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Os detalhes e os principais segredos sobre a tecnologia de Suspensão Eletrônica


Este mês, veremos quais as principais diferenças de suspensões dentro da categoria considerada eletrônica e como cada uma funciona. Boa leitura!

Por: Humberto Manavella - 11 de agosto de 2014

A suspensão eletrônica faz parte do sistema de estabilidade veicular e implementa as seguintes funções básicas:

- Modificação do fator de amortecimento (firmeza) dos amortecedores,
- Controle da altura da carroçaria com o objetivo de manter o veículo nivelado.

SUSPENSÃO PILOTADA OU ELETRÔNICA
As configurações utilizadas atualmente são:
1. Suspensão Semi-ativa/Adaptativa. Somente varia o fator de amortecimento (rigidez) dos amortecedores para se adequar às irregularidades do piso ou à situação dinâmica do veículo. 
2. Suspensão Ativa. Utiliza atuadores hidráulicos ou pneumáticos (com controle eletrônico) para variar a altura do chassi de forma independente, em cada um dos cantos do veículo, de forma a mantê-lo o mais nivelado possível, seja nas acelerações, frenagens ou curvas.
3. Controle Ativo de Rolagem. Permite manter o veículo nivelado através do uso de barras estabilizadoras ativas, as quais compensam as forças de rolagem que surgem em curvas. Agem basicamente modificando a rigidez aparente do conjunto.
Nesta matéria serão abordados exemplos de suspensão semi-ativa com amortecedor magneto-reológico e suspensão ativa pneumática.

SUSPENSÃO SEMI-ATIVA/ADAPTATIVA
Neste tipo de suspensão o coeficiente de amortecimento (rigidez ou firmeza) dos amortecedores é regulado de forma contínua de duas formas:

- Com o uso de amortecedores com fluido de viscosidade variável (fluido magneto-reológico) controlada eletronicamente (amortecedor inteligente). 
- Através de válvula solenoide que regula o fluxo hidráulico no interior do amortecedor, o que permite modificar o coeficiente de amortecimento. 

FLUIDO MAGNETO-REOLÓGICO
É um fluido especial, denominado “magneto-reológico”, que consiste em um óleo sintético com micro-partículas (ferro) magnetizáveis em suspensão. São suas características mais relevantes:
- Em condições normais possui viscosidade similar à de um óleo lubrificante, 
- Quando submetido à ação de um campo magnético, o fluido aumenta consideravelmente a sua viscosidade, passando a um estado de quase-sólido (sólido visco-elástico). As micro-partículas em suspensão formam, de forma praticamente instantânea cadeias localizadas que aumentam a viscosidade específica do fluido.  O grau de aumento depende da intensidade do campo magnético aplicado: a uma maior intensidade de campo corresponde uma maior viscosidade.
- Assim que o campo magnético desaparece, o fluido retorna à sua condição normal de líquido. 

AMORTECEDOR INTELIGENTE

Uma aplicação automotiva do fluido magneto-reológico é nos amortecedores inteligentes utilizados nas suspensões semi-ativas ou adaptativas. A figura mostra um corte parcial do amortecedor com o pistão que separa as câmaras de alta e baixa pressão.

- Bobina desenergizada (figura 1a). Com a ausência de campo magnético as micro-partículas estão distribuídas irregularmente no fluido. Assim, durante o ciclo de compressão do pistão, o fluido com as micro-partículas passa pelos furos oferecendo mínima resistência ao movimento do pistão. Como resultado, a força de amortecimento é mínima.
- Bobina energizada (figura 1b). As micro-partículas se alinham com as linhas do campo magnético, formando uma espécie de “barreira” que resulta no aumento da viscosidade em torno do pistão (efeito magneto-reológico MR). Isto dificulta a sua movimentação durante o ciclo de compressão, resultando no aumento da força de amortecimento o qual, portanto, depende da intensidade do campo magnético. 
O ajuste da força de amortecimento pode ser realizado em questão de milissegundos, o que permite a regulação da viscosidade tanto para o ciclo de extensão como para o de compressão do amortecedor. 

Figura 1A e Figura 1B

SUSPENSÃO ATIVA
Tem por função manter o veículo em nível constante em ambos os eixos, independentemente da carga suportada. Compensa também, irregularidades (lombadas) do piso e forças desestabilizadoras em frenagens, arranques e curvas (rolagem).

Para isso, sensores de altura e acelerômetros monitoram constantemente a distância entre os eixos e a carroçaria e o deslocamento longitudinal e lateral. No caso de discrepância, a unidade de comando da suspensão liga o compressor de ar ou a bomba hidráulica para adequar, através de válvulas solenoides, a pressão nas “molas” pneumáticas ou nos cilindros hidráulicos. Desta forma, pode ser dispensado o uso de barras estabilizadoras.

Nota: Com o objetivo de simplificação, os exemplos a seguir apresentam os sensores, atuadores e as informações mais relevantes presentes na grande maioria dos sistemas de suspensão ativa. Foram deixados de lado sensores, atuadores e informações particulares a cada modelo de veículo como, por exemplo, botão de seleção de modos, lâmpadas de sinalização e outros.

Figura 2SUSPENSÃO ATIVA PNEUMÁTICA
Neste tipo de suspensão ativa a mola de aço convencional é substituída por uma “mola” pneumática (figura 2). O exemplo a seguir corresponde a um dos sistemas de suspensão ativa utilizado em veículos VW/Audi. São os componentes principais:

- Elemento de suspensão: bolsa de ar ou mola pneumática. Substitui a mola de aço convencional;
- Elemento amortecedor de vibrações: amortecedor hidráulico com regulagem do coeficiente de amortecimento.
Estes elementos podem estar instalados de forma concêntrica, como mostra a figura, ou separados (paralelos).

FUNCIONAMENTO
As funções do sistema são:
- Regulagem do nível da carroçaria através do ajuste da pressão aplicada às molas pneumáticas 
- Regulagem do coeficiente de amortecimento que pode ser feita:
. Com válvula solenoide de ajuste do fluxo hidráulico do amortecedor (controle eletrônico)
. Com válvula controlada pela pressão aplicada à mola pneumática (controle pneumático). 
A figura 3 apresenta o circuito pneumático simplificado de uma configuração com suspensão ativa nas 4 rodas.

Compressor
 Tem por função manter a pressão no sistema no nível necessário ao acionamento das molas pneumáticas. A pressão máxima gira em torno de 15 bar. O tempo máximo de operação é determinado pela temperatura do compressor, monitorada constantemente, através do sensor associado.

Acumulador de pressão. Tem por função o acionamento das molas pneumáticas, para elevação da carroçaria, sem a necessidade de ativar o compressor, reduzindo assim a sua temperatura e aumentando a disponibilidade do mesmo. Uma outra função é a correção do nível da carroçaria após a saída dos ocupantes. Dependendo do volume de ar necessário, o sistema pode possuir 1 ou 2 acumuladores. O acumulador é utilizado quando a sua pressão é 3 bar superior à da mola a ser acionada. 

Válvulas solenoide niveladoras. Têm por função controlar a carga/descarga das molas pneumáticas.
Válvula solenoide do acumulador. Tem por função controlar a carga/descarga do acumulador de pressão.
Válvula solenoide de exaustão. Tem por função permitir a descarga da(s) mola(s) pneumática(s).
Válvula de ajuste do amortecedor. Tem por função controlar a abertura do orifício (interno) de passagem entre as câmaras do amortecedor (regulagem do fluxo hidráulico), com o objetivo de adequar o coeficiente de amortecimento às condições do piso.

Figura 3

Figura 4

A figura 4 apresenta o circuito elétrico do sistema através do qual é controlada a suspensão.
Sensores de altura. Informam o nível de cada canto do veículo e através da taxa de variação do sinal, a UC da suspensão determina a aceleração vertical das massas não-suspensas (rodas e eixos).

Sensor de temperatura do compressor. Instalado no cabeçote do compressor, é utilizado para determinar o tempo máximo de funcionamento.
Sensor de pressão. Mede a pressão das molas pneumáticas e do acumulador de pressão dependendo das válvulas solenoide que são acionadas.

Sensores de aceleração da carroçaria. Informam a aceleração da carroçaria (massas suspensas). Dois são instalados nos arcos das rodas dianteiras e o terceiro, no chassi, próximo ao eixo traseiro.
UC da suspensão. É o elemento central do sistema. Com base nas informações provenientes dos sensores e de outras unidades de comando, através da rede CAN, aciona o compressor e as válvulas solenoides. 

As informações recebidas são:
- UC do motor: Rotação do motor; torque solicitado pelo condutor.
- UC ESC (estabilidade): Estado do ABS (ativo/inativo). intervenção de ESC ativada, velocidade do veículo, aceleração lateral e longitudinal, pressão de ABS.
- UC da direção: Ângulo do volante.