sensor de medición de la posición del acelerador

iii
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Agradecimientos
En primer lugar quisiera agradecerles a Xabier Carrera y a José Manuel
Carballo todo el apoyo y la incalculable ayuda que me han aportado durante
todo este tiempo, su ayuda en los momentos más difíciles ha sido fundamental
para la viabilidad de este proyecto.
A Joan Savall, director del proyecto, por aportarme todo su apoyo y
experiencia con ideas que siempre llegaban a buen término, y por confiar en
mi.
A Emilio Sánchez por aportarme todos sus conocimientos de motores
eléctricos que me han sido de mucha utilidad a la hora de comprender y elegir
el actuador. También me gustaría agradecer la gran ayuda recibida por José
Jesús Fraile Mora catedrático de la Escuela de Ingeniero de Caminos y a su
hijo José Jesús profesor de la universidad, que me aportaron nuevas
soluciones de seguridad y gran ayuda a la hora de comprender un poco más el
funcionamiento de determinados componentes eléctricos.
También quiero agradecer a mis padres Antonio Miguel y Maria del
Carmen así como a toda mi familia todo su apoyo durante toda mi vida.
A mis amigos de Sevilla con los que he compartido toda una vida, y de
San Sebastián, con los que he vivido estos últimos años. A todos ellos con
quienes he compartido todas mis alegrías y problemas.
También quisiera mencionar a los compañeros y alumnos de
Laboratorio: Juan Lizeaga que en todo momento me ha ayudado a montar,
desmontar y construir con un trato excelente y por su gran amabilidad y
empeño para que las cosas salgan bien, a José Macayo, Mikel Ares, Imanol
Puy, Javier Sánchez, Laurentzi Garmendia y Eduardo Gómez por
suministrarme material cuando lo he necesitado. Y al personal del taller,
Enrique, Isaías, Antonio y Juan Villarón por su amabilidad en el trato y por
construir las piezas que necesitaba.
iv
Memoria______________________________________________________________
Resumen
El tema del presente proyecto es el diseño e implantación de un control
electrónico del acelerador, conocido generalmente como “drive by wire”.
En la realización del proyecto se distinguieron tres partes diferentes:
medición, actuación y control.
En la primera parte, la medición, se explicará como se va medir la
posición del pedal del acelerador, utilizando un potenciómetro y un mecanismo
se intentará sacar la mejor resolución al sensor.
En la segunda parte nos encontramos con la actuación, la utilización de
un motor eléctrico y el conocimiento de su funcionamiento serán trascendentes
para una correcta puesta a punto del conjunto.
Y por último se llega al control de la actuación, el sistema integrado es
un dispositivo parecido a un ordenador que recibe datos de la posición del
pedal y envía señales de control de movimiento al actuador. Este dispositivo
donde se registran todas las señales procedentes de todos los sensores del
Car-Cross es el nexo de unión entre la medición y la actuación y será muy
importante programarlo de manera correcta.
El resultado de este proyecto posibilitará la apertura de nuevas vías de
trabajo, como pueden ser el control de tracción, diferentes programas de
conducción en función del estilo de cada persona, cruise control, etc. que
pueden ser muy interesantes para futuros proyectistas en el laboratorio.
v
Memoria______________________________________________________________
Índice
Agradecimientos ...................................................................................... iii
Resumen .................................................................................................iv
Índice ....................................................................................................... v
Índice de ilustraciones. .......................................................................... viii
Capítulo 0. Introducción........................................................................... 1
0.1. Presentación del vehículo Car-Cross............................................ 1
0.2. Detalle de los elementos principales del proyecto. ....................... 3
0.3. Requisitos evolución y soluciones................................................. 4
Capítulo 1. Objeto.................................................................................... 7
Capítulo 2. Medición de la posición del acelerador. ................................ 8
2.1. Introducción................................................................................... 8
2.2. Objetivo y necesidades. ................................................................ 9
2.3. El sensor de posición. ................................................................. 10
2.4. El potenciómetro. ........................................................................ 13
2.4.1. Introducción, esquema y principio de funcionamiento. ......... 13
2.4.2. Aplicaciones y tipos. ............................................................. 15
2.4.3. Descripción........................................................................... 16
2.4.3.1. Potenciómetros de desplazamiento lineal...................... 16
2.4.3.2. Potenciómetros de desplazamiento angular .................. 16
2.4.4. Materiales. ............................................................................ 17
2.4.5. Conexión de un potenciómetro............................................. 18
2.4.6. Características técnicas........................................................ 18
2.4.7. Ventajas y desventajas......................................................... 20
2.5. Desarrollo de los objetivos y necesidades. ................................. 20
2.5.1. Angulo de giro del acelerador............................................... 20
2.5.2. Potenciómetro. ..................................................................... 20
2.5.2.1. Resolución del Data Logger y del potenciómetro........... 21
2.5.2.2. Elección del potenciómetro y ángulo de giro.................. 24
2.5.3. Mecanismos. ........................................................................ 24
2.5.3.1. Solución 1: Utilizando engranajes.................................. 24
2.5.3.2. Solución 2: Poleas dentadas.......................................... 27
2.5.3.3. Solución 3: Potenciómetro de desplazamiento lineal..... 28
2.5.3.4. Solución 4: Mecanismo instalado anteriormente............ 29
2.5.4. Linealidad. ............................................................................ 32
2.5.5. Tensión de alimentación y ángulo de giro. ........................... 32
2.6. Resumen y conclusiones. ........................................................... 32
Capítulo 3. Actuación............................................................................. 34
3.1. Motores seleccionados. .............................................................. 34
3.1.1. Introducción. ......................................................................... 34
3.1.2. Motores eléctricos. ............................................................... 34
3.1.2.1. Motor de corriente continua. .......................................... 35
3.1.2.2. Servomotor. ................................................................... 37
3.1.2.3. Motores paso a paso...................................................... 41
3.1.2.4. Motores sin escobillas (Brushless)................................. 46
3.1.3. Comparación entre los diferentes motores. .......................... 49
vi
Memoria______________________________________________________________
3.2. Mediciones. ................................................................................. 50
3.2.1. Toma de mediciones. ........................................................... 50
3.2.2. Ángulo girado por las mariposas. ......................................... 50
3.2.3. Par necesario para mover las mariposas. ............................ 52
3.2.3.1. Dinamómetro. ................................................................ 52
3.2.3.2. Sensor de fuerza............................................................ 55
3.3. El actuador. ................................................................................. 61
3.3.1. Introducción. ......................................................................... 61
3.3.1.1. Par. ................................................................................ 62
3.3.1.2. Tensión. ......................................................................... 62
3.3.1.3. Velocidad de respuesta.................................................. 62
3.3.1.4. Reversibilidad. ............................................................... 62
3.3.1.5. Muelles........................................................................... 62
3.3.2. Mecanismos propuestos....................................................... 62
3.3.3. Comparaciones entre los mecanismos................................. 63
3.3.3.1. Mecanismo de barras..................................................... 63
3.3.3.2. Mecanismo de poleas. ................................................... 64
3.3.3.3. Mecanismo de poleas con reducción en el actuador. .... 64
3.3.3.4. Mecanismo de husillo y motor paso a paso. .................. 65
3.3.4. Conclusiones. ....................................................................... 65
3.4. Diseño del mecanismo y el soporte. ........................................... 66
3.4.1. Medición de temperaturas. ................................................... 69
3.4.2. Fabricación del soporte. ....................................................... 70
3.4.3. Elección del servomotor. ...................................................... 71
3.4.4. Elección de la polea. ............................................................ 72
3.4.5. Montaje................................................................................. 73
3.5. Resumen..................................................................................... 74
Capítulo 4. Control y programación. ...................................................... 75
4.1. La unidad de control electrónico ................................................. 75
4.2. La tarjeta de adquisición de datos............................................... 75
4.3. Parámetros importantes para la programación. .......................... 77
4.4. Seguridad.................................................................................... 78
4.5. Inconvenientes y soluciones. ...................................................... 79
Capítulo 5. Sistema integrado. .............................................................. 80
Capítulo 6. Diferencias. Ventajas y Futuras líneas de trabajo. .............. 82
6.1. Introducción ................................................................................ 82
6.2. Diferencias entre Drive By Wire comercial y Car-Cross.............. 82
6.2.1. Pedal del acelerador............................................................. 82
6.2.2. El actuador. .......................................................................... 84
6.2.3. La unidad de control electrónico (UCE). ............................... 85
6.3. Ventajas de un acelerador electrónico. ....................................... 85
6.4. Futuras líneas de trabajo. ........................................................... 86
6.4.1. Control de tracción. .............................................................. 87
6.4.2. Cruise Control (Velocidad De Crucero). ............................... 87
6.4.3. Tipos de conducción............................................................. 87
6.4.4. Conclusiones. ....................................................................... 88
Capítulo 7. Presupuesto. ....................................................................... 90
7.1. Mediciones y consideraciones. ................................................... 90
7.2. Cuadro de precios....................................................................... 91
vii
Memoria______________________________________________________________
7.3. Listado de precios. ...................................................................... 92
Capítulo 8. Bibliografía. ......................................................................... 93
Capítulo 9. URL’s consultados. ............................................................. 94
viii
Memoria______________________________________________________________
Índice de ilustraciones.
Figure 1: Car-Cross Melmac. ............................................................................. 2
Figure 2: Modelización del Car-Cross. ............................................................... 3
Figure 3: Acelerador del Car-Cross.................................................................... 3
Figure 4: Tarjeta de adquisición de datos. ......................................................... 4
Figure 5: Zona a actuación del carburador......................................................... 4
Figure 6: Acelerador en vehículos especiales. ................................................... 8
Figure 7: Diferentes tipos de pedales de acelerador .......................................... 9
Figure 8: Encoder incremental. ........................................................................ 11
Figure 9: Pedal con potenciómetro integrado................................................... 13
Figure 10: Esquema de un potenciómetro. ...................................................... 13
Figure 11: Variación de la resistencia de un potenciómetro con el ángulo....... 14
Figure 12: Potenciómetro ................................................................................. 15
Figure 13: Representación de un potenciómetro.............................................. 15
Figure 14: Aspecto de un potenciómetro lineal ................................................ 16
Figure 15: Aspecto de un potenciómetro angular............................................. 17
Figure 16: Esquema de un potenciómetro angular........................................... 17
Figure 17: Conexión de un potenciómetro ....................................................... 18
Figure 18: Parámetros de un potenciómetro. ................................................... 18
Figure 19: Leyes de variación de la R de un potenciómetro. ........................... 20
Figure 20: Engranajes. ..................................................................................... 24
Figure 21: Tren de engranajes. ........................................................................ 26
Figure 22: Poleas. ............................................................................................ 28
Figure 23: Potenciómetro lineal........................................................................ 29
Figure 24: Vista del nuevo mecanismo. ........................................................... 30
Figure 25: Mecanismo de giro del potenciómetro............................................. 31
Figure 26: Muelle, polea, rodamiento y potenciómetro..................................... 31
Figure 27: Mecanismo completo. ..................................................................... 32
Figure 28: Servomotor...................................................................................... 38
Figure 29: Funcionamiento de un servo mediante pulsos. ............................... 39
Figure 30: Posiciones para paso simple........................................................... 44
Figure 31: Posiciones para paso doble. ........................................................... 44
Figure 32: Posiciones para medio paso. .......................................................... 45
Figure 33: Eje de la mariposa........................................................................... 51
Figure 34: Medidor del ángulo de giro.............................................................. 52
Figure 35: Mecanismo elevador. ...................................................................... 53
Figure 36: Carburador, dinamómetro y elevador.............................................. 53
Figure 37: Sensor de fuerza ............................................................................. 56
Figure 38: Amplificador San-Ei y Polímetro...................................................... 56
Figure 39: Puente de Weahtstone entre el sensor de fuerza y el San-Ei. ........ 57
Figure 40: Conexión de las galgas con el puente de Wheatstone.................... 57
Figure 41: Vista del conjunto completo. ........................................................... 58
Figure 42: Disposición del sensor. ................................................................... 59
Figure 43: Relación entre la fuerza aplicada y el voltaje obtenido.................... 59
Figure 44: Ángulo entre la perpendicular al eje y el cable del acelerador. ....... 60
Figure 45: Nuevo diseño del mecanismo. ........................................................ 67
ix
Memoria______________________________________________________________
Figure 46: Tapa de las bujías y soporte antiguo............................................... 68
Figure 47: Soportes propuestos. ...................................................................... 68
Figure 48: Termopar y multímetro. ................................................................... 69
Figure 49: Prototipo hecho de resinas.............................................................. 70
Figure 50: Soporte realizado en la máquina de electro-erosión. ...................... 71
Figure 51: Conjunto montado en el motor de pruebas. .................................... 73
Figure 52:Soporte con el servo amarrado. ....................................................... 74
Figure 53: Posición de la UCE. ........................................................................ 75
Figure 54: Data-Logger. ................................................................................... 76
Figure 55: Display integrado en el cuadro de mandos. .................................... 76
Figure 56: Tren de pulsos para el servo elegido. ............................................. 77
Figure 57: Circuito de seguridad utilizando puerta AND................................... 78
Figure 58: Sensor de posición del vehículo Car-Cross. ................................... 83
Figure 59: Pedal de acelerador en coches comerciales................................... 83
Figure 60: Acelerador electrónico en un Cadillac. ............................................ 84
Figure 61: Motores eléctricos fabricados por Bosch......................................... 85
1
Memoria______________________________________________________________
Capítulo 0. Introducción.
El presente proyecto comenzó en octubre de 2003, y como otros fue
realizado en el Laboratorio de Automoción de TECNUN.
Todo empezó allá por Septiembre de 2003, el alumno, interesado en
temas de automoción habló con Joan Savall y este le ofreció la posibilidad de
realizar este proyecto. Proyecto que cuenta con un poco de todo pero sobre
todo con el ingrediente principal, los coches.
El acelerador electrónico, en inglés conocido como Drive-By-Wire, es
una tecnología que está empezando a ser implantada desde no hace mucho
tiempo, viene del Fly-By-Wyre utilizada desde hace bastante tiempo en los
aviones. La introducción del by-wire en el automóvil ha sido gracias a la
Fórmula 1, desde hace unos pocos años se viene investigando la implantación
en estos coches de carreras de esta tecnología, y los resultados ya se pueden
ver, las fulminantes salidas de los coches Renault son gracias a un sofisticado
sistema de control de tracción y al drive by wire, entre otros factores. Hoy en
día cada vez más aparecen más marcas con el sistema drive by wire, seguro
que alguno recordará el anuncio del nuevo Golf (2004), en el que en la última
imagen aparecen las letras ETC que significan “Electronic Throttle Control”
Control electrónico del acelerador. Es por ello que esta es una tecnología muy
nueva hoy en día en los coches de calle.
El proyecto se dividió en las siguientes fases, obtención de información,
diseño del sensor de posición, diseño del mecanismo de actuación así como la
búsqueda de un actuador y por último programación.
0.1. Presentación del vehículo Car-Cross.
El elemento principal sobre el que se trabaja y a su vez se extraen
resultados es evidentemente el propio coche. Se trata de un Car-Cross modelo
Melmac fabricado por Tenroj para pruebas en circuitos de tierra. En la Figure 1
se observa al Car-Cross en acción en el circuito de Olaberria (Guipúzcoa) en
una de las pruebas realizadas.
2
Memoria______________________________________________________________
Figure 1: Car-Cross Melmac.
Las especificaciones técnicas son las siguientes:
Chasis tubular con diámetro de los tubos de 32 y 40mm.
Motor central Honda CBR600 F
Potencia aproximada: 92CV a 12000rpm.
Par máximo: 12 mdaN a 10500rpm.
Régimen máximo: 12330rpm.
Tracción: ruedas traseras sin diferencial.
Peso: inferior a 300kg.
Suspensión: doble triángulo independiente a las cuatro ruedas.
Conjunto muelle amortiguador en cada rueda. Precarga de muelle
ajustable. Amortiguador regulable.
Frenos: de disco macizo de 5mm. dos discos delanteros y uno
trasero. Reparto de frenada delantero/trasera regulable.
Dirección: tipo piñón/cremallera.
Cambio de marchas: secuencial de 6 velocidades. No tiene marcha
atrás.
Transmisión: por cadena.
El coche ha sido modelizado en Pro-Engineer con anterioridad en el
propio laboratorio, tal y como lo muestra la Figure 2.
3
Memoria______________________________________________________________
Figure 2: Modelización del Car-Cross.
0.2. Detalle de los elementos principales del proyecto.
A continuación se presenta una galería de fotos en las que se muestra
los elementos que más interés tienen en este proyecto.
El acelerador se muestra en la figura siguiente, será la pieza clave en la
parte de medición.
Figure 3: Acelerador del Car-Cross.
4
Memoria______________________________________________________________
El data logger se muestra en la Figure 4. En ella se recogen toda la
información proveniente de los sensores instalados en el coche. Está situada
detrás del asiento del piloto.
Figure 4: Tarjeta de adquisición de datos.
Y por último se muestra la parte del motor en la que se actuará, se
puede observar en la figura el cable del acelerador en la esquina superior
derecha. En la tapa gris o en el lugar del antiguo soporte, que se pueden
observar en la figura irá un mecanismo donde se apoyará el actuador.
Figure 5: Zona a actuación del carburador.
0.3. Requisitos evolución y soluciones.
En el presente proyecto ha sido necesario el estudio o cálculo de los
siguientes conceptos:
5
Memoria______________________________________________________________
Resolución: Para la medición de la posición del pedal del
acelerador fue necesario conocer la resolución tanto del
potenciómetro utilizado como del Data Logger (sistema de
adquisición de datos), esto se debe a que el Data Logger tiene un
valor de resolución por debajo del cual no sabe lo que está
ocurriendo. Por ello se buscó un potenciómetro con una resolución
parecida a la del Data Logger pero siempre por encima de éste. Se
intentaba conseguir el mayor número de valores del potenciómetro,
para agotar el fondo de escala del sistema de adquisición de datos,
y tener más valores para el actuador.
Mecanismo del potenciómetro: Se utilizó un mecanismo que
conectase el pedal del acelerador con el potenciómetro, de forma
que consiguiese el giro de este último ante cualquier giro del pedal.
Se hizo un rediseño mejorado del que se estaba utilizando en estos
momentos para conseguir un mayor número de valores. El
potenciómetro se alimentó a 12 voltios, pero el Data Logger no
admite más de 5 voltios, por eso el nuevo diseño se hizo de forma
que el potenciómetro girase 450º que es cuando da la señal de 5
voltios y se consiguiese así el mayor número de valores. Para ello
aparte del rediseño del mecanismo, también se redujo el radio de la
polea que hace que gire el potenciómetro para conseguir mayor
giro.
Reversibilidad: En la actuación se intentará usar los muelles como
mecanismo de seguridad. Su función consistirá en que una vez el
actuador deje de abrir la mariposa, los muelles se encargaran de
hacerla volver a cero. Pues bien, utilizaremos el concepto de
reversibilidad o irreversibilidad para definir cuando en un
mecanismo los muelles son capaces o no de cerrar la mariposa
cuando el motor no funcione. Si el motor es reversible o no
dependerá de este factor.
Actuador: En la actuación el actuador tiene que funcionar con un
máximo de 12 voltios, y con una intensidad de no más de 5
amperios (suministrados por la batería) y con un par suficiente.
Existen actuadores que cumplen con el requisito de tensión y par,
pero consumían mucha intensidad, por lo que fueron descartados.
El resto de actuadores cumplían con estos requisitos pero tenían un
par muy pequeño.
Par: En la actuación fue necesario realizar una medición del par
necesario para mover las mariposas, el resultado fue de 4kg*cm.
Ese es el valor mínimo de par que tendrá que realizar el actuador
utilizado para abrir la mariposa, para cerrarla se encargarían los
muelles. Pero después de realizar cálculos de posibles mecanismos
para mover la mariposa, se llegó a la conclusión de que ninguno
aportaba el suficiente coeficiente de seguridad en cuanto a par, por
lo que se decidió eliminar los muelles. El nuevo motor tiene como
6
Memoria______________________________________________________________
requisito mínimo un par de 1kg*cm pero se le aplicará un coeficiente
de seguridad de 5, quedando en 5kg*cm.
Seguridad: Al ser eliminados los muelles de retorno de la mariposa
se perdió seguridad, ya que el nuevo actuador tendría que mover la
mariposa tanto para abrirla como para cerrarla, y en caso de fallar,
la mariposa se quedaría abierta.
Soporte: Se utilizó un soporte para sujetar el servomotor, pero
como este no resiste temperaturas mayores de 60º, se tuvo que
poner una placa reflectante entre el soporte y la tapa de bujías, para
evitar que el aire caliente proveniente del la tapa de bujías
estropease el servo.
Control: En el control aparecieron muchos problemas, el
servomotor funciona con señal PWM, pero la señal PWM que envía
el sistema de adquisición de datos es lenta e imprecisa. Finalmente
se optó por utilizar un circuito electrónico aparte. El esquema final
quedaría de la siguiente forma: la señal del potenciómetro instalado
en el pedal llega al sistema de adquisición de datos, ahí se
procesan los datos recibidos y se envía una señal al circuito
electrónico que se encargará a su vez de generar una señal PWM
que le será enviada al servo.
Se podría eliminar el paso por el sistema de adquisición de datos,
pero es esencial que la señal pase por ahí, para poder implantar
distintos programas de conducción.
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Capítulo 1. Objeto
El laboratorio de Automoción de TECNUN dispone de un vehículo de
competición Car-Cross sobre el cual se realizan y se han realizado diversos
trabajos, muchos de los cuales son proyecto final de carrera.
Muchos de estos trabajos consisten en mejorar las comodidades de
conducción como puede ser el cambio automático con las marchas en el
volante, y otros proyectos sirven para ver cual es el funcionamiento de
diferentes partes del coche.
Pues bien, el objeto de proyecto consiste en implantar un acelerador
electrónico de forma que permita exprimir al máximo la potencia del motor
consiguiendo una disminución de la contaminación del coche, del consumo de
gasolina, o evitando peligrosas situaciones como los derrapes en las salidas.
De forma que se puedan configurar diferentes posibilidades de conducción.
Este proyecto puede ser un punto de partida de futuros proyectos que
contribuirían a la mejora de muchos aspectos del Car-Cross.
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Capítulo 2. Medición de la posición del acelerador.
2.1. Introducción.
El pedal del acelerador es uno de los elementos esenciales en un coche,
su función es la de transmitir al motor el deseo del conductor de alcanzar una
cierta velocidad o aplicar más o menos par en las ruedas motrices.
Se ha visto que hay diferentes tipos de aceleradores así como en
diferentes posiciones. El sitio normal suele ser en el habitáculo del coche
donde suele colocar las piernas el conductor, esto da una gran comodidad a la
hora de manejarlo. En algunos casos también nos podemos encontrar en
coches especiales que el acelerador está ubicado en el volante, y es accionado
mediante una palanca o un volante más pequeño que al ser presionado
funciona como el pedal.
Figure 6: Acelerador en vehículos especiales.
En estos casos el mecanismo siempre es el mismo; el pedal o la
palanca tira de un cable que a su vez acciona la mariposa del carburador
(motor de gasolina) o controla el caudal de combustible que debe entrar en los
cilindros (motor diesel). Una vez que se suelta, el pedal retornará a su posición
inicial gracias a la acción de unos muelles, de esta forma el motor no actuará y
el vehículo ralentizará su marcha.
En cuanto a los diferentes tipos nos encontramos con los que están
apoyados en el suelo y giran respecto a un eje situado por debajo del pedal
apretando un muelle y están los que giran respecto a un eje situado por encima
del pedal, en las siguientes figuras se comprenderá mejor la diferencia.
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Figure 7: Diferentes tipos de pedales de acelerador
Como ya se ha mencionado anteriormente, el presente proyecto se ha
dividido en tres partes, en las cuales los elementos actuantes tienen igual
importancia, pues el fallo de uno de ellos provocaría el mal funcionamiento del
conjunto en completo Una buena medición de la posición del acelerador es
importante para el desarrollo de una conducción cómoda y sin problemas
debidos a tirones.
La correcta medición de la posición del pedal del acelerador es de vital
importancia para la consecución de este proyecto, puesto que los datos que se
reciban en la unidad de control electrónico provenientes del pedal serán
procesados para enviar una señal al actuador. Y esta tiene que ser lo más
precisa posible para evitar problemas o mal funcionamiento.
Debido a esto se manejarán diversas posibilidades para la medición de
la posición del pedal, utilizando como sensor casi con total probabilidad un
potenciómetro. Pero se estudiarán mecanismos diferentes que serán los
encargados de hacer girar al potenciómetro.
2.2. Objetivo y necesidades.
El objetivo que se pretende conseguir es el de conocer en todo momento
y lo más exacto posible cuál es la posición del acelerador. Se utilizará un
potenciómetro, el cual recibirá el movimiento del pedal mediante un mecanismo
que habrá que diseñar previamente.
Para la consecución de este objetivo se tendrán que realizar las
siguientes tareas:
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1. Medición del ángulo que gira el pedal del acelerador.
2. Búsqueda de un mecanismo que se mueva de manera eficiente con
el pedal y mueva a la vez el potenciómetro.
3. Realización de pruebas con diferentes potenciómetros de 1, 3 y 10
vueltas a fin de conocer cuales tienen mejor resolución para ser
utilizados y que compararlos con la resolución del Data Logger.
4. Búsqueda de una sistema de sujeción del potenciómetro.
5. Decidir a partir del potenciómetro elegido si la alimentación se
realizará con 5V ó 12V. Así como calcular el número de grados que
deberá girar para ajustar al máximo el número de puntos utilizables.
Una vez definido todo esto, se procederá a dibujar los planos para la
construcción.
2.3. El sensor de posición.
Un sensor o captador, es un dispositivo diseñado para recibir
información de una magnitud del exterior y transformarla en otra magnitud,
normalmente eléctrica, que seamos capaces de cuantificar y manipular.
Normalmente estos dispositivos se encuentran realizados mediante la
utilización de componentes pasivos (resistencias variables, PTC, NTC, LDR
etc.. todos aquellos componentes que varían su magnitud en función de alguna
variable), y la utilización de componentes activos.
En este apartado se presentan los tipos y principios de funcionamiento
de diferentes sensores que se pueden utilizar para la medida de la posición de
distintos elementos:
1. Encoders:
Encoders incrementales: Se utilizan fundamentalmente para el cálculo
de la posición angular. Básicamente constan de un disco transparente,
el cual tiene una serie de marcas opacas colocadas radialmente y
equidistantes entre sí; de un elemento emisor de luz ( como un diodo
LED); y de un elemento fotosensible que actúa como receptor. El eje
cuya posición angular se va a medir va acoplado al disco.
Encoders absolutos: Es similar al anterior, sin embargo en este caso lo
que se va a medir no es el incremento de esa posición, sino la posición
exacta. La disposición es parecida a la de los encoders incrementales.
También se dispone de una fuente de luz, de un disco graduado y de un
fotorreceptor. La diferencia estriba en la graduación o codificación del
disco. En este caso el disco se divide en un número fijo de sectores y se
codifica cada uno con un código cíclico. No es necesaria ninguna mejora
para detectar el sentido del giro, ya que la codificación de los distintos
sectores angulares es absoluta.
La resolución de estos sensores es fija y viene dada por el número de
anillos que posea el disco, o lo que es lo mismo, el número de bits del
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Memoria______________________________________________________________
código utilizado. Normalmente se usan códigos de 8 a 19 bits.
Tanto los encoders absolutos como los incrementales son dispositivos
especialmente sensibles a golpes y vibraciones.
Figure 8: Encoder incremental.
2. Ultrasónico:
Este tipo de sensores representa una opción para realizar mediciones de
posición a distancia y sin contacto mediante ondas de frecuencia y
amplitud constante. Su principio de operación es básicamente la
transmisión de una señal piloto ultrasónica y la recepción de una señal
reflejada, para determinar si existe un objeto en el área de detección. La
transmisión y recepción de energía ultrasónica es la base para muchos
medidores ultrasónicos y de velocidad. Las ondas ultrasónicas son
ondas acústicas de una frecuencia que no es audible por el ser humano;
es decir, mayores a 20 kHz.
Cuando las ondas inciden en un objeto, parte de su energía es reflejada,
según cuanto tarden estas en volver, se sabe donde se encuentra el
objeto.
Una aplicación muy común para este tipo de transmisores son las
puertas automáticas de los edificios y supermercados, donde se debe
tener mucho cuidado con el ajuste de la distancia a la que se debe
detectar a una persona, porque se corre el riesgo de que las ondas
alcancen a reflejarse en el piso.
3. Láser:
El principio de funcionamiento es igual al del ultrasónico pero la onda
que se utiliza es un haz láser.
4. Inductivos:
Son instrumentos electromecánicos en los que las características
magnéticas de su circuito eléctrico cambian en respuesta al movimiento
12
Memoria______________________________________________________________
de un objeto. Con este movimiento se genera una respuesta
electromotriz o se genera una tensión.
Entre los sensores inductivos destaca el transformador diferencial de
variación lineal (LVDT) debido a su casi infinita resolución, poco
rozamiento y alta repetibilidad.
Su funcionamiento se basa en la utilización de un núcleo de material
ferromagnético unido al eje cuyo movimiento se quiere medir. Este
núcleo se mueve linealmente entre un devanado primario y dos
secundarios, haciendo con su movimiento que varíe la inductancia entre
ellos.
Al variar la posición del núcleo, hace crecer la tensión de un devanado y
disminuir la del otro. Del estudio de la tensión se deduce que ésta es
proporcional a la diferencia de inductancias mutuas entre el devanado
primario con cada uno de los secundarios, y que por tanto depende
linealmente del desplazamiento del vástago solidario al núcleo.
Además de las ventajas señaladas, el LVDT presenta una alta linealidad,
gran sensibilidad y una respuesta dinámica elevada. Su uso esta
ampliamente extendido, a pesar del inconveniente de poder ser aplicado
únicamente en la medición de pequeños desplazamientos.
5. Resistivos:
Como es el caso de los potenciómetros. Se trata de una resistencia y un
cursor que se desplaza sobre ella. Se alimenta la resistencia con un
voltaje regulado y del cursor a tierra obtenemos un voltaje proporcional
al desplazamiento producido. Hay de diferentes formas; lineales,
circulares, logarítmicos, etc. material; película de carbón, bobinados
sobre cerámica, etc.
Como se puede observar, algunos sensores pueden ser descartados
debido a las condiciones de trabajo, como es el caso del encoder, que son
bastante sensibles a los golpes y vibraciones, además el Data Logger no tiene
entrada para encoder por lo que se precisaría de una electrónica más
compleja.
Otros sensores son descartables debido a que son muy caros o difíciles
de utilizar, como puede ser el láser o el ultrasónico, y para la aplicación
demandada se requiere algo sencillo y de bajo costo.
Es por ello por lo que al final se optó por utilizar un sensor de tipo
resistivo, es decir, un potenciómetro, pues tienen un bajo costo, son fáciles de
manejar y tienen las características suficientes para la aplicación, además es
muy utilizado para medir la posición del pedal.
13
Memoria______________________________________________________________
Figure 9: Pedal con potenciómetro integrado.
Del elemento escogido para la medición de la posición del pedal se
hablará mas intensamente en el siguiente apartado.
2.4. El potenciómetro.
2.4.1. Introducción, esquema y principio de funcionamiento.
Un potenciómetro es un resistor con un contacto móvil deslizante. Estos
resistores pueden variar su valor dentro de unos límites. Para ello se les ha
añadido un tercer terminal unido a un contacto móvil que puede desplazarse
sobre el elemento resistivo proporcionando variaciones en el valor de la
resistencia. Este tercer terminal puede tener un desplazamiento angular
(giratorio) o longitudinal (deslizante). A continuación se muestra un esquema de
este sensor:
Figure 10: Esquema de un potenciómetro.
14
Memoria______________________________________________________________
Donde la resistencia en un momento determinado será:
Rp
ρ
ρ
R = ⋅ L ⋅ (1 − α ) = ⋅ (L − x ) =
⋅ (L − x )
A
A
L
Observamos que la resistencia entre el cursor y uno de sus terminales
es proporcional al desplazamiento del mismo.
En la siguiente figura se observa la variación del valor óhmico de un
potenciómetro en función del ángulo de rotación:
Figure 11: Variación de la resistencia de un potenciómetro con el ángulo.
El comportamiento descrito es ideal e implica aceptar algunas
simplificaciones cuya validez no se puede garantizar en todos los casos. Se
asume que para ello:
1. La resistencia es uniforme a lo largo de todo el recorrido o bien sigue
una ley determinada.
2. El contacto del cursor proporciona una variación de resistencia
continua (no a saltos) por tanto, la resolución es infinita.
3. Si se alimenta el potenciómetro con una tensión alterna, su
inductancia y capacidad deben ser despreciables.
i) Para valores de Rp bajos, la inductancia no siempre es despreciable,
sobre todo para potenciómetros bobinados.
ii) Para valores de Rp altos, la capacidad parásita puede tener
importancia.
4. La temperatura del potenciómetro es uniforme. Esta se debe tanto al
medio que lo rodea como al propio autocalentamiento.
5. El rozamiento del cursor y su inercia son despreciables.
Estas características ideales, obviamente, no se consiguen plenamente
en los potenciómetros comerciales. No obstante, estas limitaciones son
15
Memoria______________________________________________________________
compensadas sobradamente por las ventajas de este dispositivo que, siendo
simple y robusto, permite obtener buena exactitud en relación con su precio.
Las características reales son las siguientes:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Resistencia no uniforme en toda la excursión del cursor.
Resolución no infinita si son bobinados, saltos de hilo.
Inductancias y capacidades no despreciables.
Derivas con la temperatura y autocalentamiento
Falta de linealidad debido a la carga.
Inercias, rozamientos y velocidad máxima
Reducción de resolución debido a la resistencia de contacto.
2.4.2. Aplicaciones y tipos.
Figure 12: Potenciómetro
Las resistencias variables, llamadas potenciómetros, son usadas
frecuentemente en circuitos electrónicos dado su pequeño tamaño. Los
símbolos que se usan para representar una resistencia variable son los
siguientes:
Figure 13: Representación de un potenciómetro.
Los potenciómetros poseen un mando giratorio o deslizante para
graduarlos desde el exterior. Ejemplos de potenciómetros son los mandos de
volumen de radios y televisores y también los controles de brillo y color de los
televisores. Al variar la posición del eje del potenciómetro, varía la resistencia.
16
Memoria______________________________________________________________
2.4.3. Descripción.
2.4.3.1. Potenciómetros de desplazamiento lineal
También llamados reglas potenciométricas, consisten en una pista recta
y entera de resistencia constante, formada por pistas de polímeros
conductores. Por encima de ellas, se mueve un cursor que da la medida en
voltaje respecto a la tierra.
Figure 14: Aspecto de un potenciómetro lineal
2.4.3.2. Potenciómetros de desplazamiento angular
Trabajan de la misma manera que los de desplazamiento rectilíneo, pero
en este caso la pista es de forma circular permitiendo así la medición de
variación de ángulos. Nos podemos encontrar con potenciómetros de dos tipos,
los de una vuelta, en los que la pista es un circulo en el mismo plano, y los de
más de una vuelta, donde el circulo se convierte en una espiral que crece
según el eje perpendicular de este circulo. En ambos casos, el cursor se
desplaza por encima de la pista creando una relación de linealidad entre la
resistencia total y la parte desplazada del cursor.
La resistencia nominal Rn suele variar entre 1k. y 100k.. Sus tolerancias
de fabricación están entre el 5% y el 20%. Su variación con la temperatura es
mayor en pistas conductoras.
El error de linealidad está comprendido entre 0,01% y 1% de Rn, medido
como la máxima desviación de la resistencia R(l), respecto de su valor lineal.
El cursor debe asegurar un buen contacto eléctrico lo que implica:
ausencia de f.e.m. de contacto (chispas), resistencia de contacto débil y estable
en el tiempo (desgaste) y en presencia de vibraciones o de velocidades
elevadas del cursor.
17
Memoria______________________________________________________________
Figure 15: Aspecto de un potenciómetro angular.
Figure 16: Esquema de un potenciómetro angular.
La resistencia de contacto depende de la presión del cursor y de la
naturaleza y estado de las superficies de contacto. Es más elevada para los
potenciómetros de pista conductora. Sus variaciones aleatorias durante el
desplazamiento del cursor son fuentes de ruido, que es importante si la
corriente derivada por el cursor es relativamente importante.
2.4.4. Materiales.
Existe en el mercado una variedad de elementos resistivos que se
utilizan en los potenciómetros, el elemento más popular es el carbón, su mejor
característica es el precio, pero como inconvenientes tiene las variaciones de
temperatura y su vida; el cermet es una combinación de un material Cerámico y
Metal que mejora muchísimo las características del carbón. Después se
encuentra el bobinado, que sus principales ventajas son el bajo coeficiente de
temperatura, su vida mecánica, bajo ruido, alta disipación, y estabilidad con el
tiempo. Otro elemento utilizado es el plástico conductor que mejora en todas
las características respecto a los demás elementos, pero tiene un precio
superior.
18
Memoria______________________________________________________________
2.4.5. Conexión de un potenciómetro.
Supóngase que se va a proceder a conectar un potenciómetro, resistor
variable provisto de tres contactos, habitualmente empleado para regular el
flujo de corriente eléctrica en un circuito. Los contactos de los extremos del
potenciómetro se conectan uno a la alimentación y el otro a masa (GND). El
contacto intermedio se une a la entrada analógica (IN0, IN1, IN2, IN3) deseada.
Figure 17: Conexión de un potenciómetro
2.4.6. Características técnicas.
Estas son las especificaciones técnicas más importantes que podemos
encontrar en las hojas de características que nos suministra el fabricante:
Figure 18: Parámetros de un potenciómetro.
1. Recorrido mecánico: es el desplazamiento que limitan los puntos
de parada del cursor (puntos extremos).
19
Memoria______________________________________________________________
2. Recorrido eléctrico: es la parte del desplazamiento que
proporcionan cambios en el valor de la resistencia. Suele coincidir
con el recorrido mecánico.
3. Resistencia nominal (Rn): valor esperado de resistencia variable
entre los límites del recorrido eléctrico.
4. Resistencia residual de fin de pista (rf): Resistencia comprendida
entre el límite superior del recorrido eléctrico del cursor y el contacto
B (ver figura).
5. Resistencia residual de principio de pista (rd): Valor de resistencia
comprendida entre límite inferior del recorrido eléctrico y el contacto
A (ver figura).
6. Resistencia total (Rt): resistencia entre los terminales fijos A o A' y
B, sin tener en cuenta la conexión del cursor e incluyendo la
tolerancia. Aunque a efectos prácticos se considera igual al valor
nominal (Rt=Rn).
7. Resistencia de contacto (rc): Resistencia que presenta el cursor
entre su terminal de conexión externo y el punto de contacto interno
(suele despreciarse, al igual que rd y rf).
8. Temperatura nominal de funcionamiento (Tn): es la temperatura
ambiente a la cual se define la disipación nominal.
9. Temperatura máxima de funcionamiento (Tmax): máxima
temperatura ambiente en la que puede ser utilizada la resistencia.
10. Potencia nominal (Pn): máxima potencia que puede disipar el
dispositivo en servicio continuo y a la temperatura nominal de
funcionamiento.
11. Tensión máxima de funcionamiento (Vmax): máxima tensión
continua ( o alterna eficaz) que se puede aplicar a la resistencia entre
los terminales extremos en servicio continuo, a la temperatura
nominal de funcionamiento.
12. Resolución: cantidad mínima de resistencia que se puede obtener
entre el cursor y un extremo al desplazar (o girar) el cursor. Suele
expresarse en % en tensión, en resistencia, o resolución angular.
Más adelante se tratará con más detenimiento el tema de la
resolución, ya que será importante a la hora de elegir el
potenciómetro.
13. Leyes de variación: es la característica que particulariza la variación
de la resistencia respecto al desplazamiento del cursor. Las más
comunes son la ley de variación lineal, y la logarítmica (positiva y
negativa):
20
Memoria______________________________________________________________
Figure 19: Leyes de variación de la R de un potenciómetro.
En nuestro caso se utilizará un potenciómetro lineal, puesto
que es así como actúa el acelerador.
14. Linealidad o conformidad: indica el grado de acercamiento a la ley
de variación teórica que caracteriza su comportamiento, y es la
máxima variación de resistencia real que se puede producir respecto
al valor total (nominal) de la resistencia.
2.4.7. Ventajas y desventajas.
Los potenciómetros no suelen necesitar amplificadores puesto que son
capaces de manejar tensiones relativamente grandes. Además, se pueden
operar con tensiones de alterna o continua ampliando así sus aplicaciones. Sin
embargo, el continuo roce produce desgastes, lo que puede hacer disminuir su
vida útil y presentar ruido al estar desgastados. Esto provocaría un mal
funcionamiento del acelerador electrónico.
2.5. Desarrollo de los objetivos y necesidades.
2.5.1. Angulo de giro del acelerador.
Antes de empezar a pensar en un mecanismo para la transmisión del
giro del acelerador al potenciómetro, se debe calcular el ángulo de giro del
pedal, pues será un factor importante a la hora de decidirse por un mecanismo
u otro.
En el anejo de cálculos 1 se encuentran los cálculos obtenido mediante
tres métodos para saber el ángulo de giro del pedal que finalmente fue de
18,274º.
2.5.2. Potenciómetro.
El motivo de que se elija antes el potenciómetro que el mecanismo es
sencillo, al saber que potenciómetro vamos a utilizar y cuantos grados debe
girar, tendremos menos dificultad a la hora de diseñar un mecanismo.
21
Memoria______________________________________________________________
Para la elección del potenciómetro se tuvieron en cuenta los siguientes
puntos: Resolución del Data Logger así como del potenciómetro, ángulo que
debe girar, tipo de potenciómetro, es decir, si es de una 1, 3 ó 10 vueltas y
voltaje de alimentación.
2.5.2.1. Resolución del Data Logger y del potenciómetro.
Nota previa: El significado de Data Logger y sistema de adquisición de
datos es el mismo.
Se trata de ver cual es la resolución del Data Logger y compararla con la
del potenciómetro, porque de que sirve apurar al máximo el giro del
potenciómetro si la tarjeta no va a saber que está ocurriendo. Es decir, la
tarjeta de adquisición de datos tiene una resolución por debajo de la cual no
sabe si el potenciómetro se ha movido o no. Por lo tanto tenemos que saber el
valor de la resolución tanto del potenciómetro como de la tarjeta y tener en
cuenta que un potenciómetro con una resolución menor que la de la tarjeta no
servirá para nada, pero si que se intentará ajustar al máximo. A mayor cantidad
de datos con mayor suavidad y precisión funcionará el coche.
La tarjeta de adquisición de datos tiene 12 bits que en total hacen (212)
4096 valores, y la tensión es de 5 voltios, por lo que dividiendo 5voltios entre
4096 valores nos da la resolución del Data Logger;
5
= 1,2207mV .
4096
Ahora hay que ver la resolución de los potenciómetros y si esta es
mayor que la de la tarjeta, entonces se podrá ajustar más el giro del pedal, pero
si esta es menor, de poco sirve que se ajuste más el giro del pedal y gire más o
menos grados. Así que se buscará un potenciómetro cuya resolución esté lo
más cercano a 1,22mV, pero siempre por encima de ese valor.
En función de los resultados de resolución, se tendrá un valor fijo para la
elección del potenciómetro. El que tenga mejor resolución tendrá muchas
posibilidades de ser utilizado, pero aún falta algo importante antes de elegirlo, y
es el número de vueltas. La duda que se plantea en este momento es la
siguiente: supongamos un potenciómetro cuyo recorrido es de tres vueltas
(1080º) pero a la hora de trabajar solo se van a usar por ejemplo 150º,
entonces para 0º la señal será 0 voltios, para 1080º será 5 voltios y para 150º
serán los voltios que tengan que ser, con lo que estaremos utilizando muy
pocos puntos si es de 3 vueltas. En los siguientes párrafos se explicará esto
con más detalle, haciendo comparaciones entre los tres tipos de
potenciómetros que se barajan para ser utilizados.
Con el programa Labview se comprobará la linealidad y se calculará la
resolución de tres potenciómetros, en concreto de los de 1,3 y 10 vueltas.
22
Memoria______________________________________________________________
Se han hecho pruebas con los potenciómetros para conocer cuantos
puntos utilizarán de los 4096 que admite el Data Logger. Se sabe que la
alimentación será de 5000mV, que en el giro actual del pedal la longitud de
cable que se enrolla en la polea es de 23mm y el ángulo girado por el
potenciómetro es de 109.8º, entonces haciendo los cálculos pertinentes se
llega a la siguiente tabla.
Potenciómetro
Vueltas(n)
Angulo
girado
Para 1mV el
potenc. gira
Carrera(mm). Sí
polea de
D=24mm
Resolución.
Orden de
magnitud
1 Vuelta
360º
0.072º
2*π*r*n=75.4
10mV
3 Vueltas
1080º
0.216º
2*π*r*n=226.2
1-10mV
10 Vueltas
3600º
0.72º
2*π*r*n=754
10mV
Puntos
utilizados*
109.8º/0.072*1
0= 152ptos
109.8º/0.216*1
= 508ptos
109.8º/0.72
*10= 152ptos
Tabla 1: Características de los potenciómetros utilizados.
En el anejo de cálculos 1 se puede ver la tabla con más detalles. La
resolución se obtuvo con el programa Labview.
El Data Logger admite idealmente hasta 4096 valores, pero realmente
hasta unos 3500 aproximadamente, y su resolución entonces es de:
5
= 1.43mV
3500
En cambio los potenciómetros al estar alimentados con 5V, tendrán
5000 valores si la resolución es de 1mV o 500 valores si la resolución es de
10mV. La cuestión es si los potenciómetros tienen tanta sensibilidad como para
detectar todos esos puntos, es decir, que seguramente necesiten girar más
grados para que detecte la variación, p.ej. el potenciómetro de una vuelta para
dar una señal de 1mV girará 0.072º pero el mismo potenciómetro no se entera,
tendría que girar 0.72º para enterarse, pues el orden de resolución es de
10mV.
Se trata de maximizar el número de valores del potenciómetro de
manera que no sea un factor más limitante que la tarjeta de adquisición. Esto
se puede realizar de varias maneras:
1. Buscando un potenciómetro de 1 vuelta que tenga una resolución del
orden de 1mv si los hay y aumentando la carrera para que utilice más
puntos y por tantos más valores. Si 5000puntos son 360º, 3500
puntos;
5000 ptos 
→ 360º
3500 ptos 
→ X
X=252º
23
Memoria______________________________________________________________
Es decir, consiguiendo un potenciómetro con buena resolución y girando
la polea 252º habremos conseguido maximizar el sistema.
2. La otra posibilidad si no se encuentran potenciómetros con
resolución de 1mV es alimentar el de 1 vuelta con 12 voltios, con lo
que tendríamos 1200 puntos y no sería necesario modificar el
mecanismo utilizado en este momento. Pero hay que tener en cuenta
un aspecto muy importante y es que para evitar roturas a la entrada
analógica del Data Logger no le puede llegar una señal mayor de 5
voltios.
3. Utilizar un potenciómetro de 3 vueltas alimentado con 5 voltios y
maximizar el ángulo de giro de tal forma que podamos conseguir por
lo menos 3500 puntos. Haciendo la misma regla de 3 que en el punto
1 obtenemos que X=756º, que es un valor muy alto y difícilmente se
conseguirá girar ese ángulo.
5000 ptos 
→1080º
3500 ptos 
→ X
X=756º
Se podría también utilizar un potenciómetro de 3 vueltas pero
alimentándolo con 12V, con lo que tendríamos 12000ptos en caso de
que la resolución sea del orden de 1mV o 1200 puntos en caso de
que la resolución sea del orden de 10mV. Suponemos que tenemos
uno de 10mV, entonces intentaremos girar el mayor ángulo posible.
12000 ptos 
→1080º
3500 ptos 
→ X
X=315º
Pero si la resolución es de 10mV. entonces:
1200 ptos 
→1080º
Xptos 
→ 360º
X=400ptos.
Obtener 400 puntos sería una buena medida,
potenciómetro con sensibilidad de 1mV es difícil,
influye en la sensibilidad la alimentación, que
oscilaciones que provocan que el potenciómetro no
resolución.
y encontrar un
aunque también
tiene pequeñas
tenga tan buena
4. Otra opción sería utilizar el potenciómetro de 10 vueltas, pero se ha
descartado debido al alto ángulo de giro requerido para conseguir
bastantes valores y a que el mecanismo de recogida del cable sería
bastante complicado de construir para obtener un alto ángulo, debido
al poco movimiento del acelerador.
24
Memoria______________________________________________________________
2.5.2.2. Elección del potenciómetro y ángulo de giro.
Se utilizará un potenciómetro de 3 vueltas y estará alimentado con 12V,
el motivo de elegir uno de 3 vueltas en vez de uno de 1 vuelta es que el de 3
vueltas marcha mejor que el de una vuelta, y su resolución aunque es también
del orden de 10mV, si que es algo mejor que el de 1 vuelta.
El ángulo de giro del potenciómetro será en función del mecanismo que
se utilice, aunque ya se ha visto que es importante que el potenciómetro gira el
máximo posible de grados para así obtener más puntos.
El máximo ángulo de giro que podrá girar será hasta alcanzar los 5
voltios;
12voltios 
→1080º
5voltios 
→ X
X=450º
2.5.3. Mecanismos.
A la hora de diseñar un mecanismo para medir la posición del pedal del
acelerador, nos fijaremos en varios aspectos como pueden ser: Espacio
disponible, precisión, coste y sencillez de construcción y montaje.
Se pensó en diferentes tipos de mecanismos y finalmente se eligió uno
de ellos el cual era el que mejor cumplía con las restricciones.
A continuación se presentan los diferentes mecanismos en los que se
pensó.
2.5.3.1. Solución 1: Utilizando engranajes.
Figure 20: Engranajes.
Se utilizarán un par de engranajes, uno que gire solidario con el eje del
potenciómetro, de forma que ante cualquier giro del pedal, el potenciómetro
empezará a medir y otro que gire solidario con el eje del pedal del acelerador.
Al engranaje que gira con el potenciómetro le llamaremos piñón y al otro rueda.
Sabiendo el ángulo máximo que tiene que girar el potenciómetro se puede
obtener la relación de transmisión entre los dos engranajes y conocer todos los
parámetros.
25
Memoria______________________________________________________________
Sabemos que el pedal gira 18,274º, es decir que la rueda giraría lo
mismo. Tenemos que conseguir que con ese giro del pedal podamos girar 450º
del piñón. La relación de transmisión será por tanto de 24.62. Pero es probable
que se presente el problema de espacio, debido a que para conseguir ese giro
del piñón, el radio de la rueda deba ser muy grande y no se pueda montar.
Utilizando las siguientes ecuaciones se podría hallar el diámetro de los
engranajes en función del ángulo que queramos que gire el potenciómetro.
Relación de transmisión: i
w2
=i
w1
Mediante la relación entre omegas;
w1 ⋅ z1 = w2 ⋅ z 2
Se puede obtener una relación entre el numero de dientes. Y como el
número de dientes es Z =D/m. La relación de transmisión nos da también la
relación de radios.
D1
=i
D2
Se elegirá un módulo y a partir de ahí probar que radios del piñón
vendrían mejor. Se sabe que la ecuación que relaciona estos parámetro es:
Dp = m ⋅ z
Siendo:
Dp = Diámetro primitivo.
m = módulo, igual al cociente entre el paso circular y el número p.
z = número de dientes.
Y el valor del módulo se obtiene de la siguiente ecuación:
m=
p
π
=
2 ⋅π ⋅ R
π ⋅Z
Como ya se dijo anteriormente, la relación de transmisión es muy
grande, por lo que el diámetro del piñón que gira solidario al potenciómetro
deberá ser muy pequeño y el de la rueda muy grande. Los diámetros
aproximados del piñón serán de entre 1 a 3cm, por lo que el diámetro de la
rueda será de entre 12 a 36cms. Es decir el radio de la rueda estará
26
Memoria______________________________________________________________
comprendido entre 6 y 18cms. Pero la limitación del radio de la rueda es de
13cms. (por problemas de espacio). Así que la relación será por tanto menor.
Se plantea ahora otra opción mediante engranajes pero utilizando un
tren de engranajes.
Utilización de un tren de engranajes.
Con esta opción podemos conseguir reducir el diámetro de las ruedas y
lograr con ello no tener problemas de espacio.
El mecanismo sería de la siguiente forma:
Figure 21: Tren de engranajes.
Tenemos las siguientes restricciones:
R1 + R2 + R3 = 15 (limitación de espacio)
2 ⋅ R3 + 2 ⋅ R4 = 12 (limitación de espacio)
Y la relación entre w1 y w3 es:
w3 R1 ⋅ R3
=
w1 R4 ⋅ R2
y como la relación de transmisión (i) es 450/18.274=24.62. (Se utilizará
una relación de 22) Obtenemos que la relación entre los radios son:
R1 ⋅ R3
= 22
R4 ⋅ R2
27
Memoria______________________________________________________________
y despejando D3 y D2 en función de D1 y D4, obtendremos la relación
entre los radios de la rueda y el piñón.
22 ⋅ R42 − 21 ⋅ R1 ⋅ R4 + 132 ⋅ R4 − 6 ⋅ R1 + 15 = 0
Para esa relación determinada, y suponiendo un valor del diámetro del
piñón (D4) de 4cm. Los valores de los diámetros del resto de engranajes es de;
D4 = 4cm.
D3 = 8cm
D1 = 16cm.
D2 = 2cm.
y conseguimos además que el potenciómetro tenga mayor giro, lo que
hará que sea mejor la medición de la mariposa.
Definiremos ahora todos los parámetros de los engranajes:
Rueda D1 Piñón D2 Rueda D3 Piñón D4
Diámetro interior (mm)
-
-
-
6,35
Diámetro primitivo (mm)
Módulo
Numero de dientes
Relación (i)
200
1
200
-
20
1
20
-
80
1
80
-
40
1
40
-
Angulo del engranaje
20º
-
-
360º
Tabla 2: Parámetros del tren de engranajes.
El diámetro interior de D1, D2 y D3 está por definir, dependerá de los
rodamientos elegidos y del diámetro del eje de giro.
2.5.3.2. Solución 2: Poleas dentadas.
Esta solución es prácticamente inviable puesto que se requiere un gran
espacio, y no se dispone de él. Paralelo al eje de giro del acelerador a una
distancia de aproximadamente 2cms hay situada una barra perteneciente al
chasis del vehículo, por lo que en caso de querer utilizar una polea, el radio de
esta debería ser muy reducido, teniendo que utilizar un tren de engranajes
después para la conexión con el potenciómetro, por lo que es mejor utilizar
directamente la primera opción.
28
Memoria______________________________________________________________
Figure 22: Poleas.
Pero cabe la opción de que a la polea de mayor radio, que girará
solidaria con el acelerador se le realice un corte, dejando solo 60º por un lado y
otros 60º por otro, de tal forma que se evite el choque con el chasis.
En el caso de este acelerador, la relación entre poleas será de 24:1, de
esta forma la polea pequeña girará 450º mientras que la grande solo gira
18.274º de forma se cumplirá que la polea grande tendrá un radio muy grande.
mientras que la pequeña tendrá un radio muy pequeño. Solo queda mirar en
los catálogos la disponibilidad de poleas de este tamaño, y si no las hubiera se
buscaría otra relación, siendo esta de tal forma que la polea pequeña gire lo
más próximo a 450º. La unión entre las dos poleas se realizará mediante una
correa dentada, en la polea grande estará el final del tramo (Debido a que la
polea no es enteriza) y en la pequeña girará completamente la correa. Para
evitar que la correa esté suelta y no haya contacto total entre poleas y correa,
se dispondrá de un tensador con lo que se conseguirá un ajuste completo.
2.5.3.3. Solución 3: Potenciómetro de desplazamiento lineal.
La utilización de un potenciómetro deslizante puede ser una buena
opción, debido a la facilidad de montaje que conllevaría, se montaría en la
barra del chasis que va paralelo a la dirección longitudinal del coche, de esta
forma, al pisar el acelerador, habrá un tramo de alambre hasta el
potenciómetro, y seguidamente se encontrarán los cables de conexión a la
Unidad de Control Electrónico.
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Memoria______________________________________________________________
Figure 23: Potenciómetro lineal.
La característica desfavorable de estos potenciómetros es que tienen
una vida útil bastante baja, no más de 100000 ciclos, por lo que se
estropearían muy rápido y habría que cambiarlos en un corto espacio de
tiempo. Aún así se tendrá en cuenta por la facilidad de montaje.
2.5.3.4. Solución 4: Mecanismo instalado anteriormente.
Por último este mecanismo empezó a tomarse como la mejor solución
por las siguientes razones:
1. La primera solución es bastante difícil de montar, y los engranajes
siempre tienen una cierta holgura, lo que hace que se pierda
precisión.
2. La solución del potenciómetro deslizante está casi descartada,
porque antes se haría la que está instalada ahora, y en el caso de
que esta no saliese adelante, se optaría por hacer la de las poleas
dentadas.
Se realizaron cálculos para mejorar la solución que está instalada ahora,
con la idea de comparar el caso instalado anteriormente y el mejor caso
posible, ver si el anterior es bueno, y si no lo es, mejorarlo para obtener una
buena solución. En el anejo de cálculos 1 se encuentran las soluciones tanto
del caso instalado ahora como de la mejor solución.
Por ello se tomará la solución instalada anteriormente y se realizaran los
cambios necesarios. En el anejo de cálculos 1 se muestra que esta solución es
prácticamente lineal.
30
Memoria______________________________________________________________
Figure 24: Vista del nuevo mecanismo.
Esta solución funciona del siguiente modo:
En la figura se puede observar el mecanismo utilizado, donde en el
interior de la caja verde claro, donde marca la flecha, va instalado tanto el
mecanismo que hace girar al potenciómetro como el mismo potenciómetro.
El mecanismo es sencillo, se trata de una polea sobre la que se arrolla el
cable azul (ver figura 24), y al girar esta polea también gira el potenciómetro,
por lo que estaría midiendo. El objeto que hace que el cable se arrolle sobre la
polea es un muelle que trabaja a torsión. En la siguiente figura se muestra un
esquema del conjunto.
31
Memoria______________________________________________________________
Figure 25: Mecanismo de giro del potenciómetro.
El muelle tiende a desenrollarse, por eso cuando el pedal se mueve, el
cable se va enrollando en la polea. El conjunto dibujado en ProE se muestra en
la siguiente figura.
Figure 26: Muelle, polea, rodamiento y potenciómetro.
32
Memoria______________________________________________________________
Figure 27: Mecanismo completo.
Puesto que la solución tomada es la que estaba instalada anteriormente,
el mecanismo para sujetar el potenciómetro será el mismo, aunque sufrirá
ligeros cambios para conseguir la mejor solución del mecanismo.
En el anejo de cálculos 1 se pueden apreciar los cálculos realizados
para encontrar la mejor solución del mecanismo, y en los planos se puede ver
el nuevo diseño.
2.5.4. Linealidad.
En el anejo de cálculos 1 se encuentra la demostración de linealidad del
mecanismo utilizado. Para el ángulo de giro del pedal, el mecanismo es
prácticamente lineal con una error mínimo.
2.5.5. Tensión de alimentación y ángulo de giro.
En resumen la tensión de alimentación del potenciómetro será de 12
voltios, y el ángulo que girará será de 450º, con lo que se conseguirá un total
de 500 puntos.
2.6. Resumen y conclusiones.
Finalmente se expondrán los parámetros de la solución utilizada.
En primer lugar el potenciómetro utilizado será de 3 vueltas (anejo de
cálculos 1) y alimentado a 12 voltios, obteniéndose unos 500 ptos. Para ello, el
mecanismo utilizado será el que se estaba utilizando anteriormente, pero
maximizandolo para apurar el fondo de escala del Data Logger.
Por otro lado, la polea del mecanismo de la Figure 26 reducirá su radio a
la mitad para realizar mayor giro. Para conseguir los 450º de giro debería
33
Memoria______________________________________________________________
reducirse de diámetro 24 (es el que tiene ahora) a 12. En caso de no poderse
conseguir esta reducción, el potenciómetro girará menos y no se aprovecharan
todos los puntos posibles.
De los tres cables que salen del potenciómetro dos serán de
alimentación (12V y GND) y el tercero será de señal, que irá directamente a la
tarjeta de adquisición de datos.
34
Memoria______________________________________________________________
Capítulo 3. Actuación.
3.1. Motores seleccionados.
3.1.1. Introducción.
En este capítulo se intentará elegir un actuador que cumpla los
requisitos para mover la mariposa. Básicamente tendrá la misma función que el
cable del acelerador que une pedal y motor, pero en este caso se elimina la
conexión mecánica, y la mariposa será movida por él actuador.
Previo a la elección del actuador se hablará de los tipos de actuadores
que fueron tenidos en cuenta para ser utilizados.
Pero antes de entrar en materia sería conveniente dar una buena
definición de mariposa: En el motor de gasolina, es el mecanismo que ajusta la
cantidad de aire que entra el motor. Puede haber una para todos los cilindros o
una para cada cilindro (más raramente), pero todas ellas tienen un
funcionamiento similar. Es una pieza redonda y plana (como una galleta) con
un eje central sobre el que gira. Cuando está cerrada obtura el paso de aire;
para abrirse, gira sobre el eje; cuando está completamente abierta, queda de
perfil y prácticamente no opone resistencia al paso de aire. La válvula está
conectada al pedal del acelerador mediante un cable, o bien tiene un motor
eléctrico que la abre o cierra según las órdenes de la centralita. También se
utiliza la válvula de mariposa en sistemas de admisión variable, bien para
cerrar uno de los dos conductos de admisión en motores de cuatro válvulas por
cilindro, o bien en el colector de admisión para variar volumen o área de paso
del aire.
3.1.2. Motores eléctricos.
Se denomina así al motor capaz de transformar la energía eléctrica que
recibe almacenada en una serie de baterías en energía mecánica.
Básicamente constan de dos partes, una fija denominada estator, y otra móvil
respecto a esta última denominada rotor. Ambas están realizadas en material
ferromagnético, y disponen de una serie de ranuras en las que se alojan los
hilos conductores de cobre que forman el devanado eléctrico. En todo motor
eléctrico existen dos tipos de devanados: el inductor, que origina el campo
magnético para inducir las tensiones correspondientes en el segundo
devanado, que se denomina inducido, pues en él aparecen las corrientes
eléctricas que producen el par de funcionamiento deseado.
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Memoria______________________________________________________________
3.1.2.1. Motor de corriente continua.
3.1.2.1.1. Introducción.
Funcionan con corriente continua. En estos motores, el inductor es el
estator y el inducido es el rotor. Fueron los primeros en utilizarse en vehículos
eléctricos por sus buenas características en tracción y por la simplicidad de los
sistemas de control de la electricidad desde las baterías. Presentan
desventajas en cuanto al mantenimiento de algunas de sus piezas (escobillas y
colectores) y a que deben ser motores grandes si se buscan potencias
elevadas, pues su estructura (y en concreto el rozamiento entre piezas)
condiciona el límite de velocidad de rotación máxima.
La mayoría las máquinas de corriente continua son semejantes a las
máquinas de corriente alterna ya que en su interior tienen corrientes y voltajes
de corriente alterna. Las máquinas de corriente continua tienen corriente
continua sólo en su circuito exterior debido a la existencia de un mecanismo
que convierte los voltajes internos de corriente alterna en voltajes corriente
continua en los terminales. Este mecanismo se llama colector, y por ello las
máquinas de corriente continua se conocen también como máquinas con
colector.
3.1.2.1.2. Principio de funcionamiento
En un motor de corriente continua con escobillas, se obtiene par motor
gracias a la interacción del campo magnético inductor, estacionario, y la
intensidad del arrollamiento inducido giratorio. Campo y corriente eléctrica se
mantienen siempre en la misma posición relativa gracias al mecanismo de
conmutación formado por el colector de delgas y las escobillas. En motores de
pequeña potencia suele obtenerse la excitación mediante imanes permanentes.
En este caso, solo se dispone de dos terminales para el control y la
alimentación del motor. Las relaciones básicas electromecánicas son en este
caso las siguientes:
Tm = K ⋅ i
E = K ⋅Ω
El hecho de tener control directo sobre el par mediante la intensidad de
inducido, y sobre la velocidad a través de la tensión, convierte a este motor en
el modelo de referencia para la regulación de velocidad. No obstante, la
alimentación del inducido a través de las escobillas y el colector presenta
muchos inconvenientes, hasta el punto que en algunos casos se hace inviable
su utilización.
3.1.2.1.3. Partes básicas de las máquinas de corriente continua.
La máquina de corriente continua consta básicamente de las partes
siguientes:
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Memoria______________________________________________________________
Inductor:
Es la parte de la máquina destinada a producir un campo magnético,
necesario para que se produzcan corrientes inducidas, que se desarrollan en el
inducido.
El inductor consta de las partes siguientes:
1. Pieza polar: Es la parte del circuito magnético situada entre la culata
y el entrehierro, incluyendo el núcleo y la expansión polar.
2. Núcleo: Es la parte del circuito magnético rodeada por el devanado
inductor.
3. Devanado inductor: es el conjunto de espiras destinado a producir
el flujo magnético, al ser recorrido por la corriente eléctrica.
4. Expansión polar: es la parte de la pieza polar próxima al inducido y
que bordea al entrehierro.
5. Polo auxiliar o de conmutación: Es un polo magnético
suplementario, provisto o no, de devanados y destinado a mejorar la
conmutación. Suelen emplearse en las máquinas de mediana y gran
potencia.
6. Culata: Es una pieza de sustancia ferromagnética, no rodeada por
devanados, y destinada a unir los polos de la máquina.
Inducido:
Es la parte giratoria de la máquina, también llamado rotor.
El inducido consta de las siguientes partes:
1. Devanado inducido: es el devanado conectado al circuito exterior
de la máquina y en el que tiene lugar la conversión principal de la
energía
2. Colector: es el conjunto de láminas conductoras (delgas), aisladas
unas de otras, pero conectadas a las secciones de corriente continua
del devanado y sobre las cuales frotan las escobillas.
3. Núcleo del inducido: Es una pieza cilíndrica montada sobre el
cuerpo (o estrella) fijado al eje, formada por núcleo de chapas
magnéticas. Las chapas disponen de unas ranuras para alojar el
devanado inducido.
Escobillas:
Son piezas conductoras destinadas a asegurar, por contacto deslizante,
la conexión eléctrica de un órgano móvil con un órgano fijo.
Entrehierro:
Es el espacio comprendido entre las expansiones polares y el inducido;
suele ser normalmente de 1 a 3 mm, lo imprescindible para evitar el rozamiento
entre la parte fija y la móvil.
Cojinetes:
Son las piezas que sirven de apoyo y fijación del eje del inducido.
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Memoria______________________________________________________________
Diagrama de una máquina de corriente continua.
Los componentes de la máquina de corriente continua se pueden
apreciar claramente en la siguiente figura.
1. Culata
2. Núcleo polar
3. Pieza polar
4. Núcleo de polo auxiliar
5. Pieza polar de polo auxiliar
6. Inducido
7. Arrollado del inducido
8. Arrollado de excitación
9. Arrollado de conmutación
10. Colector
11. Escobillas positivas
12. Escobillas negativas
La parte de 1 a la 5 forman el inductor. En conjunto las partes 2 y 3 se
designan por polo inductor. La parte 6 constituye el inducido, al que va
arrollado un conductor de cobre formando el arrollamiento del inducido.
Alrededor de los núcleos polares, va arrollando, en forma de hélice, el
arrollamiento de excitación (8). Análogamente cada núcleo de los polos de
conmutación lleva un arrollamiento de conmutación (9). La parte 10 representa
el conmutador o colector, que esta constituido por varias láminas aisladas entre
sí, formando un cuerpo cilíndrico.
El arrollamiento del inducido está unido por conductores con las laminas
del colector; inducido y colector giran conjuntamente. Sobre la superficie del
colector rozan unos contactos a presión mediante unos muelles. Dichas piezas
de contacto se llaman escobillas. El espacio libre entre las piezas polares y el
inducido se llama entrehierro.
3.1.2.2. Servomotor.
3.1.2.2.1. Introducción.
Un servomotor (ver Figure 28) es un dispositivo en forma de caja negra
al que llegan tres cables. Contiene un pequeño motor, una caja de engranajes,
un potenciómetro de un valor aproximado de 5K y un pequeño circuito
integrado.
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Memoria______________________________________________________________
Figure 28: Servomotor.
Este motor eléctrico en miniatura ataca a la magnitud que se ha de
controlar: el giro y posicionamiento del eje del motor. A su vez, el movimiento
de rotación angular del motor modifica la posición del potenciómetro interno,
que controla un monoestable también integrado en el servomotor.
El eje del motor puede ser girado hasta una posición angular especifica
mediante una señal de control. Mientras se mantenga esta señal de control, el
servomotor mantendrá la posición angular del eje. Si la señal de control
cambia, también cambia la posición de eje.
3.1.2.2.2. Funcionamiento.
La velocidad del motor, así como la dirección del movimiento de los
«servos» se controla mediante servo-pulsos modulados en amplitud. El
servomotor convierte los servo-pulsos en un movimiento mecánico. La
magnitud del giro del eje del «servo» es proporcional a la anchura del pulso
que llega por la línea de control. Este tipo de pulsos está formado por una señal
digital que se genera aproximadamente cada 20 milisegundos. La anchura de
estos pulsos varía en función del servomotor usado, pero para simplificar
tomaremos un mínimo de 1 ms. a un máximo de 2 ms.
Aunque la relación anchura del pulso y la posición del eje no está
estandarizada, lo normal es que trenes de pulsos de 1,5 ms. lleven el eje del
servo al centro de su rango, anchura neutra. Si la anchura del pulso es de 1
ms, el servomotor se posiciona en el extremo izquierdo, mientras que si el
pulso tiene una anchura de 2 ms la posición del «servo» es el extremo opuesto.
Esta técnica se conoce como modulación por anchura de pulso, en ingles PWM
39
Memoria______________________________________________________________
(Pulse Width Modulation). En la Figure 29 es posible apreciar ejemplos del
posicionamiento del eje del servo dependiendo del ancho del pulso, donde se
logra 0º, 90º y 180º con anchos de pulso de 0.5, 1.5 y 2.5 [ms]
respectivamente.
Figure 29: Funcionamiento de un servo mediante pulsos.
El servomotor trabaja comparando la anchura del pulso de entrada con
la anchura del pulso producido por el timer interno. A su vez, el período del
timer interno es controlado por el potenciómetro acoplado al eje del servo». La
diferencia entre la anchura del pulso de entrada y la anchura del pulso interno
se utiliza como señal de error. La lógica del «servo» se encarga de determinar
la dirección en la que ha de girar el motor para minimizar dicho error. Para ello
activa los drivers de salida apropiados. El motor girará modificando la posición
del potenciómetro de retroalimentación.
Cuando llega el siguiente pulso se vuelve a realizar la comparación,
comprobando de forma continua la posición del eje y realizando también
constantemente las correcciones necesarias en la posición del mismo.
Como se ha podido apreciar, se trata de un bucle de retroalimentación
negativa. Si la posición del potenciómetro no se iguala con la posición deseada
del eje, el motor se moverá hacia adelante o hacia atrás, hasta que la posición
del potenciómetro sea equivalente a la posición deseada del eje. En este
momento la corriente del motor se apaga.
La precisión al posicionarse depende tanto de la precisión del
potenciómetro como de la precisión de la anchura de los pulsos que llegan al
motor. La mayoría de los modelos de servomotores consiguen una resolución
de 0,5 grados. Cuando se reduce la señal de error a un nivel aceptable, el eje
del «servo» se encuentra en la posición correcta. En ese momento la señal de
error suele ser de unos 5µs, diferencia entre el ancho del pulso de la señal de
entrada y el ancho del pulso de la señal interna. Esto se corresponde con una
40
Memoria______________________________________________________________
fracción de grado del recorrido del servomotor. Al ser el cero demasiado crítico,
cuando el error está en este rango, conocido como zona muerta o guard band,
el «servo» apaga los drivers del motor. Si la señal de error no está por debajo
de estos 5µs, la electrónica interna continuará intentando cancelar el minúsculo
error, haciendo girar el motor atrás o adelante en un movimiento conocido
como hunting. La electrónica interna tiene como misión mantener la anchura de
los pulsos del monoestable interno igual a la anchura de los pulsos de entrada.
Debido a que hay una relación fija entre el ángulo de rotación del
potenciómetro y la anchura del pulso interno, la magnitud de rotación del
«servo» se puede controlar directamente con la anchura de los pulsos
aplicados. En conclusión, el circuito electrónico integrado en el motor convierte
la anchura del pulso de entrada en una posición determinada del eje de salida.
3.1.2.2.3. Esquema de control
Hay dos formas de contemplar este tipo de esquemas de control. Desde
el punto de vista del controlador, es un sistema de bucle abierto. No existe
retroalimentación entre el servomotor y el sistema que genera los pulsos.
Desde el punto de vista del nivel local (interior del «servo») es un sistema de
bucle cerrado. La electrónica del servomotor está constantemente tratando de
eliminar la diferencia entre los comandos y la posición actual. Esta doble
personalidad es una característica muy importante, ya que el «servo» necesita
una atención mínima por parte del controlador, pero a su vez de forma
constante resiste activamente corrigiendo las influencias externas que pueden
llevar el eje lejos de la posición ordenada.
Aunque los «servos» son los posicionadores casi ideales, son también
fáciles de modificar para aplicaciones especiales. Por ejemplo, se puede alterar
el circuito de retroalimentación para modificar el rango de giro. La mayoría de
los servomotores se han diseñado para un viaje de unos 90º ó 180º, pero en
muchos casos esta limitación puede superarse.
Cuando se necesite mayor cantidad de giro de la que el fabricante ha
dotado al «servo», la mejor solución es actuar modificando el potenciómetro del
circuito de retroalimentación.
3.1.2.2.4. Conexiones.
Los servomotores tienen tres cables: el de masa (-),el de alimentación
(+) y el de la señal de control. El positivo se conecta a + 5 y el de señal de
control a una fuente de pulsos variables entre 1 y 2 milisegundos de duración
que se repiten con una frecuencia de unos 12-20ms. Los cables de los
«servos» siguen casi siempre el mismo código de colores; por ejemplo en los
Futaba el color rojo (V+), negro (masa) y blanco (señal de control). Los
fabricantes JR y Graupner colocan el cable de la señal de control de color
naranja, mientras que algunos «servos» Simprop tienen el cable de masa de
color azul. Dado que existen algunas pequeñas diferencias entre las distintas
marcas de servos, en la Tabla 3 están indicados las características técnicas de
varias marcas que comercializan este producto.
41
Memoria______________________________________________________________
Fabricante
Futaba
Hitec
Graupner/JR
Multiplex
Robbe
Simprop
Duración del pulso (ms)
Mínima Neutral Máxima
(0º)
(90º)
(180º)
0.9
1.5
2.1
0.9
1.5
2.1
0.8
1.5
2.2
1.05
1.6
2.15
0.65
1.3
1.95
1.2
1.7
2.2
Color de los cables
FREC
(Hz)
Positivo
Negativo
Control
50
50
50
50
50
50
Rojo
Rojo
Rojo
Rojo
Rojo
Rojo
Negro
Negro
Marrón
Negro
Negro
Azul
Blanco
Amarillo
Naranja
Amarillo
Blanco
Negro
Tabla 3: Características técnicas de algunas marcas de servo.
3.1.2.2.5. Ventajas
Entre las ventajas que aporta el empleo de un «servo» están las
siguientes: poco peso, alta potencia (par de fuerza), fiabilidad, fortaleza (los
«servos» y su electrónica normalmente sobreviven a choques y funcionan en
ambientes de alta temperatura, suciedad, humedad y vibraciones), simplicidad,
versatilidad y bajo coste.
En las tiendas de modelismo pueden encontrarse muchos tipos de
servomotores de las casas Futaba, FMA, Multiplex, Sanwa, etc.
3.1.2.3. Motores paso a paso
3.1.2.3.1. Introducción.
Un motor paso a paso, como todo motor, es en esencia un conversor
electromecánico, que transforma energía eléctrica en mecánica. Mientras que
un motor convencional gira libremente al aplicarle una tensión, el motor paso a
paso gira un determinado ángulo de forma incremental (transforma impulsos
eléctricos en movimientos de giro controlados), lo que le permite realizar
desplazamientos angulares fijos muy precisos (pueden variar desde 0,50º
hasta unos 90º).
Los motores, tanto de corriente continua como de corriente alterna, son
muy efectivos en muchas labores cotidianas desde la tracción de grandes
trenes hasta el funcionamiento de lavarropas. Pero debido a problemas tales
como la, inercia mecánica o su dificultad para controlar su velocidad, se
desarrollaron otro tipo de motores cuya característica principal es la precisión
de giro.
Este tipo de motores es ideal cuando lo que queremos es
posicionamiento con un elevado grado de exactitud y/o una muy buena
regulación de la velocidad.
Sus principales aplicaciones se pueden encontrar en robótica, tecnología
aeroespacial, control de discos duros, flexibles, unidades de CDROM o de DVD
42
Memoria______________________________________________________________
e impresoras, en sistemas informáticos, manipulación y posicionamiento de
herramientas y piezas en general.
Están constituidos esencialmente por dos partes:
1. Estator: parte fija construida a base de cavidades en las que van
depositadas las bobinas.
2. Rotor: parte móvil construida mediante un imán permanente.
Este conjunto va montado sobre un eje soportado por dos cojinetes que
le permiten girar libremente.
La precisión y repetitividad que presentan esta clase de motores lo
habilitan para trabajar en sistemas abiertos sin realimentación.
3.1.2.3.2. Principio de funcionamiento
Aun basado en el mismo fenómeno que los motores de corriente
continua, el principio de funcionamiento de los motores paso a paso es más
sencillo que cualquier otro tipo de motor eléctrico.
Los motores eléctricos, en general, basan su funcionamiento en las
fuerzas ejercidas por un campo electromagnético y creadas al hacer circular
una corriente eléctrica a través de una o varias bobinas. Si dicha bobina,
generalmente circular y denominada estator, se mantiene en una posición
mecánica fija y en su interior, bajo la influencia del campo electromagnético, se
coloca otra bobina, llamada rotor, recorrida por una corriente y capaz de girar
sobre su eje. Al excitar el estator, se crearan los polos N-S, provocando la
variación del campo magnético formado. La respuesta del rotor será seguir el
movimiento de dicho campo (tenderá a buscas la posición de equilibrio
magnético), es decir, orientará sus polos NORTE-SUR hacia los polos SURNORTE del estator, respectivamente. Cuando el rotor alcanza esta posición de
equilibrio, el estator cambia la orientación de sus polos y se tratará de buscar la
nueva posición de equilibrio. Manteniendo dicha situación de manera
continuada, se conseguirá un movimiento giratorio y continuo del rotor,
produciéndose de este modo el giro del eje del motor, y a la vez la
transformación de una energía eléctrica en otra mecánica en forma de
movimiento circular.
Al número de grados que gira el rotor, cuando se efectúa un cambio de
polaridad en las bobinas del estator, se le denomina "ángulo de paso".
Existe la posibilidad de conseguir una rotación de medio paso con el
control electrónico apropiado, aunque el giro se hará con menor precisión. Los
motores son fabricados para trabajar en un rango de frecuencias determinado
por el fabricante, y rebasado dicho rango, provocaremos la pérdida de
sincronización. Los motores paso a paso, se controlan por el cambio de
dirección del flujo de corriente a través de las bobinas que lo forman:
43
Memoria______________________________________________________________
1. Controlar el desplazamiento del rotor en función de las tensiones que
se aplican a las bobinas, con lo que podemos conseguir
desplazamientos alante y atrás.
2. Controlar el número de pasos por vuelta.
3. Controlar la velocidad del motor.
Además estos motores poseen la habilidad de poder quedar enclavados
en una posición (si una o más de sus bobinas está energizada) o bien
totalmente libres (si no circula corriente por ninguna de sus bobinas).
Según la construcción de las bobinas del estator, dos tipos de motores
paso a paso:
1. Unipolares: se llaman así porque la corriente que circula por los
diferentes bobinados siempre circula en el mismo sentido. Tienen las
bobinas con un arrollamiento único
2. Bipolares: la corriente que circula por los bobinados cambia de
sentido en función de la tensión que se aplica. Por lo que un mismo
bobinado puede tener en uno de sus extremos distinta polaridad
(bipolar). Tienen las bobinas compuestas por dos arrollamientos cada
una.
Algunos motores tienen los bobinados de tal manera que en función de
puentes pueden convertirse en unipolares o bipolares.
3.1.2.3.3. Control de motores paso a paso
Los motores de paso a paso funcionan mediante impulsos; el eje gira en
cierto ángulo, denominado paso, con cada impulso de excitación de las
bobinas. Dado sus características de funcionamiento, se presentan muy bien
para ser controlados digitalmente.
El control de este tipo de motores se basa en un generador de
secuencias y el correspondiente amplificador de corriente de salida. Con cada
impulso de clock, el eje de motor gira un paso. Existen motores con ángulo de
paso que van desde menos de 0.5 grados hasta 90 grados. Los motores paso
a paso son muy utilizados en impresoras, servomecanismos, máquinasherramienta, robótica, etc.
Existen tres métodos para el control de este tipo de motores, según las
secuencias de encendido de bobinas.
Paso simple:
Esta secuencia de pasos es la más simple de todas y consiste en activar
cada bobina una a una y por separado, con esta secuencia de encendido de
bobinas no se obtiene mucha fuerza ya que solo es una bobina cada vez la que
arrastra y sujeta el rotor del eje del motor.
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Memoria______________________________________________________________
Figure 30: Posiciones para paso simple.
Paso doble:
Con el paso doble activamos las bobinas de dos en dos con lo que
hacemos un campo magnético más potente que atraerá con mas fuerza y
retendrá el rotor del motor en el sitio. Los pasos también serán algo más
bruscos debidos a que la acción del campo magnético es más poderosa que en
la secuencia anterior.
Figure 31: Posiciones para paso doble.
45
Memoria______________________________________________________________
Medio Paso:
Combinando los dos tipos de secuencias anteriores podemos hacer
moverse al motor en pasos más pequeños y precisos y así pues tenemos el
doble de pasos de movimiento para el recorrido total de 360º del motor.
Figure 32: Posiciones para medio paso.
3.1.2.3.4. Parámetros de los motores paso a paso
Desde el punto de vista mecánico y eléctrico, es conveniente conocer el
significado de algunas de las principales características y parámetros que se
definen sobre un motor paso a paso:
46
Memoria______________________________________________________________
1. Par dinámico de trabajo ( Working Torque): Depende de sus
características dinámicas y es el momento máximo que el motor es
capaz de desarrollar sin perder paso, es decir, sin dejar de responder
a algún impulso de excitación del estator y dependiendo,
evidentemente, de la carga.
2. Par de mantenimiento (Holding Torque): Es el par requerido para
desviar, en régimen de excitación, un paso el rotor cuando la
posición anterior es estable ; es mayor que el par dinámico y actúa
como freno para mantener el rotor en una posición estable dada
3. Para de detención ( Detention Torque): Es una par de freno que
siendo propio de los motores de imán permanente, es debida a la
acción del rotor cuando los devanados del estator están
desactivados.
4. Angulo de paso ( Step angle ): Se define como el avance angular
que se produce en el motor por cada impulso de excitación. Se mide
en grados, siendo los pasos estándar más importantes los siguientes:
Grados por impulso de excitación Nº de pasos por vuelta
0,72º
500
1,8º
200
3,75º
96
7,5º
48
15º
24
5. Número de pasos por vuelta: Es la cantidad de pasos que ha de
efectuar el rotor para realizar una revolución completa;
evidentemente es donde NP es el número de pasos y α el ángulo de
paso.
NP =
360
α
6. Frecuencia de paso máximo (Maximum pull-in/out): Se define
como el máximo número de pasos por segundo que puede recibir el
motor funcionando adecuadamente.
7. Momento de inercia del rotor: Es su momento de inercia asociado
que se expresa en gramos por centímetro cuadrado.
8. Par de mantenimiento, de detención y dinámico: Definidos
anteriormente y expresados en miliNewton por metro.
3.1.2.4. Motores sin escobillas (Brushless)
3.1.2.4.1. Funcionamiento.
A modo de resumen, se puede decir que los motores “sin escobillas” son
como los motores “con escobillas” pero del revés. Es decir el rotor, la parte
móvil, está compuesto por el eje y los imanes permanentes. En la carcasa o
47
Memoria______________________________________________________________
estátor es donde se encuentra el bobinado del hilo conductor, que no se
mueve.
En los motores sin escobillas, la corriente eléctrica pasa por el hilo
conductor que está bobinado en la carcasa y produce el campo
electromagnético que hace girar a los imanes permanentes y por tanto al eje al
que están unidos. Por ello ni las escobillas ni el conmutador son necesarios, ya
que la corriente va al estátor. Además, en los motores sin escobillas no existen
las tres delgas que eran las que obligaban al rotor a moverse cualquiera que
fuera su posición. Por ello en los motores sin escobillas es el variador
electrónico el que controla en qué posición se encuentra el rotor para darle la
corriente temporizada adecuada. Esto se realiza o bien mediante sensores
instalados en el motor o a través de la respuesta que obtiene cuando envía una
corriente lineal al motor.
Debido a esto los variadores electrónicos de los motores sin escobillas
han de ser mucho más complejos que los usados en motores con escobillas, ya
que han de procesar la información del funcionamiento del motor a tiempo real.
3.1.2.4.2. Tipos de motores sin escobillas
Los dos grandes grupos de motores son los que utilizan sensores y los
que no. El variador electrónico ha de tener información de algunos parámetros
del motor, como la posición de los imanes para que así pueda enviar la
electricidad a la bobina adecuada, en qué sentido está girando el motor, y
cuanto.
Los motores que llevan sensores se denominan de efecto tipo Hall y sus
defensores dicen que son necesarios para que el motor tenga un buen par y
una buena sincronización. El variador controlará de esta forma la excitación del
bobinado electromagnético. Un buen control de la temporización es crítico para
el rendimiento y eficiencia del motor. En general el motor con sensores
reacciona más rápido, ya que los sensores incrementan el par motor en la
salida y la sincronización es mejor en situaciones de alta carga. Los sensores
están unidos a la parte trasera del motor y envían señales desde éste al
variador. El inconveniente de los sensores es que pueden fallar, pero permiten
saber si el motor está girando. Esto es una ventaja, ya que si se bloqueara el
motor, se evitarían daños a él, a la batería y al variador.
En el caso de los motores sin sensores, los variadores envían impulsos
eléctricos lineales y los monitorizan, pero no saben en qué sentido gira el
motor, solo saben si lo hace y lo rápido que gira. Los variadores sin sensores
envían normalmente tres impulsos, comprobando que los tres bobinados
funcionan correctamente, espera a que vuelvan y entonces empieza a
funcionar de manera normal. Esto se hace al arrancar el motor y a bajas r.p.m..
Como consecuencia de los dos tipos de motores, también hay dos tipos
de variadores. Uno es para los motores con sensores y el otro para los que no
llevan sensores. Un variador sin sensor es más polivalente, ya que puede
48
Memoria______________________________________________________________
usarse también con motores con sensores, simplemente ignora las señales.
Por el contrario un variador con sensor solo podrá trabajar con motores con
sensores y además han de estar adaptados mutuamente. No parece que un
tipo de motor tenga ventajas indudables sobre el otro, ya que los fabricantes no
se han decidido de manera unánime por uno u otro tipo.
3.1.2.4.3. Ventajas e inconvenientes
En los motores con escobillas la conmutación se hace mecánicamente a
través del contacto entre el inducido y las escobillas.
Este sistema es muy poco eficiente y el rozamiento y la resistencia
eléctrica provocan que haya una gran pérdida de energía que se transforma en
calor. Además esto supone una limitación al número máximo de r.p.m. de los
motores, ya que a elevadas r.p.m. las escobillas rebotarían. Para evitarlo serían
necesarios muelles más rígidos y esto crearía a su vez más fricción y frenaría
el giro.
En los motores sin escobillas la conmutación se controla de manera
electrónica mediante el variador de velocidad, por lo que no se produce
rozamiento mecánico ni pérdidas de energía y se consigue que los motores sin
escobillas tengan una eficiencia muy superior, se habla de un 90%, frente a un
60% de los motores con escobillas. Debido a esto los motores sin escobillas
pueden alcanzar mucha más r.p.m. y con mucho más par, hasta cuatro o cinco
veces más que los motores con escobillas, y a la vez con un ahorro de energía
de hasta el 30 %. Además el calentamiento del motor es mínimo.
En los motores sin escobillas la masa que gira es menor, casi la mitad,
por lo que aceleran más rápidamente. Esto se debe a que el rotor lleva los
imanes, que son menos pesados en estos motores que el bobinado en los
clásicos. Por ello el funcionamiento es además más suave al reducirse las
vibraciones. Al no haber chisporroteo eléctrico debido al roce de las escobillas
con el conmutador, se eliminan las interferencias por el "ruido" eléctrico que
podrían afectar al equipo de radio. Tampoco son necesarios ni los
condensadores soldados al motor ni el diodo Schottky.
En los motores con escobillas hay que realizar mantenimientos
periódicos; nuevas escobillas, muelles, desgaste del conmutador y mucho
tiempo dedicado a las labores de mantenimiento Por el contrario, en los
motores sin escobillas el mantenimiento es mínimo, ya que al no tener ni estas
ni conmutador, el mantenimiento es casi inexistente, solo sería necesario la
limpieza y lubricado de los rodamientos. Adicionalmente, el concepto de los "sin
escobillas" permiten fabricar motores totalmente cerrados, protegiéndolos del
polvo.
Los motores sin escobillas son más sencillos y por ello más fiables: no
llevan ni las escobillas, ni guías de escobillas, ni conmutador, ni muelles. Es
decir menos mangas perdidas por culpa de fallos mecánicos del motor.
49
Memoria______________________________________________________________
Además el peso de esos motores puede ser de hasta 50 gramos menos que
los con escobillas.
Por otra parte y gracias al control ejercido por el variador electrónico,
que es de hecho un microprocesador digital, es posible regular el par y las
r.p.m. e igualar las prestaciones de los motores.
3.1.3. Comparación entre los diferentes motores.
En la siguiente tabla se presentan las ventajas e inconvenientes de los
motores seleccionados:
Corriente
continua
Servos
A favor
Fácil de manejar.
Controlable con PWM.
Cualquier valor de par y
velocidad con alta tensión.
Reversible
mediante
los
muelles del carburador en caso de
que algo se estropee.
Resolución alta.
Es un motor de corriente
continua con etapa reductora y
sensor de posicionamiento.
Controlable con PWM.
Necesidad de un circuito driver.
Altos valores de par con baja
tensión.
Incluyen un sensor de posición.
Son precisos.
Resolución alta.
Paso a
Paso
Fáciles de manejar debido a
que
tienen
una
electrónica
asociada muy comercial.
Alto
par
con
12V
de
alimentación.
Brushless
Alto par sin necesidad de etapa
reductora con alta tensión
Alta velocidad de respuesta.
Resolución alta.
Mas rapidez de disipación del
calor.
Menor inercia del rotor.
En contra
Necesidad de una etapa
reductora. Pero que no lo
haga reversible.
Máximo par encontrado a
12V es de 0.5Nm pero
consume mucha intensidad.
Uno que consuma poca y alto
par sería de 10W y 0.03Nm.
Irreversible debido a la
etapa reductora.
Necesidad de un circuito
alternativo de seguridad para
que funcione en caso de fallo.
Tienen como resolución,
máxima 1,8º.
Necesidad
de
etapa
reductora, para obtener mejor
resolución. ¿irreversibilidad?
Se
sobrecalientan
funcionando
de
manera
continua.
Dificultad para encontrar
motores con baja tensión y
alto par.
Necesidad
de
una
centralita electrónica que lo
gobierne,
que
es
de
complicada de manejar.
Tabla 4: Ventajas e inconvenientes de los motores seleccionados.
50
Memoria______________________________________________________________
3.2. Mediciones.
3.2.1. Toma de mediciones.
Antes de comenzar a plantear cualquier diseño del accionamiento, es
fundamental el conocimiento de dos magnitudes del carburador:
1. Ángulo girado por las mariposas.
2. Par necesario para mover las mismas.
Para poder realizar estas mediciones, el laboratorio disponía de un
segundo conjunto de motor idéntico al del vehículo Car-Cross, donde poder
realizar las mediciones necesarias evitando así la ardua tarea de desmontar
cualquier pieza del vehículo. Además de tenerlo siempre dispuesto para
cualquier prueba.
El par para mover las mariposas será de gran utilidad en caso de que a
la hora de diseñar el mecanismo y elegir actuador se opte por no modificar
ningún elemento del motor, es decir, los resortes (son los encargados del
retorno de la mariposa a cero). En caso de querer prescindir de estos resortes,
el par no nos servirá de nada, puesto que las mariposas se moverán con total
libertad, tanto hacia un lado como a otro, sin oponer resistencia alguna.
A la hora de tomar mediciones se hicieron dos ensayos, con los
siguientes objetos:
1. Dinamómetro.
2. Sensor de fuerza.
3.2.2. Ángulo girado por las mariposas.
Para poder calibrar el actuador de forma que no actúe en balde
haciendo esfuerzos innecesarios que pueden acabar quemándolo, se necesita
saber exactamente el ángulo que gira la mariposa.
El problema estriba en la dificultad para diseñar un mecanismo que mida
exactamente el ángulo girado. Como se puede observar en la Figure 33 la
mejor opción sería instalar un mecanismo en el mismo eje de la mariposa, pero
el inconveniente está en que no se puede desmontar el eje, y hacer un agujero
podría acarrear problemas en el futuro, es por ello por lo que la primera medida
obtenida se obtuvo de manera experimental, se hizo una marca en el eje
cuando la mariposa estaba totalmente cerrada y se hizo otra cuando estaba
totalmente abierta, el resultado fue que el ángulo girado era de
aproximadamente 80º.
51
Memoria______________________________________________________________
Figure 33: Eje de la mariposa.
Más adelante se diseño otro mecanismo rudimentario pero que tiene
buena precisión, el objeto consistía en medir con un potenciómetro el ángulo
girado. Esto se haría uniendo una polea con el potenciómetro y mediante un
cable unir esta polea con la de la mariposa. Se alimentó el potenciómetro con 5
voltios y en el polímetro se observaba los valores que este marcaba y se
apuntaba. Los valores interesantes eran los siguientes:
Grado de apertura
Potenciómetro y mariposa a 0º
Mariposa abierta al máximo.
Potenciómetro abierto al máximo.
Voltaje
1,2mV
0,41V
5V
Ángulo
0º
1080º
Tabla 5: Ángulo de giro.
Mediante una sencilla regla de tres, se obtuvo el valor del ángulo cuando
el voltaje es de 0,41 voltios.
→1080º
5V 
0.41V 
→ X º
X=88,56º
Pero no olvidemos que la polea que gira solidaria con el potenciómetro y
la polea de la mariposa son de distinto diámetro. La primera es de 24mm de
diámetro y la segunda de 28mm. Por tanto el ángulo será:
88,56º×24 = X º×28
siendo X= 75,91º
En la Figure 34 se observa el conjunto completo del mecanismo
utilizado.
52
Memoria______________________________________________________________
Figure 34: Medidor del ángulo de giro.
En el anejo de cálculos 2 se encuentran los operaciones realizadas para
la medición del ángulo de giro de la mariposa.
3.2.3. Par necesario para mover las mariposas.
Se realizaran dos mediciones con dos aparatos diferentes:
Dinamómetro de 100kg. y 4kg de fondo de escala.
Sensor de fuerza compuesto de un fleje y galgas extensiométricos.
3.2.3.1. Dinamómetro.
Fue el ensayo más rudimentario, pero sirvió para tener una primera
aproximación que nos daba una idea de por donde iban a estar los valores
finales. El mecanismo consiste en lo siguiente; el carburador tiene un eje de
giro, y ese mismo eje tiene una polea que es donde actúa el cable del
acelerador, en ensayo consistió en atar un cable a esa polea y a su vez unir
éste con el dinamómetro. El dinamómetro irá enganchado a un mecanismo
elevador mediante poleas. Se subía el elevador poco a poco y el dinamómetro
se iba alargando hasta que la mariposa llegase al tope, en ese instante se
miraba el valor del dinamómetro y se apuntaba.
53
Memoria______________________________________________________________
Figure 35: Mecanismo elevador.
En la Figure 36 se puede observar la disposición de los elementos para
la medición de la fuerza.
Figure 36: Carburador, dinamómetro y elevador.
54
Memoria______________________________________________________________
Las pruebas con el dinamómetro arrojaron un valor de aproximadamente
entre 2.5 y 3.5Kg y el perímetro de la polea sobre la que giraba era de
aproximadamente 105mm. Por lo que el radio de la polea es de:
P = 2 * r *π 
→ r =
105mm.
= 16.71mm. = 1.671cm.
2 *π
Quedando que el par necesario es:
T = P * r = 3.5Kg * 1.671cm. = 5.8485Kg * cm.
Esto es solo una medida aproximada, porque la precisión del
dinamómetro no es muy buena, ya que es de 100kg de fondo de escala. Se le
aplicará un coeficiente de seguridad, y se buscarán motores que superen el par
de 5.8485*N (Siendo N el coeficiente de seguridad.)
Ensayos posteriores arrojaron un radio de la polea de 28mm. Por lo que
el par daría:
T = P * r = 3.5Kg *1.4cm. = 4.9 Kg * cm.
Aún así aplicaremos un coeficiente de seguridad al par resultante para
evitar problemas.
Se hicieron pruebas con el dinamómetro tanto con el motor de pruebas
como con el que está instalado en el Car, y también con el motor encendido, y
los resultados en el motor de prueba fueron algo más grandes que en el otro, si
bien, la utilización de un dinamómetro de tantos kilos provoca la pérdida de
precisión. Estos resultados más altos pueden ser debido a la suciedad, a llevar
mucho tiempo parado, etc.
Pruebas posteriores en el motor de prueba con un dinamómetro de 4kg.
de fondo de escala. dieron un valor de fuerza de 2.8kg. y al realizar las pruebas
en el motor del Car-Cross se obtuvo la siguiente tabla:
Ángulo de la mariposa.
0º ascendente*
Totalmente abierta ascendente*
Totalmente abierta descendente*
0º descendente*
Fuerza (kg.)
1,7
2,8
1,5
0,8
Tabla 6: Relación de fuerzas efectuadas para el movimiento de la mariposa.
* Ascendente significa que la fuerza que se ha realizado es para que la mariposa llegue
a ese punto. A sí mismo descendente significa la fuerza a la cual la mariposa empieza a bajar
de ese punto.
En la Gráfica 1 se observa mejor las pérdidas por rozamiento y la
precarga en los muelles.
55
Memoria______________________________________________________________
6º
Gráfica 1: Relación fuerza-ángulo.
La explicación de esta gráfica se debe a lo siguiente, el tramo
comprendido entre 0 y 0.8kg. es la precarga de los muelles, entre 0.8 y 1.7kg.
son pérdidas por rozamiento estático y entre 1.7 y 2.8 es la fuerza que ejerce el
muelle por compresión. Esto es en sentido ascendente, pero cuando es en
sentido descendente, tenemos que bajar desde 2.8 hasta 1.5kg. para que la
mariposa empiece a bajar, y hasta que no lleguemos hasta 0.8kg. no se habrá
cerrado por completo. Si en ese momento en que acabamos de cerrarla,
intentamos abrirla, no bastaría con hacer un poco mas de 0.8kg. de fuerza, sino
que tendríamos que llegar hasta 1.7kg. para que se mueva, y esto es debido
como se ha dicho antes a que tiene que vencer el rozamiento existente.
3.2.3.2. Sensor de fuerza.
3.2.3.2.1. Introducción.
Debido a la necesidad de utilizar un actuador para mover la mariposa, se
requiere conocer con gran precisión el par que hay que ejercer para moverlas,
y es por eso que también se realizó este ensayo aparte del dinamómetro, ya
que este parece ser más preciso. El objetivo es saber la fuerza opositora al
movimiento de las mariposas, ya que como se planteará más adelante, cabe la
posibilidad de utilizar unos resortes que contrarresten un porcentaje del par que
ejercen estas y el par restante sería aportado por un actuador. En caso de no
utilizar estos resortes, no sería de tanto interés tener una medida muy precisa,
ya que se le aplicaría un coeficiente de seguridad.
56
Memoria______________________________________________________________
En este caso se aprovechó la existencia de una báscula-chapa (Figure
37) construida en otro proyecto anterior en el mismo laboratorio. Se trataba de
una viga a la que iban adosadas cuatro galgas extensométricas que eran las
encargadas de medir la flexión de la misma. La deformación de las galgas
producía una señal eléctrica que se recogía y se mostraba en un polímetro en
forma de voltaje. Previamente, existía una etapa de amplificación mediante un
amplificador San-Ei (Figure 38) y un puente de Wheatstone (Figure 39)
Figure 37: Sensor de fuerza
Figure 38: Amplificador San-Ei y Polímetro.
57
Memoria______________________________________________________________
Figure 39: Puente de Weahtstone entre el sensor de fuerza y el San-Ei.
Figure 40: Conexión de las galgas con el puente de Wheatstone.
3.2.3.2.2. Galgas extensométricas
Una galga es un dispositivo utilizado para obtener una medida en forma
de señal eléctrica de la deformación de un cuerpo sometido a fuerzas
aplicadas. La resistencia eléctrica de una galga varía en proporción a la
cantidad de deformación del fleje. Consiste en una rejilla de alambre fino o una
rejilla de hoja de metal constante encapsulada en un forro fino de resina. La
galga cambia en longitud y los alambres minúsculos se contraen o alargan
dependiendo de sí el estado tensional es de tracción o compresión.
El cambio de resistencia eléctrica de la galga se conoce como factor de
galga. Se define el factor de galga como el cociente entre el cambio de
resistencia y el cambio de longitud a lo largo del eje de la galga. La señal de
salida de una galga extensiométrico se mide generalmente en una
configuración del puente conocida como el circuito de puente de Wheatstone.
Debido a los sensibles y pequeños cambios de resistencia, las medidas
correctas se alcanzan con la selección apropiada de los componentes del
puente, del acondicionamiento de señal, el cableado y de la adquisición de
datos, de forma que se amplifique la señal sin introducir ruido añadido.
58
Memoria______________________________________________________________
Figure 41: Vista del conjunto completo.
3.2.3.2.3. Ensayo realizado.
El ensayo consistió en fijar el sensor de fuerza sobre el chasis del car. El
extremo opuesto de la viga se unía al cable del acelerador mediante un
prisionero, de tal forma que la acción del cable deformase el fleje y este a su
vez las galgas. Lo primero que se hizo es dejar el sensor libre de fuerza para
poder dejarlo a cero y a partir de ahí posicionar la mariposa en varias
posiciones y anotar el valor que mostraba el polímetro.
En la siguiente tabla se ofrecen los valores obtenidos para diferentes
posiciones de la mariposa.
Grado de apertura de la
mariposa
Prácticamente cerrada.
Abierta a la mitad
Casi totalmente abierta
Totalmente abierta.
Valores obtenidos en los ensayos realizados.
(voltios)
3.8
4.32
3.7
3.37
3.74
4.62
4.68
4.52
4.58
4.12
4.8
4.76
4.87
4.88
4.7
5.78
5.18
5.59
5.55
5.39
5.78
5.74
Media
3.786
4.5
4.8
5.57
Tabla 7: Resultados obtenidos con el sensor de fuerza.
En la siguiente figura se puede observar la disposición del sensor y el
cable del acelerador.
59
Memoria______________________________________________________________
Figure 42: Disposición del sensor.
Como se preveía, la máxima deformación de las galgas se produce
cuando las mariposas están totalmente abiertas. Y ese será el valor que se
tomará como referencia para conocer el valor del par.
Sin embargo, lo que realmente interesaba era la fuerza y no el voltaje.
Para ello fue preciso calibrar el sensor de fuerza y poder conocer la
correspondencia entre kilogramos y voltios. En la Figure 43 se muestra la
gráfica obtenida en la calibración del sensor de fuerza para cinco masas
diferentes.
Calibración
25,000
y = 4,535x + 0,0455
Voltaje (V)
20,000
5,000
15,000
2,500
10,000
5,000
0,000
0,000
0,000
1,168
1,000
0,587
1,000
2,000
3,000
4,000
5,000
6,000
Fuerza (kg)
Figure 43: Relación entre la fuerza aplicada y el voltaje obtenido.
60
Memoria______________________________________________________________
De la tabla de valores de voltaje se tomó la cifra mayor, correspondiente
a la mariposa totalmente abierta, de valor 5,57 voltios. Con la ecuación de la
recta obtenida en la gráfica sabremos el valor de la fuerza máxima.
y = 4,535 x + 0,0455
con Y = 5,57V, el valor de X es: 1,21819kg.
y para Y = 3,786V, el valor de X es: 0.825kg.
Pero ese es el valor de la fuerza perpendicular al fleje, por lo que habrá
que dividir por el coseno del ángulo que forma con el cable del acelerador, que
resultó ser de 24º.
Ftotalmáx =
1,21819
= 1,3334kg.
cos 24º
Ftotal min =
0.825
= 0,9028kg.
cos 24º
En la Figure 44 se puede ver el ángulo que forman cable y fleje, aunque
en la foto no se aprecia del todo bien, las mediciones resultaron correctas.
Figure 44: Ángulo entre la perpendicular al eje y el cable del acelerador.
Como ya se mencionó anteriormente el diámetro de la polea sobre la
que actúa el cable del acelerador es de 28mm. por lo que finalmente el par
necesario para mover la mariposa es de:
61
Memoria______________________________________________________________
Tmáximo = Ftotal × r = 1,3334kg × 1,4cm. = 1,86676kg × cm. = 18,294 Ncm. = 0.1829 Nm.
Que es mucho menor que la obtenida con el dinamómetro de 4kg. El
fallo está en que las pruebas se han realizado con la mariposa en tendencia
descendente, y si nos fijamos en la Gráfica 1 obtenida con el dinamómetro de
4kg. Los resultados son muy parecidos.
Por ello se optó por tener como referencia de resultados los obtenidos
con el dinamómetro de 4kg. Ya que explican mejor el funcionamiento de la
mariposa. Por tanto el par máximo que habrá que realizar será:
Tmáximo = Ftotal × r = 2.8kg × 1.4cm. = 3.92kg × cm. = 38.416 Ncm. = 0.38416 Nm.
Resumiendo, el actuador que se utilice tendrá entre sus características
principales el proporcionar un par mayor que 0.38416Nm.
En el anejo de cálculos 2 se encuentran los operaciones realizadas para
la medición del par para mover la mariposa.
3.3. El actuador.
3.3.1. Introducción.
El tema a tratar ahora es la elección del actuador, su función es la de
abrir las mariposas tal y como lo hacía el cable utilizado anteriormente. En el
anterior capítulo se hizo una exposición de los motores eléctricos que se
manejaban para mover la mariposa. Los motores DC, servomotores, paso a
paso y sin escobillas (brushless), todos tienen sus ventajas y inconvenientes,
pero al final se verá cual es el que mejor cumple su función y con mayor
seguridad.
El motor junto con el mecanismo elegido tendrán que cumplir con las
siguientes características:
Par
Tensión
Velocidad de respuesta
Reversibilidad
>10kg/cm=0.98Nm
<12voltios
Alta
Si, o circuito de seguridad en
paralelo.
Tabla 8: Requisitos del actuador.
62
Memoria______________________________________________________________
3.3.1.1. Par.
Los muelles realizan una fuerza opuesta a la apertura de la mariposa,
con lo que se necesitará un alto par para vencer esa fuerza con facilidad, el
coeficiente de seguridad será por lo menos de 5.
3.3.1.2. Tensión.
El voltaje máximo que suministra la batería es de 12 voltios, por lo que
se elegirán actuadores que absorban como máximo ese voltaje.
3.3.1.3. Velocidad de respuesta.
Para saber si el motor responderá con buena velocidad se prestará
atención a la potencia que consume. En el anejo de cálculos 3 se pueden ver
los cálculos realizados para saber la potencia necesaria dependiendo de la
velocidad de respuesta requerida.
En un principio se pone como condición que el motor tarde en abrir por
completo la mariposa como máximo 0.5 segundos, pero se podría bajar más si
fuera necesario.
3.3.1.4. Reversibilidad.
Es importante que el mecanismo sea reversible, pues si se produce un
fallo en el actuador y deja la mariposa abierta podría provocar un desastre. El
método para hacer reversible el actuador puede ser de tres formas, mediante
los muelles de retorno de la mariposa, mediante el software de control o con un
circuito en paralelo que actúe en casos de fallo.
3.3.1.5. Muelles.
Los muelles son los encargados de hacer volver la mariposa a cero,
pero también hacen que para abrir la mariposa el par sea mayor, por ello se
estudiarán los siguientes mecanismos, y si en ninguno se obtiene un
coeficiente de seguridad alto, los muelles serán eliminados.
3.3.2. Mecanismos propuestos.
Se propusieron hasta cuatro mecanismos para actuar, recordemos que
el par para mover las mariposas es de 4kg*cm. Los mecanismos en cuestión
son los siguientes.
1. Mecanismo de Barras: Tres barras articuladas entre si, una es
girada por el motor, otra por la mariposa y la tercera hace de unión
entre las dos, consiguiendo rigidez para que el motor pueda actuar
en las dos direcciones. Se tienen dos posibilidades, actuar
directamente en la polea, o en el eje.
2. Mecanismo de poleas: Este mecanismo se compone la polea de la
mariposa, la polea del motor y un cable que une los dos. Este
mecanismo es reversible gracias a los muelles, pero tiene el
63
Memoria______________________________________________________________
problema de que no existen motores que den el par necesario. Es
por ello que se recurrió a estudiar el siguiente mecanismo.
3. Mecanismo de poleas, utilizando reducción en el actuador: Es
exactamente igual al anterior, pero en este caso se utiliza una etapa
reductora antes de la polea del motor. Se intentará que la reducción
sea solo de una etapa para garantizar la reversibilidad.
4. Mecanismo de husillo y motor paso a paso: Este mecanismo se
diferencia de los anteriores en que el motor y todo lo demás ya está
elegido. Consiste en un motor paso a paso atravesado por un husillo
que se mueve de un lado para otro en función de la rotación del
motor.
En el anejo de cálculos 3 se encuentran las operaciones realizadas para
el diseño de cada mecanismo, así como los motores, reducciones y demás
parámetros elegidos.
En el siguiente apartado se realizará una comparación entre los
diferentes mecanismos para dilucidar cual es el más recomendable.
3.3.3. Comparaciones entre los mecanismos.
Se va a hacer una tabla-resumen de los mecanismos estudiados para
compararlos entre si y ver cual es mejor.
3.3.3.1. Mecanismo de barras.
Ventajas
Inconvenientes
Posibilita dos opciones de actuación: En el eje o en
la polea. Con la primera opción se consiguen mejores
resultados que con la segunda.
Bajo par requerido para el actuador.
Puede trabajar en ambos sentidos de giro, ya que
la barra intermedia aporta consistencia.
Reversible.
Sería la mejor solución en caso de que se pudiese
actuar directamente sobre el eje.
Dificultad para actuar en el mismo eje de la
64
Memoria______________________________________________________________
mariposa, ya que existen dificultades para modificar el
eje.
Se podría actuar en la polea de la mariposa pero
ya no se consiguen tan buenos resultados y habría
que modificar la polea.
Poco espacio para modificar la polea.
3.3.3.2. Mecanismo de poleas.
Ventajas
Inconvenientes
Fácil de construir y montar
Los muelles son los encargados de trabajar en el
sentido descendente de la mariposa
Reversible totalmente.
No necesita modificar elementos del motor.
No puede trabajar en ambos sentidos.
Alto par requerido para el actuador, el más bajo de
0.055Nm con dificultad de construcción debido al
tamaño de la polea.
3.3.3.3. Mecanismo de poleas con reducción en el actuador.
Ventajas
Fácil de construir y montar, la reducción se puede
comprar ya hecha.
Los muelles son los encargados de trabajar en el
sentido descendente de la mariposa
Reversible hasta cierta reducción, depende del
65
Memoria______________________________________________________________
Inconvenientes
numero de etapas reductoras.
Sin modificar elementos del motor se consiguen
buenos resultados.
Bajo par requerido con o sin modificación del motor.
Dificultad de encontrar engranajes de radio tan
pequeño. La solución sería utilizar una reducción ya
fabricada y calcular el par necesario.
Posibilidad de ser irreversible.
3.3.3.4. Mecanismo de husillo y motor paso a paso.
Ventajas
Inconvenientes
Fácil de construir y montar.
Podría ser reversible utilizando un tornillo de
mayor paso.
No es necesario la modificación de elementos del
motor.
El motor paso a paso se calienta con facilidad y
puede estropearse. La opción es probar con un DC.
Irreversible, por lo que se requeriría un
mecanismo de seguridad para casos de fallo.
Como se ha podido observar no hay apenas diferencia entre los tres
primeros mecanismos, si bien, el primero sería diferente de los otros dos en
caso de actuar directamente en el eje.
3.3.4. Conclusiones.
Recordemos previamente los requisitos para el actuador:
Par mínimo de 4kg*cm, al que hay que aplicarle un coeficiente de
seguridad, como mínimo 10kg*cm.
Alimentación a 12V e intensidad no mayor de 5A.
Los muelles deben conseguir que el mecanismo sea reversible.
Velocidad alta.
Resolución, es decir, que en los 76º que gira la mariposa el
actuador tenga por lo menos el doble de posiciones.
66
Memoria______________________________________________________________
A la vista de los resultados obtenidos en cada mecanismo (anejo de
cálculos 3), se muestran ahora las siguientes conclusiones:
No existen motores de alto par y bajo consumo de intensidad
alimentados con solo 12 voltios. El mejor con baja intensidad tiene
un par de 0.3kg*cm
Ningún motor con reducción de una etapa proporciona el suficiente
coeficiente seguridad como para ser utilizado, el coeficiente mas
alto obtenido es de 1.1, muy bajo.
Los motores con reducción de más de una etapa si consiguen un
coeficiente de seguridad alto, en cuanto a par, pero son
irreversibles, por lo que los muelles no harían mas que molestar.
En cuanto a velocidad y resolución son buenos, pero dependen
también del sistema de adquisición de datos.
Es por todo esto por lo que se llega a las siguientes conclusiones:
Los muelles no hacen más que incomodar, y es por ello por lo que
se eliminarán y se procederá a utilizar un actuador que pueda
funcionar en ambos sentidos. Se pierde seguridad en cuanto a
reversibilidad, pero ya no se necesitan motores con par tan alto. Se
deberá implantar un circuito de seguridad que cierre la mariposa en
caso de fallo.
El nuevo actuador deberá tener una fiabilidad muy alta.
El nuevo par para mover la mariposa es del orden 0.5kg*cm.
Por tanto se llega a que el actuador elegido en cuestión se trata de un
servomotor, al cual se le impondrán los siguientes requisitos.
1. Alta velocidad de respuesta.
2. Alta fiabilidad.
3. Par mínimo de 0.5kg*cm. pero por seguridad se utilizará uno de por
lo menos 4kg*cm.
Por ello en los siguientes apartados se procederá a la elección del servo
comparando las diferentes marcas, así como al diseño del mecanismo utilizado
para la transmisión del giro.
3.4. Diseño del mecanismo y el soporte.
El nuevo mecanismo de conexión entre el servo y la polea de la
mariposa constará de un servo y 1 cable que se unirá con la polea de la
mariposa. Esta nueva opción de mecanismo se muestra en la Figure 45:
67
Memoria______________________________________________________________
Figure 45: Nuevo diseño del mecanismo.
En el otro lado, el del servo, hay varias posibilidades, o utilizar una polea
del mismo tamaño que la de la mariposa usando dos cables, o utilizar un polea
roscada usando un solo cable y que de dos vueltas a la polea para asegurar la
fricción. Esta segunda opción es mas fácil de construir y es segura, por lo que
será la que se utilice.
El cable estará cogido con prisioneros a los dos agujeros de la polea. El
cable de la parte superior servirá para abrir la mariposa y el de la parte inferior
para cerrarla.
En este mecanismo los dos puntos importantes son; la elección de la
forma de actuar en el servo y utilizar el servo más fiable. En este caso no hay
problemas de tensión, puesto que los servos trabajan a 4.8 ó 6 voltios, ni
problemas de par, ya que se puede conseguir un par alto fácilmente y además
se han eliminado los muelles.
El soporte tendrá que ir sujeto al motor, de tal forma que se consigan las
mismas vibraciones tanto en la mariposa como en el motor. Por un lado nos
encontramos con la búsqueda de una zona donde sujetar el soporte al motor, y
por otro lado hay que tener cuidado con los niveles de temperaturas de la zona
donde estará situado el nuevo soporte, ya que el servomotor se estropea con
temperaturas superiores a los 60º.
En el laboratorio se fabricará un soporte que o bien se apoye en la tapa
de las bujías o que sustituya al anterior soporte, y en el cual se amarrará el
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Memoria______________________________________________________________
servo de forma que quede bien sujeto. En la figura se muestran las zonas
donde irían los posibles soportes.
Figure 46: Tapa de las bujías y soporte antiguo.
Los dos soportes propuestos se muestran a continuación, el de la
izquierda iría situado en la tapa de bujías, mientras que el de la derecha
sustituirá al soporte antiguo en el mismo sitio.
Figure 47: Soportes propuestos.
69
Memoria______________________________________________________________
3.4.1. Medición de temperaturas.
Debido a que en la realización de otras pruebas en el vehículo se notó
que las temperaturas alrededor del motor eran muy altas, se decidió por
hacerse una prueba midiendo las temperaturas en las zonas donde irían los
soportes, pues el rango de temperaturas de funcionamiento del servomotor
está entre –20º y 60º.
Las mediciones se realizaron con un termopar conectado a un
multímetro HP 34401A con sensibilidad de milivoltios. El termopar es un cable
1.5m de longitud, en uno de sus extremos se encuentran las clavijas de
conexión al multímetro y en el otro la punta de medición.
Figure 48: Termopar y multímetro.
Se realizaron medidas en diferentes sitios, en la tapa de bujías, en el
soporte antiguo con y sin aislante, y en el aire alrededor de estos elementos.
Los resultados son los siguientes: El soporte antiguo no se sobrecalienta, por lo
que su temperatura es la del aire que le rodea. En la tapa de bujías las
temperaturas eran bastante altas, y en el ambiente que rodeaba estos
elementos el multímetro marcó un valor de 1,520mV lo que mirando en la tabla
de conversión de valores (anejo de cálculos 3), nos da un valor de 38º, pero
como hay que sumarle la temperatura ambiente, que en esos momentos era de
unos 22º, la temperatura final nos da unos 60º.
Debido a estos resultados se descartó la instalación del soporte en la
tapa de bujías y se optó por cambiar el soporte antiguo por el de la Figure 47
(el de la derecha), ya que solo le influirá la temperatura ambiente y no se
producirá conducción a través del material.
Pero aún así siguen habiendo problemas de temperaturas, por lo que se
instalará un deflector que permita la ventilación del aire por la marcha del
vehículo pero que desvíe el aire caliente de la tapa de bujías hacia otras zonas
del Car.
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Memoria______________________________________________________________
3.4.2. Fabricación del soporte.
Después de realizar el diseño de los soportes en ProE, se optó por
hacer un prototipo en rapid prototyping, la escuela contaba con una máquina de
este tipo que hacía el prototipo de plástico. La finalidad de esta pieza es
conocer si tendrá problemas de tamaño a la hora de montarla en el motor. A
continuación se muestra una foto del prototipo.
Figure 49: Prototipo hecho de resinas.
Una vez que se comprobó que la pieza encajaba perfectamente y no
tocaba con ninguna parte del coche que no debiera, se realizó el soporte final
en la máquina de electroerosión. En el taller de la escuela se adquirió esta
maquina recientemente y con ella se consiguen hacer con facilidad piezas
diseñadas en ProE u otros programas de diseño. La pieza queda de la
siguiente forma.
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Memoria______________________________________________________________
Figure 50: Soporte realizado en la máquina de electro-erosión.
3.4.3. Elección del servomotor.
En el anejo de cálculos 3 se pueden ver la cantidad de marcas y
servomotores que existen en el mercado. Las marcas entre las cuales se
barajó la elección del servomotor son:
Airtronics.
Cirrus.
FMA.
Futaba
Hitec.
JR.
KO Propo.
MPI.
Multiplex.
Tower Hobbies.
Todas los servos suelen ser bastante seguros, pero las marcas más
conocidas y más fiables son Futaba y Hitec, es por ello por lo que se intentará
elegir uno de estas dos. Aunque hay servos de otras marcas que responden
unas centésimas de segundos más rápido que los de Futaba o Hitec, se
intentará antes elegir uno de estas dos, y en caso de no encontrar ninguno que
satisfaga las necesidades entonces se recurrirá a los otros. Las características
que se tendrán en cuenta son las siguientes:
1. Velocidad de respuesta.
2. Par.
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Memoria______________________________________________________________
3. Precio.
Finalmente, tras comparar los servos, la elección recayó en el
servomotor de la marca Hitec modelo HS-925MG cuya tabla de características
se muestra a continuación.
Sistema de control:
Pulso requerido:
Voltaje de operación:
Rango de temperaturas de
funcionamiento:
Velocidad de operación
(4.8V):
Velocidad de operación (6V):
Par (4.8V):
Par (6V):
Ángulo de operación
Modificable a 360º
Direction:
Current Drain (4.8V):
Current Drain (6.0V):
Dead Band Width:
Tipo de motor
Potentiometer Drive:
Bearing Type:
Tipos de engranajes:
Longitud del cable conector
Dimensiones:
Peso
Modulación por anchura de pulso
Onda cuadrada de 3 a 5 voltios de pico a pico.
4.8-6.0 Voltios
Desde -20 hasta 60º.
0.11seg/60º sin carga.
0.08seg/60º sin carga.
6kg·cm.
7.4kg·cm.
45 Deg. one side pulse traveling 400usec
Si
Clockwise/Pulse Traveling 1500 to 1900usec
5.3mA/idle and 400mA no load operating
6.6mA/idle and 500mA no load operating
4 microsegundos
Coreless
Indirect Drive
Dual Ball Bearing
Metal Gears and 1 Resin Metal Gear
300mm.
39.4 x 20 x 37.8mm.
56 gramos.
Tabla 9: Propiedades del servo HS-925MG.
También se podría utilizar el Futaba S5801, pero apenas varían las
características con el otro y el precio es sensiblemente mayor.
3.4.4. Elección de la polea.
La polea que se elegirá ahora irá en el eje del servo, tal como se puede
observar en la Figure 45. Su misión como ya se dijo anteriormente será la de
transmitir el giro del servo a la polea de la mariposa.
Dada la dificultad de realizar una rosca de dientes en la polea para que
engrane con el eje del servo, se optó por elegir entre las dos siguientes
posibilidades:
Hacer una polea normal de 28mm de diámetro y unirla a la polea
que trae el servo utilizando unos tornillos pequeños.
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Memoria______________________________________________________________
Utilizar la polea roscada de aluminio e introducirla a presión en el
eje del servo de manera que se deforme el agujero interior y quede
fija.
Los cálculos realizados para la obtención de la longitud mínima de polea
se encuentran en los anejos.
El cable que se utilizará es de 0.96mm de diámetro, el radio de la polea
será de 28mm. y la longitud de 5mm. para evitar que el cable se salga por los
laterales, los laterales de la polea tendrán un diámetro mayor, pero espesor de
2mm.
3.4.5. Montaje.
En las siguientes fotos se puede ver el montaje del soporte, servo, polea
y cable en el motor de prueba que había en el laboratorio.
Figure 51: Conjunto montado en el motor de pruebas.
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Memoria______________________________________________________________
Figure 52:Soporte con el servo amarrado.
3.5. Resumen.
Se va a realizar ahora un resumen general de los elementos elegidos y
la disposición de los mismos:
El actuador elegido será un servomotor de la marca Hitec HS925MG (anejo de cálculos 3) con par de 7.7kg*cm. y velocidad de
0.08seg a 60º. Este motor será el encargado de mover la mariposa.
La polea del servomotor será de 28mm de diámetro y será
introducida a presión en el eje del servo. Será roscada.
El cable que unirá la polea de la mariposa con la del servo (Figure
45) será de 0.96mm. de diámetro y dará 1 vuelta y media a la polea
del servo para asegurar la fricción
El soporte irá situado en la zona de los carburadores, en donde
estaba situado el soporte antiguo.
Se utilizará un deflector con el fin de evitar que el aire caliente
proveniente de la tapa de bujías sobrecaliente el servo, también
tendrá como función la de refrigerar el servo guiando el aire hacía
él.
75
Memoria______________________________________________________________
Capítulo 4. Control y programación.
4.1. La unidad de control electrónico
La unidad de control electrónico UCE es el ordenador central del
vehículo Car-Cross, su función es la de recibir los datos procedentes de los
sensores u otros artilugios instalados en el coche y enviar si fuera necesario
una señal.
En la figura se observa las cajas donde se encuentra la UCE, su
colocación en el coche es debajo del asiento del conductor.
Figure 53: Posición de la UCE.
En el caso de este proyecto, la UCE será la encargada de recibir la
señal del potenciómetro instalado en el pedal y mediante una ley de control,
enviar la señal necesaria al actuador instalado en la mariposa.
En la UCE se podrán implantar varios programas de control, programas
de seguridad para casos de fallo, y otros programas de control del acelerador
como pueden ser el Cruise Control, pero que necesitan de un botón en el
display para ser activados.
4.2. La tarjeta de adquisición de datos.
El sistema de adquisición de datos, modelo GEMS DA99 permite grabar
los valores de una cantidad finita de sensores en una tarjeta PCCard, así como
visualizarlos en un monitor que se integra en el propio coche. La unidad central
recibe el nombre de data logger (Figure 54), y sus características son las
siguientes:
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Memoria______________________________________________________________
Figure 54: Data-Logger.
Sistema compacto. Unidad central: 110x110x45 mm. Peso: 450 gr.
24 canales analógicos
6 canales de velocidad
8 entradas para termopares (temperatura)
Resolución hasta 16 bits.
Resolución en 8 bits con selección de modo: 8x1, 8x2, 8x4, ...
Hasta 1 kHz de frecuencia de muestreo
Ranura PCMCIA para almacenaje de datos en tarjeta PCCard
SRAM .
Conectores Autosport
Pantalla digital con 8 configuraciones de presentación.
En el anejo 4 se muestra el manual del software del data-logger.
Figure 55: Display integrado en el cuadro de mandos.
La tarjeta de adquisición de datos será la encargada de recibir los datos
del sensor de posición instalado en el pedal del acelerador y enviar la
respectiva señal de control al actuador de la mariposa.
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Memoria______________________________________________________________
La seguridad será uno de los temas adicionales en la tarjeta, en el
capítulo anterior se pudo ver que el servo no es reversible, por lo que toda la
seguridad del conjunto vendrá dada por el software, al ser una ecuación de
control la que transmitirá la señal de un lado a otro se podrá programar otros
parámetros que salten ante cualquier fallo. En resumen, se tratan de
programas que apagarían el coche en caso de que falle algún elemento.
4.3. Parámetros importantes para la programación.
Una vez que ha sido elegido el actuador, se está en disposición de
conocer que factores hay que tener en cuenta a la hora de programarlo e
instalarlo. Los puntos siguientes serán de gran importancia tenerlos en cuenta
para el buen funcionamiento:
El servo será controlado mediante PWM.
La señal de control del servo será renovada cada 20ms por lo que
la frecuencia será de 50Hz.
La forma de la onda será cuadrada y de 3 a 5 voltios de pico a pico.
El servo vuelve a la posición cero en caso de no recibir señal, es
por ello que a la hora de instalarlo se tendrá en cuenta este aspecto
para que coincidan el cero del servo y de la mariposa.
Se alimentará el servo 4.8 ó 6 voltios.
Los cables tienen las siguientes funciones: Rojo-Positivo, NegroNegativo y Amarillo-Control.
En función de la duración del pulso, el servo se posicionará en una
posición u otra, así, los pulsos serán entre 0.9ms y 2.1ms para
posicionarse en los extremos y para un pulso de 1.5ms el servo se
posicionará en el medio.
Figure 56: Tren de pulsos para el servo elegido.
El sentido de giro del servo es el de las agujas del reloj.
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Memoria______________________________________________________________
Al tener que alimentar el servo con 6 voltios, y la tarjeta sólo puede
suministrar 5 ó 12 voltios, se utilizará un regulador.
El servo puede girar un máximo de 180º, por lo que la polea que se
le instale no podrá ser de un diámetro menor a la mitad de la que
está en la mariposa.
La programación de la unidad de control electrónico se encuentra en el
anejo de cálculos 4.
4.4. Seguridad.
Como elementos de seguridad tanto pasivos como activos podrían ser
las siguientes proposiciones.
Instalación de un interruptor final de carrera en el pedal del acelerador
de forma que cuando este deje de ser presionado y vuelva a cero active el
interruptor. El interruptor estará conectado a una puerta lógica AND, y la otra
patilla de la puerta lógica estará conectada a la unidad de control electrónico.
De esta forma cuando el interruptor dé señal cero, la puerta dará señal cero al
servo y este volverá a la posición cero.
En la figura se puede apreciar mejor como quedaría el circuito.
Figure 57: Circuito de seguridad utilizando puerta AND.
En cuanto a la programación del software para conseguir seguridad hay
varias alternativas.
1. La unidad de control tendrá que cumplir una ecuación de control, es
decir para una posición del pedal, tendrá asociada una posición de la
mariposa. La seguridad vendría de forma que cuando no se
cumpliese esa ecuación es que algo está fallando, por lo que debería
apagar el coche automáticamente.
2. La segunda opción consiste en poner un sensor en el pedal del freno
de forma que se sepa cuando se está frenando y con que fuerza. Si
el pedal del acelerador y el del freno están funcionando a la vez es
porque puede haber algún fallo, por ello si se está frenando con
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Memoria______________________________________________________________
mucha fuerza y la mariposa está abierta es porque hay problemas y
se apagaría el motor.
4.5. Inconvenientes y soluciones.
En la realización
inconvenientes.
del
control
se
presentaron
los
siguientes
El Data Logger tiene la posibilidad de enviar señal de PWM con
posibilidad de variar la frecuencia. Se hizo un programa para enviar señales al
servo pero hubo los siguientes problemas: poca velocidad, poca precisión y el
servo no permanecía parado en una posición, sino que oscilaba.
El problema era pues del sistema de adquisición de datos. Como
solución se utilizó un PIC que aportaría la señal PWM, las ventajas de este
nuevo dispositivo son la velocidad y la resolución, por lo que se subsanaban los
problemas anteriores.
El nuevo circuito quedaría de la siguiente forma
Potenciómetro del pedal
del acelerador.
Sistema de adquisición de datos.
Circuito generador de señal
PWM con PIC.
Servomotor.
El sistema de adquisición de datos recibe la señal de posición del
potenciómetro y ejecuta el programa mandando una señal al circuito generador
de señal, y es este último el que envía la señal de PWM con una frecuencia de
50Hz.
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Memoria______________________________________________________________
Capítulo 5. Sistema integrado.
La unión entre todos los componentes del acelerador electrónico
quedaría de la siguiente forma:
En la foto que se observa a la derecha se
puede ver el soporte con el potenciómetro que
mide la posición del pedal.
El potenciómetro enviará al sistema de
adquisición de datos una señal comprendida
entre 0 y 5 voltios, en función de la posición del
pedal. Si el pedal no está pulsado la señal será
de 0 voltios y si está pulsado al máximo será de 5
voltios, entre medias se produce una
interpolación lineal entre el giro del pedal
(18.274º), el del potenciómetro (450º.) y entre 0 y
5 voltios.
El sistema de adquisición
de datos que se puede observar
en la foto de la izquierda recibirá
cualquier variación de señal en el
potenciómetro. Su misión en este
caso será la de ejecutar el
programa utilizado devolviendo la
correspondiente
salida
ante
cualquier
entrada
del
potenciómetro. Es indispensable
que el circuito pase por el sistema
de adquisición de datos para así
poder
implantar
diferentes
programas de conducción, que
serían comandados desde aquí.
La señal del sistema de adquisición de
datos será enviada al circuito generador de
señal PWM, este recibe una señal en forma
de tensión y la transforma en una de pulsos
que oscilarán entre 0.9ms y 2.1 ms con una
frecuencia de 50Hz.
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Memoria______________________________________________________________
Y por último se llega al actuador, en
la figura de la izquierda se puede ver el
soporte ya instalado junto con el
servomotor. El servo recibirá la señal PWM
y moverá la polea hasta la posición
indicada por el pulso.
La polea del servo está conectada
mediante un cable a la polea de la
mariposa, y esta a su vez producirá el giro
de las mariposas. Consiguiendo el objetivo
del proyecto.
82
Memoria______________________________________________________________
Capítulo 6. Diferencias. Ventajas y Futuras líneas de
trabajo.
6.1. Introducción
En este capítulo se presentan las diferencias entre el acelerador
electrónico instalado en el vehículo Car-Cross y el instalado en los vehículos
comerciales, también se hablará de las ventajas proporcionadas por este
sistema y las futuras líneas de trabajo
6.2. Diferencias entre Drive By Wire comercial y Car-Cross.
En este punto se mencionarán en general los inconvenientes acaecidos
en el presente proyecto y porque no se ha podido realizar un control electrónico
del acelerador igual al de los vehículos comerciales.
Se dividirá este apartado en tres subapartados, correspondientes a los
siguientes puntos:
Pedal del acelerador.
Actuador.
Unidad de control electrónico.
6.2.1. Pedal del acelerador.
Las diferencias en el pedal no son excesivas. En cuanto a la medición,
los coches comerciales utilizan lo mismo que se ha utilizado en este proyecto,
un potenciómetro.
Pero la diferencia está en el mecanismo utilizado para que el
potenciómetro mida.
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Memoria______________________________________________________________
Figure 58: Sensor de posición del vehículo Car-Cross.
En el presente proyecto se ha utilizado un mecanismo en el que gira una
polea que hace girar al potenciómetro y una chapa que lo sujeta al chasis del
coche.
En los coches comerciales, se acopla al pedal una caja en cuyo interior
se encuentra el potenciómetro y un mecanismo que hace que gire. Todo esto
forma un conjunto que se acopla al coche mediante unos tornillos. En la Figure
59 se puede ver como los dos elementos forman un todo.
Figure 59: Pedal de acelerador en coches comerciales.
84
Memoria______________________________________________________________
6.2.2. El actuador.
En el caso del actuador las diferencias son más notables, de hecho, no
se parecen en prácticamente nada en cuanto a la disposición y forma, solo son
iguales en la utilización de un motor eléctrico.
En cuanto a la disposición, los vehículos comerciales llevan instalado el
actuador en el mismo eje de la mariposa, debido a las posibilidades que tienen
de realizar modificaciones en el motor, hay casos en los que se ha separado la
admisión de aire de los cilindros y los han unido mediante un tubo, con esto se
consigue que el actuador esté más lejos del motor y no tenga problemas por
culpa de la temperatura. (Comprobado experimentalmente en un AUDI A3)
También se ha variado el número de carburadores, que ha pasado a
uno, aunque eso hace tiempo que se hizo. En la siguiente figura se puede
apreciar este dato, la posición del carburador así como el acople utilizado para
el actuador.
Figure 60: Acelerador electrónico en un Cadillac.
También se puede ver en la Figure 60 la reducción utilizada en el
actuador, en el anejo de cálculos 5 se muestran artículos y publicaciones en las
que se mencionan las partes del Drive by wire y algún detalle más.
Normalmente el actuador suele llevar una gran reducción del orden de 100:1.
En cuanto a que actuador utilizan, en algunos casos se utiliza un
servomotor, en otros un DC, un paso a paso, y un aficionado construyó un
vehículo pequeño utilizando un brushless. Hay mucha variedad, aunque
predomina la utilización de motores DC con o sin reducción. La marca Bosch
fabrica y distribuye pedales y motores eléctricos especialmente diseñados para
esta función.
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Memoria______________________________________________________________
Figure 61: Motores eléctricos fabricados por Bosch.
Referente al mecanismo utilizado para hacer volver la mariposa a cero,
la información es nula, en ningún artículo o publicación se especifica si la vuelta
es por el mismo motor o mediante un muelle y no ha sido posible comprobarlo
experimentalmente debido a que en los desguaces esa pieza no la venden por
separado, y en las casas oficiales tiene un coste muy alto.
6.2.3. La unidad de control electrónico (UCE).
Hoy en día todos los coches tienen una o varias unidades de control
electrónico, en la cual se ejecutan múltiples funciones que sustituyen a
conexiones mecánicas entre otras cosas.
La importancia pues de estas unidades es cada vez mayor, y su coste
es también más reducido. La UCE se encuentra instalada en el interior del
vehículo y se trata de un pequeño ordenador, al igual que la instalada en el
vehículo Car-Cross del laboratorio.
En resumen, todos los coches poseen una UCE y pocas diferencias hay
entre unas y otras, las funciones son muy parecidas, controlar electrónicamente
algunas partes del coche.
Las diferencias existentes entre las diferentes UCE son de
programación. En la programación del acelerador, se pueden introducir formas
diferentes de controlar el actuador, e incluso comandos de seguridad para
casos de fallo.
6.3. Ventajas de un acelerador electrónico.
Las ventajas que presenta la implantación de un acelerador electrónico
son las siguientes:
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Memoria______________________________________________________________
Permite variar la relación entre la posición del acelerador y la
apertura de la mariposa con multitud de posibilidades.
Fácil acoplamiento del control de velocidad de crucero.
Reducción de los tirones durante el funcionamiento del motor.
Permite un mejor control sobre las emisiones contaminantes.
Posibilita una mayor suavidad de funcionamiento a los vehículos
equipados con cambio de marchas automático.
Integración del control electrónico en la centralita de gestión del
motor, reduciendo el coste del equipo.
Es más fiable que un cable porque el sistema sólo envía una señal
eléctrica a través de un potenciómetro. En un motor de gasolina, la
señal eléctrica determina la apertura de la mariposa, mientras que
en un Diesel, determina el caudal de gasóleo.
Integra al acelerador funciones como el control de tracción o
estabilidad, o coordina el cambio automático para suavizar el paso
de una marcha a otra.
Permite mayor control de la alimentación de aire del motor,
consiguiendo mejores aceleraciones y una respuesta del motor más
adecuada al tipo de conducción que se está realizando
Corrige errores de accionamiento del acelerador por parte del
conductor.
6.4. Futuras líneas de trabajo.
El presente
interesantes.
proyecto
presenta
futuras
líneas
de
trabajo
muy
Por un lado se presentan las continuaciones desde el punto de vista
estético, como por ejemplo crear un pedal de acelerador y un sensor de
posición acoplados en una sola pieza como se puede observar en los coches
comerciales.
Pero lo realmente importante está en implantar nuevas formas de
conducción, las siguientes modificaciones suelen realizarse en el software y no
en el hardware. Estas nuevas modificaciones pueden ser algunas de las
ventajas mencionadas antes y otras nuevas; Sistemas como el control de
tracción, el cruise control, y variar la relación entre la posición del pedal del
acelerador y de la mariposa depende casi en su totalidad del software
programado.
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Memoria______________________________________________________________
6.4.1. Control de tracción.
El sistema de control de tracción actúa electrónicamente convirtiendo
toda la potencia en movimiento evitando que las ruedas patinen y maximizando
la tracción en cualquier situación. El resultado es un mayor control y un
rendimiento óptimo, sin pérdida de potencia.
Una centralita electrónica compara a través de los sensores del ABS el
giro de las ruedas motrices con las que no lo son (o de las cuatros ruedas en
caso de la tracción total), detectando si las primeras pierden adherencia, que
en tal caso la centralita electrónica manda una señal para que se reduzca la
fuerza del motor. En otros sistemas lo que hacen es frenar las ruedas que
pierden adherencia y otros más completos efectúan ambas cosas a la vez
(control de estabilidad). Los controles de tracción sólo evitan que se produzcan
pérdidas de motricidad por exceso de aceleración, y no son capaces de
recuperar la trayectoria del vehículo en caso de excesivo subviraje o
sobreviraje. También hay sistemas de control de tracción que combinan la
actuación sobre motor y frenos.
6.4.2. Cruise Control (Velocidad De Crucero).
La función del cruise control es mantener la velocidad deseada sin tener
que llevar el pie oprimiendo el pedal del acelerador. Para que esté disponible el
sistema, lo primero que hay que hacer es encenderlo; para lo que, en
diferentes presentaciones dependiendo el fabricante, trae un botón de on/off. El
siguiente paso es llevar al vehículo de manera habitual (acelerando con el pie)
hasta lo más aproximado de la velocidad a que deseamos circular; momento en
el que debemos oprimir el botón de ajuste o set.
El cruise control incluye botones para hacer ajustes finos de la velocidad
una vez definida, así es que cada vez que oprimimos los botones + ó - la
velocidad seleccionada sube o baja entre 1 a 2 kilómetros por hora.
Cuando el sistema está operativo, aparece en el tablero de instrumentos
una aviso de tal situación. El Cruise Control se desactiva muy fácilmente, basta
oprimir el pedal del freno para que libere la velocidad que llevaba controlada.
En tal caso, para volver a la selección de velocidad original, se deberá oprimir
el botón de restablecimiento. También se puede optar por oprimir off, pero en
tal caso todo el sistema queda desconectado. Con el control operando, si usted
acelera, la velocidad seleccionada en el cruise control no se desactiva, pero sí
le permite hacer un rebase, y basta dejar de oprimir el acelerador para que el
vehículo vaya automáticamente bajando a la velocidad seleccionada
previamente sin tener que oprimir el botón de restablecimiento.
6.4.3. Tipos de conducción.
Si se busca un motor que responda bien a bajas revoluciones, se debe
conseguir que el recorrido del acelerador corresponda con pequeños recorridos
de la mariposa, sobre todo en los primeros grados de apertura. Lo que origina
88
Memoria______________________________________________________________
una respuesta del motor pobre cuando la mariposa está muy abierta, al
producirse pequeñas variaciones en caudal de aire que entra al motor. Un
motor de carácter deportivo necesita recorridos más amplios de la mariposa
cuando está muy abierta, empeorando la respuesta del motor a bajas
revoluciones.
En el acelerador electrónico se pueden adoptar infinidad de posiciones
de la mariposa teniendo en cuenta las condiciones de funcionamiento del
motor. La centralita electrónica conoce en todo momento la posición del pedal
del acelerador a través de la variación de la resistencia del potenciómetro. Con
este dato y las revoluciones del motor se establece el grado óptimo de apertura
de la mariposa.
A bajas revoluciones del motor, la mariposa se abrirá lentamente,
mientras a altas revoluciones, la apertura se realizará más rápidamente. Se
consigue una buena respuesta del motor a cualquier régimen, impidiendo que
aparezcan ahogos por un accionamiento muy rápido del acelerador.
En la fase de calentamiento del motor se produce una mayor apertura de
la mariposa en función de la posición del pedal acelerador. Durante esta fase
se intenta empobrecer la mezcla todo lo posible y retrasar el encendido,
reduciendo el tiempo de calentamiento del motor, y por tanto, del catalizador.
Para que el conductor no perciba la reducción de par que esto supone, la
mariposa se abre más rápidamente mejorando la respuesta del motor. Además
se consiguen reducir las emisiones contaminantes.
Si se acciona rápidamente el acelerador cuando el motor está
reteniendo, se producen tirones a causa de la variación tan repentina en el par
suministrado y el motor rebota en sus anclajes elásticos. Esta situación tan
molesta se evita retrasando la apertura del acelerador para que no se produzca
de forma tan brusca. El par motor aparece más lentamente, impidiendo que el
motor rebote en sus soportes.
6.4.4. Conclusiones.
El control de tracción depende de varias partes pero la principal sería el
software, el Cruise Control depende completamente del software y los tipos de
conducción dependen del programa implementado.
En el laboratorio se podría realizar como proyecto la instalación del
control de tracción, porque no solo es software, sino que tambien depende de
otros factores como puede ser la instalación de sensores para saber en todo
momento la velocidad de las ruedas y del coche. También se podría ampliar el
proyecto coordinándolo con el control de estabilidad, aunque no se podría
actuar en los frenos puesto que el Car no está preparado para ello.
El cruise control sería trabajo para un alumno interno, puesto que
consistiría en la instalación de un botón que al ser pulsado mantuviese la señal
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enviada al circuito generador de PWM, también se pondrían botones de
memoria que cuando fuesen pulsados recuperasen la última velocidad
guardada y cuando el conductor pise el freno deje de mantener la misma señal
y vuelva a variar conforme a la posición del pedal.
Y por último en cuanto a los tipos de conducción consistiría sobre todo
en la programación de diferentes programas de conducción. Como ya se dijo
anteriormente se podrían hacer programas que minimizasen el consumo de
combustible, o que proporcionasen siempre la máxima potencia, etc. Quizás
fuese más un proyecto que un trabajo de alumno interno, pues se requieren
altos conocimientos de programación, sobre todo de Dinamic C.
90
Memoria______________________________________________________________
Capítulo 7. Presupuesto.
7.1. Mediciones y consideraciones.
En este capítulo se presenta un breve estudio económico para
cuantificar el coste que hay detrás de la realización de este proyecto.
Para las mediciones se han considerado que el proyecto se realiza en
un plazo de 6 meses.
Las horas óptimas anuales para los elementos amortizables son de
1600.
El vehículo, elemento imprescindible del proyecto, no se considera como
tal en el presupuesto, sino como elemento disponible con antelación. Tampoco
se tienen en cuenta los gastos generados en las pruebas como es el caso de
comidas, gasolina, etc.
Casos análogos son la impresora, el escáner y la fuente de
alimentación, ya que se utilizan con asiduidad en el laboratorio y la proporción
que se imputaría sería despreciable.
El San-Ei cedido por Asier López es de elevado precio, pero se
considera ampliamente amortizado debido a su antigüedad.
El Software empleado es educacional, sin límite de licencias, por lo que
el precio imputado es estimado.
Las piezas fabricadas en el taller de la escuela son de construcción y
material sencillos. El material utilizado es una pequeñísima partida, por lo que
también se desprecia su coste, así como el de uso del taller exceptuando a los
operarios.
91
Memoria______________________________________________________________
7.2. Cuadro de precios.
MO ingeniero
Director del proyecto Joan Savall.
Colaboración Xavier Carrera.
Colaboración
José
Manuel
Carballo.
Colaboración Juan Lizeaga.
Colaboración Emilio Sánchez.
Operarios taller.
PC
Licencia Office 2000 educacional.
Licencia Pro-E Wildfire educacional
LabView
Fuente de alimentación
Alquiler puesto de oficina
Coste
anual
24000
900
108
78
30
6
3000
Horas
óptimas
1600
1600
1600
Coste por
horas (€)
15
60
30
1600
30
1600
1600
1600
1600
1600
1600
1600
1600
1600
30
50
30
0.5625
0.0675
0.04875
0.01875
0.00375
1.875
92
Memoria______________________________________________________________
7.3. Listado de precios.
Director proyecto Joan Savall.
Colaboración Xabi Carrera.
Colaboración
José
Manuel
Carballo.
Colaboración Juan Lizeaga.
Colaboración Emilio Sánchez.
Operarios taller.
PC.
Cartucho de impresora.
Licencia Office 2000 educacional.
Licencia
Pro-E
Wildfire
educacional.
LabView.
Fuente de alimentación.
Alquiler puesto de oficina.
Material de oficina.
Servomotor
Gastos generados
Mano
de
obra
proyectante
TOTAL
ingeniero
Horas
empleadas.
12
50
50
30
4
4
800
200
150
50
5
800
1000
Coste Euros.
(€)
720
1500
1500
900
200
120
450
72
13.5
7.3125
0.9375
0.01875
1500
60
98
7141.78
15000
22141.78€
93
Memoria______________________________________________________________
Capítulo 8. Bibliografía.
“Ingeniería de proyectos”. EUNSA. Fernando Santos.
Catálogo RS amidata, 2004.
Apuntes: “Tecnología de Máquinas”. Jordi Viñolas. Unicopia. San
Sebastián. 1999.
Proyecto: “Determinación experimental de las cargas existentes
sobre la estructura de un vehículo automóvil”. Xabier Carrera
Akutain. 2001.
Proyecto: “Diseño y construcción de un sistema de selección de
velocidades por actuadores para un vehículo” Mikel Ares Azpiroz”
2002.
“Robótica, Manipuladores y robots móviles”. Marcombo. Aníbal
Ollero Baturone.2001.
“Máquinas y motores”. Servicio de publicaciones, Colegio de
Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Jesús Fraile. 2001
94
Memoria______________________________________________________________
Capítulo 9. URL’s consultados.
http://cfievalladolid2.net/tecno/ctrl_rob/robotica/portada.htm,
servomotores, motores DC y Paso a paso.
http://www.amidata.es Potenciómetros
http://www.kraftfahrzeugtechnikheute.de/k/en/start/productsearchresult.jsp?plCatId=3 Bosch
Artículos Drive-By-Wire
http://www.autozulia.com/nuevatecnologia.asp
www.delphi.com/pdf/techpapers/2000-01-0556.pdf
http://www.picotech.com/auto/applications/electronic_throttle_control
.html
http://www.egr.msu.edu/autoweb/Class/Proj_2001/throttle/project.ht
m
http://www.production-machining.com/columns/1102eur.html
http://www.fsb.hr/acg/publications/pub_etc_13.html
http://www.kraftfahrzeugtechnikheute.de/k/en/start/product.jsp?mfacKey=GS_23_DVE
http://www.edmunds.com/news/innovations/articles/43033/article.ht
ml
http://www.automotivetechnology.net/articles/skf.html