Estabilidade Veicular - Suspensão Eletrônica, entenda os principais segredos e tecnologia

A suspensão eletrônica faz parte do sistema de estabilidade veicular e implementa as seguintes funções básicas:

• - Modificação do fator de amortecimento (firmeza) dos amortecedores.
• - Controle da altura da carroçaria com o objetivo de manter o veículo nivelado.

Suspensão Pilotada ou Eletrônica

As configurações utilizadas atualmente são:

1. Suspensão Semiativa/Adaptativa. Somente varia o fator de amortecimento (rigidez) dos amortecedores para se adequar às irregularidades do piso ou à situação dinâmica do veículo. 

2. Suspensão Ativa. Utiliza atuadores hidráulicos ou pneumáticos (com controle eletrônico) para variar a altura do chassi de forma independente, em cada um dos cantos do veículo, de forma a mantê-lo o mais nivelado possível, seja nas acelerações, frenagens ou curvas.

3. Controle Ativo de Rolagem. Permite manter o veículo nivelado através do uso de barras estabilizadoras ativas, as quais compensam as forças de rolagem que surgem em curvas. Agem, basicamente, modificando a rigidez aparente do conjunto.

 Nesta matéria serão abordados exemplos de suspensão semiativa com amortecedor magnetorreológico e suspensão ativa pneumática.

Suspensão Semiativa/Adaptativa

Neste tipo de suspensão o coeficiente de amortecimento (rigidez ou firmeza) dos amortecedores é regulado de forma contínua de duas formas:

• - Com o uso de amortecedores com fluido de viscosidade variável (fluido magnetorreológico) controlada eletronicamente (amortecedor inteligente). 
• - Através de válvula solenóide que regula o fluxo hidráulico no interior do amortecedor, o que permite modificar o coeficiente de amortecimento. 

Fluido MAGNETORREOLÓGICO

É um fluido especial, denominado “magnetorreológico”, que consiste em um óleo sintético com micropartículas (ferro) magnetizáveis em suspensão. São suas características mais relevantes:

• - Em condições normais possui viscosidade similar à de um óleo lubrificante. 
• - Quando submetido à ação de um campo magnético, o fluido aumenta consideravelmente a sua viscosidade, passando a um estado de quase-sólido (sólido viscoelástico). As micro-partículas em suspensão formam, de maneira praticamente instantânea, cadeias localizadas que aumentam a viscosidade específica do fluido.  O grau de aumento depende da intensidade do campo magnético aplicado: a uma maior intensidade de campo corresponde uma maior viscosidade.
• - Assim que o campo magnético desaparece, o fluido retorna à sua condição normal de líquido. 

Amortecedor Inteligente

Uma aplicação automotiva do fluido magnetorreológico é nos amortecedores inteligentes utilizados nas suspensões semi-ativas ou adaptativas. A figura mostra um corte parcial do amortecedor, com o pistão que separa as câmaras de alta e baixa pressão.

• - Bobina desenergizada (figura 1a). Com a ausência de campo magnético as micro-partículas estão distribuídas irregularmente no fluido. Assim, durante o ciclo de compressão do pistão, o fluido com as micropartículas passa pelos furos oferecendo mínima resistência ao movimento do pistão. Como resultado, a força de amortecimento é mínima.
• - Bobina energizada (figura 1b). As micropartículas se alinham com as linhas do campo magnético formando uma espécie de “barreira” que resulta no aumento da viscosidade em torno do pistão (efeito magnetorreológico MR). Isto dificulta a sua movimentação durante o ciclo de compressão, resultando no aumento da força de amortecimento a que, portanto, depende da intensidade do campo magnético. 

O ajuste da força de amortecimento pode ser realizado em questão de milissegundos, o que permite a regulação da viscosidade tanto para o ciclo de extensão como para o de compressão do amortecedor. 

Suspensão Ativa

Tem por função manter o veículo em nível constante em ambos os eixos, independentemente da carga suportada. Compensa também, irregularidades (lombadas) do piso e forças desestabilizadoras em frenagens, arranques e curvas (rolagem).

Para isso, sensores de altura e acelerômetros monitoram constantemente a distância entre os eixos e a carroçaria e o deslocamento longitudinal e lateral. No caso de discrepância, a unidade de comando da suspensão liga o compressor de ar ou a bomba hidráulica para adequar, através de válvulas solenóides, a pressão nas “molas” pneumáticas ou nos cilindros hidráulicos. Desta forma, pode ser dispensado o uso de barras estabilizadoras.

Nota: Com o objetivo de simplificação, os exemplos a seguir apresentam os sensores, atuadores e as informações mais relevantes presentes na grande maioria dos sistemas de suspensão ativa. Foram deixados de lado sensores, atuadores e informações particulares a cada modelo de veículo como, por exemplo, botão de seleção de modos, lâmpadas de sinalização e outros.

Suspensão Ativa Pneumática

Neste tipo de suspensão ativa a mola de aço convencional é substituída por uma “mola” pneumática (figura 2). O exemplo a seguir corresponde a um dos sistemas de suspensão ativa utilizado em veículos VW/Audi. São os componentes principais:

• - Elemento de suspensão: bolsa de ar ou mola pneumática. Substitui a mola de aço convencional.
• - Elemento amortecedor de vibrações: amortecedor hidráulico com regulagem do coeficiente de amortecimento.

Estes elementos podem estar instalados de forma concêntrica, como mostra a figura, ou separados (paralelos).

Funcionamento

As funções do sistema são:

• - Regulagem do nível da carroçaria através do ajuste da pressão aplicada às molas pneumáticas. 
• - Regulagem do coeficiente de amortecimento que pode ser feita:

• Com válvula solenóide de ajuste do fluxo hidráulico do amortecedor (controle eletrônico).

• Com válvula controlada pela pressão aplicada à mola pneumática (controle pneumático) 

A figura 3 apresenta o circuito pneumático simplificado de uma configuração com suspensão ativa nas 4 rodas

Compressor

Tem por função manter a pressão no sistema no nível necessário ao acionamento das molas pneumáticas. A pressão máxima gira em torno de 15 bar. O tempo máximo de operação é determinado pela temperatura do compressor, monitorada constantemente, através do sensor associado.

Acumulador de pressão

Tem por função o acionamento das molas pneumáticas, para elevação da carroçaria, sem a necessidade de ativar o compressor, reduzindo assim, a sua temperatura e aumentando a disponibilidade do mesmo. Uma outra função é a correção do nível da carroçaria após a saída dos ocupantes. Dependendo do volume de ar necessário, o sistema pode possuir 1 ou 2 acumuladores. O acumulador é utilizado quando a sua pressão é 3 bar superior à da mola a ser acionada. 

Válvulas solenóide niveladoras

Têm por função controlar a carga/descarga das molas pneumáticas.

Válvula solenóide do acumulador

Tem por função controlar a carga/descarga do acumulador de pressão.

Válvula solenóide de exaustão

Tem por função permitir a descarga da(s) mola(s) pneumática(s).

Válvula de ajuste do amortecedor

Tem por função controlar a abertura do orifício (interno) de passagem entre as câmaras do amortecedor (regulagem do fluxo hidráulico) com o objetivo de adequar o coeficiente de amortecimento às condições do piso.

A figura 4 apresenta o circuito elétrico do sistema através do qual é controlada a suspensão.

Sensores de altura

Informam o nível de cada canto do veículo e através da taxa de variação do sinal, a UC da suspensão determina a aceleração vertical das massas não-suspensas (rodas e eixos).

Sensor de temperatura do compressor

Instalado no cabeçote do compressor; é utilizado para determinar o tempo máximo de funcionamento.

Sensor de pressão

Mede a pressão das molas pneumáticas e do acumulador de pressão dependendo das válvulas solenóide que são acionadas.

Sensores de aceleração da carroçaria

Informam a aceleração da carroçaria (massas suspensas). Instalados 2 nos arcos das rodas dianteiras e o terceiro, no chassi, próximo ao eixo traseiro.

UC da suspensão

É o elemento central do sistema. Com base nas informações provenientes dos sensores e de outras unidades de comando, através da rede CAN, aciona o compressor e as válvulas solenóides. 

As informações recebidas são:

• - UC do motor: Rotação do motor; torque solicitado pelo condutor.
• - UC ESC (estabilidade): Estado do ABS (ativo/inativo); intervenção de ESC ativada; velocidade do veículo; aceleração lateral e longitudinal; pressão de ABS.
• - UC da direção: Ângulo do volante.