Eletrônica Automotiva

1. Vítor Schwambachvsc@cin.ufpe.br Eletrônica Automotiva

2. Agenda • Introdução • Como funciona o motor de um carro? • Combustão interna • Comando de Válvulas • Ignição eletrônica • Injeção eletrônica • ECU (Engine Controller Unit) • CAN (Controller Area Network) • Dispositivos de segurança • ABS (Anti-Lock Braking System) • Airbag • Cintos de segurança

3. Agenda • Dispositivos que melhoram o conforto • Espelhos, vidros e travas elétricas • Transmissão automática • Cruise control • Novas tecnologias • Sistemas de diagnóstico • Direção ativa • Stop & Start • Choque do futuro

4. Introdução • A cada ano os carros ficam mais complexos • Atualmente os carros podem chegar a ter mais de 50 microprocessadores embarcados

5. Introdução • Algumas razões para o aumento do número de microprocessadores são: • A necessidade de controle sofisticado do motor para atingir metas de emissão e economia de combustível • Diagnósticos avançados • Simplificação da fabricação e projeto dos carros • Redução na quantidade de fios • Melhoria na segurança • Maior conforto e conveniência

6. Como funciona o motorde um carro? • Motores de combustão interna • Relativamente eficientes • Relativamente baratos • Relativamente fáceis de reabastecer

7. Combustão interna • Praticamente todos os carros usam o ciclo de combustão de quatro tempos: • Admissão • Compressão • Combustão • Exaustão • Inventado por Nikolaus Otto em 1867

8. Combustão interna 4 cilindros em linha 6 cilindros em V

9. Comando de válvulas • Comando de Válvulas (Camshaft): • SOHC (Single Overhead Cam) • DOHC (Double Overhead Cam) • Honda VTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control) • Variabilidade infinita

10. Ignição eletrônica • Vela • Gera a fagulha que inicia a combustão no motor • Feita de cerâmica

11. Ignição eletrônica • Distribuidor • Distribui corrente para as velas • ECU (Engine Control Unit) • Sensor que informa qual a posição exata dos pistões • Transistores distribuem a corrente

12. Injeção eletrônica • Amplamente utilizada desde a década de 80 na Europa • Criada devido à crescente complexidade dos carburadores: • Circuito principal • Circuito idle • Circuito de aceleração • Circuito de aumento de potência • Engasgue

13. Injeção eletrônica • Injeção eletrônica: • Único bico injetor(single point) • Multiponto ou seqüencial • Comandado pela ECU (Engine Control Unit)

14. Injeção eletrônica • Sensores acoplados à ECU: • Sensor de fluxo de massa de ar • Sensor de oxigênio • Sensor de posição da válvula de admissão • Sensor de temperatura do líquido de arrefecimento • Sensor de voltagem • Sensor de pressão do ar • Sensor de velocidade do motor

15. Injeção eletrônica • Carga 3 a 2000 RPM • A: Temperatura do líquido de arrefecimento • B: Nível de oxigênio • Pulse width = (Base pulse width) x (Factor A) x (Factor B) • 8 * 0,8 * 1.0 = 0.64 ms

16. Injeção eletrônica • Chips para aumento de performance: • Substitui chip na ECU que contém as Lookup Tables • Pode fornecer mais combustível em determinadas condições • Altera a temporização do sistema de ignição • Prós: • Aumenta a performance • Contras: • Reduz tempo de vida útil do carro • Aumenta a emissão de poluentes

17. Injeção eletrônica • Catalisadores: • Criados para reduzir o nível de emissão • Trata os gases provenientes do motor: • Redução:2 NO  N2 + O2 ou2 NO2  N2 + 2 O2 • Oxidação:2 CO + O2 2 CO2

18. Injeção eletrônica • Sensores de oxigênio monitoram a quantidade de oxigênio presente na gases da exaustão do motor • A ECU utiliza esta informação para controlar a taxa da mistura ar-combustível

19. Controle sofisticadodo motor • O controle do motor é a tarefa que demanda maior poder de processamento no carro • A ECU é o computador mais poderoso na maioria dos carros • Controla desde a temperatura do líquido de arrefecimento até a quantidade de oxigênio no escapamento

20. Controle sofisticadodo motor • Uma ECU moderna pode conter um processador de 32 bits a 40 MHz • Utiliza menos de 1MB de memória

21. Controle sofisticadodo motor • O processador é encapsulado num módulo com centenas de outros componentes numa placa de circuito multi-nível, alguns desses módulos são: • Conversores analógico/digital • Saídas digitais de alta voltagem • Conversores digital/analógico • Condicionadores de sinal • Chips de comunicação

22. Controller AreaNetwork • CAN é um barramento serial com capacidades multi-master • Utiliza prioridade • Alta confiabilidade • Cada mensagem pode ter até 8 bytes de dados • A taxa de transmissão máxima é de 1Mb/s a até 40m • Cada módulo pode comunicar seu status a um módulo central para análise posterior

23. Controller AreaNetwork • Um dos benefícios é a padronização da interface dos módulos • As montadoras compram um cluster de instrumentos do fornecedor • Um único cluster pode conter os módulos necessários para interpretação dos dados de um sensor • Há menor interferência, pois o sinal é digital • Diminui a quantidade de fios no carro

24. ABS (Anti-LockBraking System) O ABS funciona liberando a roda travada durante uma frenagem • Possui 4 componentes principais: • Sensores de velocidade • Bomba • Válvulas • Controlador

25. ABS (Anti-LockBraking System) • Sensores de velocidade: • Determinam a velocidade de cada roda individualmente ou através do diferencial • Válvulas: • Aliviam a pressão em uma dada roda • Bomba: • Mantém a pressão mesmo com a válvula aberta • Controlador: • Monitora os sensores e controla as válvulas

26. ABS (Anti-LockBraking System) • O sistema ABS procura por desacelerações bruscas nas rodas • Ao detectá-las o sistema alivia a pressão no freio da roda em questão • Alguns sistemas de ABS realizam até 15 ciclos por segundo, o que pode causar vibração no pedal de freio

27. Airbag • Airbags são bolsas de ar que se expandem rapidamente numa colisão de forma a amortecer o impacto da mesma • A primeira patente de um dispositivo similar foi registrada na Segunda Guerra Mundial • Apareceu comercialmente nos automóveis nos anos 80 • Desde 1998 é equipamento obrigatório em todos os carros americanos tanto para motorista quanto para passageiro • Reduz o risco de morte em até 30%!

28. Airbag • Possui 3 componentes principais: • A bolsa de ar, feita de nylon • Um acelerômetro embutido num micro chip • O sistema que infla a bolsa de ar, realiza uma reação química que libera nitrogênio • É utilizado combustível sólido, que literalmente explode, atingindo até 322Km/h

29. Cintos de segurança • Ligado à central do Airbag, tensiona o cinto de segurança antes de o passageiro ser deslocado, colocando-o na posição ideal para o impacto

30. Espelhos, vidrose travas elétricas • Há um controlador na porta que lida com as entradas • Redução do número de fios • Módulo central de comando (body controller) • Controla os espelhos, vidros e travas elétricas • Possibilita funcionalidades extras como rebater o retrovisor e subir e descer os vidros automaticamente

31. Monitora: Velocidade do carro Velocidade do motor Posição do acelerador Posição do pedal de freio Inclinação do carro Aceleração lateral Algumas funcionalidades: Reduz a marcha em descidas Aumenta a marcha durante freadas em superfícies escorregadias Evita a troca de marchas quando realizando uma curva Transmissãoautomática

32. Cruise control

33. Cruise control • Algoritmos de controle • Controle proporcional • Controle proporcional integral e derivativo • Fator derivativo: erro na distância percorrida • Fator integral: aceleração • Controle adaptativo • Possui um radar • Ajusta a velocidade do carro para evitar colisões

34. Caixa preta

35. Caixa preta • General Motors começou a instalar seus sistemas em 1994 • Ano passado mais de 50 modelos trouxeram o SDM (Supplemental Diagnostic Module) • A FORD também equipa seus carros com o RCM (Restraint Control Module) • GM, FORD e Isuzu abriram seus códigos de programação à Vetronix • Por US$ 2459 pode-se comprar o CDR (Crash Data Retrieval)

36. Caixa preta • Módulo OBDConnect da VTTi • Permite a transferência de dados do carro diretamente ao celular do motorista • Dados podem ser transmitidos via internet para a oficina • Todos os carros americanos desde 1996 vêm com um sistema OBD-2

37. Direção ativa • Possui uma caixa de marchas entre a direção e o pinhão • Possui um sistema de freio • Pode realizar pequenas correções na trajetória

38. Stop & Start • Desenvolvido pela Citroën, em uso no C3 • Desliga o motor do carro em baixas velocidades (6Km/h), com o pedal do freio pressionado • Liga o motor do carro novamente assim que o pedal do freio é solto • Gera uma redução de até 10% na emissão de CO2 e no consumo de combustível • Economia pode chegar a 17% em condições extremas

39. O choque do futuro • A introdução dos motores elétricos causará uma redução no tamanho dos carros • Perde-se área de deformação • Solução é uma plataforma móvel

40. Hackers • Razões: • Aumentar o desempenho do carro • Tornar o carro bicombustível sem comprar um novo • Alterar informações do carro para aumentar valor de revenda

41. Conclusão • A eletrônica está cada vez mais presente nos carros atuais • Aumenta a segurança e o conforto ao dirigir • Carros sem eletrônica embarcada também terão seu espaço no mercado • Surgimento de novos problemas como os hackers

42. Referências • Revista Quatro Rodas, Editora Abril, Edições 517, 532, 536 e 537; • Site “How Stuff Works - Auto Channel”http://auto.howstuffworks.com • VTTihttp://www.vtti.com