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Como funciona o sistema de freio ABS (ART493)

Quando se fala em segurança num automóvel Não resta dúvida alguma de que um dos pontos mais importantes é o seu sistema de freios. Como a tendência atual é de que a eletrônica esteja presente em todos os setores em que ela possa contribuir para um funcionamento melhor, ela também marca sua presença neste importante ítem, com dispositivos que empregam as mais avançadas tecnologias. Nesse artigo falaremos do freio anti-bloqueio ou ABS que já é parte integrante de muitos veículos. O leitor terá oportunidade de ver como este ítem poderá significar um considerável aumento na segurança de seu carro num momento tão crítico como é o da frenagem.

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O coeficiente de atrito dinâmico é menor que o coeficiente de atrito estático. Com esta afirmação bem conhecida desde os estudantes de física até os engenheiros podemos iniciar nosso artigo, é claro, explicando melhor o que ela significa.

Suponhamos que uma pedra sobre uma superfície algo lisa deva ser movida aplicando-se uma força, conforme mostra a figura 1.

 

Ação e reação.
Ação e reação.

 

Verificamos que, ao aplicar esta força, a superfície de contacto entre a pedra e a superfície reage com uma força de mesma intensidade no sentido contrário. Esta força, conforme podemos verificar, depende não só do peso da pedra como também de uma característica importante das superfícies que estão em contacto.

A superfície em que a pedra se apoia pode ser mais lisa ou menos lisa, o que é caracterizado pelo que denominamos "coeficiente de atrito".

Assim, tanto mais lisa for a superfície menor será seu coeficiente de atrito, e este coeficiente de atrito pode adquirir valores entre 0 e 1.

Se o coeficiente de atrito for pequeno, por exemplo 0,2 isso significa que uma força de apenas 20% do peso da pedra‚ suficiente para vencer a oposição e ela pode "deslizar" pela superficie em que se apoia. Se a superfície for mais rugosa e tiver um coeficiente de atrito de 0,5, a força necessária para vencer a oposição deve ser maior: 50% do peso, conforme mostra a figura 2.

 

Calculando o coenficiente de atrito.
Calculando o coenficiente de atrito.

 

Em suma, a força que a pedra faz de modo a se opor àquela que tenta movê-la depende não só de seu peso, como da rugosidade da superfície em que ela se apoia.

Levando estes fatos ao problema de parar um carro, chegamos a um ponto em que ocorre um fenômeno importante que merece ser analisado:

No instante em que a força aplicada na pedra vence a oposição que é apresentada pela superficie de contacto entre as duas e ela começa a deslizar ocorre um fato importante: em movimento, a força de oposição diminui.

Em outras palavras, a força de oposição em movimento é menor do que parada, ou em linguagem mais técnica, o coeficiente de atrito dinâmico é menor do que o coeficiente de atrito estático.

Mas, no que isso é importante numa frenagem de um carro?

Quando pisamos no freio, as rodas são levadas a fazer uma força contra o solo que visa reduzir a velocidade do veículo, ou seja, surge uma força que se opõe ao movimento. Essa força ser tanto maior quanto maior for a velocidade do veículo, maior seu peso, e menor o tempo desejado para que ele pare.

 

Calculando o tempo de frenagem.
Calculando o tempo de frenagem.

 

As coisas vão muito bem neste processo até o momento em que a força necessária a redução ou paralisação do movimento vença o coeficiente de atrito das rodas com o chão.

Quando isso acontece as rodas tendem a deslizar, e como nestas condições o coeficiente de atrito é menor, o espaço necessário a uma determinada redução de velocidade aumenta, conforme mostra a figura 4.

 

A distância percorrida após a frenagem.
A distância percorrida após a frenagem.

 

Assim, se pisarmos nos freios de um veículo e conseguirmos dosar a pressão de modo que a força aplicada no solo pela roda seja máxima, mas não ocorra o deslizamento, teremos a parada no menor espaço possível.

Se não conseguirmos isso, a roda para de virar (trava) e o pneu desliza com uma parada num espaço maior.

Evidentemente, em condições de piso irregular ou mesmo da presença de lama, água ou manchas de óleo é muito difícil para um motorista conseguir dosar a pressão para que as rodas não travem.

Mas além da parada em espaço maior existe um outro fator mais perigoso a ser considerado: com as rodas travadas, deslizando no piso na forma indicada, o ve¡culo torna-se incontrolável.

 

O ABS

A idéia de se fazer um sistema de freio capaz de "sentir" quando a roda esta prestes a deslizar, ou seja, quando ocorre o "travamento" não é novas tendo sido criados sistemas para aviões há muito tempo.

A maioria dos sistemas criados para esta finalidade eram baseados em recursos mecânicos até que a Bosch em 1970 começou a se preocupar em fazer um sistema Anti-Bloqueio que pudesse ser usado em qualquer carro, sem aumento muito grande de seu custo ou que fosse complicado demais.

Os sistemas desenvolvidos pela Bosch receberam então nome genérico de ABS (Anti Blocking System).

O primeiro veículo de linha a receber o ABS foi o Mercedes modelo 1978 e a partir daí muitos outros começaram a ser equipados, inclusive os japoneses que passaram a ter um sistema semelhante denominado ALB.

A idéia básica do ABS (Sistema de Freios Anti-Bloqueio) ‚ é mostrada na figura 5.

 

Esquema do sistema de freios anti-bloqueio (ABS).
Esquema do sistema de freios anti-bloqueio (ABS).

 

Num sistema de freios convencionais, quando se pisa no pedal, a pressão atua sobre o cilindro mestre que faz com que as pinças pressionem as pastilhas contra o disco, produzindo assim a força que tende a reduzir ou imobilizar o veículo.

No sistema ABS existem diversos dispositivos intermediários que entram em funcionamento neste processo e que são responsáveis pela ação de antibloqueio com especial atenção para a parte eletrônica.

Assim, temos um sensor (4) para a velocidade da roda que consiste num transdutor eletromagnético. Este sensor envia um sinal para uma unidade eletrônica de processamento (5) contendo informações todo o tempo sobre a velocidade em que a roda está girando.

Por meio destas informações o processador tem condições de saber o instante em que a roda está pestes a ser bloqueada. Para isso, basta comparar sua desaceleração com a das demais rodas.

Na freada normal, como mostrado na figura 5, em que se pretende parar ou diminuir a velocidade do veículo em determinado espaço.

Nestas condições, a pressão do óleo é aplicada as pinças e portanto às pastilhas seguindo a trajetória indicada pelas setas. Veja que o óleo passa exclusivamente pela válvula solenoide (6) de controle da pressão.

Numa freada mais brusca, numa situação de emergência por exemplo, temos o que ocorre nas figuras 6 e 7.

 

Primeiro passo quando ocorre uma freangem brusca.
Primeiro passo quando ocorre uma freangem brusca.

 

Segunda estapa de uma frenagem brusca.
Segunda estapa de uma frenagem brusca.

 

Inicialmente, a pressão é mantida de modo que o máximo de força seja aplicada nas pinças que empurram as pastilhas contra o disco, conforme percurso do óleo mostrado na figura 6.

Quando o sensor (4) fornece a unidade eletronica de processamento informações que mostram que uma das rodas esta prestes a bloquear (ou mais de uma), um circuito de comando envia um sinal elétrico a um solenoide (8) de tal forma que uma válvula (7) sistema regulador de pressão é ativada e a pressão na pinça deixa de aumentar.

Se mesmo com este procedimento não se obtém uma interrupção da situação de bloqueio, a unidade eletrônica envia um novo comando ao sistema que é mostrado na figura 7.

Ocorre então o acionamento de uma bomba elétrica de retorno (8), que reduz a quantidade de fluido no circuito, de modo que se consegue um controle muito fino da pressão aplicada a pinça e portanto às pastilhas. Os dispositivos marcados com os números (9) e (10) são acumuladores que retém o excesso do fluido que passa a circular por um circuito "by-pass" com base na mesma bomba elétrica.

No momento em que a bomba entra em ação e a válvula do solenoide se desativa, ocorre uma redução da pressão e com isso a roda se desbloqueia, o que imediatamente é percebido pelo sensor (4), o qual envia esta informação para a unidade de processamento. Ao recuperar o giro, novamente temos um aumento da pressão e o processo continua num ciclo de realimentaço que mantém a pressão sobre as pinças num valor que fique no limiar do bloqueio mas nunca o atinja.

Este ciclo de modulação da pressão do fluido realimentado pela unidade eletrnica é feito numa taxa de quatro a dez vezes por segundo.

Os elementos usados neste sistema são mostrados em seu aspecto natural na figura 8.

 

Desenho dimensional do sistema de freio ABS.
Desenho dimensional do sistema de freio ABS.

 

Na prática é importante que existam sistemas adicionais que evitem que um sistema desse falhe. Por isso, a proteção do sistema também é levada em conta com recursos que permitam a operação normal do freio mesmo quando o ABS falha.

 

Fórmula I

Os carros que correm na fórmula I estão sendo equipados com um sistema eletrônico que pode ser considerado o "ABS" invertido. Este sistema tem por finalidade também detectar quando ocorre o início do "escorregamento" na hora que o piloto acelera o máximo na largada. Com isso, garante-se a aplicação da máxima potência do veículo para tirá-lo da imobilidade sem que ocorra a derrapagem Além de se evitar a perda do controe garante-se uma largada com rendimento total, ou seja, com o máximo aproveitamento do torque aplicado as rodas.

 

CONCLUSÃO

A unidade de processamento do ABS ‚ um verdadeiro computador onde as informações obtidas das rotações das rodas são comparadas de modo a se determinar o instante exato em que os comandos para as válvulas devem ser enviados. A taxa em que esses comandos devem ser realimentados e outros fatores importantes devem são determinados pelas características do veículo. Uma realimentação em velocidade imprópria pode causar problemas como vibrações no sistema de freio e até complicações maiores.

Assim, o ABS não é mais um recurso simples da eletrônica com que pode contar um ve¡culo, mas sim o resultado de um trabalho complexo de desenvolvimento que leva em conta muito mais fatores do que os abordados neste artigo.

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   Estamos em setembro de 2018 e continuamos com nosso trabalho, realizando palestras, viagens, escrevendo artigos, livros e muito mais. Em nossas duas últimas palestras, uma na Uninove e a outra na ETEC Albert Einstein, ambas de São Paulo, pudemos constatar de forma bastante acentuada um fato importante , que constantemente salientamos em nosso site desde seu início. 

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