Sistema Antibloqueio ABS Funcionamento e Sistema Elétrico

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1 Antecipando a legislação a Volkswagen já disponibiliza para toda sua linha de automóveis de passeio o sistema ABS (Anti-lock Breaking System, que significa sistema antibloqueio das rodas) de freios. Este sistema deverá começar a frequentar cada vez mais a oficina dos reparadores e para isso vamos dedicar a matéria desta edição ao detalhamento deste sistema. Boa leitura! O ABS é montado sobre o circuito básico dos freios. O sistema em uso no Golf e no New Beetle é o ITT Mark 20 IE, que possui uma unidade de comando que integra as funções eletrônicas e hidráulicas, montado separado do conjunto cilindro mestre e servofreio. Evitar o travamento da roda no processo de frenagem, mantendo a dirigibilidade e a estabilidade do veículo, é função do ABS. Para que isto seja possível, sua estratégia de trabalho monitora eletronicamente rotação de cada uma das rodas o que permite controlar a respectiva pressão de frenagem aplicada, independentemente da força exercida sobre o pedal de freio, atuando no estreito limite de desaceleração das rodas, sem permitir o seu travamento. Basicamente, o sistema atua controlando a pressão do fluido de freio, como se o pedal, durante uma frenagem abrupta ou numa condição de iminente travamento de uma ou mais rodas, fosse acionado diversas vezes num curto espaço de tempo, mesmo que o condutor mantenha o pé calcado no pedal e o veículo rode em condições diferentes de piso (com todas as rodas, apenas as de um lado ou uma só, na lama, em pista de cascalho, sobre o gelo etc.) Como o sistema ABS tem atuação, roda por roda, possibilita a cada uma delas a melhor força de frenagem, adequando a força às condições de trabalho exigidas. COMPONENTES DO ABS E FUNCIONAMENTO BÁSICO Uma plataforma básica de ABS é composta por uma unidade de gerenciamento eletrônico, sensores de rotação (um para cada roda), uma bomba que atua nas situações de alivio e elevação da pressão de frenagem e uma unidade hidráulica com válvulas. Como já comentamos, independentemente de sua versão, o ABS tem uma estratégia de atuação que permite controlar a pressão de frenagem aplicada às rodas sempre que uma delas apresente tendência ao travamento

2 O sistema explora a faixa ideal de frenagem, considerando o deslizamento e o atrito das rodas em relação ao solo, as acelerações ou desacelerações periféricas, as forças laterais das rodas e as reações da massa do veículo, como a tendência deste girar sobre seu centro de gravidade. Com todas essas informações, na sua parte lógica, a unidade de comando do sistema de gerenciamento eletrônico processa as variáveis e define a melhor pressão de atuação individual por roda, abrindo e fechando válvulas, eletromagnéticas na unidade hidráulica e ativando e desativando a bomba para aliviar ou elevar a pressão, de maneira a evitar o travamento de uma ou mais rodas. É assim que o ABS garante a dirigibilidade do veículo. µ = 0,8 FF1 = Força frenagem alto atrito FF2 = Força frenagem baixo atrito µ = Coeficiente Quando tem início o processo de frenamento, surge em correspondência, uma força de frenagem e seu aumento gradativo. Ao mesmo tempo, a velocidade periférica da roda torna-se menor que a do veículo, o que significa que há deslizamento da roda

3 Monitorando o sinal de rotação de cada uma das rodas do sistema ABS, através de seus sensores, é possível identificar a roda com tendência ao seu travamento e comandar as estratégias de trabalho da bomba e sua unidade hidráulica, que permitem controlar a pressão de frenagem, individualmente por roda. Deslizamentos são toleráveis, mas devem permanecer dentro da faixa de 8% a 35%, onde ocorre a maior força de frenagem. Acima de 35% de deslizamento, passamos à zona instável de frenagem e mesmo que a força desta diminua, nos aproximamos rapidamente de 100% de deslizamento, que é o ponto no qual ocorre o travamento da roda. Analisando o gráfico de frenagem de um veículo sem ABS, podemos observar que, ao aplicar a pressão nos freios, esta atua de forma crescente nas rodas (P roda) fazendo com que a velocidade angular das rodas (V roda) caia de forma muito rápida, não proporcional à distância de parada do veículo (V veículo). Essa perigosa estratégia de trabalho faz com que o veículo trafegue por tempo elevado numa grande zona de instabilidade. Isto acontece porque veículos com rodas travadas: Não são estáveis durante a frenagem; Não apresentam dirigibilidade; Registram maior distância de frenagem. Ao analisarmos o desempenho da frenagem de um veículo com ABS, observamos que há uma modulação da pressão, variando entre elevação, manutenção e redução da pressão, independentemente da força aplicada pelo motorista ao pedal de freio. Assim que o sistema de freios é pressionado, a unidade de comando detecta a iminência de travamento de uma das rodas e, automaticamente, comanda uma estratégia de manutenção da pressão, antes que a roda trave. Se ainda houver possibilidade de travamento, a bomba hidráulica recalca o fluido de freio para aliviar a pressão na roda em vias de travamento. A velocidade da roda volta a subir e, como a situação é de frenagem, eleva-se novamente a pressão naquela roda, modulando sua pressão de trabalho

4 Observando o gráfico, podemos verificar que, através da modulação da pressão (P roda), a velocidade angular da roda (V roda) varia em função da estratégia de modulação, diminuindo a distância de frenagem (V veículo) e ampliando a zona de trabalho estável do veículo. No início do processo, (tempo = 0) as velocidades do veículo e da roda são iguais. À medida em que a pressão de frenagem se eleva, as velocidades (roda e veículo) diminuem. Porém, vale observar que num determinado ponto (entre tempo = 0 e o tempo = 1), a elevação da pressão de frenagem leva uma determinada roda à situação de travamento. A partir desta condição, nota-se uma redução mais acentuada da velocidade da roda do que da velocidade do veículo. Essa diferença é o deslizamento da roda em relação ao solo. Quando este valor atinge 100%, tem-se o bloqueio efetivo da roda. O sistema antibloqueio atua na faixa de deslizamento e força de frenagem ideal, permitindo melhor controle do veículo e menores distâncias de frenagem. Quando se atinge o tempo igual a 1 do gráfico, vemos que a velocidade da roda cai muito em relação à do veículo, o que indica elevado deslizamento e ainda a possibilidade de travamento da roda. Nesta condição, o sistema ABS entra em ação e impede que a pressão do fluido de freio continue crescendo na roda que está na iminência do travamento. Por meio dos sensores de rotação das rodas, o sistema percebe que mesmo mantendo a pressão, a roda continua perdendo velocidade desproporcionalmente em relação ao veículo mantendo a possibilidade de bloqueio. Nesta condição como pode ser visto no tempo igual a 2, o sistema diminui a pressão do freio na roda passível de travamento para fazer com que a velocidade angular desta, se eleve e elimine a possibilidade de travamento. SENSORES DAS ROTAÇÕES DAS RODAS Cada roda possui um sensor de rotação que envia uma tensão alternada variável em função da rotação de cada uma. Os sensores das rodas dianteiras são de instalação radial. Já os das traseiras são instalados axialmente e têm captação radial de sinal com pino de pólo chato

5 SENSOR DE ROTAÇÃO E ANEL DAS RODAS DIANTEIRAS Esses sensores captam as rotações das rodas através dos anéis de impulso, fixos às juntas homocinéticas externas nas rodas dianteiras, e nos tambores de freios (ou discos) nas rodas traseiras. O pino do pólo fica na extremidade do imã permanente e quase em contato com o anel de impulso (há uma folga que varia de 0,5 a 1,2 mm). Ao girar o anel de impulso, o pino intercepta o campo magnético e, por indução, gera uma tensão alternada no enrolamento do sensor, que é enviada à unidade de comando ABS. A frequência desta tensão é determina a pela rotação do anel de impulso. CILINDRO-MESTRE E UNIDADES ELETRÔNICA E HIDRÁULICA Uma das vantagens do sistema ITT Mark 20 IE que equipa o Golf e o New Beetle, é a sua independência do conjunto clindro-mestre e servofreio. As tubulações de saída do cilindro são encaminhadas para a unidade hidráulica do ABS e destas para as rodas. COMPONENTES DO SISTEMA ABS GOLF E NEW BEETLE A plataforma básica do sistema com controle antitravamento ABS do Golf e do New Beetle é o Mark 20 IE, fabricado pela ITT Teves. Chamamos de plataforma básica porque atualmente, quando disponível no veículo, o ABS também é equipado com o sistema EBV (Elektronische Bremskraft Verteilung que em português significa sistema que faz o controle da força de frenagem) e, dependendo da versão, também pode contar com o EDS (Electronic Differential System que quer dizer: controle eletrônico de tração). 1. Servofreio 10 polegadas 2. Unidade hidráulica 3. Unidade de comando, 25 pinos (aparafusado na unidade hidráulica) - 5

6 Entre outras funções, o sistema EBV dispensa a válvula reguladora da força de frenagem que atua mecanicamente conforme a carga. Podemos dizer que o sistema monitora a desaceleração das rodas em função da força aplicada ao pedal e regula, através das válvulas solenoides do ABS, a pressão da atuação para as rodas traseiras. Na ilustração acima, mostramos os componentes do sistema. Com base neste esquema, podemos dizer que os sensores de rotação informam à unidade de comando a rotação das quatro rodas. A partir daí, a unidade de comando calcula a velocidade de cada roda e estabelece um parâmetro relativo entre elas. Ao frear, a unidade de comando encarrega-se de regular a pressão de frenagem, de modo a evitar o bloqueio das rodas, fazendo também intervir a distribuição de força de frenagem EBV para as rodas traseiras (Veja ilustração). O ABS utiliza uma bomba que atua paralelamente ao sistema hidráulico dos freios de cada roda, juntamente com duas válvulas solenoides (também para cada circuito de roda). Com essa característica, o sistema de gerenciamento ABS atua na pressão hidráulica, roda por roda, monitorando o travamento súbito com base na queda de velocidade angular de cada uma delas. Identificada a tendência ao travamento, o sistema comanda estratégias de trabalho que realizam, alternadamente, a manutenção e a redução da pressão, de forma a impedir o perigoso travamento das rodas. ESQUEMA DE FUNCIONAMENTO DO SISTEMA - 6

7 Com EDS Se o veículo possuir adicionalmente o EDS, a unidade de comando será mais larga do que aquela que atua somente com ABS e EBV. Sistema com ABS e EBV Medida A = 100 mm Sistema com ABS, EBV com EDS A = 130mm Isso acontece porque adicionalmente ao sistema ABS/EBV, existem mais duas válvulas eletromagnéticas com duas válvulas hidráulicas de comutação nos circuitos de frenagem das rodas dianteiras. Para uma frenagem eficiente é necessário contar novamente com o aumento de pressão à partir de uma certa rotação da roda. O sistema corta a alimentação de tensão para a válvula de saída, que se fecha. A bomba hidráulica continua em funcionamento, aspirando o restante de fluido de freios do acumulador de baixa pressão e direcionando-o ao circuito de frenagem (servo assistência hidráulica). Com o aumento de pressão de frenagem, a roda freia novamente, reduzindo sua rotação. FASE DA PRESSURIZAÇÃO DO CIRCUITO Ao aplicar os freios, o cilindro-mestre transforma a força aplicada ao pedal em pressão hidráulica de atuação nos êmbolos que atuarão nos cilindros das rodas

8 Essa fase é chamada de pressurização. Em condições normais, a pressão passa para o cilindro da roda através da válvula de entrada para chegar ao cilindro. Para realizar a frenagem, a válvula de saída deve estar fechada. O regime de rotação é monitorado pela unidade de comando, até que esta detecte uma tendência ao bloqueio da roda. FASE DA MANUTENÇÃO DE PRESSÃO Se a roda tende ao bloqueio, o sistema ativa a válvula de entrada, fechando-a para evitar que continue aumentando a pressão de frenagem. Nessa condição, a válvula de saída também é mantida fechada. Assim a pressão de frenagem se mantém constante entre as válvulas de entrada e saída, sem permitir que a pressão de atuação no cilindro de roda se eleve

9 FASE DE DIMINUIÇÃO DA PRESSÃO Se a roda ainda tende ao bloqueio, mesmo com a manutenção da pressão, é preciso reduzi-la. Para isso é aplicada uma tensão na válvula de saída fazendo com que esta se abra. Nesta condição, a pressão de frenagem diminui através do acumulador de baixa pressão. A válvula de entrada continua energizada, mantendo-se fechada. Em seguida, a bomba hidráulica é ativada, impelindo o fluido de freio do acumulador de baixa pressão para o cilindro-mestre. Com este efeito, o pedal do freio trepida sensivelmente, pois está recebendo a carga de alívio do sistema contra o pedal. A roda que tendia a bloquear-se recupera a aceleração, até a próxima atuação de elevação da pressão

10 FASE DE AUMENTO DA PRESSÃO Para uma frenagem eficiente é necessário contar novamente com o aumento de pressão à partir de uma certa rotação da roda. Aumento da pressão com EDS O sistema corta a alimentação de tensão para a válvula de saída, que se fecha. A bomba hidráulica continua em funcionamento, aspirando o restante de fluido de freios do acumulador de baixa pressão e direcionando-o ao circuito de frenagem (servo assistência hidráulica). Com o aumento de pressão de frenagem, a roda freia novamente, reduzindo sua rotação

11 Frenagem no caso de ABS/EDS (pisando no freio) Ao acionar os freios, a pressão do cilindro-mestre faz a válvula de comutação hidráulica fecharse. A pressão de frenagem passa através da válvula de fechamento com limitador de pressão e chega até o freio da roda através da válvula de entrada que também está aberta. Se a unidade de comando ABS/EDS detecta, através dos sinais recebidos dos sensores de rotação das rodas, que uma das rodas motrizes está patinando em aceleração, o sistema de gerenciamento comanda a ativação da função EDS. Nessa condição, as válvulas de entrada dos circuitos de frenagem para as rodas traseiras recebem tensão elétrica, fechando-se. A operação é necessária para que as rodas traseiras não sejam freadas durante a função EDS

12 CIRCUITO ELÉTRICO O sistema elétrico do Golf e New Beetle utiliza as linhas 30, 15, X e 31 para funcionar, três fusíveis na central de distribuição elétrica e dois fusíveis na bateria. O conector de 25 pinos é a interface de ligação da unidade de comando eletrônica do ABS com o chicote distribuído pelo veículo. Internamente a unidade possui suas ligações com as válvulas eletromagnéticas e um pequeno chicote faz a ligação da unidade de comando com a bomba V64. SENSORES DE ROTAÇÃO DIANTEIROS (G45 E G47) Esses sensores transmitem os sinais de rotação à unidade de comando (J104) para que esta possa determinar a velocidade momentânea das rodas. É importante destacar que, se houver avaria em um destes sensores, o sistema ABS/EDS desativa-se, mantendo a função EBV. Nesta condição, a lâmpadapiloto do ABS se acende. Atenção: havendo avaria em ambos os sensores de rotação dianteiros, desativa-se a função ABS, a EDS e a EBV, permanecendo acesas as lâmpadas do sistema ABS e do sistema de freios. Sensores de rotação traseiros (G44 e G46) Também transmitem os sinais de rotação à unidade de comando (J104) para que esta possa determinar a velocidade momentânea das rodas. Vale destacar que nas dianteiras, a pressão da freada é regulada individualmente, ao passo que nas do eixo traseiro, é regulada em conjunto

13 Interruptor do pedal do freio (F) Este interruptor transmite à unidade de comando (J104) a informação de que o freio está aplicado. foto esquerda Sensores de rotação traseiros (G44 e G46) foto direita Interruptor do pedal do freio (F)

14 Lâmpada-piloto do ABS (K47) e do sistema de freios (K118) Estas lâmpadas estão localizadas no instrumento combinado. O funcionamento da K118 depende do interruptor da alavanca do freio de estacionamento. A K47 possui um gerenciamento eletrônico que monitora um sinal de unidade de comando do sistema ABS. Observe como esses componentes estão ligados à unidade de comando e seus respectivos fusíveis. F34 Contato de advertência do nível de fluido de freios F9 Comutador para lâmpada do freio de estacionamento J104 Unidade de comando para ABS/EDS K118 Lâmpada-piloto de avaria para sistema de freios K47 Lâmpada-piloto de avaria para ABS/EBV/EDS J104 Unidade de comando para ABS/EDS K118 Lâmpada-piloto de avaria para sistema de freio K47 Lâmpada-piloto de avaria para ABS/EBV/EDS

15 Sistema Antibloqueio ABS Funcionamento e Sistema Elétrico

16 EXERCÍCIOS Complete a tabela abaixo de acordo com os exemples resolvidos CÓDIGO A F F9 F34 G44 G45 G46 G47 J104 DESCRIÇÃO Contato de ausência do nível de fluido de freio CÓDIGO K118 K47 M9 M10 N55 N125 N126 N99 N100 N101 DESCRIÇÃO Válvula de fechamento com limitador de pressão EDS CÓDIGO 102 N133 N134 N135 N136 S9 S16 S13 S178 S179 T16 DESCRIÇÃO Fusível (30A) na bateria