Aula 2 ABS e ESP

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Sistemas Automotivos
UnB-Gama – 1º/2009
AULA 18
Sistemas de Segurança 
Veicular
� Anti-Locking Brake System (ABS)
� Controle de Tração (ASC e TCS)
� Eletronic System Program (ESP)
Profs. Marcus Vinicius Girão de Morais
 
 
 
 
Sistema de Frenagem - ABS
Sistema Antibloqueio :
São dispositivos de controle no sistema de freios, que 
evitam o bloqueio das rodas na frenagem mantendo a 
dirigibilidade e a estabilidade.
Geram distâncias de frenagem menores, em geral. 
Casos particulares, a distância de frenagem aumenta 
mais a estabilidade e dirigibilidade mantem-se.
ABS – angl. Anti-Lock Brake System
História:
Sistemas antibloqueio datam de antes de 1930 (Gillespie, 1992), 
no entanto tornaram-se realmente verdadeiramente efetivos com 
o advento da meios eletrônicos embarcados nos carros moder-
nos. Os primeiros ABS fabricados em séries estão em uso desde 
de 1978.
Na Europa América do Norte, estes dispositivos equipam 80%, 
mundialmente 70%. A marca do 100Méssimo ABS fabricado em 
2003.
A figura mostra a evolução do ABS de 1978 à 2003.
 
 
 
 
Processo de Controle Básico
� Processo de Controle
Escorregamento de frenagem λ = (υF – υR)/ υF · 100%
Velocidade do veículo υF
Velocidade da roda υR = r · ω
Força de frenagem FB = µHF · G – µHF coeficiente de fricção
Força lateral FS = µS · G – µHF coeficiente de força lateral
 
 
 
 
Processo de Controle Básico
� Fatores de Interferência no Circuito de Controle
Mudanças na aderência entre pneu e pista causadas por diferentes superfícies da pista e 
alterações das cargas sobre as rodas, e.g., curvas.
Irregularidades na pista que provocam vibrações nas rodas e nos eixos.
Falta de concentricidade, histerese e fading dos freios.
Variações de pressão no cilindro mestre induzidas pelo motorista.
Diferentes circunferências dos pneus, e.g., estepes.
� Critérios na Qualidade do Controle
Manutenção da estabilidade de marcha mediante a formação de forças de condução 
lateral suficientes nas rodas traseiras.
Manutenção da dirigibilidade mediante a formação de forças de condução lateral 
suficientes nas rodas dianteiras.
Redução das distâncias de frenagem com relação à frenagem com bloqueio com 
aproveitamento otimizado da aderência entre pneu e pista.
Rápida adaptação da pressão de frenagem a diferentes coeficientes de atrito, e.g., ao 
passar poças d’àgua ou placas de neve e gelo.
Garantia de pequenas amplitudes de regulagem do torque de frenagem para evitar 
oscilações na suspensão.
Alto conforto mediante reações pequenas do pedal e baixo nível de ruído dos atuadores.
 
 
 
 
Processo de Controle Básico
� Processo de Controle
O ciclo de controle descrito mostra um controle de frenagem com 
grande coeficiente de atrito.
A unidade de comando calcula a alteração da rotação da roda (desa-
celeração). Quando o valor cai abaixo do limiar (-a) a unidade de vál-
vulas da unidade hidráulica é comutada para manu-tenção de pres-
são. Se a velocidade da roda fica então abaixo do limiar do escoraga-
mento λ1, então a unidade de válvulas é comutada para redução de 
pressão e continua assim enquanto o sinal (-a) for aplicado.
Durante a fase de manutenção de pressão que se segue a velocidade 
angular da roda aumenta até que tenha sido ultrapas-sado o limiar 
(+a). A pressão de renagem então é mantida constante.
Após ultrapassar o limiar relativamente grand (+A) a pressão de fre-
nagem é aumentada, para que a roda não entre com muita acelera-
ção na faixa estável da curva aderência/escorregamento.
Após a queda do sinal (-a), a pressão de frenagem é aumentada lenta-
mente, até que, ficando novamente abaixo do limiar (-a) seja iniciado 
o segundo ciclo de controle, dessa vez, com um acréscimo imediato 
de pressão.
 
 
 
 
Controle de Frenagem com Atraso
� Contrução do Momento de Guinada em Relação ao 
Eixo Vertical (GMA)
Ao frear em pistas assimétricas, e.g., as rodas esquerdas sobre asfalto 
seco e as rodas direitas sobre gelo, produzem-se nas rodas dianteiras 
forças de frenagem muito diferentes, que induzem um momento de 
giro em torno do eixo vertical do veículo (momento de guinada).
Veículos de passeio menores necessitam ao lado do ABS um atraso na 
construção do momento de guinada em relação ao eixo vertical 
(GMA), para garantir que o controle seja mantido durante frenagens 
de pânico em pistas assimétricas. A GMA atras o aumento da pressão 
do cilindro da roda, na roda dianteira que gira no lado da pista com o 
maior coeficiente de aderência (roda “high”).
O diagrama explica o funcionamento da GMA:
A curva 1 mostra a pressão no cilindro mestre pcm.
Sem GMA, depois de um breve tempo, a roda sobre gelo tem a pres-
são phigh (curva 2), a roda sobre o gelo tem a pressão plow (curva 5); 
cada roda freia com a máxima força de frenagem transmitida (contro-
e individual).
Em todos os casos da GMA a roda “high” é freada menos no ínicio. 
Para evitar prolongamentos desnecessários da distância de frenagem 
deve ser ajustar a GMA muito cuidadosamente ao resp. veículo.
 
 
 
 
Modo de Funcionamento
� O sistema antibloqueio é fixado entre o cilindro mestre e o cilindro da roda 
do sistema convencional de freio.
� Compõem-se de uma válvula magnética 2/2 (válvula de entrada) com duas 
conexões hidráulicas e duas posições de controle.
� Com a válvula de entrada (7) aberta existe um au-
mento da pressão no cilindro da roda (2). Neste 
caso, a válvula de saída (8) está fechada.
� Caso o sensor de rotação (4) mede uma desacele-
ração abrupta da roda (risco de bloqueio), a 
pressão não deve subir.
As válvulas de entrada e saída estão fechadas e a 
pressão fica constante.
 
 
 
 Componentes do Sistema
 
 
 
 Componentes do Sistema - ABS
 
 
 
 
Existem quatro componentes principais em um sistema ABS: 
•sensores de velocidade
•bomba
•válvulas
•unidade controladora
Bomba do freio antitravamento e válvulas
Componentes do Sistema - ABS
 
 
 
 
Tipos de Sistema Antibloqueio
Os sistemas de antiblocagem usam diferentes métodos, dependendo do tipo de 
freios em uso. Iremos nos referir a eles pelo número de canais - isto é, quantas 
válvulas são individualmente controladas - e o número de sensores de velocidade. 
Quatro canais, quatro sensores ABS
Este é o melhor método. Há um sensor em todas as rodas e uma válvula separada 
para cada uma. Com essa configuração, a unidade controladora monitora cada 
roda individualmente para assegurar a máxima potência de frenagem.
 
 
 
 
Três canais, três sensores ABS
Este método, comumente encontrado em caminhonetes com ABS nas quatro rodas, 
tem um sensor de velocidade e uma válvula para cada roda dianteira, com uma 
válvula e um sensor para as duas rodas traseiras. O sensor de rotação para as 
rodas traseiras está localizado no eixo traseiro.
Este sistema fornece controle individual das rodas dianteiras, assim ambas podem 
alcançar a potência máxima de frenagem. As rodas traseiras, entretanto, são 
monitoradas juntas; elas precisam começar a travar antes que o ABS seja ativado na 
traseira. Com este sistema, é possível que uma das rodas traseiras trave durante 
uma parada, reduzindo a eficiência da freada. 
 
 
 
 
Dois canais, dois ou um sensor ABS
Sistemas de dois canais foram produzidos por causa da menor quantidade de 
componentes requerida e da redução de custos resultante. A sua popularidade 
ficou limitada, pois a sua funcionalidade não atinge a de “sistemas plenos”. Esses 
sistemas praticamente não são mais usados em veículos de passeio.
Em alguns caminhões leves do mercado americano, com distribuição de força de 
frenagem frente/atrás (ainda) são montados sistemas RWAL (angl. rear wheelanti-
lock system) – uma variante simples especial do sistema de dois canais, composta 
de um sensor no diferencial do eixo traseiro e um canal de controle (sem bomba de 
retorno) que evita o bloqueio apenas das rodas traseiras. Se for aplicada uma 
pressão de frenagem suficientemente alta, as rodas dianteiras podem bloquear, isto 
é, a dirigibilidade também pode ser perdida eventualmente. Esses sistema não 
satisfazem as exigências funcionais que são esperadas de um sistema ABS.
 
 
 
 
Um canal, um sensor ABS
Este sistema é bastante comum em caminhonetes com ABS nas rodas traseiras. 
Possui apenas uma válvula, a qual controla ambas as rodas traseiras, e um 
sensor de rotação situado no eixo traseiro.
Este sistema opera na parte traseira da mesma maneira que um sistema de três 
canais. As rodas traseiras são monitoradas juntas e ambas precisam começar a 
travar para poder ativar o sistema ABS. Neste sistema também é possível que uma 
das rodas traseiras trave, reduzindo a eficiência da freada.
Este sistema é fácil de identificar. Geralmente há uma tubulação de freio correndo 
ao longo de uma peça em "T" ajustada para ambas as rodas traseiras. Você pode 
localizar o sensor de rotação procurando por uma conexão elétrica próxima ao 
diferencial na carcaça do eixo traseiro. 
 
 
 
 
Condições de Contorno
� Estabilidade e Dirigibilidade devem ser garantidas, durante a frenagem.
�As rodas não devem bloquear, para velocidades acima de 15km/h, 
independente da força realizada sobre o pedal do freio.
�A distância percorrida deve ser a menor possível (ABS + BAS).
�Até 90% da velocidade limite em uma curva, qualquer velocidade de a-
tuação sobre o cilindro mestre deve ser permitida.
�O controle deve ser adequar-se rapidamente no caso de mudanças nas 
condições de piso.
�O sistema de controle deve identificar situações de aquaplanagem.
 
 
 
 
Condições de Contorno
�No caso de pavimento ondulação (50mm de amplitude e “período” de 1000mm) 
uma frenagem segura a 150km/h deve ser garantida.
�O sistema deve funcionar a qualquer tipo de pneu, desde que 
esteja em boas condições.
�No caso de falha do sistema, os freios devem continuar
funcionando em condição normal.
 
 
 
 
Em pedregulhos e neve forte, o ABS tende a aumentar a distância de frenagem.
Nessas superfícies, as rodas travadas escavam o solo e param o veículo mais rapi-
dademente. O ABS impede que isso ocorra. Algumas calibragens de ABS reduzem 
esse problema por diminuir o tempo de ciclagem, deixando as rodas rapidamente 
travar e destravar. O benefício primário do ABS nessas superfícies é aumentar a 
capacidade do motorista em manter o controle do carro em vez de derrapar, embora 
a perda de controle seja por vezes melhor em superfícies mais suaves como pedre-
gulhos e deslizantes como neve ou gelo. Em uma superfície muito deslizante como 
gelo ou pedregulhos é possível que se trave todas as rodas imediatamente, e isso 
pode ser melhor que o ABS (que depende da detecção da derrapagem de cada roda 
individualmente). A existência do ABS não deve intimidar os motoristas a aprender a 
técnica do threshold braking.
Distância de frenagem de 80 a 0 km/h: 
404 m255 mgelo
64 m53 mneve
32 m45 msuperfície seca
ABSrodas travadas
Condições de Contorno – Casos Especiais
 
 
 
 
Sistema de Frenagem - ABS
 
 
 
 
Controle de Tração
Garantir a estabilidade do veículo em qualquer condição de terreno.
ASC – angl. Automatic Stability Control
Garantir a estabilidade do veículo em qualquer condição de terreno 
além de uma tração ótima.
TCS – angl. Traction Control System
Função e Exigências:
Ao arrancar, acelerar ou frear, a transferência de força depende 
do escorregamento entre pneu e pista. As curvas de aderência / 
escorregamento tem praticamente o mesmo padrão.
A grande maioria dos processos de frenagem e aceleração trans-
correm com valores pequenos de escorregamento crescente se 
alcança o externo instável correspondente da curva. Um aumento 
adicional do escorregamento leva a uma diminuição da aderência. 
Ao frear, a roda bloqueia em poucos décimos de segundo; na ace-
leração a rotação de uma ou ambas as rodas motrizes aumenta 
muito rapidamente em função do torque excessivo.
No primeiro caso, atua o ABS e evita o bloqueio das rodas. No se-
gundo caso atua o ASR, que evita que as rodas patinem, regulan-
do o escorregamento de tração para valores admissíveis.
 
 
 
 
Controle de Tração - ASR
Garantir a estabilidade do veículo em qualquer condição de terreno.
ASC – angl. Automatic Stability Control
Garantir a estabilidade do veículo em qualquer condição de terreno 
além de uma tração ótima.
TCS – angl. Traction Control System
Função e Exigências:
Com isso o ASR cumpre as duas funções:
→ aumento da tração (função eletrônica de bloqueio de diferencial), e
→ garantia da estabilidade do veículo.
Disto resultam as exigências do ASR: basicamente ele deve evitar
que as rodas patinem, também com a alteração de µ, isto é:
- evitar que as rodas motrizes patinem com µ-split e com pista lisa,
- evitar que as rodas patinem na arrancada em estacionamentos e 
estacionamentos de emergência à beira da estrada com gelo,
- evitar a patinação na aceleração em curva,
- evitar a patinação na arrancada em morros, e
- aumento da estabilidade em curvas.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Intervenções do ASR
�Regulagem do Torque de Tração (TCS):
Ela ocorre através do controle eletrônico da potência do motor. Uma intervenção rápida é rea-
lizada bloqueando impulsos individuais ou – no motor Otto – atrasando o ângulo de ignição. 
Esses tipos de intervenção não são críticos, em termos de composição do gás de escape e 
sobrecarga do catalisador, por causa da curta duração da intervenção.
A intervenção mais lenta ocorre no motor Otto através da borboleta elétrica do acelerador 
(borboleta de aceleração ajustável eletricamente). Em gerações mais novas de motores, 
essas borboletas de aceleração ajustáveis eletricamente são padrão.
�Regulagem do Torque de Frenagem (ASC):
Significa uma interfenção no freio através da frenagem controlada da roda com tendência a 
patinar similar a uma função de bloqueio de diferencial.
�Combinação de TSC e ASC:
Sistemas mais recentes usam uma combinação de ambos os métodos de intervenção. O ASR 
sempre está de prontidão e intervém quando necessário. Porém, em função da velocidade do 
veículo as parcelas de intervenção do ASC e TCS são variadas.
Fundamentalmente, observa-se que esse tipo de sistema, usado como bloqueio eletrônico de 
diferencial, não foi planejado para um uso contínuo sob as condições mais difíceis fora da es-
trada. Com o efeito de bloqueio ocorre através da frenagem da respectiva roda, é inevitável o 
aquecimento do freio, de modo que é necessário desligar a função no caso de sobrecarga e 
superaquecimento.
 
 
 
 
Programa Eletrônico de Estabilidade – ESP
OBJETIVO:
Garantir a estabilidade do veículo em condição extremas.
Instrumentação:
Velocidade das rodas; 
Ângulo de esterçamento do volante
Inclinação do veículo
Aceleração lateral do veículo
Atuação:
mesma forma de atuação do sistema ASC+TCS
ESP – angl. Eletronic Stability Program
Função :
O programa eletrônico de estabilidade ESP (controle da dinâmi-
ca do veículo) é um sistema de controle no sistema de freio e 
na árvore de transmissão, que evita a derrapagem do veículo.
O ABS evita o bloqueio das rodas ao frear, o ASR evita as 
rodas patinarem ao tracionar. ESP garante que o veículo não 
“empurre” ou fique instável ao dirigir.
 
 
 
 
Componentes do ESP e Demostração