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Vítor Schwambach Agenda Introdução Como funciona o motor de um carro? –Combustão interna –Comando de Válvulas –Ignição eletrônica –Injeção.

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1 Vítor Schwambach

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 motor de 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 linha6 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  N 2 + O 2 ou 2 NO 2  N O 2 Oxidação: 2 CO + O 2  2 CO 2

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 sofisticado do 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 sofisticado do motor Uma ECU moderna pode conter um processador de 32 bits a 40 MHz Utiliza menos de 1MB de memória

21 Controle sofisticado do 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 Area Network 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 Area Network 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-Lock Braking System) O ABS funciona liberando a roda travada durante uma frenagem Possui 4 componentes principais: –Sensores de velocidade –Bomba –Válvulas –Controlador

25 ABS (Anti-Lock Braking 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-Lock Braking 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, vidros e 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 Transmissão automática 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

32 Cruise control

33 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 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 CO 2 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” VTTi


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