Vibração no Pedal de Freio: Causa e Solução em VE
Em um cenário onde a eletrificação automotiva redefine as expectativas de conforto e silêncio, qualquer ruído ou vibração residual torna-se um ponto crítico de insatisfação para o condutor. A ausência do ruído do motor em veículos elétricos puros (VEs) amplifica a percepção de sons mecânicos sutis, especialmente em baixas velocidades, quando o ambiente interno é mais silencioso. Nesse contexto, problemas de NVH (ruído, vibração e dureza) relacionados ao sistema de frenagem, antes mascarados, agora emergem como desafios de engenharia de alta prioridade. Um dos sintomas mais comuns e incômodos é a vibração no pedal do freio acompanhada por um ruído metálico ou “clique”, que, embora não comprometa a segurança, afeta diretamente a percepção de qualidade e refinamento do veículo.
Um estudo técnico publicado recentemente na revista Noise and Vibration Control traz uma análise detalhada e uma solução prática para exatamente esse problema. O trabalho, conduzido por Jun Zhang, engenheiro sênior do Geely Automotive Research Institute (Ningbo) Co., Ltd., descreve o processo de investigação e resolução de um caso de tremor no pedal e ruído anômalo em um sedã compacto 100% elétrico. A pesquisa, que combina testes em campo, análise de dados e engenharia de sistemas, não apenas identifica a causa raiz do problema, mas também propõe uma solução de baixo custo e alto impacto, demonstrando um caminho eficaz para a melhoria do desempenho NVH em veículos elétricos modernos.
O veículo em questão, equipado com um sistema de tração dianteira “três-em-um” e um sistema de freio hidráulico eletrônico (EHB) não desacoplado, apresentava um distúrbio perceptível durante frenagens leves a moderadas em velocidades abaixo de 30 km/h. O condutor sentia um tremor claro no pedal do freio e ouvia um som de “clique” ou “estalo” no habitáculo. O que tornava o caso particularmente desafiador era a ausência de qualquer instabilidade no veículo, como sacolejos ou bloqueio de rodas, indicando que o problema não estava relacionado à dinâmica de condução, mas sim a uma resposta sensorial indesejada do sistema de frenagem. Este tipo de falha é especialmente problemático em veículos elétricos, onde a ausência de ruídos de fundo torna o sistema de frenagem o foco principal da percepção acústica e tátil do usuário.
A complexidade do sistema residia na integração do freio regenerativo. O sistema de freio cooperativo (CRBS) coordena a desaceleração entre o motor elétrico, que recupera energia, e o sistema hidráulico de fricção. A transição entre essas duas fontes de frenagem deve ser imperceptível para o condutor. No entanto, como descobriu a equipe de Zhang, essa transição, especialmente quando o freio regenerativo é desativado em baixas velocidades, pode gerar pulsos de pressão no circuito hidráulico, que se manifestam como vibrações transmitidas até o pedal.
Para diagnosticar o problema, a equipe de engenharia realizou uma série de testes em veículo instrumentado. Um conjunto de sensores foi estrategicamente posicionado em todo o sistema de frenagem: acelerômetros foram instalados na unidade de controle de estabilidade eletrônica (ESC), nas linhas hidráulicas, no cilindro mestre, no pedal do freio e na parede dianteira do habitáculo. Um microfone foi colocado perto do ouvido esquerdo do motorista para capturar a experiência auditiva. O procedimento de teste consistia em acelerar até 30 km/h, liberar o acelerador e, em seguida, aplicar uma frenagem rápida e firme, enquanto todos os dados eram registrados simultaneamente.
Os resultados dos testes foram reveladores. A maior amplitude de vibração foi registrada diretamente na unidade ESC, com picos de aceleração atingindo quase 7 g. Esse valor é extremamente alto para um componente de um veículo de produção e indica uma fonte de excitação interna poderosa. As linhas hidráulicas conectadas ao cilindro mestre também mostraram níveis significativos de vibração, com picos em torno de 2 g, enquanto os pontos de estrutura do veículo registraram níveis muito mais baixos. Essa discrepância clara apontou para a própria unidade ESC como a fonte primária da perturbação, e não como um simples ponto de ressonância secundária.
A análise espectral dos dados confirmou essa hipótese. Os espectrogramas de tempo-frequência mostraram que a frequência dominante da vibração na unidade ESC estava concentrada em torno de 2 000 Hz. Essa frequência é típica de componentes mecânicos internos de alta velocidade, como bombas de pistão excêntrico ou válvulas solenoides de comutação rápida. Em contraste, a vibração no pedal do freio ocorria em uma frequência mais baixa e apresentava um pequeno atraso em relação ao sinal do ESC. Esse desfasamento é característico da propagação de uma onda de pressão através de um fluido hidráulico: a perturbação é gerada na ESC, viaja através do líquido de freio e chega ao pedal com um certo atraso. Isso confirmou que o pedal era um receptor passivo da energia vibratória, não sua origem.
Com a fonte identificada, a equipe passou para a investigação dos caminhos de transmissão. Seria possível que a vibração estivesse sendo transmitida através de conexões estruturais entre a ESC e o chassis? Para testar isso, uma série de experimentos de isolamento foi realizada. Os parafusos de montagem entre a ESC e o longarina dianteira foram removidos, os suportes das linhas hidráulicas foram desconectados do corpo do veículo, amortecedores de borracha foram adicionados entre o servo-freio e a parede do habitáculo, e blocos de massa foram colados na estrutura para alterar sua rigidez local. Nenhuma dessas modificações teve qualquer efeito perceptível na vibração do pedal ou no ruído no habitáculo.
O avanço decisivo veio com uma alteração no sistema hidráulico. Quando as linhas metálicas rígidas que conectavam o cilindro mestre à unidade ESC foram substituídas por mangueiras flexíveis de borracha, a intensidade da vibração e o ruído de “clique” foram drasticamente reduzidos. Além disso, o nível de vácuo no sistema durante o procedimento de abastecimento de fluido de freio também influenciava a percepção subjetiva do problema. Esses resultados foram a prova definitiva de que o problema não era estrutural, mas sim hidráulico: pulsos de pressão dentro do circuito eram a causa raiz, e sua transmissão era altamente sensível à rigidez e ao amortecimento da própria linha de fluido.
Isso levou a uma investigação mais profunda do funcionamento interno da unidade de controle hidráulico (HCU) dentro da ESC. O HCU utiliza um motor de corrente contínua para acionar uma bomba de pistão excêntrico e válvulas solenoides de alta velocidade para gerar e modular a pressão de frenagem. Ambos os componentes são conhecidos por gerar vibrações induzidas pelo fluxo. A bomba de pistão, devido ao seu movimento alternativo, produz pulsos de fluxo que aumentam com a velocidade do motor e a excentricidade do eixo. As válvulas solenoides, por sua vez, geram forças hidráulicas transientes ao abrir e fechar, especialmente quando há uma diferença de pressão entre seus lados. Essas forças dinâmicas podem excitar ressonâncias nas linhas hidráulicas e nos componentes conectados.
Embora soluções ideais envolvessem um redesenho físico da bomba ou das válvulas — como o uso de múltiplos pistões para suavizar o fluxo ou a adição de amortecedores internos — essas mudanças são geralmente inviáveis em fases avançadas do desenvolvimento de um veículo. Elas exigem longos ciclos de revalidação, coordenação com fornecedores e têm um alto custo. Diante disso, a equipe de Zhang adotou uma abordagem de engenharia mais pragmática e eficaz: a otimização da estratégia de controle por software.
A lógica por trás dessa solução era direta. Se a excitação ocorre durante a transição entre o freio regenerativo e o hidráulico, então modificar o momento dessa transição poderia eliminar o problema. A estratégia original do CRBS desativava a recuperação total de energia em torno de 15 km/h. Nesse ponto, o sistema hidráulico precisava assumir toda a carga de frenagem de forma repentina, criando um pico de demanda que forçava a bomba e as válvulas a operar em um modo de alta transitoriedade, amplificando as flutuações de pressão.
A solução proposta foi deslocar o ponto de desativação da recuperação de energia de 15 km/h para 30 km/h. Dessa forma, o veículo depende mais do freio por fricção em velocidades mais altas, onde o ruído de rolamento e do vento mascara naturalmente qualquer som do sistema de frenagem. Mais importante, isso elimina a transição abrupta em velocidades muito baixas, onde o ambiente interno é mais silencioso e a percepção humana é mais aguçada. Paralelamente, a equipe reduziu a velocidade de operação do motor da ESC de 1 800 rpm para 1 200 rpm, diminuindo assim a frequência e a amplitude das pulsões de fluxo geradas pela bomba de pistão.
Os resultados da implementação dessa atualização de software foram extraordinários. Avaliações subjetivas realizadas por pilotos de testes experientes confirmaram que o tremor no pedal e o ruído de “clique” haviam desaparecido completamente. Medidas objetivas mostraram uma redução clara nos níveis de vibração na unidade ESC e no pedal do freio, especialmente nas bandas de frequência associadas à excitação hidráulica. Criticamente, o desempenho de frenagem e a sensação do pedal permaneceram dentro dos parâmetros aceitáveis, e o impacto na eficiência energética total foi mínimo, já que a recuperação de energia em velocidades abaixo de 15 km/h contribui muito pouco para a autonomia geral do veículo.
Este estudo exemplifica uma transformação fundamental na engenharia automotiva moderna. À medida que os veículos se tornam mais eletrificados e definidos por software, a linha entre hardware e software desaparece. Problemas que antes exigiriam caras e demoradas alterações físicas agora podem ser resolvidos com ajustes de calibração e algoritmos de controle mais inteligentes. Ele também destaca a importância de uma abordagem sistêmica para o desenvolvimento de NVH. Em vez de isolar componentes, os engenheiros precisam entender as complexas interações entre o trem de força, o sistema de frenagem, a suspensão e os controles eletrônicos, especialmente em condições de operação transitórias.
Além disso, a pesquisa enfatiza o valor do teste e da integração precoce. Como observado por Zhang, muitos desses problemas poderiam ser evitados na fase de projeto através de simulações de hardware em malha fechada (HIL), onde as estratégias de controle podem ser validadas contra modelos realistas da dinâmica hidráulica antes mesmo da construção de protótipos físicos. Essa abordagem proativa não apenas melhora a qualidade do produto final, mas também reduz drasticamente a necessidade de correções dispendiosas e demoradas no final do ciclo de desenvolvimento.
As implicações deste trabalho vão muito além de um único modelo de veículo. Com o mercado de veículos elétricos em constante expansão, as expectativas dos consumidores em relação ao refinamento e ao conforto estão mais altas do que nunca. Fabricantes que não conseguem resolver esses problemas sutis de NVH correm o risco de prejudicar sua reputação de qualidade, mesmo que a funcionalidade básica do veículo seja impecável. Nesse sentido, o estudo de Zhang fornece não apenas uma solução técnica, mas um quadro estratégico valioso para gerenciar a interação complexa entre eletrificação, desempenho e experiência do usuário.
O trabalho também reflete a crescente sofisticação da engenharia automotiva chinesa. A Geely, parte do ecossistema que inclui Zeekr e Volvo, tem investido pesadamente em tecnologias-chave, incluindo sistemas de frenagem avançados. A capacidade de diagnosticar e resolver internamente problemas tão complexos demonstra uma maturação técnica que posiciona os fabricantes domésticos como competidores globais sérios no setor de veículos elétricos.
Olhando para o futuro, os desafios serão ainda mais complexos. Com a chegada de sistemas “brake-by-wire”, onde o pedal do freio é totalmente desacoplado do atuador hidráulico, os engenheiros ganharão um controle ainda maior sobre a sensação do pedal. No entanto, isso também introduzirá novos modos de falha e desafios de feedback sensorial. A pesquisa futura pode explorar cancelamento ativo de vibrações, algoritmos de controle preditivo ou até mesmo sistemas hápticos para elevar ainda mais o conforto do frenagem.
Em conclusão, o trabalho de Jun Zhang é um exemplo poderoso de como uma combinação de testes meticulosos, compreensão profunda do sistema e engenharia inteligente pode resolver problemas reais de NVH em veículos elétricos modernos. Serve como um lembrete de que, na busca por uma mobilidade silenciosa, suave e sustentável, a atenção aos detalhes não é um luxo, mas uma necessidade fundamental.
Jun Zhang, Geely Automotive Research Institute (Ningbo) Co., Ltd., Noise and Vibration Control, DOI: 10.3969/j.issn.1006-1355.2024.02.046