UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UNA SUSPENSIÓN
ELECTRO HIDRÁULICA CONTROLADA POR UNA
APLICACIÓN ANDROID
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO
DE INGENIERO AUTOMOTRIZ
FERNANDO ALEXANDER POZO ROSERO
DIRECTOR: ING. ALEXANDER PERALVO, Msc.
DECLARACIÓN
Yo FERNANDO ALEXANDER POZO ROSERO, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.
La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.
_________________________ FERNANDO POZO
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “Diseño e implementación de una suspensión electro hidráulica controlada por una aplicación android”, que, para aspirar al título de Ingeniero Automotriz fue desarrollado por Fernando Pozo, bajo mi dirección y supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería; y cumple con las condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación artículos 18 y 25.
___________________
Alexander Peralvo DIRECTOR DEL TRABAJO
DEDICATORIA
Quiero dedicar este logro a mis padres Servio y Marlene, por ser las personas a las que les debo todo lo que soy, y por ser mi
mayor motivación en cada paso de mi vida.
A mi padre por ser mi mejor amigo y mi mayor ejemplo a seguir, por siempre guiar mi camino con sus consejos de fortaleza y superación, por ser la persona que en todo momento
ha cuidado de mí y sobre todo por confiar en mí a plenitud.
A mi madre por ser ejemplo de trabajo, constancia y dedicación, por siempre estar a mi lado cuando más la he necesitado, por su preocupación para que nunca me falte nada,
y por ser la persona que siempre me ha transmitido su amor y alegría en los momentos más difíciles de mi vida.
A mi Dios, quien me ha ayudado a levantarme en todas mis caídas, a mis hermanos y amigos, que han demostrado su apoyo
AGRADECIMIENTO
Quiero agradecer en primer lugar a Dios y a mis padres, por ser las personas más importantes en mi vida, por su apoyo
incondicional, y por nunca dudar de mí.
Agradezco a mis maestros quienes hicieron posible que este proyecto se lleve a cabo, y que a lo largo de mi carrera han compartido sus enseñanzas de una manera desinteresada.
Por último agradezco a todas las personas quienes han compartido mis alegrías, pero también mis tristezas, mis logros
ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA
RESUMEN ... ix
ABSTRACT ... x
1. INTRODUCCIÓN ... 1
2. MARCO TEÓRICO ... 3
2.1 EL SISTEMA DE SUSPENSIÓN ... 3
2.2 REQUISITOS QUE DEBE CUMPLIR EL SISTEMA DE SUSPENSIÓN ... 3
2.3 COMPONENTES DEL SISTEMA DE SUSPENSIÓN... 5
2.3.1 COMPONENTES ELÁSTICOS ... 5
2.3.2 AMORTIGUADORES ... 7
2.3.2.1 Necesidad de los amortiguadores ... 7
2.3.2.2 Funcionamiento del amortiguador ... 8
2.3.2.3 Amortiguador monotubo ... 8
2.4 TIPOS DE SUSPENSIÓN ... 9
2.4.1 SUSPENSIÓN INDEPENDIENTE... 9
2.4.2 SUSPENSIÓN SEMINDEPENDIENTE ... 10
2.4.3 SUSPENSIÓN NO INDEPENDIENTE O RÍGIDA ... 11
2.5 SUSPENSIONES ESPECIALES ... 12
2.5.1 SUSPENSIÓN HIDRONEUMÁTICA ... 12
2.5.1.1 Funcionamiento básico de la suspensión hidroneumática .. 13
2.5.1.2 Resortes neumáticos ... 15
2.5.1.3 Cilindros de suspensión ... 16
2.5.1.4 Función reguladora de altura ... 17
2.5.1.6 Disminución de altura ... 18
2.5.1.7 Componentes del sistema hidráulico ... 18
2.5.1.8 Bomba ... 19
2.5.1.9 Depósito ... 19
2.5.1.10 Acumulador ... 19
2.5.1.11 Actuadores ... 19
2.5.1.12 Elementos de control y regulación ... 20
2.5.1.13 Válvulas de presión ... 20
2.5.1.14 Distribuidores ... 20
2.5.2 SUSPENSIÓN HIDROACTIVA ... 21
2.5.2.1 Variación de tarado en los elementos elásticos ... 21
2.5.2.2 Tarado blando ... 22
2.5.2.3 Tarado duro ... 22
2.5.2.4 Variación de tarado en los amortiguadores ... 23
2.5.2.5 Funcionamiento de la parte hidráulica ... 23
2.5.2.6 Circuito de control electrónico ... 24
2.5.2.7 Sensor de volante de dirección ... 25
2.5.2.8 Sensor de velocidad del vehículo ... 25
2.5.2.9 Sensor del acelerador ... 25
2.5.2.10 Sensor de presión de frenado ... 25
2.5.2.11 Sensor de altura de suspensión ... 26
2.5.2.12 Amortiguación de tarado variable ... 26
2.6 SEGURIDAD ACTIVA Y PASIVA ... 26
2.6.1 SEGURIDAD ACTIVA ... 27
2.6.1.1 Sistema de frenado ... 27
2.6.1.2 Sistema de dirección ... 27
2.6.1.3 Sistema de suspensión ... 28
2.6.1.4 La adherencia de los neumáticos al suelo ... 28
2.6.1.5 La Iluminación ... 28
2.6.1.6 Sistema de control de estabilidad ... 28
2.6.2 SEGURIDAD PASIVA ... 29
2.6.2.2 Airbags ... 29
2.6.2.3 Chasis y Carrocería ... 30
2.6.2.4 Cristales ... 30
2.6.4.5 Reposacabezas ... 30
2.7 COMUNICACIÓN BLUETOOTH ... 30
2.8 ARDUINO ... 32
2.9 ANDROID ... 34
3. METODOLOGÍA ... 35
3.1. ARDUINO ... 36
3.2. MODULO BLUETOOTH ... 37
3.3. RELÉ O RELEVADOR ... 37
3.4. TRANSFORMADOR DE VOLTAJE ... 38
3.5. DISPOSITIVO ANDROID ... 38
3.6. ELECTROVÁLVULAS HIDRAÚLICAS ... 38
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS Y DISCUSIÓN ... 39
4.1. DISEÑO MECÁNICO E HIDRÁULICO DEL BANCO DE PRUEBAS DE SUSPENSIÓN ELECTROHIDRÁULICA ... 39
4.2. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL MÓDULO ELECTRÓNICO .... 43
4.2.1. TIPOS DE PLATAFORMAS ARDUINO ... 43
4.2.2. MÓDULO BLUETOOTH ... 46
4.2.3. TRANSFORMADORES DE VOLTAJE AC – DC ... 48
4.2.4. RELÉ O RELEVADOR ... 49
4.2.5. ELECTROVÁLVULAS HIDRAÚLICAS ... 51
4.2.6. DISPOSITIVO ANDROID ... 53
4.2.7. DESARROLLO APLICACIÓN ANDROID ... 53
4.2.8. DIAGRAMA ELÉCTRICO ... 56
4.2.9. PROGRAMACIÓN DE LA TARJETA ARDUINO ... 57
4.4. MANUAL DE PROCEDIMIENTO ... 69
4.4.1. INSTALACIÓN DE LA APLCIACIÓN ANDROID ... 69
4.4.2. USO DE LA APLICACIÓN Y EL PROTOTIPO ... 72
4.5 GUÍA DE MANTENIMIENTO ... 75
4.6 GUÍA DE MEJORAMIENTO ... 76
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 79
5.1. CONCLUSIONES ... 79
5.2. RECOMENDACIONES ... 80
BIBLIOGRAFÍA ... 82
ÍNDICE DE TABLAS
PÁGINA
Tabla 1. Clasificación de Bluetooth. ... 32
Tabla 2. Plataformas para desarrollo de Arduino. ... 33
Tabla 3. Proyectos Arduino en Universidades del Ecuador. ... 34
Tabla 4. Comparación de características entre arduinos. ... 43
Tabla 5. Conector principal de alimentación 24 pines. ... 49
ÍNDICE DE FIGURAS
PÁGINA
Figura 1. Deformación vs Fuerza. ... 5
Figura 2. Deformación de Muelles ante carga. ... 7
Figura 3. Carreras de compresión y expansión en un amortiguador de doble efecto. ... 9
Figura 4. Suspensión independiente. ... 10
Figura 5. Suspensión semindependiente. ... 11
Figura 6. Suspensión rígida eje trasero. ... 11
Figura 7. Citroën Ds 1950 con suspensión hidroneumática. ... 13
Figura 8. Conjunto muelle amortiguador. ... 14
Figura 9. Sección de la esfera neumática. ... 15
Figura 10. Posiciones de la membrana con respecto a la carga. ... 16
Figura 11. Esquema de un cilindro de suspensión y esfera. ... 17
Figura 12. Disposición del eje trasero de una suspensión Hidroactiva. ... 22
Figura 13. Posiciones de funcionamiento del regulador de rigidez. ... 23
Figura 14. Ensamble principal del prototipo. ... 39
Figura 15. Conjunto muelle amortiguador en reposo. ... 40
Figura 16. Conjunto muelle amortiguador bajo presión. ... 40
Figura 17. Conjunto muelle amortiguador en expansión. ... 41
Figura 18. Sistema hidráulico más bomba hidráulica. ... 41
Figura 19. Sistema de alivio para bomba hidráulica. ... 42
Figura 20. Válvula de alivio del sistema hidráulico. ... 42
Figura 21. Datasheet de Arduino uno. ... 45
Figura 22. Configuración eléctrica delantera arduino uno. ... 45
Figura 23. Configuración eléctrica trasera arduino uno. ... 46
Figura 24. Configuración electrónica módulo HC-06. ... 47
Figura 25. Conexión Módulo bluetooth y plataforma arduino uno. ... 47
Figura 26. Fuente de poder con ventilación y cableado. ... 48
Figura 27. Diagrama eléctrico de relé o relevador. ... 50
Figura 28. Módulo de relés para arduino. ... 50
Figura 30. Visualización de la aplicación Android. ... 53
Figura 31. Algoritmo aplicación Android. ... 54
Figura 32. Desarrollo interfaz aplicación Android. ... 55
Figura 33. Aplicación Android interfaz final. ... 55
Figura 34. Diagrama eléctrico del sistema de control. ... 56
Figura 35. Circuito de conexión de elementos. ... 57
Figura 36. Simulación de circuito en programa Fritzing. ... 58
Figura 37. Comprobación de señal en las electroválvulas de admisión. ... 59
Figura 38. Comprobación de señal en las electroválvulas de retorno. ... 60
Figura 39. Banco de pruebas neumático. ... 61
Figura 40. Desmontaje de las válvulas del circuito hidráulico. ... 62
Figura 41. Desmontaje de conectores de solenoides. ... 62
Figura 42. Limpieza de electroválvulas con líquido no conductor. ... 63
Figura 43. Sello en el ingreso de válvulas con teflón. ... 64
Figura 44. Sello en la salida de válvulas con teflón. ... 64
Figura 45. Placa arduino con shield. ... 65
Figura 46. Caja de protección del control electrónico. ... 66
Figura 47. Montaje del módulo de control sobre banco de pruebas. ... 66
Figura 48. Altura promedio para el estado conducción en ciudad... 67
Figura 49. Altura promedio para el estado conducción en carretera. ... 68
Figura 50. Leds de estado del banco de pruebas. ... 69
Figura 51. Carpeta de ubicación de la aplicación android. ... 69
Figura 52. Ajustes Android. ... 70
Figura 53. Aplicación en gestor de archivos Android ... 71
Figura 54. Instalación de aplicación Android ... 71
Figura 55. Pantalla inicial de la aplicación ... 72
Figura 56. Motor eléctrico de accionamiento de la bomba hidráulica. ... 73
Figura 57. Juego de brakers del banco de pruebas. ... 73
ÍNDICE DE ANEXOS
PÁGINA ANEXO 1.
Diagrama eléctrico completo arduino uno. ... 84 ANEXO 2.
Algoritmo de programación arduino. ... 85 ANEXO 3.
RESUMEN
ABSTRACT
1.
INTRODUCCIÓN
La tecnología de un automóvil ha cambiado de acuerdo como van aumentando las necesidades de las personas, esto hace que cada día salgan nuevas tecnologías que encajan perfectamente en los sistemas de los vehículos. Las nuevas tecnologías existentes, permiten controlar cualquier sistema en el cual intervienen componentes electrónicos, y es tanto así, que ahora existe el famoso Smartphone, que prácticamente permite controlar mediante una aplicación, cualquier dispositivo que se sincronice con este.
Actualmente los cambios que han sufrido los vehículos, son principalmente en los sistemas de protección activa, los cuales garantizan la seguridad de los ocupantes, dentro de estos sistemas se encuentra el sistema de suspensión, el cual permite controlar en primera instancia, el centro de gravedad del vehículo, esto con el fin de garantizar una buena conducción sobre carretera, y al mismo tiempo sobre la ciudad. Por otro lado se encuentra el confort que brinda la suspensión dentro del habitáculo, por lo cual esta debe de adaptarse a las condiciones externas que se pueden encontrar al conducir un vehículo.
La suspensión del vehículo, es uno de los sistemas más complejos del vehículo el cual permite, no solo absorber las irregularidades del vehículo, sino aún más importante, la estabilidad de este, frente a una conducción en donde se necesita tener el centro de gravedad bajo, con el fin de tener una conducción segura, tanto en la carretera como en la ciudad.
Los sistemas de suspensión hidroneumática, no han sido muy utilizados en la mayoría de vehículos, pero actualmente están siendo incorporados en vehículos de alta gama, debido a las prestaciones que esta ofrece, frente a otros sistemas de suspensión, como es la corrección de altura automática mediante controles electrónicos y eliminando conexiones alámbricas que con el tiempo sufren desgaste, poniendo en riesgo la seguridad de los ocupantes.
Este proyecto permitirá, dar un paso más adelante en el mundo de la tecnología, es decir, permitirá hacer un buen uso de teléfono inteligente, el cual mediante la creación de una aplicación android, da la posibilidad de controlar sistemas mecánicos, con el fin de proporcionar seguridad y confiabilidad en la conducción.
El objetivo principal del proyecto es diseñar e implementar una suspensión electro hidráulica controlada por una aplicación Android, para el laboratorio de Ingeniería Automotriz, de la Universidad Tecnológica Equinoccial.
2.
MARCO TEÓRICO
2.1 EL SISTEMA DE SUSPENSIÓN
El sistema de suspensión, es el que se encarga de absorber, las irregularidades presentes en los diferentes escenarios de conducción, es uno de los sistemas más importantes, ya que no solo permite soportar las diferentes cargas, y absorber irregularidades, sino que tiene la función de brindar una buena estabilidad al vehículo, proporcionando una conducción segura y cómoda. (Alonso, 2010)
Para esto el sistema se ayuda de diferentes elementos, los cuales están divididos entre masas suspendidas, como es el caso de la carrocería y las no suspendidas, que son todos los elementos que se encuentras entre las llantas y la carrocería, estos últimos son los más importantes, ya que de su diseño y fabricación, se obtendrá un mejor resultado en el funcionamiento de la suspensión. Dentro de estos elementos se encuentran tanto los elásticos, como los de amortiguación, los cuales dependiendo del caso, se someterán a esfuerzos de compresión y de extensión, estos elementos se conjugan para formar el sistema de suspensión, ya que si uno de estos faltase, la conducción se volvería insegura. (Alonso, 2010) (Bosch, 2005)
2.2 REQUISITOS QUE DEBE CUMPLIR EL SISTEMA DE
SUSPENSIÓN
Reducir la incidencia de fuerzas sobre la carrocería, ya que el sistema absorbe la energía que se produce en el sistema al pasar por un bache de gran envergadura, de esta manera se construye carrocerías más ligeras, ya que las fuerzas no se transmiten de una manera directa, ni en gran magnitud a la carrocería, esto permite que se reduzca el consumo de combustible, y emisiones de gases al medio ambiente, debido a la ligereza de las carrocerías. (Bosch, 2005)
La suspensión debe asegurar el contacto permanente de las ruedas con el suelo, esto se logra mediante la compresión o extensión en la que se desplaza la carrocería, mediante estos movimientos se logra que las ruedas se adapten a los diferentes relieves del pavimento, si no existiese la suspensión, al pasar por un terreno irregular, una de las ruedas podría no estar en contacto con el suelo. (Pérez, 2013)
Aumenta la estabilidad del vehículo, cuando este cambia de trayectoria, es decir, se aproxima a una curva, el vehículo por efectos de las diferentes fuerzas, como es el la fuerza centrífuga, la cual produce un movimiento de compresión en las ruedas exteriores, y un movimiento de extensión en las ruedas interiores, esta oscilación se la conoce como balanceo. De igual manera cuando el vehículo se somete a una frenada brusca, el vehículo tiende a enviar su peso a la parte delantera, generando una compresión en el eje delantero, y en su defecto una extensión en su eje trasero, a este fenómeno se lo conoce como cabeceo. Todos estos fenómenos son corregidos por la suspensión, mediante la deformación de sus elementos elásticos, los cuales absorben la mayor cantidad de energía, repartiendo las masas de una manera más equilibrada, y asegurando una estabilidad en la conducción. (Pérez, 2013) (Alonso, 2010)
dirección del vehículo, y una mejor adherencia de las ruedas con el piso. (Pérez, 2013)
2.3 COMPONENTES DEL SISTEMA DE SUSPENSIÓN
Los componentes que se emplean en la suspensión, varían dependiendo del tipo de sistema de suspensión que se está utilizando, pero siempre existirán componentes elásticos, de amortiguación, sujeción y guiado, como entre otros elementos comunes. (Pérez, 2013)
2.3.1 COMPONENTES ELÁSTICOS
Estos componentes son parte importante del sistema de suspensión, su función es la de soportar el peso del vehículo, y realizar los movimientos de compresión y extensión mediante su deformación, esto depende esencialmente de su tarado. (Pérez, 2013)
En la Figura 1 se observa que el tarado, es la resistencia que posee un componente elástico a la deformación, ante la presencia de un fuerza sobre este, es decir su medida de tarado se da en función de la fuerza que este necesite para ser comprimido. (Pérez, 2013)
El tarado constante, es la fuerza que se necesita para deformar el componente elástico, de una manera proporcional, es decir, que si se duplica la fuerza, se duplica el recorrido de deformación. (Pérez, 2013)
Mientras que el tarado progresivo, es una característica de los resortes neumáticos, en los cuales la deformación del componente elástico se va incrementando conforme se incrementa la fuerza, pero no lo hace de una forma proporcional, a medida que se incrementa la fuerza, el componente elástico puede deformarse más rápido con respecto a la primer fuerza aplicada. (Pérez, 2013)
Dependiendo del tarado utilizado en los componentes elásticos, mayor o menor será la estabilidad y confort en la cabina, es decir, si se tiene un tarado blando, el confort será mayor, ya que la deformación de los componentes elásticos, será con mayor facilidad, absorberá de mejor manera las irregularidades, pero la estabilidad queda en riesgo ya que la inclinación en una curva será más acusada. (Pérez, 2013)
El caso contrario es cuando se tiene un tarado duro, los elementos elásticos son más resistentes a su deformación, permitiendo una mayor estabilidad en las curvas ya que existe una menor inclinación de la carrocería, pero disminuye el confort dentro del habitáculo, debido a la dureza del tarado. El tarado de los elementos elásticos, van en consonancia al tipo de amortiguadores que se utilice en el sistema, ya que estos son quienes se encargan de la frecuencia de las oscilaciones de los elementos elásticos. (Alonso, 2010)
Figura 2. Deformación de Muelles ante carga. (Martínez, 2013)
2.3.2 AMORTIGUADORES
Los amortiguadores juegan un papel importante dentro del sistema de suspensión, ya que sin estos, no se podría tener un sistema eficaz, es por eso que los amortiguadores son el complemento de los elementos elásticos, y optimiza las cualidades de los diferentes sistemas de suspensión. (Pérez, 2013)
2.3.2.1 Necesidad de los amortiguadores
La necesidad del uso del amortiguador, surge para ayudar a reducir las oscilaciones prolongadas que se pueden presentar en los elementos elásticos, y los problemas que pueden traer consigo, como perdida de estabilidad, perdida de la maniobrabilidad, perdida de contacto de las ruedas con el suelo, y disminuiría el confort en la cabina, ya que estas oscilaciones pasarían a todo el habitáculo. Es por eso que el amortiguador elimina dichas oscilaciones, transformándolas en otro tipo de energía, y garantizando la conducción segura. (Pérez, 2013)
2.3.2.2 Funcionamiento del amortiguador
El amortiguador absorbe la energía del elemento elástico disipándola, para evitar que este oscile de manera prolongada, existen diferentes configuraciones de amortiguador, aunque el más utilizado es el amortiguador hidráulico. El funcionamiento del amortiguador se basa en circulación de un aceite entre dos cámaras internas que este posee, a través de válvulas las cuales restringen el paso del aceite de una manera brusca, mediante el efecto laminado, dependiendo de la configuración existen válvulas que permiten el paso en un solo sentido, o pueden ser bidireccionales. (Alonso, 2010) (Narváes, 2011)
2.3.2.3 Amortiguador monotubo
el amortiguador de extienda pero de una manera blanda y controlada. (Narváes, 2011)
Figura 3. Carreras de compresión y expansión en un amortiguador de doble efecto.
(Martínez, 2013)
2.4 TIPOS DE SUSPENSIÓN
Los tipos de suspensión están dados de acuerdo tanto a los componentes utilizados así como a su disposición, estos parámetros marcan las características de un tipo de suspensión específica. (Alonso, 2010)
2.4.1 SUSPENSIÓN INDEPENDIENTE
suspendidas, por lo tanto la transmisión de fuerzas del pavimento hacia la cabina, son de menor magnitud, y se puede utilizar en cualquier tren, trasero o delantero, ya sea que posea o no diferencial. (Alonso, 2010) (Narváes, 2011)
Figura 4. Suspensión independiente. (Alonso, 2010)
2.4.2 SUSPENSIÓN SEMINDEPENDIENTE
Figura 5. Suspensión semindependiente. (Martínez, 2013)
2.4.3 SUSPENSIÓN NO INDEPENDIENTE O RÍGIDA
La suspensión rígida o no independientemente, es aquella que une las ruedas de ambos lados mediante un eje rígido como se observa en la Figura 6, formando un solo conjunto, esto produce mayor peso sobre los elementos no suspendidos, debido al peso del eje rígido. Dependiendo de la tracción del vehículo, este eje puede contener al diferencial, o a su vez puede ser únicamente un eje transversal en una sola pieza si la tracción es delantera. (Pérez, 2013) (Beltrán, 2014)
Presenta algunos inconvenientes, en primera instancia, que el peso del vehículo, y en sí el del sistema de suspensión va a incrementar, por otro lado, al estar las ruedas conectadas mediante un eje, todos los fenómenos que experimente la rueda de un lado, va a ser transmitidas a la rueda del otro lado. A pesar de ser una suspensión muy antigua, se sigue usando en algunos tipos de vehículos, como son los todoterreno, donde la disposición de esta suspensión mejora notablemente el desarrollo de estos vehículos. (Pérez, 2013) (Beltrán, 2014)
2.5 SUSPENSIONES ESPECIALES
Las suspensiones especiales, nacen con el fin de solventar problemas, que las suspensiones convencionales presentan, en cuanto a la limitación de carga, altura del vehículo, y tarado de sus elementos elásticos, con el fin de que el confort y estabilidad se mantengan, sin importar el parámetro de carga.
Estas suspensiones utilizan otro tipo de componentes, para el caso de los elementos elásticos, se reemplaza los muelles por resortes neumáticos, se utilizan otro tipo de amortiguadores, como los telescópicos de longitud variable, y sobre todo utilizan un sistema de control electrónico, el cual puede ser automático o manual, para tener una conducción segura, sobre cualquier tipo de carretera, esto con el fin de proporcionar estabilidad, confort y maniobrabilidad en todo momento. Para esto los sistemas de suspensión especiales, se ayudan de módulos de control, los cuales ingresan señales mediante sensores y los envía a los diferentes actuadores, para que la suspensión se adapte al tipo de camino por el que se está circulando. (Bolaños, 2010) (Pérez, 2013)
2.5.1 SUSPENSIÓN HIDRONEUMÁTICA
la hidráulica y la neumática, con el fin de corregir de una manera automática la altura del vehículo, es por eso que también se encuentra dentro de los grupos de suspensiones de altura constante. (Pérez, 2013)
Este tipo de suspensión es diseñada en la actualidad por muchas marcas, aunque una de las pioneras fue Citroën al implementar esta suspensión en uno de sus modelos DS como se observa en la Figura 7, conocido como tiburón en la década de los 50, y la principal idea de desarrollar este sistema consiste, en asistir de una manera inteligente en la suspensión, con el fin de variar la flexibilidad de sus elementos neumáticos, como la de sus elementos de amortiguación, según las necesidades del conductor. (Bolaños, 2010)
Figura 7. Citroën Ds 1950 con suspensión hidroneumática. (Diario Motor, 2015)
2.5.1.1 Funcionamiento básico de la suspensión hidroneumática
el otro extremo se encuentra el resorte neumático, formado un solo cuerpo, como se observa en la Figura 8: (Pérez, 2013)
Figura 8. Conjunto muelle amortiguador. (Pérez, 2013)
Figura 9. Sección de la esfera neumática. (Alonso, 2010)
Su función básica se basa en estos dos elementos, líquido-gas, el líquido es el que transmite la presión a la membrana, la cual contiene gas nitrógeno comprimido en su parte interior, al pasar por un obstáculo, el vástago del amortiguador, sube presionando el líquido, y comprimiendo el nitrógeno, en el interior de la esfera, esto se produce en la carrera de compresión, y una vez que el vehículo pasa el obstáculo, el nitrógeno empuja al vástago del amortiguador, para que regrese a su posición original, esto sucede en la carrera de expansión del amortiguador. (Bolaños, 2010)
2.5.1.2 Resortes neumáticos
Los resortes neumáticos también reciben el nombre de esferas, debido a su forma, contienen en su interior alojada a la membrana que comunica el líquido y el gas nitrógeno, son roscados en la parte superior del conjunto hidroneumático, y el nitrógeno en su interior posee una presión de 30 y 65 bares, con el vehículo sin carga. (Pérez, 2013)
válvulas permiten el paso del líquido a presión tanto en su carrera de compresión, como en la de extensión. (Pérez, 2013)
Figura 10. Posiciones de la membrana con respecto a la carga. (Pérez, 2013)
2.5.1.3 Cilindros de suspensión
Figura 11. Esquema de un cilindro de suspensión y esfera. (Pérez, 2013)
2.5.1.4 Función reguladora de altura
Esta es una de las características especiales que presenta esta suspensión, y es que, dependiendo de la carga a la que es sometido el vehículo, el sistema tiene que responder automáticamente o en algunos casos manualmente, a la corrección inmediata de la altura del vehículo. Esto se realiza mediante el desplazamiento que tenga el líquido en el interior del cilindro de suspensión, esta es una señal para que el circuito hidráulico, pueda introducir líquido para aumentar la altura de la carrocería, o extraer líquido cuando se necesite reducir la altura de la carrocería. (Pérez, 2013)
2.5.1.5 Incremento de altura
Cuando el vehículo es sometido a carga, el émbolo se desplaza un cierto volumen, el cual tiene la misma magnitud como el que fue comprimido el nitrógeno en la esfera debido a la presión del líquido, para corregir la altura que se desplazó el émbolo, el circuito hidráulico introduce un volumen de líquido igual al que recorrió el émbolo, pero el nitrógeno dentro de la esfera sigue en compresión, pero la altura del vehículo vuelve a su normalidad pese a la carga. (Pérez, 2013)
2.5.1.6 Disminución de altura
Una vez que el vehículo haya transportado la carga que estaba soportando, el volumen de nitrógeno que se comprimió en la esfera, vence la resistencia del líquido al otro lado de la membrana, por lo que el émbolo se desplaza determinando una altura excesiva del vehículo, ya que se sumó el volumen de líquido anterior introducido y el volumen del nitrógeno que se encontraba comprimido, es por eso, que para la corrección de altura, el sistema hidráulico, extrae el volumen de líquido que se encuentra en exceso en el interior del cilindro de suspensión, regresando la altura del vehículo a su posición normal. Sin duda se trata de un cilindro de simple efecto, ya que el volumen que se introduce y se extrae se lo realiza por la misma válvula. (Pérez, 2013)
2.5.1.7 Componentes del sistema hidráulico
2.5.1.8 Bomba
La bomba es la encargada de impulsar el líquido a presión y a un caudal determinado, desde un depósito, hacia todos los elementos del circuito hidráulico, esta bomba es accionada por una polea que se conecta al giro del cigüeñal, pero gira a la mitad de las revoluciones del motor. (Pérez, 2013)
2.5.1.9 Depósito
Tiene la función de almacenar el líquido, en el cual se encuentra toda la reserva disponible para un nuevo ciclo, todas las conexiones de retorno llegan a este depósito. Dispone de varios filtros para retener impurezas que puedan afectar el funcionamiento del sistema, y se sitúa generalmente a mayor altura del sistema, con el fin de que llegue a los demás elementos por efecto de la gravedad. (Pérez, 2013)
2.5.1.10 Acumulador
Son esferas muy parecidas a las utilizadas en los resortes neumáticos, en la cuales su diferencia se centra en que no utilizan válvulas restrictoras para la amortiguación, ya que su función es la de acumular el líquido a presión en su interior, para cuando exista una caída de presión en el sistema. Este acumulador forma un solo cuerpo con el conjunto disyuntor, el cual se encarga de desviar el líquido a presión al retorno, una vez que el acumulador se encuentre lleno. (Pérez, 2013)
2.5.1.11 Actuadores
2.5.1.12 Elementos de control y regulació n
Se dispone de dos elementos para el control y regulación para el funcionamiento del sistema hidráulico. (Pérez, 2013)
2.5.1.13 Válvulas de presión
Para el perfecto funcionamiento del sistema, se dispone de dos tipos de válvulas que forman un solo cuerpo, pero tienen diferente función.
Por un lado tiene el conjunto disyuntor, el cual regula la presión mínima, mediante una válvula que impide el suministro de líquido a presión hacia el sistema por debajo de los 145 bares de presión. (Pérez, 2013)
Mientras que la presión máxima está determinada por una válvula limitadora, también conocida como conjunto disyuntor, esta válvula se comunica con el canal de retorno cuando se sobrepasa la presión de 170 bares, con el fin de evitar una sobrepresión en el sistema, y dañar los componentes. (Pérez, 2013)
2.5.1.14 Distribuidores
Los distribuidores que se emplean en este sistema son los de 3/3 que quiere decir 3 posiciones y 3 vías, que en este caso vienen a ser los correctores de altura, se dispone uno por eje, y su accionamiento es mecánico el cual se puede realizar bajo dos sistemas, uno que es mediante una varilla flexible que se encuentra sujeta a la barra estabilizadora, y la otra es mediante una palanca de regulación manual. (Pérez, 2013)
estas pociones las controla directamente el conductor a su voluntad. (Pérez, 2013)
2.5.2 SUSPENSIÓN HIDROACTIVA
Este tipo de suspensión, presenta una variante muy perfeccionada, frente a la suspensión hidroneumática, ya que esta posee un módulo de control llamado centralita, tanto para el tarado de sus elementos elásticos, como para sus elementos de amortiguación, a pesar de que es una suspensión pilotada y se deriva de los conceptos de la hidroneumática, está determinada por algunas características particulares. Por otro lado al tener un control electrónico sobre su tarado, y su amortiguación, esta suspensión presenta una notable mejora sobre la estabilidad, ya que se reduce el balanceo, el cabeceo y la guiñada, fenómenos que se nombraron anteriormente. (Bolaños, 2010) (Pérez, 2013)
2.5.2.1 Variación de tarado en los elementos elá sticos
Para tener una variación de tarado, se dispone de una tercera esfera o resorte neumático, uno por cada eje, la cual se encuentra conectada a las esferas principales, y al circuito hidráulico, y esta puede ser conectada y desconectada, dependiendo de lo que determine el módulo de control. (Pérez, 2013)
Figura 12. Disposición del eje trasero de una suspensión Hidroactiva. (Pérez, 2013)
2.5.2.2 Tarado blando
También llamado estado mullido, se tiene una alta flexibilidad, tanto en los resortes neumáticos como en su amortiguación, esto se debe a que el peso del vehículo se reparte uniformemente entre las tres esferas, y el gas en su interior se comprime en menor volumen, es decir tienen una baja presión en su interior, esto permite que la membrana que separa el gas del líquido se pueda mover de una manera más flexible, y el efecto anti balanceo es controlado por una barra estabilizadora común. (Pérez, 2013)
2.5.2.3 Tarado duro
2.5.2.4 Variación de tarado en los amortiguadores
Esta variación se produce de una manera automática, ya que se dispone de un amortiguador, situado en la tercera esfera, el cual si se encuentra en modo de tarado blando, va a permitir el paso del líquido sobre este amortiguador, produciendo una mayor fluidez del líquido, debido a la comunicación entre las tres esferas, y si se encuentra en modo de tarado duro, solo quedan disponibles los amortiguadores de cada esfera, el paso del líquido es limitado en su propio cilindro de amortiguación, impidiendo fluidez y generando una rigidez en este elemento. (Pérez, 2013)
2.5.2.5 Funcionamiento de la parte hidráulica
Para la conexión y desconexión de la tercera esfera, se dispone del regulador de rigidez como se observa en la Figura 13, el cual es una válvula distribuidora 3/2 tres vías dos posiciones, normalmente abierta, con accionamiento servo pilotado, este pilotaje queda a cargo de una electroválvula la cual es controlada desde un módulo de gestión electrónico.
Figura 13. Posiciones de funcionamiento del regulador de rigidez. (Pérez, 2013)
tres esferas. Para que esta válvula distribuidora permite el paso del líquido a presión, la electroválvula de gestión electrónica tiene que estar alimentada, y obtener el estado mullido. (Pérez, 2013)
Por el otro lado para el tardo duro, el módulo electrónico deja de alimentar la electroválvula, y esta regresa a su posición original, mediante la presión de un muelle antagonista, cerrando el canal de presión del circuito. La válvula pilotada recibe la presión que viene desde los cilindros de suspensión desplazándola hasta cerrar la comunicación con la tercera esfera, para que esto suceda de una manera rápida, la electroválvula conecta un canal de retorno, para que la válvula pilotada pueda realizar este cambio inmediatamente, desalojando el líquido que se encuentra en su desplazamiento. (Pérez, 2013)
2.5.2.6 Circuito de control electrónico
Este circuito electrónico, es el que se encarga de alimentar las electroválvulas mediante varias señales que son procesadas en la central de gestión electrónica, en la actualidad se disponen de dos electroválvulas, una por eje, pero que trabajan de forma simultánea. (Bolaños, 2010)
Este sistema es automático, es decir que el tarado se adapta a las condiciones de la carretera, aunque también puede ser activado directamente por el conductor desde un mando en el tablero el cual se llama modo SPORT, el cual determina un tarado duro. (Bolaños, 2010)
2.5.2.7 Sensor de volante de dirección
Es un sensor tipo óptico, el cual mide el ángulo de inclinación del volante, como la velocidad a la que se realiza la maniobra, este sensor emite una señal al módulo, para que el tardo se vuelva duro a partir de cierto ángulo, y la carrocería se anticipe a la inclinación a la que va a ser expuesta. (Pérez, 2013)
2.5.2.8 Sensor de velocidad del vehí culo
Este sensor puede ser de tipo inductivo o tipo Hall, trabaja en función con otros sensores, es decir que pasado cierta velocidad este sensor emite una señal al módulo, caso contrario cuando una persona está girando para parquearse, el sensor de giro del volante envía una señal pero, al estar a una velocidad muy baja, el sensor de velocidad no emite ninguna señal y el tarado blando se mantiene. (Pérez, 2013)
2.5.2.9 Sensor del acelerador
Este es un sensor tipo Hall, o a su vez es un potenciómetro, el cual permite no solo medir la inclinación del acelerador, sino también la fuerza y la rapidez con la que se presiona, ya que en las fuertes aceleraciones, se necesita evitar el fenómeno del cabeceo, enviando una señal al eje trasero para que adopte un tarado duro, y se evite la extensión del eje delantero y la compresión del eje trasero. (Pérez, 2013)
2.5.2.10 Sensor de presión de frenado
2.5.2.11 Sensor de altura de suspensión
Es un sensor de tipo inductivo, constituido por una rueda dentada y es el que informa al módulo, sobre las oscilaciones de la suspensión mediante el movimiento de la barra estabilizadora. (Pérez, 2013)
2.5.2.12 Amortiguación de tarado variable
Los amortiguadores de tarado variable juegan un papel importante dentro de las suspensiones especiales, ya que no solo se necesita regular los componentes elásticos, sino que los amortiguadores también tienen que ser regulados, es por ello que se han creado diferentes mecanismos para que el amortiguador tenga un tarado variable, y todos estos se enfocan en la restricción del paso de aceite entre las dos cámaras del amortiguador. Los sistemas mecánicos, incrementan un paso de aceite adicional entre sus cámaras, desviando el aceite por este canal para tener diferente tarado; el otro sistema mecánico, incorpora un tornillo el cual restringe el paso de aceite entre las cámaras, este tornillo tiene tres posiciones para controlar la fluidez del aceite, de estas posiciones depende tener un tarado blando o duro. Los sistemas electrónicos, utilizan el mismo principio, pero utilizan elementos que pueden ser movidos desde un sistema de control electrónico, para restringir el paso fluido de aceite; en la actualidad existen sistemas en los que se utiliza aceite con moléculas metálicas, y bobinas que pueden cubrir todo el cuerpo del amortiguador, convirtiéndose en un imán de las moléculas metálicas presentes en el aceite, dependiendo de la intensidad de corriente, se atrapa mayor o menor cantidad de partículas, obteniendo un tarado blando o duro. (Pérez, 2013)
2.6 SEGURIDAD ACTIVA Y PASIVA
tanto proteger la integridad de los ocupantes del vehículo, para esto los fabricantes se centran en el desarrollo de la seguridad activa y pasiva, mediante el aparecimiento de las nuevas tecnologías, procurando mantener a salvo la vida del conductor y ocupantes, antes y después de sufrir un siniestro. Para esto los fabricantes adaptan las nuevas tecnologías existentes, más un exhaustivo estudio de los diferentes accidentes de tránsito, con el fin de mejorar sistemas que permiten disminuir en cierto grado las posibles colisiones, y manteniendo la seguridad vial, aunque definitivamente la última palabra la tiene el conductor. (Circula Seguro, 2012)
2.6.1 SEGURIDAD ACTIVA
La seguridad activa, son todos los sistemas que permiten tener una buena estabilidad del vehículo, una mayor eficiencia de conducción, con el fin de en lo posible prevenir un accidente. Para esto las mejoras se realizan en varios sistemas como son: (Circula Seguro, 2012)
2.6.1.1 Sistema de frenado
El sistema de frenos tiene un papel importante dentro de la seguridad activa, ya que este sistema permite tener un frenado eficiente, mediante las diferentes configuraciones de sistemas que se utilizan hoy en día, como son los frenos ABS, los cuales permiten tener un frenado preciso, a menor distancia, impidiendo que las ruedas queden bloqueadas, esto con el fin de tener la capacidad de cambiar de dirección y esquivar obstáculos, ante una frenada rápida. (Circula Seguro, 2012)
2.6.1.2 Sistema de dirección
que se incrementa la velocidad, con el fin de no perder el control del vehículo. (Circula Seguro, 2012)
2.6.1.3 Sistema de suspensión
El sistema de suspensión, es el más importante dentro de la seguridad activa, ya que no solo es el encargado de absorber las irregularidades de la carretera, sino que dependiendo de la configuración del sistema, y de los mecanismos utilizados, el vehículo tendrá una mayor estabilidad sobre la conducción en carretera, permitiendo seguir con la correcta trayectoria, evitando una salida del vehículo hacia el exterior de la vía. (Circula Seguro, 2012)
2.6.1.4 La adherencia de los neumáticos al suelo
Los neumáticos deben asegurar la adherencia al suelo, independientemente de la condición climática donde se lleve a cabo la conducción, para esto los fabricantes disponen de materiales compuestos, y de un diferente labrado, para asegurar esta condición, impidiendo el derrape de los neumáticos. (Circula Seguro, 2012)
2.6.1.5 La Iluminación
Hoy en día se fabrican faros de mayor potencia, y de diferente color, las cuales permiten visualizar un espectro de colores más amplio, lo importante es visualizar la carretera y de igual manera ser visto por los demás conductores, pero sin proporcionar una incomodidad en los vehículos que vienen de frente. (Circula Seguro, 2012)
2.6.1.6 Sistema de control de estabilidad
mantenga dentro de una trayectoria determinada por el conductor, disminuyendo los siniestros que se producen por derrape del vehículo.
Para esto el sistema se ayuda de un módulo de control electrónico, como también del sistema de frenos ABS, más otros sensores, los cuales están relacionados con las maniobras del conductor, tanto en el giro del volante, como la velocidad dependiendo de la posición del acelerador, el modulo analiza cíclicamente las señales enviadas por los sensores, permitiendo frenar las llantas que crea conveniente ante un posible derrape del vehículo, devolviendo la trayectoria normal que seguía este. (Circula Seguro, 2012)
2.6.2 SEGURIDAD PASIVA
La seguridad pasiva, está conformada por todos los sistemas que se accionan, cuando el vehículo ya ha sufrido un siniestro, con el fin de disminuir en lo posible los daños en los ocupantes. (Circula Seguro, 2012)
2.6.2.1 Cinturones de seguridad
El cinturón seguridad es uno de los elementos primordiales para evitar una fuerte lesión en los ocupantes, ya que este impide el desprendimiento de la persona de su asiento ante una fuerte desaceleración, tienen diferentes configuraciones aunque el más utilizado es el de tres puntos. (Circula Seguro, 2012)
2.6.2.2 Airbags
actualmente existen diferentes tipos de airbags como son los frontales, laterales tipo cortina y hasta de rodillas. (Circula Seguro, 2012)
2.6.2.3 Chasis y Carrocería
Los dos, son diseñados para que la absorción del golpe sea mayor, mediante la deformación progresiva de los elementos que las conforman, y articulando componentes del motor, para que no ingresen al habitáculo. (Circula Seguro, 2012)
2.6.2.4 Cristales
El material del que está compuesto el parabrisas, tiene la misión de descomponerse en partes más finas, para no lastimar con las astillas a los ocupantes, las ventanillas deben ser fáciles de desmontar y romper, ante el posible bloqueo de las puertas en un volcamiento. (Circula Seguro, 2012)
2.6.4.5 Reposacabezas
Elementos importantes para prevenir el latigazo cervical producido en el momento de un impacto, estos cumplen dicha función, siempre y cuando estén bien ajustados a la altura de la persona que vaya sentada. (Circula Seguro, 2012)
2.7 COMUNICACIÓN BLUETOOTH
condiciones específicas, previamente programadas desde otro dispositivo, de una manera segura y rápida. El Bluetooth es un sistema de ondas de corto alcance, que facilita la comunicación entre dispositivos móviles, y adoptó este nombre en mención a un rey noruego llamado Harald Bluetooth, conocido por ser un líder en la comunicación, esta tecnología tiene un alcance de 10 hasta 100 metros, aunque muchos de los dispositivos actuales que utilizan esta tecnología, tienen un radio de alcance máximo de 10 metros. (Muller, 2002)
El bluetooth es una comunicación segura ya que para enlazar varios dispositivos, se necesita un sistema de autenticación previo, lo cual asegura que la información que se está enviando o recibiendo, no pueda ser visible para otro dispositivo que tenga la misma tecnología bluetooth. (Muller, 2002)
El bluetooth, en la actualidad permite conectar otros hardware para tener una interacción, como es el caso de las actuales placas arduino, una tarjeta que permite una programación a través de diferentes lenguajes de programación, en la mayoría de los casos son de código abierto y gratuitos, con esta comunicación, se logra tener un control electrónico sobre cualquier sistema ya sea este mecánico, hidráulico, neumático, etc. (Muller, 2002)
La comunicación Bluetooth, permite superar algunos inconvenientes, como son las conexiones alámbricas, las cuales pueden fallar después de un tiempo prolongado de funcionamiento, y otra ventaja es que operan con un voltaje mínimo, perfecto para dispositivos que son alimentados con batería. (Muller, 2002)
Tabla 1. Clasificación de Bluetooth. (Neoteo, 2011) Clase Potencia máxima permitida (mW) Potencia máxima permitida (dBm) Alcance (aproximado)
Clase 1 100 mW 20 dBm 100 metros
Clase 2 2.5 mW 4 dBm 10 metros
Clase 3 1 mW 0 dBm 1 metro
2.8 ARDUINO
Arduino es una plataforma reciente que está dando la vuelta al mundo, esta plataforma está basado en un hardware simple, y un software de código abierto, fácil de usar, el cual fue diseñado para tener interacción con varios escenarios electrónicos multidisciplinarios. A través de este hardware se obtiene información de diferentes sensores y transformarlos en salidas programadas en un lenguaje arduino, con el fin de interactuar entre las señales de entrada y a través de estas activar diferentes mecanismos, en sus salidas. (Evans, 2008)
En la actualidad existen miles de proyectos a partir de necesidades de los mismos usuarios como, fabricantes, estudiantes, aficionados y programadores profesionales, los cuales han realizado sus contribuciones de conocimientos mediante el código abierto que maneja arduino, con esto millones de principiantes pueden hacer uso de estos códigos, para crear sus propios proyectos. (Monk, 2012)
necesidad de tener experiencia en programación y electrónica. Gracias a esto arduino cada vez ha ido mejorando en sus placas, para adaptarse a las nuevas tecnologías las cuales se dan por las nuevas necesidades. (Torrente, 2013)
Otro aspecto importante de arduino es que, se ejecuta en cualquier sistema operativo, ya no existe la limitación de que sea Windows quien abarque el mercado de los microcontroladores, y el precio de Arduino es relativamente bajo frente a otros. (Oxer, 2011)
En la Tabla 2 se encuentra los sistemas operativos con los cuales se puede trabajar con plataforma Arduino.
Tabla 2. Plataformas para desarrollo de Arduino. (ARDUINO, 2015)
PLATAFORMA Procesador
Windows Procesador de 32 y64 bits
Mac OS X Lion o Posterior
Linux Procesador de 32 y 64 bits
Otro de los aspectos importantes es que Arduino puede interactuar con Android, mediante una comunicación bluetooth se pueden controlar varios actuadores, como motores eléctricos, alimentar electroválvulas, encender bombillas que funcionan con corriente alterna, en fin se puede controlar lo que se desee, incluso arduino, viene con muchos eventos preinstalados para ser utilizados mediante Android, solo hay que subir estas funciones en arduino e interactuar con ellas. (Arduino, 2015)
viaje. En la Tabla 3 se presentan algunos proyectos automotrices desarrollados con arduino, en algunas universidades del ecuador, incluyendo la Universidad Tecnológica Equinoccial. (Repositorio de tesis, 2015)
Tabla 3. Proyectos Arduino en Universidades del Ecuador. (Repositorio de tesis, 2015)
PROYECTO UNIVERSIDAD
Scanner Automotriz UTE
Módulo de aviso para el sobrecalentamiento de frenos UTE Sistema de monitoreo para Mazda BT-50 ESPE
Control de luces y puertas del vehículo UTE Motor mono cilíndrico con control arduino UTE
2.9 ANDROID
Android es un sistema operativo libre utilizado en muchos móviles, tablets y algunos dispositivos móviles, que utiliza una plataforma de Linux, lo cual lo hace ser un software libre y modificable. Esta es una de las mejores cualidades de este sistema operativo, que al ser completamente libre, es decir no hay que pagar ni para programar dentro de este sistema, ni para incluirlo dentro de un teléfono, esto lo hace popular entre fabricantes, desarrolladores y aficionados a la programación, ya que no hay costos para desarrollar una nueva aplicación que pueda cubrir una necesidad. (Clifton, 2013)
dispositivos móviles, y desarrollaron la primera versión de Android con su propio lenguaje de programación. (Hebuterne, 2012)
A pesar que no hubo una coordinación, entre la creación del sistema y el primer móvil que iba a utilizar este sistema, hoy en día Android es un sistema operativo de dispositivos móviles más vendido en el mundo. (Amaro, 2012)
3.
METODOLOGÍA
Teniendo en cuenta que este es un proyecto de investigación y desarrollo, se parte del argumento inductivo en el caso de la revisión de los diseños y la adaptación a uno nuevo, para así desarrollar el conocimiento y deducir su funcionamiento para ponerlo en práctica, por lo cual el método de investigación usado es este proyecto es inductivo deductivo, además en el proyecto se usará el Método Experimental que se pondrá en práctica en la etapa de prueba del proyecto. (Bolaños, 2010)
Para el diseño e implementación del control electrónico, existen muchas alternativas muy viables dentro de los microcontroladores, todos teniendo el mismo efecto sobre el sistema que se pretende controlar, pero al hablar de conexiones inalámbricas, se necesita una interacción entre un lenguaje de comunicación sencillo el cual sea entendible por el dispositivo y efectuar el control desde este, es por eso que la mejor relación existe entre la placa arduino y una aplicación android.
Lo primero que se hizo en el proyecto, fue analizar un microcontrolador, el cual sea capaz de leer las señales de entrada desde un dispositivo android, y enviar señales de control para activar otro mecanismo, siendo la mejor alternativa la plataforma arduino en su versión uno, ya que esta plataforma permite programar el microcontrolador y lograr una interfaz con la aplicación android.
Se realizó un montaje de la placa arduino y el módulo bluetooth sobre un protoboard en primera instancia, para observar mediante unos leds si la señal de control era generada por la tarjeta arduino.
Luego se realizó una conexión del mismo circuito para encender un bombillo que funciona a 12 VAC, pero utilizando relés, los cuales permitieron conmutar el circuito de control, con uno de mayor voltaje, en este caso con los 12 VAC del bombillo, simulando las electroválvulas, las cuales funcionan a 12 VDC, que es el voltaje que puede suministrar un vehículo liviano mediante su batería.
Posteriormente se procedió a ensayar todos los elementos electrónicos sobre un banco de pruebas hidráulico, el cual se encuentra disponible en el laboratorio de la Universidad, para observar el comportamiento de los cilindros de simple efecto, y evitar cualquier falla dentro del sistema de control.
Finalmente se implementó el circuito electrónico sobre el banco de pruebas de la suspensión electro hidráulica, con todos sus componentes debidamente soldados, y con sus respectivas fuentes de alimentación, y se realizó pruebas de funcionamiento para observar posibles fallas.
Dentro del trabajo también se desarrolló un manual de usuario, para que todos los estudiantes de la carrera de ingeniería automotriz puedan hacer uso de este banco de pruebas electro hidráulico, con el fin de apoyar y profundizar su aprendizaje.
3.1. ARDUINO
y salidas, tanto digitales como analógicas, su chip es reprogramable, es por eso que lo hace tan útil dentro del mundo de la electrónica, pudiendo controlar desde un mecanismo pequeño, hasta uno complejo, dependiendo del arruino con el que se trabaje. (Banzi, 2012)
3.2. MODULO BLUETOOTH
Uno de los mejores dispositivos utilizados en la última década, por sus beneficios dentro de las comunicaciones, permite una conexión inalámbrica entre varios dispositivos que posean esta misma tecnología, sin necesidad de usar cables entre estos. Este módulo es de fácil acoplamiento debido a su simple construcción y disposición, con tan solo 4 pines en el caso del modelo HC-06, de los cuales 2 son de alimentación, y los otros 2 sirven para la transmisión de datos para su posterior procesamiento. (Morrow, 2002)
Este módulo, posee un led de estado, el cual se encuentra parpadeando cuando un dispositivo aún no se encuentra conectado con este, y deja de parpadear cuando se logra la conexión, dando la oportunidad de verificar visualmente cuando un dispositivo móvil se encuentra interactuando con este, para el futuro control. (Morrow, 2002)
3.3. RELÉ O RELEVADOR
3.4. TRANSFORMADOR DE VOLTAJE
Su función es la de transformar corriente y voltaje de AC a DC para suministrar un voltaje o tensión fija hacia los componentes electrónicos, los cuales necesitan un determinado valor de voltaje y corriente para su funcionamiento normal, permitiendo que trabajen dentro de su rango sin que sufran daños, consta también de diodos los cuales son un sistema de protección ante un posible retorno de voltaje hacia los componentes, y sirven como limitadores de corriente. (Ballester, 2011)
3.5. DISPOSITIVO ANDROID
Es un teléfono inteligente que está determinado por su sistema operativo Android, este permite dependiendo de su modelo, visualizar varias aplicaciones en su pantalla, por lo cual, puede hacer el papel de una interfaz gráfica, pudiendo interactuar mediante su pantalla con otros dispositivos mediante una determinada aplicación. (Clifton, 2013)
3.6. ELECTROVÁLVULAS HIDRAÚLICAS
4.
ANÁLISIS DE RESULTADOS Y DISCUSIÓN
4.1. DISEÑO MECÁNICO E HIDRÁULICO DEL BANCO DE
PRUEBAS DE SUSPENSIÓN ELECTRO HIDRÁULICA
El banco de pruebas de suspensión electro hidráulica, se encuentra disponible en el laboratorio de Ingeniería Automotriz de la Universidad Tecnológica Equinoccial, el cual consta de la parte delantera de un vehículo real, tanto así que consta de las siguientes partes:
Tercio delantero de Chasis frontal
Sistema de suspensión convencional tipo independiente Sistema de amortiguación electrohidráulico
El banco de pruebas contiene planos, disponibles en el repositorio de tesis de la Universidad Tecnológica Equinoccial, los cuales están diseñados en base un vehículo real, como se observa en la Figura 14, el diseño del prototipo se realizó en una plataforma Inventor, en donde se logra apreciar, el conjunto del resorte neumático y cilindro de suspensión. (Bolaños, 2010)
En las siguientes Figuras 15, 16, 17, se consigue apreciar de una mejor manera, como se desenvuelve el sistema de suspensión electrohidráulico en las diferentes condiciones, y esto muestra de una mejor manera el funcionamiento del prototipo propuesto. (Bolaños, 2010)
Figura 15. Conjunto muelle amortiguador en reposo. (Bolaños, 2010)
Figura 17. Conjunto muelle amortiguador en expansión. (Bolaños, 2010)
Para el sistema hidráulico, el banco cuenta con cañerías de cobre como se observa en la Figura 18, mediante las cuales circula fluido hidráulico, este fluido es usado en transmisiones automáticas y para direcciones asistidas hidráulicamente. (Bolaños, 2010)
Además cuenta con una bomba hidráulica que se observó en la Figura 18, la cual es accionada por un motor eléctrico que tiene una potencia de 1.5 HP a 1750 rpm con una alimentación de 110 Vac; esta bomba permite obtener una presión en el sistema hidráulico de 200 psi, lo suficiente para levantar el peso del banco de pruebas que es de aproximadamente 150 Kg.
Para protección del sistemas también se usó una válvula de alivio como se observa en las Figuras 19 y 20, la cual esta calibrada para presiones en el sistema que superen los 110 psi. (Bolaños, 2010)
Figura 19. Sistema de alivio para bomba hidráulica. (Bolaños, 2010)
4.2. DISEÑO
Y
CONSTRUCCIÓN
DEL
MÓDULO
ELECTRÓNICO
4.2.1. TIPOS DE PLATAFORMAS ARDUINO
Para el control electrónico, en cuanto a placas arduino, existen diferentes tipos, distinguiéndose una de otra por sus prestaciones, y dependiendo el uso al que estén destinadas, en la Tabla 4 se presenta una comparación de los diferentes microcontroladores arduino, y sus características.
Tabla 4. Comparación de características entre arduinos. (Arduino, 2015)
VERSIÓN CARACTERÍSTICAS
Arduino Nano
Microcontrolador: ATmega168 Voltaje de funcionamiento: 5 V
Pines digitales: 14 (6 de salida PWM) Pines de entradas análogas: 8
Velocidad de reloj: 16 MHz
Arduino Mini
Microcontrolador: ATmega328 Voltaje de funcionamiento: 5 V
Pines digitales: 14 (6 de salida PWM) Pines de entradas análogas: 8
Velocidad de reloj: 16 MHz
Arduino Uno
Microcontrolador: ATmega328 Voltaje de funcionamiento: 5 V
Pines digitales: 14 (6 de salida PWM) Pines de entradas análogas: 6
Velocidad de reloj: 16 MHz Arduino Mega Microcontrolador: ATmega2560
Pines digitales: 54 (15 de salida PWM) Pines de entradas análogas: 16
Velocidad de reloj: 16 MHz
La placa arduino tiene un microcontrolador, el cual permite implementar diferentes proyectos de electrónica de una manera más sencilla, que facilite su uso, pudiendo leer señales de sensores, o desde otros dispositivos, mediante una conexión bluetooth en este caso.
Como el sistema electrónico, se basa en la interconexión de diferentes entradas, para generar salidas de señales específicas, se puede trabajar con cualquier tarjeta arduino, debido a libertad que se tiene para crear prototipos basados en software y hardware libres, o modificar los existentes de acuerdo a las necesidades de cada proyecto.
Cabe resaltar que para elegir una plataforma arduino, también se toma en cuenta otros parámetros diferentes como son:
El espacio disponible para el montaje
La complejidad del proyecto
Los acoples necesarios entre la plataforma arduino y los circuitos de control.
Figura 21. Datasheet de Arduino uno. (Arduino, 2015)
Su diseño pequeño facilita su conexión en el circuito de control, sin que el tamaño le quite sus beneficios, este también cuenta con varios pines de entrada y salida, suficientes para la señales de control, en las Figuras 22 y 23 se muestra su configuración, tanto frontal como trasera:
Figura 23. Configuración eléctrica trasera arduino uno. (Arduino, 2015)
En el Anexo 1 se observa el diagrama eléctrico completo de la tarjeta arduino uno, para un mejor entendimiento.
4.2.2. MÓDULO BLUETOOTH
El módulo bluetooth es uno de los elementos más importantes dentro del control, ya que, con sus pequeñas dimensiones, el módulo bluetooth HC-06 brinda una conectividad inalámbrica confiable, este dispositivo es parte de la familia de los módulos HC-03/04/05, y el único inconveniente, es la poca información que existe sobre esta versión, ya que las conexiones cambian de un modelo a otro. (Neoteo, 2011)
Las principales ventajas del módulo HC-06, a parte de su tamaño tan compacto, son las buenas características de transmisión y recepción, con un alcance muy amplio y con un bajo consumo de corriente, ya sea en estado de espera o una ves conectado a otro dispositivo, esto le permite interactuar muy bien con microcontroladores que se encuentran en el mismo rango para su alimentación. (Neoteo, 2011)
validación, en la Figura 24 se puede apreciar sus principales pines. (Neoteo, 2011)
Figura 24. Configuración electrónica módulo HC-06. (Neoteo, 2011)
Posee un led indicador de estado, el cual informa la conexión con otro dispositivo, el LED enciende de forma intermitente cuando esta energizado, pero no registra ninguna conexión, el LED pasa a estar encendido en forma continua al establecer un vínculo con otro dispositivo. (Neoteo, 2011)
Todas estas características lo vuelven un módulo potencial de conectividad, para transferencia de datos tales con los que se trabajó en el proyecto, y su configuración electrónica es perfecta para trabajar con la placa arduino uno como se aprecia en la Figura 25, teniendo una excelente comunicación entre el dispositivo Android y la plataforma arduino. (Banzi, 2012)
4.2.3. TRANSFORMADORES DE VOLTAJE AC – DC
Para el perfecto funcionamiento del proyecto se necesitaron dos tipos de transformadores de voltaje, los dos necesariamente son de voltaje AC a DC, uno de ellos es para alimentar el circuito de control electrónico, es decir en este caso la placa arduino, que su rango de funcionamiento oscila entre los 5V y 12V de corriente continua.
Para la alimentación de las electroválvulas se necesita una fuente que genere 12 VDC y 400 mA, ya que este es su voltaje y corriente de operación, de igual manera lo más apropiado es usar un transformador de 110 VAC a 12 VDC.
Para la implementación del proyecto, se usó una fuente de potencia usada en los computadores de escritorio como se observa en la Figura 26, esta fuente permitió obtener los dos voltajes necesarios, tanto para la placa arduino, como para las electroválvulas, ya que esta fuente tiene varios voltajes de salida, y permite conectarse a la red eléctrica.
Por otro lado esta fuente posee, un sistema de protección ante un posible cortocircuito, desconectando todo el sistema si esto llegara a ocurrir, también posee un ventilador de enfriamiento, para que siempre se encuentre dentro de la temperatura normal de operación.
Otra de las ventajas que posee esta fuente, es que permite tener un voltaje y corriente estable, esto da la seguridad de no tener una caída de tensión, cuando se conecten cargas a esta fuente. (Patterson, 2004)
En la Tabla 5 se puede observar los voltajes de salida que brinda esta fuente de poder, los cuales pueden ser necesarios para realizar otra conexión.
Tabla 5. Conector principal de alimentación 24 pines. (Patterson, 2004)
Tensión Pin Color Color Pin Tensión
+3.3 V 1 13 +3.3 V
+3.3 V 2 14 -12 V
Tierra 3 15 Tierra
+5 V 4 16 PS_ON
Tierra 5 17 Tierra
+5 V 6 18 Tierra
Tierra 7 19 Tierra
Power Ok 8 20 -5 V (opcional)
+5 VSB 9 21 +5 V
+12 V 10 22 +5 V
+12 V 11 23 +5 V
+3.3 V 12 24 Tierra
4.2.4. RELÉ O RELEVADOR
corriente, con el fin de accionar las electroválvulas, con la señal de control proveniente de la placa arduino.
Figura 27. Diagrama eléctrico de relé o relevador. (Ballester, 2011)
Para la alimentación de las cuatro electroválvulas se necesitaron dos relés o relevadores, uno para la alimentación de las dos electroválvulas de ingreso, que se encuentran en paralelo, y otro para la alimentación de las electroválvulas de retorno que también se encuentran en paralelo, para esto se usó una shield de dos relés como se observa en la Figura 28, la cual es adaptable a la tarjeta arduino, y se caracteriza por tener un circuito de protección ante un posible regreso de la corriente, protegiendo el circuito de control.
4.2.5. ELECTROVÁLVULAS HIDRAÚLICAS
El último elemento electrónico que formò parte del control, son las electroválvulas, están permiten el paso del fluido, desde el deposito hacia los cilindros de amortiguación, mediante una señal proveniente de la placa arduino, la cual es recibida a través del bluetooth del dispositivo Android, y activando un relé el cual permite conmutar los 12 voltios necesarios para su activación.
Se tiene 4 electroválvulas 2 para ingreso de fluido hidráulico hacia los cilindros de amortiguación, en su carrera de expansión, y 2 de retorno para extraer el líquido hacia el retorno en la carrera de compresión.
Existen varios tipos de electroválvulas, como se observa en la Tabla 6:
Tabla 6. Válvulas direccionales. (Serrano, 2009)
REPRESENTACIÓN DE VÁLVULAS DIRECCIONALES MÁS COMUNES
Válvula de 2 posiciones y 3 vías