Técnico de Mecatrónica Automóvel - Nível IV Curso EFA
Formador:
Paulo Jorge de Sousa Fidalgo Nº 15
Designação da UFCD: Diagnóstico e reparação em sistemas de segurança activa e passiva Código: 5006 Carga Horária: 50 horas Objectivos
Identificar, caracterizar, descrever a função e funcionamento e verificar sistemas de segurança activa e passiva.
Diagnosticar, identificar e reparar avarias em sistemas de segurança activa.
Conteúdos
Fluidos de sistemas de travagem hidráulicos
Tipos de sistemas de travagem anti-bloqueio
Tipos de sistemas de controlo de tracção
Tipos de sistemas de controlo de estabilidade
(Des)montagem de componentes
Componentes do sistema de travagem anti-bloqueio
Estanquicidade dos sistemas hidráulicos
Avarias em sistemas de travagem anti-bloqueio
Tipo de diagnóstico a efectuar em sistemas de travagem anti-bloqueio
Reparação em sistemas de travagem anti-bloqueio
Tipo de diagnóstico a efectuar em sistemas de controlo de tracção
Tipo de diagnóstico a efectuar em sistemas de controlo de estabilidade
Reparação em sistemas de controlo de tracção
Reparação em sistemas de controlo de estabilidade
Medição de pressões com manómetros de pressão
Verificação em sistemas de air bags e pré-tensores
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Sistemas de Segurança Activa Os sistemas de segurança activa são sistemas que permitem prevenir ou evitar os acidentes, pois atuam em situação de emergência, antes do acidente. Todos os sistemas que o veículo possui e que atuam durante a condução ou numa situação de perigo eminente, tais como: • Todos os equipamentos de apoio à visibilidade (vidros, pára-brisas, escovas de limpeza dos vidros e seu sistema, retrovisores, faróis, pala de sol, sistema de desembaciamento dos vidros etc.); • Os sistemas de travagem, de ajuda e aumento de eficácia (tipo de travão, arrefecimento da travagem, ABS, servo-freio, …); • O sistema de direcção, pneus, amortecedores e demais órgãos de aderência e suspensão e controlo de estabilidade(como apêndices aerodinâmicos, ESC, …); • A motorização e sua capacidade de resposta e motricidade (sistemas de distribuição e alimentação, turbocompressores, diferenciais, controlo de tração, …); • Equipamentos de apoio ao conforto e navegação (GPS, bancos envolventes, climatização, ergonomia dos diferentes comandos, correcta disposição dos vários instrumentos e acessórios, kit de mãos livres para telemóvel, comando satélite do auto-rádio…);
Sistemas de apoio à dinâmica de condução:
ABS - Antilock Breaking System - Sistema antiblocagem das rodas Quando as rodas bloqueiam, numa travagem, o condutor deixa de conseguir alterar a trajectória do veículo, mesmo que rode o volante, e a distância de travagem aumenta consideravelmente. Numa situação destas, as rodas imobilizam-se mas o veículo continua em movimento, por inércia, no sentido da deslocação no momento imediatamente anterior ao bloqueio. Se o bloqueio se der a meio duma curva, o veículo subvira e mantém a direção do seu movimento inicial imediatamente antes do bloqueio – neste caso para o exterior da curva – despistando-se ou embatendo noutro(s) veículo(s). Para aumentar a eficácia da travagem e evitar o bloqueio das rodas, foi introduzido nos anos 50 e inicialmente na aviação, o sistema anti-bloqueio dos travões. O sistema atual para automóveis foi introduzido pela primeira vez em finais dos anos 70. O princípio físico de base a partir do qual o ABS foi desenvolvido é o de que o atrito estático (aquele que existe quando há aderência da roda ao piso) é sempre maior do que o atrito cinético (aquele que existe quando há derrapagem). Um ABS típico inclui uma unidade central de controlo electrónico (ECU), quatro sensores de velocidade da roda, e pelo menos duas válvulas hidráulicas, dentro do sistema hidráulico do travão. A ECU monitoriza constantemente a velocidade de rotação de cada roda, de detectar uma roda a girar Novembro de 2012
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significativamente mais devagar do que as outras, é uma condição indicativa de um possível bloqueio da roda poderá ser iminente. Então a Centralina do ABS acciona as válvulas para reduzir a pressão hidráulica para o travão dessa roda, reduzindo assim a força de travagem nessa roda. Inversamente, se a ECU detectar uma roda significativamente mais rápida do que as outras, a pressão hidráulica no travão para essa roda é aumentada de modo a que a força de travagem seja reaplicada, abrandando a roda. Este processo é repetido continuamente e pode ser detectado pelo condutor através da pulsação no pedal do travão. Alguns sistemas de ABS podem aplicar ou libertar a pressão de travagem cerca de 15 vezes por segundo. O ABS moderno aplica a pressão de travagem de forma individual para todas as quatro rodas, por meio de um sistema de controlo que é inserido no cubo, são aí montados sensores e um micro controlador. O ABS é obrigatório na Europa, desde 2004, em todos os veículos com produção em série acima de 500. Este equipamento de segurança é também a base para sistemas de controlo electrónico de estabilidade, que estão a crescer rapidamente em popularidade, não só devido à grande redução no preço de produtos electrónicos para veículos ao longo dos anos como ao aumento do segurança que proporciona. Os modernos sistemas de controlo electrónico de estabilidade são uma evolução do conceito ABS. Aqui, um mínimo de dois sensores adicionais são aplicados para ajudar o trabalho do sistema: um sensor de ângulo de direcção da roda, e um sensor giroscópico. Na prática a operação é simples: quando o sensor giroscópico detecta que a direcção tomada pelo carro não coincide com os relatórios da direcção obtidos através do sensor da roda, o software (CES) irá travar a roda necessária de modo a que o veículo passe a obedecer á intenção do condutor. O sensor de volante também ajuda na operação do Cornering Brake Control (CBC), quer isto dizer que o ABS actua sobre as rodas no interior da curva, travando mais as rodas sobre o lado de fora. O sistema ABS permite: • Um controlo direccional do veículo mais eficaz, em situações de desvio brusco de trajectória com travagem a fundo; • Reduzir a distância de travagem, especialmente em situação de baixo coeficiente de atrito como surge em piso contaminado ou escorregadio; • Diminuir o desgaste dos pneus durante a travagem; • Reduzir a energia do embate, por redução da velocidade, em caso de colisão. O ABS nem sempre evita os acidentes porque: • a sua capacidade de imobilização (a taxa de desaceleração máxima) do veículo está limitada, fisicamente, ao coeficiente de atrito disponível e à resistência dos travões ao sobreaquecimento (o fator eficiência da travagem); • uma vez que a distância de travagem tende a ser menor, se o veículo que segue atrás não possuir o sistema e/ou não mantiver uma distância de segurança que, por definição, lhe permita parar em segurança, uma colisão resultará;
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• por vezes, (e de acordo com estudos já efectuados), os condutores que conduzem veículos com ABS, confiando na eficácia que o sistema promove, tendem a conduzir de forma menos defensiva, isto é, a circular a velocidades superiores mesmo em condições de piso pouco aderente e a manter distancias de segurança mais pequenas, propiciando os acidentes. Apesar da eficácia comprovada do ABS, o condutor não deverá cometer o erro de confiar no sistema para resolver situações críticas causadas ou potenciadas por excesso de confiança ou por falha grave na prática de condução defensiva. O princípio da condução defensiva, nomeadamente no que toca à velocidade de circulação, deve ser sempre respeitado independentemente do sistema de travagem do veículo.
SISTEMAS DE ASSISTÊNCIA À TRAVAGEM Muitos veículos estão actualmente equipados com sistemas electrónicos de apoio e assistência à travagem: • a sua capacidade de imobilização (a taxa de desaceleração máxima) do veículo está limitada, fisicamente, ao coeficiente de atrito disponível e à resistência dos travões ao sobreaquecimento (o factor eficiência da travagem); • uma vez que a distância de travagem tende a ser menor, se o veículo que segue atrás não possuir o sistema e/ou não mantiver uma distância de segurança que, por definição, lhe permita parar em segurança, uma colisão resultará; • por vezes, (e de acordo com estudos já efectuados), os condutores que conduzem veículos com ABS, confiando na eficácia que o sistema promove, tendem a conduzir de forma menos defensiva, isto é, a circular a velocidades superiores mesmo em condições de piso pouco aderente e a manter distancias de segurança mais pequenas, propiciando os acidentes. • BAS - Break Assist - Assistência electrónica de travagem -sistema de apoio ao esforço aplicado pelo condutor no pedal do travão. Estudos científicos mostram que o esforço aplicado no pedal do travão pode não permanecer o suficiente ao longo de uma travagem. Neste caso, o sistema de assistência de travagem electrónica aumenta o esforço de travagem compensando o aliviar do pedal. Aumenta a pressão da travagem quando detecta que o condutor efectua uma travagem de emergência, medindo a velocidade com que é aplicado o pedal de travão. Normalmente os veículos equipados com este sistema, ligam os sinalizadores de emergência (4 piscas) de forma automática, sem intervenção do condutor; • Distribuição da força de travagem (EBD) distribui a força de travagem a cada roda, de forma independente, de acordo com a aderência disponível em cada roda; • Sistema de travagem eléctrico (EBS), efectua a activação do travão de forma eléctrica, permitindo uma actuação mais rápida dos travões. O sistema de controlo de tração, ou “Traction Control” (TC ou ARS), tem como base a gestão da quantidade de torque (binário) transmitido às rodas. O princípio de funcionamento é idêntico ao do sistema de travagem anti-bloqueio ABS, mas operando de forma inversa, ou seja, aplicado à aceleração/tração. O sistema detecta a (s) roda (s) que derrapam em virtude do binário/torque, transmitido pelo motor, limitando estrategicamente a sua aplicação consoante a intensidade da derrapagem. Este sistema é especialmente eficiente em piso de baixo coeficiente de atrito, em piso contaminado (água, óleo ou gelo), tanto em recta como em curva, permitindo inclusivamente subir rampas praticamente impossíveis de transpor sem sistema de controlo de tração. Novembro de 2012
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Em curva, o TC elimina a subviragem por excesso de aceleração, em veículos de tração dianteira, e elimina a sobreviragem por excesso de aceleração em veículos de tração traseira.
SISTEMA ESC (ESP) - Electronic Stability Program , desenvolvido pela Bosh em parceria com a Continental e introduzido na década de 90, é o sistema de controlo de estabilidade dinâmica de um veículo por um software e sensores que medem as acelerações angulares, posição do volante, atributos de ABS da travagem assistida e controle de tracção. Em situações de subviragem e sobreviragem assim como problemas de falta de tracção em acelerações ou reduções bruscas, corrige a trajectória e a derrapagem do veículo. Uma vez detectadas discrepâncias na dinâmica do veículo com base nestas medições, o sistema atua prontamente em cada roda, travando-a estrategicamente, de forma a induzir ou anular a guinada, provocando a desejada rotação (em caso de subviragem) ou recuperando a desejada estabilidade rotacional (em caso de sobreviragem). No caso de subviragem (situação em que o veículo numa curva tende a sair de frente), o ESP acciona automaticamente o travão da roda traseira interior à curva. Em caso de sobreviragem (situação em que o veículo tende a fugir de traseira durante a negociação da curva) o ESP acciona momentaneamente o travão da roda dianteira exterior à curva. Sempre que o ESP entra em funcionamento pisca uma luz avisadora no painel de instrumentos do veículo. O funcionamento do ESP não depende do condutor. Por outras palavras, ele funcionará mesmo que o condutor não accione o pedal do travão. Consoante a marca e modelo do automóvel, o ESP pode (ou não) ser desligado pelo próprio condutor.
ASR - Sistema de Controlo Antipatinagem Sempre que se acelera o motor, há uma possibilidade de as rodas patinarem (quer seja num arranque, quer seja com o veículo a rolar). Este sistema detecta se uma roda está a patinar. Caso isso se verifique, o binário do motor é reduzido momentaneamente até se restabelecer a aderência.
EDS - Electronic Dynamic System Controlo de antipatinagem no arranque. Este sistema detecta se uma roda está a patinar num arranque. Caso isto se verifique, aplica os travões nessa roda para a aderência ser restabelecida na outra roda motriz. Só funciona até aos 40 km/h.
MSR - Regulador momentâneo de binário Sempre que fazemos uma redução de caixa de velocidades existe a possibilidade de as rodas bloquearem momentaneamente devido à variação brusca do regime do motor. Este aspecto é mais normal em desaceleração súbita sobre solo gelado. O sistema MSR reconhece essa situação e aumenta por instantes o binário transmitido às rodas de modo a que a desaceleração seja mais suave e progressiva. Por outras palavras, nas reduções o MSR acelera o motor ligeiramente para atenuar a variação de regime do motor. Em 2000, um estudo alemão demonstrava que entre 20 a 25% dos acidentes rodoviários graves eram devidos a falhas no controlo da estabilidade. No ano seguinte, um engenheiro alemão da Ford efectuou um estudo que indicava que este sistema poderia reduzir até 35% das fatalidades rodoviárias. Assim, o EuroNCAP introduziu, em Janeiro de 2009, a obrigatoriedade deste sistema nos veículos ligeiros para obtenção das 5 estrelas nos testes de colisão, mas sob a denominação do ESC (Controlo Electrónico de Estabilidade).
Sistemas de alerta para motoristas sonolentos Novembro de 2012
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Na opinião de Claes Tingvall, chefe do departamento de segurança de tráfego nas estradas da Suécia (em inglês), terra da Volvo (em inglês), há décadas líder em segurança veicular, a indústria automotiva está prestes a ver uma revolução na segurança veicular. A segurança nunca recebeu tal prioridade desde o surgimento dos cintos de segurança, nos anos 60. [fonte: Reuters (em inglês)]. Empresas de automóveis como Volvo, Saab, Nissan e Mercedes-Benz têm estudado os motoristas que são privados de sono em simulações de situações de direção, a fim de descobrirem a melhor maneira de acordar os motoristas sonolentos. A partir destes testes, a Volvo criou o sistema Driver Alert (alerta para motorista). Se o carro sentir que o motorista começou a cochilar, ele emite um alarme audível e também, um ícone exibindo uma xícara de café pisca no painel. [fonte: Edmunds (em inglês)]. A Saab possui um sistema similar. O Driver Attention Warning System (sistema de aviso para a atenção do motorista) da empresa utiliza um alarme de voz. Se um motorista estiver "pescando", o carro anuncia: "você está cansado," seguido por: "você está perigosamente cansado! Pare quando for mais seguro!" O banco do motorista também vibra para ajudar a despertá-lo. [fonte: Forbes Autos (em inglês)]. A segunda geração dos sistemas de alarme para motoristas sonolentos terá uma tecnologia ainda melhor. Empresas independentes estão aperfeiçoando alertas que podem despertar com segurança um motorista. Medidas adicionais, como a emissão de jatos de ar na nuca do motorista, volantes que vibram e uma direção automática que assume o controle do carro quando você cochila, logo poderão ser todas encontradas nos sistemas de alerta para motoristas. [fonte: New York Times]. Espere, espere, espere: como o carro sabe que você está começando a adormecer? Os pesquisadores estão ajustando as atuais tecnologias de segurança automotiva e aplicando-as de novas maneiras. Por exemplo, os sistemas de aviso para ponto cego dos carros digitais (em inglês) de hoje mantêm um olho no lado de fora para os outros veículos em lugares que você não consegue ver. Eles também analisam a relação do carro com a sua faixa e se a seta está ligada ou não. Junte a este sistema a direção automática que assume o controle do carro quando você cochila e você tem parte de um sistema de alerta para motoristas sonolentos. Logo, você e seu carro estarão mais íntimos do que nunca. A partir do momento em que você comprar o seu Mercedes-Benz 2009 (em inglês) e começar a guiá-lo, o computador de bordo analisa o seu modo particular de direção para criar um perfil. Ele combina este perfil com a sua situação de direção atual, ou seja, como você está dirigindo, há quanto tempo está dirigindo num trecho e a hora atual. Se o seu comportamento não bater com o seu perfil, o carro consegue saber que algo não está certo e lhe emite um alerta. Então, esteja você cochilando, distraído ou experimentando a estrada, o alerta deve torná-lo mais consciente quando estiver no volante. [fonte: Gizmag]. E mais, o carro cria um perfil para cada motorista. [fonte: Motor Authority (em inglês)]. O sistema da Volvo é parecido; o carro também analisa o seu modo de dirigir, como a proximidade com os carros à sua frente e se você está se mantendo em sua faixa, para determinar o estado de alerta. O computador de bordo da Saab utiliza um software de reconhecimento facial para determinar se você está ficando adormecido. Câmeras de visão noturna treinadas em sua face analisam o repouso dos músculos faciais, os padrões do piscar de olhos e por quanto tempo os olhos ficam fechados entre as piscadas. Uma vez concluído que você não está mais acordado, o sistema é ativado para despertá-lo de seu sono perigoso. [fonte: Forbes Autos (em inglês)]. Mas até você comprar um carro novo com um destes sistemas, é melhor fazer uma pausa para o café antes de começar a "pescar".
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Para mais informações sobre carros de alta tecnologia e outros assuntos relacionados, visite a próxima página.
Segurança Passiva Mesmo que um veículo seja excepcional no campo da segurança activa (que procura evitar o acidente) poderão surgir situações em que o acidente seja inevitável. Nesse caso a preocupação passa a ser outra. Já que o acidente vai (infelizmente) ocorrer, tentemos então minimizar o efeito do mesmo nos passageiros (sacrificando, se necessário, o veículo). Reduzir ao mínimo as lesões que o acidente possa provocar nos passageiros é uma tarefa extremamente complicada para os engenheiros envolvidos nesta matéria. O estudo da segurança passiva envolve a realização de simulações de acidentes (denominados de crash-tests) onde bonecos devidamente monitorizados (dummies) desempenham o papel dos seres humanos. Nas últimas duas décadas, este ramo da segurança tem evoluído drasticamente mas partindo de um pressuposto fundamental: que os ocupantes do veículo se encontram sentados com o cinto de segurança devidamente apertado. Por outras palavras, o elemento fundamental da segurança passiva é o cinto de segurança, tendo a grande maioria dos restantes sistemas suplementares sido desenvolvidos assumindo que o cinto se encontra apertado. Como exemplos de elementos que contribuem para a segurança passiva de um veículo podemos referir os seguintes: • os airbags frontais e laterais • as barras protectoras nas portas • a carroçaria com estrutura de deformação programada (que absorve a energia do embate mantendo, dentro do possível, a região do habitáculo indeformada) • os bancos com efeito anti-submarino, evitando que os pés e pernas do condutor penetrem na zona dos pedais • a coluna de direcção retráctil • os encostos de cabeça reguláveis em altura • os pré-tensores dos cintos de segurança Em caso de acidente apenas um destes elementos da lista poderá fazer a diferença entre a vida e a morte dos ocupantes do veículo.
Pré-tensores – cintos de segurança Mesmo que o cinto de segurança esteja convenientemente apertado, existe sempre uma folga devido à roupa que usamos, o enrolador que poderá não estar totalmente esticado, para já não falar nas "molas" que tantos gostam de utilizar para não amarrotar a roupa! A estas folgas há ainda que juntar a folga proveniente da distância que o enrolador tem de percorrer até que a violência da desaceleração leve a que o cinto fique preso. Todas esta folgas podem levar a lesões na região do tórax coberta pelo cinto. Para tentar evitar estas lesões, surgiram os pré-tensores pirotécnicos. Trata-se de um dispositivo de segurança passiva, accionado por cargas explosivas que são activadas em caso de acidente violento, e que permitem retirar a folga do cinto existente numa utilização normal. Inércia e colisão
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A idéia básica de um cinto de segurança é bastante simples: ele impede que a pessoa voe pelo párabrisa ou vá de encontro ao painel quando o carro pára abruptamente. Mas por que isso aconteceria? Em síntese, é devido à inércia. Inércia é a tendência de um objeto em continuar se movendo até que encontre algo interrompa seu deslocamento. Em outras palavras, inércia é a resistência do objeto à mudança de velocidade e direção de percurso. Os objetos tendem a continuar seu movimento naturalmente. Em um veículo a 80km/h, a inércia faz com que ele permaneça a 80km/h e na mesma direção. A resistência do ar e o atrito com a estrada reduzem constantemente a velocidade, mas o motor compensa essa perda de energia. Tudo que está dentro do carro, inclusive o motorista e os passageiros, possui sua própria inércia, que é independente da inércia do veículo. Imagine que você está andando a uma velocidade constante de 80 km/h. Sua velocidade e a do veículo são exatamente a mesma, logo, a sensação é que você e o veículo se movimentam como se fossem um único objeto. Se o carro colidir com um poste, entretanto, é óbvio que a sua inércia e a do carro seriam completamente independentes. A força do poste induziria o carro a uma parada brusca, enquanto a sua velocidade permaneceria a mesma. Sem o cinto de segurança, você se chocaria com o volante a 80 km/h, ou atravessaria o pára-brisa a essa mesma velocidade. Assim como o poste conteve o carro, o painel, o pára-brisa ou a estrada também conteriam você, exercendo grande força. Não importa o que aconteça em uma batida, algo teria que exercer uma força sobre você para freálo. Dependendo de onde e como a força é aplicada, você pode morrer instantaneamente ou sobreviver ao acidente sem nenhum arranhão. Se você bate com a cabeça contra o pára-brisa, a força de resistência concentra-se em uma das partes mais vulneráveis do corpo. O impacto também pára você muito rápido, pois o vidro é uma superfície dura, o que pode facilmente matar ou ferir de forma grave uma pessoa. Um cinto de segurança aplica uma força de resistência no corpo por um período de tempo maior. Na próxima seção, veremos como isso reduz as chances de ferimentos mais sérios. Aplicando resistência Na seção anterior vimos que no momento em que um veículo pára repentinamente, o passageiro também pára. A tarefa de um cinto de segurança é espalhar a força de parada pelas partes mais firmes do corpo a fim de minimizar o dano. Um cinto de segurança comum consiste em um cinto abdominal, que passa pela pélvis, e um cinto sub abdominal, que se estende pelo tórax. As duas partes estão presas a uma estrutura do carro para que os cintos segurem os passageiros em seus assentos. Quando o cinto é colocado de maneira correta, a maior parte de sua força de resistência é aplicada sobre a caixa torácica e a pélvis, que são partes do corpo relativamente resistentes. Uma vez que os cintos se estendem por uma boa parte do corpo, a força não fica concentrada em uma área pequena, assim, não há como causar muito dano. Além disso, o tecido do cinto de segurança é feito de um material flexível, permitindo que ele se estique um pouco, o que significa que a parada não é tão abrupta. Contudo, o cinto de segurança só pode esticar um pouco, caso contrário, você colidiria com Novembro de 2012
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o volante. Cintos de segurança seguros, permitem que você movimente-se apenas um pouco para a frente. A zona de deformação de um carro é que realiza o verdadeiro trabalho de atenuar a pancada. As zonas de deformação são áreas nas partes dianteira e traseira do carro que se quebram facilmente. Ao invés do veículo inteiro parar bruscamente quando atinge um obstáculo, ele absorve parte do impacto. A cabine do carro é sólida e não se deforma ao redor dos passageiros. Ela continua se movendo ligeiramente, comprimindo a frente do carro contra o obstáculo. É claro que as zonas de deformação só vão protegê-lo se você se mover junto com a cabine do carro, isto é, se você está protegido pelo cinto de segurança. O tipo de cinto mais simples, encontrado em algumas montanhas-russas, consiste em uma extensão de tecido presa ao corpo do veículo. Estes cintos prendem a pessoa contra o assento, o que é bastante seguro mas pouco confortável. Os cintos de segurança dos automóveis possuem a capacidade de extensão e retração. É possível se inclinar para frente enquanto o cinto se estica. Entretanto, em uma colisão, o cinto vai puxá-lo repentinamente e prendê-lo em seu assento. Na próxima seção, conheceremos o mecanismo que torna tudo isso possível. O tecido do cinto está conectado a um mecanismo de retração. O elemento principal em um retrator é a bobina, presa a uma das extremidades do tecido. Dentro do retrator, uma mola imprime uma força de rotação, ou torque, à bobina. Isso serve para rodar a bobina de modo que esta enrole qualquer tecido frouxo. Uma mola em espiral gira a bobina para manter o tecido do cinto de segurança esticado Quando a bobina é puxada, ela gira em sentido anti-horário, fazendo com que a mola também siga essa direção. A bobina giratória serve para desenrolar a mola. A mola tende a voltar para sua posição inicial, logo, resiste ao movimento de torção. Se o tecido for solto, a mola irá se contrair, girando a bobina no sentido horário até que não sobre nenhuma folga no cinto. O retrator possui um mecanismo de trava que pára a rotação da bobina quando o carro colide. Atualmente existem dois tipos de mecanismos de trava muito usados: sistemas acionados pelo movimento do carro sistemas acionados pelo movimento do cinto O primeiro sistema trava a bobina quando o carro desacelera rapidamente (quando atinge algo, por exemplo). O diagrama abaixo ilustra a versão mais simples do modelo. O elemento principal de operação desse mecanismo é o pêndulo de equilíbrio (ou peso). Quando o carro pára repentinamente, a inércia faz com que o pêndulo se mova para frente. A lingueta na outra ponta do pêndulo prende o mecanismo de engrenagem dentado que está preso à bobina. Com a lingueta prendendo um dos dentes, a engrenagem não pode girar no sentido anti-horário, nem a bobina. Quando o tecido volta a se esticar após a batida, a engrenagem gira no sentido horário e a lingueta fica livre.
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O segundo tipo de sistema trava a bobina quando algo puxa bruscamente o tecido do cinto. A força de ativação na maioria dos modelos é a velocidade de rotação da bobina. O diagrama abaixo mostra uma configuração comum. O elemento principal de operação nesse modelo é a embreagem centrífuga, uma alavanca de garra posicionada centralmente para rotacionar a bobina. Quando ela gira devagar, a alavanca não revolve em torno do eixo. Uma mola a mantém em sua posição. Entretanto, quando o tecido é puxado, fazendo com que a bobina gire mais rapidamente, a força centrífuga impulsiona o final da alavanca para fora. A alavanca empurra o excêntrico que está no compartimento do retrator. O excêntrico está conectado a uma lingüeta central por um pino deslizante. À medida que o ele vai para a esquerda, o pino se move junto com um entalhe na lingüeta. Isso puxa a lingüeta para a engrenagem em rotação, que está presa à bobina. A lingüeta trava no dente da engrenagem, impedindo a rotação no sentido horário. Em alguns sistemas novos, um pré-tensionador também funciona para apertar o tecido do cinto. Na próxima seção, veremos como funciona esse dispositivo. O pré-tensionador A idéia de um pré-tensionador é enrolar toda sobra de tecido do cinto no caso de uma batida. Enquanto o mecanismo convencional de trava em um retrator impede que o cinto se estenda além do necessário, o pré-tensionador contrai no próprio cinto. Esta força ajuda a mover o passageiro para uma boa posição no assento. Os pré-tensionadores normalmente funcionam em conjunto com os mecanismos de trava convencionais, mas não no lugar deles. Há uma infinidade de sistemas de pré-tensionadores no mercado. Alguns impulsionam todo o mecanismo de retração para trás, outros fazem a própria bobina girar. Em geral, os pré-tensionadores estão ligados ao mesmo processador de controle central que ativa os air bags dos carros. O processador monitora sensores de movimento mecânicos ou elétricos que respondem a uma desaceleração brusca em um impacto. Quando um impacto é detectado, o processador ativa o pré-tensionador e, em seguida, o air bag. Alguns pré-tensionadores são construídos em torno de motores elétricos ou solenóides (em inglês), mas os modelos mais populares usam a pirotecnia para puxar o cinto. O diagrama abaixo ilustra um exemplo representativo. Quando o gás é injetado, a pressão empurra o pistão para girar o retrator O elemento principal nesse pré-tensionador é um cilindro de gás combustível. Dentro do cilindro, há um cilindro menor com um detonador de material explosivo. Este cilindro menor é equipado com dois eletrodos, presos por cabos ao processador central.
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Quando o processador detecta uma colisão, emite imediatamente uma corrente elétrica pelos eletrodos. As fagulhas dos eletrodos acionam o detonador, que entra em combustão para inflamar o gás dentro do cilindro. O gás em combustão gera muita pressão externa. A pressão empurra o pistão do cilindro, forçando-o para cima a grande velocidade. Uma engrenagem de resposta é ligada a um dos lados do pistão. Quando o pistão dispara, a cremalheira junta uma embreagem conectada ao sistemas de retração da bobina. A cremalheira rotaciona a bobina fortemente, enrolando qualquer sobra de tecido. Limitadores de carga Em batidas graves, quando um carro colide contra um obstáculo a uma velocidade extremamente alta, o cinto de segurança pode causar lesões sérias. Como a velocidade inercial do passageiro aumenta, é necessária uma força muito maior para fazê-lo parar. Em outras palavras, quanto mais rápido o impacto, mais forte o cinto segura o passageiro. Alguns sistemas de cinto de segurança usam limitadores de carga para minimizar o dano causado pelo cinto. A idéia básica é liberar um pouco mais de tecido quando uma força muito grande é aplicada ao cinto. O limitador de carga mais simples é uma dobradiça costurada no tecido do cinto de segurança. Os pontos costurados são feitos para serem rompidos quando uma certa quantidade de força é empregada ao cinto. Quando esses pontos se desfazem, o pano se desdobra, permitindo que o cinto se estenda mais um pouco. Os limitadores de carga mais avançados contam com uma barra de torção no mecanismo de retração. Uma barra de torção é apenas uma extensão de metal que se torce quando uma força suficiente é aplicada. Em um limitador de carga, a barra de torção é presa pelo mecanismo de trava a uma extremidade e pela bobina de rotação na outra. Em acidentes menos graves, a barra de torção não se altera e a bobina tranca juntamente com o mecanismo de trava. Contudo, quando muita força é aplicada ao tecido (e, portanto, à bobina), a barra de torção gira levemente. Isso permite que o tecido se estenda um pouco mais. Ao longo dos anos, os cintos de segurança comprovaram que são o dispositivo mais importante na segurança de carros e caminhões. Entretanto, eles não são infalíveis, e os engenheiros especializados em segurança automobilística acreditam que há muito o que aprimorar no modelo atual. Futuramente, os carros serão equipados com cintos de segurança e air bags melhores e é muito provável que contem com uma tecnologia de segurança totalmente nova. Evidentemente, o governo ainda terá que lidar com o maior problema dos equipamentos de segurança: convencer as pessoas a usá-los.
•Air Bag/Side Bag Bolsa de ar (também denominada de almofada de ar) que, em caso de colisão, pode ser insuflado no sentido de proteger os ocupantes do veículo contra danos físicos. Airbag é um componente de segurança dos carros, que pode ser usado em algumas máquinas industriais e em robôs de pesquisa, que funciona de forma simples: quando o carro sofre um grande impacto, vários sensores dispostos em partes estratégicas do veículo (frontal, traseiro, lateral direito, lateral esquerdo, atrás dos bancos do passageiro e motorista, tipo cortina no forro interno da Novembro de 2012
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UFCD: Diagnóstico e Reparação em Sistemas de Direcção e Suspensão
cabina) são acionados emitindo sinais para uma unidade de controle que por sua vez checa qual sensor foi atingido e assim aciona o airbag mais adequado. Este dispositivo é constituído de pastilhas de nitrogênio que são acionadas por uma descarga elétrica pela central eletrônica dentro de um balão de ar muito resistente, que é o próprio Airbag, este por sua vez se enche rapidamente amortecendo assim o choque e evitando que motorista e passageiros sofra danos físicos principalmente no rosto, peito e coluna. Para evitar o sufocamento o Airbag vai perdendo pressão após o acionamento. Atualmente existem modelos que calculam a severidade do impacto e calculam a intensidade que o Airbag deve inflar. Benefícios Os airbags são um adicional ao cinto de segurança em reduzir a chance de que a cabeça e a parte superior do corpo de um ocupante bata em alguma parte no interior do veículo. Eles também ajudam a reduzir o risco de lesões graves distribuindo as forças da batida mais uniformemente ao longo do corpo do ocupante. “Um estudo recente concluiu que cerca de 6.000 vidas já foram salvas graças aos airbags.” Entretanto, o número exato de vidas salvas é quase impossível de se calcular. Como enche o airbag Para que condutor e passageiros embatam nos airbags é necessário que estes se encham muito depressa: 25 milésimos de um segundo, cinco vezes mais rápido que um piscar de olho. A reacção química escolhida para encher o airbag tão rapidamente foi a decomposição de azida de sódio. A azida de sódio é um composto químico muito instável e tóxico, constituído por átomos de sódio e de nitrogênio (NaN3). No sistema de airbag a azida de sódio encontra-se num pequeno contentor, juntamente com nitrato de potássio (KNO3) e óxido de sílicio ( SiO2). Quando acontece a activação do airbag, ocorre uma ignição electrónica que aquece a azida de sódio a mais de 300 °C. Esta temperatura desencadeia a reacção química de decomposição da azida de sódio em sódio metálico (Na) e em nitrogênio molecular (N2). O nitrogênio molecular é libertado como um gás, que rapidamente enche o airbag. É no entanto necessário ter cuidado com o sódio, que é um metal muito reactivo. Este reage rapidamente com nitrato de potássio, libertando mais nitrogênio molecular, óxido de sódio e óxido de potássio. Finalmente estes óxidos reagem com o óxido de silício formando-se vidro em pó. O vidro formado é filtrado de forma a não entrar na almofada. O nitorgênio molecular é um gás inerte e não combustível. Em caso de colisão o nitorgênio não reage, pelo que não é um perigo para o condutor e passageiros. Quase ao mesmo tempo que a almofada se enche começa a esvaziar de forma controlada, outra forma de amortecer o choque.
Novembro de 2012
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