Sistemas de Freio (2ª Parte)
Tuesday, 20 May 2014 13:33
No mês passado, quando comecei a falar sobre os sistemas de freios dos nossos carros, abordei os sistemas de freio a tambor, ainda muito encontrado nos carros que rodam pelo Brasil. Agora, vamos falar sobre os sistemas de freio a disco e também sobre os dispositivos eletrônicos que auxiliam na segurança dos carros atuais.
Eu usei o carrinho de rolimã para exemplificar o princípio do funcionamento do freio a tambor. Para falar do freio a disco, vou utilizar uma bicicleta como referência. Os freios de uma bicicleta têm um pinça, que comprime as sapatas de freio contra o aro de roda. Em um freio a disco, as pastilhas de freio comprimem o disco, ao invés da roda. A força transmitida depois que o motorista aperta o pedal do freio aciona, hidraulicamente, o sistema que comprime as pastilhas contra o disco, que está acoplado a roda. Com o atrito, há a redução da velocidade de giro do conjunto.
Um carro em movimento tem uma certa quantidade de energia cinética. Quando acionamos os freios do carro, ocorre um processo de transformação desta forma de energia em uma outra para que possamos fazer o carro parar. Os freios fazem isso convertendo esta energia cinética em energia térmica – ou calor, no caso – que é gerado pelo atrito entre as pastilhas e o disco. Por isso, na maioria dos freios a disco dos carros, os discos são ventilados. Os freios a disco ventilados têm um conjunto de palhetas, entre os dois lados do disco, que bombeiam o ar pelo interior do disco para prover o resfriamento.
O freio a disco mais comum atualmente possui um sistema de pinça flutuante, com um pistão, e é auto-centrante e auto-ajustável. A pinça é capaz de deslizar de um lado para o outro e se move para o centro cada vez que os freios são usados. Considerando ainda que não há mola para afastar as pastilhas do disco, elas sempre ficam em leve contato com ele (a vedação de borracha do pistão e qualquer empeno no disco podem afastar as pastilhas a uma pequena distância do disco). Isto é importante porque os pistões nos freios têm diâmetro muito maior do que os do cilindro-mestre. Se os pistões de freio se retraem para dentro dos seus cilindros, isso pode exigir diversas aplicações (bombeadas no pedal) do pedal do freio para bombear fluido suficiente ao cilindro de freio, de modo que as pastilhas de freio readquiram contato com o disco.
Com um sistema tão delicado e preciso, o ajuste do sistema de freios tem que ser precisos e perfeitos para seu bom funcionamento. Os carros com sistemas de freios mais antigos tinham pinças com dois ou quatro pistões. Um pistão (ou dois) em cada lado do disco empurrava a pastilha naquela direção. Este sistema acabou sendo eliminado com o tempo porque os carros projetados com apenas um pistão mostraram-se eficientes, mais baratos e mais duráveis.
Em carros com freios a disco nas quatro rodas, um freio de estacionamento, o famoso "freio de mão", para ser acionado precisa de um mecanismo separado, sendo esse uma garantia em caso de falha total dos freios a disco. A maior parte dos carros usa um cabo para ativar o freio de estacionamento.
Alguns carros com freios de disco nas quatro rodas têm um freio a tambor separado, integrado ao cubo das rodas traseiras. Este freio de tambor é apenas para o sistema de emergência do freio e é ativado pelo cabo, não dependendo de mecanismos hidráulicos.
Outros carros têm uma alavanca que gira um parafuso, ou ativa um ressalto, que pressiona o pistão do freio a disco.
A manutenção do sistema de freios a disco é relativamente mais simples do que o do freio a tambor, desde que seja feito de forma correta. O tipo de necessidade mais comum na manutenção de freios é a troca das pastilhas. As pastilhas do freio a disco normalmente têm uma peça de metal chamada indicador de desgaste.
Caso esta peça comece a tocar o disco, o condutor irá ouvir um som agudo, produzido pelo contato do metal do disco com o metal do indicador de desgaste. Caso isso aconteça, significa que é hora de trocar as pastilhas do freio. Contudo, o proprietário não deve deixar o desgaste das pastilhas chegar a este ponto. Para isso existem as revisões e há uma abertura para inspeção na pinça para que a autorizada ou o seu mecânico possa ver quanto material de atrito resta nas pastilhas de freio.
A não substituição das pastilhas de freio irá provocar danos ao disco. O atrito do metal com o metal pode e vai provocar riscos no freio que podem atingir tal profundidade a ponto dos discos terem que ser retificados ou mesmo substituídos. Além disso, o atrito de metal com metal pode provocar, com o sobreaquecimento, deformações na superfície do disco, criando rugosidades e empeno, o que implicará na necessidade de trocá-los.
Retificar os discos mais frequentemente que o necessário reduzirá sua duração. Isto acontece porque o processo remove material dos discos de freio, que ficam mais finos a cada vez que são usinados. Todos os discos de freio têm uma especificação de espessura mínima permitida antes de precisarem ser substituídos. Esta especificação pode ser encontrada no manual de manutenção do veículo. No manual do proprietário, está especificado a periodicidade de troca das pastilhas de freio, mas as mesmas podem ser antecipadas, em caso de desgaste excessivo.
Sistemas de auxílio ao motorista.
Tanto no caso dos freios a tambor quanto no caso dos sistemas de freios a disco, há algum tempo a indústria automobilística vem desenvolvendo melhorias no sistemas de frenagem dos carros, visando especialmente o antitravamento das rodas e a manutenção do controle do motorista durante a frenagem. O mais conhecido deles é o ABS (Anti-lock Breaking System).
Entender a teoria dos freios antitravamento é relativamente simples. Uma roda que desliza (a área do pneu em contato com o asfalto escorrega em relação à rua, avenida ou estrada) tem menos aderência que uma roda que não está deslizando. Se você já ficou imobilizado no gelo ou na lama, sabe que se as rodas estão girando em falso, você não tem tração, o carro não sai do lugar. Isso acontece porque a área de contato está deslizando em relação ao solo.
Ao evitar o deslizamento das rodas durante a frenagem, os freios antitravamento beneficiam o motorista de duas maneiras: parando o veículo de forma mais rápida e permitindo que o motorista seja capaz de mudar a trajetória do carro enquanto freia, o que pode permitir a ele evitar uma colisão ou um atropelamento.
Existem quatro componentes principais em um sistema ABS: sensores de rotação ou velocidade; bomba; válvulas; e unidade controladora ou central eletrônica. Os Sensores de rotação ou velocidade fornecem para a central eletrônica ou unidade controladora a informação de que uma roda está prestes a travar através dos sensores que estão localizados em cada uma das rodas ou, em alguns casos, no diferencial.
Existe uma válvula na tubulação do sistema hidráulico de cada freio controlado pelo ABS. Em alguns sistemas, as válvulas têm três posições: a posição um, a válvula está aberta; a pressão do cilindro-mestre é passada direto até o freio. Na posição dois, a válvula bloqueia o tubo, isolando o freio do cilindro-mestre. Isso previne que a pressão suba mais caso o motorista pressione o pedal do freio com mais força. Na posição três, a válvula libera um pouco da pressão do freio.
O sistema é dotado de uma bomba hidráulica, que tem a função de manter a pressão no sistema. Toda vez que a válvula libera a pressão dos freios, deve haver uma maneira de repor aquela pressão. É isso que a bomba faz: quando a válvula reduz a pressão num tubo, a bomba repõe a pressão.
Todo este processo é controlado por uma central eletrônica ou unidade controladora do sistema, que está integrado ao computador do automóvel, monitorando os sensores de rotação e controlando as válvulas, fazendo com que o sistema funcione.
A unidade controladora monitora os sensores de rotação o tempo todo, identificando as desacelerações das rodas que não são comuns. Antes de uma roda travar, ela passa por uma rápida desaceleração por conta da ação do motorista ao acionar o pedal do freio. Nesta hora, o sistema atua porque a unidade controladora identifica esta desaceleração e analisa se a roda poderia parar de girar muito mais rapidamente do que qualquer carro pararia. Levaria cinco segundos para um carro parar, sob condições ideais a uma velocidade de 100 km/h, mas quando uma roda trava, ela pode parar de girar em menos de um segundo.
A unidade controladora do ABS analisa e conclui se uma aceleração ou desaceleração é possível ou impossível. Com isso, ela trabalha, reduzindo ou aumentando a pressão naquele freio até que perceba uma aceleração, então aumenta a pressão até que veja uma nova desaceleração. Isto pode acontecer bem rapidamente, antes que o pneu possa mudar de rotação de forma significativa. O resultado disso é que aquele pneu desacelera na mesma relação com o carro e os freios mantêm os pneus muito próximos do ponto onde eles começam a travar. Isso oferece ao sistema o máximo poder de frenagem.
Para quem tiver "alma de piloto", com uma boa sensibilidade, sentirá uma pulsação no pedal de freio; isso se deve à rápida abertura e fechamento das válvulas. Alguns sistemas ABS podem operar em períodos de até 15 ciclos por segundo.
Dependendo do modelo e da montadora, o sistema de freios com ABS pode ter quatro canais e quatro sensores, sendo este o método mais seguro e eficaz, com um sensor para cada uma das as rodas e uma válvula separada para cada uma. Pode ter também três canais e três sensores ABS, sendo este mais comum em pickups, com um sensor de velocidade e uma válvula para cada roda dianteira, com uma válvula e um sensor para as duas rodas traseiras, que trabalhariam juntas e atuaria no eixo traseiro.
Mas, mesmo com o ABS, a indústria automobilística continuou investindo em melhorias nos sistemas de freios e em um avanço feito no esporte de competição, com a mudança do balanceamento de freios, transferindo a carga de forma conveniente para agir mais ou menos entre os eixos. Este é o EBD (Eletronic Breaking Distribution).
O EBD não é um componente físico e sim um programa interno do módulo do ABS, que monitora continuamente as rodas, principalmente as traseiras, no sentido de mantê-las seguindo um comportamento parecido, garantindo total estabilidade ao automóvel. Para isso, o módulo do ABS utiliza o sinal dos sensores de rodas, do interruptor de freio e dos demais sinais de entrada, para manter a rotação das rodas traseiras dentro de uma faixa aceitável de desaceleração.
Como o sistema é monitorado em função da rotação das rodas, é muito mais eficiente do que qualquer componente físico externo. Em caso de travamento das rodas de trás do carro é difícil manter o controle do veículo. Em condições normais, os sistemas de freios são projetados para que 70% da pressão dos freios seja aplicada nas rodas dianteiras e 30% nas traseiras em função da distribuição dos pesos do carro. O motor normalmente está na frente do carro e o peso sobre o eixo dianteiro é maior, exigindo uma força maior por conta disso.
Contudo, esta distribuição de pesos se altera com a quantidade de pessoas e cargas que podem ser encontradas. Se o automóvel estiver carregado (cinco pessoas mais bagagem), o centro de gravidade vai mudar, mais para trás e com isso as rodas traseiras terão menos risco de travamento, pois o peso ajuda a dar mais aderência e o sistema de freio poderá fazer a distribuição equilibrada, indo 50% para cada eixo. Muita gente não sabe, mas desde 2002 todos os sistemas ABS contam com o EBD.
Agora que você conhece melhor como funciona os freios do seu carro, utilize-o da melhor maneira e não deixe de cuidar bem dos seus componentes. Afinal, você não é o Ayrton Senna para andar com um carro sem freios e ainda ganhar a corrida como ele fez em uma das suas vitórias na F3.