Diferencial Eletronico

3. Diferencial Eletrónico

3.1 - Introdução

Os veículos elétricos (VEs) começam nos dias de hoje a assumir um papel importante na sociedade a nível mundial. Cada vez é mais notório o desenvolvimento destes veículos por parte dos fabricantes, sendo os veículos que apresentam um custo mais acessível aqueles que são mais falados e adquiridos pelos consumidores, apesar de começarem a existir opções que apresentam uma tecnologia e potência absolutamente fascinantes para quem aprecia e segue estas áreas de desenvolvimento tecnológico. Os veículos elétricos por definição utilizam motores elétricos para satisfazer as necessidades de tração, juntamente com uma ou mais fontes energéticas. Existem por isso diversas vantagens na utilização de veículos elétricos relativamente aos veículos tradicionais com motores de combustão interna (ICE – Internal Combustion Engine), entre elas:

- Livres de emissões e com elevada eficiência. O processo de conversão de energia num motor ICE tem uma eficiência que está tipicamente entre os 20-30%, enquanto num motor eléctrico esses valores rondam os 90%;

- Rápida resposta de binário. Um motor ICE comum tem um tempo de resposta que está tipicamente situado entre os 100 e os 500 milissegundos, enquanto que nos motores elétricos esse tempo é de apenas alguns milissegundos, sendo assim possível controlar o binário da melhor forma;

- Medição precisa do binário. Conhecido o modelo de um determinado motor elétrico e as equações matemáticas que o caracterizam, é possível determinar com precisão o seu binário atual. Nos veículos convencionais com motores ICE, a curva de binário é obtida através de ensaios experimentais, sendo posteriormente transposta para uma lookup table e utilizada pelos controladores do veículo;

- Possibilidade de instalar os motores diretamente nas rodas. A elevada densidade de potência dos motores elétricos atuais permite que um motor com tamanho e peso reduzido seja capaz de cumprir os requisitos exigidos pela tração. Esta característica permite ainda que estes motores sejam acoplados diretamente nas rodas dos veículos, dando assim lugar a um conjunto de novas possibilidades de controlo de movimento.

A par do desenvolvimento de veículos elétricos, existe também um crescimento na aplicação de soluções elétricas que são implementadas em veículos com motores elétricos, bem como em veículos com motores de combustão interna, para assegurar aos consumidores tecnologias bastante inovadoras não só nas áreas da comunicação e entretenimento, como também nas áreas da segurança própria e de terceiros, da potência e do comodismo. É no âmbito da segurança e da potência que surge o diferencial eletrónico, capaz de ser implementado com a utilização de motores nas rodas.

O diferencial num veículo apresenta três diferentes funções: a primeira é a transferência do ângulo reto do movimento de rotação do veio de accionamento para as rodas, a segunda é a possibilidade de permitir às rodas que cada uma funcione a uma velocidade diferente, para que em movimentos não rectilíneos a roda do lado exterior possa rodar mais depressa que a roda do lado oposto sendo assim possível a rotação do veículo, e por fim o aumento de binário fornecido pela razão das engrenagens (confirmar com o que for dito pelo José no capitulo anterior). O diferencial eletrónico apresenta a vantagem de aplicar as mesmas funções que um diferencial mecânico com um volume e um peso bastante mais reduzido, podendo ser acoplado diretamente nas rodas e simplificando o layout mecânico implementado no veículo. Associada à redução de volume e peso, o diferencial eletrónico é capaz ainda de melhorar a segurança na condução pois os sinais elétricos são significativamente mais rápidos que os mecânicos, permitindo assim um controlo muito mais eficiente e direto (obtenção de informação e consequente acção diretamente nas rodas de forma independente). A grande desvantagem encontra-se no custo associado à implementação deste diferencial, bem como a falta de experimentação e aperfeiçoamento relativo à utilização do mesmo.

3.2 - Visão geral sobre o diferencial eletrónico

O sistema inerente à utilização de um diferencial eletrónico passa pela divisão do mesmo em duas camadas de controlo distintas: uma camada de controlo superior, que é responsável pelo controlo do movimento, e uma camada de controlo inferior, que é responsável pelo controlo dos motores. Este mesmo sistema pode ser representado pelo seguinte esquema:

Ilustração 1 - esquema representativo do sistema de um diferencial eletrónico

Os sinais do travão e do acelerador são enviados para o controlo longitudinal. Este controlo representa o que geralmente é um sistema ABS – Anti-lock Braking System, ou TCS – Traction Control System; este sistema gera um sinal de saída em função do deslizamento das rodas (Fx), que é a força longitudinal necessária a aplicar nas rodas, com o objectivo de evitar o seu bloqueio nas travagens, ou derrapagem nas acelerações.

Por outro lado, temos o bloco do controlo lateral. Este bloco recebe os comandos enviados diretamente pelo condutor, bem como o Yaw Rate, que representa a velocidade de rotação do veículo em torno do eixo vertical, e o Side-Slip que indica o ângulo existente entre o vetor de velocidade do veículo e a sua orientação. Com base nestes parâmetros é possível calcular a diferença entre as forças longitudinais a aplicar nas rodas para que o veículo possa efetuar uma trajetória curvilínea.

O último elemento da camada superior é o bloco de alocação de binários. Este bloco destina-se a gerar dois binários distintos que serão enviados para os motores.

Por fim, as referências de binário geradas na camada de controlo superior são enviadas para a camada inferior, responsável pelo controlo do motor. Nesta camada, duas unidades de controlo independentes geram o binário eletromagnético em cada um dos motores, que se encontram acoplados às rodas correspondentes.

3.3 - Controlo do movimento

O controlador de movimento deve ser desenvolvido de forma a apresentar elevada robustez a possíveis