Tópicos:
- Introdução
- Dirija por fio
- Combinação de frenagem elétrica e hidráulica
- Mistura de freio
Introdução:
Veículos com propulsão eletrificada (híbrido, totalmente EV, célula de combustível) possuem opção de frenagem elétrica. Ao soltar o pedal do acelerador ou frear levemente, o motor elétrico funciona como um gerador. A energia cinética do veículo é convertida em energia elétrica para a bateria HV. O faixa aumenta quando você freia muito silenciosamente e o sistema de freio tem a oportunidade de aplicar muita frenagem regenerativa. Você pode ler mais sobre isso na página: Inversor.
Em 2023, a travagem elétrica ainda está em combinação com o circuito de travagem hidráulica convencional. Em caso de falha eléctrica ou em veículos mais antigos durante uma paragem de emergência, o circuito do travão hidráulico é (parcialmente) activado. Isso serve como backup. As seções a seguir mostram como os fabricantes combinam a frenagem elétrica e hidráulica para garantir um bom conforto e garantir a segurança em caso de falha do sistema elétrico.
Acionamento por fio:
O objetivo do sistema de freio “drive by wire” é frear hidraulicamente com assistência elétrica. Não há conexão hidráulica direta entre o pedal do freio e os pistões do freio nas pinças do freio. O pedal do freio aplica pressão de frenagem a um chamado simulador de força de frenagem. A pressão do freio é medida. Um motor elétrico cria a pressão desejada no circuito do freio hidráulico. O sistema de freio drive by wire oferece as seguintes vantagens em comparação ao sistema de freio convencional:
- O servofreio a vácuo não é mais usado, pois o motor elétrico fornece a pressão necessária do fluido;
- O vazamento de fluido pode ser detectado e fechado por freio. Por esta razão, um cilindro mestre do freio não é mais necessário para dois circuitos de frenagem separados;
- O motorista não percebe a transição entre a frenagem elétrica e a hidráulica ao passar da frenagem regenerativa nos motores elétricos para a frenagem pressionando a pastilha do freio contra o disco;
- As vibrações do sistema ABS não são mais sentidas no pedal do freio;
- A contrapressão (simulada) no pedal do freio pode ser ajustada às configurações (conforto/esportivo).
O diagrama hidráulico abaixo mostra o sistema utilizado pela BMW (DSCi). A operação é a seguinte:
Quando o motorista aciona o pedal do freio, é exercida força no cilindro mestre do freio (7). Este cilindro mestre do freio possui duas saídas: para o simulador de força do pedal do freio (8) e para uma válvula de alívio. A pressão de simulação é transmitida ao simulador de força do pedal do freio através da linha azul. Uma contrapressão é criada neste componente, que é reconhecida pelo motorista como contrapressão nos cilindros de freio. Não há conexão física entre o cilindro mestre do freio e os cilindros do freio das rodas. A pressão de simulação é medida por um sensor de pressão (5). Dependendo da pressão de simulação, a ECU controla o motor elétrico (10). Isto exerce uma pressão de trabalho no cilindro de pressão do freio (9). Um sensor de pressão no lado da pressão de trabalho realimenta a pressão acumulada para a ECU. As conexões vermelhas no diagrama mostram como a pressão de trabalho chega aos cilindros do freio da roda (1) através das válvulas. As válvulas de manutenção de pressão (3) ficam abertas quando em repouso, de modo que a pressão do freio pode ser acumulada diretamente a partir do cilindro de pressão do freio. As válvulas redutoras de pressão (2) ficam fechadas quando em repouso.
Legenda:
- Freios
- Válvulas redutoras de pressão
- Válvulas de retenção de pressão
- Desconectar válvulas
- Manômetros para circuito de trabalho de pressão de freio e circuito simulador
- Reservatório de fluido de freio
- Cilindro mestre
- Simulador de força no pedal de freio
- Cilindro de pressão do freio
- Motor elétrico
- Válvula de diagnóstico
- Conexões amarelas: reservatório de fluido de freio de alimentação e retorno;
- Conexões azuis: pressão de simulação;
- Conexões vermelhas: pressão de trabalho (pressão de freio).
Caso haja vazamento próximo ao cilindro de pressão do freio ou falha elétrica que impeça o motor elétrico de acumular pressão de trabalho suficiente, as válvulas de alívio (4) são energizadas para garantir a segurança. A conexão entre o cilindro mestre do freio e os cilindros do freio das rodas é aberta e a conexão com o cilindro de pressão do freio é fechada. Como o servofreio está faltando, você precisa pressionar o pedal do freio com mais força para frear.
Combinação de frenagem elétrica e hidráulica:
Os veículos totalmente eléctricos e híbridos têm sempre uma combinação de sistema de travagem eléctrico e hidráulico. O sistema de travagem “brake by wire” do parágrafo anterior ainda não é utilizado com frequência. Nesse sistema não há conexão direta entre o pedal do freio e os cilindros do freio das rodas. Um potente motor eléctrico fornece toda a potência de travagem, mesmo durante uma paragem de emergência. Nesse caso, não é necessário um servofreio.
Na maioria dos veículos elétricos e híbridos, uma combinação de travagem elétrica e hidráulica é conseguida da seguinte forma: com a travagem suave (medida), a travagem regenerativa (elétrica) ocorre porque os motores elétricos funcionam como um dínamo. Durante travagens bruscas e/ou em caso de avarias, o sistema hidráulico liga-se imediatamente. Um servofreio é usado aqui para aumentar a pressão de frenagem. Existe, portanto, uma interação entre o motor elétrico e os freios mecânicos durante a frenagem. Este sistema às vezes também é chamado de “drive by wire”, embora este conceito seja mais adequado ao sistema do parágrafo anterior.
O diagrama abaixo é baseado no Toyota Prius 3. O pedal do freio (1) aumenta a pressão do freio no cilindro mestre do freio (3). Ao frear suavemente, apenas os motores elétricos são freados. O simulador de pressão do freio (4) fornece contrapressão ao pressionar o pedal do freio. A válvula simuladora de pressão do freio abre em condições normais de operação. Durante uma frenagem brusca, as válvulas de bloqueio (5) são abertas e a válvula do simulador é fechada. As pinças de freio das rodas dianteiras são alimentadas com pressão de frenagem. A abertura e o fechamento das válvulas hidráulicas (6) permitem que a pressão do freio atinja também as rodas traseiras. Os sensores de pressão do freio (da esquerda para a direita: p lv a mp rv) medem a pressão e a transmitem à ECU. As válvulas hidráulicas (5, 6 e 7) são reguladas com base na pressão de frenagem desejada por meio de um sinal PWM.
O sistema foi concebido de forma a que, em caso de falha de energia, a pressão dos travões nas rodas traseiras seja completamente libertada e a pressão nas rodas dianteiras seja controlada pelo condutor através do pedal do travão.
Legenda:
- Pedal de freio
- Reservatório de fluido de freio
- Cilindro mestre tandem
- Simulador de pressão de freio
- Válvulas de bloqueio
- Válvulas hidráulicas (da esquerda para a direita fechadas)
- Válvulas hidráulicas, frontal fechada, traseira aberta
- Acumulador de pressão
- Bomba hidráulica acionada por motor elétrico
- Válvula limitadora de pressão
- Conexões amarelas: reservatório de fluido de freio de alimentação e retorno;
- Conexões azuis: pressão de freio da bomba hidráulica;
- Conexões vermelhas: pressão de freio do cilindro mestre do freio (com válvulas abertas).
A travagem hidráulica do Toyota Prius 3 é feita através das rodas dianteiras. As rodas traseiras não estão conectadas ao cilindro mestre do freio. É o caso dos veículos modernos, incluindo o Kia Niro: todos os quatro cilindros de freio são acionados pelo cilindro mestre do freio através de dois circuitos.
Ao travar veículos com um sistema de travagem semelhante, ocorre uma mudança da travagem eléctrica para a travagem hidráulica em determinadas circunstâncias. Para garantir que a desaceleração da travagem e a sensação no pedal do travão funcionam suavemente, a "mistura de travões" é utilizada neste sistema de travagem. Isso é descrito na próxima seção.
Mistura de freio:
Ao soltar o pedal do acelerador ou ao frear com moderação, muitos veículos elétricos freiam exclusivamente nos motores elétricos. A energia cinética é convertida em energia elétrica, aumentando a autonomia do veículo. O sistema de travagem hidráulico quase não é utilizado. Quando é necessária uma desaceleração de frenagem elevada, o freio elétrico e o freio de serviço hidráulico trabalham juntos. Chamamos a colaboração dos dois sistemas de travagem de “combinação de travões”. Nas gerações anteriores de veículos híbridos e totalmente elétricos, isto não acontecia bem e a diminuição da velocidade do veículo mudava quando o freio hidráulico era acionado. Com as tecnologias atuais, o condutor já não se apercebe da transição entre os dois sistemas de travagem. Observação: esta não é a tecnologia usada com drive by wire.
O gráfico mostra a transição dos dois sistemas de frenagem onde a desaceleração da frenagem permanece constante. A força do pedal do motorista (a) permanece a mesma por 10 segundos. Ao iniciar a frenagem, o freio de serviço hidráulico e a frenagem regenerativa dos motores elétricos trabalham juntos. Durante os primeiros seis segundos vemos que a desaceleração devido à travagem regenerativa aumenta. O motor elétrico funciona como gerador e alimenta a bateria HV com a energia gerada. A força de travagem do travão de serviço hidráulico continua a diminuir até deixar de funcionar. Após aproximadamente 7,5 segundos aproximamo-nos da paralisação do veículo e a potência da travagem eléctrica desaparece. A força de travagem hidráulica aumenta novamente. Após 8,5 segundos, o veículo para. O motorista continua a pressionar o pedal do freio por um momento.
a: força do pedal do motorista
b: desaceleração devido à frenagem regenerativa (usando motor elétrico)
c: desaceleração devido ao freio de serviço hidráulico
d: atraso desejado pelo motorista
e: diminuição da velocidade
d = c + b
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