Técnica: O que significa a IMU e para que serve?

By on 28 Julho, 2022

Há pouco mais de um duzia de anos, facilmente acabariamos no chão depois de uma travagem para lá dos limites ou de uma aceleração mal calculada a sair de curva. Hoje em dia, qualquer moto é quase imune a quedas, com ABS ultra-refinado e controle de tração que funciona tanto em linhas retas quanto em ângulos inclinados.

Tudo isto se deve à famosa IMU, uma unidade inercial, uma espécie de ´centralina’ que nos traz uma preciosa ajuda à condução. IMU significa antes do mais ‘Unidade de Medição Inercial’, mas em concreto, o que é, e para que serve? A IMU é uma caixa de alguns centímetros localizada sob o assento de muitas motos modernas. É na prática uma ‘central de informações’, usada para informar sistemas como o ABS de curva, o controle de tração ou até as suspensões eletrónicas. A IMU é composta por vários sensores milimétricos, cujo nome técnico é MEMS (Sistema Micro Eletromecânico). O MEMS é uma espécie de chip eletrónico de silício híbrido equipado com um micro sensor mecânico.

Na IMU existem sensores de movimento de dois tipos: acelerómetros e giroscópios, cujo funcionamento é miniaturizado. Por exemplo, no caso de um acelerómetro, trata-se de uma massa suspensa muito pequena gravada em silício, cujos movimentos são transmitidos para uma espécie de favos. Esses movimentos, variam a distância entre os pinos desses favos fixados na massa em movimento e outros ligado a uma parte fixa. Isto induz variações na capacitância elétrica, que são amplificadas e traduzidas em sinais utilizáveis ​​por uma pequena unidade eletrónica acoplada ao sensor.

É assim que cada MEMS é capaz de medir um tipo de movimento numa direção, por exemplo, a aceleração longitudinal da moto. Portanto, são necessários vários MEMS dentro de uma IMU para transcrever todos os movimentos possíveis da moto, nomeadamente as suas acelerações nas três direcções do espaço e as suas velocidades angulares de acordo com as mesmas três direcções que correspondem aos movimentos de viragem, rolamento e travagem. Três movimentos lineares mais três movimentos rotacionais, são seis! O que explica por que muitas vezes falamos nas motos mais modernas do IMU de seis eixos (deveríamos antes falar dos seis movimentos possíveis da moto num espaço definido por três eixos, como se aprende na faculdade).

Ao conhecer todos os movimentos da moto no espaço em todos os momentos, os engenheiros podem determinar (de acordo com os seus critérios) a qualquer momento se a moto é colocada em situação de risco ou não, dependendo das configurações desejadas pelo condutor.  Por exemplo, num sistema anti-weelie, um leve levantamento da roda dianteira será imediatamente detectado e considerado arriscado. Seguir-se-á então uma intervenção para reduzir gradualmente o binário do motor, até a roda regressar ao solo.

Este é o tipo de IMU que pode ser encontrado sob o assento das motos modernas. Esta caixa de poucos centímetros, portanto, contém até seis sensores MEMS no caso de uma unidade inercial de seis eixos ( 3 giroscópios e 3 acelerómetros), bem como todos os componentes eletrónicos associados para processar as informações medidas e torná-las utilizáveis ​​pela unidade de controle eletrónico (ECU) da moto.

No entanto, uma Unidade de Medição Inercial (IMU) sozinha seria menos do que nada numa moto. Isto porque, para obter auxílios de condução eficazes, outros tipos de dados são imprescindíveis. A velocidade da moto, a velocidade de rotação das rodas, a posição da cambota, das válvulas de admissão e mesmo a marcha engrenada são outros dados a ter em conta.  Todos esses dados são fornecidos por diversos sensores que já existiam antes da chegada da unidade inercial a bordo das motos recentes e atuais. Em termos de coleta dessas informações, portanto, o terreno já estava bem demarcado. O mais importante é que com a IMU passou a ser possível  processar todas informações em tempo real (mais de 100 vezes por segundo) para saber o que fazer de acordo com cada situação e com as preferências do condutor.

Isso significa que os fabricantes devem criar os seus algoritmos e os seus mapas de intervenção, de acordo com cada situação encontrada e de acordo com os diferentes modos e configurações que podem ser selecionados no painel de informações da moto. Mas também e sobretudo, os mapas de intervenção devem, em última análise, traduzir-se em ação física. Limitando a pressão de travagem no âmbito de um ABS, ou limitando o binário fornecido pelo motor no âmbito do controle de tração, para citar apenas esses dois sistemas emblemáticos de segurança e eficiência na moto. E tudo isso com um tempo de reação muito reduzido. Aqui, novamente, o terreno já estava preparado para o fabricantes do lado do ABS.

Por outro lado e no que respeita ao controle motor, praticamente se partiu do zero quando as primeiras unidades inerciais apareceram. Por exemplo, a Ducati 1098 R de 2008 foi a primeira moto de produção a oferecer o controle de tração levando em consideração o ângulo da moto e o designado DTC (Controle de Tração Ducati). Note-se que quando a 1098 R apareceu era só a moto desportiva mais exclusiva do mercado, com uma filosofia totalmente voltada para a performance. A sua unidade inercial foi reduzida ao mínimo com um único giroscópio destinado a medir o ângulo instantâneo obtido pela moto. Mas sua estratégia de limitação do binário era ainda muito rudimentar, com a ECU a cortar a ignição bruscamente quando se detectava uma perda de aderência.

Além da falta de suavidade de intervenção, o sistema também tinha a desvantagem de enviar todos os gases não queimados para o escape, tornando-o incompatível com um escapamento catalisado homologado para estrada. Felizmente, foi por volta da mesma época que os punhos de acelerador eletrónicos (Ride-by-Wire) começaram a florescer. Este é o elemento chave que possibilitou explorar corretamente os dados fornecidos pela IMU, entre outros, regulando o binário diretamente pela abertura das manetes, uma vez que este ficou desacoplado do acelerador. É assim que a maioria dos controles de motricidade funciona hoje, com a diferença de que eles geralmente são baseados em unidades inerciais de 6 eixos – com os tais 3 giroscópios e 3 acelerómetros.

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