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Controle eletrônico do pedal de aceleração – Drive By Wire

O cabo do acelerador quase se tornou redundante no veículo a motor de hoje. O sistema drive-by-wire não é de forma alguma um conceito novo, pois foi introduzido pela BMW em sua série 7 em 1988. O sistema usado pela BMW é conhecido como EML (termo alemão para controle eletrônico do acelerador). O sistema agora encontrou seu caminho para outros veículos com rotas mais humildes e pode ser encontrado em modelos básicos. Historicamente sempre existiu uma ligação mecânica entre o pedal do acelerador e a borboleta do acelerador, seja através de um cabo ou através de hastes e ligações. Estes foram agora substituídos por módulos de controle eletrônico sofisticados, sensores e atuadores. Este sistema também é conhecido como 'Fly-by-Wire'.

CONTROLE DE ACELERADOR ELETRÔNICO: FLY BY WIRE

O Electronic Throttle Control (ETC) é o sistema “Fly by Wire” da indústria automobilística. Nos sistemas ETC, a unidade de controle eletrônico de um veículo usa informações do sensor de posição do acelerador (TPS), sensor de posição do pedal do acelerador (sensor APP), sensores de velocidade das rodas, sensor de velocidade do veículo e uma variedade de outros sensores para determinar como ajustar a posição do acelerador. (Fig.1)


Vejamos os dois principais sensores que compõem o "Fly by Wire": o sensor de posição do pedal do acelerador e o sensor de posição do acelerador. Enquanto muitos pensam em sensores de automóveis como pequenos clipes de plástico preto que fazem mágica, o que acontece dentro desses sensores é bem simples. Até recentemente, esses sensores utilizavam potenciômetros que funcionavam como divisores de tensão. Os divisores de tensão usam um elemento resistivo para "dividir" uma tensão de entrada (chamada tensão de referência). Eles então enviam essa tensão "dividida" para um computador, que a usa para ajustar a posição do acelerador. O elemento resistivo, também chamado de trilha de carbono, é basicamente um pedaço de grafite. Mover o braço pelo elemento resistivo altera efetivamente a resistência em ambos os lados do braço (R1 e R2). Movendo o limpador no sentido horário aumenta R2 e diminui R1 e movendo-o no sentido anti-horário faz o oposto.

 

 

Existem várias razões pelas quais a atuação eletrônica do acelerador é preferível do que um cabo convencional do acelerador. (Fig.2)



  • Os sistemas eletrônicos de bordo do veículo são capazes de controlar todo o funcionamento do motor, com exceção da quantidade de ar que entra.

  • O uso do acionamento do acelerador garante que o motor receba apenas a quantidade correta de abertura do acelerador para qualquer situação

  • A otimização do suprimento de ar também garantirá que as emissões nocivas de exaustão sejam mantidas a um mínimo absoluto e a dirigibilidade seja mantida, independentemente das circunstâncias. Acoplar a atuação eletrônica do acelerador aos sistemas de controle de cruzeiro adaptativo, controle de tração, controle de marcha lenta e controle de estabilidade do veículo também significa que um controle mais preciso pode ser alcançado.

O uso de tal sistema tem vantagens sobre a versão convencional de cabo por:

  • Eliminando o elemento mecânico de um cabo de acelerador e substituindo por eletrônica de resposta rápida, reduz o número de peças móveis (e desgaste associado) e, portanto, requer ajustes e manutenção menores.

  • A maior precisão dos dados melhora a dirigibilidade do veículo, que por sua vez proporciona melhor resposta e economia.

 

 

Variantes do sistema

As primeiras versões de acionamento eletrônico do acelerador ou EML foram baseadas na opção de se tornar um sistema 'add on' da linha de produção. Ele utilizou seu próprio Módulo de Controle Eletrônico (ECM), sem a necessidade de desgaste adicional (e programação) ao ECM original do veículo. Isso foi alcançado inserindo dados mínimos no ECM do veículo por meio de um link serial da unidade de controle separada do atuador eletrônico do acelerador. Os sistemas atuais possuem um ECM específico que incorpora a programação necessária para facilitar os sinais de entrada dos potenciômetros do pedal do acelerador e as saídas de sinal para o corpo do acelerador eletrônico. (Fig.3)



 

Conjunto do pedal do acelerador

O pedal do acelerador possui dois potenciômetros acoplados a ele, alcançando a precisão exigida do movimento do pedal. A fotografia à direita mostra o conjunto do pedal do acelerador com os potenciômetros presos ao lado. A resistência 'sentida' quando o pedal é pressionado é projetada para dar a mesma sensação de um acelerador convencional. O pedal do acelerador, neste caso, possui 6 conexões elétricas. (Fig.4)



A forma de onda do osciloscópio mostrada no traçado de exemplo abaixo mostra o acelerador movendo-se de marcha lenta para totalmente aberto e novamente para marcha lenta. No exemplo, o traço azul mostra uma tensão convencional crescente à medida que o pedal é pressionado, enquanto o traço vermelho opera em uma tensão mais baixa. Sinais combinados permitem que o ECM calcule uma saída de tensão média dos dois sinais. Isso permite que a posição do pedal seja calculada com maior precisão do que quando apenas uma única saída de tensão é levada em consideração. (Fig.5)



Corpo do acelerador eletrônico

A ausência de qualquer ligação mecânica entre o pedal do acelerador e o corpo do acelerador exige o uso de um motor de acionamento elétrico. O número de conexões elétricas pode diferir entre sistemas diferentes, enquanto o exemplo mostrado aqui possui 6 conexões elétricas. Estes são para acionar o motor de controle e para o sensor de posição do acelerador. (Fig.6)



O atuador, muitas vezes referido como um 'servomotor' é operado por DC (corrente contínua). A tensão recebida pelo servomotor está na forma de uma onda quadrada cuja tensão e frequência permanecem as mesmas. O servomotor responde à mudança no 'ciclo de trabalho'. O ciclo de trabalho é uma leitura percentual entre o tempo 'ligado e desligado'. Essa mudança pode ser monitorada em um osciloscópio. (Fig.7)



A forma de onda vista na ilustração (Fig.7) mostra o ciclo de trabalho do servomotor (em vermelho) enquanto o traço azul representa a posição do TPS (Throttle Position Sensor). À medida que a carga é aumentada, o ciclo de trabalho muda e indexa ainda mais o servomotor. Isso pode ser visto na (Fig.8)



Sensor de posição do acelerador

Integral ao servomotor (neste caso em particular) está o TPS (Sensor de Posição do Acelerador). A saída de tensão deste sensor em particular deve informar ao ECM a posição exata da borboleta do acelerador. Com isso em mente, o TPS da mesma forma que o sensor de posição do pedal do acelerador possui duas saídas de tensão. Estes podem ser vistos na (Fig.9)



A forma de onda mostrada no traçado de exemplo mostra o acelerador se movendo de marcha lenta para totalmente aberto e de volta para marcha lenta. O traço azul mostra uma tensão crescente convencional à medida que a borboleta do acelerador é aberta, enquanto o traço vermelho é invertido. Os sinais combinados permitem que o ECM calcule uma saída de tensão média dos dois sinais, permitindo que a posição da borboleta do acelerador seja calculada com maior precisão. Um sensor de posição do acelerador sinaliza a posição da válvula do acelerador para o Módulo de Controle do Motor (ECM)

Os potenciômetros do acelerador são geralmente unidades do tipo esteira de carbono montadas diretamente no fuso da borboleta do acelerador. São um dispositivo de três fios com alimentação de referência de 5V, sinal de saída e

terminais de terra. Alguns fabricantes combinam o potenciômetro com o motor do atuador do acelerador. Sejam componentes combinados ou separados, sua função permanece a mesma. Como a posição do acelerador é crítica para o controle do motor, a faixa de saída operacional normal do TPS está dentro de alguma margem de terra e das tensões de alimentação de referência de 5V. Por exemplo, de cerca de 0,5V a cerca de 4,5 V. Isso fornece um meio para o ECM verificar a integridade do sensor e dos circuitos: uma tensão abaixo ou acima dessa faixa de saída esperada indicará um circuito aberto, um curto para terra ou um curto para a fonte de 5V de referência. Qualquer um desses resultados fará com que o ECM registre uma falha no sensor.

Potenciómetro do acelerador com defeito - sintomas

·       Iluminação da lâmpada indicadora de mau funcionamento (MIL).

·       Partida fraco.

·       Parada, hesitação ou outra dirigibilidade

·       Injeção de combustível incorretas causando possíveis problemas de consumo de combustível ou emissões.

Potenciômetro do acelerador com defeito - Causas

·       Danos mecânicos causados por calor e vibração.

·       Curtos-circuitos internos causados por contaminação do fluido e umidade.

·       Desgastes por fricção.

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