A direção elétrica já foi uma tecnologia encontrada em supercarros exóticos com motor traseiro. No final dos anos 1980, muitos carros tinham pneus dianteiros largos e era difícil rotear linhas hidráulicas do compartimento do motor para a frente do veículo e o rack.
Muitos dos primeiros sistemas eram eletro-hidráulicos com um motor elétrico acionando uma bomba hidráulica. Eventualmente, muitos fabricantes conseguiram acoplar o motor elétrico à cremalheira ou coluna de direção.
Essa tecnologia chegou aos carros e até mesmo caminhões. Mas, para esses veículos, a direção elétrica melhorou a economia de combustível e simplificou o sistema de correia de transmissão.
Diagnosticar sistemas de direção elétrica requer uma compreensão de voltagem, corrente e cargas. Além disso, um técnico deve entender como os módulos e sensores trabalham juntos para determinar o nível de assistência.
O motor
A maioria dos sistemas de direção elétrica usa um motor elétrico trifásico alimentado por uma tensão CC modulada por largura de pulso. O motor é sem escovas e tem uma faixa de tensão operacional de 9 a 16 volts. Motores trifásicos permitem uma aplicação mais rápida e precisa do torque em baixas RPM.
O motor usa um sensor rotacional que determina a posição do motor. Em alguns sistemas, se o módulo for substituído ou o dedo do pé tiver sido trocado, os batentes finais do sistema de direção devem ser aprendidos para que o motor não empurre a cremalheira além do ângulo máximo de direção. Esta pode ser uma etapa adicional além da calibração do sensor de ângulo de direção. O motor pode ser conectado à cremalheira ou coluna de direção. Hoje, mais veículos estão usando motores que são montados na base do mecanismo de direção ou na extremidade oposta da cremalheira.
O Módulo
Um módulo de direção elétrica é mais do que apenas uma placa de circuito e conectores em uma caixa de alumínio. O módulo contém os drivers, geradores de sinal e interruptores MOSFET que alimentam e controlam o motor elétrico. O módulo também contém um circuito monitor de corrente que mede os amperes que o motor está usando. O monitor de corrente e outras entradas para determinar a temperatura do motor usando um algoritmo que até mesmo leva em consideração as temperaturas ambientes.
Se o sistema detectar uma condição que pode causar superaquecimento do motor, o módulo reduzirá a quantidade de corrente que vai para o motor. O sistema pode entrar em um modo de segurança contra falhas, gerar um DTC e alertar o motorista com uma luz de advertência ou mensagem.
Entradas de sensores
Medir o ângulo de posição do volante e a taxa de giro fornece informações críticas para sistemas de direção elétrica. A ferramenta de varredura normalmente exibirá essas informações em graus. O sensor de ângulo de direção (SAS) normalmente faz parte de um cluster de sensores na coluna de direção. O cluster de sensores sempre terá mais de um sensor de posição de direção: Alguns clusters de sensores têm três sensores para confirmar os dados. Alguns clusters SAS e módulos de sensores são conectados a um barramento Controller Area Network (CAN). O módulo ou cluster SAS pode ser conectado diretamente ao módulo ABS/ESC em um barramento CAN ou pode fazer parte da rede CAN geral em um loop que conecta vários módulos no veículo.
O sensor de torque da direção mede a força de direção aplicada pelo motorista e permite o controle sensível do suporte da direção elétrica. Ele serve à mesma função de uma válvula de carretel em um sistema de direção hidráulica.
A Rede
O sistema de direção elétrica é normalmente parte do barramento CAN Hi-Speed no veículo. Nesta rede está o ECM para o motor e o sistema de controle de estabilidade/ABS. Esses módulos compartilham informações sobre velocidade do veículo, ângulo de direção e operação do motor. Outras informações, como temperatura ambiente, são compartilhadas por meio de módulos de gateway, como o painel de instrumentos.
As informações compartilhadas podem ser usadas para resolver problemas mecânicos como torque steer experimentado por veículos de tração dianteira. O ECM pode receber a entrada do pedal do acelerador, indicando que o motorista quer o acelerador totalmente aberto enquanto o veículo está em baixa velocidade. As informações podem ser usadas pelo módulo de direção hidráulica para adicionar níveis específicos de torque para neutralizar o torque steer. O módulo ABS também pode aplicar os freios para dirigir o veículo.
Programas
O sistema de direção elétrica tem um software sofisticado que pode regular não apenas a quantidade de assistência, mas também como a direção é sentida pelo motorista. O software também regula a temperatura do motor. Os OEMs geralmente lançam atualizações para o módulo de direção hidráulica. Essas atualizações podem ajudar a resolver problemas intermitentes e códigos que podem fazer com que a luz acenda e faça o sistema entrar em um modo de segurança contra falhas.
Retornando ao Centro
A direção elétrica pode ajudar a retornar à direção ao centro após completar uma curva. As informações do sensor de posição da direção impedem que o sistema “ultrapasse” a posição central. Esse recurso é essencial nos veículos atuais com aros de grande diâmetro. A função de retorno permite menos caster positivo para aumentar a estabilidade do veículo e melhorar a sensação da direção.
Amortecimento de solavancos
A direção elétrica pode ajudar a amortecer choques no volante devido a irregularidades na estrada. Ela usa informações de velocidade e posição do volante para determinar a quantidade de amortecimento. Às vezes, a direção entrava nesse modo enquanto o veículo estava estacionado com o motor ligado e o motorista podia notar pequenos movimentos no volante.
Compensação de Puxada
Um pequeno puxão causado pelos pneus, coroa da estrada e cargas pode ser eliminado pelo sistema de direção elétrica. O motor pode ajudar a empurrar contra o puxão. Alguns sistemas aprenderão como um veículo está puxando. Eventualmente, o sistema compensará automaticamente. Você pode limpar essa compensação aprendida com uma ferramenta de varredura.
Direção autônoma
Com dados mais precisos e módulos mais rápidos, o motor elétrico no rack está fazendo muito mais do que apenas auxiliar o motorista. Com apenas mais alguns sensores e um novo software, o veículo pode se tornar auto dirigível.
Não consegue estacionar em paralelo? Monte alguns sensores de proximidade nos para-choques que podem ser usados para um sistema de assistência de estacionamento que pode estacionar um veículo em paralelo. Tudo o que o motorista precisa fazer é operar o acelerador e o freio.
Adicione câmeras dianteiras e traseiras e sensores de proximidade aos espelhos retrovisores laterais e você terá um sistema de saída de faixa que pode dizer quando o veículo está saindo da faixa. Sistemas leves podem sacudir o volante como se estivessem batendo em uma faixa de vibração imaginária; sistemas mais agressivos podem agir e direcionar o veículo de volta para a faixa.
Diagnóstico
Os sistemas de direção elétrica não podem ser consertados normalmente jogando peças no problema. O rack e o módulo podem ser muito caros para substituir. Os sensores de ângulo de direção e torque são difíceis de trocar devido à sua posição na coluna de direção.
A melhor abordagem para diagnosticar esses sistemas é olhar as entradas, códigos e a rede por meio de uma ferramenta de varredura antes mesmo de uma inspeção física dos componentes. Você precisa olhar os dados dos sensores para ter certeza de que eles não estão dando informações errôneas. Além disso, olhe os outros módulos no barramento CAN para ver se eles estão se comunicando. Partes de dados ausentes, como velocidade do veículo ou guinada, podem fazer com que o sistema entre em um modo de segurança contra falhas.
Direção hidráulica de última geração
Ford, Audi, Mercedes-Benz, Honda e GM estão introduzindo sistemas de direção com relações variáveis em algumas plataformas. Algumas montadoras também estão chamando isso de direção adaptativa.
A direção de relação variável muda a relação entre as ações do motorista no volante e o quanto as rodas dianteiras giram. Com a direção de relação variável, a relação muda continuamente com a velocidade do veículo, otimizando a resposta da direção em todas as condições.
Em velocidades mais baixas, como ao estacionar em uma vaga ou manobrar em áreas apertadas, menos giros do volante são necessários. A direção adaptável torna o veículo mais ágil e fácil de virar, pois ele coloca mais direção no volante da estrada.
Em velocidades de rodovia, o sistema otimiza a resposta da direção, permitindo que o veículo reaja mais suavemente a cada entrada da direção. Os sistemas da Ford e da Mercedes-Benz usam um atuador controlado com precisão colocado dentro do volante e não exigem nenhuma alteração no sistema de direção tradicional do veículo.
O atuador é um motor elétrico e sistema de engrenagens que pode essencialmente adicionar ou subtrair das entradas de direção do motorista. O resultado é uma melhor experiência de direção em todas as velocidades, independentemente do tamanho ou classe do veículo.