir la concentracin de alcohol en el cerebro, esto no es

fcil, por lo que se tiene que recurrir a otras medidas que relacionen su presencia con la

concentracin en el interior de las clulas nerviosas. Algunas de los sistemas de anlisis

utilizados son en sangre, en orina, en saliva y en aliento.

1.7.2.1. Anlisis de alcohol en sangre Est ampliamente demostrada la relacin directa entre la concentracin de alcohol en la

sangre y el grado en que las reacciones y las decisiones se ven afectadas.

El BAC (concentracin de alcohol en sangre) se considera la medida habitual para medir

los niveles en una persona que se encuentra bajo la influencia del alcohol. Se mide la

concentracin en la sangre y se estima la concentracin dentro de las clulas, asumiendo

que se llega a una concentracin de equilibrio en la interfase sangre / clula.

La muestra de sangre se toma de la sangre venosa en la vena cubita del brazo o de sangre

de un capilar en el dedo o lbulo de la oreja. La muestra se deposita en un recipiente, se

lleva a un laboratorio y se analiza por cromatografa de gases, con espaciadores de cabeza.

Es el examen legal ms exacto que existe actualmente, pero presenta inconvenientes: el

procedimiento es demasiado agresivo y caro, no es inmediato, requiere personal

especializado y el traslado a un centro mdico de anlisis. Adems, la muestra puede

contaminarse en el proceso de extraccin, transporte o almacenamiento.

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1.7.2.2. Anlisis de alcohol en orinaEl test de orina indica la presencia de alcohol en el organismo, pero no indica el estado

actual de la persona ni el contenido exacto de alcohol en la sangre. Despus de consumido

el alcohol se incorpora a la sangre a travs del estmago en unos 15 minutos, originando

efectos inmediatos. Seguidamente el organismo lo metaboliza y entre 1:30 y 2 horas

despus comienza a aparecer en la orina. Parte del alcohol que llega a la orina se ha

biotransformado parcialmente a travs de las enzimas presentes en el hgado en acetil-CoA

y otra parte pasa a la orina por el rin mediante una ultrafiltracin a travs del glomrulo,

mediante la arteriola aferente, o bien mediante una difusin de la sangre a la orina, por lo

cual no es posible cuantificar la cantidad de alcohol en orina. Por tanto, la prueba de orina

para determinar el contenido de alcohol no ofrece una imagen real del estado actual de la

persona. Los resultados indican el estado de la persona varias horas antes.

Los cientficos no han encontrado una correspondencia directa y fiable entre la

concentracin de alcohol en la orina y la concentracin de alcohol en la sangre. Adems, la

concentracin de alcohol vara dependiendo del metabolismo de la persona y la cantidad de

fluido que se encuentre en su sistema. Una persona que se encuentre ligeramente

deshidratada tendr tendencia a tener una concentracin ms elevada de alcohol en su orina

que otra persona que tiene un nivel normal de fluido en su organismo. Tambin, los

elevados niveles de azcar y de acetona en el cuerpo pueden producir fermentacin en la

orina, creando un falso positivo en contenido de alcohol.

Por todo ello, el test de contenido de alcohol en la orina es el mtodo menos adecuado de

los que se dispone actualmente.

1.7.2.3. Anlisis de alcohol en la saliva Aunque se cree que puede existir una relacin entre la concentracin de alcohol en la

sangre y la concentracin de alcohol en la saliva, todava no se ha podido encontrar la

tecnologa ni la reaccin qumica que lo demuestre con exactitud y fiabilidad.

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1.7.2.4. Anlisis de alcohol en el aliento Para determinar el efecto que puede tener el etanol ingerido sobre la capacidad de conducir

de una persona (que depende de la concentracin de etanol en el cerebro), se mide la

concentracin de etanol en el aire exhalado. La concentracin de etanol en el aire exhalado

est en equilibrio con la que se encuentra en la sangre y sta, a su vez, est en equilibrio

con la que se presenta en el cerebro.

El anlisis de etanol en el aliento tiene la misma fiabilidad que los mejores mtodos y presenta algunas ventajas sobre el anlisis de sangre: No es una prueba invasiva.

Es ms fcil, seguro y rpido obtener una muestra del aliento de una persona que una muestra de sangre o de orina.

El resultado se obtiene de forma inmediata, a diferencia del tiempo que presenta un anlisis de sangre o de orina.

Es ms econmico tomar una muestra de aliento, y la probabilidad de alterar la muestra es nula.

1.7.3. Dispositivos de anlisis de alcohol en el aliento En la actualidad hay disponibles varios tipos de analizadores de alcohol en el aliento; unos

son desechables y otros incluyen monitores de lectura digital que proveen resultados de

validez legal. Se pueden clasificar en cuatro categoras diferentes:

1.7.3.1. Dispositivos de prueba de aliento evidnciales Ofrecen resultados con carcter penal en los casos de conduccin bajo efectos del alcohol.

Se utilizan en los casos en los que se requiere una gran seguridad y precisin de medida.

Los dispositivos evidnciales de prueba de aliento son caros y requieren un mantenimiento,

reparacin y calibrado regulares y deben ser utilizados por personal cualificado.

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1.7.3.2 Dispositivos de mano porttiles De manejo sencillo y econmico, estn diseados especialmente para ser utilizados en

situaciones donde no se dispone de mucho tiempo. Ofrecen resultados de presuncin, son

menos exactos que los evidnciales y requieren un perodo de recuperacin entre pruebas,

limitando el nmero de medidas que se realizan por hora.

Fig. 1.4.

1.7.3.3 Dispositivos desechables Proveen resultados preliminares sin valor legal. Son los ms econmicos, aunque de un

solo uso, y se utilizaron inicialmente para determinar si la persona deba someterse a un

anlisis de sangre oficial para su confirmacin. Consisten en ampollas de vidrio cerradas

que contienen cristales de dicromato de potasio en un medio de cido sulfrico. Antes de su

uso se rompe la ampolla en una bolsa hermtica y se sopla durante un tiempo normalizado.

El alcohol del aliento se detecta por el cambio de color (del amarillo al azul verdoso) de los

cristales de dicromato de potasio.

Si todos los cristales cambian de color el nivel de alcohol en la sangre se encuentra en o por

encima del nivel que se est probando. Vase ms adelante en la aplicacin didctica.

Existen diferentes modelos calibrados 0,3%, 0,5%, 0,8% BAC (tasa de alcoholemia), que

detectan los niveles prescritos por las diferentes legislaciones internacionales.

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Fig. 1.5.

1.7.3.4. Dispositivos de bloqueo en vehculos (Interlock) Consiste en un dispositivo que lleva incorporado un alcoholmetro con un sensor

electroqumico que se conecta al encendido del vehculo, de modo que este no arranca hasta

que se realiza la prueba con resultados negativos. Diseado