captores de rueda

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cp capteurs.ESP.qxd 27/02/02 7:21

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LOS CAPTADORES DE RUEDAS

INTRODUCCIÓN - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Página 3

LOS CAPTADORES INDUCTIVOS MONOPOLARES - - - - - - - - - - - - - - - - - - Páginas 4/5

LOS CAPTADORES INDUCTIVOS BIPOLARES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Páginas 6/7

CURVAS CARACTERÍSTICAS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Páginas 8/9

CONTROL DE LOS CAPTADORES INDUCTIVOS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Página 10

LOS BLANCOS METÁLICOS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Página 11

LOS CAPTADORES ACTIVOS CON EFECTO HALL - - - - - - - - - - - - - - - - - - Páginas 12/14

LOS CAPTADORES ACTIVOS MAGNETO-RESISTENTES - - - - - - - - - - - - - Páginas 15/17

LOS CAPTADORES ACTIVOS CON IMÁN INTEGRADO- - - - - - - - - - - - - - - - - Página 18

CONTROL DE LOS CAPTADORES ACTIVOS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Página 19

LOS BLANCOS MAGNÉTICOS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Página 20


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LOS CAPTADORES DE LAS RUEDAS

INTRODUCCIÓN

CONSECUENCIAS DE UN BLOQUEO DE LAS RUEDAS

Los conductores de automóviles conocen las consecuencias de un bloqueo de las ruedas, consecutivo a una frenada demasiado enérgica en función de la adherencia disponible en elsuelo :

• la distancia de frenada aumenta,• el guiado lateral se anula :

- las ruedas traseras bloqueadas provocan a menudo un derrape del tipo "vuelta completa de dirección",

- las ruedas delanteras bloqueadas pierden el poder que tienen en la dirección, elvehículo continua "todo recto".

• los neumáticos se gastan anormalmente,• los riesgos de accidente aumentan.

Incluso un conductor profesional no puede, en un caso límite, ejercer un control en la naturale-za y en la intensidad de su acción de frenada.

Un único sistema de regulación automática puede evitar el bloqueo de las ruedas. Pero para anticiparse a este bloqueo, este sistema tiene que analizar permanentemente la evolución de lavelocidad de cada una de las ruedas y para ello, utiliza los captadores.

LOS CAPTADORES DE VELOCIDAD DE RUEDAS

Informan sobre la velocidad de las ruedas al calculador ABS o ESP (según equipamiento) para anticiparse a las regulaciones con el fin de evitar el bloqueo de las ruedas.

Para conocer las velocidades de las ruedas, utilizamos unos captadores inductivos, magneto-resistentes o con Efecto Hall que miden el regimen de cada rueda del vehículo sobre una ruedadentada o magnética.

Distancia de parada aumentada

Guiado lateral anulado

Desgaste de los neumáticos

BLOQUEO ACCIDENTE


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Los captadores inductivos :

Aseguran la medición sin contacto y por lo tanto "sin desgaste" de las velocidades de las ruedas y las convierten en señales eléctricas.

Los captadores inductivos monopolares

Principio :

Un nucleo de hierro dulce, envuelto en un bobinado, se encuentra directamente en frente de unarueda dentada en rotación, y está separado por un entrehierro fino.El nucleo de hierro dulce, llamado vástago polar, en contacto con un imán permanente condu-ce el campo magnético hasta la rueda dentada que modula este campo magnético cuando éstaestá en rotación. Un diente situado directamente en frente del captador concentra el campo magnético y refuerza así el flujo magnético.Sin embargo un hueco de diente debilita el flujo en la rueda dentada. Estos dos estados alter-nan constántemente la rotación de la rueda dentada.A la hora de los pasos de "diente" a "hueco de diente" o vice-versa se producen variaciones deflujos magnéticos provocando una tensión alternativa y sinusoidal en la bobina. Su frecuencia permite definir la velocidad de rotación en función del número de dientes de la rueda dentada.El captador produce una tensión alternativa y sinusoidal por lo que la amplitud varia en funciónde la velocidad de rotación, de la talla del entrehierro, de la forma del diente así como de los materiales utilizados. La frecuencia es la imagen exacta de la velocidad de rotación. Con el finde poder analizar tensiones débiles, es necesaria una velocidad de rotación mínima.

12

3

4

5

6

8

71 - cable eléctrico2 - cajetín3 - imán permanente4 - casquillo5 - vástago polar6 - bobinado7 - fijación8 - blanco


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El entrehierro situado entre el captador y el blanco es de aproximadamente de 1 mm, contolerancias precisas. Una distancia demasiado importante modifica la forma de la señal ypuede generar una lectura errónea. No es regulable.

El extremo de los captadores puede ser de diferentes maneras : redondo, con forma de romboo ortogonal. El montaje del captador puede ser radial (vertical a los dientes) o axial (posición tangencialmente al blanco).

Características eléctricas de un captador monopolar para ABS BOSCH 5.3• Resistencia del bobinado : 1600 Ω ± 320 Ω a 20° C.• El umbral mínimo de velocidad detectado es de 2,75 km/h => 120 mV.

Ejemplos de captadores monopolares

El campo magnético se concentra en un sólo punto : extremo ortogonal o redondo.


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Los captadores inductivos bipolares

Los captadores bipolares tienen la ventaja de dar una señal eléctrica más importante que uncaptador monopolar, y de ser poco sensibles al falso redondo*. Además, con el fin de obteneruna gran sensibilidad del captador, el dentado de la rueda tiene esta forma un diente frente a una pieza polar y el hueco de diente frente a la otra pieza polar. Podemos com-parar un captador bipolar con un captador formado por dos imanes permanentes y cada uno deellos con un bobinado. La finalidad es filtrar las señales de los parásitos causadas por las varia-ciones del entrehierro.

* Falso-redondo : eje del blanco descentrado con respecto al eje de la rueda que genera varia-ciones de entrehierro en una vuelta.

1 - imán permanente2 - pieza polar3 - bobinado4 - cuerpo del captador5 - rueda dentada6 - campo magnético cerrado => mayor sensibilidad

1

4 3

5

6

2


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Principio de la señal de un captador bipolar :

Gráfica de señal del primer polo

Gráfica de señal del segundo polo (señal inversa a la del primer polo)

Señal final dada por el captador

El captador resta las dos señales opuestas, lo que amplifica la tensión de la señal y lo hacemenos sensible a los parásitos : [1-(-1)] = 2.

Características eléctricas de un captador bipolar para ABS TEVES MK20EI• Resistencia del bobinado: 1100 Ω ± 50%• El umbral mínimo de velocidad detectado es de 2,75 km/h => 150 mV cresta/cresta.

Ejemplos de captadores bipolares

0

1

-1

0

1

-1

0

2

-2

Lectura radial Lectura axial


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CURVAS CARACTERÍSTICAS DE CAPTADORES INDUCTIVOS

Evolución de la señal de un captador inductivo

La tensión y la frecuencia son proporcionales a la velocidad de rotación. El margen de frecuen-cia está definido por el número de dientes de la rueda dentada. La frecuencia siendo la imagenexacta de la velocidad es la señal explotada por el calculador.

T : tiempoV : tensión dada por el captadorR : principio de rodaduraA : vehículo parado o rueda bloqueada

La parte de la señal que corresponde al principio de la rodadura (R) es muy sensible a los fenó-menos electromagnéticos y eléctricos ya que las tensiones observadas son de unos micro-voltios.

La parte extrema de la señal que corresponde a velocidades elevadas genera muy altas tensiones lo que implica proteger el paso de entrada del calculador contra estas altas tensionespudiendo llegar a varios voltios.

V

T

R

A


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Ej. de tensión en vacio de un captador monopolar en función del entrehierro a 2,75 km/h

T : tensión en VoltiosE : entrehierro captador / blanco en mm1 : tensión máxima2 : tensión mínima

En comparación de las curvas de tensión dadas por el captador a 2,75 km/h (detección veloci-dad mínima), observamos que la tensión dada por el captador depende del entrehierro capta-dor/blanco y puede variar de simple al triple para un entrehierro de 0,5 a 1,5 mm. La tensiónmínima medida es 120 mV lo que corresponde a una velocidad de 2,75 km/h para un entrehierropróximo de 2 mm. Pero, la sensibilidad de los captadores no permite tener un entrehierro tangrande.Por consiguiente, el umbral mínimo de velocidad detectado depende del entrehierro que midealrededor de 1 mm.

1,50

1,20

0,90

0,60

0,30

0,120

0 0,50 1,00 1,50 2,00

T (V)

E (mm)

1

2

2,50


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CONTROL DE LOS CAPTADORES INDUCTIVOS :La señal de estos captadores puede controlarse poniendo un osciloscopio o un voltímetro alternativo entre sus dos cables y girando la rueda.Para controlar el estado del captador, hay que medir su resistencia a las bornas de su conecta-dor.Gráfica de la señal con el osciloscopio a baja velocidad

Gráfica de la señal con el osciloscopio a velocidad elevada

La amplitud y la frecuencia de la señal aumentan proporcionalmente con la velocidad de rotación de la rueda.

osciloscopio

amplitud

menú general

AMPLITUD BASE TIEMPO

406

base de tiempo

osciloscopio

amplitud

menú general


406

base de tiempo


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Los blancos metálicos :

El captador está montado en comparación de un blanco metálico (material ferro-magnético) for-mado por dientes y huecos de dientes.

Montaje en la partedelantera :

Montaje en la parte trasera :

Con disco Con tambor


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Los captadores activos (particularidades)

Decimos que un captador es activo si, para que funcione, necesitamos una alimentación en tensión exterior. Sin esta alimentación en tensión, el captador no puede dar ninguna señal.Gracias a un volumen muy reducido y a un peso bajo, se puede montar el captador de veloci-dad activo en la rodadura de la rueda. En este caso, los imanes están situados en el disco de estanqueidad de la rodadura de la rueda.El captador está compuesto por elementos sensibles que son generalmente módulos de tipoHall o magneto-resistentes que generan una tensión, cruzándolos, en función del flujo magnético. Contrariamente al captador inductivo, la tensión a evaluar es independiente de lavelocidad de rotación de la rueda. Por lo tanto es posible medir la velocidad de la rueda hastasu immobilización total. Esta tensión se transforma en seguida en corriente por dos genera-dores. La frecuencia de la corriente es proporcional a la velocidad de la rueda.

Este modo de transmisión de señales numéricas vía un único conductor está notablementemenos sometida a las señales de los parásitos que los captadores inductivos y podrá ofrecerposibilidades más extensas :

- transmisión de la información en el sentido de rotación de las ruedas (puede ser utili-zada para los dispositivos de bloqueo en cuesta, funcionalidad que impide que el vehí-culo retroceda cuando lo arranca en una cuesta gracias a la frenada enfocada),

- transmisión de una información que permite diagnosticar el valor del entrehierro.

Los captadores activos con Efecto Hall (307)

Están formados por :- un elemento de Hall formado por dos pastillas,- una parte electrónica integrada.

El elemento Hall explota el efecto de desvio de los portadores de carga que aparece en un conductor cruzado por una corriente y expuesto a un campo magnético. El elemento de Hall permite generar una tensión cruzándolo que varia en función del flujo magnético (intensidad yorientación)


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Sinóptico interno del captador

Este captador está formado por 2 células con Efecto Hall retrasadas (montaje diferencial). Lavariación de campo magnético generada por la rotación de la rueda crea dos señales alternati-vas de unos micro-voltios (zona A). Estas señales son sustraidas en seguida y filtradas en un diferencial (con el fin de eliminar losparásitos) para formar una única señal (zona B). Esta nueva señal se amplifica (zona C) y pasa seguidamente en un trigger de Schmitt* dondese calibra y limita para formar una señal cuadrada (zona D). La señal pasa al final por 2 generadores de corriente montados en paralelo de 7 mA (zona E).El primero suministra permanentemente y define el nivel bajo de la señal (7 mA) y el segundo se conmuta para el nivel alto (7 + 7 = 14 mA). La finalidad de estos generadores es obtener unaseñal "limpia" y constante no sensible a los parásitos.

Cada elemento de la cadena de tratamiento está alimentado por un circuito electrónico integra-do en el captador, la masa se recupera por el cable de la señal en unión con la masa del cal-culador ABS o ESP.

Observación : La referencia de masa no es 0 V pero si de algunos voltios (diferencia de poten-cial).

* Trigger de Schmitt : circuito electrónico con volcado.

+ 12V

R

G

G

ABS / ESPA B C D E


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En el 307, el umbral de detección mínimo de velocidad es de 0,3 km/h. Vehículo parado, los cap-tadores pasan al estado de descanso . Para despertarse y por lo tanto dar nuevamente unaseñal, los captadores tienen que detectar 6 frentes montantes. Están alimentados en + 12 V.

NOTA : la distancia entre las dos pastillas de Hall es inferior a la anchura de un polo.

Ejemplos de captadores activos con Efecto Hall

Captador trasero 307Captador delantero 307

Captador trasero 206 de color negro paratambor (previsión)

Captador trasero 206 de color gris para disco(previsión)


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Los captadores activos magneto-resistentes (807)

Están formados por :- un elemento magneto-resistente,- una parte electrónica integrada.

El elemento magneto-resistente (semi-conductor) está revestido por finas capas de Permalloy*separadas por capas de silicio que modifican su resistencia óhmica en función de la dirección yde la intensidad de un campo magnético. El elemento magneto-resistente está montado en unpuente de Wheaston* a las bornas del cual medimos la variación de tensión en el paso de loscampos magnéticos.

* Permalloy : aleación níquel-hierro con gran reactividad magnética.* Puente de Wheaston (montaje de resistencias) : técnica de medición de resistencia por comparación con un circuito resistente conocido.

La variación de la resistencia provoca la variación de la caida de tensión del elemento.Esta caida de tensión manda la parte electrónica integrada situada en el aval. La parte electrónica integrada genera una corriente de 7 mA o de 14 mA. Estos diferentes niveles de intensidad de corriente crean una tensión entre espacios libres en la resistencia (115 ohms)del calculador ABS o ESP. La tensión analizada por el calculador varia proporcionalmente a lacorriente de señal del mando integrado entre 0,8 V (parte baja de la señal) y 1,6 V (parte altade la señal).

Funcionamiento :

Las líneas de campo magnético situadas en vertical al elemento de medición magneto-resistentes se dirigen o se alejan de la pista magnética en función de la polaridad.Estando el entrehierro captador/blanco reducido, las líneas de campo magnético cruzan el ele-mento magneto-resistente y hacen que su resistencia varie.


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Después de una serie de tratamientos y de reglajes de la señal a través de la electrónica delcaptador, las variaciones de las resistencias se convierten en señales de corriente por dosamplificadores de corriente de 7 mA cada uno.

Si la resistencia del elemento magneto-resistente aumenta (paso de las líneas de campo a través del elemento sensible), la corriente está al mínimo (7 mA).

Si la resistencia del elemento magneto-resistente disminuye (líneas de campo invertidas), la corriente está al máximo (14 mA).

7 14

mA

7 14

mA

alimentación

señal


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Dada la concepción de la pista de lectura (alternancia de polos norte y sur), observamos unaseñal con forma rectangular evolucionando entre 7 y 14 mA en la cual la frecuencia representala velocidad de rotación de la rueda.

Ejemplos de captadores activos magneto-resistentes

7 14

mA

Captador trasero 807Captador delantero 807


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Los captadores activos con Efecto Hall o magneto-resistentes con imán inte-grado (Previsión en el 206 y Partner)

Son captadores activos con Efecto Hall o magneto-resistentes en los cuales hemos integradoun imán permanente. La finalidad de este sistema es conservar la corona integrada a la trans-misión (evolución 206) con el fin de evitar la concepción de nuevas manguetas para soportar loscaptadores activos clásicos.El principio consiste en poner un imán en el captador, detrás de un elemento sensible en vez deponerlo en el blanco de la rodadura de la rueda. La alternancia de los dientes y de los huecosde dientes del blanco metálico hace variar el campo magnético en el interior del captador. Estavariación de campo magnético se mide con un elemento sensible (Efecto Hall o magneto-resis-tente), tratado y transformado en corriente por dos amplificadores de 7 mA montados en para-lelo (mismo principio que los captadores activos clásicos).

Principio del captador

A

B

C

D

A : blanco metálicoB : elemento sensibleC : imán permanenteD : captador con imán integrado

Blanco clásicoCaptador activo con imán integrado 206


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CONTROL DE LOS CAPTADORES ACTIVOS :La señal de estos captadores puede controlarse con el osciloscopio situándolo en paralelo enel cable de retorno de la señal (vía 2 del conectador). El captador tiene que alimentarse por elcalculador y hay que hacer que el blanco gire con el fin de que los polos magnéticos desfilen.La tensión medida depende del valor de la resistencia de carga situada en el calculador ABS oESP.

Medición de la señal con el osciloscopio (girando la rueda con la mano)

La señal medida está comprendida entre 0,8 V y 1,6 V (amplitud 0,5 V/DIV).

NOTA : podemos perfectamente montar en un mismo vehículo blancos tanto metálicos comomagnéticos (previsión 206) vigilando la asociación de los captadores activos con imán integra-da a los blancos metálicos.

Podemos montar en un mismo vehículo captadores activos con Efecto Hall y magneto-resis-tentes ya que la señal de salida es idéntica (a condición que la concepción del captador lo per-mita).

osciloscopio

amplitud

menú general


307

base de tiempo


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Los blancos magnéticos :

El captador está montado con un blanco magnético (material hierro-magnético) en plastoferritaformada por 48 pares de polos (en todos los tipos) que genera un campo magnético.Forma parte de la junta del rodamiento de la rueda y montado a presión en el buje.

Ejemplo de montaje en la parte delantera : (lectura radial)

La pista magnética o la junta codificadora está en el lado de los puntos de referencia de fabri-cación del rodamiento de rueda.

Ejemplo de montaje en la parte trasera :

En ciertos montajes, la lectura se hace del lado del blanco insertado en el tambor o en el cubode la rueda.

SNR

XG

B40574

FRANCEF62B

00K

Con tambor : (lectura axial)Con disco (lectura radial)


captores de rueda

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