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Freio ABS, EBD, ESC: Por que equipar no seu carro?

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O que afinal são estas diversas siglas e porque a engenharia automotiva adora tanto abreviações? Enquanto essa segunda pergunta parece ser um mistério sem solução, a primeira tem uma resposta bastante simples. Agora vamos conferir a diferença entre os freios e porque equipar em seu automóvel! 

Freio ABS, EBD, ESC, etc…

Esses sistemas de freio são controles eletrônicos de segurança para o seu carro. As siglas estão em inglês e significam:

  • ABS: Anti-locking Brake System (Sistema de freio com anti-travamento)
  • EBD: Electronic Brake Distribution (Distribuição eletrônica de freios)
  • ESC: Electronic Stability Control (Controle de estabilidade eletrônico)

Todos estes sistemas são controlados pela central eletrônica dos freios. Em carros mais antigos sem controles eletrônicos, os freios são acionados somente pela força do motorista aplicada ao pedal, gerando pressão hidráulica que aciona as pinças dos freios à disco ou os cilindros de roda nos freios à tambor.

Nos veículos maios novos e mais avançados, é necessária uma central eletrônica e hidráulica para comandar os freios de cada roda independentemente, o que o motorista não é capaz de fazer.

Essa central possui uma placa eletrônica que recebe os dados de aceleração do veículo e um módulo hidráulico com uma bomba e válvulas para atuar os freios de cada roda de maneira inteligente. Qual roda recebe quanto de força depende da situação do veículo e entraremos em mais detalhes para cada função.

freio

ABS e a distância de frenagem.

Para entendermos porque o ABS é vantajoso, e obrigatório, devemos antes definir o que é a distância de frenagem. Portanto, imagine um veículo em uma via reta andando a uma velocidade de 50km/h. Caso ocorra uma obstrução da via o motorista aplicará a força total ao pedal para a máxima frenagem do carro.

Com isso, o sistema de freio, à disco ou tambor, irá gerar o torque de frenagem. Assim, através do pneu e sua transmissão do torque de frenagem ao solo, o veículo irá sofrer uma força resistiva ao movimento que reduzirá sua velocidade.

Quanto maior for esta força resistiva, menor será a distância de frenagem. Em contra-partida, se a velocidade do veículo for maior, digamos 100km/h, a distância de frenagem será maior.

ABS

Até aí tudo bem né? Bem intuitivo. Porém, o problema começa quando o torque de frenagem é alto e a velocidade do veículo também é muito alta, ou quando a pista está molhada ou escorregadia por algum outro motivo. Isso causa o travamento da roda e a distância de frenagem aumenta.

Mesmo em pista seca, o pneu travado sendo arrastado irá resultar em uma distância de frenagem maior. Esse fenômeno se explica pela diferença entre o atrito dinâmico e o atrito estático.

Fonte: NICOLAZZI, L., ROSA, E., LEAL, L., Uma introdução à modelagem
quase estática de automóveis. Publicação interna GRANTE,
Departamento de Engenharia Mecânica. Universidade Federal de Santa
Catarina, Florianópolis, 2012.

Entendendo atrito estático e dinâmico:

Imagine esfregar uma borracha em um papel. Quando não se faz muita força em cima da borracha, ela desliza facilmente. Porém, se for pressionada com mais força ela irá arrastar o papel e muito provavelmente rasgá-lo. Quando a borracha desliza, a resistência na borracha é menor.

É da mesma maneira com o veículo. Se o pneu desliza sobre o asfalto, a força transmitida ao solo através do atrito entre a borracha e o asfalto é menor do que se o pneu estivesse girando enquanto mantendo contato com o solo. Contudo, o ABS não é um aumento na força normal, como no caso da borracha e o papel, mas sim um controle eletrônico da pressão hidráulica do freio.

Utilizando o sinal de velocidade de cada roda e a desaceleração do sensor inercial do veículo é possível determinar se as rodas estão travando. Com uma queda abrupta em uma velocidade de roda e desacompanhada por uma desaceleração compatível com tal queda, o controlador eletrônico aciona a função do ABS.

O módulo eletrônico aciona as válvulas do módulo hidráulico de modo a aliviar a pressão do freio momentaneamente e aciona a bomba para recuperá-la, tudo em milissegundos. Isso causa uma trepidação no pedal que pode assustar alguns motoristas desavisados.

Com este acionamento a roda evita o travamento, aproveita do atrito estático, e a distância de frenagem é a menor possível com a aproveitamento total do torque de frenagem disponível sem escorregar.

Frenagem em curvas: pode ou não pode?

Em veículos mais antigos, que não possuem EBD, uma das piores práticas é frear em uma curva. Motoristas inexperientes costumam se encontrar nessa situação: acelerando em uma reta onde tudo está tranquilo até que se entra em uma curva.

Então, a velocidade alta causa a transferência de carga e o motorista percebe que calculou mal a velocidade ao entrar na curva, instintivamente aplicando os freios. Grande erro em um veículo sem EBD pois nestes o veículo irá aplicar o torque de frenagem nas rodas externas e internas igualmente.

Porém, as rodas internas, devido a transferência de carga, estão menos carregadas e podem fazer o veículo escorregar na pista devido a velocidade alta.

A maneira que o EBD atua é comparar os valores de aceleração lateral e longitudinal do veículo e distribuir a pressão hidráulica do freio de maneira adequada. Assim, é possível aproveitar o máximo de frenagem, sem escorregar, em curvas.

freio

ESC: O anjo da guarda na dinâmica veicular.

Este talvez seja o mais interessante sistema de segurança em veículos. Claro, o cinto de segurança é primordial e os airbags são importantíssimos na redução do impacto em uma colisão. Mas o ESC consegue corrigir a trajetória do veículo enquanto ele perde a trajetória. Vamos ver aqui como exatamente isso é possível. Porém, antes precisamos esclarescer um conceito muito importante da engenharia automotiva: sobresterçosubesterço.

Antes de entrar em detalhes, é necessário ressaltar que este conceito pode ser definido de maneiras diferentes dependendo do autor. Para uma compreensão profunda e aplicação do conceito, são necessários estudos mais extensos do que o apresentado no post. Autores como Gillespie e Milliken são as opções mais tradicionais e o professor Nicolazzi da UFSC também possui um material muito didático.

Sobresterço e subesterço.

Na entrada de uma curva o motorista irá girar o volante. Dependendo desse ângulo do volante e da velocidade do veículo, haverá uma velocidade para a mudança de trajetória do carro, em graus por segundo.

Por exemplo, para um veículo à 70km/h e um ângulo de 45º, será esperado uma velocidade de mudança de direção de 13º/s (valores experimentais, dependente do veículo). Ou seja, nessa velocidade e com esse giro do volante, o veículo irá apontar 13º a mais para a direção na qual o volante está apontado a cada segundo. Usando o referencial 0º no tempo 0s, no segundo 1 o veículo apontará para 13º, no segundo 2 apontará para 26º, e assim por diante.

Esse valor em graus por segundo é chamado de yaw rate. Quanto mais fechada a curva, maior o yaw rate. Quando um veículo gira mais do que o esperado pela velocidade e o volante, como quando o carro roda na pista, temos o sobresterço.

Por exemplo, se na condição citada o veículo estivesse girando a 15º/s ou 20º/s. Já quando o carro gira menos, ele não consegue se manter na trajetória e escapa “para fora da curva”. Nesse caso, temos o subesterço.

Casos para intervenção do ESC.

São nessas situações que o ESC intervém. A central eletrônica é calibrada para saber quais são os parâmetros esperados de yaw rate e quais os valores de pressão de freio necessários para consertar a trajetória do veículo. Em veículos convencionais a tração é dianteira, facilitando o uso do eixo traseiro para acionamento do ESC.

O eixo não tracionado gira livre, e então é apenas necessário aplicar o freio em uma das rodas que gere uma força contrária ao yaw rate indesejado.

freio

Considere uma curva para a direita. Com uma situação de sobresterço a central eletrônica irá comandar a bomba para pressurizar a linha do freio da roda esquerda, puxando a traseira de volta para a trajetória. Caso fosse uma situação de subesterço então a aplicação deveria ser na roda direita, puxando o carro para dentro da curva.

Recapitulando…

ABS é a função que impede a roda de travar, se aproveita do atrito estático e diminui a distância de frenagem. Em caso de emergência, pise até o final do curso do freio e não se assuste se houver trepidação no pedal. Já o EBD é a função que permite uma frenagem mais segura em curvas e em transferências de carga.

Em veículos sem EBD nunca faça uma frenagem em curvas e observe bem a sua velocidade antes das curvas. O ESC manterá seu veículo na rota, porém sempre é necessário ficar atento à desníveis, poças de água ou areia na pista.


Para mais detalhes sobre a engenharia automotiva, suas tecnologias, e talvez mais algumas siglas, fique atento ao Blog da Engenharia!

Rodrigo Inocencio Cane
Estudante de Engenharia Automotiva. Participou por 4 anos da equipe Fórmula CEM da competição Formula SAE Brasil e atua no setor de produto da FCA desenvolvendo módulos eletrônicos para ABS e ESC. Nunca recusa um convite para jogar basquete e tem vontade de conhecer o Brasil todo, um estado de cada vez.

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