Sensores, los espías de las unidades de control

La utilización de sensores permite un control preciso de los sistemas por parte de las centralitas que gestionan las distintas funciones de los vehículos de última generación.

Sin embargo, la profusión de componentes electrónicos tiene una contrapartida: si se produjera un defecto en alguno de los sensores de los sistemas de control más importantes, la dinámica del vehículo podría quedar afectada o incluso impedirse el movimiento.

Los sensores utilizados en el automóvil tienen por función transformar las magnitudes físicas que influyen en el funcionamiento de los distintos sistemas en señales eléctricas, que son utilizadas como variables de información de entrada por la unidad de control. Las variables pueden ser, según el sistema, el número de revoluciones, la temperatura, la aceleración transversal o longitudinal, la fuerza de torsión, la intensidad lumínica, etc.

A partir de estas variables de entrada, la unidad de control elaborará una respuesta de salida, que corresponderá a las características de diseño de la cartografía-mapa del software de gestión, con la que activará los dispositivos actuadores de cada sistema del vehículo.

Aunque con anterioridad se habían utilizado puntualmente en las funciones de inyección de algunos vehículos muy exclusivos, la medición de la velocidad de giro y de la posición del cigüeñal con un sensor inductivo supuso el verdadero pistoletazo de salida a la utilización de sensores en el automóvil. Esto sucedió a finales de los 70, en los primeros motores de gasolina equipados con encendido electrónico transistorizado.

El sensor inductivo realiza la medición de posición a partir de la tensión generada en la bobina cuando se produce una variación de un campo magnético debido al movimiento de una rueda dentada, generalmente la de la polea del cigüeñal, aunque también se utiliza en otras funciones.

Los primeros sensores inductivos tan solo permitían la adquisición analógica de la señal. La evolución de los componentes posibilitó integrar la función de conversión de señal analógica a digital, con lo que se disminuyó ostensiblemente la influencia de las perturbaciones electromagnéticas.

El mejor ejemplo de esta transformación a señal digital es el sensor Hall, que basa su funcionamiento en la interrupción de la tensión transversal que se produce en un conductor cuando una corona metálica se interpone en el campo magnético al que está sometido. La corona suele ser la del árbol de levas, aunque el sensor Hall también se utiliza en la medición de posición de multitud de sistemas del vehículo, incluso de componentes del sistema de confort como los elevalunas o los techos abatibles.

En los años posteriores, la aplicación de la electrónica a las distintas funciones del motor, gestionadas por una unidad de control, propició el diseño de sensores adaptados a los nuevos requerimientos:

• Los sensores de temperatura, constituidos por materiales resistivos de coeficiente de temperatura positivo (PTC) o negativo (NTC), permiten la medición de temperatura del aire de entrada, del refrigerante y del combustible.
• Los distintos tipos de sensores de presión permiten la medición de la presión barométrica, del colector de admisión, de combustible en el raíl común, del fluido frigorígeno del circuito del aire acondicionado y de la presión diferencial de escape.
• Los potenciómetros permiten la medición de la posición de la mariposa de admisión, del pedal del acelerador, etc.
• Los sensores de O2 y NOx permiten la medición de los gases de escape para que la unidad de control motor realice corrección de la mezcla de combustible.
• Los sensores piezoeléctricos permiten detectar el fenómeno conocido como “picado de biela” para un ajuste más preciso del avance del encendido y de la inyección.
• Los sensores de medición de masa de aire se dividen en función de su arquitectura en los de tensión variable mediante hilo caliente y los de frecuencia variable, más recientes.

Cuando aparecieron los primeros sistemas ABS antibloqueo de frenos, los fabricantes adoptaron los sensores inductivos de control de posición/velocidad ya disponibles. Sin embargo, la evolución del sistema ABS a control de tracción TC, primero, y control de estabilidad ESP, después, propició el desarrollo de nuevos tipos de sensores destinados a la adquisición de datos relacionados con la dinámica vehicular, como los siguientes:

• El sensor de aceleración transversal y de magnitud de giro.
• El sensor de giro de volante o goniométrico.
• Los sensores magnetorresistivos, que se utilizan como sensores de revoluciones en los sistemas ESP de algunos modelos.

La inclusión del microprocesador en algunos sensores de los vehículos de última generación, como en el sensor de giro de volante, permitió eliminar prácticamente la influencia de las perturbaciones electromagnéticas, y posibilitó, incluso, la aportación directa de datos del sensor a las líneas de comunicación multiplexada.

A medida que las funciones de seguridad pasiva, de confort, de red de a bordo, de infotenimiento y de climatización se fueron sofisticando, se impuso la necesidad de proyectar nuevos diseños de sensores para la adquisición de datos de los sistemas de asistencia al aparcamiento, los sensores ópticos de posición de los componentes de cierre, los sensores de distancia entre vehículos, de magnitud de choque, de incidencia lumínica, etc.

Dada la variedad de sistemas existentes en el mercado, disponer de un fondo documental que permita un conocimiento profundo de la estructura de las funciones de climatización, confort, red de a bordo e infotenimiento permitirá una diagnosis tanto más completa cuanto mayor sea la capacidad de adquisición de datos del terminal.

La hipertecnificación de los vehículos actuales tiene efectos positivos en la precisión de la gestión de las principales funciones: se manifiesta en la creciente eficiencia de los motores, en una mayor seguridad activa y pasiva, y una mayor facilidad de conducción, así como en unas mayores posibilidades de comunicación y conectividad de los sistemas de confort y red de a bordo.

Pero el elevado número de sensores de los vehículos de última generación también conlleva aspectos negativos: un defecto en un componente, especialmente si la avería se da en alguno de los sensores que desempeñan su cometido en los sistemas de control más importantes, como los de seguridad o autorización para la puesta en marcha, podría afectar a la dinámica del vehículo o incluso impedir su movimiento.

La sintomatología más habitual está relacionada con los fallos de los sensores más importantes de las funciones de control motor y de control de estabilidad ESP:

• Los defectos internos en los sensores son fácilmente identificables tanto por medio de la lectura del código de avería dtc asociado al fallo, como por el valor límite visualizado en los parámetros del sistema con el terminal de diagnóstico.
• Un defecto funcional de un sensor inductivo de rpm no suele ser detectado por la unidad de control con un código de avería dtc. La ausencia de señal se puede constatar, además de con la utilización del osciloscopio, visualizando el parámetro de rpm durante la fase de arranque, que mostraría el valor de 0.
• Los defectos en los sensores de tipo Hall pueden provocar la entrada del motor en fase de emergencia, incluso la imposibilidad puntual de la puesta en marcha del motor en algunos casos. Para un correcto diagnóstico, se hace necesario comprobar el estado de la señal cuadradamediante el osciloscopio.
• Los medidores de masa de aire se pueden comprobar utilizando el terminal de diagnóstico y el circuito neumático del taller, realizando una lectura de parámetros de diagnosis: el valor teórico a plena carga coincide aproximadamente con la medición máxima de masa de aire del sensor. Al provocar el paso de aire con una pistola neumática situada a un palmo de distancia del medidor con el motor detenido, el valor medido por el sensor debería corresponderse con el parámetro máximo teórico.
• En los parámetros de aire y combustible, la visualización de valores límite por exceso o por defecto, que persisten incluso tras proceder al borrado de averías, ponen de manifiesto que el fallo es de naturaleza eléctrica, sea por fallo de la instalación o por una avería interna del sensor. Sin embargo, cuando el parámetro muestra un valor no plausible, deberán valorarse los síntomas en la perspectiva de un posible fallo funcional de alguno de los componentes del sistema de combustible que pueda ocasionar un defecto de regulación de mezcla, comparando los valores teóricos y reales principales, y verificando la correspondencia entre los parámetros de mando de los actuadores y el valor real obtenido.
• El diagnóstico de las sensores de oxígeno-sondas lambda debe realizarse con el terminal de diagnóstico en el parámetro de integrador lambda, verificando la correspondencia entre los parámetros que muestran la cantidad de oxígeno medido en el tramo de escape y el porcentaje de oxígeno obtenido en los resultados de la máquina analizadora de gases. Asimismo, se puede comprobar la reacción del oxigeno al provocar una toma de aire en admisión: si la medición de los sensores es correcta, el parámetro de integrador lambda debería aumentar el porcentaje de medición.
• En la interpretación de los parámetros de los sensores del ESP, es importante comprobar la plausibilidad de los valores dinámicos de aceleración transversal y giroscópica, así como del grado de giro de volante y los parámetros de velocidad de ruedas. Asimismo, se hace necesario efectuar correctamente los ajustes básicos para evitar que la función de control de estabilidad efectúe correcciones cuando las circunstancias dinámicas del vehículo no lo exijan, con la peligrosidad que ello implica.

En los siguientes enlaces se facilitan algunos ejemplos representativos, obtenidos en la actividad diaria de asistencia y documentación de la plataforma averiasresueltas.com:

• -Mala correlación en los valores de medición de flujo o masa de aire-Ocasionalmente el motor no arranca y, cuando lo hace, se detiene en pocos segundos-Al accionar el arranque el motor no se pone en marcha

La carga tecnológica de cada nueva generación de vehículos no hace sino aumentar, lo que, sumado a la aparente apuesta de los fabricantes por la filosofía de duración limitada de los componentes, hará que la probabilidad de fallo de cualquiera de los dispositivos electrónicos sea cada vez mayor.

En este contexto, la importancia de disponer de las herramientas de diagnóstico adecuadas, de un amplio fondo documental de valores de referencia y, sobre todo,del conocimiento necesario para la correcta interpretación de la adquisición datos y para la adecuada realización de los procedimientos de reparación y calibrado serán aspectos cada vez más importantes para el taller.