16954783 metodologia de projeto e construcao de chassis tubulares spaceframe de veiculos leves

Metodologia de Projeto e Construção de Chassis Tubulares (Spaceframe) de Veículos Leves

1 - INTRODUÇÃO

Nas últimas décadas tem-se notado um considerável avanço nas tecnologias automotivas. Estes avanços centrados nas áreas de design, materiais, acionamentos e motores conduzem a manufatura de automóveis cada vez mais eficientes e ecologicamente corretos. Nota-se também um aumento crescente na frota de veículos em todos os países, isto tem provocado sérios problemas sociais e ambientais. Para conter os efeitos negativos deste aumento no número de veículos, as propostas existentes vão desde o aperfeiçoamento dos veículos, passando pela melhoria da infra-estrutura até a uma utilização mais correta e adequada do automóvel integrando a sua utilização com as várias alternativas de transporte. Com imaginação, criatividade e novas idéias está-se conseguindo algumas melhorias ao aperfeiçoar o elemento automóvel, usando-se novos materiais, design e levando-se em consideração os fatores econômicos e sociais.

A utilização do chassis spaceframe preenche as necessidade de redução de peso dos veículos com a conseqüente redução de consumo de combustível e emissão de poluentes.

Esta metodologia de aplicação norteia uma nova concepção para a filosofia de projeto, fabricação e uso racional do automóvel.

2 - BREVE HISTÓRIA DO AUTOMÓVEL

2.1 - A origem do veículo a motor

O automóvel tal como o conhecemos hoje em dia, não foi inventado num único dia e nem por um único inventor. A história do automóvel reflete uma evolução que ocorreu em todo o mundo. Estima-se que para o automóvel, foram registradas mais de 100 000 patentes que o definiram como o conhecemos. A história do automóvel começou há cerca de 4000 anos quando a primeira roda foi usada para transportar cargas na Índia.

Vários historiadores italianos registraram projetos para veículos movidos por energia eólica. O primeiro foi feito por Guido da Vigevano em 1335, um período altamente medieval. Dois anos antes da guerra dos cem anos, Guido, Físico e Engenheiro, juntou-se ao Rei Philippe Vi , da França, que partiria numa cruzada obrigatória

Fig. 1 - Um dos projetos de Guido de Vigevano movido a energia eólica (esboço original)

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Para melhorar a sua posição junto a Philippe, Guido escreveu um manual de cruzadas para ele. Nove capítulos deste livro aconselhavam o Rei a cuidar da saúde nesta empreitada. Os outros quatorze aconselham sobre a utilização da tecnologia militar apresentada. Era uma espécie de catavento que acionava engrenagens e rodas. No entanto o Rei Philippe nunca chegou a construir a máquina de Guido.

Depois, Leonardo da Vinci, por volta de 1478, projetou um triciclo acionado por mecanismo de relógio com uma direção tipo leme e um mecanismo diferencial entre as rodas traseiras.

Fig. 2 – Veículo construído a partir dos esboços de Leonardo da Vinci.

É comentado que um padre católico de nome Ferdinand Verbiest tenha construído um veículo a vapor para o Imperador chinês Chien Lung em 1678. Não há informação sobre o veículo, apenas sobre o evento. Como James Watt não inventou o motor a vapor até 1705 pode-se argumentar que este veículo tenha tido um mecanismo semelhante ao motor a vapor de Hero, uma roda girando devido aos jatos na sua periferia.

A primeira fonte de força motriz não derivada de uma fonte natural – tal como o vento e a água – foi, como todos sabem, o motor a vapor, que James Watt, na segunda metade de 1700, aperfeiçoou e pode utilizá-lo em âmbito indústrial. Watt foi autor de diversas patentes relativas ao motor a vapor, a última sendo de 1785, mas no ano de 1784 patenteou um veículo a motor, que não pode ser construído.

Este veículo de quatro rodas com motor a vapor previa soluções muito interessantes: motor bicilíndrico colocado na parte posterior, para reduzir o peso d’água a transportar, sendo o ciclo de condensação do tipo fechado com radiador, e tinha um câmbio de velocidades de três marchas.

Este carro não foi construído porque Watt, espírito prático, se deu conta de que a potência disponível não era suficiente para fazê-lo rodar numa estrada.

Em 1769, o primeiro veículo de estrada, autopropulsado foi um trator militar (ver figura abaixo) inventado pelo engenheiro francês Nicolas Joseph Cugnot (1725 – 1804). Cugnot usou um motor a vapor para acionar seu veículo, construído sob suas instruções no Arsenal de Paris pelo mecânico Brezin.

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Fig. 3 – Carro de Joseph Cugnot.

Este veículo foi usado pelo Exército Francês para transporte de artilharia numa velocidade “estonteante” de 2,5 milhas por hora em apenas 3 rodas. O veículo tinha que parar a cada 15 minutos para recarregar o vapor na caldeira.

Fig. 4 – Vista Lateral do carro de Cugnot.

O motor a vapor e a caldeira eram separados do resto do veículo e colocados à frente. Em 1770 Cugnot construiu um triciclo movido a vapor que transportava quatro passageiros.

Em 1771, Cugnot bateu um dos seus veículos numa parede de pedra, tornando-se a primeira pessoa a se envolver num acidente automobilístico.

Fig. 5 – Ilustração do acidente de Cugnot.

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Este foi o início de uma era de má sorte para o inventor. Após um dos seus patrões ter morrido e um outro sido exilado, os recursos para os experimentos com os veículos de estrada acabaram.

Os motores a vapor movem os carros queimando combustível que aquecem a água numa caldeira fazendo que o vapor se expanda e movam pistões que acionam uma árvore de manivelas, que por sua vez está conectado as rodas.

Fig. 6 – Ilustração da Operação do motor do carro de Cugnot.

A segunda metade dos anos 1700 apresentou um grande interesse porque foi nesta fase que foram inventados alguns dos componentes construtivos fundamentais para o automóvel. Foram eles o diferencial, adotado originariamente num relógio astronômico, a eletricidade, com a pilha de Alexandre Volta, o gás de iluminação obtido da destilação do carvão e o rolamento de esferas.

Em 1801, Richard Trevitchick construiu uma carruagem acionada a vapor – o primeiro na Grã-Bretanha. Trevitchick, no ano seguinte, aperfeiçoou seu veículo, que chegou a percorrer 10 milhas. Problemas com referência ao uso de rodas de locomotivas não se provaram práticas para estradas, usando neste caso o mesmo sistema utilizado pelos veículos de tração animal.

Fig. 7 – Veículo de Richard Trevitchick.

Na Inglaterra, de 1820 a 1840, as carruagens a vapor entraram em serviço regular. Depois foram banidas das estradas públicas e o sistema de ferrovia se desenvolveu como resultado. Tratores a vapor (construídos por Charles Deutz) transportam passageiros em Paris e Bordeaux até 1850. Nos Estados Unidos foram construídas várias carruagens a vapor entre 1860 a 1880. Os vários inventores foram Harrison Dyer, Joseph Dixon, Rufus Porter e William T.

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A história dos veículos de estrada a vapor antes do verdadeiro nascimento do automóvel, culmina com a realização de um francês, de nome Amédée Bollée, entre 1873 e 1883 construiu cerca de 31 veículos, de quatro tipos que adotavam novas soluções que eram típicas das dos carros da época.

O La Mancelle, construído em 1878, possuía um motor frontal, transmissão, diferencial e corrente acionando as rodas traseiras, direção num eixo vertical e assentos atrás do motor. A caldeira estava localizada atrás do compartimento de passageiros

Fig. 8 – O La Mancelle de Amédée Bollée.

Em 1871, o Dr. J. W. Carhart, professor de física da Universidade Estadual de Wisconsin e a Companhia J.I. Case construíram um carro a vapor que ganhou uma corrida de 200 milhas.

Os motores a vapor adicionavam muito peso aos veículos o que comprovava ser um péssimo projeto para veículos de estradas, no entanto, os veículos a vapor foram excelentemente empregados em locomotivas.

Como mostra a figura abaixo, por volta de 1930, muitas tentativas foram feitas na Inglaterra para desenvolver um veículo prático que não precisasse de trilhos.

Fig. 9 – Ilustração de várias alternativas de veículos.

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Uma série de acidentes nas estradas e propagandas das estradas de ferro, de então, provocaram rígidas legislações restritivas e o desenvolvimento do automóvel na Inglaterra sofreu atrasos. Vários veículos comerciais foram construídos mas eles não eram nada mais do que trens sem trilhos.

O desenvolvimento do motor a combustão interna teve de esperar até que se tornasse disponível o combustível adequado para a combustão interna.

Tentou-se pólvora, mas não funcionou. Os primeiros sistemas utilizavam gás. Usava-se gás de hulha aquecendo-se a hulha num vaso de pressão ou caldeira. Um belga de nome Etienne Lenoir patenteou o primeiro motor a gás em Paris em 1860 e dirigiu em seu carro baseado no seu projeto de Paris a Joinville em 1862. Seu motor de meio cavalo possuía um pistão de 24 polegadas de curso e diâmetro de 5 polegadas e possuía um mecanismo separado para comprimir o gás antes da combustão. Era grande e pesado e girava a 100 rpm.

Alphonse Bear de Rochas imaginou um sistema para comprimir o gás no mesmo cilindro em que era queimado. Este processo de trazer o gás para o cilindro, comprimi-lo, queimá-lo e depois descarregá-lo é conhecido como ciclo Otto, ou motor de quatro tempos. Lenoir diz que usava benzina e seus desenhos mostram uma vela de ignição. Se correto, então o seu veículo foi o primeiro a rodar usando combustível derivado do petróleo.

Siegfried Marcus, de Mecklenburg, construiu um carro em 1868 que foi apresentado na Exposição de Viena em 1873, que possuía o nome de Strassenwagen. Este carro tinha ¾ de H.P. a 500 rpm. Possui rodas de madeira bruta com fitas de ferro e sapatas de freio de madeira que pressionavam as tiras de ferro. Tinha ainda embreagem, diferencial e ignição por magneto. Um dos quatro carros produzidos por Marcus (ver figura abaixo) está no Museu Técnico de Viena e ainda funciona.

Fig. 10 – Veículo de Siegfried Marcus.

Em 1876, Nikolaus Otto patenteou o motor de ciclo Otto, o que De Rochas não fez e que mais tarde se tornou à base para a quebra de patente de Otto clamando pelo trabalho anterior de Rochas.

A figura 11, tirada em 1885, mostra a oficina de Gottllieb Daimler, em Bad Cannstatt, onde foi construída a motocicleta de madeira mostrada. Paul, filho de Daimler dirigiu esta motocicleta de Cannstatt até Unterturkhein tendo voltado em 10 de novembro de 1885. Daimler usou um sistema de ignição de tubo aquecido para manter a velocidade do motor em 1000 rpm.

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Fig. 11 – Fotografia da Oficina de Gottllieb Daimler.

Fig. 12 – Fotografia da motocicleta de Daimler.

Em agosto de 1885, Karl Benz já tinha dirigido o seu triciclo leve, de estrutura tubular em torno do vale Neckar, apenas a 60 milhas de onde vivia e trabalhava Daimler. Eles nunca tinham se encontrado. Frau Berta Benz pegou o carro de Benz uma noite e fez a primeira viagem longa, rodando 62 milhas de Mannheim a Pforsheim em 1888. O triciclo de Karl Benz é considerado o primeiro automóvel da história. Criado em 1886 na Alemanha, tinha um motor monocilíndrico horizontal de 580 cm3 e 0,7 cv. de potência.

Considerado uma verdadeira obra-prima da engenharia no final do século passado, este modelo original pertence ao Museu da Mercedez-Benz, na Alemanha.

Fig. 13 – O triciclo de Carl Benz.

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Na mesma época em que Benz criava seu triciclo, Gottlieb Daimler também trabalhava na criação de um automóvel, o Victoria, estando a pouco mais de 100 km de distância de Benz. Tinha motor de um cilindro vertical, com 462 cm3 e 1,1 cv. Nunca se conheceram, e a Daimler só se juntou a Benz depois de suas mortes (depois da junção a empresa se chamou Mercedez-Benz).

Fig. 14 – O Quadriciclo Victoria de Gottlieb Daimler.

Em 1888, William Steinway, fabricante de pianos, propôs a Daimler o direito de fabricação dos seus carros nos EUA. Por volta de 1891 a Daimler Motor Company, de propriedade de Steinway produzia motores a gasolina para ferrovias estreitas, carruagens, quadriciclos, carros de bombeiros e barcos numa fábrica em Hartford.

Em 1891 Emile Levassor e Rene Panhard (França) estabeleceram o projeto atual dos automóveis – com motor frontal. Levassor e Panhard foram parceiros no negócio de madeireira. Também foram comissionados para construir motores Daimler para Edouard Sarazin, que detinha na França a patente. Levassor inicialmente experimentou motor na traseira, mudando posteriormente para a posição dianteira do carro. O projeto clássico possuía um motor Daimler, embreagem operada com pedal, caixa de engrenagens com mudança de velocidades que acionava o eixo traseiro, radiador frontal e chassis de longarinas feito em madeira. Este sistema se tornou conhecido como Sistema Panhard e se tornou modelo para os carros modernos.

Fig. 15 – Desenho original do veículo de Emile Levassor e Rene Panhard.

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2.2 - A Origem do Nome Automóvel

Mas, porque automóvel, ou carro? Ou ainda afinal quando surgiu o nome automóvel?

A ninguém pode ser creditada a invenção do automóvel. Ele foi desenvolvido peça a peça, a partir de idéias, imaginação, fantasia e pensamento de milhares de indivíduos durante centenas de anos.

Também é interessante considerar o nome “automóvel”. Um carro pode ser qualquer coisa chamada com este nome.

Os gregos, aparentemente tinham a sua própria linha de montagem no Olimpo. Na “Ilíada”, Vulcano era o deus do fogo e da invenção. Quando ele teve tempo, construiu veículos de três rodas, que se moviam de lugar a lugar com a sua própria força. Homero diz que eles eram “auto-movidos, e obedientes aos deuses” e Homero mentiria? A coisa mais marcante nestes fatos é que mesmo naquela época, 8 AC, o homem já imaginava os automóveis.

Roger Bacon (1214 - 1292) disse que “carros podem ser feitos sem animais tal que se movam com incrível rapidez”..

Francesco di Giorgio Martini (1439 - 1502), foi um pintor italiano do século 14, que possuiu também treinamento nas artes da engenharia. Ele projetou no papel uma carruagem acionada por homens, montada sobre quatro rodas. Cada roda era acionada por um arranjo de tambor rotativo movidos pela mão. Existiam engrenamentos que transferiam a rotação para as rodas. Parecia bom no papel, mas os movimentos do tambor não podiam ser mantido constantemente e isto provocava a exaustão dos homens. Sorte a nossa Martini não ter dado o seu nome ao seu invento, assim como muitos outros.

O aspecto realmente histórico e feliz do projeto de Martini foi o nome que ele deu para o seu invento: “automóvel”, das palavras gregas “auto” e “mobilis”, significando “com movimento próprio”. A palavra carro, por outro lado, vem da palavra do Celta antigo “Carrus”, que significa vagão.

Oliver Evans, em 1792 requereu uma patente para uma carruagem de estrada, a vapor, que foi denominada "Oruktor Amphibolos”. Poderíamos estar com este nome até, não fossem algumas outras pessoas mais razoáveis estarem trabalhando com o mesmo conceito.

Muitos outros nomes apareceram. George B. Selden, em 1879 pediu patente para uma “máquina de estrada”; Os irmãos Duryea (1895) chamaram os seus produtos de “ vagões a motor”. Em 1896, Henry Ford introduziu um carro experimental denominado “quadriciclo”. Os jornais da época por sua vez, tinham os nomes mais esdrúxulos: autometão, motor-vique, locomotiva a óleo, auto cinético, buggy auto, carruagem a motor, autobaine, cavalo automotor, diamoto, moto, mocole, e, certamente: carruagem sem cavalo.

Em 1895 o Jornal Times Herald ofereceu um prêmio de $500,00 pelo melhor nome para um veículo motorizado. Os juizes escolheram “motocicleta” como vencedor. O “ Quadriciclo” era o favorito, assim como “ carro a petróleo”. A palavra “automóvel” não foi mencionada. Em 1897 o Jornal New York Times profetizava: “....o novo vagão mecânico, com o estranho nome de “automóvel”, veio para ficar....”.

Devemos ter em mente, que o automóvel não é uma idéia recente que apareceu no século 19, século 18, ou até mesmo no século 14. Ele é uma criação da imaginação e inventividade antes que o homem a tenha concebido. Talvez, por isto Homero tenha levantado as mãos aos deuses.

3 - MOBILIDADE SUSTENTÁVEL

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3.1 - Introdução

Muitas pessoas consideram o congestionamento de tráfego como a principal causa da deterioração da qualidade de vida: o tráfego domina os ambientes urbanos ocupando não apenas quase todo o espaço das estradas como áreas urbanas e as dedicadas a pedestres com o conseqüente aumento no número de acidentes, poluição do ar (mesmo com os avanços tecnológicos), aumento no índice de ruído e o desperdício de tempo em viagens demoradas e estressantes.

A razão deste problema real é clara: existem muitos carros circulando e este número continua a crescer além da capacidade de suporte das cidades. Tal problema não pode ser resolvido apenas pela utilização de carros menos poluentes. É urgente uma redução na utilização do carro e é exigida uma estratégia clara, coerente e integrada, não as medidas episódicas, descoordenadas e improvisadas.

Os ônibus parisienses de 1970, evidentemente movidos por motor a explosão, viajam à velocidade dos ônibus a cavalo de 1890. Cada vez que a Califórnia-EUA ganha mais mil habitantes, são cobertos de asfalto 96 hectares de terra arável. O trânsito no Rio de Janeiro flui, em média, a 14 quilômetros por hora. As diligências viajavam em média a 10 quilômetros por hora, um pouco mais lentas, portanto, que o fluxo de trânsito do Rio. Em São Paulo, os engarrafamentos diários são medidos em dezenas de quilômetros.

Vivemos a era da sociedade, economia, ambiente e mobilidade insustentáveis. Não se contabilizam apenas os prejuízos causados pelas horas perdidas no trânsito e no combustível queimado para andar uns poucos metros, parar, e voltar a andar e a parar. Há um altíssimo custo em qualidade de vida. No Rio de Janeiro, por exemplo, não poucas pessoas são diariamente obrigadas, ao irem trabalhar, a caminhar pelo menos uma hora, enfrentar uma demorada viagem em um trem ou um ônibus superlotado, e refazer essa via-crúcis ao fim do dia, na volta para casa. Talvez seja impossível mensurar as perdas de produtividade de um trabalhador submetido a tais sacrifícios, mas a situação é claramente insustentável.

3.2 - Ambiente Insustentável

Uma vez mantidas as estimativas de crescimento de 2,5% da população urbana brasileira e 4% da frota de veículos, se constata valores extremamente preocupantes, quando se parte do ano de 1995 quando a frota era de 25 milhões, hoje de 31 milhões e estima-se que no ano 2010 será de 47 milhões, portanto um crescimento de 88% contra o da população no mesmo período de 45%, passando de 120 para 174 milhões (fonte ANTP).

Considerando essas cifras e tendo como base que os congestionamentos sobem geometricamente em relação ao crescimento da frota, em um quadro já crítico nas principais cidades brasileiras , percebe-se que o modelo de mais carro/mais sistema viário está esgotado, sendo impossível de ser suprido com os recursos do País. O caos que já se verifica atualmente em São Paulo (17 a 20 km/hora no pico) irá piorar significativamente e já está se espalhando pelas demais cidades brasileiras.

Se o modelo de desenvolvimento e os níveis de consumo dos países indústrializados fossem estendidos para o resto do mundo, haveria uma necessidade de recursos de pelo menos três planetas como a Terra. Em termos de transporte, isto significaria 3 bilhões de carros (a população atual de carro é estimada em 510 milhões). Vastas áreas

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seriam deslocadas da agricultura, e o consumo de óleo aumentaria sensivelmente a emissão de poluentes e outros problemas associados:

Mesmo se mantivermos as atuais taxa de crescimento sem estendê-los aos países pobres teríamos as seguintes projeções para o ano 2020 como apresentada nas figura 1, 2 e 3.

Gráfico 1 – População Mundial de Carros.

Gráfico 2 – Quantidade de Petróleo Extraída e Reservas.

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Gráfico 3 – Emissão Global de Carbono

A emissão de poluentes provocada pelo motor a combustão interna contribui para a poluição atmosférica local e regional devido aos poluentes da descarga, tais como monóxido e o dióxido de carbono, o óxido de nitrogênio, o dióxido de enxofre, derivados de hidrocarbonetos e chumbo. Embora as emissões de monóxido de carbono e de óxido de nitrogênio tenham diminuído, as emissões de benzeno e aerossóis PM10 aumentaram.

O nível das emissões de CO2 no setor de transporte cresce mais rápido que a economia, sem medidas para reverter esta tendência. Apenas nos EUA em 2010 o sistema de transporte será responsável por 40 % das emissões deste gás, o que afeta seriamente as metas do protocolo de Kyoto.

O sistema de transporte é o maior responsável pela exposição dos seres humanos a ruído ambiental, em especial nas áreas urbanas. Na Europa 65 % da população está exposta a níveis de ruído de mais de 60 dB.

3.3 - Sociedade Insustentável

Os problemas sociais relativos ao sistema de transporte são resultado do modelo de desenvolvimento urbano atualmente adotado, alterando o estilo de vida, sendo que a deterioração do sistema de transporte público contribui para a dependência da utilização de carros. O aumento do uso dos carros provoca a deterioração na oferta do transporte público. A diminuição no número de usuários do transporte público provoca um aumento nos custos de operação. Sem subsídios os usuários estão sujeitos a maiores tarifas e novamente à deterioração dos serviços.

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O sentimento de perigo que vem do tráfego urbano, em especial para os idosos, enfermos, ciclistas e famílias com crianças, paradoxalmente, provoca uma maior utilização dos carros. O aumento do tráfego urbano faz as pessoas sentirem as estradas como barreiras e não como oportunidades.

O crescimento na utilização dos carros provoca efeitos negativos indiretos na saúde. Altos níveis de tráfego provocam isolação social e limitam as relações interpessoais.

3.4 - Economia Insustentável

O setor de transporte gera problemas econômicos, em particular porque os custos não são internalizados e ao contrário recaem sobre a comunidade. Os custos atuais não estão sendo suportados pelos usuários e nem pelos gerentes de serviços de transporte. Tais custos incluem tarifas, prevenção, atenuação e refinanciamento de danos pela deterioração da infra-estrutura, congestionamento, acidentes ou impactos ambientais.

Os custos sociais, econômicos e ambientais relacionados com o transporte são da ordem de 5 a 10 % do produto interno bruto dos países da comunidade econômica européia. Os custos muitos altos do transporte provocam sérias distorções na competitividade dos diferentes meios de transporte, fortalecendo uma distribuição modal irracional: há uma diminuição na produtividade e eficiência do sistema econômico e um aumento simultâneo nos impactos ambientais deste setor.

A divisão desleal de tarifas entre gerenciadores de tarifas e usuários e os pagadores de taxas é uma das principais causas da distorção na competição entre os modos de transporte. Se há um aumento nas taxas (infra-estrutura e combustíveis) o transporte se altera de diferentes modos e os custos externos e de infra-estrutura caem até que haja um balanço entre custos e taxas seja atingido. Este balanço deveria representar o ponto chave de um sistema eficiente com tarifas adequadas.

As conseqüências dessa mobilidade irracional, porém, são muito mais graves. As reservas de combustíveis fósseis são finitas. Quando, exatamente, se esgotarão, seria arriscado prever. É certo, contudo, que existe uma necessidade, cada vez mais premente, de dispor de combustíveis alternativos, renováveis e menos poluentes. No futuro, segundo vários especialistas, os veículos usarão células de hidrogênio. Mas é preciso fazer alguma coisa agora, quando o efeito estufa, uma ameaça real ao planeta, torna-se cada vez mais intenso. Cada engarrafamento acrescenta mais algum dióxido de carbono extra à atmosfera, além de mais algum estresse ao dia-a-dia.

É absolutamente imperativo que pessoas e cargas sejam transportadas de maneira sustentável.

3.5 - Mobilidade Insustentável

O que houve de mais interessante no século 20, não foi a questão da mobilidade ou da mobilidade mecanizada, mas a mobilidade mecanizada pelas estradas e pelo ar. As viagens têm sido parte da experiência humana desde a migração dos nossos ancestrais da África para a Europa, Ásia e Austrália. As Américas foram o ponto final de um dos movimentos mais espetaculares de pessoas: a partir da Ásia, pelo que hoje é conhecido como estreito de Bering até a Terra do Fogo, milênios atrás e mais recentemente da Europa e África. Até a metade dos anos 1800, as viagens eram desconfortáveis, perigosas e extremamente demoradas.

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A invenção dos trens fez a diferença na movimentação de pessoas e de cargas. O crescimento do seu uso no final do século 19 foi extraordinário. Durante as primeiras décadas do século 20, nos Estados Unidos, e depois em outros lugares, um fenômeno mais poderoso de mobilidade começou a acontecer. Surgiram os veículos privados e o frete por estrada.

Durante todo o século 20, quando a população aumentou quatro vezes, o movimento motorizado de pessoas aumentou mais de cem vezes, e em taxas maiores na segunda metade do século. A figura 4 mostra a tendência no período que vai de 1850 a 1990. As figuras 5 e 6 mostram a tendência por modo tanto para o movimento de pessoas quanto de fretes.

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Gráfico 4 – Movimento Motorizado de Fretes e Pessoas

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Gráfico 5 – Movimento de Pessoas por Modo

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Gráfico 6 – Movimento Motorizado de Frete por Modo

O crescimento neste movimento não foi igualmente distribuído. A cada ano, o residente médio americano viaja cerca de 30 000 km, a maioria por carro. O residente médio alemão faz a metade deste percurso. Os residentes médios dos países mais pobres viajam menos de 3 000 km a grande maioria a pé ou de bicicleta. O volume do frete é de difícil alocação, mas torna-se claro que devem existir grandes disparidades entre os países mais pobres e os mais ricos.

O crescimento da mobilidade motorizada tem sido positiva. Ela facilitou e até mesmo estimulou tudo relacionado ao progresso. Ela ajudou a expandir os horizontes intelectuais e diminuir a pobreza. Ela permitiu uma produção mais eficiente e a pronta distribuição necessária para consumo em larga escala. O conforto nas viagens é, hoje, algo comum assim como o acesso a produtos de lugares distantes.

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Mas tudo isso exigiu custos, principalmente custos sociais – que agora estão excedendo os benefícios. O transporte motorizado polui, assim como a maioria das atividades que facilitam o transporte. A poluição devido ao transporte e de outras fontes destrói o único nicho no universo que permite a existência humana. Se o impacto direto do transporte sobre o meio ambiente puder ser eliminado pelo desenvolvimento de veículos que não poluam, ainda restarão os desafios de uma motorização de massa a nível mundial. Teremos o congestionamento de vários bilhões de veículos – quando toda a humanidade for motorizada ao nível atual dos países indústrializados. Estes vários bilhões de veículos tomarão e consumirão uma porção impensável dos limitados recursos deste planeta. Sendo assim, algumas questões devem ser referenciadas prontamente:

Pode o número de automóveis e veículos comerciais continuar a aumentar significativamente?

As estradas atuais suportarão o crescente volume de veículos de passageiros e de veículos de carga que parecem ser necessários ?

Os aeroportos existentes e os planejados suportarão o crescente número de vôos que são projetados em função do crescimento rápido do transporte aéreo ?

O espaço aéreo, principalmente sobre as regiões da Europa Oeste e do Leste da América do Norte, suportará o crescente número de aeronaves?

Haverá combustível suficiente para estes carros, caminhões, ônibus e aviões?As áreas urbanas, tanto nos países desenvolvidos quanto em desenvolvimento

suportarão o congestionamento crescente assim como o volume crescente de emissões de gases?

Seremos capazes de construir e manter a infra-estrutura necessária para reduzir o congestionamento e devemos deixar que ela seja construída?

O uso crescente de veículos privados, que oferece maior mobilidade individual, restringe os mais pobres, os mais velhos e outros de ter acesso ao trabalho, visitar os amigos, adquirir bens a preços acessíveis e de obter cuidados médicos necessários?

O mundo suportará os custos econômicos e ambientais de localizar, extrair, transportar e processar o petróleo exigido por este crescente número de veículos?

Os oceanos e a atmosfera do planeta continuarão a absorver a crescente poluição gerada como subproduto do transporte do grande número de pessoas e bens?

3.6 - O Significado de “Mobilidade Sustentável”

As questões levantadas anteriormente tornam a “mobilidade sustentável” cada vez mais complexa porque ela foi “ poluída “ por diferentes interpretações errôneas, apoiada por interesses diversos muito diferentes dos que compõem a cadeia sustentabilidade. De uma maneira geral um sistema de transporte sustentável deve contribuir para a saúde econômica e social sem usar os recursos naturais, prejudicar o meio ambiente e prejuízos a saúde humana.

Mobilidade sustentável é portanto, a capacidade de uma sociedade atingir as necessidades de se mover livremente, obter acesso, comunicar e estabelecer relações sem sacrificar valores ecológicos e humanos na atualidade e no futuro.

Em particular, um sistema de transporte sustentável, deve:1. Permitir acesso seguro, economicamente possível e social a pessoas, lugares,

produtos e serviços básicos.2. Satisfazer as necessidades de diferentes categorias e gerações da sociedade.3. Considerar a saúde e segurança da população.

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4. Usar os recursos renováveis em nível menor com relação a sua regeneração e os recursos não renováveis num nível menor com relação às taxas de desenvolvimento das alternativas renováveis.

5. Concretizar objetivos geralmente aceitos sobre saúde ambiental e qualidade.6. Proteger o ecossistema e evitar que se alcance níveis críticos onde a sua

integridade esteja ameaçada.7. Não piorar o já identificado fenômeno global adverso, tal como alterações

climáticas.8. Promover a participação e educação das comunidades para tomada de decisão

sobre transporte.9. Dar preferências a capacidade total do sistema e não ao mais alto desempenho

de alguns dos seus componentes. Dar preferência à eficiência e regularidade e não a maior velocidade.

10. Trazer de volta a regra efetiva da mobilidade: meio de encontrar acesso. Pode ser satisfeito de outras maneiras, tais como inovação tecnológica e planejamento territorial e urbano.

11. Buscar a apropriação eqüitativa do espaço e do tempo na circulação urbana, priorizando os modos de transporte coletivo, a pé e de bicicleta, em relação ao automóvel particular.

12. Promover o reordenamento dos espaços e das atividades urbanas, para reduzir as necessidades de deslocamento motorizado e seus custos.

13. Promover a eficiência e a qualidade nos serviços de transporte público, com apropriação social dos ganhos de produtividade decorrentes.

14. Enfatizar as relações de deslocamento de forma holística.15. Ampliar o conceito de transporte para o de comunicação, através da utilização

de novas tecnologias.16. Promover o desenvolvimento das cidades com qualidade de vida, através de

um conceito transporte consciente, sustentável, ecológico e participativo.17. Promover a paz e a cidadania no trânsito.18. Contribuir para a eficiência energética e combater a emissão de agentes

poluidores, sonoros e atmosféricos.19. Preservar, defender e promover nos projetos e políticas públicas voltadas ao

transporte público e à circulação urbana a qualidade do ambiente natural e construído e o patrimônio histórico, cultural e artístico das cidades.

3.7 - Considerações e Linhas de Ação

Observa-se que a questão Mobilidade Sustentável concentra várias fases de análises, sendo que o automóvel e a sua utilização são os problemas centrais da degradação da qualidade de vida e deterioração do meio ambiente. A exigência por carros menos poluentes parece ser parte principal da meta para assegurar a mobilidade sustentável, que pode ser descrita como Gestão da Demanda de Transporte para Reduzir o Uso de Carros Privados e para Apoiar Modos Mais Sustentáveis.

Dentro desta meta, e como nossa monografia é sobre carros leves, não é discutida aqui a necessidade da eliminação das viagens, exceção feita aos trabalhos que já vem sendo reavaliados para utilização mais racional do transporte público, com arranjos de telecomutação que poderão ter um impacto significativo nos nossos hábitos diários. Certamente as cidades serão reestruturadas em comunidades menores e auto-suficientes com

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pouca necessidade de transporte pessoal. Observa-se que, embora estas idéias sejam neste momento as mais acertadas e podem se tornar parte no estilo de vida futuro, a necessidade pelo transporte pessoal continuará ainda a crescer e numa taxa acelerada de crescimento. Por esta observação é que são levantadas as questões relativas às opções na tecnologia de veículos que sejam adequadas e mais prováveis de proporcionar um sistema ambiental adequado e sustentável.

O primeiro passo é continuar a otimizar o que já existe. Se usarmos a tecnologia atual para aumentar o rendimento dos atuais sistemas de propulsão, pode-se aumentar a eficiência dos atuais 15 % para 30 % ou até mais. Com 30 % de eficiência um sedan básico cujo consumo médio está na faixa de 8,5 a 10,5 km/l pode atingir de 17 a 21 km/l. Isto é o melhor que se pode obter com a tecnologia atual, o que não resolverá os problemas futuros.

Para conter o crescimento na demanda a frota de automóveis do mundo deverá em 30 anos ter um consumo de 34 a 42,5 km/l. O programa Patternship for New Generation Vehicles – PNGV, já concluiu protótipos em 2003 com consumo de 35,27 km/l.

As metas do PNGV devem ser atingidas sem sacrificar o desempenho chave do carro, segurança, índices de emissões, tamanhos e critérios econômicos. As exigências primárias para o veículo PNGV são ( em forma resumida ):

• Aumento de cerca de três vezes na economia de combustível, para atingir 35 km/l.• Autonomia de 610 km.• Aceleração de 0 a 100 km/h em 12 segundos.• Velocidade máxima de 135 km/h.• Subir uma rampa de 6,5o a 90 km/h durante 20 minutos.• Ter potência de deslocamento em 5 segundos e potência total em 2 minutos.• Preço de aquisição equivalente a um sedan familiar atual.

Entretanto, para se obter os ganhos necessários, deverá haver uma movimentação em direção a uma fonte de combustível sustentável, sistemas alternativos de propulsão mais eficientes e construção de carros mais leves tal que a massa total a ser transportada nas cidades seja a menor possível.

Nesta perspectiva, na fronteira da tecnologia estão os sistemas de acionamento bateria-elétricos e híbridos-elétricos, etanol e metanol como combustível, células de combustível e materiais tais como alumínio, magnésio, plásticos e compósitos para veículos mais leves.

Deve-se observar que a produção do etanol é um desperdício dos recursos energéticos e não aumenta a segurança da energia. Isto se deve ao fato de que muito mais energia, em geral combustível fóssil de alta qualidade, é necessário para produzir etanol do que a energia contida no etanol final. Falando especificamente, cerca de 75 % a mais de energia é necessária para produzir 01 galão (3,78 l) de etanol do que a energia contida neste mesmo galão. Por outro lado, para abastecer um carro com etanol durante 01 ano, significa dizer que seria necessário usar 7 vezes mais terra arável do que a necessária para alimentar um ser humano durante o mesmo período.

Dos automóveis que rodam nas cidades, cerca de 80 % da energia consumida pelos carros é usada para contrapor os efeitos de massa. Assim, é óbvio que a redução de massa é uma estratégia chave para reduzir a intensidade de energia nos carros usados nas cidades. Isto conduzirá a carros menores e produtos de transporte pessoal que poderão ser muito menores do que os automóveis típicos de hoje em dia.

Nos últimos cinco anos tem-se visto carros conceitos e protótipos de veículos urbanos, city-cars e comutadores, principalmente na Europa. Esta opção não tem sido muito explorada devido ao poder econômico dos Estados Unidos, pois a cultura existente não vê com bons olhos carros muito pequenos.

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O objetivo é pensar em termos de produtos de transportes inteiramente novos que proporcionem benefícios intangíveis, para podermos descobrir novas oportunidades com veículos muito menores.

O desenvolvimento de veículos adaptados as novas exigências e circunstâncias podem ser agrupado em três linhas básicas de ação: O conjunto de soluções tecnológicas, de design e de sistemas.

3.7.1 - Soluções Tecnológicas

As soluções tecnológicas incluem o desenvolvimento das várias alternativas de carros elétricos, acionamentos híbridos e células de combustível. As soluções de tipos de baterias para aplicação nestes tipos de veículos incluem as baterias NiMH (Nickel Metal Hydride), Íon – lítio e lítio – polímero. A figura abaixo apresenta um pacote de uma bateria do tipo NiMH. As baterias do tipo NiMH possuem uma autonomia de 240 km usando um conjunto de baterias de 453 kg. As baterias de lítio – polímero apresentam uma autonomia de 480 km num pacote de baterias de 200 kg.

Fig. 16 – Pacote de bateria do tipo NiMH do fabricante Cobasys

Outra solução tecnológica é a utilização de sistemas híbridos, em geral motor a combustão interna e motor elétrico. O veículo Honda Insight é um exemplo de veículo híbrido que tem as seguintes características: consumo de 26 km/l na cidade e 30 km/l na estrada; motor a combustão interna, a gasolina de 1000 cc gerando 10 kw; frenagem regenerativa e bateria de NiMH produzindo 144 volts. Na figura 8 apresenta-se uma vista em corte deste modelo de veículo.

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Fig. 17. Vista em corte do Honda Insight

Os benefícios ambientais do uso dos veículos híbridos – elétricos dependem do projeto do sistema de potência do híbrido. Alguns estudos mostram que os veículos híbrido – elétricos otimizados podem ser tão limpos quanto os veículos elétricos a bateria. Os projetos que usam um motor a combustão interna embarcado, para produção de energia elétrica e tenham um programa de operação centrado num sistema motor – gerador, produzem uma quantidade perigosa de poluentes. Mas, mesmo num cenário de piores casos, os níveis de emissões são ainda muito menores do que num veículo convencional. Deve-se isto ao fato de que um conjunto gerador de um veículo híbrido – elétrico pode tanto estar desligado e portanto produzir nível zero de poluentes, ou então está operando num regime predeterminado quando é produzida a menor quantidade de poluentes e atinge o melhor nível de economia de combustível por unidade de saída. Em geral um gerador de um híbrido não é regulado para saída variável assim como nos veículos convencionais. Isto conduz a um melhor controle no índice de emissões porque é mais fácil controlar tecnicamente as emissões de um motor a combustão quando o motor gira numa velocidade constante.

Como elemento de comparação as três tabelas a seguir apresentam dados comparativos de eficiência e emissão de poluentes para vários tipos de acionamento e combustíveis usados.

VEÍCULOS COM MOTOR A COMBUSTÃO INTERNA

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Tipo de Combustível

Eficiência na Cadeia do

Combustível( % )

Emissões Brutas na Cadeia do CombustívelEm gramas por milha ( 0.621 g/milha = 1 g/km )

SO2 NOx CO HC CO2

Gasolina 10.2 0.20 0.63 3.43 0.35 444

Metanol 8.5 - 0.86 1.71 0.35 408

Etanol 8.1 0.04 0.52 1.90 0.13 44

Gás Natural 10.8 - 0.40 1.70 0.16 337

Hidrogênio 9.4 - 0.61 0.02 0.75 388

VEÍCULOS COM BATERIAS ELÉTRICAS



Combustível( % )


SO2 NOx CO HC CO2

Hulha 16.5 1.73 0.81 0.07 0.01 485

Gás Natural 15.1 - 0.52 0.09 0.01 302

Petróleo 14.6 0.93 0.52 0.08 0.02 459

Nuclear 14.4 0.10 0.05 - - 25

Gás Natural Avançado

20.0 - 0.36 0.20 0.07 229

VEÍCULOS COM CÉLULAS DE COMBUSTÍVEL



Combustível( % )


SO2 NOx CO HC CO2

Metanol 17.6 - 0.27 0.01 - 236

Etanol 15.1 0.02 0.08 0.13 0.02 28

Gás Natural 21.7 - - - - 196

Hidrogênio 21.0 - 0.11 0.01 - 197

Tabela 1 – Eficiência de Energia e Emissões para Veículos Médios

Outra solução tecnológica é a utilização de células de combustível, cuja fonte primária é o hidrogênio. Seu subproduto é a água, sendo tão eficiente quanto o motor a combustão interna. O hidrogênio pode ser originário de uma grande variedade de fluidos.

O estudo e desenvolvimento de Células de Combustível associam outras áreas de conhecimento, como, por exemplo, a produção de hidrogênio (combustível da CC) a partir da reforma de outros combustíveis (fósseis, de biomassa, etc.), incluindo-se aí o etanol, estratégico para o Brasil.

Esta conversão ocorre por meio de duas reações eletroquímicas parciais de transferência de carga em dois eletrodos separados por um eletrólito apropriado, ou seja, a oxidação de um combustível no ânodo e a redução de um oxidante no cátodo. Escolhendo-se, por exemplo, hidrogênio como combustível e oxigênio (do ar ambiente) como oxidante, tem-se na denominada célula ácida, a formação de água e produção de calor, além da liberação de elétrons para um circuito externo, que podem gerar trabalho elétrico.

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Os prótons produzidos na reação anódica são conduzidos pelo eletrólito até o cátodo, onde se combinam com o produto da redução do oxigênio, formando água.

Fig. 18 – Diagrama de Funcionamento de uma Célula de Combustível3.7.2 – Soluções de Design

Pensando na compatibilidade com os problemas de espaço imposto pelo ambiente urbano, os veículos devem ser projetados e concebidos de acordo com as exigências específicas do usuário conjugando liberdade criativa com sensibilidade extrema para satisfazer as necessidades dos usuários. O veículo do futuro deve ser capaz de representar ao usuário, não um símbolo de status, mas a sua natureza prática e estilo. Um dos aspectos mais interessantes é que sendo difícil alterar o comportamento com a educação, deve-se usar o design como uma resposta para alterar o estilo de vida e assim promover uma alteração significativa no padrão de comportamento das pessoas.

Várias possibilidades devem ser previstas no design de um automóvel, inclusive as particulares aos interesses do usuário que devem atender as várias normas existentes. Estes objetivos devem ser considerados antes do desenvolvimento do conceito.

Posteriormente, juntando-se as metas de segurança – resistência ao impacto, massa, materiais, desempenho estrutural, dimensões, modularidade, processos de fabricação e da definição de componentes deve-se analisar os principais fatores que afetam o desenvolvimento do veículo.

Apresenta-se a seguir uma série de concepções1 realizadas por Estúdios de Design, Conceitos de Fabricantes e Escolas de Design, em função dos requisitos anteriormente apresentados para os veículos futuros (Fig. 19 e 20).

1 Ilustrações retiradas do site http://www.cardesignnews.com

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Fig 19: Concepções realizadas por estúdios de design.

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Fig 20: Concepções realizadas por estúdios de design.

3.7.3 – Soluções de sistemas PRT

O Trânsito Rápido Pessoal (Personal Rapid Transit) PRT, é um subconjunto desconhecido e não muito desenvolvido de uma classe de sistemas de trânsito conhecida como Movimentadores Automático de Pessoas (Automated People Movers) APM. Os

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sistemas típicos APM (isto é, não PRT) em geral consistem de veículos que tem capacidade entre 12 e 100 pessoas que se movem em caminhos dedicados numa linha alugada, com horário e configuração definidos. Exemplos deste sistema podem ser encontrados em movimentadores de pessoas em cidades americanas como Seattle, Dallas e Miami. Entretanto, mesmo com o sucesso destas aplicações, os sistemas APM não foram largamente aceitos como modos realísticos de transporte urbano, por várias razões, em particular com respeito ao tipo PRT. Para os sistemas PRT, algumas das razões incluem a inércia dos setores tradicionais de trânsito em considerar novos modos de transporte e o teste inadequado dos sistemas protótipos, que conduziu a falhas altamente divulgadas. Além disso, a definição do que compreende um sistema PRT foi eclipsado durante os últimos 30 anos, um fato que prejudicou a condução de pesquisas para esta área. Num esforço para padronizar a terminologia foi adotada em 1988 um conjunto de linhas que definem um sistema PRT verdadeiro:

• Veículos totalmente automatizados capazes de operar sem intervenção humana.

• Veículos cativos a uma linha em particular.• Pequenos veículos disponíveis para uso exclusivo individual ou de

pequenos grupos, de 1 a 6 pessoas, disponíveis 24 horas.• Guias que podem ser localizadas acima do solo, no solo ou subterrânea.• Veículos capazes de usar todas as guias e estações numa rede PRT

totalmente acoplada.• Serviço direto da origem ao destino, sem a necessidade de transferir ou

parar em estações intermediárias.• Serviço disponível sob demanda.

Um sistema PRT proporciona uma série de vantagens, entre elas:

• Carros particulares fora da cidade.• Melhor uso das áreas verdes.• Pedestres não interagem com o tráfego motorizado.• Não existem emissões locais.• Ruído do tráfego eliminado.• Eficiência superior de consumo de energia.

Na série de imagens a seguir um exemplo de um PRT:

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Metodologia de Projeto e Construção de Chassis Tubulares (Spaceframe) de Veículos Leves 42


Station Cars

Os conceitos station cars (metodologia desenvolvida nos Estados Unidos) e os sharing cars (metodologia européia), exigem a existência de carros colocados disponíveis em vários lugares próximas de áreas residenciais, campus universitários, centro de negócios, centros de convenções, aeroportos e sistemas de trânsito de massa, que são usados por locatários do sistema, para fazerem viagens locais, inclusive para ir de casa ao trabalho. As vantagens de uso deste sistema são:

• Carros carregados e mantidos pelo operador da frota.• Usuários pagam taxa mensal.• Disponível em escolas, apartamentos, complexos de escritórios,shoppings

e estações de trânsito.• Os veículos individuais são melhor utilizados.• Os sistemas de trânsito tornam-se mais utilizáveis.

Nas duas imagens seguintes uma ilustração do sistema:

3.8 – Conclusões

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A Mobilidade Sustentável provoca desafios intrigantes para a área de desenvolvimento de produtos que podem assegurar uma sociedade sustentável. Como podemos deduzir as ações imediatas a serem tomadas para assegurar a sustentabilidade podem ser sumarizadas:

• Sistemas Avançados de Acionamento.• Novos Materiais para Baixa Massa.• Novas idéias em Projeto de Veículos, Embalagem e Personalização.• Subsistemas para Sistemas de Trânsito.

4 - O AUTOMÓVEL ULTRA LEVE

Nos 20 últimos anos, as taxas de poluentes emitidas pelos automóveis, só foram reduzidas cerca de 10%. Na Europa, as novas normas obrigaram os automóveis comercializados a partir do ano 2005 a serem 70% mais ecológicos do que os modelos atuais. As contínuas melhorias nos motores e grupos propulsores conseguiram reduzir em mais de 80% a quantidade de energia liberada pelo combustível que se desperdiça no automóvel. Para agravar o quadro, quase toda esta energia útil resultante é usada para mover a massa do veículo, sendo que a energia necessária para deslocar os ocupantes é de apenas 2%.

A causa fundamental deste desperdício é a enorme massa dos automóveis atuais, construídos principalmente em aço e plásticos de alta densidade, dotados de complexos grupos propulsores, cujo peso geralmente é da ordem de 25% do peso total. A taxa média de ocupação dos veículos é atualmente menor do que 2 pessoas, resultando no fato de que para cada ocupante deslocado se deve deslocar uma massa, correspondente ao veículo, sete vezes maior.

Em geral apenas 20% da potência total do motor é necessária para mover livremente os carros nas estradas e apenas 5% para movimentá-lo na cidade. Este enorme

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superdimensionamento dos motores diminui a eficiência final e é, em boa parte, a causa da poluição do meio ambiente nas cidades. Parte da culpa deste problema se deve aos fabricantes que até agora deram pouca consideração para a melhoria na eficiência geral dos veículos. Esta atitude provocou a neutralização das poucas melhorias efetuadas na eficiência, fazendo-os mais potentes e incorporando equipamentos auxiliares de conveniência duvidosa.

Fig. 21 – Perdas de Energia nos Automóveis Atuais

A potência aplicada às rodas se perde em três vias e sob a forma de calor liberado para o ar. Cerca de 30 % se desperdiça devido ao aquecimento dos freios nas freqüentes paradas ou desacelerações ou no grupo propulsor usando-se as reduções de marchas. A outra terça parte aquece o ar deslocado pelo veículo durante o avanço quando circula em velocidade nas estradas. A outra terça parte restante aquece os pneus e a pavimentação das estradas. A diminuição das exigências de energia nas rodas (final) permite reduzir de forma notável a potência necessária do motor (início), porque para cada unidade de potência necessária para as rodas, devemos dimensionar um motor que gere até sete vezes mais de potência.

Para se projetar automóveis com boa eficiência, além de se eliminar estas três vias de perdas de potência, deve-se diminuir sensivelmente o peso de sua estrutura, melhorar o coeficiente aerodinâmico, simplificar, aliviar e hibridizar o grupo propulsor, que deve ser capaz de recuperar a maior parte da energia que se desperdiça freiando ou reduzindo a marcha. Um projeto com estas características tornaria um automóvel convencional um automóvel ultra leve, e tal projeto incluiria:

• Diminuição do peso total em mais de 50 % pela substituição do aço da estrutura, motor e outras peças do veículo por materiais avançados, principalmente compostos sintéticos e cerâmicos, que permitiriam aumentar a resistência estrutural e a segurança.

• Gerir melhor o espaço, compactando o design para aumentar o volume interno e diminuir o externo para melhorar o coeficiente aerodinâmico em mais de 50%.

• Diminuir as atuais perdas devido pneus/pavimento em mais de 50% principalmente pela redução de peso melhorando as suas características e criando pavimentações que diminuam a resistência ao rolamento sem perda de aderência.

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Fig. 22 – Configuração de um Automóvel Híbrido Ultra Leve

Eliminadas a maior parte das perdas de energia não recuperáveis com estas modificações, deveria se baixar às perdas de energia que ocorrem nas desacelerações, reduções e paradas do veículo. Uma idéia seria recuperar parte desta energia dotando cada roda de um sistema de frenagem/gerador, que converta em cada frenagem, a energia da inércia do veículo em eletricidade ou movimento armazenado, que possa ser aproveitado imediatamente. Para este fim são úteis tanto as novas baterias, os supercapacitores assim como os volantes de inércia.

Nos automóveis de hoje, os acessórios (direção assistida, aquecimento, ar condicionado, ventilação, iluminação e sistemas de entretenimento) consomem quase 10% da potência fornecida pelo motor. Um veículo ultra leve necessitaria um pouco mais desta potência, porque quando não elimina, integra estes acessórios e diminui consideravelmente seu consumo. Os carros ultraleves seriam menos complexos e a sua condução seria mais simples sem necessitar de servosmecanismos.

Um sistema de fiação elétrica de um veículo médio pode chegar a ter mais de 2,5 km de fios e pesar cerca de 50 kg. Os novos sistemas de sinalização e iluminação são capazes de proporcionar mais luminosidade com apenas 30 % da energia que é consumida atualmente, economizando peso por utilizar fibra ótica para conduzir luz de uma pequena lâmpada para todos os pontos pilotos do veículo. O ar condicionado necessitaria apenas 10% da potência atualmente consumida. Para isto bastaria equipar estes veículos com isolantes térmicos, tetos ventilados e dotados de placas solares que gerariam corrente elétrica, janelas refratárias ao calor, ventiladores e sistemas de refrigeração inovadores que aproveitem a energia subjacente nos veículos.

IMPACTO TECNOLÓGICO PORCENTAGEM

Redução da Aceleração 10 %

Conversor de Torque com Trava para Transmissões Automáticas 10%

Transmissão Manual de Cinco Velocidades 5%

Lubrificantes de alta qualidade 2%

Acessórios com Carga Reduzida 2%

Redução no Arrasto Aerodinâmico 4%

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Acumulador de EnergiaGrupo Propulsor Eficiente e Leve

Pneus com Baixa Resistência a Rolagem

Computador

Depósito de Combustível

Placas Solares

Carroçaria Leve e

Aerodinâmica


Redução à Resistência a Rolagem 3%

Emprego de Motores Diesel 20%-25%

Redução do Peso substituição de Material, tração dianteira, etc. ) 5%

Melhorias nos motores a combustão 2%-10%

Motores com Deslocamento Variável 3%-7%

Normas de Segurança - 1%

Utilização de Turbo Compressores 0%-15%

Produção Local de Importados 0%-4%

Estratégia de Vendas tipo mix para 10% grandes, 25% intermediários, 25% compactos, 40% sub-compactos

5%

Tabela 2 - Melhoramento na Economia de Combustível com Modificações Tecnológicas e Alterações em Design, em 1977

Entretanto os benefícios mais importantes se obterão com a redução da massa. Nos meados dos anos 80 do século 20, muitos fabricantes testaram design de automóveis com peso de apenas 400 kg (a média atual é de 1300 kg), movidos com motores convencionais e que eram capazes de transportar de 4 a 5 passageiros. Tinham de duas a quatro vezes a eficiência hoje prometida nos novos automóveis. Eram construídos em sua maior parte com materiais leves como alumínio e magnésio e com plásticos de baixa densidade. Com os materiais compostos modernos a redução de peso será muito mais importante.

Boa parte do perigo apresentado pelos automóveis atuais deve-se ao seu peso e a maior velocidade com que circulam. A enorme quantidade de energia necessária para acelerá-los até estas velocidades se converte em uma fonte de perigo nas mudanças bruscas de velocidade ou trajetória e é freqüentemente fatal em impactos frontais. Os teste de colisão demonstram que os veículos ultra leves podem ser tanto ou mais seguros que os veículos atuais feito em aço, mesmo uma colisão frontal com um veículo atual em alta velocidade. Isto porque os compostos demonstram ser extraordinariamente fortes e resistentes, tanto que podem absorver muito mais energia por quilo que o metal. Os materiais empregados e o design são muito mais importantes para a segurança do que a simples massa. Uma estrutura oca de 4 kgf e feita em fibra de carbono pode absorver toda a energia do impacto de um automóvel de 500 kgf a 80 km/h.

Em 1991, a General Motors produziu o modelo de demonstração denominado Ultralite com capacidade para quatro pessoas, bom espaço interior e dimensões externas reduzidas. Este modelo é tão seguro e limpo como qualquer automóvel atual. Com um motor de 111 hp, 560 kg de peso e baixo arrasto aerodinâmico, (abaixo da metade do normal), alcança uma velocidade máxima de 215 km/h e uma aceleração de 0 a 90 km/h em 7,8 segundos.

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Fig. 23 – Modelo de Demonstração da GM, o Ultralite.

O Ultralite é quatro vezes mais eficiente do que um veículo atual de desempenho semelhante. A uma velocidade de 80 km/h consome 2,3 litros de combustível a cada 100 km, necessitando de 20% da potência normalmente exigida. Quando opera como uma unidade híbrida chega a ser até seis vezes mais eficiente do que os automóveis atuais.

Em abril de 1998 a fabricante japonesa Honda apresentou o seu modelo Civic GX, que emite 1/10 de hidrocarbonetos permitidos pela norma para veículos de baixas emissões. Também consegue reduzir as emissões de CO2 em 20 %.

O GX é um veículo que usa gás natural, e tem índice de emissões de poluentes próximas de zero. Este carro, devido aos seus baixos índices, foi considerado pela California Air Resources Board – EUA, como sendo um AT-PZEV, ou Veículo de Tecnologia Avançada com Emissão Parcial Zero.

Gráfico 7 – Valores de Emissão de Poluentes do Honda Civic GX

Na Flórida (EUA) fez-se teste com furgões fabricados com compostos que carregados pesam menos do que os atuais furgões, sem carga, feitos em aço. Outras companhias estão experimentando design de caminhões de grande capacidade fabricados com novos compostos que proporcionam o dobro da eficiência dos construídos com carroçarias convencionais, eficiência esta que poderá ser dobrada se adotada a tecnologia híbrida.

Os veículos ultraleves podem chegar a ser competitivos consumindo combustíveis ecológicos alternativos, já que a forte redução no consumo (10% da dos veículos atuais) fará com que o custo destes combustíveis seja muito menor do que é na atualidade.

Na cidade de Los Angeles (EUA) se conseguiu reduzir a poluição com a colocação em serviço dos assim denominados veículos de emissão zero. Recentemente a “California Air Resource Board – CARB” reafirmou uma disposição conflitante de 1990 – que alguns estados pretendem adotar – para que 10 % dos automóveis novos vendidos até 2003 cumprissem com as especificações ZEV – Zero Emission Vehicle, Veículo de Emissão Zero. Em princípio se tentou impor que esta porcentagem corresponderia apenas a automóveis propulsados com bateria elétrica, mas devido ao interesse despertado pelo veículo ultra leve, os responsáveis pela CARB incluíram na definição do ZEV todos os veículos que sejam sensivelmente mais limpos do que os atuais. Esta mudança na norma poderia dar um grande

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impulso aos construtores de veículos ultraleves e fazer diminuir de maneira notável a poluição das cidades.

4.1 – Adequando o Tamanho do Veículo com as Exigências do Deslocamento

Do ponto de vista tradicional, o “problema” que contribui para a alta intensidade de energia dos automóveis é a baixa taxa de ocupação dos veículos. A intensidade de energia é uma medida da energia consumida por passageiro por milha. Quando um veículo está levemente carregado, a intensidade de energia aumenta porque o veículo consome quase a mesma quantidade de energia (combustível), sem considerar o número de ocupantes. A operação de carros grandes (com vários lugares para passageiros), com um ou dois ocupantes é considerado o hábito de maior desperdício que afeta o consumo de energia de transporte no mundo atual.

Tipo de Transporte

Intensidade de Energia Atual

( 1000 joules/pkm )

Bilhões de Passageiros/ km

( pkm )

Taxa Média de Ocupação Atual

( % )

Intensidade de Energia com

Ocupação de 50 %

Aviação Doméstica

2683 747 69 3703

Aviação Internacional

2594 277 74 3839

Automóvel Regular

2398 3843 32 1535

Outros Automóveis

2902 2243 27 1567

ÔnibusUrbano

643 233 53 682

Ônibus Interurbano

2514 33 22 1106

Estrada de FerroInterestadual

1442 8 18 519

Tabela 3 - Intensidade de Energia Real e Comparativa por Tipo de Transporte (EUA em 1997)

Veículo Conceito Chrysler

Volkswagen Beetle Smart Car

Alta Intensidade de Energia Média Intensidade de Energia

Baixa Intensidade de Energia

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Fig. 24 – Intensidade de Energia por Modelo de Veículos.

Em todo o mundo, os automóveis operam, em média, com cerca de 1,6 a 1,8 ocupantes. Aproximadamente 87% de todos os deslocamentos dos automóveis ocorrem com menos de dois ocupantes. A média sendo em torno de 1,1 ocupantes. Estes tipos de deslocamento são responsáveis por cerca de 83 % da distância percorrida pelos veículos.

Se o mesmo número de passageiros fossem condensados na metade dos carros, o consumo total de energia do automóvel cairia pela metade. Condensar os ocupantes em carros menores agride, essencialmente, os benefícios primários do automóvel. Os deslocamentos devem suprir as necessidades dos seus ocupantes e o automóvel não seria mais um meio de transporte privado ou pessoal.

Tradicionalmente, a taxa de ocupação é considerada um sub-produto comportamental e portanto fora dos limites da tecnologia veicular. Entretanto, se este “problema identificado“ for redefinido, ele pode ser considerado um simples problema técnico. Se a definição fosse “tamanho inadequado do veículo“ (ao contrário de subtilização dos automóveis), a solução seria o redimensionamento dos veículos para que eles se adeqüem as exigências dos deslocamentos. Como existe a predominância de um ou dois ocupantes, é natural que deva existir uma categoria de veículos menores para estes deslocamentos locais e de comutação. Isto seria extremamente benéfico.

4.2 – O Automóvel como um Sistema de Transporte

O trânsito de massa ou transporte coletivo, é freqüentemente mencionado como uma alternativa para os carros privados. Mas o sistema mais eficiente de trânsito de massa ainda é o automóvel. Um sistema de transporte baseado no automóvel proporciona programas e rotas que são ajustadas as necessidades individuais. Além disso, os usuários compram, mantém e abastecem individualmente o dispositivo de transporte, apenas sendo exigido fundos públicos para criação e manutenção das ruas e estradas.

As deficiências primárias deste “sistema ideal” são a alta intensidade de energia e as altas taxas de poluição. Por outro lado, se o automóvel deve sobreviver como um sistema economicamente viável de transporte, seu consumo de energia e taxas de emissões devem ser reduzidos.

4.3 – Impacto em Potencial de Novas Tecnologias

Hoje em dia os automóveis operam com uma eficiência de aproximadamente 15%, o que significa que cerca de 15% da energia contida no combustível é entregue as rodas como trabalho útil. De acordo com as melhores estimativas, pode ser possível duplicar a eficiência de energia (com a utilização dos sistemas de acionamento tradicional) a cerca de 30% . Com uma eficiência de 30 % do sistema de acionamento um sedan que tenha um consumo de 8,5 a 13 km/l pode chegar de 17 a 21 km/l. Sistemas avançados de propulsão e reduções das cargas da estrada são necessárias para que se obtenha ganhos significativos na intensidade de energia dos automóveis.

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Os carros elétricos produzem emissões muito menores e economizam de 10 a 30% de energia primária (em toda a cadeia energética). Veículos com células de combustível usando sistema de conversão metano l- hidrogênio (on-board) podem ser cerca de 2,5 vezes mais eficientes do que os carros atuais. Entretanto as células de combustível ainda apresentam sérios desafios econômicos e tecnológicos.

Numa análise sumária, apenas a tecnologia não pode ser capaz de resolver os problemas de energia do mundo atual: em parte devido as limitações da própria tecnologia, principalmente devido as realidades econômicas dos sistemas alternativos de energia. Mesmo usando as mais otimistas estimativas de economia de energia obtidas com os sistemas de tecnologia avançada ainda se está muito longe de suprir as necessidades de energia de transporte.

É essencial uma redução na intensidade de energia no transporte pessoal para que se reduza o impacto econômico e as dificuldades técnicas dos novos sistemas energéticos e das cada vez mais caras fontes de energia. A conservação da energia é a opção ambientalmente mais clara e adequada.

4.4 – Fatores que Afetam o Consumo de Energia no Transporte Pessoal

O consumo de energia no transporte depende da massa e da distância na qual é transportada. As tecnologias empregadas determinam a eficiência na qual a massa é transportada. Como conseqüência o consumo de energia pode ser reduzido desenvolvendo-se tecnologias de transporte mais eficientes, ou reduzindo-se a massa transportada ou a distância percorrida.

Os fatores distância e massa são determinados pelas estruturas sociais e econômicas, pelo layout e configuração do veículo. A telecomutação, trabalhos em casa, transferência de informação e não de pessoas, são os outros enfoques estudados para redução destes fatores.

Revendo-se a arquitetura, as estruturas sociais e de negócios é possível reduzir de maneira significativa às necessidades de energia de transporte da sociedade. As dificuldades para tais revisões vêm das limitações econômicas na reestruturação das cidades e na resistência psicológica a mudanças em grande escala nas estruturas sociais e econômicas. As tecnologias, no entanto, estão disponíveis.

Reduzir a massa transportada, independente da distância percorrida, pode reduzir de maneira fundamental as exigências de energia dos transportes. Por outro lado, a redução de massa não afeta os hábitos do transporte, as estruturas sociais e econômicas ou as arquiteturas das cidades. A oportunidade para uma redução em larga escala da massa torna-se aparente quando se considera que o próprio veículo é responsável por aproximadamente 92% da massa transportada, enquanto que os ocupantes são responsáveis por apenas 8%. A maior parte da energia consumida pelos automóveis é para transportar a si mesmo. A redução de massa, pode, sozinha economizar mais energia do que os mais avançados conceitos de sistemas de propulsão.

4.5 – Segurança dos Veículos de Baixa Massa

Carros pequenos e leves estão em geral associados ao aumento no risco de danos aos passageiros. As estatísticas de acidentes de tráfego geralmente apresentam uma relação

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entre tamanho do veículo com as taxas de danos/fatalidades, com um potencial aumento de riscos em proporção à diminuição no tamanho dos veículos. Exceção feita ao Japão onde existe uma categoria especial de carros leves, o Kei car, que apresentam uma taxa mais baixa de fatalidade do que os carros maiores. Entretanto com veículos tendo projeto mais adequado, estes resultados podem se tornar ultrapassados. Os carros construídos hoje dia são cerca de quatro vezes mais seguros do que os carros construídos em 1969, sendo que são cerca de 10% menores e 20% mais leves. Deve-se isto primeiramente a uma engenharia de segurança melhorada e a modernos sistemas de segurança.

A proteção dos ocupantes torna-se um desafio maior na medida em que os veículos têm a sua dimensão reduzida, entretanto é possível realizar tecnicamente veículos menores e mais seguros que apresentam um alto grau de segurança. Os conceitos avançados de “hard shell” (células rígidas) desenvolvidos para aumentar a segurança dos veículos de baixa massa já estão em desenvolvimento na Suíça. Este novo enfoque utiliza um exterior rígido que é idêntico ao compartimento rígido dos carros convencionais. Durante uma colisão o exterior rígido dos carros menores provocam uma zona de deformação menos rígida dos carros maiores para absorver energia. Um espaço para desaceleração dos passageiros nos carros menores é prevista no interior do veículo, ao contrário da zona de deformação externa tradicional. A desaceleração dos ocupantes é controlada por restrições elásticas e air-bags.

O padrão e ambiente de utilização dos veículos também são importantes. Carros que operam primariamente nos ambientes urbanos não tem necessariamente que satisfazer as restrições de impactos dos carros maiores para proporcionar transporte igualmente seguro.

5 - CHASSIS AUTOMOTIVO: UMA HISTÓRIA DE 100 ANOS

Os primeiros fabricantes de chassis e motores não tinham nenhum precedente para fundamentar uma linha de desenvolvimento e projeto. Estes engenheiros de carroçarias de automóveis eram representantes de um ofício estabelecido há muito tempo antes: projetavam carruagens. Para eles, pouco importava se o veículo que estivessem projetando seria propulsado por motor a gasolina, elétrico ou a vapor. O seu trabalho era igual ao projeto das carruagens: construir um meio de transporte para as pessoas.

Um exemplo da diversidade e uso dos tipos de carroçarias é o design em vime do Hugot de 1897, que era considerado uma novidade para a sua época. Os fabricantes de auto vendiam apenas o chassis para depois os donos mandarem fazer as carroçarias. Muitos usuários chegaram a ter carroçarias para inverno e verão.

Fig. 25: Modelo Hugot de 1906 com carroçaria de vime e chassis de madeira

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Os fabricantes de carroçarias alegavam que, se as carruagens eram adequadas para serem movimentadas por cavalos, com muito mais razão eram apropriadas para os motores. Neste contexto, até hoje os nomes dos modelos de carroçarias de automóveis usam a terminologia das carruagens: phanton, berlina, landau, wagon, etc. As pesquisas históricas não consideram que este tipo de comportamento desses engenheiros era um despropósito: Quando se tratava de testar novos materiais e conceitos estruturais, eles se comportavam de uma maneira tão radical e inovadora assim como os engenheiros de motores e chassis. Tanto é verdade, que todas as técnicas estruturais relacionadas com as carroçarias atuais foram propostas antes de 1920, incluindo inclusive a soldagem das partes da carroçaria.

Em 1984 a Volvo Cars, apresentou um composto epóxico para conectar partes da carroçaria, reduzindo em cerca de 5000 pontos de soldagens convencionais. Entretanto, a Volvo não foi a primeira a usar adesivo com este propósito. Os engenheiros especializados em carroçarias empregavam caseína para unir os elementos de madeira das primeiras carroçarias usadas nos Cadiilac, Columbia e Locomobile entre 1898 e 1904.

De todos os eventos marcantes no desenvolvimento das carroçarias, talvez os mais revolucionários tenham sido a transição da madeira para o metal e a laca de secagem rápida, eventos estes que aconteceram com um intervalo de 25 anos.

Os painéis das carroçarias de madeira daqueles primeiros autos limitavam os designers de carroçarias. Com a madeira só se pode obter curvas simples, curvando-as com aplicações de vapor. Desta maneira os modelos de automóveis daquela época se pareciam demais.

A aplicação de chapas e laminados de aço surgiram por volta de 1900. Deste ponto em diante a aparência dos automóveis começaram a mudar sendo possível distinguir com clareza os modelos entre si. Outras técnicas de metalurgia estavam sendo aperfeiçoada: forja com martelos entre 1900 e 1910; extrusão hidráulica por volta de 1920; extrusão e estampagem por volta de 1935. Para cada nova técnica apresentada, os painéis de metais adotavam novas formas. O primeiro automóvel americano a ter uma carroçaria de alumínio foi o Eastman Steamer em 1901 e o primeiro a ser feito em alumínio foi o Mormon de 1902. Ambos entretanto tinham o seu chassis feitos de madeira, no qual se fixavam os painéis metálicos.

A estrutura típica chassis carroçaria no início dos anos 1900 apresentava painéis prensados de aço, fixados ao chassis de madeira. A fábrica Weymann de Paris, França, cobria o chassis com couro e lona alcochoada.

Em 1919, as carroçarias Budd para uso nos automóveis Dodge apresentaram um grande avanço. Para demonstrar ao público a sua resistência as primeiras fotos publicitárias apresentavam o Dodge colocado sobre o seu teto, para demonstrar que a carroçaria não se deformava com o peso do veículo.

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A integração chassis carroçaria substituiu por completo o chassis. Toda a carga era suportada por seções metálicas laminadas em forma de caixas.

A combinação chassis de madeira e painéis de metal teve sua aplicação por aproximadamente 10 anos. Logo depois apareceram os chassis de madeira reforçados com aço (construção tipo sanduíche), que proporcionavam uma maior rigidez para a carroçaria do automóvel. Este tipo de construção denominado “madeira armada” foi usado pela primeira vez para fixar os painéis de aço da carroçaria do modelo Hupmobile de 1911. A carroçaria Hupp, criada por Edward Budd logo se tornou no design tradicional: o sedan sem capota.

A partir do final dos anos 1910 apareceram os sedans fechados, mas não vendiam tanto já que custavam cerca de 50% a mais do que os veículos sem capota. Para a proteção dos passageiros nestes veículos várias fábricas de acessórios vendiam capotas do tipo toldo. O sedan com capota se tornou mais econômico e mais atrativo depois da primeira guerra mundial, graças a Budd que gerou formas de reduzir custos de produção. Em 1919 a Dodge apresentou o seu automóvel totalmente fechado com um chassis de aço e painéis da carroçaria feitos do mesmo material.

No mês de outubro de 1915, o engenheiro de nome H. Jay Hayes, especializado em carroçarias de automóveis estava apresentando uma palestra na Sociedade dos Engenheiros Automotivos dos Estados Unidos. Ele representava a Ruler Auto Co., e estava descrevendo o desenvolvimento das carroçarias dos automóveis. Numa pausa uma voz da platéia perguntou: "O que você poderia nos dizer da teoria de combinar a carroçaria e chassis numa só unidade?” Já se sabia que se vinha estudando a quase 10 anos a possibilidade de combinar estes dois elementos, mas nenhuma companhia até agora havia conseguido uma método prático de transformar a teoria em realidade. Hayes falou ainda por mais 15 minutos sobre a carroçaria em peça única, explicando que para superar as desvantagens desta combinação (excesso de custos e vibrações na carroçaria) seria necessário se produzir autos menores e mais leves. Ao término desta explicação ele forneceu a informação de que na semana seguinte a sua companhia colocaria a venda 3 000 veículos com carroçarias de uma só peça, o automóvel Ruler Frameless. Nestes autos, ao contrário do chassis os elementos da carroçaria tinham forma tubular para proporcionar a rigidez necessária. O motor e os componentes da suspensão estavam colocados sobre uma plataforma.

Em 1922 a apresentação do Lancia Lambda marcou o passo decisivo na evolução da construção das estruturas automobilísticas, a partir de uma idéia de Vincenzo Lancia inspirado na estrutura monocoque do casco das embarcações. Nesta construção foram

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agregados definitivamente os problemas estruturais do chassis e da carroçaria. Este modelo apresentava uma estrutura integralmente em aço, com painéis que incorporavam o túnel da transmissão e uma carroçaria autoportante.

Os

automóveis Auburn e Cord de 1929 apareceram com chassis de aço com reforços em "X", tipo de construção que não tardou a se popularizar. O elemento estrutural em forma de "X" aumentava significativamente a rigidez torsional e flexional, além de reduzir a vibração, melhorando desta maneira a dirigibilidade do carro.

Fig. 26: Chassis Auburn.

Por volta de 1934, foi apresentada a solução do chassis autoportante aplicado em produção em massa com a apresentação dos modelos Citroen Traction Avant

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Fig. 27: Carroçaria auportante Citroen.

Entre 1935 e 1936, a Carrozzeria Turin desenvolveu um método construtivo denominado “Sistema Superleggera”, um arranjo de tubos de aço cromo molibdênio de pequeno diâmetro soldado em forma reticulada. Neste treliçado era agregada a carroçaria em laminado de alumínio, que não tinha a função estrutural. A aplicação principal deste tipo de construção era mais indicado para competições, mas muitos modelos de série foram desenvolvidos.

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Fig 28: Detalhes construtivos da tecnologia Superleggera.

Durante a década de 40, no século passado, com a Segunda Guerra Mundial, a maior parte da indústria automobilística mundial foi convertida para a produção de equipamentos bélicos, e a tecnologia sofreu uma considerável redução. Depois do conflito, principalmente nos Estados Unidos, a indústria procurou melhorar o desempenho dos motores e a redução da massa surgiu como um objetivo secundário. Na Europa, ao mesmo tempo, a disponibilidade de aço era muito baixa e isto provocou o desenvolvimento de veículos mais leves e o uso de componentes e carroçarias feitas inteiramente em laminados de alumínio. Em 1948, foi colocado em produção um modelo Land Rover, com carroçaria feita em painéis de alumínio.

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A partir de 1950, por aproximadamente vinte anos, a demanda de mercado foi muito alta, em geral superior à oferta da indústria. Esta situação conduziu ao emprego do chassis em aço estampado, fácil de montar e com custo unitário extremamente competitivo para volumes de produção elevados. Paralelamente os veículos esportes apresentavam soluções diversificadas.

Em 1953, a Chevrolet, uma divisão da General Motors Corporation apresentou o seu modelo Chevrolet Corvette, que apresentava a primeira aplicação de fibra de vidro num veículo. O chassis era um spaceframe tubular em aço.

Fig. 29: 1953 Chevrolet Corvette

Fig. 30: Demonstração da fibra de vidro

Fig. 31: 1953 – Chassi e Carroçaria

Por volta de 1959, a Maserati introduziu o veículo de competição Tipo 60, com um chassis reticulado constituído com cerca de 200 tubos de aço com diâmetros de 10, 12 e 15 mm, formando um complexo reticulado que dava ao carro o apelido de "gaiola de pássaros" ou no original " birdcage".

Fig 32: Maserati Tipo 60. Fig 33: Chassis do Tipo 60.

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Fig 34: Desenho em corte da Maserati tipo 61 da Coleção James Allington Collection

Em 1960 na Europa houve uma

consolidação substancial da

solução do chassis autoportante em

aço, que permitiu o

desenvolvimento do primeiro procedimento de projeto estandardizado para a indústria automobilística. Paralelamente começaram a surgir pesquisas com veículos experimentais baseadas no emprego de novos materiais compostos.

Em 1962, a Lotus introduziu o modelo ELAN, com a apresentação do chassis Backbone, um chassis com um elemento central em aço que sustentava o motor e a suspensão e que continha no seu interior a transmissão. A carroçaria era feita em fibra de vidro anexada ao chassis.

Fig. 35: Chassis Backbone da Lotus Elan

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Fig. 36: Colocação da Carroçaria no Chassis do Lotus Elan

Em 1967 a Bayer produziu um carro experimental com monocoque em plástico utilizando construção tipo sanduíche constituído de dois laminados de resina de vidro com poliuretano expandido internamente.

Nos Estados Unidos, continuava-se a aplicar a metodologia de construção de carroçaria sobre o chassis tipo quadro (ladder frame).

Em 1973 a crise de petróleo afetou de maneira sensível toda a indústria automobilística. Nos Estados Unidos entre 1976 a 1982, em resposta ao regulamento federal CAFÉ (Corporate Average Fuel Economy), o conteúdo de aço nos automóveis foi sensivelmente diminuído, representando uma redução média de peso para os veículos de 1035 kg para 795 por meio da redução da dimensão dos veículos e a passagem da construção chassis/carroçaria para o monocoque. Igualmente foi acelerada a experimentação com materiais leves.

A Ford Motor Company apresentou o projeto de LTD feito integralmente em fibra de carbono, obtendo uma redução de peso primária de 315 kg e uma redução secundária de 225 kg.

De especial importância para este trabalho é o projeto do Fiat VSS (Veicolo Sperimentale a Sottosistemi), realizado sobre a plataforma do Fiat Ritmo em colaboração com a Casa Torinese, I.D.E.A Institute e o Renzo Piano Studio em 1978.

Este projeto é o retorno à separação da parte estrutural (um spaceframe em aço) e do revestimento externo (painéis de material plástico) só que voltado especificamente para a redução da massa e ao rearranjo da flexibilidade da forma, montagem e produção, antecipando em cerca de 20 anos o problema hoje enfrentado pela indústria automobilística. Neste conceito os painéis externos são produzidos separadamente e chegaram já completados a linha de montagem.

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Fig. 37: Vista do Spaceframe do Fiat VSS

Fig. 38: Modelo do Spaceframe do Fiat VSS

Fig. 39: O protótipo Fiat VSS

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Nos anos 80 do século passado, o aumento na competitividade do mercado provocou o desenvolvimento e a aplicação de novos materiais e tecnologias, o uso intensivo da eletrônica embarcada e novos critérios e objetivos de projeto. Por sua vez houve um aumento da sensibilidade ambiental e do estabelecimento de legislações cada vez mais rígidas para controle de emissão de poluentes e do consumo de energia. Neste cenário um dos objetivos é a redução da massa, o que tem conduzido a várias pesquisas para soluções de estruturas alternativas.

Em 1984, A Pontiac, uma divisão da General Motors apresentou o Pontiac Fiero que tem um spaceframe em aço e carroçaria externa em SMC. A estrutura é constituída de um chassis modular de base soldado no inicio do processo de montagem.

Fig. 40: Pontiac Fiero e processo de fabricação

Os painéis compostos externos e o componente do habitáculo são preparados e montados na fase final da produção.

Com grande apelo ambiental sobre o consumo energético e sobre as emissões de poluentes serão cada vez mais restritivas além do fato de que a reciclabilidade é uma questão também em pauta. Além disso as normas sobre segurança impõem um aumento sobre o desempenho estrutural inclusive com a adoção de proteção ativa e passiva. Estes aspectos impõem um número maior de componentes e acessórios o que provoca um aumento sensível no peso do veículo. Tal aumento provoca mais pesquisa para a solução da redução de massa.

6 – O CHASSIS SPACEFRAME

Não é possível estabelecer uma definição precisa para o termo spaceframe aplicado à engenharia automotiva, que não seja o termo de emprego geral. Na construção civil, spaceframe são estruturas reticuladas empregadas para a cobertura de espaços com vãos muito grandes. Este reticulado é constituído principalmente de uma rede de elementos metálicos conectados na sua extremidade para formar um elemento geométrico de base triangular, sendo que as conexões entre os elementos podem ser de juntas esféricas quando os elementos estão submetidos apenas a cargas axiais, neste caso a estrutura é verdadeiramente um treliçado espacial; ou a conexão pode ser de juntas rígidas sendo que neste caso a estrutura está submetida também a cargas flexionais e torsionais.

Estas estruturas apresentam elevada rigidez. Em aplicações automobilísticas este conceito é diretamente originária aos projetos de chassis tubulares com seções transversais circulares, muito comuns aos veículos leves e de lazer ( tipos buggy ).

O spaceframe em uso atualmente em projetos modernos apresenta um número muito inferior de componentes e apresentam dimensões maiores.

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Como no projeto do Honda Insight, a aplicação da construção spaceframe se traduz na leveza do chassis. Com uma relação específica de peso de cerca de um terço dos modelos construídos em aço, a maior contribuição desta aplicação usando materiais mais leves tais como o alumínio, é a sensível redução do consumo, que é o critério decisivo na busca pelo emprego de materiais mais leves. Por outro lado a utilização de materiais mais leves neste tipo de construção permite a utilização de uma grande variedade de métodos de criação de carroçarias, obtendo uma alta rigidez torsional e flexional, se comparados com a construção típica em aço. O Honda Insight usa uma tecnologia inovadora na construção da composição chassis/carroçaria. A Honda usa um sistema de construção que emprega uma carroçaria unitária conjugada com uma spaceframe. Como apresentado na figura anterior.

Fig 41: Construção dos chassis e composição dos painéis da carroçaria do Honda Insight

Esta construção usa alumínio extrudado para absorção e distribuição de cargas estruturais. Todos os elementos extrudados possuem reforços em áreas críticas.

Fig 42: Características de processamento de peças na construção chassis/carroçaria do Honda Insight

6.1 - Requisitos Funcionais

Pode-se apresentar como spaceframe uma arquitetura estrutural constituída de um arranjo de perfilados conectados entre si por meio de um nó rígido, cuja finalidade é executar as seguintes funções:

• sustentar o motor, o sistema de suspensão, direção e transmissão• sustentar os painéis externos

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• sustentar todos os sistemas auxiliares internos e externos• sustentar as cargas devido aos passageiros e devido a bagagem• conferir rigidez ao veículo, considerando o desempenho dinâmico e o conforto

da dirigibilidade• proteger os passageiros em caso de acidentes.

Ao contrário do monobloco, todos os painéis externos são suportados pela estrutura principal e não possuem função estrutural primária. Eventualmente, podem ser considerados um reforço posterior para a rigidez do veículo.

6.2 - Configuração Geral do Chassis Spaceframe

O spaceframe pode ser decomposto em quatro tipologias de componentes, como observado na figura abaixo:

• Perfilados retos ou curvos (em geral extrudado)• Nós (geralmente fundidos a pressão)• Componentes multifuncionais (fundidos a pressão ou estampados)• Eventualmente superfícies laminadas e estampadas

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ElementosFundidos

NósFundidos

Extrusões

Elementos Extrudados eDobrados


A estrutura se apresenta como um conjunto de componentes independentes conectados entre si. Elementos simples podem teoricamente ser projetados de modo independente considerando o material e a tecnologia de fabricação. Esta independência permite uma maior especialização dos componentes com relação a sua função, compatível com a exigência produtiva e econômica.

6.3 - Aspectos Produtivos

A solução do espaceframe parece mais flexível pelo menor numero de componentes e a conseqüente simplificação da operação e montagem, exige uma série de técnicas de produção com pouca flexibilidade para a automação, por várias razões:

• Instabilidade dimensional.• Custo de trabalho.• Maior exigência de retrabalho.Além disso é exigida uma tecnologia do tipo “labor-intensive” oposta à tecnologia

“equipment-intensive”, como é o caso do aço.Entretanto é possível racionalizar uma elevada flexibilidade produtiva e progetual

que se evidenciam através de diversas considerações:• Possibilidade de se adotar uma estratégia de "platform sharing", com uma

redução média de cerca de 20 % no custo de desenvolvimento de um novo modelo, mediante o desenvolvimento de uma estrutura spaceframe modular

• Tempos e custos inferiores para modificações sucessivas do meio de produção• Maior liberdade na escolha do material, com a criação de componentes mais

eficientes e especializados• Redução no número de componentes, sendo possível utilizar menos de 100

peças contra cerca de 300 num de aço.

6.4 - Tecnologias Alternativas de Carroçaria e o Spaceframe

Poucas estruturas de carroçaria automotiva representam uma manifestação pura de um princípio finito de engenharia. Da mesma maneira o termo spaceframe parece ter sido adotado pela imprensa automotiva e usado para descrever estruturas, que mais precisamente deveriam ser descritas como híbridas ou semi-estruturas.

6.5 - Chassis, Chassis De Quadro, Ladder Frame Chassis

O chassis é o tipo mais comum usada desde os primeiros automóveis em 1900. É muito empregado em caminhões, ônibus, muitos automóveis americanos, utilitários-esporte

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(SUV) e veículos off-road. Este tipo de construção apresenta uma plataforma estrutural separada, onde será montada a carroçaria.

Fig 43: Chassis de longarinas transversais, Mercury 1952

Estes tipos de chassis consistem geralmente de duas vigas laterais que acompanham todo o comprimento do veículo (longarinas) e são ligadas entre si por elementos transversais, proporcionando desta maneira rigidez e resistência com um baixo centro de gravidade. O método de construção do chassis e carroçarias em separado significa dizer que este método é favorecido pelos fabricantes que buscam um meio econômico apropriado de manufatura de veículos em baixo volume.

Um tipo importante de alternativa derivada deste tipo de chassis, combina um chassis fino com elementos cruzados que proporcionam uma estrutura rígida e leve, como o chassis do Volkswagen Fusca.

Fig 44: Plataforma Volkswagen

Este tipo construtivo de chassis devido a sua modularidade e flexibilidade de aplicações proporcionou uma variedade muito grande de aplicações, sendo que foram criados vários tipos de veículos esportivos, de lazer e utilitários que utilizavam esta plataforma.

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Em 2002, no Salão do Automóvel de Paris, a General Motors apresentou o seu conceito Hy-wire, o primeiro veículo que combinava propulsão com célula de combustível com tecnologia drive-by-wire.

Neste veículo, um modelo sedan, todos os sistemas de propulsão e controle estão contidos num chassis de 11 polegadas de espessura, no formato de um skate, maximizando desta maneira o espaço interno para os passageiros e bagagem. Não se vê motor e nem pedais, apenas uma única unidade denominada X-drive que é facilmente colocado na posição esquerda ou direita.

Comparando-se o conceito Volkswagen com o conceito GM, observa-se que este novo modelo nada mais é do que a aplicação na plataforma Volkswagen das tecnologias modernas de propulsão e direção.

Fig 45: Conceito do Chassis Hy-wire da GM Fig 46: Conceito AUTOnomy

Os designers da GM, no press-release apresentado em Paris, diziam que " devido a combinação das tecnologias de célula de combustível e drive-by-wire, consegue-se formar este veículo de uma nova maneira, abrindo um novo mundo de arquiteturas de chassis, personalizando as carroçarias para uma expressão individualizada, denomina AUTOnomy". Nada que já não tenha sido feito com o chassis da Volkswagen.

6.6. - Monocoque

O monocoque, ou monobloco, é atualmente estrutura padrão para a maioria dos veículos de passeio, produzidos atualmente em todo o mundo, que tenham um alto volume de produção (mais de 100 000 por ano). Esta carroçaria é feita a partir de chapas de aço estampado, combinando as funções de chassis e carroçaria numa estrutura tridimensional. No seu sentido mais puro, o termo monocoque é aplicado a uma estrutura que depende completamente dos painéis externos para proporcionar resistência. Os semi-monocoques possuem elementos de reforço e estruturas transversais que apóiam os painéis externos e é o termo mais adequado para definir a estrutura da maioria dos carros. Embora alguns painéis sejam destacáveis, tais como portas, capô do motor, tampa do porta malas, estruturas de pára-choques, etc., o restante da estrutura é a responsável pela integridade estrutural do veículo.

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Fig 47: Monocoque em aço do Fiat Uno I serie de 1993

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Fig 48: Monocoque em aço do Peugeot 307 de 2001

Como descrito no capítulo sobre a evolução histórica do chassis, o sucesso do paradigma " de Budd " tornou-se quase universal entre os fabricantes de veículo desde 1960 e muito pouco mudou desde então neste conceito.

6.7 - A Origem do Spaceframe

Originariamente desenvolvido para carros de alto desempenho por volta de 1950, a estrutura spaceframe nada mais é do que uma caixa de tubos soldados na qual elementos não estruturais, que compõem a casca da carroçaria, são ligados. Este tipo de construção, ao contrário do monocoque, é baseado numa estrutura que proporciona todo o contato com as cargas do veículo. Entretanto, na otimização deste tipo de estrutura, o acesso a áreas tais como o compartimento do motor torna-se severamente restrito.

As estruturas spaceframe exigem mais mão de obra do que os monocoque em aço soldado, devido ao maior número de peças necessárias para construção do corpo do veículo. Com o lançamento do Fiat Multipla e do Audi A2 mudou o ponto de vista até então comum da tecnologia cara associada aos carros de baixo volume de produção. Pela primeira vez uma estrutura muito próxima a um spaceframe verdadeiro está sendo usada na produção de um carro médio com volume de produção de cerca de 50 000 unidades por ano.

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Fig 49:

Spaceframe em perfilados de aço do Fiat Multipla de 1998

Fig 50: Spaceframe em liga de alumínio do Audi A2 de 2000

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Dos modelos atuais, tal como o Fiat Multipla, os painéis externos trabalham apenas na deformação sob impacto, com a possível exceção do painel do teto que permite alguma rigidez lateral. As estruturas espaceframe podem ser construídas tanto de extrusões de aço como de alumínio, e também podem ter a vantagem de tecnologias tais como a de painéis de materiais compostos e junção com adesivo para grandes volumes de produção. As maiores vantagens deste tipo de construção estão na redução de peso que pode ser de 30% a 40% do peso da estrutura.

Os perfis extrudados são uma característica importante do spaceframe, pois representam uma nova visão se comparada com a fabricação convencional que usa chapas de aço estampado como meio de se obter resistência e rigidez. O custo total do ferramental associado com o uso do alumínio ou extrudados de aço é de cerca da metade do processo convencional empregado nos monocoques.

Comparação entre o monocoque de aço e a construção spaceframe em aço, com dados da Fiat Auto ( Turin. Itália )

Monocoque:Fiat MAREA

Spaceframe:Fiat Múltipla

Peso daCarroçaria

BIW 330 kg 253 kg ( 30% menos )Outros 100 kg 102 kg

ComponentesPiso 16 36Lateral 36 44 ( total: 35% a mais )

Custo Ferramental £ 200 000 000 ( aprox. ) £ 100 000 000 ( aprox. )Custo Carroçaria ND ND

ModelosVariantes limitadas a dimensão da plataforma

Comprimento e largura do modelo facilmente modificadas

Breakeven point( no de carros/ano )

100 000 a 200 000 40 000 a 50 000

Segurança Simulações multiplas de impacto por carro

Testes simples de impacto

MateriaisCarroçaria Painéis

Chapas de açoExtrudado de aço ou alumínioAços, alumínio ou composto

MontagemSoldados durante a produção Painéis adicionados

separadamenteObs.: BIW (body in white - esboço da carroçaria)

Os materiais compostos têm sido muito utilizados na indústria automobilística. Eles proporcionam uma grande economia de peso com relação aos materiais estruturais monolíticos, e o mais importante, se adequadamente projetados representam o material ideal para uma grande faixa de aplicações. Os materiais compostos são largamente usados nas extremidades do espectro da indústria automobilística: tanto na produção em larga escala (200 000 unidades/ano); em carros de corrida tipo Formula I ou Indy (em torno de 1 a 300 carros/ano), e em aplicações em carros esporte (500 a 20 000 carros/ano), que adotam materiais plásticos, ou ainda nos carros esporte de alto desempenho (cerca de 50 a 500 carros/ano), como é o caso do Lamborghini Murcielago que usa fibras contínuas e materiais compostos epóxicos de alta qualidade derivados da indústria aerospacial.

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O Murcielago possui uma carroçaria toda em fibra de carbono, exceção para o teto e portas, montado sobre uma estrutura spaceframe, o que confere a este veículo alta rigidez flexional e torsional aliadas a um baixo peso

A carroçaria em material composto do Murcielágo é mostrada sobre sua estrutura spaceframe em aço, com teto em aço, integrante do spaceframe.

Compostos estruturais de grandes dimensões podem ser conformados em peças complexas e podem substituir partes metálicas. Até recentemente a rigidez do painel, o alto custo e o longo ciclo de fabricação limitavam a aplicação dos compostos na indústria automobilística. A construção dos compostos é considerada um termo apropriado, com aplicações que se estendem além do uso corrente dos painéis e pará-choques de plástico.

Fig 51: O spaceframe e o compartimento de passageiros do Murcielago.

A tecnologia spaceframe oferece muitos benefícios: flexibilidade no projeto e manufatura e construção leve que é fator decisivo na redução de consumo e emissões de poluentes. Os custos de ferramental são reduzidos pela metade além de uma expressiva redução nos custos de manufatura porque as alterações nos modelos podem ser adaptadas de uma maneira muito mais fácil. O spaceframe permite que o fabricante reaja muito mais eficientemente às demandas do consumidor e oferece potencial significante na redução do tempo de ordem de fabricação.

A maioria dos desenvolvimentos da estrutura do spaceframe ocorreram na Europa, onde a competição entre os fabricantes de compostos, alumínio e aço alimenta avanços significativos no uso de termoplásticos colorizados e na tecnologia de hidroconformação. Por outro lado à construção spaceframe e tecnologia de painéis compostos devem ainda encontrar

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um meio termo de aumentar a produção antes de conseguir uma economia de escala existente atualmente para o monocoque em aço soldado.

6.8 - Critérios de Projeto

Qualquer projeto de chassis, para ser considerado aceitável, deve obedecer os seguintes critérios:

1. Ser estruturalmente resistente durante toda a vida útil do veículo. Isto significa dizer que nenhuma peça deva falhar sob condições normais de utilização;

2. Manter as localizações de montagem da suspensão tal que a dirigibilidade seja segura e precisa sob altas cargas devido a mudanças de direção ou do tipo do piso;

3. Suportar os painéis da carroçaria e outros componentes do compartimento de passageiros tal que tudo se apresente de uma maneira “sólida” e tenha uma longa duração confiável.

No mundo real, são poucos os projetos de chassis que atingem o critério nº 1. Grandes falhas estruturais, mesmo nos carros que são vendidos sob a forma de kit, são raras. Muitos engenheiros que projetam estes tipos de chassis, os oferecem , naturalmente, sobredimensionados. As penalidades para os erros de projeto neste setor são pesadíssimas. O problema é que alguns pensam que ter um chassis “forte” sem falhas estruturais, é o bastante. Não é.

A rigidez estrutural é a base do que você sente ao sentar num assento de um automóvel. Ela define a dirigibilidade do carro, a integridade da carroçaria e o sentimento geral do carro. A rigidez do chassis separa um grande carro de um que esteja meramente OK.

Diferentes projetos de chassis possuem as sua próprias resistências e fraquezas. Cada chassis é um compromisso entre peso, tamanho dos componentes, uso do veículo e custo final. E mesmo com um método básico de projeto, a resistência e rigidez podem variar significativamente, dependendo dos detalhes de projeto. Não existe um método de projeto definitivo para todos os carros, porque cada carro apresenta um diferente conjunto de soluções. Abaixo estão sumariadas as características de algumas alternativas de chassis. E, devemos ter sempre em mente, que a execução dos detalhes é tão importante quanto o projeto básico, se não for mais importante.

Alguns consideram o chassis de alumínio como um caminho natural para um projeto mais leve, mas isto não é necessariamente verdadeiro. O alumínio é mais flexível que o aço. A relação de rigidez com o peso é quase idêntica tanto para o aço como para o alumínio, desta maneira um chassis de alumínio dever ter o mesmo peso de um de aço para atingir a mesma rigidez. O alumínio possui vantagem apenas quando pode haver seções muito finas aonde a flambagem seja possível, mas em geral não é o caso com tubulações de pequenas espessuras.

6.9 - Spaceframe

Uma verdadeira estrutura espacial (spaceframe), é constituída de pequenos tubos, submetidos apenas a estados de tensão de tração ou de compressão – sem cargas de flexão ou torção. Isto significa dizer, que cada ponto de carga deve estar apoiado em três dimensões. È impossível construir uma forma spaceframe eficiente para um automóvel. Não se pode triangularizar corretamente uma estrutura espacial para um automóvel nas formas construtivas

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atuais. Na Mercedes Benz 300 SLR o chassis usava centenas de tubos separados. Era difícil construção e exigia um esforço tremendo para a execução das junções.

6.10 - Princípios de Projeto do Spaceframe

A estrutura spaceframe tem sido usada a muito tempo, e no contexto automobilístico considera-se que Colin Chapman, fundador da Lotus, foi um dos maiores expoentes na sua utilização. Outros projetos de spaceframe tais como a Lola, a Mercedes Benz e a Maserati produziram projetos espetaculares de chassis spaceframe nos anos de 1950.

Uma observação numa estrutura spaceframe revela que o segredo reside no uso intensivo de triangulação. E é fácil concluir porque: Qualquer carga atuante num dos vértices de um triângulo é decomposta em carga de tração ou compressão nos seus lados; não existem cargas de flexão. Mesmo que as junções estejam rotuladas a estrutura retém a sua forma, e a estrutura colapsa apenas se os seus membros se deformarem.

6.11 - Desenvolvimento do Projeto de um Chassis Automotivo

O objetivo de um chassis automotivo é conectar de forma rígida as suspensões dianteira e traseira e também prover pontos de engate para os diferentes sistemas de um automóvel. O movimento relativo entre os pontos de fixação entre a suspensão dianteira e traseira pode provocar dirigibilidade perigosa. O chassis deve permitir também pontos de fixação que não se desloquem dentro do envelope de desempenho do carro.

Existem vários tipos de chassis aplicados nas construções automobilísticas: o spaceframe, o monocoque e o tipo de longarinas (ladder), são os mais comuns. Para cada tipo de aplicação automobilística, incluindo automóveis, utilitários, caminhões, ônibus, carros de corrida, carros conceito, supercarros, etc. poderá haver uma aplicação específica de um tipo de chassis, não existindo, portanto um tipo preferencial. Um chassis do tipo spaceframe é constituído por uma série de tubos que se conectam para formar uma estrutura espacial na qual se conectam todos os subsistemas de um automóvel ou carro. Entretanto, a maioria dos conceitos e teorias podem ser aplicados a outros projetos de chassis.

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6.11.1 - Rigidez

A suspensão automotiva deve ser projetada tendo como meta manter todos os quatro pneus apoiados no solo, em toda a faixa de desempenho do veículo. Em geral todos os tipos de suspensão são projetadas tendo-se como critério de que o chassis é um corpo rígido. Por exemplo, alterações indesejáveis no ângulo de cambagem e convergência podem ocorrer se houver flexibilidade no chassis.

Observa-se que em muitos casos, um chassis que é muito rígido não deforma durante o uso na sua faixa de aplicação. Entretanto, deve-se tomar cuidado para se assegurar que os pontos de fixação não se deformem quando a carga for aplicada. Por exemplo, os pontos de fixação do motor deve ser rígido o suficiente para reduzir a possibilidade de falhas.

6.11.2 - Rigidez Torsional

A rigidez torsional é a resistência que um chassis oferece a cargas torsionais. Em geral existe uma relação entre a rigidez torsional com o peso. Alguns projetos podem ser tornados rígidos pela adição de material ao chassis. Por outro lado esta adição de material pode degradar o desempenho do carro devido a massa adicionada. É certo que a rigidez torsional não é o único parâmetro para se medir a rigidez de um chassis. A rigidez a flexão pode ser usada para se verificar a eficiência do projeto do chassis. Considera-se que a rigidez flexional não é um parâmetro tão importante quando a rigidez torsional porque a deformação a flexão não afeta a carga sobre as rodas. Em geral os projetos utilizam a análise torsional para determinação da rigidez relativa de diferentes tipos de configurações de chassis.

6.11.3 - Triangulação

A triangulação pode ser usada para se aumentar a rigidez torsional de um chassis, haja vista que um triângulo é a forma mais simples que é sempre uma estrutura e não um mecanismo. Torna-se óbvio que um chassis que é uma estrutura é torsionalmente mais rígido do que um mecanismo. Deve-se portanto, triangularizar o máximo possível um projeto de chassis spaceframe.

Uma estrutura triangular solicitada em qualquer uma das suas junções não distorce, porque todas as cargas são cargas de extremidade que tanto tracionam ou comprimem os tubos. Não há carga de flexão e a estrutura é independente da junção. Se a estrutura fosse pinada ela seria tão resistente quanto soldada.

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Considere agora uma estrutura quadrada. Vemos que se os elementos forem pinados nos cantos da estrutura, esta não manteria sua forma se carregada, indicando que a integridade de uma estrutura deste tipo reside unicamente na resistência de junções soldadas para resistir a distorção e a falhas.

Neste mesmo tipo de estrutura adicionamos um elemento diagonal fazendo dois triângulos e a estrutura agora não fica mais submetida a solicitações de momento. Como anteriormente as junções poderão ser pinadas sem redução na resistência da junção. Numa estrutura do tipo spaceframe, o projetista aplica este princípio em três dimensões para a criação de um chassis rígido, resistente a cargas flexionais e torsionais.

A visualização de uma estrutura como uma coleção de barras que se conectam num ponto (estruturas reticuladas) pode ajudar ao projetista na determinação da existência de mecanismos num projeto estrutural. Desta maneira o projetista pode verificar se em cada nó de ligação estrutural existem pelo menos 3 barras complementando o caminho das cargas.

Em geral, para o projeto tipo spaceframe usam-se tubos de parede fina. Em geral este tipo de metodologia exige triangulação, haja vista que tubos de parede fina suportam bem as cargas de tração e compressão, mas se comporta pessimamente a momentos de flexão. Os componentes que produzem quantidades significativas de força (motor e suspensão) são conectados à estrutura em pontos triangulados.

Em alguns projetos, se observa a inexistência de triangulação adequada para componentes altamente solicitados. Alguns projetos colocam os suportes destes componentes nos pontos médios de um membro tubular. Desta maneira este membro flete como uma viga simplesmente apoiada provocando movimentos indesejáveis do componente. Em geral ocorrem falhas por fratura nestes componentes.

6.11.4 - Momento de Inércia da Área

O momento de inércia tem uma grande influência sobre a rigidez de uma estrutura. Quanto mais afastado tivermos mateira (seções) do eixo de torção mais rígida será a estrutura tanto a torção quanto a flexão. Este conceito em geral induz diretamente a colocação de membros o mais afastado do eixo neutro do chassis, sendo que estes elementos são

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colocados também levando-se em conta a triangularização. Esta adição adicional pode oferecer resistência a impactos laterais sobre o veículo.6.11.5 - Direção do Carregamento

Durante a fase de projeto, deve-se saber como as cargas se distribuem no chassis. A direção do carregamento estabelece o caminho pela qual a carga é dissipada pela estrutura. Em geral esta análise é feita pela utilização dos diagramas de corpo livre para cada componente. Este procedimento ajuda muito inclusive na definição para o projetista de como deve o chassis ser construído.

6.11.6 - Resistência a Impactos

No interesse pela segurança passiva dos ocupantes, existem regras rígidas para a proteção dos ocupantes de um veículo, que definem os critérios das situações de impacto frontal, traseiro, lateral e de capotagem.

6.11.7 - Distribuição dos Componentes sobre o Veículo (Packing)

Cada um dos componentes (subsistemas) deve estar bem localizado com referencia a estrutura do veículo. A distribuição destes subsistemas limita o espaço para elementos de reforço estrutural, o que péssimo para a obtenção de uma boa rigidez.

6.11.8 - Suspensão

A localização da suspensão com relação ao chassis em geral não apresenta problemas de interferência porque a maioria dos seus componentes são externos ao chassis. No entanto, deve-se observar que a suspensão deve estar conectada em pontos rígidos do chassis e ter a distribuição de cargas feitas corretamente tal que ela passe pelos componentes. Fazer isto às vezes pode ser difícil. Alguns projetos sugerem que na utilização de suspensão de bandejas a alteração da distância entre os pontos de pivô dos braços de controle podem ajudar na otimização do carregamento sobre estas bandejas. Esta distância pode ser alterada porque não altera a geometria da suspensão, porque o eixo de rotação das bandejas não sofre efeito nenhum. Por outro lado a diminuição da distância entre os braços pode reduzir a reação dos braços às forças oriundas da frenagem e da aceleração.

É aconselhável projetar a suspensão e o chassis simultaneamente.

6.11.9 - Trem de Acionamento

A correta disposição dos elementos do trem de acionamento sobre o chassis é muito importante para a durabilidade do chassis. A rigidez relativa entre motor, diferencial e chassis não é tão crítica quanto a da suspensão. Principalmente se existir um layout que apresente distâncias muito curtas entre estes componentes. O critério de projeto é assegurar

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que o chassis não falhe durante reduções bruscas na aceleração ou desaceleração. Existem muitas falhas observadas nos apoios do motor e diferencia em vários tipos de chassis, cujo projeto não atentaram para estes critérios.

Uma consideração de projeto importante é a facilidade que se deve ter para a manutenção.

6.11.10 - Ergonomia

A incorporação adequada dos ocupantes num veículo é uma tarefa difícil, haja vista a grande variação dos tipos de pessoas. Cada interface para o ocupante deve ter em mente um projeto voltado para uma grande variedade de tipos físicos de ocupantes, em geral se considera que os ocupantes de um veículo estarão na faixa de 1,58 m a 1,9 m.

6.11.11 - Controles

Projetar o chassis levando-se em conta os controles, tais como pedais, volantes, coluna de direção, é um ponto que assegura que a estrutura não interfira com a tarefa do motorista. Os controles devem ser adequadamente posicionados com relação a estrutura tal que os ponto 0s de fixação não se alterem quando o carro estiver em movimento.

Não devem existir impedimentos aos movimentos do motorista necessários para controle do auto.

O layout deve permitir uma saída dos ocupantes do veículo, principalmente se eles tiverem alta estatura.

É óbvio que o projeto da estrutura é um compromisso entre rigidez, peso, e distribuição de subsistemas. A rigidez é importante porque ela afeta o desempenho geral do veículo. Se muito material for adicionado o desempenho será afetado. A estrutura não deve ser apenas rígida e leve mas também deve conter de forma satisfatória todos os subsistemas do veículo. O projeto então exige que exista ações interativas para se conseguir um excelente balanço entre as características

6.12 - Metodologia de Análise de Chassis Automotivo pelo Método dos Elementos Finitos

O objetivo desta metodologia é estabelecer alguns passos básicos para a execução das análises de tensão e deformação das propriedades estruturais de uma estrutura complexa de um chassis automotivo do tipo spaceframe tubular, para determinar a rigidez torsional, rigidez flexional e comportamento a cargas de colisão, usando o método dos elementos finitos. Os valores obtidos neste tipo de análise não deverão ser tomados como definitivos e devem sempre ser confrontados com dados experimentais para auxiliar na melhora da modelagem de futuras análises. Os modelos usados pelo MEF (Método dos Elementos Finitos), são utilizados principalmente nas análises de resistência à colisão. Seus resultados poderão ajudar os projetistas a entender como as seções transversais podem suportar que tipos de cargas entre os seus pontos de junção, principalmente nas conexões com a suspensão.

Antes do início da descrição desta metodologia, uma questão importante deve ser levantada: Porque as propriedades estruturais de qualquer tipo de chassis são importantes?

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Um chassis é uma estrutura que conecta o trem de acionamento, a suspensão e os passageiros. Se o seu projeto for deficiente, todos estes componentes terão deslocamento relativo entre si, durante o movimento do carro, tornando difícil para qualquer um dos subsistemas se comportar de maneira adequada. No passado os chassis eram projetados com estruturas intencionalmente flexíveis. A idéia era usar o chassis como uma 5a mola para promover um deslocamento suave. O erro nesta definição do problema é que as molas da suspensão são também conectadas aos amortecedores, que reduzem as oscilações. Observou-se que era quase impossível amortecer as oscilações de uma mola 3D e ao contrário de criar um rodar suave, ele apenas prolongava as irregularidades da estrada. Isto é péssimo para um carro urbano, mas num carro de corrida onde se depende de cada grama de tração para se ir cada vez mais rápido, isto poderia custar a corrida, sem falar nas perdas de aderência que poderiam provocar acidentes. Desconsiderando as irregularidades da estrada, quando nas viradas ou freadas bruscas, o peso é transferido para a frente do carro. Se o chassis for flexível, energia será acumulada durante a sua deformação, e será dissipada de forma violenta após a remoção da força. Desta maneira os projetistas devem projetar o chassis numa concepção de rigidez, tal que as características de dirigibilidade sejam otimizadas.

6.12.1 - Construção do Modelo

O modelo pode ser executado diretamente por qualquer programa de elementos finitos (COSMOS, ABACUS, ANSYS, STEP, PATRAN/NASTRAN, etc.), ou ser obtido diretamente de um modelo sólido feito em qualquer programa de modelagem de sólidos e depois exportado para um programa de elementos finitos para pré - processamento.

É importante que antes seja feito um esboço da seção que é a estrutura principal, ou seja, o envelope do chassis. Esta seção, no caso particular de um chassis tubular pode ser definida como um aramado (wireframe) definindo vigas. Deverão ser criados pontos adicionais para a representação das interseções dos tubos, referenciadas fora do primeiro esboço do envelope inicial.

Convém salientar que este tipo de modelo não é dimensionalmente ou geometricamente uma cópia fiel do protótipo mas uma representação simplificada, onde é permitida modificações para estudos de melhoramento do modelo. Como é de se esperar os resultados não serão 100 % precisos, mas podem produzir uma indicação da rigidez que se pode obter e os efeitos de cada uma das modificações.

É provável que várias versões do modelo sejam criadas com várias seções das ligações existentes. Neste ponto é provável que mais elementos vigas sejam incluídos até que todos os elementos do chassis sejam representados no modelo.

Neste ponto é importante que esteja escolhida a seção do tubo que será usada, bem como o material e tenham sido levantadas todas as suas propriedades pertinentes , porque o programa de elementos finitos não calcula este valores. Convém salientar que os programas de modelagem de sólidos fazem estes cálculos automaticamente para qualquer tipo de seção transversal, salvo as propriedades intrínsecas do material.

As propriedades que deverão estar levantadas estão listadas a seguir:• Tipo e dimensão do tubo.• Espessura da parede.• Raio médio do tubo.• Área da seção transversal.• Momentos Principais de Inércia nos eixos xx e yy.

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• Momento Polar de Inércia.• Módulo de Young.• Coeficiente de Poisson.• Tensão de Escoamento.• Módulo de Cisalhamento.• Densidade.

É interessante observar a posição e orientação das seções de acordo com o sistema de eixos 3D do automóvel (de acordo com a ISO ou SAE), para os tipos adequados de tubos. Em geral a malha é gerada automaticamente, usando-se um incremento de nó a ser especificado pelo usuário.

6.12.2 - Condições de Contorno

Não existem quaisquer restrições rígidas num chassis do automóvel com relação a pista ou estrada, a maioria das forças são oriundas das molas e da inércia do carro ( isto é o carro deve estar em movimento). Este aspecto torna difícil a modelagem estática pelo MEF. Em geral, deve-se usar aproximações para estabelecer estas condições.

Uma suposição muito freqüente é considerar a parte do carro mais pesada como sendo fixa, neste caso algo como dizer a região que concentra mais de 70 % do peso do veículo. Desta maneira pode-se estabelecer pelo menos três pontos, formando um plano, de restrições ao deslocamento nas três direções. Observa-se que não há necessidade de restringir a rotação de um plano fixo em três pontos.

6.12.3 - Simplificações feitas para a construção do modelo

• Os pontos de engate dos links da suspensão dianteira são supostos estar alinhados com a tubulação do chassis no qual se montam.

• Os tubos na parte inferior da baia traseira, e os tubos laterais do pilar C são supostos se encontrarem em um único ponto.

• Todas as interseções dos tubos são supostas rígidas o bastante como sendo seções continuas do tubo.

• Todas as interseções são supostas como um ponto, e adimensional.• Os tubos superiores que conectam os pilares A e os pilares C são supostos

passar pelo do pilar A ao contrário de serem conectados por reforços.

6.12.4 - Forças Atuantes

Um chassis automotivo está sujeito a três tipos básicos de cargas: flexional, torsional e dinâmicas.

Um levantamento completo das fontes de cargas atuantes no veículo deve ser feito para que se possa definir os seus pontos de aplicação, bem como para conhecer a distribuição dos efeitos destas cargas.

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As definições de cargas e suas origens podem ser desdobradas da seguinte maneira:

1. Cargas devido ao solo, transferidas para a suspensão

• Frenagem.• Aceleração.• Curvas.• Irregularidades superficiais do pavimento.• Aerodinâmica.• Colisão.

2. Cargas na suspensão (dianteira e traseira)

• Montagem.• Molas.• Amortecedores.• Dispositivos anti-capotagem.• Dispositivos ativos.

3. Cargas no sistema de direção

• Montagem do sistema de acionamento.• Dispositivos separados para servo controle.• Amortecedores.• Montagens do sistema de articulação.

4. Cargas devido ao motor e sistema de transmissão

• Montagem do motor ( complementares )• Localização.• Peso Estático.• Tipo de sistema de transmissão e localização.• Reações ao torque.• Forças de aceleração e desaceleração.

5. Sistemas de apoio ao motor (principal)

• Tanque de combustível e localização.• Bateria.• Componentes do sistema de refrigeração.• Componentes do sistema de descarga.

6. Ocupantes e carga útil

• Número de passageiros e localização.

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• Peso bruto e localização da carga.• Tolerância a vibração e ruídos.

7. Categorias de carga estática

• Fixações no ponto H.• Vigas na extremidade traseira.• Rigidez torsional.• Carregamento no capô.• Carregamento no teto.• Carregamento devido a reboques.

6.13 - Configurações do Carregamento

Carregamento pontual

Nesta situação, aplica-se uma carga em apenas um dos pontos de montagem da suspensão dianteira. Este carregamento provoca uma flexão e uma torção, sendo que esta condição é uma situação quase – realística. Quando o carro está numa curva em alta velocidade e desacelerando, as forças de inércia aplicam carga na roda dianteira externa e assim na sua suspensão. Na mesma situação a roda dianteira interna não sofre carregamento do mesmo valor e até mesmo pode não receber carga, o que acontece quando vemos o pneu dianteiro interno sair do solo.

Carregamento de torção pura

Num dos pontos de montagem da suspensão aplica-se uma carga positiva e no outro ponto uma carga de igual magnitude, mas de direção oposta.

Carregamento de flexão pura

Cargas de igual magnitude e direção são aplicadas nos pontos de montagem da suspensão dianteira, esta condição simulará a condição de frenagem e aceleração.

Com estes estados de carregamento, pode-se avaliar a situação de qualidade do modelo, podendo neste ponto se executar um melhor refinamento. É importante que experiência sobre o comportamento dinâmico e estrutural de automóveis deve ser tido, para se conceber uma melhora do modelo.

Os resultados obtidos permitirão reavaliar algumas condições de simplificação e corrigir o modelo para aplicação das condições de carregamento mais realistas. Se forem feitas medidas estáticas num modelo real, serão observadas discrepâncias entre os resultados do MEF e o modelo real. Isto se deve a inexatidão do modelo e não do programa. As simplificações feitas nos pontos de carga, direções e incrementos de carga; simplificações nas condições de contorno; simplificações nas junções; desconsideração da soldagem das junções; modificações estruturais nos elementos do chassis, etc.

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Este princípio de análise é mais qualitativo na determinação das áreas menos resistentes do chassis. As áreas de alto carregamento são as áreas de maior deformação.

Segurança

É de extrema importância estudar a flambagem de todo o chassis o que ocorre no caso de colisão. Isto é importante pois determina os espaços que serão invadidos pelos membros isolados e permite avaliar os danos físicos provocados aos ocupantes como resultado da deformação. É interessante proceder a um estado de carregamento para avaliar as condições de impacto lateral. Estes estudos devem ser associados aos estudos oficiais de danos por colisão efetuados pelos órgãos normativos oficiais.

Freqüência de Ressonância

As variações das irregularidades do piso e dos componentes do trem de transmissão são transferidas para o veículo e podem provocar desconforto nos passageiros e induzirem o chassis responder em freqüências de ressonância num dos modos naturais de vibrar do chassis, desta maneira provocando o enfraquecimento do chassis. Neste caso é importante uma análise de resposta em freqüência

Executadas estas primeiras análises e refinando-se o modelo do chassis, pode-se proceder para uma análise mais completa, envolvendo a análise de tensão e deformação. Neste caso é necessário, que estudos da dinâmica do veículo tenham sido feitos (por meio de programas de simulação de veículos, tal como o CarSim), que fornece um mapa completo das condições de um modelo de carro parametrizado.

Esta situação envolve estabelecer as seguintes condições:

1 – Aceleração máxima

Condição a ser observada quando se usa a potência para acelerar ao máximo, ao longo de um trajeto retilíneo. Neste caso mede-se a máxima aceleração longitudinal, as cargas a serem induzidas nos amortecedores dianteiros e traseiros, tanto esquerdo quanto direito, além dos ângulos de posicionamento dos amortecedores dianteiros e traseiros, esquerdo e direito.

2 – Frenagem Brusca

Condição a ser observada quando se usa a máxima desaceleração, ao longo de um trajeto retilíneo. Neste caso mede-se a máxima aceleração longitudinal, as cargas a serem induzidas nos amortecedores dianteiros e traseiros, tanto esquerdo quanto direito, além dos ângulos de posicionamento dos amortecedores dianteiros e traseiros, esquerdo e direito.

3 – Carro em Curva

Condição a ser observada quando se faz uma curva para a esquerda e para a direita, usando-se um raio definido de esterçamento, a uma velocidade constante. Deve-se medir a aceleração lateral, as cargas induzidas nos amortecedores dianteiros e traseiros, tanto

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esquerdo quanto direito, além do ângulo de posicionamento dos amortecedores dianteiros e traseiros, esquerdo e direito.

4 – Frenagem em Curva

Condição a ser observada quando se faz uma curva para a esquerda e para a direita, aplicando-se uma desaceleração, usando-se um raio definido de esterçamento, a uma desaceleração constante. Deve-se medir a aceleração lateral e longitudinal, as cargas induzidas nos amortecedores dianteiros e traseiros, tanto esquerdo quanto direito, além do ângulo de posicionamento dos amortecedores dianteiros e traseiros, esquerdo e direito.

Nos casos 1; 2 e 3, deve-se levar em consideração as seguintes condições de carregamento:

1 – Inércia dos ocupantes nos pontos de fixação do assento.2 – Inércia do motor nos pontos de fixação do motor.3– Inércia do chassis.4 – Inércia da transmissão.5 – Inércia do sistema de direção.6 – Força transmitida pelas rodas.7 – Peso da estrutura.8 – Peso do motor.9 – Peso da transmissão.10 – Peso da direção.11 – Força transmitida pela suspensão.

No caso 4, observa-se que, sendo o sistema elástico e linear, pode-se combinar as hipóteses 2 e 3, sendo que a variação estará unicamente nas acelerações longitudinais e laterais e nas condições de contorno.

6.14 - Regras gerais para evitar projetos problemáticos:

- Evitar complexidade no projeto sempre que possível. Procure diminuir a densidade de componentes, usando inclusive componentes multifuncionais que reduzam o número total de componentes necessários para uma dada montagem.- Minimize a variedade, tal como o número de diferentes tipos de componentes bem como os valores.- Procure conhecer soluções que apresentaram problemas em projetos anteriores. Mantenha uma base de dados atualizada registrando a ocorrência de novos problemas.- Procure conhecer os limites de produção para o seu projeto.- Busque métodos inovativos de evitar erros de montagem.- Documente cada fase de sucesso e falha . Incorpore estas experiências nas regras gerais de projeto.- Faça protótipos exatos para os novos projetos, testando-os rigorosamente.- Mantenha um grupo de revisão de projeto interdepartamental, procurando evitar a rotatividade dos participantes deste grupo, haja vista que a capacidade de identificação de problemas em potencial no estágio de projeto só pode ser adquirida com experiência considerável.

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- Proceda a avaliações de todos os novos projetos, tais como modos de falha, MEF- Empregue as bibliotecas normais de CAD que estejam constantemente atualizadas.- Fique atento para os custos dos erros no estágio inicial de projeto, tal que sejam decrescente.

6.15 - Conclusões

Após terem sido feitos todos os estudos, tais como análise ergonométrica, seleção dos componentes de propulsão, análises estáticas e dinâmicas, neste ponto devem ter sido determinados os parâmetros necessários para o projeto da estrutura. É importante ressaltar que deve-se ter sempre em mente que detalhes relacionados aos procedimentos de fabricação e montagem devem ter sido analisados, pois podem afetar seriamente a seqüência de projeto. Para iniciar o projeto, deve-se estabelecer um conjunto de especificações e exigências:

- A estrutura deve ter rigidez e resistência suficiente para suportar todas as cargas. Isto é muito importante, pois está diretamente relacionada a segurança dos ocupantes do veículo.- Construção leve. A avaliação de todos os componentes instalados no veículo deve ser levada em consideração para que a massa seja reduzida ao máximo para que se consiga aumentar a relação potência/peso e diminuir a intensidade de energia do veículo.- Custo de fabricação baixo. Proceder a verificação dos processos de manufatura, para uma reavaliação completa. Deve-se ter em mente que os procedimentos de fabricação deverão ser diferentes quando se utilizar outro material que não o aço. Novos processos de manufatura estão disponíveis e devem ser avaliados. É importante ressaltar que o custo deve ser diminuído para que se consiga levar vantagem de uma construção simples, leve e bem projetada.- Funcionalidade. Devido as dimensões do veículo serem reduzidas, muitas peças serão montadas e interagirão com outras num volume especifico menor. A movimentação de peças neste volume é muito importante para o desempenho do carro, sua segurança, seu conforto e desempenho conveniente.- Fácil montagem. Provisões devem ser feitas para uso de APU, versões híbridas, e também para diferentes tipos de carroçaria.- Desenvolver as técnicas de desmontagem que facilitem a manutenção e reciclagem das várias peças e componentes.

Todos estes parâmetros conduzem ao projeto de uma estrutura spaceframe, com a utilização de materiais leves.

Como o nível de pesquisa e desenvolvimento na área de veículos ultra leves está em contínua evolução, alterações nos arranjos, práticas e procedimentos de projeto devem ser considerados rotinas e deve-se buscar ferramentas adequadas para o projeto do chassis e carroçaria.

Os procedimentos apresentados proporcionam a base para a execução de um projeto completo do spaceframe de um veículo ultraleve. É apresentada uma estimativa inicial dos elementos estruturais por meio de análises estáticas e método dos elementos finitos, além das análises cinemáticas e dinâmicas, para que se consiga avaliar o nível total de carregamento aplicado a estrutura durante o movimento do veículo. Desta forma, alterações nos parâmetros podem ser facilmente introduzidas nos vários programas de computadores que eventualmente serão usados. Estes mesmos programas podem ser expandidos para executarem

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técnicas de otimização, para acompanhar os critérios de custo que são de extrema importância no processo de produção industrial do veículo.

7 - PROJETO DE UM CHASSI TUBULAR

7.1 - Introdução

O chassis é a estrutura na qual todos os elementos componentes de um veículo estão ligados. Nos veículos modernos, espera-se que o chassis atenda os seguintes requisitos de projeto:

- Proporcionar pontos de fixação para a suspensão, mecanismo de direção, conjunto de acionamento, tanque de combustível e assentos para os ocupantes;- Ter a rigidez adequada para uma dirigibilidade precisa;- Proteger os ocupantes em caso de colisão.

Ao mesmo tempo em que preenche estas especificações, o chassis deve ser leve o bastante para reduzir a inércia e oferecer desempenho adequado. O chassis também deve ser lresistente o suficiente para resistir as cargas de fadiga que são oriundas da interação entre o motorista, motor, transmissão e o pavimento.

A principal característica de um chassi quanto à segurança é a rigidez torsional e a rigidez flexional, ou seja, o chassis não deve se deformar em função destas cargas para garantir suavidade no deslocamento e uma dirigibilidade precisa e confiável.

Deformando-se pouco o chassi não altera as características da condução, se bem que em caos de choques o chassis deve se deformar de maneira adequada para absorver as energias de impacto e proteger os ocupantes.

Quanto à montagem e a fabricação, sempre levando em conta o custo final, devem-se considerar à medida que se está projetando, questões primordiais como rigidez, peso e espaço.

7.2 - A questão peso e a estruturaO peso do veículo tem sido preocupação constante no projeto dos automóveis,

desde o surgimento da engenharia automobilística. O que mudou um pouco é o objetivo primário do projeto dos veículos leves, que originariamente estava relacionado com a baixa potência dos motores e agora está centrado na redução de consumo de combustível.

As pesquisas destinadas à preservação e uso racional das fontes energéticas se iniciaram por volta dos anos 70, no século passado, no vácuo da primeira crise do petróleo. Esta meta hoje continua valida ainda, mas a ela foi agregada outros objetivos ambientais, mais notavelmente a redução de CO2, com o objetivo de diminuir ou conter o efeito estufa.

Apesar de se considerar todos os parâmetros restritivos para a questão peso, o peso dos veículos tende a aumentar de ano para ano. A figura abaixo mostra o aumento de peso de mais de 100 kg para cada geração sucessiva de veículos da classe média, entre uma série de fabricantes

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Fonte: Competitive Analisys Centre : Renault

Gráfico 8: Aumento de peso nos veículos do segmento médio para diferentes fabricantes.

Toda a vez que é melhorada uma característica de um veículo, há um correspondente aumento do peso. Por exemplo, considerandos dados da Peugeot ( Fonte: Competitive Analisys Centre : Renault ) para os modelos 405 e 406 ( com variação de cerca de 200 kg, tem-se a seguinte variação considerando-se característica por característica:

- 55 kg subsistemas de segurança- 20 kg subsistemas para controle de poluição - 70 kg subsistemas e equipamentos relacionados ao conforto cerca de 45 kg para dimensões maiores dos veículos

Como a atual tendência ao aumento do conforto, controle de poluição e segurança não mostram sinais de redução, deve-se dar cuidadosa atenção ao aumento de peso, que tem um impacto direto no consumo de combustível, especial nas condições de uso urbano e viagens curtas, caracterizados por numerosas fases de aceleração/desaceleração e partidas e paradas.

Deve-se atualmente considerar as seguintes condições:Nota 1: Os projetos de veículos leves ou ultraleves é apenas um outro enfoque

para a redução no consumo de combustível, e os melhoramentos na redução de consumo obtidos com o projeto de veículos leves devem ser constantemente comparados, numa base de custo/litro, com aquelas obtidas por outros enfoques de engenharia tais como atrito de rolagem, aerodinâmica, termodinâmica do motor, perdas por atrito nos motores e transmissões, menor consumo de eletricidade pelos dispositivos eletromecanicos e pela geração de energia elétrica.

Nota 2: Num horizonte futuro (2020) o desenvolvimento real de motores com baixo índice de poluição deve ser observado (alternativas elétricas, híbridas com ou sem células de combustível). Além disso no caso destes novos motores a redução de peso do veículo continuará sendo um desafio muito importante.

A redução de peso dos veículos apresenta um número razoável de vantagens, além da redução no consumo de combustível:

- Acústica: redução em certas fontes de excitação (redução dinâmica)

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- Segurança passiva: Menor peso bruto, permitindo otimização da unidade frontal- Segurança ativa: Aumento na eficiência e estabilidade da ação de frenagem, redução do desgaste do pneu e resposta imediata.

Por outro lado, em cada uma destas áreas, existem serias desvantagens:

- Acústica: Perda do efeito de isolação acústica, exigindo sistemas computacionais mais complexos para resolver os problemas de testes sonoros- Segurança passiva: Dificuldades no projeto dos sistemas de restrição- Segurança ativa: Complicações nas considerações do equilíbrio frente/traseira com a tendência de levar o centro de gravidade muito para a frente.

O processo de projeto de redução de peso deve considerar uma série de fatores, tais como a evolução do produto automóvel como uma conseqüência das expectativas do consumidor, aumento na competitividade e restrições normativas. Por outro lado um fator decisivo diz respeito à escolha dos materiais, que deve considerar primeiramente como mandatária as iniciativas tomadas pelos fabricantes, tais como: o aumento no número de modelos pode resultar num volume menor de componentes específicos e assim encorajar o desenvolvimento de novos materiais promovendo o equilíbrio entre custos de investimento, economia de risco e custo do componente; também neste caso o sistema indústrial será afetado promovendo um novo sistema de organização da produção. Outros aspectos que devem ser observados na escolha do material são a qualidade, o custo, a entrega e a reciclagem.

Um outro cenário que se apresenta como decisivo para a redução da massa em veículos é o enfoque da mudança radical. Este cenário radical implica no uso de materiais novos (alguns falam exóticos) com uma baixa densidade e alta resistência mecânica. Já existem muitos exemplos.

Como um exemplo do uso de novos materiais, pode-se mencionar a Mercedes Benz CL, que representa um bom exemplo do uso racional de vários materiais. Deve-se mencionar também o programa americano PNGV, ULSAB, EUROCAR, REVOLUTION e os projetos individuais da FORD, GM e CHRYSLER.

Uma das principais metas do programa PNGV (consorcio do governo americano com a Fpord, Gm e Chrysler) é aparentemente produzir um super carro que transporte quatro passageiros, com motor híbrido, consumindo menos de 1,6 litros/100 km e pesando cerca de 56% a menos do que os atuais veículos americanos. A solução proposta envolve o uso de compostos de fibra de carbono. O mais pessimista dos experts estimam um custo de produção em massa destes carro ultra leve em fibra de carbono sendo de uma a duas vezes a dos atuais automóveis.

Espera-se que no período compreendido entre 2002 a 2005 o custo de produção para a fibra e carbono encontre o seu break-even-point e novos processos de fabricação automatizados possam aparecer e que consigam ser aplicados na produção em massa.

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Fig 52: Materiais no Body in White para o Mercedes Classe CL

7.3 - A Rigidez

A rigidez de um chassi deve ser considerada em dois aspectos: a rigidez a flexão e a rigidez torsional.

O caso de carregamento flexional (simetria vertical) ocorre quando as rodas pertencentes a um eixo do veículo encontram buracos ou ondulações simétricas, simultaneamente, na pavimentação. Poderá haver compressão ou tração nas molas da suspensão provocando forças descendentes ou ascendentes nos pontos de montagem da suspensão. Estas cargas provocam momentos fletores no chassis ao longo do eixo longitudinal do veículo, como visto na figura.

Fig 53: Caso de carregamento a flexãoO caso de carregamento torsional (assimetria vertical) ocorre quando uma das

rodas pertencente a um eixo passa por um buraco ou ondulação. Esta ação faz com que seja aplicada uma carga torsional e uma carga flexional ao chassis. Os cálculos teóricos e as observações de campo comprovaram a severidade deste tipo de carregamento.

89


Fig 54: Caso de carregamento torsional

Quando se está projetando um chassis spaceframe ou mais comumente tubular, um fator muito importante é a triangularização da estrutura. Estruturas triangularizadas são mais preferíveis pois trabalham o esforço axial antes que o momento fletor e/ou torsor, já que os nós absorvem grande parte desses esforços.

A questão da triangularização se torna então importante para amarrar elementos que produzem muita carga como por exemplo o motor e a suspensão.

Ainda com relação à rigidez, quanto mais leve for o chassi melhor se aproveitará da potência do motor. Quanto à suspensão, convém que o centro de gravidade esteja o mais baixo possível para diminuir o balanceio.

Qualquer produto moderno que deva ser utilizado por humanos deve ser projetado ergonomicamente. A ergonomia define a funcionalidade e o sucesso do produto no mercado. Especialmente, no caso dos veículos, a ergonomia define não apenas a funcionalidade, mas também as condições para piloto e ocupante e, mais importante, a segurança e o conforto. Em geral um bom projeto de automóvel é projetado aa partir do estudo do interior do veículo. Todas as dimensões internas devem ser definidas a partir de um assento dianteiro ajustável, posicionado na sua posição a ,ais recuada possível, alem da avaliação do percentil do piloto.

Deve-se usar um manequim 2D tendo o H- point (centro de pivô do torso e costa no manequim bidimensional) sendo posicionado no ponto de referência do assento (SgRP). Para o percentil, considera-se o percentil 95 das dimensões masculinas para assegurar habitabilidade confortável

90

Ondulação apenas num lado


Fig 55: Configuração para o assento do veículo segundo SAE

Na realidade a forma externa do veículo deve ser configurada a partir dos espaços designados para passageiros, bagagem e componentes elétricos e mecânicos.

A flexão e a torção são os principais esforços a que está submetido um chassi. As cargas das rodas são as que mais afetam o chassi, nesse aspecto a flexão não é tão importante quanto a torção. Fatores como aceleração brusca, freada brusca e velocidade máxima em curva são esforços que solicitam bastante a estrutura do veículo. Os pontos principais de aplicação de esforços são os pontos de conexão da suspensão.

Podemos classificar estas cargas da seguinte maneira:Cargas permanentes G: o próprio peso da estrutura, o peso do equipamento fixo

e o condutor.Cargas variáveis Q: cargas provenientes da suspensão ou as inércias ao acelerar,

frear ou ao fazer curvas. Esta cargas são consideradas quase estáticas. Considera-se o valor médio da carga em um determinado intervalo de tempo como sendo o valor característico da carga que será usado nos cálculos.

Durante uma curva a aceleração lateral produz cargas de inércia que mudam na mesma proporção em que a curva vai sendo executada. O valor característico da carga de inércia é a média durante este tempo de manobra. De forma geral o valor característico se indica como Fx. Essa força é multiplicada por um coeficiente parcial de segurança γx adotado para a carga considerada. Este coeficiente serve como equilíbrio devido aos possíveis desvios da magnitude das mesmas, de uma modelagem imprecisa das mesmas ou de uma incerteza na avaliação dos efeitos das cargas ou do estado limite considerado.

Desta maneira, tem-se:

Fd = γf.Fk

91


Um fato importante na definição da capacidade de um automóvel ficar sobre as suas quatro rodas é o de polígono de estabilidade e sendo assim se defini:

Polígono de estabilidade é a menor figura gerada pelos pontos de contato de um corpo com o solo. Para exemplificar, no caso de um veículo de quatro rodas, com bitola igual dos eixos dianteiro e traseiro, é um retângulo, no caso de um veículo de duas rodas é uma reta.

Uma curva de raio ρ percorrida com uma certa velocidade produz uma força centrifuga no veículo, dada por

ρ

2vmFc =

ρ - raio da curva;m - Massa do veículo;v - velocidade tangencial do veículo à curva.A intensidade desta força, dependendo da situação, pode provocar a derrapagem

ou capotagem do veículo.Em princípio existem duas maneiras de se determinar os valores numéricos dos

coeficientes parciais de segurança:Por calibração ou por uma larga experiência em construção e projeto .De acordo com a evolução estatística de dados experimentais de campo; que deve

ser realizada dentro de uma teoria probabilística confiável.Para melhorar os perfis calculados pode-se aplicar os seguintes valores:Para cargas variáveis: γQ = 1,33Para cargas permanentes: γG = 1,5

7.4 - Cálculo de um chassi tubular

Para o procedimento de cálculo, o chassis é modelado primeiramente de forma aproximada, considerando-se as condições de fabricação, tal que se possa aplicar as de cálculo estrutural existentes.7.4.1 - Teorias de Cálculo

O teorema de Castigliano diz que “quando existem forças atuando num sistema eslástico, o deslocamento correspondente a qualquer força pode ser encontrado, obtendo-se a derivada parcial da energia de deformação total relativa aquela força", ou seja:

ii F

U

∂∂=δ

onde i é o deslocamento no ponto de aplicação da i-ésima força Fi na direção de Fi

Sempre pode acontecer de se desejar conhecer a deformação num ponto onde não existem cargas ou momentos aplicados. Neste caso podemos colocar uma carga imaginária Qi

naquele ponto, desenvolver a expressão para i, e depois fazermos Qi igual a zero. Os termos que ficam dão a deflexão no ponto de aplicação da carga imaginária, na direção em que foi suposta. Devemos nos lembrar de que a aplicação do teorema de Castigliano é válido apenas para a condição na qual o deslocamento é proporcional à força que o produziu, isto é, aplicado

92


em sistemas elásticos, supõe-se que a estrutura se comporta de um modo linear. Se há um aumento das cargas exteriores há um aumento proporcional das deformações e dos esforços internos.

Deste comportamento se originam duas suposições: que o material tem característica linear e que as deformações são pequenas. Se estas condições forem válidas, então é possível ir aumentando as cargas, e todas as soluções obtidas são válidas. Isto conduz a problemas lineares que podem denominar-se como teoria da 1ª ordem:

F=K.∆K é a matriz de rigidez convencional da teoria da 1ª ordem. (que relaciona todas

as forças e deslocamentos nodais)De uma maneira mais geral, se uma estrutura estiver submetida a n forças P1,

P2,..., Pn, a deformação xj do ponto de aplicação da força Pj, medida na direção da linha de ação de Pj, pode ser expressa como sendo a derivada parcial do trabalho da estrutura em relação à força Pj:

jj P

Ux

∂∂=

Sendo U a energia

7.4.2 - Aplicação da teoria de cálculo de um chassi tubular

O objetivo principal quanto ao cálculo é a determinação da rigidez, ou seja, a deformação deve ser muito pequena. Então a teoria da 1ª ordem é conveniente, cumpre com os requisitos de rigidez.

7.5 - O limite de resistência

Em princípio todas as barras do chassi suportar os esforços a que estão submetidas. Se alguma delas falha, quer dizer que ultrapassou o limite de resistência. Mas quando uma barra ultrapassa o limite de resistência?

Para a determinação do limite de resistência, existem quatro métodos de cálculo.Procedimento Plástico - Plástico, correspondente a seção transversal Classe 1 –

Plástica.Pode haver plasticidade total na seção transversal formando desta maneira uma

rótula plástica. Neste caso o número de rótulas plásticas é suficiente para produzir um mecanismo

Procedimento Elástico - Plástico, correspondente a seção transversal Classe 2 – Compacta.

O limite de resistência é alcançado com a formação da primeira rótula plástica, mas com capacidade de rotação limitada

Procedimento Elástico - Elástico, correspondente a seção transversal Classe 3 - Semi-compacta.

O limite de resistência é alcançado quando houver escoamento nas fibras externas da seção transversal

93


Procedimento Elástico - Elástico, correspondente a seção transversal Classe 4 – Esbeltez.

A seção transversal é feita de paredes mais finas do que as da classe 3. Neste caso torna-se necessário considerar de forma explícita os efeitos de flambagem local devido a compressão da seção transversal, reduzindo-se a tensão de projeto.

CLASSE DE SEÇÃO TRANSVERSALClasse 1 Classe 2 Classe 3 Classe 4

Capacidade de resistência À carga

Plasticidade total na seção. Capacidade total de rotação

Plasticidade total na seção. Capacidade de rotação restrita

Seção transversal elástica. Imite elástico na fibra externa

Seção transversal elástica. Flambagem local

Distribuição da tensão e capacidade de rotação

Procedimento para a determinação dos esforços

Plástico Elástico Elástico Elástico

Procedimento para a determinação da resistencia limite da seção

Plástico Plástico Elástico Elástico

Classificação das Seções

7.6 - Limite de Deformação

94

CLASSE 1PLASTICACLASSE 1PLÀSTICA

CLASSE 2COMPACTA

CLASSE 3SEMI - COMPACTA

CLASSE 4ESBELTA


O ideal seria poder estabelecer para chassi um limite de deformação máxima em todas os seus nós. Mas, a pergunta crucial é: como se mede a deformação? Primeiramente teria que medir sua posição inicial (sem que se aplicasse esforços) com um referencial fixo. Ao mesmo tempo, se aplicam cargas que simulam um estado de condição, teria que medir a nova posição desses nós. Porém, quando não se dispõe dessa tecnologia, os construtores de chassi recorrem a um conceito já mencionado: a rigidez torsional. Além de suportar os esforços e não flambar, o conjunto da estrutura deve ter uma rigidez torsional satisfatória.

A rigidez torsional mínima necessária seria aquela com a qual a deformação relativa entre suspensão dianteira e traseira não fosse o suficientemente grande como para alterar as características de condição previstas ao projetar a suspensão.

7.8 - Comprovação das Barras

7.8.1 - Comprovação da fluência das barras

É necessário que se conheça o método da rigidez para o cálculo de estruturas. Como as estruturas a serem primeiramente analisadas são de forma complexa, isto é são composta de um numero muito grande de barras, é necessário que para isso se utilize de ferramentas computacionais. As ferramentas mais comuns, em utilização para este tipo de tarefa são o CESTRI, para cálculo de estruturas espaciais, e o CESPLA para estruturas planas, que operam usando o método da rigidez. Os resultados a serem obtido são os esforços axiais, momentos fetlores e momentos torsores a que estão submetidoas as barras ou elementos estruturais.

Primeiramente tem-se que comprovar se as barras atingem o limite de resistência. O limite de resistência a ser considerado é a consideração de que nenhum ponto de nenhuma seção ocorra a tensão de escoamento. Um critério que se pode aplicar é o de Von Mises. O método de Von Mises encontra a partir de um estado de tensões em um determinado ponto uma tensão que pode ser comparada com a tensão limite do material. A essa tensão se chama tensão de comparação e é igual a seguinte expressão:

213

232

221 )()()(

2

1 σσσσσσσ −+−+−=VonMises

Onde σ1, σ2 e σ3 são as tensões principais do estado tensional, com seu símbolo. Estas tensões principais se obtêm mediante o círculo de Mohr. Estas tensões principais se obtém mediante o círculo de Mohr. No caso das distâncias de barra utilizadas em um chassi, as tensões cortantes criadas a partir do esforço cortante Q são muito menores que as tensões produzidas a partir do esforço N, do momento torsor T e do momento fletor M. Tendo isto em conta o estado tensional mas desfavorável é o seguinte:

95


Sendo:

I

2/D.M

A

Nσ +=

pI

2/D.Tτ =

Um dos planos do elemento considerado tenderá o seguinte estado tensional:

Se fizermos um giro de 45º do elemento, no mesmo plano, o estado de tensões equivalente será o seguinte:

Deste plano e outros do projeto se pode fazer um dos círculos de Mohr:

96


Do estado tensional dos planos perpendiculares é o seguinte:

Estes correspondem aos seguintes círculos de Mohr:

97


Para isso tanto se tem que o conjunto de círculos de Mohr é:

Os estados de tensão possíveis são os pertencentes a zona sombreada. Daqui se obtém que:

I

2/D.M

A

Nσσ1 +==

p2 I

2/D.Tτσ ==

=2σ - =τ -pI

D.T

Se substituirmos estas tensões com seu símbolo na expressão de 2

p

2

VonMises I

2/D.T3

I

2/D.M

A

Nσ ++=

Se considerarmos aço de alta resistência se terá como limite de elasticidade fy = 355 N/mm2. Este limite de elasticidade tem que ser corrigido com o coeficiente parcial de segurança da propriedade do material Mγ . No cálculo do limite de resistência para as seções

de classe 1,2 e 3 Mγ terá o seguinte valor: Mγ =1,1. Por tanto se tem que o limite de elasticidade de cálculo fyd = 322,73 N/mm2. Se a tensão de Von Mises na barra não superar este limite de elasticidade se pode dar por válida em quanto não chega o estado limite último.

7.8.2 - Comprovação da estabilidade das barras

Uma barra, mesmo que não atinja o limite de resistência tem possibilidade de flambar. Uma determinada carga axial pode deixar a barra instável. Em geral não é necessário comprovar resistência a flambagem lateral com torção para os perfis tubulares circulares. Isto se deve a que seu módulo de torção It é muito grande em comparação com aqueles em que estão submetidos a compressão e a momentos fletores. Para as seções transversais de classe 3 a desigualdade que deve ser atingida é a seguinte:

98


ydyel

sdzz

yel

sdyy

sd fW

MK

W

MK

A

N ≤++,

,

,

,

.χ

Onde

Nsd: valor de cálculo de compressão axialMy,sd , Mz,sd: valores de cálculo máximo absoluto do momento fletor ao redor do

eixo y-y ou z-z segundo a teoria da 1ª ordemA: área da seçãoWel,y , Wel,z: módulos de resistência do eixo y-y ou z-z. Para barras CHS seu valor

é de 2xly/D e 2xlz/D respectivamente.χ : Fator de redução para curvas de flambagem. Se toma o mínimo entre χ

y e χz

segundo o eixo y-y ou z-z.Ky, Kz: coeficiente de amplificação para a barra.fyd = fy γ M: limite de elasticidade do cálculo.

7.9 - Comprimento efetivo de barras submetidas a compressão

O comprimento efetivo LE de uma barra submetida a compressão deve ser determinado a partir do seu comprimento real L, medido de centro a centro das restrições no plano considerado como apresentado na figura:

A flambagem de uma coluna submetida a compressão foi um problema estudado por Euller. O cálculo a flambagem de um elemento de aço submetido a compressão se realiza na maioria dos países europeus utilizando as chamadas “curvas de flambagem européias”. Estas curvas baseiam-se em amplas investigações, tanto experimentais como teóricas, que consideram especialmente as imperfeições mecânicas (tensão residual, distribuição do limite elástico) e geométricas (desvio linear) das barras. Se utilizam principalmente as curvas de flambagem múltiplas. A partir destas curvas se obtém o fator x. Conhecendo-se por sua vez a esbeltez da barra. Como se pode ver no gráfico existem 4 tipos diferentes de curvas de flambagem a,b,c e d.

99


As curvas de flambagem a,b,c e d dependem do tipo de seção transversal. Esta curvas são baseadas nas diferentes tensões residuais e dos diferentes processos de fabricação (conformação a quente, a frio...)

7.10 - Determinação dos coeficientes de amplificação da barra Ky e Kz

Para se ter uma idéia da complexidade de sua determinação, estes coeficientes dependem da carga de compressão aplicada, da esbeltez, do tipo de diagrama de momentos, entre outros. Seu limite superior é 1,5.

7.11 - Comprovação das uniões

Definições relacionadas com as uniões

Cordão: em uma união de barras tubulares, o

100


cordão é a barra que se soldam as barras. As características referidas ao cordão se indicam com o subindice “0”.

Barra de reforço: em uma união tubular, a barra de reforço é a que se solda sobre o cordão. Sua extremidade tem que cortar com a forma adequada para poder soldar corretamente. Tem um diâmetro menor ou igual que o cordão e pode ter mais de uma barra de reforço para uma mesma união. As características referidas das barras de reforço se indicam com o subindice “i” (i=1,2,3...).

Espaçamento(g): é a separação entre os extremos das barras de reforço em uma união.

Recobrimento (Ov): é a superposição entre os extremos das barras de uma união.Excentricidade nodal (e): é a distância vertical entre a fibra neutra do cordão e a

intersecção das fibras neutras das barras de reforço.

Esforços:Nop, N0 , Ni :são os esforços axiais do cordão das barras de reforçoMip.op, Mip.0: são os momentos fletores aplicados fora do plano sobre as barras de

reforço.Mopi: são os momentos

fletores aplicados fora do plano sobre as barras de reforço.

Equações de equilíbrio:

No= Nop + N1.cosθ 1 – N2.cos θ 2

Mip.0= Mip.op + N1.e.cosθ 1

+ N2.e.cos θ 2

Mop1. cosθ 1- Mop2. cosθ2=0

Mop1. senθ 1- Mop2. senθ2=0

7.12 - Tipos de uniões e das dimensões

101


As uniões tipo T, K, Nje S são os tipos de uniões básicas. Tem outras configurações de uniões como KT e outras especiais que derivam dos tipos básicos de uniões planas. Ao calcular estruturas tubulares é importante que o projetista tome em consideração o comportamento dos nós desde o princípio. A expressão gera de resistência para o cálculo do nó é:

ms

k

sk

NNQ

γγγ .

* =≤

Onde:

Qk – carga admissívelN* - resistência do cálculo da uniãoNk – resistência característica da união expressada em términos de carga axial

sγ - coeficiente de segurança do trabalho. Toma os valores que se indicam no ponto em que se trata os trabalhos.

mγ - coeficiente de segurança parcial da união e do material. Se recomenda um

valor de mγ = 1,5.A resistência de cálculo está geralmente governada por dois critérios: a

plastificação da seção transversal do cordão e o posicionamento do mesmo.Uniões em estruturas planas submetidas a cargas axiaisNa seguinte tabela se indicam as fórmulas da resistência de cálculo das uniões

mais comuns em um plano, que podem ser utilizadas para o cálculo por ordem:

102


Onde:f y0= limite

elástico do cordãof yi= limite

elástico da barra de reforço i.

f op= pretensado do cordão

β =

relação de diâmetros entre barras de reforço e cordão:

2

1

d

dβ = ,

para uniões T,Y,X.

0

321

d.3

dddβ

++= , para uniões KT.

γ = relação entre a metade do diâmetro e a espessura do cordão:

0

0

t.2

dγ =

n’= pretensado do cordão.

0y0

op

0y0

op

0y

p0

f.W

M

f.A

N

f

f'n +==

103


Onde:A= área da seçãoW= módulo resistenteF(n’)=função que inclui o pretensado do cordão na equação de resistência da união.

g’= espaçamento dividido pela espessura da parede do cordão:

0t

g'g =

f( γ ,g’)= função da influência do espaçamento e o recobrimento

A maior parte destas fórmulas tem como base as fórmulas básicas originalmente desenvolvidas por Kurobane. As fórmulas de cálculo para uniões T, Y e X se tem baseado na resistência baixa carga de compressão, mas podem utilizar-se também para solicitação de tração. A resistência última baixa carga de tração é normalmente maior que baixa carga de compressão, contudo, não é sempre possível aprovar esta resistência devido a existência de grandes deformações ou devido a fissuração prematura.

104


Para uma rápida comprovação dos cálculos de ordem se utilizam os diagramas de resistência da união, que são o resultado das fórmulas de eficiência do seguinte tipo:

iiyi

00y

eyi1

1

θsen

)'n(f.

t.f

t.f.C

f.A

*N=

Onde:Ce= parâmetro geral de eficiência. Ce é a função do tipo de união (CT para uniões

T e Y, CX para uniões X,C para uniões K e N), da relação de diâmetros β e da relação entre o diâmetro e a espessura do cordão d0/t0. O corte horizontal que apresenta estas curvas são a falha da união devido ao pusicionamento. Este corte horizontal é conservador se o ângulo da barra de reforço é θ <90º.

7.12.1 - Uniões em T e Y de perfis tubulares circulares

7.12.2 - Uniões em X de perfis tubulares

circulares

105


7.12.3 - Uniões em K e N de perfis tubulares circulares

106


7.12.4 - Uniões com recobrimento em K e

N de perfis tubulares circulares

107


As uniões em K, N e KT com carga transversal externa ao cordão, podem calcular-se utilizando os critérios para uniões em K mediante a

comprovação da maior componente normal das forças das barras de reforço. No entanto, se todas as barras de reforço atuam ou a tração ou a compressão (no mesmo sentido) ou se só uma barra está suportando a carga, a união deverá se comprovar com uma união em X.

Para evitar a interação entre flambagem local da barra de reforço e a resistência da união se recomenda limitar as eficiências de resistência da união mediante uma barra de reforço a compressão com relações altas d1/t1, entre o diâmetro da barra de reforço e a espessura da parede.

≤yii f.A

*N* valores dados na tabela

estes limites de eficiência podem expressar-se mediante a seguinte fórmula:

eff 01220 50

1

1

1

,)d

t.

f

E.(, ,

y

≤≤

108


Tomando em consideração a flambagem da barra das limitações anteriormente mencionadas não serão críticas habituais.

7.13 - Uniões em estudo multiplano

Os efeitos multiplanos se baseiam em considerações elásticas e também se tem comprovado o suficiente frente ao comportamento plástico real das uniões. Baseando-se nos dados disponíveis se recomenda calcular as uniões multiplano utilizando as fórmulas para uniões planas com os coeficientes de correção da seguinte tabela:

7.14 - Uniões submetidas a momento fletor

Existem dois tipos de momento fletor a que pode estar submetida uma união:Momento fletor primário: esta causado pela excentricidade nodal e.Momento fletor scundário: esta causado pelo desgaste dos extremos das barras de

união.Os momentos fletores sucundários são os que se obteriam mediante o método da

rigidez se a união é rígida. Na comprovação dessa união agüentar o nó, não terá falta ter em conta a influência destes momentos se a geometria está dentro dos campos de validez. No caso contrário pode atuar como segue:

As uniões solicitadas predominantemente por momentos fletores no plano são geralmente do tipo T e s denominam uniões Virendeel. A resistência de cálculoda união para uniões solicitadas a flexão pode também utilizar-se para outras configurações de uniões como uniões em K, N e KT. A continuação se indica as recomendações de cálculo para uniões solicitadas por momentos fletores primários:

109


Para o posicionamento da capacidade do momento plástico devido ao esforço cortante. No entanto, a função se baseia em uma aproximação elástica. De forma similar as uniões solicitadas axialmente, estas fórmulas se apresentam em forma de diagramas de cálculos de eficiência. A eficiência da união Cjpb ou Copb proporciona a resistência do cálculo a momento da união dividida por um momento plástico Wpl1.fy1 da barra de reforço. A linha de corte horizontal da limitação baseada no posicionamento (capacidade do momento plástico em posicionamento).

110


7.15 - Interação entre carga axial e momentos fletores

Várias investigações têm sido feitas para estudar este problema e como resultado existem muitas fórmulas de interação. Todas as investigações têm demonstrado que a flexão no plano é menos severa que a flexão fora do plano. Na continuação se oferece uma função limite inferior de interação, razoavelmente simplificada:

012 ,*M

M)

*M

M(

*N

N

op

op

ip

ip

i

i ≤+

Onde:

Ni,Mip e Mop, Ni*, Mip*, Mop* são as resistências de cálculo.Deve fazer-se notar a rigidez de nós dadas nos gráficos 3 e 4 da figura anterior

podem ver-se afetadas consideravelmente pela presença da carga axial: no entanto, não se dispõe de ensaios suficientes para dar uma recomendação mais precisa.

7.16 - Tipos especiais de planos

A resistência de diferentes tipos uniões de planos relacionadas diretamente com os tipos básicos T, Y, X, K, N.

111


7.17 - Cálculo “automatizado” das uniões

Mas toda esta teoria vista até agora pode ser calculada pelo método dos elementos finitos ou qualquer programa de interação com as mesmas, tendo a vantagem de importar a geometria que podemos projetar.

8 - FABRICAÇÃO E MONTAGEM DE UM CHASSI TUBULAR

Apesar de algumas empresas tradicionais como a Audi, BMW, Porsche... estarem investindo pesadamente num substituto para o aço como o alumínio(altamente reciclável), carbono (bem mais leve) e outros, o aço ainda é o material mais empregado pelas montadoras, dentre vários motivos: seu preço é relativamente barato, tem boa soldabilidade, é um material dúctil, seu módulo de elasticidade e sua resistência é superior a de muitos outros materiais. Mas a princípio isso não impede do projetista ter em mente o material que mais lhe convém. Deve-se levar em conta também o processo de fabricação da estrutura metálica e, sobretudo, o mais importante, o projetista tem que ter uma boa comunicação com o técnico porque este possui o conhecimento e a experiência de projetos anteriores. As perguntas que virão é: qual a melhor estrutura para construir o projeto? Se existe possibilidade de dobrar o tubo ou não, o projeto mudará? A princípio os tubos que dispõe podem ter seção circular ou retangular, podem ser ocos ou maciços? Qual melhor convêm? Por esta razão nesta parte se dará uma ênfase aos materiais, processos de fabricação e montagem que mais comumente se pode dar na construção de um chassi tubular.

112


8.1 - Tipos de Aço

O projetista sempre necessita especificar se o acabamento do material é a quente ou conformado a frio. Os perfis tubulares conformados a frio se soldam sempre, e os perfis tubulares acabados a quente (a maioria se solda) podem não apresentar costura. Para o caso da construção de um chassi tubular o mais usual é utilizar perfis tubulares conformados a frio.

Os tipos de aço estão especificados pela Organização Internacional de Normalização (ISO) nas seguintes normas:

ISO 630 Aços estruturaisISO 4951 Barras e perfis tubulares de aço de alto limite elásticoISO 4952 Aços estruturais com maior resistência frente à corrosão

A composição química e as propriedades mecânicas dos perfis tubulares conformados a frio cumprem com o recomendado pela norma ISO 630. As propriedades mecânicas dos aços caracterizam, em geral, pelo limite elástico fy, a resistência última a tração fu, e a deformação δ u. Estas propriedades se determinam mediante ensaios de tração e permitem obter diagramas tensão-deformação (σ -ε ).

A princípio, uma estrutura feita com perfis tubulares e carregada predominantemente com cargas estáticas deveria estar projetada de tal maneira que apresentasse um comportamento dútil.

8.1.1- Propriedades físicas de aços estruturais

As mais recomendadas, válidas para todos os aços estruturais são:

Módulo de elasticidade: E = 210 kN/mm2

Módulo de elasticidade transversal: G = )2.(1

E

v+ = 81 kN/mm2

Coeficiente de Poisson: v = 0,3α = 12.10-6/ºC

Densidade: ρ = 7850 kg/m3

8.2 - Tipos de barras para chassis tubulares

As barras que trabalhará o projetista são de parede delgada(ocas) ou seja os tubos, pois agüentam bem a flambagem e a flexão. É sabido que existe a possibilidade do projetista trabalhar com perfis de seção retangular. Os tubos de seção circular têm uma forma especialmente atrativa e oferecem uma distribuição do aço muito efetiva ao redor do eixo centroidal. Este perfil opõe as mínimas resistências frente a cargas de vento e água. Um inconveniente que tem é que na hora de unir formas circulares entre si pode ser que precise de perfis especiais. Mas ganha quando se fala em estética, aerodinâmica, flexão multiaxial e porque o número de uniões não é excessivamente grande sendo que não é determinante para o custo total.

113


8.3 - Considerações sobre soldabilidade dos materiais

O Valor de Carbono Equivalente (VCE), tal como se indica abaixo, se mede de acordo com a tendência à ruptura a frio da zona afetada pelo calor, influenciado pela composição química do aço. Por exemplo, a soldabilidade melhora, não só pela baixa porcentagem de carbono, mas também pela microestrutura de grão do material:

VCE = C + 15

CuNi

5

VMoCr

6

Mn +++++

Para espessuras de parede inferiores a 16 mm, geralmente se aceita VCE<0,40 não aparecem fissuras. Para 0,40<VCE<0,45, algumas precauções devem ser tomadas durante o processo de solda. Para um VCE maior que 0,45, normalmente se necessita um pre-aquecimento.

8.4 - Dimensões das seções

As seguintes normas ISO descrevem a gama de dimensões dos perfis de seção circular conformados a frio:

Diâmetro externo de 21,5 a 1219 mmEspessura da parede de 2 a 30 mm

8.5 - Métodos de fabricação

O custo total das estruturas de perfis tubulares também se vê incluído em sentido positivo ou negativo particularmente por custos de produção. Os seguintes trabalhos de oficina tem que esquematizar e levar em conta cuidadosamente:

• corte com serra• preparação de bordas para solda• montagem das barras

Um método para diminuir custos é pedir perfis tubulares com dimensões extra longas em estruturas concretas, e assim reduzir o número de soldas a topo.

É de se esperar que na fabricação de estruturas de perfis tubulares nas oficinas deveria organizar-se, se possível, de tal maneira que o material sega um processo unidirecional desde o início até a entrega final. Normalmente se segue os seguintes passos:

• marcação• corte nas dimensões adequadas por serra ou corte por• curvar (se necessário)• preparação das bordas para soldar

114


• Jato de areia. Este passo pode fazer antes que o e, já que pode ficar complicado aplicar depois de montado.

• Acabamento com uma primeira capa de impressão.• Pintado para proteção frente a corrosão externa ou com pinturas

intermitentes para proteger frente ao fogo.No caso de barras que tem que soldar entre si, o corte dos extremos deveria incluir

a preparação do biselado dos mesmos para soldar. A medida das dimensões reais é fundamental para obter o corte e/ou o biselado necessário.

8.5.1 - Corte por serra

No caso da estrutura do chassi devido ao menor custo e a sua maior simplicidade de execução é preferível a serra frente ao corte por chama.

8.5.2 - Métodos de curvatura a frio para Tubos de Seção Circular

São favoráveis as seguintes condições:• baixo limite elástico do material• alta resistência última do material• considerável alargamento na rótula a tração• outros parâmetros importantes são a relação entre a espessura da parede e

o diâmetro e a relação do raio de curvatura com relação ao diâmetro.

- Dentre os métodos- Curvatura a frio por pressão- Curvatura a frio mediante caixa conformadora- Curvatura por rodízios- Curvatura mediante cortes

8.5.3 - Recomendações gerais para operações de solda

A solda por arco utiliza-se de maneira predominante, nas três versões seguintes, para uniões de perfis tubulares:

• solda por arco com eletrodo revestido (SMAW)• solda por arco com núcleo fundente (FCAW)• solda por arco metálico a gás (GMAW)

Geralmente não se necessita pré-aquecimento para aços estruturais sem liga S235, S275 e S355. Porém, se recomenda para uma temperatura ambiente inferior a +5ºC e para paredes de espessura >30 mm.

Para S355 concretamente não é necessário fazer tratamento de pré-aquecimento com espessuras de parede inferior a 13 mm para soldas em ângulo, e inferiores a 20 mm para soldas a topo.

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Devido a contração do aço após esfriar-se este produz tensões residuais numa estrutura soldada. O engenheiro está limitado a reduzir as deformações o que dá lugar a tensões residuais maiores, ou bem reduzir as tensões residuais o que aumenta as contrações. Outra maneira de reduzir as deformações e/ou as tensões residuais são por exemplo o aquecimento localizado em lugares adequados, bater nas soldas (raras vezes) , etc.

8.6 - Procedimentos gerais para fabricação e montagem

O processo de fabricação começa com a preparação dos planos de fabricação baseados nos planos traçados pelo projetista e o desenhista. Estes descrevem cada elemento da estrutura assim como as uniões em detalhe. É aconselhável traçar planos em tamanho natural.

Os componentes para construção, os tipos de aço para os elementos estruturais e suas dimensões, assim como os métodos de fabricação, devem ser comprovados com cuidado a fim de evitar qualquer discrepância entre a fabricação e o plano.

As lojas de fabricação devem estar adequadamente equipadas para fabricar estruturas de perfis tubulares. As pessoas encarregadas da fabricação devem possuir conhecimentos adequados sobre fabricação de estruturas de perfis tubulares, assim como a capacidade técnica e a experiência necessária para realizar o trabalho.

A boa eleição de um método de montagem se vê afetada em grande parte pela disponibilidade de estruturas de montagem, aos quais facilitam as operações de montagem e fabricação. O plano de fabricação também tem que considerar os seguintes fatores:

• local de trabalho• possibilidades de armazenamento e empilhamento dos elementos

estruturais• máquinas ferramentas• mão-de-obra especializada

É claro que dependendo da criatividade do projetista ou da experiência e conhecimentos do técnico existem várias alternativas e possibilidades de fabricação e montagem.

9 - CONCLUSÃO

E se Karl Benz estivesse vivo hoje? Não desmerecendo os outros inventores mas considerando-o como o pai dos automóveis modernos, ficaria surpreso e até mesmo perplexo com o que foi apresentado até agora. Tamanha a complexidade e o desenvolvimento tecnológico, de materiais, design, fabricação,etc.

Sua obra-prima tornou-se desejo de consumo ao longo dos séculos, de simples “carruagem sem cavalos” inovou-se, dividiu-se, multiplicou-se e até mesmo virou competição como modelo na concorrência por direito intelectual de vários desingners, fugindo ao conceito de “carro”. Pesquisas feitas mostram que pessoas preferem ter um carro mesmo que não possa mantê-lo(mão-de-obra, gasolina, etc.) a usar transportes coletivos. Tornou-se tema também como principal arma aliada a poluição urbana, e algumas medidas foram tomadas, principalmente em países indústrializados e de alta renda.

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Isso já reflete na sociedade em si: nos países modernos faz-se rodízios de placas selecionadas para diminuir o tráfego e se incentiva o uso de transportes coletivos, bicicletas ou alternativos.

Então o problema não é o carro em si, o mais potente, de melhor design, que atenda a todas as expectativas do consumidor, o que se criou ao longo dos tempos foi uma espécie de “dependência veicular”. Como ter um carro tornou-se uma necessidade primordial, até mesmo como status, requisito para obter um bom emprego, como uma parte do ser humano em si nas conquistas ou como atrativo sexual. Parece absurdo, mas o carro tornou-se ao longo dos séculos o melhor amigo do homem.

No mundo atual, uma das principais preocupações está no fator econômico - diminuição da emissão de poluentes com a conseqüente redução do consumo, influindo diretamente na redução da dependência dos países produtores de petróleo. Tornar os veículos mais eficientes, buscando alternativas de fontes energéticas e utilizando-se materiais mais leves e resistentes para a diminuição da massa dos veículos é o objetivo a ser atingido pelos fabricantes de automóveis com a contrapartida das políticas publicas para uma utilização mais eficiente da mobilidade veicular.

Neste trabalho apresentou-se uma avaliação geral do desenvolvimento dos veículos.

Um dos fatores principais para o aumento da eficiência energética dos veículos é a tecnologia de construção ultraleve, que engloba o projeto de chassis e carroçarias com materiais leves e resistentes, além de uma reavaliação no design desses veículos.

Das tecnologias de construção ultraleve a utilização de chassis spaceframe com carroçarias em painéis não estruturais demonstra ser a que mais se adapta as exigências de redução de consumo e cursos de fabricação.

A tecnologia spaceframe, como vista, pode ser feita em estruturas tubulares ou com elementos estruturais conformados.

No nosso trabalho apresentamos as metodologias de projeto e alguns procedimentos de fabricação para estruturas spaceframes tubulares soldadas.

Para um melhor desenvolvimento dos procedimentos de projeto deve ser considerada a consulta a bibliografia apresentada neste trabalho.

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10 – ANEXOS

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10.1 – Anexo: Alguns fatos marcantes na história do automóvel no Brasil e no Mundo1763 – Cugnot apresenta a sua carruagem a vapor1769 – Cugnot apresenta o seu veículo a vapor para rodar nas estradas1879 – Karl Benz desenvolve o motor a combustão interna de dois tempos1885 – Karl Benz constrói um triciclo com motor a combustão interna, patenteando-o em 1886, com o nome de carruagem de motor a gasolina1888 – Bertha Benz torna-se a primeira mulher a pilotar um veículo1886 – Henry Ford constrói o seu triciclo1889 – Acontece o primeiro acidente fatal com um automóvel, em Nora Iorque, EUA1893 - Em de São Paulo.Br. , que na época contava com 200.000 habitantes, em plena Rua Direita, o povo para ver, entre assustado e encantado, um carro aberto com rodas de borracha. Era um automóvel a vapor com caldeira, fornalha e chaminé, levando dois passageiros. O dono do desengonçado veículo era Henrique Santos Dumont, irmão do "Pai da Aviação" com um Daimler inglês(patente alemã).1894 - Vacheron lança o automóvel com volante. 1895 - Panhard fabrica o primeiro automóvel fechado. Os irmãos André e Edouard Michelin lançam os primeiros pneus para automóveis. 1897 – No Rio de Janeiro o automóvel já causava furor. José do Patrocinio vivia a se gabar de seu maravilhoso automóvel movido a vapor passeando pelas ruas esburacadas do Rio, causando imensa inveja no compatriota Olavo Bilac. Certa feita, José do Patrocinio resolveu ensinar o amigo a dirigir seu carro, e Olavo Bilac conseguiu arremessá-lo de encontro a uma árvore na Estrada Velha da Tijuca. José do Patrocinio ficou muito chateado, mas Bilac, com uma gargalhada comemorava o fato de ter sido protagonista do primeiro acidente automobilístico no país!. 1898 - Daimler constrói o primeiro motor de 4 cilindros em linha 1899 - Daimler introduz a mudança de velocidade em "H" e o acelerador de pé. Renault na França é primeiro a utilizar o eixo de transmissão ligado ao eixo traseiro por meio de cardans. - Os automóveis de Dietrich-Bolée vem com pára-brisas como acessórios extras. 1900 – Fernando Guerra Duval, desfilava pelas ruas de Petrópolis com o primeiro carro de motor a explosão do país: um Decauville de 6 cavalos, movido a " benzina".

Em São Paulo, o então prefeito Antonio Prado instituiu leis regulamentando o uso do automóvel na cidade, já instituindo uma taxa para esse veículo, assim como era feito com os tílburis e outros meios de transportes.

Henrique Santos-Dumont, o pioneiro, solicitou ao prefeito, isenção do pagamento da recém instituída taxa alegando o mau estado das ruas. Houve muito bate boca entre os dois e a Prefeitura cassa a sua licença, e também a cobiçada placa "P-1", que acabou parando no carro de Francisco Matarazzo.1901 - Daimler lança na Alemanha o Mercedes.

Henry Ford funda a Ford Motor Company , mas uma disputa judicial faz a companhia trocar o nome para Cadillac1902 - Spyker lança na Holanda um automóvel com tração nas 4 rodas e motor 6 cilindros em linha. Frederick Lanchester inventa o freio a disco. .

É estabelecido o primeiro controle de velocidades para automóveis, devido a um acidente onde um fazendeiro foi ferido e seu ajudante morto por um automóvel

É inventado o primeiro sinal de automóveis, por um afro americano de nome

1903 - Mors apresenta um automóvel com amortecedores. Ader na França fabrica o primeiro "V8". Henry Ford consegue fundar a Ford Motor Company, a apresenta o seus veículos com sistema de

direção.São Paulo tinha 6 automóveis circulando pela cidade, e a prefeitura tornou obrigatória a inspeção dos

veículos, para fornecer uma placa de identificação, que seria obrigatoriamente afixada na parte traseira do "carro".1904 - Criou-se, no Brasil, o exame para motoristas, sendo a primeira carta de habilitação em São Paulo entregue a Menotti Falchi, dono da Fábrica de Chocolates Falchi.

Já havia na capital brasileira, 84 carros, de várias marcas, e dois no interior (um Darracq em Campinas e um Itala em Bragança. 1905 – É registrada a primeira ocorrência de roubo de automóveis na cidade de St. Louis, EUA

Em Tucson é concedida a primeira carteira de motorista, para um cidadão de nome Hiram Fenner Surge nos Estados Unidos o primeiro sistema de aquecimento que funcionam com o escapamento do

motor. 1906 - A Rolls-Royce lança o Silver Ghost. Nos Estados Unidos surgem os pára-choques.

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1907 - Uma empresa que se dedicava a fabricação e reparos em carruagens de tração animal, Luiz Grassi & Irmão, montou e colocou em funcionamento em São Paulo, um Fiat.

É fundado o Automóvel Clube do Brasil.

1908 - A Ford lança o modelo "T" A Delco nos Estados Unidos fabricam a primeira bobina e o distribuidor. É realizada em janeiro, a primeira corrida automobilística ocorrida no Brasil foi a São Paulo, no dia 26

de julho de 1908, no Parque Antarctica1910 – Dirigir alcoolizado torna-se infração nos EUA.1912 – Em Cincinnati, Ohio, EUA, entra em operação a primeiro posto de abastecimento de combustível, montado pela Standard Oil

A Peugeot fabrica o primeiro motor com árvore de comando de válvulas, duplos no cabeçote. 1915 - Aparecem nos Estados Unidos os “limpadores de pára-brisas”. 1916 - Aparecem nos EUA às luzes de freio acionadas pelo pedal. 1917 - O modelo American Premier inova com um velocímetro. 1919 – O estado de Oregon, EUA é o primeiro a taxar a gasolina

Em abril de 1919, Henry Ford determinou que a Ford Motor Co. estabelecesse no Brasil um ramo para montar seus automóveis empregando um capital de 25 a 30 mil dólares. A primeira linha de montagem de automóveis no Brasil foi instalada na Praça da República em São Paulo. O primeiro automóvel montado foi o Modelo T, com um motor de quatro tempos, custava apenas 6 contos e 900, ou seja, custava 3 vezes menos que os concorrentes.1921 – Abre o primeiro restaurante drive-in, em Dallas, Texas, EUA.

Surge nos EUA. a mudança de luzes automática. 1922 – George Frost inventa o rádio automotivo

É aberto o primeiro shopping center nos EUA1923 - A Dodge fabrica a primeira carroçaria fechada totalmente em aço. A Fiat, na Itália, monta uma coluna de direção ajustável. 1924 – Walter Chrysler apresenta o primeiro sistema de freios hidráulicos nas quatro rodas1925 – É aberto o primeiro Motel na California, EUA

A Ford foi uma das pioneiras no Brasil, quando demonstrava, na Esplanada do Castelo, ao público numeroso e curioso, a montagem de algumas importantes peças de seus carros. Isso aconteceu durante a I Exposição de Automobilismo do Rio de Janeiro, de 1 a 15 de agosto de 1925.

General Motors, instala-se primeiramente num armazém arrendado na Avenida Presidente Wilson, no bairro do Ipiranga São Paulo.1925 a 1928 – Sem poder precisar a data, uma fábrica em São Cristóvão, RJ, construiu um carro nacional. Fizeram tudo: chassis, carroçaria, caixa de mudanças, etc. Só o motor não era nacional1927 – Entra em operação o primeiro túnel entre Hudson e Manhattan, NY, EUA.

É publicado o primeiro mapa rodoviário nos EUA.1928 – Tem inicio o primeiro serviço de transporte por ônibus ligando a costa leste a oeste dos EUA. 1932 – O Governo americano taxa a gasolina 1933 – É aberto o primeiro cinema drive-in, em New Jersey, EUA.1936 – Os fabricantes de automóveis reconhecem o sindicato United Auto Workers Union, que foi organizado um ano antes.1937 - Sérgio Ferreira, quando menino ganhara um pequeno carro de "O Globo" para disputar corridas na Praça Paris. Um acidente com um garoto interrompeu essas corridas, mas Sérgio, ajudado por seu irmão e até pelo seu pai, fez a martelo e forja, um pequeno carro de corrida a que chamaram "Sucata". 1939 – Pequenas oficinas são instaladas que iam se transformando em fábricas. No início, começaram a fazer coisas verdadeiramente incríveis, sem ferramentas, sem máquinas apropriadas, sem matéria-prima adequada. Realizavam verdadeiros milagres para manter em tráfego a frota rodoviária brasileira.

A Nash oferece ar-condicionado em seus veículos 1942 – A industria americana para de produzir automóveis, dedicando-se a produção de armamentos1947 – O radar é usado pela primeira vez para punir os corredores em estradas em Cincinnati, Ohio,EUA.Connecticut 1949 – O primeiro fusca chega aos Estados Unidos1952 – É criada no Brasil uma subcomissão de veículos automotores, para enfrentar o excesso de importações de automóveis1953 – É proibida a importação no Brasil de veículos completos e montados; criação do GEIA (Grupo Executivo da Indústria Automobilística).1956 – A Vemag começa a produzir o utilitário DKW, sob licença da Auto Union.

A Romi apresenta o pequeno Romi-Isetta

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Surge o Jeep Willys, fabricado pela Willys Overland do Brasil1957 – A Wiilys apresenta a Rural Willys

A Volkswagen lança a KombiParte II - 1956 a 19591957 a 1960 – São apresentados vários lançamentos no Brasil: A Vemag apresentou o sedan DKW Belcar e o jipe Candango. A seguir a VW apresentou o seu sedan 1200 (anos depois se designaria Fusca) - verdadeiro sucesso de aceitação do público consumidor; Ford e GM apresentavam suas picapes. Enquanto isso a Simca lançava seu luxuoso Chambord com motor V8 de 2351 cc; a Willys, apresentou o Aero-Willys, como produto de maior categoria, possuía o mesmo propulsor do Jeep, e os Renault Dauphine com motor traseiro de 843 cc; os japoneses também se instalaram por aqui lançando o jipe Toyota Land-Cruiser (3878 cc e tração nas quatro rodas); A FNM lançou o JK-2000 (2000 cc), na época um Alfa Romeo montado no Brasil. Em poucos anos estava ganha a luta pela nacionalização e uma indústria automobilística nacional passava a existir como realidade, ao final de 1960 havia no país uma população de 66.755.000 habitantes e um total de 321.150 veículos produzidos.1960 em diante - No Brasil, nesta década continuam os lançamentos, a Simca apresentou os modelos Presidence, Rallye, Alvorada, a perua Jangada, e o Tufão. A Vemag lança o Caiçara e depois de encerrar a produção do Candango, lança o Fissore, um moderno sedã com requintes de luxo, mas com a mesma mecânica dois tempos, a Vemag ainda lançaria a Pracinha, uma Vemaguet "popular". A VW lança o belo Karmann-Ghia (motor boxer) e a versão popular do sedan (Pé-de-Boi); A GM apresentou o utilitário Veraneio (Substituindo a Amazonas); a Willys lançou em 1962 o esportivo Interlagos (mecânica Dauphine), basicamente é o mesmo projeto do francês Renault Alpine, a Willys também lança um novo Aero-Willys com desenho mais nacionalizado e no lugar do Dauphine é apresentado o Gordini (o mesmo carro com algumas melhorias) e depois sua versão popular (Teimoso). Em 1966 a Willys apresenta uma versão luxuosa do Aero, o Itamaraty com motor de 3000 cc e que mais tarde ganharia uma versão limusine, Em 1967 a Ford apresentou o seu primeiro automóvel nacional no país, o luxuosíssimo Galaxie 500, com grandes dimensões e motor V8 de 4458 cc (o mesmo da picape F100). No final da década houveram muitas aquisições de fábricas, a VW assumiu o controle da Vemag e pouco depois cancelou a produção dos DKW no Brasil (infelizmente !); a Chrysler International se instalou no país tomando posse da Simca que havia acabado de lançar seus modelos Esplanada e Regente que logo passaram a ser designados Chrysler; no ano seguinte a Ford adquiriu a Willys, que aproveitou melhor os produtos da empresa adquirida como o Jeep e a Rural, o Corcel foi um projeto da Willys baseado em um Renault, foi retrabalhado e lançado pela Ford em 1968 com motor de 1300 cc (o famoso motor CHT que até pouco equipava os primeiros Escorts e o primeiro Gol 1000 era de origem Renault), a Ford também lançou uma nova versão do Galaxie, o LTD, e foi o primeiro veículo brasileiro a oferecer transmissão automática; a FNM passou a ser designada Alfa-Romeo; a GM apresentou seu primeiro automóvel, o Chevrolet Opala de 4 e 6 cilindros (2508 e 3800 cc); a VW depois de lançar o Fusca 1300 apresentou o carro de quatro portas, o VW 1600 (conhecido como Zé-do-Caixão); e por fim a Chrysler acaba com o que restou da Simca lançando o seu Dodge Dart V8 de 5212 cc. 1970 em diante - O Brasil chega a década de 70 com uma população de 93.139.000 pessoas e a produção automobilística de uma década de 2.373.183 unidades. A década começa com o lançamento da perua VW Variant depois vieram o fastback TL, o Fuscão 1500, o Karmann-Ghia TC, o belo esportivo SP2, o substituto do TL, foi o Brasília, todos estes com a tradicional mecânica VW boxer; a Chrysler lança novas versões de Dodge, o Gran Sedan, LE e o esportivo Charger; a Ford lançou a perua Belina, da família Corcel, um ano após descontinuar o Aero, a Ford apresentou o Maverick sedan e cupé (com motores 6 cilindros de 3014 cc do Aero e um V8 de 5000 cc importado dos EUA) este novo V8 também equiparia o Galaxie e o LTD; a VW apresentou a sua "nova geração", o Passat que possuía motor refrigerado a água; a Chrysler apresentou o seu menor modelo, o Dodge 1800 (motor 4 cilindros de 1800 cc), derivado do ingles Hillman; a GM apresentou o Chevette (1398 cc) que assim como o Opala teve grande longevidade no mercado, a perua Caravan também foi incluída na família Opala. A Alfa-Romeo lança o luxuoso 2300ti. Na segunda metade da década de 70, em 1976 a italiana Fiat se instala em Minas Gerais e lança um novo segmento com o seu pequeno modelo 147 de tração dianteira e motor de 1048 cc, logo depois a Fiat assume a produção da Alfa-Romeo; a Ford lança o mais luxuoso modelo da linha Galaxie, o Landau; o Maverick, Jeep e Rural ganharam um novo motor de 4 cilindros de 2300 cc no lugar do 6 cilindros, foi apresentado o Corcel II e Belina, com desenho moderno de faróis quadrados; A VW apresenta a Variant II (Variantão), sem o mesmo sucesso da versão anterior; a Chrysler muda a cara de seus grandes, o luxuoso LeBaron e o esportivo Magnum, o Polara foi uma melhoria do 1800; surge a primeira picape Fiorino derivada do Fiat 147.

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