Eletr

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Vítor Schwambachvsc_at_cin.ufpe.br
Eletrônica Automotiva
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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

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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

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Introdução

• A cada ano os carros ficam mais complexos
• Atualmente os carros podem chegar a ter mais de
  50 microprocessadores embarcados

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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

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Como funciona o motorde um carro?

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

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Combustão interna

• Praticamente todos os carros usam o ciclo de
  combustão de quatro tempos
• Admissão
• Compressão
• Combustão
• Exaustão
• Inventado por Nikolaus Otto em 1867

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Combustão interna
4 cilindros em linha
6 cilindros em V
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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

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Ignição eletrônica

• Vela
• Gera a fagulha que inicia a combustão no motor
• Feita de cerâmica

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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

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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

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Injeção eletrônica

• Injeção eletrônica
• Único bico injetor(single point)
• Multiponto ou seqüencial
• Comandado pela ECU (Engine Control Unit)

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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

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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

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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

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Injeção eletrônica

• Catalisadores
• Criados para reduzir o nível de emissão
• Trata os gases provenientes do motor
• Redução2 NO ? N2 O2 ou2 NO2 ? N2 2 O2
• Oxidação2 CO O2 ? 2 CO2

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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

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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

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Controle sofisticadodo motor

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

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Controle sofisticadodo 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

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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

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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

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ABS (Anti-LockBraking System)

• O ABS funciona liberando a roda travada durante
  uma frenagem
• Possui 4 componentes principais
• Sensores de velocidade
• Bomba
• Válvulas
• Controlador

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ABS (Anti-LockBraking 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

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ABS (Anti-LockBraking 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

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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!

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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

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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

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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

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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

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Cruise control
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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

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Caixa preta
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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)

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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

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Direção ativa

• Possui uma caixa de marchas entre a direção e o
  pinhão
• Possui um sistema de freio
• Pode realizar pequenas correções na trajetória

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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

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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

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Hackers

• Razões
• Aumentar o desempenho do carro
• Tornar o carro bicombustível sem comprar um novo
• Alterar informações do carro para aumentar valor
  de revenda

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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

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Referências

• Revista Quatro Rodas, Editora Abril, Edições 517,
  532, 536 e 537
• Site How Stuff Works - Auto Channelhttp//auto.
  howstuffworks.com
• VTTihttp//www.vtti.com