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Interferencias electromagnéticas en la automoción – Parte 1

28.05.2024

Interferencias electromagnéticas en la automoción – Parte 1

Si no puede ver algo entonces …

no significa que no exista. Esta afirmación puede aplicarse, por supuesto, a muchos aspectos, pero en esta ocasión se referirá a las ondas electromagnéticas. Su acción no suele ser directamente visible. No obstante, todos nos hemos encontrado con todas las formas de acción de las olas sobre los equipos. El primer ejemplo son las tormentas y los rayos. Ocasionalmente, una tormenta cercana hace que la visión de la televisión se vea interrumpida por la pérdida de señal o por extraños artefactos en la imagen. Lo mismo ocurre con la radio. Aquí, sin embargo, los problemas de recepción son menores en forma de crujidos. Muchos usuarios mayores con una radio Safari en su Fiat 126p se enteraron de la tormenta que se avecinaba simplemente escuchando la emisión. Y no eran anuncios meteorológicos en absoluto…. En el primero de dos artículos, hablaremos del papel que desempeñan las interferencias electromagnéticas en la industria del automóvil.

Interferencias frente a normas

Se trata de una cuestión que existe desde hace mucho tiempo pero que no se ha regulado desde el principio. Esto se debió a que las interferencias electromagnéticas al principio del desarrollo del automóvil estaban asociadas al encendido por chispa. Y no fueron realmente un problema durante muchos años. En este punto, conviene distinguir que un coche puede ser fuente pero también receptor de interferencias. Inicialmente, muchos de los sistemas que el vehículo llevaba a bordo eran diseños electromecánicos. Tales como aparatos de encendido, controladores de alternador con relé, etc. Estos sistemas emitían muchas interferencias que no afectaban a otros vehículos pero empezaban a ser una molestia para los radioyentes.

Y es la producción de interferencias que interfieren (se perciben) lo que se ha convertido en una de las razones más importantes para que diversas organizaciones se inclinen por este tema. Fue a instancias suyas, por ejemplo, que se dio el primer paso con la introducción de cables de encendido trenzados de metal o tubos de bujías como blindaje. Esto permitió reducir significativamente las interferencias generadas. Del mismo modo, los fabricantes han empezado a incorporar al coche las llamadas funciones «en el coche». Condensador antiinterferencias (también conocido como condensador de la bobina de encendido, unidad de encendido). Este fue otro paso importante en la lucha contra la interferencia. A menudo era el fallo de este condensador lo que hacía que el radioyente escuchara un crujido característico en la radio. Y al otro lado de la ventana pudo ver pasar a toda velocidad una motocicleta cuyo propietario, por desgracia, no se enteraba de nada. Desde su punto de vista, el funcionamiento de los componentes del sistema de encendido era correcto. Esto se debió a que la capacitancia de este condensador disminuía y el motor funcionaba correctamente. Por desgracia, en la práctica, los vecinos de la calle fueron los primeros en enterarse del fallo.

Compatibilidad electromagnética

Ese es el eslogan con el que probablemente se haya topado mucha gente. Más bajo el acrónimo EMC (Compatibilidad electromagnética). Si alguien ha tenido la oportunidad de leer el manual de cualquier dispositivo electrónico (especialmente equipos de radio, como los usuarios de un smartphone o un router Wi-Fi) a menudo hay información en las especificaciones sobre el cumplimiento de una norma relacionada con este tema. En general, este término se refiere a la capacidad de un dispositivo determinado para funcionar en un entorno electromagnético concreto, pero también para no emitir un campo electromagnético que interfiera en el correcto funcionamiento de otros dispositivos que operen en ese entorno. Para la industria del automóvil, hay dos normas especialmente importantes: EN55012 / EN55025.

Hoy en día, es norma que los productos electrónicos deban superar numerosas pruebas, incluidas las relacionadas específicamente con la CEM. Los fabricantes tienen que cumplir las normas pero, por otro lado, se esfuerzan por garantizar que las soluciones que utilizan para cumplirlas tengan un coste optimizado. El proceso de prueba de compatibilidad electromagnética propiamente dicho para vehículos eléctricos, híbridos o de combustión se realiza examinando la interferencia electromagnética de los componentes individuales. Pero también es necesario obtener datos examinando todo el producto del automóvil. Mientras que los productos que son partes componentes específicas son más fáciles de probar, el vehículo completo requiere instalaciones especiales para esta prueba.

Pruebas de cámara sin reflexión

Como norma general, las pruebas CEM se realizarán en la llamada cámara sin reflejos. Esta sala de pruebas CEM tiene las paredes, el techo y el suelo aislados de los campos electromagnéticos externos. Los materiales de acabado utilizados, que absorben las ondas electromagnéticas, confieren inmunidad a los efectos del exterior sobre los circuitos sometidos a prueba. Es caro fabricar una cámara de este tipo para un objeto grande como un coche, que además requiere suministro de aire y escape. Por no hablar de todos los aparatos de control y medición necesarios para su uso durante estas pruebas.

Los costes de investigación son importantes, por lo que muchas vías de diseño se apoyan en programas informáticos especiales en la fase de diseño. Esto es importante además porque la elaborada electrónica de los coches modernos hace más difícil lograr la compatibilidad electromagnética.

Los sistemas de diseño basados en la simulación tienen otra característica importante. Permiten detectar los problemas que pueden surgir cuando todos los componentes se integran en un sistema. Y esto tiene una importancia considerable en términos de costes, ya que solucionar los problemas en la fase de creación de prototipos es mucho más barato que en la fase de producción.

Eliminación de interferencias

Los ejemplos de métodos para eliminar las interferencias son numerosos. Siguiendo el principio de que es mejor no hacer algo que protegerse de ello más tarde, hay que empezar por la fuente. Uno de los mejores métodos es el blindaje. Consiste en separar el aparato del mundo exterior con una capa de metal, por ejemplo, una lámina, una carcasa metálica, accesorios, etc. Por desgracia, tiene varios inconvenientes. Es caro debido al coste del material utilizado y al aumento de peso que provoca. Al mismo tiempo, cuanto mayor sea la frecuencia que queremos eliminar, más finos pueden ser los materiales utilizados. Por ello, se utilizan métodos más baratos. Un ejemplo es, por ejemplo, el uso de componentes inductivos que tienen la capacidad de «detener» las interferencias electromagnéticas en su origen.

Eliminación del solenoide de «modo común» en el circuito del motor del controlador/ajustador:

Foto del motor de ajuste del turbocompresor con las bobinas de aislamiento de interferencias marcadas.
Foto del motor de ajuste del turbocompresor con las bobinas de aislamiento de interferencias marcadas.

Es precisamente por razones de inmunidad a las interferencias electromagnéticas por lo que se diseñan buses de datos especiales para la industria del automóvil. Un buen ejemplo de ello es CAN, que funciona según el principio de una señal simétrica. Una perturbación que entre en el arnés de señales provocará una perturbación de tensión que será la misma en cada uno de los cables. Pero su diferencia se mantendrá en un nivel que el controlador del bus pueda interpretar correctamente.

Placa electrónica para el control del actuador (6NW009420) con elemento filtrante de entrada de bus CAN (marcado B82793C0104).
Placa electrónica para el control del actuador (6NW009420) con elemento filtrante de entrada de bus CAN (marcado B82793C0104).

Fuentes de interferencias electromagnéticas en la industria del automóvil

Generalizando sobre el tema de la generación de perturbaciones, puede decirse que una corriente mayor y un cambio más rápido de su intensidad provocan mayores interferencias electromagnéticas. Tanto en términos de intensidad como de gama de frecuencias. En el caso de los vehículos eléctricos, prácticamente todos los componentes tienen energía eléctrica. Los sistemas eléctricos son especialmente importantes en este caso porque las funciones que desempeñan implican el suministro de grandes corrientes con cambios rápidos. Esto es especialmente cierto en el caso de los circuitos de potencia del motor y la recuperación de la energía de frenado.

La seguridad y los sistemas que la siguen hacen que la compatibilidad electromagnética sea importante, ya que muchos sensores se convierten en emisores de radiofrecuencia. Los radares y las microondas que utilizan deben funcionar de forma que no interfieran con otros vehículos en la carretera. Puede decirse que dentro del coche, una persona está en cierto modo separada de los campos electromagnéticos externos. Sin embargo, como la carrocería no es uniforme y tiene, por ejemplo, una elevada proporción de vidrio en la superficie, es hasta cierto punto permeable a las olas. Si no fuera así, ni siquiera los teléfonos inteligentes funcionarían en el interior.

¿El fin de la radio AM?

Recientemente, muchos fabricantes de automóviles han decidido retirar el receptor AM de los vehículos eléctricos. En Polonia, tras el desmantelamiento progresivo de los transmisores de onda media y larga, la falta de un receptor de este tipo no es un problema. Sin embargo, hay lugares donde la radio AM es importante por su alcance. Hay más de 4.000 emisoras en EE.UU. con más de 80 millones de oyentes mensuales. Es importante recordar que la conexión inalámbrica a Internet no está disponible en todas partes y que no hay nada que pueda sustituir a la recepción en streaming y al uso de la llamada «transmisión en flujo continuo». radio por internet. En los citados Estados Unidos, la radio desempeña además un importante papel informativo en importantes zonas agrícolas. Fue la Asociación Nacional de Radiodifusores Agrícolas la que protestó enérgicamente contra la retirada de los receptores de AM de los vehículos.

Incluso equipos tan obvios como las ventanillas o los retrovisores eléctricos pueden ser fuente de interferencias que impidan el uso de la radio AM analógica. Pero se utilizan casualmente y asegurarlas es factible. Por desgracia, blindar el tren motriz de un coche eléctrico es mucho más difícil y costoso. Como argumentan además los fabricantes, los medios adicionales para habilitar la radio AM supondrían un aumento de peso. Y la consiguiente reducción de la cobertura…

Otras perturbaciones y su impacto en la vida cotidiana y la automoción aparecerán en la segunda parte del artículo.

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