Veja detalhes do sistema de direção elétrico da Renault; diferenças entre os sistemas hidráulicos, eletro-hidráulicos e elétricos
Texto Vitor Lima Fotos Renault & Vitor Lima
Desde o primeiro automóvel produzido pela Renault, em 1898, o Renault Voiturette, algumas semelhanças com os veículos atuais podem ser vistas com componentes como o conjunto de roda/pneu, direção e motorização. Porém, todos os sistemas envolvidos em um veículo mudaram com o passar dos anos. Naquela época, não havia sistemas eletrônicos envolvidos nos veículos se comparados com um veículo atual.
Dentre os diversos sistemas que podem ser listados, o da direção além de permitir a dirigibilidade do veículo por parte do condutor, também pode garantir a estabilidade nas vias, em conjunto com outros componentes. Mas os sistemas de direção mudaram tanto assim?
Para começar, existem 4 principais tipos de direção automotiva, porém, todas são derivadas do conceito da direção mecânica. Este tipo de direção é comum estar presente nos carros antigos, mas ainda é possível encontrar em alguns veículos populares no Brasil. O sistema é bem conhecido pela ausência de qualquer assistência eletrônica, o que exige mais esforço no braço por parte do condutor ao manobrar o veículo.
Direção mecânica
O sistema de direção mecânica é bem simples de ser explicado, os componentes presentes são barra de direção, braço, caixa de direção, coluna, árvore e volante. O movimento ao virar o volante, é transferido para a caixa de direção por meio da coluna. O controle das rodas é efetuado pelos braços de direção que, convertem o movimento rotacional recebido em movimento horizontal, assim, permitem a condução do veículo.
Esse sistema foi melhorado e ganhou a sua primeira assistência em 1920, com o projeto da direção hidráulica que se popularizou em meados dos anos 1950 e 1960. Porém, aqui no Brasil, teve a sua primeira aparição em 1967. Mas como funciona a direção hidráulica?
Diferente da direção mecânica, a direção hidráulica se torna mais leve ao condutor pelo fato da adição de componentes como uma bomba hidráulica, fluido, reservatório do fluido, válvula de rotação e as tubulações para compor o sistema hidráulico. O instrutor da Renault Academy Brasil, Ricardo Ribeiro, explica o funcionamento do sistema. “Essa bomba tem um circuito hidráulico que ajuda a movimentar a caixa de direção. Dentro da caixa, diferente da mecânica, existem dois pistões. Ao virar o volante, a pressão hidráulica auxilia no movimento das rodas para um lado ou para o outro. A válvula de rotação é quem faz o direcionamento do fluido”, explica.
Esse tipo de assistência beneficia no funcionamento da direção, o que torna o movimento mais leve. Outro benefício é a redução do ângulo de rotação do volante de direção, isso faz com que o movimento efetuado no volante para esterço das rodas seja menor. Ao conduzir o veículo com esse sistema, as vibrações e impactos sentidos pela direção são reduzidos, pois a parte hidráulica do sistema absorve um pouco desses impactos causados pelo solo, o que ajuda também na redução de ruído.
Porém, Ricardo comenta outra característica desse sistema. “Uma das características desse sistema é que, independentemente da velocidade, a direção está sempre com assistência. Para isso, foi criado um recurso mecânico, no qual é utilizado uma válvula dentro da bomba de direção, a fim de diminuir a assistência da direção conforme o aumento da rotação do motor”, explica. Um dos fatores negativos dessa solução é que, em alguns casos, o veículo pode ter a rotação alta do motor, mas com baixa velocidade. Por causa dessa condição outra solução foi desenvolvida, o sistema de direção eletro-hidráulico.
Direção Eletro-Hidráulica
Como o nome sugere, o sistema eletro-hidráulico une as características de funcionamento do sistema hidráulico, com a adição da assistência elétrica. Isso é feito por meio de um motor elétrico acoplado na bomba de direção. O sistema é acionado de maneira eletrônica e conta com a existência de um calculador e um módulo. Estes realizam a leitura da velocidade para que seja balanceado a quantidade de assistência fornecida para a direção.
Direção assistida eletricamente
(EPS – Electric Power Steering)
Para o sistema de direção eletricamente assistida, os componentes são os mesmos de uma direção mecânica, com a existência de um pinhão e cremalheira, coluna de direção e afins. Além de usar um motor elétrico para assistência ao condutor, mas neste sistema, o motor elétrico está posicionado na coluna de direção. Com a exclusão de qualquer sistema hidráulico e a bomba de direção, o motor utiliza a tensão elétrica para o funcionamento.
A unidade de direção EPS é constituída por um calculador de direção. Este que é integrado a coluna de direção. O instrutor da Renault Academy Brasil, Ricardo Ribeiro, informa que, atualmente, os modelos de caixa de direção assistida eletricamente possuem o calculador integrado, mas existem projetos que não são integrados. “Em alguns casos, existe o posicionamento do calculador fora da coluna de direção, mas, atualmente não, pois tudo é integrado, por questão de manter o conjunto compacto dentro do habitáculo”, informa.
Conectados a esse sistema por meio da rede multiplexada do veículo, o calculador de direção recebe o sinal da caixa EPS, do calculador do sistema ABS e do calculador da transmissão. Em caso de algum problema com a caixa de direção EPS, o calculador de direção emite os sinais para o painel de instrumentos do veículo.
De acordo com a ilustração apresentada ao lado, a unidade EPS é constituída por uma barra de torção, um sensor de torção ou sensor de binário, um motor elétrico, coroa e uma engrenagem helicoidal.
Ligado ao volante de direção, existe uma barra que se conecta com uma estrutura menor que sofre deformação, Ricardo comenta sobre o funcionamento desse mecanismo. “Conforme o movimento do volante de direção, essa estrutura “flexível” sofre deformação para um lado ou para o outro. Essa deformação é medida por meio de um sensor que indica a força que o condutor está realizando para virar o volante, desta maneira há o entendimento por parte do calculador de direção para designar a quantidade de torque necessário para o motor elétrico”, explica.
O motor elétrico é trifásico e possui um módulo e um módulo de potência, localizados dentro da caixa EPS para transformar a corrente contínua (DC) em corrente alternada (AC). A coroa e a engrenagem helicoidal atuam na barra de direção. Para exemplificar o funcionamento do sensor de torção ou sensor de binário, confira a imagem a seguir.
Como base a imagem na página seguinte, o sistema atua da seguinte maneira. O conjunto possui duas metades que estão interligadas, do lado direito, está posicionado a barra ligada ao volante de direção [5], e as bobinas de referência [2]. O lado esquerdo tem a barra conectada a caixa de direção [6]. Entre uma barra e outra, está posicionado a barra de torção, ela que é responsável por sofrer deformação referente ao esforço realizado pelo volante na barra de direção.
Conforme essa barra sofre deformação, as duas coroas que interligam as partes da coluna de direção ficam defasadas, nesse momento a bobina de medição [1] reconhece que o sinal eletrônico está alterando e informa ao sensor eletrônico da direção [3]. Por sua vez, o módulo envia o sinal para o calculador de direção [4] que faz o acionamento do motor elétrico.
O sinal recebido pelo sensor e emitido para o calculador de direção é redundante, ou seja, é recebido e enviado por duas vias. Essa condição é interna dos sensores e não pode ser vista fisicamente. Caso uma das vias falhe na comunicação, a outra continua emitindo o sinal para que não haja parada do sistema.
Sensores do tipo Hall produzem um sinal quadrado, a bobina de referência possui este tipo de sensor, desta maneira, o sensor eletrônico de direção mede constantemente o sinal emitido pela bobina de referência. Já a bobina de medição, emite o mesmo tipo de sinal, porém, quando a diferença no sinal enviado, ocorre um pico, como observado pelo sinal da imagem acima.
Esse pico indica quanto o sinal deformou, ou seja, quanto de deformação foi sofrido pela barra de torção entre as duas coroas que interligado a coluna de direção. Isso indica com qual intensidade o volante foi esterçado. Essa informação é entendida pelo sensor eletrônico de direção e enviada para o calculador de direção.
Ricardo ressalta que há mais um sensor no conjunto de direção assistida eletronicamente, localizado atrás do volante de direção. “Atrás do volante está o sensor de ângulo. Ele também envia informação para o calculador de direção, como a quantidade em que o volante está girando e para qual dos sentidos, horário ou anti-horário”, explica.
Com base nas informações obtidas do sensor de ângulo, do sensor de torção e o sentido de rotação, o calculador atua no acionamento do motor elétrico. O instrutor da Renault Academy Brasil, alerta o mecânico para que tenha cuidado no momento da desmontagem do conjunto de direção, e com o sensor de ângulo localizado atrás do volante.
Cuidados
Os procedimentos de manutenção devem ser levados com cuidados, pois, a prática de alguns profissionais para remover o terminal de direção a base de pancadas pode danificar a caixa de direção, principalmente alguma bucha de regulagem de folga que exista dentro da caixa mecânica. Por estar localizado na coluna de direção, os componentes do sistema de assistência elétrica da direção não são afetados por essa prática.
Ricardo informa aos mecânicos que qualquer problema com os sensores, seja o de ângulo atrás do volante, ou os internos na caixa EPS, não podem ser comprados separadamente. Pois, a Renault não vende os componentes separadamente, qualquer problema na caixa EPS, tem que realizar a substituição por completo.
Em alguns casos, existe há necessidade de o profissional utilizar o scanner automotivo ao realizar o alinhamento da direção em veículos que possuem o sistema assistido eletricamente, o instrutor da Renault informou o motivo. “Em alguns casos existe essa necessidade, para indicar à coluna onde é a posição zero. Em outros casos não, só o fato de andar com o veículo, o sistema reconhece qual é a posição de linha reta”, comenta.
Alguns cuidados adotados para direção hidráulica não se aplicam no sistema de direção elétrica, por exemplo a recomendação de não manter o fim de curso no volante para não forçar a bomba de direção hidráulica. No sistema elétrico, o calculador percebe que o volante chegou ao fim do batente e dessa maneira, retira a assistência imposta pelo motor elétrico.
Movimentar o volante com o carro desligado, não danificará o sistema de direção elétrica. O que ocorre é que a direção ficará mais pesada pelo fato de o sistema estar fora de operação, não fornecendo nenhum tipo de assistência. O instrutor da Renault comenta que há casos que isso é impossível de acontecer e explica. “Em alguns casos isso é impossível, pois, existe uma trava integrada nesse conjunto. Essa trava é parecida com as existentes nos veículos antigos que, ao retirar a chave do comutador, ele trava o volante evitando seu funcionamento. Porém, atualmente é uma trava elétrica, o calculador de direção que efetua essa trava, então nos carros que possuem essa trava, com o carro desligado, não é possível girar o volante”, informa.
