Sistemas de Direção

Sistemas de Direção

 

O sistema de direção de uma viatura converte a rotação do volante em movimento direcional das rodas na estrada. Quando se trata de um sistema de direção assistida, este permite ao condutor, quando aplicada uma força reduzida no volante, oscilar a direção da viatura em toda a sua amplitude. A título de exemplo, em algumas viaturas ligeiras de passageiros, caso este sistema não fosse assistido, o condutor teria que aplicar no volante cerca de 15 vezes mais força para percorrer a mesma trajetória de curva.

 

 

 

 

Em termos de regulamentação para as viaturas ligeiras de passageiros na União Europeia, a força necessária a aplicar para rodar o volante a fim de descrever um círculo de 12m de raio da linha tangente, não deve ultrapassar os 200N. No caso da viatura estar equipada com sistema de direção assistida, no caso de falha de energia auxiliar, a viatura deverá ter a capacidade de descrever um círculo de 20m de raio e a força não deverá exceder os 300N.

 

Existem diversos sistemas de direção assistida. Os sistemas de direção mecânicos, de pinhão e cremalheira, os sistemas de direção assistida hidráulica, onde estão inseridos os sistemas Servotronic e o sistema de direção assistida electro-hidráulico, os sistemas de direção assistida elétrica e ainda os sistemas de direção ativa, que pode ser combinado com os sistemas de direção assistida hidráulica e sistema de direção elétrica.

 

Direção mecânica – Pinhão e cremalheira

 

O sistema de direção do tipo pinhão e cremalheira transforma a rotação, aplicada pelo motorista, num movimento linear, transmitido para rodas. O movimento de rotação é aplicado, através do pinhão, na cremalheira, fazendo-a deslizar e assim transmitir o movimento linear para as barras de direção, que por sua vez é transmitido às rodas, possibilitando à viatura a mudança de trajetória.

 

 

 

As principais vantagens da utilização destes sistemas são:

  • Simples Construção
  • Baixo Custo
  • Boa eficiência mecânica
  • Menos espaço no automóvel
  • Boa resposta da direção

 

 

Direção assistida hidráulica

 

O sistema de direção hidráulico recorre à pressão hidráulica para multiplicar a força aplicada no volante para as rodas dianteiras da viatura. 

 

A pressão hidráulica é tipicamente gerada por uma bomba hidráulica acionado pelo motor de combustão através de uma correia. A pressão fornecida pela bomba hidráulica, fornece a “força” necessária para a direção assistida e o mecanismo da caixa de direção regula a potência do fluído hidráulico. Quanto maior for a força aplicada no volante, maior será a pressão do fluído hidráulico e, por consequência, maior será a força aplicada nas rodas. O mecanismo da caixa de direção mais usada nestes sistemas é o de pinhão e cremalheira.

 

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Sistema de direção hidraulico – Servotronic

 

O Servotronic é um sistema de direção de pinhão e cremalheira que varia em função da velocidade da viatura e é controlado electronicamente.

 

  1. Velocímetro
  2. Unidade de controlo eletrónica
  3. Transdutor eletro-hidraulico
  4. Direção de pinhão e cremalheira
  5. Bomba hidraulica
  6. Reservatório de óleo
  7. Tubagem expansiva anti-vibração

 

Com recurso ao transdutor electro-hidráulico, o efeito de retorno hidráulico varia em função da velocidade e a força a aplicar no volante aumenta com o aumento da velocidade e requer apenas forças mínimas em baixas velocidades, por exemplo, em situações de estacionamento ou manobra. Este sistema proporciona uma condução confortável e segura.

 

Sistema de direção hidráulico – sistema de direção eletro-hidráulico

 

A direção assistida eletro-hidráulico é baseado no sistema de direção hidráulico. Como pode ver-se na imagem seguinte, a principal diferença está no acionamento da bomba que neste caso é feito eletronicamente, gerando a pressão necessário para a assistência hidráulica. O motor eléctrico que aciona a bomba gera a quantidade de energia necessária e apenas quando necessário, poupando combustível dado que, ao contrário do sistema totalmente hidráulico, não recorre ao motor de combustão para gerar a pressão necessário para efetuar o acionamento.

 

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Direção assistida elétrica

 

Nos últimos anos os fabricantes têm recorrido ao sistema de direção assistida elétrica, eliminando os sistemas de direção hidráulica do mercado. Este sistema tem diversas vantagens, tais como:

 

 

  • Economia de combustível
  • Sistema sem óleo e por isso sem risco de contaminação
  • Sem necessidade de manutenção
  • Permite funções de assistência à condução. por exemplo. estacionamento assistido e condução autónoma
  • Autodiagnóstico

Existem 3 variantes do sistema de direção assistida elétrica.

 

Direção assistida elétrica - EPSc

 

O sistema EPSc, equipado em viatura de baixa e média gama, não ocupa muito espaço, é de baixo peso e, para além dos componentes mecânicos presentes nos sistemas verificados anteriormente, a assistência elétrica é garantida através de um sensor de binário, uma engrenagem helicoidal, um motor elétrico e de uma unidade de comando, colocados na coluna de direção.

 

 

  1. Motor elétrico
  2. Sensor de binário
  3. Engrenagem helicoidal
  4. Unidade de comendo eletrónica

O conjunto da figura anterior está integrado na coluna de direção e está conectado à direção tipo pinhão e cremalheira através de um cardan universal. O sensor de binário está colocado junto à engrenagem helicoidal e, de acordo com a informação relativa ao binário gerado pelo motor elétrico, é transmitida força de assistência para a coluna de direção através da engrenagem helicoidal. 

 

Este sistema cumpre os mais elevados padrões de segurança e de fiabilidade sem comprometer a sensação de condução e o feedback da direção.

 

Direção assistida elétrica - EPSdp

 

O sistema EPSdp, equipado em viaturas de média gama, é um sistema muito versátil, robusto e sem necessidade de manutenção e, ao sistema mecânico de pinhão e cremalheira, foram adicionados pinhão da direção e um pinhão secundário que, em conjunto com o motor elétrico, a engrenagem helicoidal, a unidade de comando eletrónica e o sensor de binário, executam a assistência elétrica.

 

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                                                       1 - Veio de coluna de direção                                                5 - Motor elétrico

                                                       2 - Pinhão da direção                                                             6 - Unidade de comando eletrónico

                                                       3 - Ajuste de contacto (Yoke)                                                7 - Engrenagem helicoidal

                                                       4 - Sensor de Binário                                                             8 - Pinhão Secundário

 

 

Neste sistema, o binário é transmitido à cremalheira pelo pinhão. O motor elétrico converte o binário através de uma engrenagem helicoidal, colocada no pinhão secundário, e transfere o binário para a cremalheira. 

 

Direção assistida elétrica – EPSapa

 

O sistema EPSapa, equipado em viaturas de luxo, desportivos, SUVs e viaturas comerciais ligeiras, é um sistema muito eficiente e de baixo nível de fricção. Neste caso ao sistema mecânico de pinhão e cremalheira, foram adicionados um motor elétrico paralelo à cremalheira, um sensor de binário no e a transmissão de binário, gerado no motor elétrico, é feita através de uma correia.

 

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                                                       1 - Veio de coluna de direção                                                4 - Unidade de comando eletrónica

                                                       2 - Unidade sensor                                                                 5 - Motor elétrico

                                                       3 - Pinhão de direção                                                             6 - Engrenagem helicoidal

 

Neste sistema, o binário é transmitido para a correia através de um carreto dentado localizado no motor elétrico. O movimento rotativo da correia é transformado em movimento linear na cremalheira. 

 

Este sistema, tal como sistema de direção elétrica EPSdp, é compatível com sistema de assistência à condução, tais como o estacionamento assistido ou a condução autónoma e está equipado com sistemas de redundância, que asseguram o controlo da viatura e a segurança dos ocupantes em caso de falha do sistema principal.

 

Direção ativa

 

O sistema de direção ativa é uma tecnologia desenhada para fazer variar o ângulo de direção das rodas dianteiras em função da velocidade da viatura. Quanto menor for a velocidade da viatura, maior será o aumento do ângulo das rodas dianteira por ângulo de rotação do volante. A variação do ângulo das rodas é feita por meio de sensores, colocados na coluna de direção, que detetam, para cada situação de condução e intenção do condutor, qual a atuação necessário para fazer variar o ângulo das rodas.                      

 

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Caso estes sensores e o respectivo sistema eletrónico de controlo falhe, a embraiagem colocada no sistema de engrenagem, identificado na figura anterior, fica bloqueada, e a conversão do ângulo do volante no respectivo ângulo das rodas fica desabilitada, ficando a viatura sem direção assistida.

 

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O sistema de direção ativa é relevante em termos de segurança da viatura, no sentido em que previne a subviragem e a sobreviragem da viatura, e é também relevante no que toca ao conforto, na medida em que facilita o direcionamento da viatura em manobras. A título de exemplo, numa situação de manobra, um condutor de um veículo ligeiro de passageiros com tecnologia de direção eletro-hidráulica precisa de rodar duas vezes mais o volante até ao limite do que na mesma tipologia de veículo equipado com tecnologia de direção ativa. Este sistema pode ser combinado com o sistema de direção eletro-hidráulica Servotronic, usado na BMW e com o sistema EPSc, usado na Audi.