Autoentusiastas Autoentusiastas Autoentusiastas Autoentusiastas Autoentusiastas Autoentusiastas Autoentusiastas Autoentusiastas DINÂMICA NECESSÁRIA – Autoentusiastas

São três os sistemas básicos que compõem o automóvel:

– sistema que o movimenta
– Sistema que o freia
– Sistema que o direciona

Nesta matéria vamos focar o sistema que o direciona, lembrando sempre o princípio básico da engenharia automobilística que é tornar os veículos mais seguros, fáceis de operar, confortáveis e com relação custo-benefício reduzida. Dinâmica em seu sentido mais amplo significa o estudo do movimento e dos esforços que o originam, posições, velocidades, acelerações, forças e momentos.

Podemos definir a dinâmica veicular em três básicas: a vertical que atua em função das irregularidades da pista, a longitudinal em resposta ao torque aplicado às rodas e a lateral como resultado da atuação no volante de direção.

A dinâmica vertical envolve a isolação das vibrações do chassis/carroceria e principalmente a manutenção do contacto dos pneus com o solo; a longitudinal traduz as variações de atitude do veículo durante as acelerações e desacelerações; e a lateral atua nas características de estabilidade direcional.

O princípio de um bom projeto de dinâmica veicular é aquele feito sem levar em consideração nenhum auxilio autônomo. Em outras palavras, o veículo deve ser seguro e fácil de dirigir em seu estado puro, sem contar com ABS, controle de estabilidade, controle de tração, etc. Todo este pacote vem somente complementá-lo, ou seja, são as cerejas de um bolo bem feito.

Figura mostra a dependência direta do veículo ao Controle Eletrônico de Estabilidade (ESC)

É fácil entender se o veículo foi bem projetado dinamicamente. Por exemplo, se o auxilio ABS de antitravamento das rodas acionar a todo o momento, prematuramente, é claro sinal que o sistema de freio não foi bem balanceado em seu estado puro. Da mesma forma, o sistema de controle de estabilidade agindo a todo instante mostra falha de projeto. Lembro-me do Mercedes classe A que em qualquer curvinha tinha seu controle de estabilidade direcional acionado, tirando o prazer de dirigir e mostrando ser um projeto marginal.

Mercedes A-160 em teste severo de desvio de obstáculos, sem o Controle Eletrônico de Estabilidade em operação

Tenho enorme admiração pelos engenheiros de desenvolvimento que com sensibilidade absoluta conseguem deixar o veículo confortável, seguro e fácil de dirigir nas várias situações de rodagem, entendendo que o consumidor não é um piloto e muito menos um especialista na área.

Um bom projeto se inicia na definição/escolha das dimensões e da distribuição de massa do veículo. Distância entre eixos, bitola dianteira, bitola traseira, altura do centro de gravidade e carga nas rodas, são de extrema importância para o comportamento dinâmico resultante.

Existe uma relação simples entre a bitola média e a altura do centro de gravidade, que indica o quão seguro é o veículo em termos de sensibilidade a capotagem. A bitola media deve ser maior que 2,4 vezes a altura do centro de gravidade vertical; quanto maior o numero, maior a segurança.

Relação de referência para a bitola média em função da altura do centro de gravidade vertical

 

Quanto maior a distância entre eixos e quanto menor a altura do centro de gravidade, tanto menor é a transferência de carga para o eixo dianteiro em desacelerações e de maneira geral em outras manobras também.

 

Transferência de carga para o eixo dianteiro em frenagem

 

Quanto menor for a variação da força vertical nos pneus durante as provas dinâmicas, tanto melhor é o projeto. Este é um dos princípios básicos da dinâmica veicular.

Exemplo de variação das forças verticais em função da aceleração lateral até 1 g

A força lateral depende basicamente do ângulo de escorregamento, ou deriva, “slip angle”e da força vertical atuante nos pneus, com a mancha de contacto com o solo definindo sua aderência.

Angulo de escorregamento é a diferença entre a direção que o pneu esta se movendo e a direção que ele esta apontando

 

A geometria Ackermann faz com que as rodas interna e externa estercem diferentemente de forma a terem o mesmo centro de giro e não “briguem” entre si. Podemos afirmar que não existe geometria Ackermann perfeita onde o giro do veículo está no prolongamento da linha de centro do eixo traseiro. Esse prolongamento é obtido por meio de ângulo do braço de direção em relação à manga de eixo.

Geometria  Ackermann

O comportamento dinâmico do veículo depende de seu balanceamento em termos de esforços solicitantes e limites de escorregamento.  Por exemplo, desvio de obstáculos em curvas, com ou sem aplicação dos freios, pode mostrar a tendência do veículo rodar na pista com escorregamento do eixo traseiro ou sair de frente, requerendo maior ângulo de esterço do volante da direção.

O comportamento de sair de traseira “oversteer”, ou sobre-esterço, é muito difícil de correção e deve ser arduamente estudado durante o desenvolvimento do veículo. Já o comportamento de sair de frente “understeer”, ou subesterço, é de muito mais fácil correção, bastando tirar o pé do acelerador e aumentar o ângulo de esterço do volante de direção. Normalmente os veículos são projetados levemente understeer para segurança e facilidade de dirigir.

Resumindo, em manobras de raio constante, a tendência é neutra quando não é necessário alterar o ângulo de esterçamento do volante de direção em função da velocidade do veículo. A tendência é subesterçante quando o ângulo de esterço aumenta proporcionalmente a medida que a velocidade aumenta, e a tendência é sobre-esterçante quando o ângulo de esterço diminui a medida que a velocidade aumenta.

As situações mais críticas para o motorista são de maneira geral nos desvios de obstáculos em simples e dupla mudança de faixa, onde o veículo deve manter as quatro rodas apoiadas no pavimento durante as manobras e sem apresentar reações bruscas, inesperadas, que possam comprometer a segurança. Desde que iniciei a minha carreira na engenharia veicular, atenção especial sempre foi dada às manobras criticas de mudança de faixa, desviando de obstáculo, por exemplo. Sempre houve testes específicos e um dos mais representativos é a dupla mudança de faixa, onde o motorista desvia de um obstáculo em uma das faixas e também de outro obstáculo na outra faixa, retornando à primeira.

Manobra de dupla mudança de faixa em desvio de obstáculo

Particularmente a norma ISO 3888-2 — ISO de International  Organization for Standardization — normaliza este teste, que tem sido alvo de muitas polêmicas, pois a manobra depende muito da habilidade do condutor do veiculo. Tentativas de usar robôs no lugar do piloto tem sido objeto de discussão e estudos paralelos. A manobra de mudança de faixa dupla é tipicamente realizada em circuito fechado marcado com cones e é utilizada para ajustar a dinâmica de um veículo com base nas avaliações subjetivas de condutores profissionais. Consequentemente, a simulação desta manobra exige um modelo  que possa ajustar dinamicamente o volante de acordo com a trajetória do veículo e a resposta de velocidade de guinada em cada espaço de tempo da manobra.

Na entrada da pista o acelerador é aliviado totalmente de modo que toda a manobra é feita com a marcha mais longa engatada e regime do motor de, no mínimo, 2.000 rpm.  São medidas as velocidades de entrada e de saída do circuito. A velocidade de entrada tem como valor de referência 60 km/h. Se nenhum cone for derrubado durante a manobra o veículo passou na prova. Na realidade a prova é feita com velocidades crescentes do veículo até que seja subjetivamente aceito ou reprovado.

Outra versão da mudança de faixa dupla é o chamado “Teste do Alce”, similar à norma ISO 3888-2 e que ganhou este nome nos países nórdicos onde comumente estes animais atravessam as pistas, com sérios riscos de atropelamento (aqui os alces dão lugar a cães, gado bovino e gado equino). Este teste, realizado por entidades não governamentais, têm efeito comparativo entre os veículos avaliados por “especialistas” e acabou se tornando um teste passa-não passa, vinculado à mídia, deixando as indústrias automobilísticas de “cabelo em pé” pela imagem negativa que pode acontecer em função de inúmeros fatores, sempre discutíveis por sua parcela subjetiva.

Para a validação dos veículos em termos de capacidade dinâmica, em manobras evasivas, são necessários muitos testes em diferentes condições críticas de utilização, porém, de maneira geral, são muito parecidos entre os fabricantes de veículos, como é o caso dos desvios de obstáculos.

Teste dinâmico de dupla mudança de faixa, norma ISO 3888-2

Hoje em dia as simulações em computador indicam com muita confiança o comportamento dinâmico do veiculo em manobras evasivas e também em outras situações criticas, como frenagem em curvas, por exemplo. Importante ressaltar que os esforços dominantes são sempre aqueles originados no contacto do pneu com o pavimento. Os testes envolvendo os limites da dinâmica veicular são feitos praticamente em campos de provas com toda a segurança, por exemplo, com auxilio de apoios limitadores (outriggs ) para evitar capotagem durante as manobras críticas.

Ford F-350 em manobras evasivas com apoios de proteção anticapotagem instalados

Para a validação do veículo em termos dinâmicos, eles devem cumprir testes específicos, com normas específicas, que podem variar entre os fabricantes, porém sempre muito parecidas entre elas, como é o caso dos desvios de obstáculos. Como curiosidade, a Ford mantém uma escola de pilotagem nos Estados Unidos que se utiliza de um equipamento externo ativo que ajuda a identificar se as manobras estão sendo bem feitas, com medições objetivas e controles de segurança para as manobras evasivas.

Veiculo Ford Escola com equipamento de medição e auxiliar em manobras, dedicado aos futuros pilotos de teste

Enfim, segurança nunca é demais e todos os esforços devem ser despendidos para que o veículo seja um amigo do motorista, facilitando a sua vida em todas as situações de rodagem.  Fiz o possível para deixar a matéria de fácil leitura e compreensão para o leitor e espero ter cumprido meu objetivo.

Hoje a homenagem vai para meu amigo Álvaro Costa Neto, engenheiro mecânico e professor da Universidade de São Paulo (USP), especialista em dinâmica veicular e titular do departamento de engenharia de materiais na Escola de Engenharia de São Carlos. Ele tem se destacado em profundos estudos de dinâmica veicular, agregando valor também como consultor na indústria automobilística brasileira.

Engenheiro Álvaro Costa Neto

 

CM

Créditos: Alvaro Costa Neto, imagens Google, acervo do autor


Sobre o Autor

Carlos Meccia

Engenheiro mecânico formado pela FEI (Faculdade de Engenharia Industrial) em 1970, trabalhou 40 anos na Ford brasileira até se aposentar. Trabalhou no campo de provas em Tatuí, SP e por último na fábrica em São Bernardo do Campo. Dono de amplo conhecimento de automóveis, se dispôs a se juntar ao time de editores do AUTOentusiastas após sugestão do editor Roberto Nasser.

  • Mineirim

    Meccia,
    Mais um texto fantástico. O que mais admiro num veículo é a dinâmica.

  • Fat Jack

    Parodiando o slogan de uma propaganda:
    “Potência não é nada sem controle!”

  • Christian Bernert

    Tive o privilégio de ter sido aluno do Professor Engenheiro Álvaro Costa Neto. Muito bom vê-lo aqui homenageado.

    • Christian, então somos colegas, pois fui aluno dele de sistemas dinâmicos na minha pós-graduação, logo que ele voltou do seu doutorado na Inglaterra. A matéria foi de modelos dinâmicos.
      Auxiliei alguns dos seus orientados e até recebi um convite para um mestrado ou talvez até um doutorado direto, mas eu já estava comprometido com outro projeto de mestrado.

      Quis a vida que eu tomasse outro rumo. Larguei o mestrado para entrar na vida real, e nunca mais retornei à vida acadêmica.

  • guest, o original, e o controle de estabilidade custou à Mercedes a bagatela de US$ 100 milhões.

  • Douglas, o aumento de diâmetro será de 2%, aceitável. Alguma piora haverá, mas você tem um objetivo específico, pode fazer a troca.

  • Douglas, essa é para o “Acredite se quiser” mesmo. Você diz que o cárter toca solo antes da suspensão dar batente? Em que situação?

  • Mr. Porschemann, não vejo nenhum desses “fantasmas” que você diz existirem nos pneus mistos, fora o fato de serem melhores na lama do que os pneus ditos de asfalto e por isso virem nos veículos citados.

  • Lorenzo, você não está falando dos nossos testes, está?

  • Lorenzo, conheço esses vídeos, todos feitos em pistas. Mas é apenas show, ficar bonito na fita, não conclui nada, é apenas sobre-esterço de potência (power slide). Você alguma vez já viu carro curvar desse jeito numa corrida? Eu nunca, exceção do Bird Clemente no Willys Interlagos, questão de estilo somente. Resultado prático, nenhum.

  • Mr. Porschemann, não existe ganha-ganha em pneus, é claro. No asfalto o pneu de asfalto é melhor que o misto, não há o que discutir. Só que o misto não é horror que muitos dizem ser, longe disso. Para lembrar, o Cayenne foi lançado com pneus de asfalto, mas opcionalmente podia ser comprado com mistos.

    • Mr. Porschemann

      Ok, mas as fabricantes deveriam partir de pneus de rua, e opcionalmente os mistos ou totalmente Off-Road, a critério dos clientes. Veja os exemplos dos mercados exteriores.

      • Mr. Porschemann, poderiam, concordo, mas para o nosso piso, nossas velocidades e o grande número de estradas de terra, o pneu misto é mais apropriado.

  • Douglas, o inventor da lombada é mesmo um daqueles cuja mãe não fez ideia de quem seja o pai!
    Nesse caso relatado, para o pneu ter rasgado é porque houve grande resistência da suspensão à compressão, ou seja, deu batente. Tenho dúvidas, pela “montanha” que era essa lombada, se foi o grande curso da suspensão dianteira que permitiu que o cárter tocasse o solo. Acho que o choque se deu independente desse aspecto. Talvez no seu caso seja aconselhável elevar a altura de rodagem com novas molas, possivelmente de Onix.

    • Noel Jr

      Bob… quantos dedos tem esse inventor?

  • anonymous

    O comportamento no teste do Alce não reflete o comportamento do carro numa curva normal. É uma mudança brusca de direção com retorno à direção original, o que induz ao desequilibrio forçando a traseira.

  • Christian Govastki

    Douglas, um Corolla “Brad” tentou acompanhar meu Focus Mk1,5 na subida da Serra de Araguari (divisa Goiás-Minas) e em três curvas o carro nitidamente “saia de frente” com a pista seca e velocidades normais (dentro do regulamentado).

    Ou o motorista era muito bração, ou o carro tinha algum problema.

    • Douglas

      Pode ser a convergência errada nas rodas dianteiras.
      Quando está muito fora do padrão o carro sai de frente mais fácil.

  • Alfredo

    Caro Mr. Car, o problema do Corolla não era “não ter” controle de estabilidade ou tração, mas sim, “cobrar” pelo que não oferecia, já que custava tanto ou mais que os similares que tinham os equipamentos.

    • Alfredo, você (e outros) falam como se controle de estabilidade e tração fosse algo crucial. Engraçado, isso.

  • Fabio

    Ia ser muito bom ler a respeito.

  • WillMDias

    Fiquei quieto na sala prestando atenção na aula do professor Meccia.

    Ótima leitura.

  • Luciano Gonzalez

    Meccia, excelente texto. Vejo muitos revisteiros de plantão falar mal de um tal de Corolla por não ter (até semana passada) o tal controle de estabilidade… O Corolla é um carro estável, bem projetado, teoricamente não precisa de tal recurso. Deveria-se sim investir mais em formação de bons motoristas.
    O up! deve ganhar controle de estabilidade em breve para não perder nota no Latin NCap. Qual a real necessidade disso?
    Um carro de 75/82 cv, muito bem equilibrado, excelência em construção. Não entra na minha cabeça.

    • Luciano, é apenas para saciar a sede dos ncapeiros da vida…

  • Anônimo, sim, está certo, o alarme de cinto não atado rende pontos nessas maravilhas que são os NCAPs. “Carro sem sem esse alarme? Meu deus, perigo, não compro!” Deve ter como desligar, desconectando o fio do microaltofalante.

  • Perfil do Disqus

    Dai vem a Policia Militar do DIstrito Federal e compra uma frota de Pajero sem controle de estabilidade e mais de 15 vioaturas capotdas nos ultimos 3 anos.

  • Rubergil Jr, irritante verdadeiramente. Mais um patrulhamento para torrar nossa paciência.

  • Davi, essa de “mais estável” é notável.

  • Mauro Eidt, tem que ser muito burro parar querer fazer perseguição com um suve. Dá nisso.