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Direção Dinâmica é a maior evolução desde a direção mecânica, a hidráulica e a elétrica


Vamos apresentar o conceito e tecnologias utilizadas nos sistemas de direção dinâmica. Nesta primeira parte será abordado o sistema que utiliza como atuador um conjunto planetário de 2 estágios

Por: Humberto Manavella - 26 de maio de 2017

A direção dinâmica ou ativa resulta da aplicação de um conceito de direção através do qual o ângulo de giro aplicado ao volante pode ser aumentado ou diminuí­do resultando em um ângulo de esterçamento das rodas maior ou menor que aquele aplicado ao volante. Esta variação do ângulo é função da velocidade do veículo e da velocidade de movimentação do volante.

Isto se consegue integrando um atuador eletromecânico no sistema em algum ponto da coluna de direção, entre o volante e a caixa de direção. Este atuador, controlado por um módulo de comando dedicado, possui um conjunto de engrenagens, acionado por um motor elétrico, através do qual pode ser adicionado ou subtraído um ângulo àquele aplicado ao volante. Ou seja, permite realizar a superposição de ângulos. Por outro lado, a direção dinâmica permite gerar um ângulo de esterçamento independente do condutor. Nesta situação, a direção ativa funciona como um complemento ao sistema de estabilidade dinâmica.

1. Em baixa velocidade ou com o veículo parado, há uma variação acentuada (aumento da relação de transmissão da direção) do esterçamento para um dado ângulo de giro do volante, o que facilita manobras de estacionamento, por exemplo.

O ângulo de esterçamento depende, também, da velocidade com que é girado o volante. Quanto mais rápida seja a movimentação, maior será o ângulo adicionado àquele do volante.

Isto contribui para reduzir o tempo de resposta da direção ao giro do volante.

2. Por outro lado, em alta velocidade (acima de 100 km/h) a relação de transmissão da direção é reduzida se comparada com o sistema convencional. Neste caso, a direção ativa atua no sentido contrário ao ângulo de giro aplicado pelo condutor ao volante, reduzindo-o. Ou seja, um determinado ângulo de giro do volante gera um ângulo de esterçamento menor. A ação da direção ativa torna-se assim, mais indireta, com o que diminui a possibilidade de perda do controle do veículo por uma eventual movimentação brusca do volante. Nestes casos, é a unidade de controle que decide se o ângulo deve ser alterado e em que valor.

3. Nos veículos equipados com sistema de estabilidade, este poderá agir sobre a dinâmica do veículo não só pela ação do sistema de frenagem, mas também, através da direção ativa com a vantagem de que esta intervenção é rápida e pouco perceptível para o condutor. 

Figura 1

A figura 1 exemplifica os conceitos apresentados acima. A situação [1] corresponde à condição de baixa velocidade. Repare que um determinado ângulo de giro do volante a1 resulta num ângulo b1 maior do eixo intermediário.

Já, a situação [2] corresponde à condição de alta velocidade. Neste caso, o ângulo a2 resulta no ângulo b2 menor.

Por outro lado, se, ao girar o volante, as condições de condução não requerem um ângulo adicional, o atuador permanece inativo. Nesse caso, existe uma conexão mecânica direta entre o volante e a caixa de direção como é o caso de um sistema convencional.

Em todas as configurações atuais, a direção dinâmica é aplicada em sistemas de direção assistida, seja esta elétrica ou hidráulica.

Os dois tipos de atuador utilizados atualmente são:

1. Conjunto planetário. (apresentado a seguir)

2. Engrenagem harmônica. (será abordada na próxima edição)

Figura 2

Direção Dinâmica com Conjunto Planetário

Este sistema de direção dinâmica consiste de um atuador eletromecânico ou unidade de direção dinâmica (figura 2), cujo principal componente é um conjunto planetário de 2 estágios, gerenciado por um módulo de controle dedicado. São seus componentes:

1. Conjunto planetário de dois estágios. Os dois planetários, P1 e P2, com seus satélites conectados por eixos, estão instalados no suporte solidário à roda de coroa C. Formam a conexão mecânica entre a engrenagem solar de entrada e a engrenagem solar de saída. Com o motor elétrico desligado (engrenagem sem-fim parada), o suporte e a roda de coroa permanecem estacionários em posição fixa. Nesta condição, o ângulo de giro aplicado no eixo de entrada se transmite com a relação de transmissão dos conjuntos planetários P1 e P2, ao eixo de saída. Em função dos satélites serem de diâmetros diferentes (os do planetário P1 são de diâmetro maior que os do P2) existe uma relação de transmissão de redução entre o volante e o pinhão, em torno de 1:0,75. 

2. Motor elétrico. É um motor DC sem escovas com sensor de posição na parte posterior. Aciona, através de uma engrenagem sem-fim, a roda de coroa, a qual por sua vez movimenta o suporte do conjunto planetário.

3. Solenoide de bloqueio. Na condição de desativado, uma mola interna estende o pino que trava a engrenagem sem-fim, o que impede a movimentação do suporte. Ao ligar o motor do veículo, o módulo energiza o solenoide de bloqueio, o que provoca a retração do pino, destravando assim a engrenagem sem-fim. Desta forma, fica liberada a ação do atuador da direção dinâmica.

4. Módulo de controle. O sentido de rotação, a velocidade e o tempo de acionamento do motor DC são controlados pelo módulo de controle a partir da informação recebida do sensor de posição localizado na parte posterior do motor. Por sua vez, com esses valores, o módulo calcula a posição do volante. Isto contribui para a segurança, já que resulta redundante em função de existir, no sistema de “direção assistida”, o sensor de posição do volante.

Funcionamento

Ao movimentar o volante, o ângulo de giro aplicado se transmite ao eixo intermediário ou à caixa de direção, com a relação de transmissão do conjunto planetário. Dependendo da velocidade do veículo e de movimentação do volante, o motor elétrico é acionado gerando a superposição de ângulos. Num sentido de giro da engrenagem sem-fim, temos a soma dos ângulos de giro da roda de coroa e do volante. No outro sentido, há subtração dos ângulos.

Por exemplo, para o sentido de giro do eixo de entrada indicado na figura 2:

- Com a roda de coroa girando no sentido [1] há soma de ângulos (superposição positiva), ou seja, aumento do ângulo de esterçamento. Este é o comportamento do sistema em velocidades médias e baixa.

- Com a roda de coroa girando no sentido [2] há subtração de ângulos (superposição negativa), ou seja, diminuição do ângulo de esterçamento. Este é o comportamento do sistema em velocidades altas.

- Como complemento ao sistema de estabilidade dinâmica, o sistema também atua de forma autônoma (sem intervenção do condutor). No caso de tendência rotacional em torno do eixo vertical do veículo (sobre-esterçamento) como por exemplo, nos casos de frenagem em piso com diferentes graus de atrito ou curvas acentuadas em alta velocidade. Nestas situações a direção ativa corrige em até +/- 4 ou 5 graus o ângulo de esterçamento no sentido de compensar o momento de rotação gerado pelo veículo.