Sistemas de sensores

¿Qué son los sensores?

En el sentido más amplio, un sensor es un dispositivo de medición
que mide elementos del entorno tales como la temperatura, la humedad, la luz, los gases, etc., y los transforma en señales eléctricas.
Después, estas señales se registran y se interpretan en una unidad de evaluación (equipo de control).
A continuación, los equipos de control envían señales a los actuadores para realizar los ajustes o las acciones que sean necesarias.

Un ejemplo:
la temperatura en el interior del vehículo se mide con un sensor de temperatura.
Un dispositivo electrónico de control interpreta la temperatura medida como demasiado baja y activa la calefacción.

Sensores en un vehículo motorizado

En el uso en vehículos, generalmente se distingue entre tres categorías principales:

• Sensores en el grupo de accionamiento/motor

El grupo de accionamiento o la unidad del motor son un grupo de componentes del vehículo que generan un par motor y lo transmiten a las ruedas motrices.
Los sensores de esta zona se ocupan de que esta unidad funcione perfectamente. Algunos ejemplos son los sensores de gases de escape, las sondas lambda, los sensores de presión del motor, etc.

• Sensores de seguridad

Estos sensores son necesarios para la seguridad del vehículo y de sus ocupantes. Por ejemplo, un sensor de velocidad ABS impide el bloqueo de la rueda al frenar, los sensores de choque se encargan de que el airbag salte en caso de accidente, etc.

• Sensores para aumentar la comodidad
  Estos sensores se ocupan de proporcionarle más comodidad al conductor. Como ejemplo se puede mencionar el sensor de lluvia,

que detecta la humedad en el parabrisas y un equipo de control conecta y regula electrónicamente los limpiaparabrisas.

¿Qué tipo de sensores existen en el vehículo y cómo se utilizan?

En este glosario repasaremos los tipos de sensores más habituales y su funcionamiento en el vehículo.
Analizar todos los sensores que existen excedería el espacio aquí disponible.

Sensores ópticos

Los sensores ópticos, también denominados optoelectrónicos, registran los objetos en un espectro determinado mediante la luz y, por lo tanto, pueden poner en marcha diferentes acciones.
Aquí indicaremos algunos de los ejemplos más típicos de sensores ópticos.

LiDAR (Light Detection and Ranging)

En el caso de los sensores LiDAR/láser, con ayuda de un rayo láser en rotación se escanea, se mide y se registra el entorno de un vehículo. A partir de los datos registrados es posible generar una imagen tridimensional del entorno (véase también la entrada LiDAR del glosario).

Sensores de lluvia

Los diodos luminosos (LED) emiten luz infrarroja que se refleja en la superficie exterior del parabrisas. Los diodos receptores (fotodiodos) reciben la luz reflejada. Si la superficie del parabrisas está seca, la luz infrarroja se refleja prácticamente con toda la intensidad en el diodo receptor. En este caso, hablamos de una reflexión total. Sin embargo, si llueve, el rayo de luz se desvía con las gotas de agua y, por tanto, solo se refleja en parte. La diferencia en la señal proporciona información al sistema electrónico de control acerca de la intensidad de la lluvia, y entonces este sistema puede regular en consonancia la velocidad o el intervalo de activación de los limpiaparabrisas.

Cámaras

 Los sistemas de cámaras se utilizan de una forma muy versátil en el vehículo:

• Cámara frontal: mono (1 lente) y estéreo (2 lentes)
• Cámara de marcha atrás
• 360º y detección del ángulo muerto (retrovisor exterior)
• Cámaras de visión nocturna y cámaras infrarrojas
• Cámaras del interior

En combinación con otros sensores, los sistemas de cámaras pueden contribuir considerablemente a la seguridad. La desventaja de los sistemas de cámaras radica en que no son capaces de medir distancias. Las cámaras registran su entorno en imágenes bidimensionales.

Sensores de calidad del aire

los sensores de la calidad del aire del interior y el exterior del vehículo son cada vez más importantes en la fabricación de automóviles.Como la tecnología avanza claramente hacia la electromovilidad, el factor del consumo energético es un aspecto muy importante. Para la calefacción o la refrigeración del habitáculo se emplea una parte considerable de la capacidad de la batería. Sin embargo, si se procura que el aire del habitáculo circule durante el máximo tiempo posible y que solo entre aire nuevo si la calidad del aire empeora, esto reducirá significativamente el  consumo de energía.
La propia medición se realiza con un sensor óptico que detecta y evalúa las partículas de suciedad.

Sensores magnéticos/inductivos

Los sensores inductivos o magnéticos se utilizan principalmente para detectar la posición. Estos componentes tienen aplicaciones que van desde la medición de velocidad de los ejes (ABS) y las revoluciones del motor hasta la determinación tridimensional de la posición de un vehículo (sensor de vuelco).
A menudo se utilizan lo que se denominan sensores Hall.

Sensores capacitivos

El uso de los sensores capacitivos es muy diverso.Una de sus aplicaciones características en el vehículo son los sensores de aceleración, que permiten medir las vibraciones y los movimientos acelerados en el vehículo. Esto se aplica, entre otros, en el sensor de impacto del airbag.

Otro ejemplo de los sensores capacitivos se conoce más con el nombre «sensor de apertura del maletero», que se encarga de que el maletero se abra o se cierre cuando se hace un movimiento con el pie por debajo del parachoques trasero.

Sensores de ultrasonidos

Los sensores de ultrasonidos, también denominados Sonar (Sound Navigation And Ranging) se utilizan para medir la distancia a objetos cercanos (de 15 cm a 5,5 m como máximo). Su aplicación principal es el asistente de aparcamiento.
               
En este sistema se emiten señales de ultrasonidos que se reflejan en el objeto y se mide el tiempo que transcurre. A través de este tiempo se puede calcular la distancia al objeto.

Sensores de radar

En este caso también se emite una señal y se mide el tiempo que transcurre hasta que se recibe la señal reflejada. Aquí es posible realizar mediciones de distancia de más de 160 m.

Los sensores de radar ya llevan mucho tiempo utilizándose en los vehículos de clase premium, pero cada vez más se están abriendo camino en la clase media.
Una aplicación característica de los sensores de radar es el control de crucero adaptativo, que usa el sensor de radar para detectar de forma continua la distancia con el vehículo que va delante. De este modo, el sistema mantiene la distancia de seguridad de forma constante y automática (véase también la entrada radar del glosario).

Sensores de presión

Generalmente, los sensores de presión funcionan según el principio de presión diferencial. Dos cámaras se aíslan herméticamente entre sí mediante una fina membrana. Cuando se produce una diferencia de presión, la membrana se deforma. Los puentes de medición transforman esta deformación en una señal eléctrica proporcional. Algunas aplicaciones típicas de los sensores de presión son:

– Medición de la presión en sistemas de recirculación de gas de escape
– Detección de fugas en sistemas de combustible
– Presión en cabina
– Detección de ocupantes
– Etc.

Sensores de temperatura

Normalmente, los sensores de temperatura para el automóvil se realizan con termistores NTC. Estas resistencias cambian su valor de resistencia dependiendo de la temperatura. Cuando mayor sea la temperatura, mejor se conduce la electricidad, es decir, la resistencia se reduce con la temperatura.

Las aplicaciones características son:

– Control de la temperatura del motor
– Control de la temperatura de los gases de escape
– Climatización
– Control de la temperatura de la batería
– Etc.

Sensores de humedad

Con los datos combinados que proporcionan los sensores de humedad y de temperatura (por ejemplo, en el soporte del retrovisor interior), la unidad de control de climatización calcula la temperatura del punto de rocío del aire, es decir, la temperatura a la que se condensa la humedad del aire y se empañaría el cristal. De esta forma se puede evitar el empañamiento, permitiendo así una visión perfecta del conductor. A menudo, debido a la aplicación se combinan un sensor de temperatura y otro de humedad en un solo chip.

Sensores de corriente

Con la movilidad eléctrica, la medición de la corriente está cobrando una importancia enorme. Es posible llevarla a cabo mediante shunts (resistencias de valor bajo) o sensores de campo magnético. La medición tiene que realizarse en dos direcciones, ya que tiene que registrar de forma metrológica y cubrir tanto el funcionamiento del motor como del generador (recuperar) en los accionamientos eléctricos, así como la carga externa. Con la ayuda de los sensores de corriente, se puede medir, entre otros, el consumo, y por tanto, la autonomía restante de un vehículo eléctrico. Al cargar la batería, la medición de corriente evita la sobrecarga y permite alcanzar una larga vida útil de la misma.

Conclusión

Sin los sensores, no sería posible el funcionamiento de un vehículo moderno.
En cada vehículo se encuentra una centena de estos dispositivos de medición.
Con el paso a los accionamientos eléctricos, también cambiará el tipo de sensores que se utilizarán en el vehículo. Mientras que los que están destinados al motor clásico (por ejemplo, el sistema de recirculación del gas de escape) perderán cada vez más relevancia, otros como aquellos destinados a la medición de la corriente o la calidad del aire, entre otros, están ganando terreno con paso firme. También aumentarán considerablemente todos los sensores necesarios para implantar los ADAS y AD, como el LiDAR, el radar y las cámaras.