Engenharia Frenagem USP

Engenharia Frenagem USP

(Parte 5 de 6)

Figura 21: Representação do “Roll Center” em um sistema de suspensão [GILLESPIE (1992)].

A figura 21 mostra o “Roll Center” em um determinado tipo de suspensão. Cada tipo de suspensão tem o seu “Roll Center” definido.

Figura 2: Representação do “Roll Axis” em um sistema de suspensão [GILLESPIE (1992)].

Figura 23: Representação do “Roll Axis” em um sistema de suspensão [GILLESPIE (1992)].

As figuras 2 e 23 mostram como o “Roll Axis” depende do tipo e da geometria do sistema de suspensão.

O “Roll Axis” é determinado através da união do “Roll Center” do sistema de suspensão dianteiro com o “Roll Center” do sistema de suspensão traseira.

“Camber” é o ângulo formado pelo plano de simetria da roda em vista frontal e o plano vertical que passa pelo mesmo ponto e é perpendicular ao solo.

Normalmente quando o veículo é carregado com duas ou três pessoas (“design weight”) o “camber” é levemente positivo, para proporcionar um desgaste mais regular do pneumático e uma resistência ao rolamento menor.

Porém pela vertente atual de projetarem-se veículos mais potentes, houve a necessidade de aumentar seu desempenho em curvas e, assim sendo, um “camber” negativo (mesmo em “design weight”) se faz presente, uma vez que desta forma as forças laterais desenvolvidas pelo pneu são maiores.

Geralmente as rodas traseiras apresentam “camber” menor que as dianteiras, dando ao veículo uma característica mais “understeer”.

É importante atentar para a diferença existente entre o “camber” das rodas direita e esquerda de cada eixo, pois grandes diferenças causariam uma tendência do veículo desviar sua direção para um dos lados.

Figura 24: “Camber” [Fundamentos da Tecnologia Automotiva – Volkswagen do Brasil (1998)]

Na figura 24, a roda do lado esquerdo esta com “camber” positivo, pois a roda esta inclinada para o lado de fora. Já a roda do lado direito esta com “camber” negativo, pois a roda esta inclinada para dentro do veiculo. Em muitos veículos comerciais não há o controle do ângulo de “camber”.

O “toe-in” é a convergência da roda. Sendo desta forma denominado “toe-in” quando esta se alinha para dentro do veículo e “toe-out” quando para fora. A resistência ao rolamento é maior no caso de “toe-in”.

Em veículos de tração dianteira a força motora tende a levar as rodas a um “toe-in”. Já as forças de resistência ao rolamento e frenagem tende a leválas a um “toe-out”.

Figura 25: “Toe-in” ou convergência [Fundamentos da Tecnologia Automotiva – Volkswagen do Brasil (1998)]

Temos demonstrado na figura 25 a convergência nas rodas dianteira de um veiculo, neste caso a convergência é positiva, pois as partes dianteiras das rodas se encontram mais próximas que as partes traseiras (I1<I2).

Se não houvesse torque auto-alinhante as rodas não tenderiam a retornar à sua posição correta ao se negociar uma curva. Sendo assim o motorista não sentiria no volante a velocidade em que se encontra e, ao final da curva, não conseguiria retornar com a rapidez necessária para a posição adequada.

Pela configuração da suspensão como um todo, as forças geradas no contato pneu-pavimento em todas as direções (x,y,z) contribuem à obtenção do torque auto-alinhante.

3.1.6.7 - Inclinação do “Kingpin” e “Kingpin offset”

O “kingpin offset” depende da largura do pneu e do posicionamento do eixo de esterçamento. Além disso, este parâmetro pode ser alterado pela ação da força lateral quando o veículo está numa curva, sendo que se este for positivo terá seu valor diminuído e se for negativo se tornará ainda mais.

Sendo assim quanto maior for o “kingpin offset” maior será o torque autoalinhante, porém o eixo se torna mais sensível e qualquer força lateral gerará uma perturbação significativa, afetando diretamente a estabilidade do veículo.

A inclinação do “kingpin” tem uma correlação direta com o “camber” e desta forma a mudança dinâmica de um interfere diretamente sobre o outro (Figura 26).

No entanto o tipo da suspensão a ser utilizada é de extrema importância, pois cada uma apresenta certas restrições de montagem.

Figura 26: Inclinação do “kingpin” ou pino mestre [Fundamentos da Tecnologia Automotiva – Volkswagen do Brasil (1998)]

O “caster” (Figura 27), afeta diretamente o comportamento do veículo em curvas, pois está relacionado diretamente com a alteração do “camber” e do torque auto-alinhante, sendo que o posicionamento das molas (suportada pelo braço inferior ou superior da suspensão) e o ângulo de “kingpin” (bem como o “kingpin offset”) determinam como esta grandeza irá se comportar.

Um ângulo de “caster” positivo no eixo dianteiro é favorável em curvas , pois possibilita uma mudança adequada no “camber” (roda externa com “camber” negativo e vice-versa) e uma tendência auto-alinhante pela ação das forças de resistência ao rolamento e lateral, porém se o “caster trail” for de magnitude elevada o torque auto-alinhante devido à ação de forças laterais poderá ser demasiadamente elevado, tornando o veículo mais instável em linha reta, uma vez que qualquer irregularidade na pista ou um vento lateral poderá perturbá-lo de forma considerável.

Desta forma, então, opta-se por um ângulo de “caster” positivo com um “caster offset” negativo, para tornar o “caster trail” menor.

Com o “caster” aumentando sob compressão o mecanismo “anti-dive” se fará presente (basta realizar uma montagem com braços de esterçamento inclinada uma relação ao outro visto lateralmente).

Para eixos traseiros o “caster trail” negativo é aconselhável (porém deve ser maior em módulo que o “caster tire”), pois quando o veículo negocia uma curva, possibilita-se um ângulo de escorregamento menor para as rodas (externa realiza “toe-in” e vice-versa) dando uma característica “understeer” ao veículo. Da mesma forma um ângulo de “kingpin” maior causaria um comportamento tal que a roda comprimida obtivesse um “caster” negativo e a roda distendida um “caster” positivo (característica “understeer” e “anti-dive” neste eixo).

A distribuição de carga ao longo do veículo é um fator determinante também na alteração do “caster” e desta forma em sendo maior torna a direção mais dura (por isso que quando se carrega um veículo na porta malas e banco traseiro, mesmo o eixo dianteiro estando mais leve, a direção se torna mais pesada) e este é um fator importante no que diz respeito a manobrabilidade em baixas velocidades. A variação dinâmica do “caster” apresenta seus inconvenientes, pois o ideal seria que ele não se alterasse, para que não houvesse variações de torque auto-alinhante, porém desta forma não seria possível controlar o “dive” e o “squat” quando frenando e acelerando respectivamente.

Figura 27: “Caster” [Fundamentos da Tecnologia Automotiva – Volkswagen do Brasil (1998)]

O ângulo de “caster” assegura estabilidade direcional quando o veiculo esta sendo conduzido em linha reta e o retorno da posição do volante ao se descrever uma curva.

O termo "Ride" é utilizado para referenciar vibrações em níveis perceptíveis ao tato e à visão (de 0 à 25 Hz). Para freqüências acima deste nível usa-se o termo "Noise", pois são perceptíveis ao ouvido. Embora de forma geral as duas sempre hajam em conjunto.

3.1.7.1 - Propriedades de resposta dinâmica do veículo

Como fontes excitadoras do veículo podem agir a pista (irregularidades) e o próprio sistema veicular (motor, rodas, transmissão, chassis etc), como mostra a Figura 28.

Tais irregularidades de forma geral agem de modo a promoverem excitações verticais (“bounce” e “pitch”) e laterais (“roll”).

A forma mais comum de análise do comportamento do veículo é através do ganho ou transmissibilidade (relação entre os parâmetros de saída e entrada desejados), porém para tanto devemos analisar o veículo como um sistema dinâmico onde a suspensão desempenha um papel fundamental nas características de conforto e segurança.

Figura 28: Diagrama representativo de percepção do “Ride”

3.1.7.2 - Modelos matemáticos de veículos para conforto e segurança ótimos

Para se obter um conforto satisfatório deve-se minimizar as acelerações e deslocamentos verticais da massa do chassi do veículo. Já para se conseguir uma segurança (estabilidade) aceitável deve ser reduzida a variação da força normal nos pneus.

Fontes excitadoras o Rugosidade do solo o Rodas e pneus Sist. de

Forças e torques aplicados no veículo

Sistema dinâmico

Vibrações Percepção do “ride”

Conforme GILLESPIE (1992), a vibração é a resposta dinâmica do veículo a uma determinada ou várias excitações, as quais podem advir do pavimento, do conjunto pneu-roda, do sistema de transmissão e até mesmo do motor. GILLESPIE (1992) afirma que em perturbações de baixa freqüência o chassi e todas as estruturas diretamente ligadas à ele (chamado de massa suspensa do veículo) movem-se integrados à suspensão, caracterizando um movimento de corpo rígido que acompanha o espectro da excitação. Por sua vez, os eixos, os conjuntos pneu-roda e suas respectivas conexões (massa não suspensa do veículo) também se movimentam como corpo rígido, impondo forças excitadoras no restante do veículo. Em níveis superiores de freqüência deve-se atentar para os modos de vibrar e as correspondentes freqüências naturais dos sistemas que compõem o veículo.

Além da freqüência, a amplitude da excitação também é um parâmetro de influência na resposta dinâmica do veículo. Segundo FITCH (1994), quando a magnitude da perturbação não é suficiente para defletir as molas, todo o amortecimento deve ser suprido pelo pneu

A forma mais simples de obter informações importantes sobre o comportamento vertical de um veículo é analisando cada uma de suas quatro extremidades separadamente. O modelo utilizado para isto é conhecido como quarter car e pode ser ilustrado conforme figura 29 abaixo.

Figura29: Modelo Quarter Car [GILLESPIE (1992)].

As equações de movimento deste modelo são representadas como mostrado a seguir [GILLESPIE (1992)]:

(Parte 5 de 6)

Comentários