A figura 1 mostra os 6 graus de liberdade do veículo:
- Translação em 3 eixos perpendiculares: Vertical, longitudinal e transversal;
- Rotação em 3 eixos perpendiculares: Rolagem (eixo longitudinal), guinada ou viragem (eixo vertical) e mergulho (eixo transversal).
Assim, para atingir o seu objetivo, o sistema de estabilidade deve cumprir basicamente, as seguintes funções:
- Controle da frenagem e da tração através da função ABS/TCS;
- Controle ativo da carroçaria através da suspensão ativa;
- Controle da direção através da direção dinâmica.
Forças
Basicamente, a ação do sistema ABS/TC contribui para equilibrar as forças de tração e frenagem. Por sua vez, o sistema ESC, de forma mais ampla deve equilibrar, também, as forças que afetam a dirigibilidade.
A figura 2 ilustra as forças que agem sobre o pneu e que, quando fora de controle, resultam em instabilidade do veículo. São elas:
- Ft: Força de tração que impulsiona o veículo;
- Ff: Força de frenagem de sentido contrário ao de Ft;
- Fl: Força lateral que assegura a dirigibilidade e mantém o veículo na trajetória desejada;
- Fa: Força de aderência resultante da fricção e da gravidade (peso), entre outras.
Os principais fatores que contribuem para a instabilidade veicular são:
- Aderência aos diferentes tipos de piso. Deslocamento sobre solos com diferentes coeficientes de aderência provoca instabilidade dinâmica (deslizamento) durante frenagens, acelerações (tração) e em mudanças bruscas de trajetória. Deslizamento em curvas pode acontecer durante a frenagem ou em função da velocidade superior à permitida pelas condições de aderência determinadas pelo tipo de piso e estado dos pneus;
- Tração. Ainda com piso uniforme, a instabilidade acontece em função da potência solicitada com relação à aderência dos pneus ao piso;
- Frenagem. Ainda com piso uniforme, a instabilidade acontece em função da desaceleração do veículo com relação à aderência dos pneus ao piso;
- Direção. Ainda em condições de piso uniforme, a instabilidade acontece ao ser ultrapassado o limite de aderência determinado pela velocidade, ângulo de giro solicitado pelo condutor e estado dos pneus.
Introdução
O programa de estabilidade ESC (Electronic Stability Control ou controle eletrônico de estabilidade) integra as funções de controle da frenagem, tração, suspensão e direção do veículo. Age principalmente com o veículo em movimento. O programa monitora constantemente a condição dinâmica do veículo, comparando a solicitação do condutor com o real comportamento do veículo. No caso de divergência, o programa ESC ativa a função correspondente com o objetivo de manter a estabilidade.
São os componentes básicos do sistema de estabilidade ESC:
- Modulador hidráulico ABS ativo de 4 canais, com a capacidade de aplicar seletivamente pressão de frenagem independentemente da ação do condutor.. É o elemento principal de todo sistema de estabilidade veicular;
- Módulo de controle ABS com programa de estabilidade ESC integrado;
- 4 sensores de velocidade das rodas;
- Sensor da taxa de viragem (velocidade de variação do ângulo de viragem);
- Acelerômetro longitudinal;
- Acelerômetro lateral;
- Sensor de ângulo de direção (giro do volante);
- Sensor de rolagem (capotamento). Utilizado principalmente, em SUVs e Pick-ups os que, devido ao centro de gravidade mais alto, são mais propensos ao capotamento;
- Interruptor do pedal de freio.
Quando presentes no veículo, os sistemas de direção dinâmica e de suspensão ativa complementam a funcionalidade do sistema de estabilidade.
Basicamente, o programa ESC verifica, em torno de 25 vezes por segundo, se o comportamento desejado pelo condutor, calculado, basicamente, a partir da informação recebida do sensor do ângulo de direção, se corresponde com o comportamento real do veículo, determinado com base na informação proveniente dos sensores de aceleração longitudinal e lateral, de rotação em torno do eixo vertical (taxa de viragem) e de velocidade do veículo (velocidade de cada roda).
Caso não haja correspondência, o programa ESC detecta uma situação crítica de segurança (início de derrapagem, por exemplo) e reage imediatamente intervindo basicamente, sobre os seguintes sistemas:
- ABS/TCS: Deve ser obrigatoriamente, de 4 canais. Isto, devido a que o programa ESC, para a manutenção da estabilidade, aplica o freio seletivamente a cada roda;
- Direção ativa ou dinâmica. Para aplicar pequenas correções de direção;
- Controle do motor: Para redução do torque através do acelerador eletrônico (se presente) ou atrasando o ponto. Esta ação é necessária para o controle de tração;
- Suspensão ativa: Para nivelamento da carroçaria;
- Transmissão automática: Para mudança de marcha sem intervenção do condutor.
Como resultado destas ações, dentro dos limites físicos, o veículo é mantido estável na trajetória desejada e nivelado.
Nota: Deve ser salientado que o sistema ESC não consegue evitar a desestabilização do veículo e possíveis acidentes, se excedidos os limites físicos, mas auxilia o condutor a manter o controle em condições extremas.
ABS Ativo
Permite aplicar o freio de forma seletiva, sem a intervenção do condutor ou, em alguns casos, para aumentar a pressão de frenagem em funções de assistência complementando assim, a ação do condutor.
Cabe salientar que o módulo ABS ativo opera no modo passivo, na medida em que, durante a frenagem não se verifique perda de estabilidade.
Basicamente, o ABS ativo é utilizado pelo controle de estabilidade ESC, nos seguintes casos:
a) Para frear a(s) roda(s) de tração com tendência a patinar, sem a intervenção do condutor, durante as acelerações intensas (controle de tração). Função similar à desempenhada pelo diferencial autoblocante;
b) Para frear a(s) roda(s) de tração durante o deslocamento sobre piso de baixa aderência ou de aderência diferente;
c) Para corrigir, de forma antecipada, uma situação que pode provocar instabilidade e/ou perda de dirigibilidade;
d) Para implementar a função de assistência à frenagem. Quando detectada uma situação de emergência durante a frenagem, e para complementar a ação do condutor, a pressão hidráulica é aumentada rapidamente ao nível de regulação ABS com o que se reduz a distância de parada;
e) Para implementar funções auxiliares de assistência à condução; por exemplo, assistente de partida em aclive (pendente).
Os sistemas de controle de tração ABS/ASR/TC convencionais, de veículos sem sistema de estabilidade, somente implementam a função a).
Funcionamento
De forma similar ao ABS passivo, no sistema ABS ativo a modulação da pressão de frenagem é feita em 3 fases: aumento, manutenção e redução da pressão.
Mas, como será visto a seguir, em função de que não há acionamento do pedal, o sistema deve possuir algum mecanismo próprio para aumentar a pressão.
Como exemplo será utilizado um sistema ABS/TC da Bosch.
Com relação à configuração do ABS passivo, há a inclusão de duas válvulas ([3] e [4]) e da bomba de pré-carga.
A figura 3a mostra o sistema ABS em repouso, preparado para atuar seja como passivo (com acionamento do pedal) ou ativo (sem acionamento do pedal). No caso de acionamento do pedal pelo condutor, as válvulas [3] e [4] permanecem na posição da figura e a bomba de pressurização, inoperante. Neste caso e de acordo com a necessidade de intervenção ABS, o sistema segue o processo de modulação da pressão correspondente ao ABS passivo.
1. Fase de aumento de pressão (fig.3b). Assim que a intervenção se faz necessária, a UC ABS fecha a válvula [3] e liga a bomba de pré-carga (para realizar uma pré-pressurização), o que contribui com o aumento rápido da pressão auxiliando à bomba de retorno que também é ativada. Esta situação permanece enquanto não é atingida a condição de frenagem máxima determinada pelo programa de estabilidade para aquela condição do veículo.
2. Fase de manutenção da pressão (fig.3c). Esta fase começa com o fechamento da válvula [1] no instante em que é atingida a pressão de frenagem necessária para aquela condição do veículo.
3. Fase de alívio (redução) da pressão (fig.3d). Esta fase começa com a abertura da válvula [2] no instante em que o programa de estabilidade considera finalizada a ação corretiva ou, a pressão de frenagem resulta excessiva pelo que será necessário começar um novo ciclo de modulação com aumento, manutenção e redução de pressão.
Por exemplo, no caso do controle de tração durante uma aceleração intensa, a pressão de frenagem da roda com tendência ao deslizamento deverá ser modulada com o objetivo de manter a sua velocidade equilibrada com a da outra roda.
Humberto Manavella é autor dos livros "Emissões Automotivas", "Controle Integrado do Motor", "Eletroeletrônica Automotiva" e "Diagnóstico Automotivo Avançado".
Mais informações: (11) 3884-0183 www.hmautotron.eng.br
