Conhecendo em detalhes o sistema de Caixa de Direção com Assistência Eletromecânica

A grande vantagem da direção assistida eletromecânica, em comparação com os sistemas hidráulicos, consiste na eliminação da parte hidráulica. Os componentes de servoassistência são instalados na caixa de direção e atuam diretamente sobre ela. Além disso, consegue reduzir consideravelmente a energia necessária. A diferença é que a direção hidráulica requer um fluxo volumétrico permanente, e a direção assistida eletromecânica somente necessita de energia quando realmente se produzem movimentos de direção. Com essa característica de consumo de potência em função das necessidades, o consumo de combustível é reduzido.

CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS

A direção assistida eletromecânica possui um acionamento paralelo ao eixo principal, constituído de um novo desenvolvimento com a utilização de fuso acionado por porca com esferas recirculantes, para a realização da servoassistência. 

Para os efeitos da servo assistência, alimenta se um motor elétrico em função das necessidades. O Sistema oferece ao condutor uma servoassistência para a direção subordinada às condições dinâmicas.

O retorno da direção à posição de marcha em linha reta ocorre com a função de “retorno ativo”, implementada na direção assistida eletromecânica. Isso resulta num retorno agradável do volante ao sair de uma curva, assim como uma marcha em linha reta estável.

ESTRATÉGIAS DE FUNCIONAMENTO

1 - O ciclo de servoassistência começa no momento em que o condutor move o volante. 

2 - O torque de giro aplicado ao volante faz torcer a barra de torção no pinhão.

 O sensor de torque de direção mede a intensidade de torção da barra e informa o valor registrado à Unidade de Controle. 

3 - O sensor de ângulo de direção informa o ângulo momentâneo de esterçamento da direção. 

4 - Em função do torque de direção, da velocidade de marcha, do regime de rotação do motor do veículo e da curva característica programada, a Unidade de Controle calcula a servoassistência necessária para a direção, e estimula correspondentemente o motor elétrico. As informações relativas ao ângulo de direção e a rapidez dos movimentos da direção são utilizadas para funções como a correção da marcha em linha reta. 

5 - A servoassistência da direção é estabelecida por meio do fuso acionado por porca com esferas recirculantes. O acionamento dessa porca é feito pelo motor elétrico através de uma correia dentada.

6 - A somatória do torque de giro aplicado ao volante e à força de torque da servoassistência promovida pelo motor elétrico resulta na força de direção eficaz na cremalheira.

CURVAS CARACTERÍSTICAS  DE OPERAÇÃO 

A regulagem da servoassistência para a direção é realizada em função da velocidade de marcha, através de uma família de curvas características gravada na memória permanente da Unidade de Controle. Dependendo do peso do veículo e de seu nível de acessórios é programada na fábrica, durante a fase final de montagem, a família de curvas características para a Unidade de Controle.

CURVAS CARACTERÍSTICAS

A figura mostra uma família de curvas características para um veículo pesado (linha contínua), e uma família de curvas características para um veículo leve (linha tracejada), cada uma contendo 5 curvas características para diferentes velocidades do veículo (por exemplo 0km/h, 15km/h, 50km/h, 100km/h e 250km/h). Uma curva característica indica o torque de acionamento do motor elétrico correspondente a cada servoassistência em função do torque aplicado ao volante.

MANOBRAS EM  ESTACIONAMENTO

O sensor de ângulo de direção informa que houve uma grande variação do ângulo de direção. 

Em função do intenso torque de direção, da velocidade de marcha (0 km/h), da rotação do motor do veículo (> 500 rpm), do grande ângulo de direção, da v=0 km/h, rápida movimentação do volante e da curva característica programada para 0 km/h, a Unidade de Controle determina que é necessária uma servoassistência intensa e estimula correspondentemente o motor elétrico.

Por tudo isso, a manobra de estacionamento é realizada com a máxima intensidade de servoassistência.

CONDUÇÃO EM TRÂNSITO URBANO

O sensor de ângulo de direção informa que houve uma variação mediana no ângulo de direção, assim como, na rapidez de giro do volante. 

Em função do torque de direção médio, da velocidade de marcha (50 km/h), do ângulo de direção mediano, da rapidez de giro do volante e da curva característica 

programada para 50 km/h, a Unidade de Controle determina que, é necessário uma servo assistência de média intensidade para a direção e alimenta correspondentemente o motor elétrico.

Dessa forma, através do fuso acionado por porca com esferas recirculantes, se produz uma servo assistência de média intensidade.

CONDUÇÃO EM RODOVIA

O sensor de ângulo de direção informa que houve uma variação pequena no ângulo de direção, assim como na rapidez de giro do volante.

Em função do torque de direção baixo, da velocidade de marcha (100 km/h), do ângulo de direção pequeno, da rapidez de giro do volante e da curva característica programada para 100 km/h, a Unidade de Controle determina que é necessário uma servoassistência de baixa intensidade para a direção e alimenta correspondentemente o motor elétrico.

Ao mover o volante em rodovia, é produzida uma baixa servoassistência da direção, ou talvez não se produz servoassistência através do fuso acionado por porca com esferas recirculantes.

RETORNO ATIVO DO VOLANTE

Quando o condutor reduz o torque de direção ao circular por uma curva, a barra de torção é aliviada, em combinação com a queda do torque de direção, do ângulo e da velocidade de giro da direção, o módulo calcula uma velocidade teórica de retorno. Este resultado é comparado com a velocidade do ângulo de direção, o que resulta o torque de retorno.

Devido à geometria específica da suspensão, surgem forças de retorno nas rodas quando estão viradas. Por causa da fricção que intervém no sistema de direção e no eixo, as forças de retorno são quase suficientes para que as rodas possam voltar por elas mesmas à posição de marcha reta. 

Analisando o torque de direção, a velocidade de marcha, a rotação do motor do veículo, o ângulo e velocidade da direção, e considerando as curvas características programadas, a Unidade de Controle calcula o torque necessário do motor elétrico para o retorno. O motor é alimentado e aplica uma servoassistência à direção, retornando as rodas na posição retilínea.

SISTEMA DE TRANSMISSÃO DO MOTOR

A rotação do motor elétrico que está fixado paralelamente à cremalheira é transmitido para a porca com esferas recirculantes por meio de uma correia dentada. O elemento central é a porca com esferas recirculantes alojada dentro da roda dentada e que envolve externamente o fuso da cremalheira. 

O sensor de ângulo de direção está montado atrás do contato espiral do Módulo Air bag do condutor na coluna de direção entre o volante e o comando de alavancas. 

O sensor informa à Unidade de Controle da coluna de direção através do CAN bus de dados o ângulo e a velocidade de giro do volante. A Unidade de Controle da coluna de direção possui a eletrônica para a análise dos sinais. 

CORREÇÕES EM CASO DE AVARIA

Se o sensor estiver com defeito entra em ação um programa de marcha de emergência. O sinal falho é alimentado através de um sinal substitutivo. A servoassistência para a direção é mantida. A falha é visualizada através da luz de avaria para direção assistida.

MOTOR FUNCIONAMENTO

Quando o módulo aplica corrente nas bobinas, é gerado no estator um campo magnético com movimento giratório. O ímã do induzido se orienta de acordo com a direção do campo magnético giratório criado pelas bobinas igualmente como acontece com a agulha de uma bússola com o campo magnético terrestre. Com a aplicação de corrente pode-se determinar o regime de rotação e o sentido de giro do motor elétrico. Com o número desigual das 9 bobinas e dos 6 pólos do induzido cria-se uma rotação espontânea do mesmo não requerendo pré-estímulo. O induzido gira de forma síncrona com o campo da corrente aplicada ao estator. Por esse motivo, o motor recebe o nome de motor síncrono.

SENSOR DE POSIÇÃO DO MOTOR

No extremo do eixo do induzido está localizado o sensor de posição do motor. Funciona baseado no princípio de indução eletromagnética, e consta de um estator com 10 bobinas e um rotor laminar ferromagnético. 

O sensor de posição do motor é utilizado para determinar a posição absoluta do induzido no curso de uma volta. Além disso o seu sinal determina o regime de rotação e o sentido de giro do rotor. O sensor detecta a posição exata do motor para direção assistida eletromecânica, impreterivelmente necessária para o estímulo do mesmo.

CORREÇÕES EM CASO DE AVARIA

Caso o sensor apresente falha a direção assistida passa à fase de finalização suave de funcionamento. A avaria é visualizada através da luz indicadora de avaria que acende uma imagem de um volante em vermelho no painel de instrumentos.