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Vítor [email protected]

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

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

Introdução

• A cada ano os carros ficam mais complexos

• Atualmente os carros podem chegar a ter mais de 50 microprocessadores embarcados

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

Como funciona o motorde um carro?

• Motores de combustão interna– Relativamente eficientes– Relativamente baratos– Relativamente fáceis de

reabastecer

Combustão interna

• Praticamente todos os carros usam o ciclo de combustão de quatro tempos:– Admissão– Compressão– Combustão– Exaustão

• Inventado por Nikolaus Otto em 1867

Combustão interna

4 cilindros em linha 6 cilindros em V

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

Ignição eletrônica

• Vela– Gera a fagulha que inicia a

combustão no motor– Feita de cerâmica

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

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


• Injeção eletrônica:– Único bico injetor

(single point)– Multiponto ou

seqüencial

• Comandado pela ECU (Engine Control Unit)


• 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


• 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


• 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


• 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


• 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

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


• Uma ECU moderna pode conter um processador de 32 bits a 40 MHz

• Utiliza menos de 1MB de memória


• 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

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

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

ABS (Anti-LockBraking System)

O ABS funciona liberando a roda travada durante uma frenagem

• Possui 4 componentes principais:– Sensores de velocidade– Bomba– Válvulas– Controlador


• 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


• 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

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%!

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

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

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

Transmissãoautomática

• 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

Cruise control

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

Caixa preta

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)

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

Direção ativa

• Possui uma caixa de marchas entre a direção e o pinhão

• Possui um sistema de freio

• Pode realizar pequenas correções na trajetória

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

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

Hackers

• Razões:– Aumentar o desempenho do

carro– Tornar o carro bicombustível

sem comprar um novo– Alterar informações do carro

para aumentar valor de revenda

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

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

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