artigo por Diego Riquero Tournier fotos Arquivo Bosch
A gestão da energia elétrica de um veículo moderno, tem se tornado um dos grandes desafios dos fabricantes de automóveis. Neste sentido, dois aspectos ganharam grande relevância a partir do incremento constante dos consumidores elétricos; por um lado, existe a necessidade de incrementar significativamente a capacidade de geração de corrente (papel do alternador), mas, junto com esta elevada geração de corrente, torna-se mandatório a existência de um controle, no sentido da modulação dos momentos de carga mecânica do alternador (freio motor), com relação a sua própria entrega de corrente.
Esta capacidade de administrar um esforço mecânico com relação a uma demanda de corrente, no poderia ser realizada por médio dos sistemas convencionais de regulagem de tensão (reguladores de tensão mecânicos); desta forma, surgiram os reguladores de tensão de modulagem eletrônica, também conhecidos como Reguladores de Tensão Eletrônicos, ou como Reguladores Multifunção.
Na figura 1, podemos ver uma configuração típica de um regulador de tensão do tipo Multifunção, aplicado em um alternador que trabalha sobre o princípio de geração de corrente modulada.
A primeira vista, podemos identificar um incremento significativo na quantidade de pinos de conexão elétricos, se comparados com um alternador com regulador de tensão convencional, os quais para funcionar, contavam apenas com uma conexão direta da corrente de bateria (B+), uma conexão para excitação das bobinas de campo (D+), e uma conexão a negativo.
Já o conexionado de um regulador Multifunção (figura acima), pode receber um borne de conexão com 4,5 ou 6 pinos, conforme o fabricante e/ou aplicações específicas.
No exemplo acima, vemos um conexionado de um regulador Multifunção com 6 entradas, das quais 5 estão localizadas no conetor elétrico do chicote, e outra conexão que recebe a corrente diretamente da bateria (B+), se encontra diretamente parafusada em uma conexão reforçada para este fim.
A principal diferença conceitual de uma regulador Multifunção, radica no fato de contar com um circuito eletrônico integrado no mesmo (figura 2); esta caraterística, torna necessária, a comunicação do regulador de tensão com uma unidade de controle eletrônico, função a qual, estará a cargo para a maioria dos casos, por uma unidade de controle eletrônico central (Body Control, controle de carroceria, unidade ZE), ou em outros casos, pela própria unidade de controle do motor (ECU).
Voltando ao conexionado do exemplo da figura 1, podemos identificar a presença das conexões tradicionais de qualquer alternador como o (B+), correspondente à alimentação direta da bateria; o (D+/L), correspondente à lâmpada de aviso de geração de carga para a bateria no painel; o borne (W), utilizado como sinal de referência das RPM (giro do alternador o qual pode ser referenciado a partir de um cálculo, como RPM do motor); assim como, a conexão (D-), para fechar o circuito a negativo.
A novidade estará por conta de conexões como; o pino (15), quem recebe a alimentação a partir, da chave de ignição, alimentado desta forma o circuito eletrônico integrado; o pino (BS), o qual se encarrega de monitorar a tensão da bateria em tempo real, sendo este valor processado pela eletrônica integrada no regulador de tensão; e por último, o pino de conexão (DFM), que responde à sigla Drive Field Monitoring, quem será o encarregado de modular a partir de pulsos elétricos, a corrente de excitação das bobinas de campo.
A partir deste monitoramento eletrônico do campo magnético, a corrente gerada pelo alternador, passará a ser controlada de forma muito precisa.
Na figura 3, podemos ver muitas das funções que atualmente passaram a ser controladas por uma lógica eletrônica (controle via software), as quais foram desenvolvidas, a partir da interação dos reguladores Multifunção, com unidades de controle eletrônico.
LRS (Load Response start)
Esta estratégia de funcionamento, permite modular a geração de carga elétrica do alternador, em sintonia com a demanda de carga do motor (torque);
por exemplo:
No momento da partida a frio, é provocada uma descarga de corrente muito violenta na bateria (fenômeno diretamente relacionado ao consumo do motor de partida), esta condição demanda do alternador, uma rápida e elevada reposição da corrente, para permitir que a bateria volte ao seu nível normal de carga e tensão de trabalho.
Mas, se considerarmos o momento no qual todo este desequilíbrio de cargas elétricas está acontecendo (momento da partida a frio), vamos compreender que, o momento no qual o motor inicia seu funcionamento, e procura estabilizar a sua marcha lenta, coordenando atuadores como borboleta de aceleração, tempo de injeção, tempo de ignição etc., trata-se do pior momento para colocar uma carga adicional ao motor (carga mecânica gerada por um alternador gerando elevados valores de corrente).
Desta forma, a estratégia LRS, determina um retraso no momento da geração da corrente por parte do alternador (retraso de alguns segundo ou minutos), estabelecendo um posterior restabelecimento da geração da corrente, de forma gradativa e modulada; estando esta função, controlada diretamente, através do pulso do DFM.
LRD (Load Response Drive)
Trata-se de uma estratégia que segue uma lógica similar à função LRS, só que neste caso, o controle da geração da carga do alternador, será modulada, a partir de outro tipo de sinal de entrada; neste caso, o que determinará a modulação do pulso DFM, será um sinal de alta demanda de torque do motor.
Como exemplo, podemos tomar uma condição mediante a qual, um motorista está prestes a realizar uma ultrapassagem na estrada, e para este fim, pisa no acelerador gerando um sinal para a ECU de alta demanda de carga do motor; diante desta situação, o regulador de tensão, através da entrada DFM, recebe uma nova condição de carga (excitação dos campos), através da qual, o alternador deixará de gerar corrente por alguns segundos, retirando o freio mecânico que todo alternador provoca em condição de carga, outorgando-lhe ao motor, uma incremento da potência e torque especifico por alguns segundos, facilitando a manobra de ultrapassagem. Outras estratégias como as descritas acima, passam a ser integradas via eletrônica de controle.
Desta forma, vemos funções como o controle da temperatura do circuito integrado (Overtemperature protection), controle da integridade da conexão (B+), (Emergency control), controle da tensão presente na bateria e possíveis quedas de tensão no circuito (Battery Sense), assim como, a geração de códigos DTC por parte do circuito integrado do alternador, os quais passam a ser armazenados nas unidades eletrônicas de controle do veículo (Following faults Detection).
Adicionalmente, e como evolução deste controle eletrônico do alternador, muitos veículos passaram a controlar a demanda de carga e geração elétrica do alternador, a partir de redes de comunicação, incorporando cada vez mais, funções eletrônicas programadas em software.
A rede de comunicação mais utilizada para este fim, é a rede LIN (Local Interconnect Network).
Na figura acima, podemos ver um exemplo da regulação de carga de uma alternador eletrônico, comandado através do pulso DFM do regulador de tensão.
Por tratar-se de um pulso modulado, a relação de ativação do campo magnético, estará determinada por uma ciclo útil de trabalho (Duty Cycle).
No oscilograma acima, podemos ver na linha azul a medição de tensão, e na linha vermelha o pulso modulado recebido no terminal DFM.
Na parte superior do gráfico, vemos os sinais correspondentes à condição de marcha lenta sem o acionamento de consumidores elétricos (menor demanda de carga elétrica do alternador).
Nesta condição, aparece um pequeno pulso de tensão de monitoramento (condição normal de muitos sistemas eletrônicos, para controlar a integridade dos circuitos), representado na imagem, pelo traço da linha na cor azul.
Seguindo a linha inferior na cor vermelha, vemos um pulso PWM, correspondente ao ciclo de ativação do DFM.
Reparem que na condição de marcha lenta, este exemplo mostra um pulso de ativação aparentemente maior, se comparamos os mesmo, com o oscilograma inferior da imagem (condição de consumidores ligados), este fenômeno responde ao tipo de conexionado de ativação, o qual pode estar sendo feito internamente através de forma inversa, determinado que, um pulso de menor duração em tempo, corresponda a uma maior condição de carga, ou vice-versa.
Na condição de motor ligado e consumidores em condição de carga, vemos que o ciclo útil de trabalho passou para uma atuação de 84%, determinando desta forma, uma condição de carga elevada do alternador (em amperes), e uma tensão que chega em condição operacional, aos 15 volts.
A tabela ao lado, mostra dados referenciais (os quais devem ser confirmados, conforme cada especificação de veículo), deixando em evidencia, a existência de uma relação direta, entre o pulso de modulação do DFM, e geração de tensão do alternador.
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