Carros: Inteligência em movimento

Recheados de computadores e controles eletrônicos, os carros importados são um desfile de soluções engenhosas que trazem mais potência aos motores, mais segurança e maior conforto a quem dirige.

por Neiva Augusta da Silva

Enquanto o pistão desce, o cilindro aspira a mistura de ar e combustível pelas válvulas de admissão abertas. As válvulas então se fecham, e o pistão volta a subir para comprimir a mistura. Neste instante, salta uma faísca pela vela. A mistura, ao inflamar-se, transforma-se em gases de alta pressão e empurra o pistão para baixo. O pistão desce, movimenta o virabrequim — peça que transforma o trabalho do motor em movimento das rodas — e torna a subir, abrindo as válvulas de escape e expelindo os gases. E o ciclo recomeça na descida do pistão, sempre puxado pelo girar do virabrequim.

É assim desde a invenção do motor a vapor, no século XIX. Não poderia ser diferente nos automóveis, mesmo nos mais modernos e sofisticados. Como se explicam, então, as diferenças entre um possante BMW 850i, que atinge mais de 300 quilômetros por hora, um Santana nacional e um Fordinho 1918? A resposta é que nada se criou, mas muito se transformou. Os carros hoje parecem um catálogo de chips sobre rodas. Já não respondem passivamente apenas a controles mecânicos, tornaram-se mais inteligentes e mais maleáveis. Tudo neles é controlado por sensores e computador, seja a potência do motor, a troca de marchas, a estabilidade nas curvas ou o ajuste do espelhinho retrovisor. Colocaram até um sensor na alavanca do acelerador que faz o carro descobrir se está subindo ou descendo. A eletrônica de bordo, embora não mude a essência de um veículo com 104 anos de idade, traz cada vez mais conforto, segurança e prazer de guiar.

Por dentro de um carro reluzente, evolução tecnológica pode ser sinônimo de simplicidade, como no caso dos japoneses da Honda. Os engenheiros descobriram um “ovo de Colombo” que faz aumentar a potência de seus carros, sem que para isso tenham que aumentar o tamanho dos motores. O caminho normal é simplesmente aumentar o número de cilindros, sejam oito, dez ou doze. O problema é que isso resulta em motores maiores, o que obriga à construção de um carro também maior, dinamitando a relação peso/potência — entre dois carros com o mesmo motor, o mais leve terá mais velocidade final.

A mágica japonesa chama-se Vtec, um sistema de controle eletrônico para tempo e abertura de válvulas. Ela consegue a proeza de fazer com que o motor 1.6 do Civic atinja 160 cv (cavalos-vapor), enquanto o motor 3.0 de um Omega tem 165 cv. Traduzindo, o motor Honda tem a metade do tamanho e a mesma potência. Comparado ao motor AP-1600 de um Gol, que chega apenas a 80 cv, o Honda é 100% mais eficiente.

“A potência de um veículo está diretamente ligada à quantidade de mistura ar e combustível aspirada pelo pistão em sua descida,” explica Laerte Zatta, engenheiro de serviços da Honda do Brasil. A mistura entra quando se abrem as válvulas de admissão. A velocidade de funcionamento de um motor, porém, é muito alta. Gira no mínimo a 1 000 rotações por minuto, em marcha lenta — ou seja, nesse tempo o pistão faz 1 000 vezes o ciclo completo de subida e descida dentro do cilindro. O tempo que as válvulas ficam abertas, portanto, é ínfimo.

No Vtec, quando o motorista pisa fundo no acelerador e o motor atinge 5 500 rpm, um sistema faz com que as válvulas afundem mais, dentro do cilindro, aumentando o tamanho e o tempo de abertura. Assim, entra maior quantidade de mistura explosiva, e esta acaba sendo mais comprimida no cilindro. “O resultado é um aumento da potência do motor, que chega a girar a até 8500 rpm”, explica Zatta. “Quando a aceleração se reduz, o sistema garante o retorno à abertura normal.”

É por isso que os carros Honda, equipados com o Vtec (Civic, CRX, NSX, Prelude e Accord 94) conseguem o milagre de ser “mansos” em situação de trânsito e “ferozes” quando se pode andar mais depressa. Isso, respeitando o perfil de econômico para a primeira situação e eficiente para a segunda. Ou seja, são dois carros em um, ou um carro com dupla personalidade.

Com a potência cada vez maior desses carros, o uso da tração traseira ou dianteira já não tem sido suficiente para absorver sua força. Algumas fábricas adotaram a tração permanente nas quatro rodas, mas em sistemas bem mais inteligentes que o usado nos jipes pau-para-toda-obra. O modelo SVX da Subaru, um esportivo de 230 cv de potência que chega a 235 km/h, tem tração nas quatro rodas com um refinamento batizado de VTD - 4WD system. Ele propicia a distribuição do torque do motor em proporções variáveis para as rodas da frente e as traseiras, por meio de um diferencial central (diferencial é aparelho que permite às rodas girarem em velocidades diferentes quando o carro faz uma curva).

“Em condições normais, 35% da força fica nas rodas dianteiras e 65% nas traseiras”, conta Carlos Biekarck, gerente da divisão técnica da Subaru no Brasil. Porém, quando os pneus perdem o atrito com o solo, seja numa derrapagem em curva, numa pista escorregadia ou em subidas fortes, o computador que controla o sistema envia uma ordem imediata para transformar o carro num rígido 4x4, com a mesma tração em todas as rodas, devolvendo a estabilidade necessária. Da mesma forma, quando a perda de aderência ocorre em apenas uma das rodas traseiras, o VTD redistribui a aceleração entre elas até que ambas estejam girando em condições iguais e adequadas ao deslocamento.

Os carros Toyota também contam com um sistema que controla a patinação das rodas. Ele é composto de sensores de velocidade, uma subválvula de aceleração para controlar o torque do motor (ou a força transferida às rodas), atuadores de freio para parar a roda que está escorregando e uma central de computador. Por meio dos sensores de velocidade em cada roda, a central calcula o quanto alguma delas está patinando e comanda os atuadores de freio para brecá-la, até que pare o giro em falso. Ao mesmo tempo, ordena o fechamento da subválvula do acelerador para cortar o torque enviado pelo motor — um sistema parecido com o controle de tração usado na Fórmula 1.

Outro ponto que mereceu a preocupação dos engenheiros do Primeiro Mundo é o da transmissão automática (o sistema de troca de marchas sem o uso da alavanca de câmbio), que apresenta algumas deficiências. Laerte Zatta, engenheiro da Honda, exemplifica: numa descida de serra, o carro permanece em marcha elevada (quarta ou quinta) e com alta rotação do motor, o que obriga o motorista a sobrecarregar o freio para reduzir a velocidade, correndo o risco de superaquecê-lo. Em ultrapassagens ou subidas, quando se precisa de mais torque, a resposta também é lenta. A Honda resolveu o problema colocando um sensor de posição da alavanca do acelerador, cujas informações são processadas por uma central eletrônica. Numa descida, o motorista normalmente tira o pé do acelerador, mas a velocidade continua aumentando. Com estes dois dados conflitantes, somados aos da velocidade e da rotação do motor, a central descobre que o carro está descendo a ladeira e ordena a redução de uma ou mais marchas para não sobrecarregar os freios.

Na subida, o sensor da alavanca demonstra que o pedal está sendo apertado, mas a velocidade está caindo. Nas ultrapassagens, o simples pisar rápido e fundo no acelerador vai significar uma necessidade de aumento de giros do motor. Automaticamente, as marchas são reduzidas e, além disso, um comando ordena à injeção eletrônica o enriquecimento da mistura ar e combustível para aumentar a potência do motor. As transmissões automáticas normais, baseadas em um sistema hidráulico, não têm essa esperteza. A pressão do óleo vai subindo de acordo com o aumento das rotações do motor, e as marchas são trocadas em valores predeterminados. Ou seja, elas são incapazes de perceber se o carro está subindo ou descendo.

Já a Mitsubishi criou um sistema complexo onde praticamente todas as funções do carro são monitoradas eletronicamente. Entre os sensores que influem mais diretamente na definição das marchas estão: sensores de curva (ajustam a marcha, de acordo com o ângulo de esterçamento do volante), de deslizamento (em caso de frenagem na chuva, por exemplo, desacelera automaticamente) ou desgarramento (compensa a perda de aderência com corte ou aumento da tração). Há também incontáveis sensores no motor e freios que fornecem informações.

“A dificuldade para se desenvolver esta transmissão não está nos sensores, mas sim no software da central eletrônica, que processa tudo ao mesmo tempo e toma as decisões em frações de segundo”, explica Luiz Eduardo de Assis, engenheiro de planejamento da Mitsubishi Motors. O programa foi testado por mais de três anos, antes de ser incorporado ao Galant, edição 94.

Embora totalmente desconhecida do consumidor brasileiro, uma inovação para melhorar a estabilidade parece estar virando moda entre os carros mundiais. Os Mitsubishi, Toyota, Honda, Peugeot, Citröen e Volvo incorporam o eixo traseiro esterçante — as rodas de trás também viram para fazer curva. A idéia parece um pouco esdrúxula à primeira vista, mas ela visa justamente uma melhor segurança nas curvas e em altas velocidades. O sistema, segundo o engenheiro Emílio Paganoni, supervisor de produto da Peugeot do Brasil, é muito utilizado em rallies. A montadora francesa adotou o sistema no recém-lançado 306, mas seus modelos competitivos já o usavam no Paris-Dacar desde 1990.

A lógica é a seguinte: quando o carro faz uma curva para a direita, por exemplo, as rodas dianteiras se torcem nesta direção acompanhando a mudança de rota. Mas as de trás, por permanecerem retas, tendem a escorregar para a esquerda. Em alta velocidade, esse movimento da roda traseira torna-se perigoso para a estabilidade do carro, que pode girar. “Com o sistema de direção esterçante para as rodas traseiras, elas esterçam em um ângulo proporcional às rodas da frente e evitam essa derrapagem, ao mesmo tempo em que aumenta o atrito com o solo.”

Também no capítulo direção e segurança, um desenvolvimento recente da Honda merece destaque — um sistema de direção hidráulica progressiva simplificado (a progressividade da direção hidráulica é o que faz o volante ser “leve” nas manobras com o carro parado e “duro” em alta velocidade). O engenheiro Laerte Zatta chama o sistema de simplificado quando o compara à atual parafernália necessária para se conseguir a progressividade. “Hoje se usam bombas, válvulas e circuitos hidráulicos muito complexos, caros e de manutenção onerosa”, afirma Zatta. O sistema Honda leva em consideração o atrito pneu-solo, que é muito alto quando se está em baixa velocidade — momento em que se precisa de uma direção leve para facilitar manobras. Esse atrito é capaz de provocar uma pequena torção na coluna de direção. Ali fica instalada um pequena válvula que lê os valores da torção e se abre, permitindo a passagem do óleo em direção aos cilindros de força, que reduzem o esforço no volante.

Ainda pensando em segurança, as fábricas inventaram suspensões inteligentes geniais, capazes de se adequarem ao terreno ou à disposição do motorista em dirigir tranqüilo ou esportivamente. Dá para imaginar uma suspensão sem molas ou amortecedores e que funcione muito bem? Pois ela existe e é considerada uma das melhores do mundo pelos diversos fabricantes de automóveis. A suspensão mágica é a Hidractiva II que equipa os carros das linhas Xantia e XM da fábrica francesa Citröen.

“Ela se assemelha à suspensão utilizada pelos carros de Fórmula 1, que detecta as irregularidades de solo e condições como frenagem, arrancadas ou derrapagem, corrigindo a altura e o amortecimento das rodas”, compara Fernand Barrallier, gerente técnico da XM, representante brasileira da marca. Outro recurso é a regulagem da altura da carroceria, feita com uma pequena alavanca, para compensar excesso de carga na traseira ou atravessar terrenos alagados. A Hidractiva II é o aperfeiçoamento da revolucionária suspensão hidráulica, desenvolvida pela Citröen, ainda na década de 50. Só que agora, como em todas as outras geniais inovações nos carros, ela conta com a precisão e a automação da eletrônica.

Para saber mais:

Um modelo de segurança

(SUPER número 9, ano 3)

Das pistas para as estradas (SUPER número 4, ano 5)

Movidos a computador

(SUPER número 6, ano 5)

Autobiografia

(SUPER número 1, ano 8)

De carona para o futuro

(SUPER número 2, ano11)

Leonardo Autopeças

(SUPER número 5,ano 11)

 

Motor pequeno, mas possante

O sistema Vtec utiliza, como qualquer outro carro, os dois lóbulos de comando, cada um ligado a uma válvula de admissão (isto nos motores de quatro válvulas — duas de admissão e duas de escape — por cilindro, como os Honda e boa parte dos estrangeiros atuais). Abaixo destes, ficam os cames, que no caso Vtec estão ligados a três balancins. O balancim do meio é “bobo”, não está ligado a nenhuma válvula. Dentro dos balancins existem pinos. O pino do primeiro balancim está ligado a uma mola, e o do terceiro se liga ao circuito hidráulico do motor.

Quando o motor está funcionando em baixas rotações, os balancins dos extremos exercem seu trabalho normal de abrir e fechar as válvulas. Mas, ao atingir 5 500 rpm, um comando eletrônico faz com que o óleo do circuito do motor seja injetado em alta pressão no orifício do pino do terceiro balancim, deslocando parte deste pino para o segundo balancim e o do segundo para o primeiro. Desta forma, os três passam a trabalhar juntos, unidos pelos pinos e, graças ao peso adicional do balancim do meio, o conjunto empurrará as válvulas mais para baixo no cilindro, aumentando assim o tamanho e o tempo de abertura.

Nas curvas, sem derrapagens

A tração variável VTD-4WD tem como cérebro o diferencial central, mais leve e menor que os normais, que permite a distribuição de torque entre a traseira e dianteira. Se necessário, envia até 100% para um eixo só. A decisão vem do computador, que colhe informações de sensores das rodas, aceleração, freios e abre ou fecha a válvula de um sistema hidráulico. O diferencial traseiro baseia-se em um conjunto de embreagens com vários discos próximos uns aos outros. No meio deles, há uma camada fina de silicone viscoso. Em presença de calor, o silicone torna-se mais espesso e trava os discos, que passam a girar juntos igualando a aceleração das duas rodas.

A roda traseira também vira

Introduzidas no Peugeot 405 dos rallies, incorporado agora ao 306, as rodas traseiras esterçantes são acionadas por um sistema de cabos mecânicos ligados às rodas da frente. Eles são ativados por um pequeno motor que aciona uma engrenagem. Esta põe em operação uma válvula hidráulica que aciona um pistão cilíndrico. O pistão move os cabos, fazendo com que as rodas traseiras se estercem em um ângulo máximo de 1,5°.

Tudo é monitorado eletronicamente. Sensores nas rodas dianteiras medem o ângulo de esterçamento e a velocidade do veículo. Quando acima de 80 km/h, o esterçamento traseiro é ativado para auxiliar nas curvas.

Suspenso por esferas

A suspensão hidrativa do Citroèn Xantia é composta de seis esferas de ferro, divididas ao meio por um diafragma. A metade superior contém nitrogênio (gás leve e inerte) e a inferior, óleo. As esferas estão ligadas a uma bomba hidráulica, conectada a um motor que faz funcionar todo o sistema. Quatro delas se ligam diretamente aos braços das rodas. As duas do meio são utilizadas como reservatórios para distribuir ou compensar rapidamente o óleo desviado para alguma roda.

Sensores avaliam, o tempo todo, o peso do carro, os ângulos do volante, a velocidade, a pressão na freagem e as oscilações da barra estabilizadora. Essas informações são processadas num computador, que em cada situação avalia a necessidade de amortecimento ou firmeza da suspensão. Um comando é enviado à bomba hidráulica que aciona as válvulas, aumentando ou reduzindo a pressão do óleo, que comprime ou descomprime o gás modificando o amortecimento.

Perfumaria importada

Alguns luxos dos carros topo de linha, fruto da eletrônica ou de simples boas idéias:

Rodar em silêncio

Em um motor onde o princípio de funcionamento é uma explosão, como no caso de todos os automóveis, os engenheiros quebram a cabeça para diminuir, eliminar ou evitar que os ruídos e vibrações gerados por este violento princípio não atinjam os usuários dentro ou fora do carro. A Toyota parece estar à frente na busca do silêncio. Nos modelos Camry e Corolla, ambos luxuosos, consegue-se um nível de ruído baixíssimo pelo uso de alguns dispositivos, como o coxim hidráulico. A função de um coxim é ajudar a fixar o motor sobre o chassi monobloco. Normalmente são confeccionados em metal e borracha para impedir que as vibrações do motor passem diretamente para o chassi e todo o carro. Mas como o motor é pesado e seu funcionamento violento, só o coxim não basta.

O coxim hidráulico desenvolvido pela Toyota possui uma câmara cheia de fluido, que absorve e amortece melhor as vibrações do movimento do motor. Além disso, o motor deixou de ser fixado diretamente no chassi e sim num subchassi, reduzindo ainda mais a transferência de vibração. Painéis de material fono-absorventes forram pontos críticos como assoalho, painel e capô para abafar os ruídos.

A Mercedes-Benz se preocupou não só com os ruídos e vibrações do próprio carro, mas também com os barulhos externos. A fábrica utiliza vidros laterais duplos, semelhantes aos utilizados pelos estúdios de gravação nas cabines: entre os dois vidros há vácuo, que absorve os ruídos.

Assento com memória

Os modelos mais luxuosos dos carros mundiais como os Toyota Camry, BMW 850i, Peugeot 306 e todos os Mercedes-Benz contam com um sistema eletrônico de memória de posição do banco e acessórios. Ao sentar, o motorista ajeita a sua posição ideal de banco (entre as mais de dez opções de mudança que esses carros oferecem, como regulagem de altura lombar, altura da perna, do encosto, etc.); coordena os três retrovisores e o volante, normalmente escamoteável, e aperta um dos três botões de memória. As informações são armazenadas na memória de um microcomputador de bordo. Quando o mesmo motorista usar novamente o carro, basta apertar o botão correspondente a sua memória e a posição ideal é arrumada sem qualquer esforço.

O sistema consiste em unidades eletrônicas de processamento (ECU) que trocam informações entre si. Uma está colocada na coluna da direção, outra recebe dados do banco e outra cuida dos espelhos. Todas são conectadas a interruptores, sensores e atuadores. As posições são captadas por sensores e transmitidas às ECUs, que as gravam na memória. As ECUs comandam atuadores que ligam os respectivos motores elétricos, para que estes realizem a operação mecânica de ajustar a posição solicitada.

Espelho ultra-sônico

As gotículas de água que se armazenam nos espelhos retrovisores externos, quando chove, prejudicam muito a visibilidade do motorista. Os engenheiros da Toyota lançaram mão de um dispositivo ultra-sônico que transforma as gotículas em névoa. Ele se compõe de um minivibrador piezoelétrico fixado a uma borda vibratória colocada na parte de trás do espelho. O sistema não toca a superfície do espelho, evitando qualquer distorção na imagem. Um interruptor no painel aciona o circuito elétrico que inicia as vibrações, enquanto outro circuito controla a freqüência das vibrações.

O vibrador piezoelétrico expande e contrai quando a corrente elétrica é aplicada. Essa ação faz com que a borda também se expanda e contraia, gerando vibrações de alta freqüência na superfície do espelho. Elas rompem a tensão superficial das gotículas, quebrando-as em pequeníssimas partículas como névoa. Para completar, um circuito que gera calor faz a névoa evaporar sem aderir ao espelho.

Manobras sem perigo

As costumeiras encostadas de pára-choque, ao se manobrar em uma vaga pequena, podem ser evitadas nos carros BMW, Honda ou Mitsubishi. Pequenas antenas nos pára-choques dianteiro e traseiro emitem ondas sonoras que, ao esbarrar no primeiro obstáculo (o carro estacionado atrás ou na frente), retornam amplificadas avisando o motorista de sua proximidade. O som de retorno é em forma de bip, e sua intermitência define a distância. Quanto mais freqüente o som, mais próximo o obstáculo, até tornar-se contínuo, indicando que o motorista deve frear.

Abraço do cinto

O motorista e o passageiro de um Subaru SVX nunca esquecem de colocar o cinto de segurança, porque o próprio carro se incumbe de prendê-los. O cinto corre por um trilho que passa sobre a porta, indo do pára-brisa até o término da janela, onde está o engate. Ao se fechar a porta, um sensor envia uma mensagem à central eletrônica, que comanda um motorzinho elétrico e faz correr o cinto. A parte transversal do cinto abraça os ocupantes, e os libera quando a porta é destravada.

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