engenharia de chassis

CARACTERÍSTICADOS PNEUS

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Os pneus do seu carro tem mais efeito no seu comportamento do que qualquer outro componente. Entender como os pneus trabalham em seu carro é absolutamente necessário de maneira a entender porque um carro se comporta da maneira que ele se comporta, ou mais importante, para mudar como ele se comporta. Para simplificar o estudo de como o pneu trabalha, nós podemos limitar a análise as suas características de entrada e saída, já que esses são os fatores mais importantes que afetam o comportamento. Esse tipo de análise é chamada de método da caixa preta, porque nós não nos preocupamos com o que acontece dentro da caixa preta, ou pneu, neste caso. Carregamento vertical – A entrada para a performance do pneu é o carregamento vertical, ou peso, no pneu. A dinâmica do carro em movimento faz esse carregamento variar continuamente. Ao preparar o chassis é possível ajustar como esse carregamento vertical do pneu irá mudar, e ao conhecer como o pneu irá responder a mudança no carregamento, você será capaz de predizer o efeito dessa mudança. Tração – A saída de um pneu do ponto de vista do comportamento é sua tração ou como ele fixa no solo. A tração entre o pneu e o solo determina o quão rápido um carro pode acelerar, frear e/ou fazer curvas.

TRAÇÃO DO PNEU VS CARREGAMENTO

É necessário saber como o pneu traduz a entrada em saída para entender como um carro irá se comportar da maneira que ele o faz. Em outras palavras, você precisa saber como as mudanças no carregamento vertical (entrada) afetam a tração

(saída). A relação entre a entrada do pneu e as forças de saída é diferente para cada pneu, porém, mais importante, a relação muda dramaticamente com a mudança no carregamento vertical. Essa mudança na relação é a maior razão porque o estudo do comportamento de um carro é freqüentemente confuso.

Embora a relação entre o carregamento vertical e a

tração para qualquer pneu está continuamente mudando, a interação entre os dois irá seguir uma curva similar a curva mostrada na figura 1-1. Não é necessário ter a curva de performance do pneu para o seu pneu específico porque nós estamos procurando pelas características dos pneus e não pelos valores exatos. O formato da curva de performance do pneu é que é importante.

Pneus diferentes irão ter curvas de performance com formatos e valores diferentes, mas todos terão uma curva que resulta em aumentos menores na tração a medida que aumenta o carregamento vertical. Nós chamamos essa perda de tração relativa como perda de eficiência lateral do pneu.

Ao se fazer a tabela da curva de performance do pneu (tabela 1-1) é possível ver como a eficiência lateral do pneu diminui com o aumento do carregamento vertical. As leituras de carregamento vertical e tração forma tirados da curva de performance do pneu (figura 1-1). A eficiência é a saída (tração) dividida pela entrada (carregamento vertical) como mostrado na tabela 1-1.

O bom comportamento do carro depende em otimizar como ele usa os pneus. Você necessita saber o que os seus pneus querem se você espera maximizar sua performance

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Figura 1-1. Essa é uma curva de performance de um pneu. A quantidade de tração disponível de qualquer pneu é dependente de quanto peso está sobre ele. Quando o peso é aumentado, a tração também aumenta. Entretanto, a coisa mais importante a se entender é que o aumento de tração se torna menor a medida que o peso é aumentado.

Examinando a tabela 1-1, você pode ver que com uma eficiência de 140%, seria possível para um carro fazer uma curva a 1.40g´s. Quando a eficiência lateral é somente 0,75%, o mesmo carro somente pode fazer curvas a 0.75g´s.

Olhando-se a eficiência lateral de um pneu, você pode facilmente ver que você alcançara a maior força lateral em percentagem do carregamento vertical quando os carregamentos verticais forem menores. A eficiência lateral do pneu reduz rapidamente quando ele é exigido a suportar mais e mais peso. Essa característica de qualquer pneu é o elemento chave para entender porque os carros se comportam da maneira que eles se comportam. É necessário entender esse aspecto da performance do pneu para analisar as mais complexas condições que os carros experimentam durante as condições atuais de pilotagem. Fator do pneu – Quando se analisa o comportamento do seu carro, os fatores do pneu como área de contato, profundidade do sulco, relação de tamanho, etc., devem ser considerados porque eles mudam o quanto de tração seus pneus podem prover para um dado carregamento vertical. Esses fatores aumentam ou diminuem a curva de tração e eles podem causar a mudança do formato da curva. Quando o mesmo tipo e tamanho de pneus são usados nas quatro rodas, esses fatores afetam muito a tração disponível.

Tabela 1-1- Carga vertical vs. Eficiência de aderência lateral

Tração Carga

Vertical Tração

Disponível Carga vertical

Fator Eficiência

700 500 700 500 1.40 140%

1000 1000 1000 1000 1.00 100%

1250 1500 1250 1500 0.83 83%

1500 2000 2000 1500

0.75 75%

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ÃNGULO DE CÂMBER & ÁREA DE CONTATO

Um pneu irá prover a tração máxima em qualquer carregamento vertical dado quando ele estiver perpendicular ao solo. Isso é chamado de ângulo de câmber nulo (figura 1-2). Quando o pneu está perpendicular ao solo, sua área de contato é maior que quando ele estiver em qualquer outro ângulo. A área de contato com o solo é a área do pneu que está em contato direto com a superfície do solo. Se um pneu estiver com inclinado com a parte superior para fora, ele tem câmber positivo. Essa condição reduz a área de contato e o pneu não irá prover tanta tração quanto quando ele está na vertical. Câmber negativo, quando o topo do pneu está inclinado para dentro, é freqüentemente usado para compensar o movimento o flexão (conhecido come deflexão) das peças da suspensão. Quando o câmber negativo é usado, o resultado é ter um ângulo nulo de câmber quando a máxima tração é necessária.

CÍRCULO DE TRAÇÃO

O conceito de círculo de tração é baseado no fato que um pneu tem somente uma certa quantidade de tração em qualquer tempo. Essa quantidade total de tração é dependente do peso no pneu, das condições da pista, condições do tempo, etc. Quando se estuda o círculo de tração, a quantidade total de tração é considerada constante. O que o círculo de tração mostra é como essa quantidade total de tração é distribuída entre as forças laterais e as forças de aceleração e frenagem. Se você tem somente uma quantidade disponível de tração, decidir como usá-la pode ter um importante efeito e quão bem um carro se comporta. O conceito do círculo de tração diz que a quantidade de força lateral disponível para um pneu irá ser diminuída por qualquer quantidade de tração total também usada para aceleração ou frenagem.

Como ele funciona – Se você pudesse ver a área de contato a maneira que ela se move ao longo da pista, você veria como o círculo de tração funciona. A capacidade de tração total pode ser representada por uma seta em um círculo. Essa seta representa a tração disponível e ela pode apontar em qualquer direção. (figura 1-3)

Por exemplo, se um pneu qualquer tem 1000lbs de peso nele, e sua eficiência lateral fosse 100%, ele teria 1000lbs de tração disponível em qualquer direção lateral pura (esquerda ou direita), aceleração ou frenagem. Porém, infelizmente, essa tração total de 1000lbs não está disponível em qualquer duas direções ao mesmo tempo. Se alguma tração desses 1000lbs é usada para a aceleração, então menos do que 1000lbs está disponível para fazer curvas. O total não é aditivo, mas um vetor quantidade, que pode ser usado em combinação como mostrado no círculo.

Todo piloto já experimentou os efeitos no comportamento de um carro nessas condições. Quando saindo de uma curva, um carro que normalmente é subesterçante irá ser sobresterçante (para carros com tração traseira) com a borboleta totalmente aberta. A razão para essa mudança em atitude de curva, no mesmo carro, pode ser explicada olhando-se o círculo de tração. Quando o piloto pede ao pneu traseiro para absorver mais força de aceleração, existirá menos força lateral disponível na traseira, portanto o carro sobresterçará quando o piloto aplicar mais potência.

Figura 1-2. Quando um pneu está perpendicular ao solo, ele tem ângulo de câmber nulo. Essa condição dá amelhor área de contato para a maior tração possível. Igualmente importante é que a unidade de carregamentoem cada pneu é mais igualmente distribuída quando o pneu tem um câmber nulo. Como mostrado aqui, umcâmber positivo irá resultar em menos área de contato.

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Efeitos da aceleração – O exemplo extremo dessa condição é um carro girando em falso em um alargada. Se existe potência suficiente para fazer os pneus traseiros quebrarem a tração, toda a tração dos pneus estará sendo usada na direção da aceleração. Como mostrado no diagrama do círculo de tração (figura 1-3), essa condição resulta em zero de força lateral disponível nos pneus para conter o carro de forças laterais. O resultado dessa falta de força lateral dos pneus irá fazer a traseira do carro derrapar. Efeitos de frenagem – Os efeitos de frenagem são similares, mas opostos. Nós sabemos que travar os pneus dianteiros irá fazer a dianteira sair reto, independente do ângulo do volante. Quando os pneus dianteiros estão travados, toda a tração disponível neles estará sendo usada para absorver as forças de frenagem, portanto nada resta para prover a força lateral necessária para fazer o carro esterçar.

Em um carro em movimento, a distribuição de aceleração, força lateral e forças de frenagem estão em constante mudança. Se o piloto e o preparador de chassis estão cientes em como essas mudanças afetam o balanço do carro, eles irão entender melhor o

que é necessário para preparar o chassis para a máxima performance sob quaisquer condições de pilotagem.

FORÇAS G

A performance do pneu e do comportamento do carro é descrita em termos de forças g. Um g é simplesmente igual a aceleração da gravidade aqui na terra. Quando se diz que um objeto pesa 100libras, a força da gravidade nele é igual a 100 libras. Se uma segunda força de 80 libras agir nele, nós diríamos que ele tem 0.8 g´s agindo nele. Esse sistema de descrever forças que afetam objetos comuns, como automóveis, é mais conveniente que usar libras de força, já que isso elimina a necessidade de reconhecer o peso de um objeto. Por exemplo, uma força lateral de 3000lb agindo em um carro de 3000lb seria um carregamento de 1.0g. A mesma força de 3000lb agindo em um carro de 4000lbs seria igual a um carregamento de 0.75g. Ao descrever as forças em g´s, vários carros podem ser igualmente comparados, independente do seu peso individual.

Figura 1-3. O círculo de tração mostra que qualquer pneu tem somente uma quantidade de tração. Essaquantidade de tração pode ser apontada em qualquer direção, mas se qualquer dela for usada para aceleração ou frenagem, menos estará disponível para curvas.

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Figura 1-4. A aceleração lateral de um carro pode ser medida em um Skidpad, que é uma área plana de pista normalmente com 200 a 300 pés de diâmetro. O carro é dirigido ao redor do círculo o mais rápido possível, o tempo é medido, e a aceleração lateral, expressa em g´s, é calculada do tempo e do tamanho do círculo.

TESTE DE ADERÊNCIA LATERAL. Muitas testes de revistas de automóveis incluem

uma medida da força lateral do carro, ou aceleração lateral. Ela é medida em um Skidpad e expressa em g´s. Um Skidpad é uma superfície plana com um círculo pintado, normalmente 200 a 3300 pés de diâmetro. O carro é dirigido ao longo do círculo o mais rápido possível sem derrapar, o tempo é medido, e a aceleração lateral é calculada usando-se o tempo e o tamanho do círculo. Um modelo típico de série do Corvete pode fazer curvas a 0.84g´s, um número bastante respeitável. Um sedan de corrida, entretanto, faz consideravelmente melhor. Nosso carro de corrida Trans-Am produz 1.15g em um teste Skidpad.

Uma fórmula simplificada para determinar a força lateral de um carro no Skidpad é

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225.1T

Rg ×=

R= Raio do círculo em pés T = Tempo em segundos requerido para completar

os 360° do círculo Colocando alguns valores reais na fórmula,

podemos ver como ela funciona. Por exemplo, se um carro leva 12 segundos por volta em um círculo de 100pés, ás cálculos ficam como a seguir?

212100225.1 ×

=g

1445.122

=g

85.0=g Isso significa que o carro está fazendo curvas com

uma força igual a 85/100 da força da gravidade. Agora, vamos pegar toda essa informação e aplicá-la na discussão da distribuição de peso e dinâmica.

DISTRIBUIÇÃO DE PESO& DINÂMICA

2

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No capítulo 1, nós discutimos como a quantidade de tração disponível de um pneu está relacionada com o quanto de carga vertical, ou peso está nele sobre ele. Usando-se a curva de performance do pneu (figura 1-1) mostrada no capítulo 1, página 2, é possível determinar quanta tração está disponível em cada pneu. Se você sabe o quanto de carga vertical existe, e quanta tração está disponível, você pode determinar qual a força de total disponível em uma curva. Conhecendo-se o limite de tração de cada pneu pode também lhe dizer algumas das características de comportamento tais como o sobresterçamento e o subesterçamento.

Sobresterçamento & Subesterçamento. – Esses são termos que descrevem como um carro descreve uma curva. Se o carro faz uma curva com a frente do carro em direção à parte de fora da curva, então ele é dito subesterçante, ou que empurra através de uma curva. Se o carro faz uma curva com a traseira derrapando em direção à parte de fora da curva, então ele é dito sobresterçante e ele é frouxo. Para um exemplo, veja a figura 2-1.

DISTRIBUIÇÃO DE PESO A distribuição de peso de um carro é determinada

por quanto peso está em cada pneu. Esses pesos mudam por causa da transferência de carga. Essa mudança no carregamento é o resultado das forças agindo sobre o carro. Os seguintes exemplos ilustram com algumas dessas forças podem mudar o carregamento vertical de cada pneu de um carro

Usar esse tipo de análise ajuda bastante a entender como a distribuição estática e dinâmica de peso de um carro pode afetar suas características de comportamento. Esse exemplo mostra como os pesos e, portanto a tração disponível pode mudar enquanto um carro se move. Mas o conceito mais importante a entender é que a tração disponível em um pneu é dependente da carga vertical. O aspecto confuso é que a porcentagem de tração diminui enquanto a carga cresce. Enquanto nós olhamos os seguintes exemplos, tenha em mente que os valores de tração disponíveis na tabela foram extraídos da curva de performance do pneu, Figura 1-1, página 2.

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A distribuição de peso é quanto peso, ou carregamento, cada pneu tem nele em repouso. Entretanto, quando o carro faz uma curva, o peso será transferido dos pneus internos para os externos, o que é conhecido como transferência lateral de peso. Quanto mais peso tem um pneu menos tração terá. Com esse conhecimento, você pode controlar a quantidade de transferência de peso de forma que os pneus externos tenham a máxima tração disponível. Entender essa relação é uma chave fundamental para o bom comportamento de um carro.

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Exemplo Um Assuma que nós temos um carro com a seguinte

distribuição de peso. Peso do carro 3000lbs Distribuição dianteira 50% Deslocamento lateral esquerdo zero Transferência de peso em curva zero

Tabela 2-1

Posição do

pneu Peso estático

no pneu Tração

disponível

Dianteiro direito 750lbs 850lbs

Dianteiro esquerdo 750 850

Traseiro esquerdo 750 850

Traseiro direito 750 850

Total 3000lbs 3400lbs

Esse carro teórico tem 750lbs. Em cada roda.

Usando-se a curva de performance do pneu na Figura 1-1 na página 2, você pode ver que você teria 850lbs de tração disponíveis em cada roda. A tração total seria 3400lbs. E a força em curva seria 1.13g´s, você dividiria a tração total pelo peso total, da tabela 2-1, ou:

Força de aderência lateral total = peso

tração

Força de aderência lateral total = sg´13.130003400

=

Isso soa muito bom até você perceber que o peso será transferido dos pneus internos para os externos enquanto o carro desenvolve as forças de esterçamento enquanto faz a curva.

Balanças como essas mostradas aqui podem ser usadas para determinar a distribuição estática de peso em cada pneu do carro. Uma vez conhecido o peso, você pode pegar essa informação e compará-la com a curva de performance do pneu (como a mostrada na figura 1-1, página 2) para determinar a tração disponível. Naturalmente, uma vez que o carro esteja em movimento, esses pesos mudam constantemente e afetam a tração disponível, portanto, você necessita entender as forças que controlam essas mudanças.

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Exemplo Dois Tão logo o carro comece a esterçar, o carregamento

vertical do pneus começará a mudar. Por causa da força centrífuga, o peso será transferido dos pneus internos para os pneus externos (figura 2-2). Essa mudança do carregamento é dependente da força centrífuga (g´s), da bitola do carro (T), da altura do centro de gravidade (H) e do peso total do carro (W). Expressado na fórmula seguinte (figura 2-3).

Figura 2-2. Quando o carro faz uma curva, parte do peso é transferido do pneu interno para o externo. Isso causa o aumento do peso nos pneus externos e a diminuição do peso nos pneus internos.

Transferência de peso lateral = Tgravidade

HsgW×

×× ´

Você pode simplificar a equação fatorando para

uma força centrífuga de 1.0g, então a fórmula seria:

Transferência de peso lateral = T

HW ×

Por exemplo, digamos que o nosso carro tenha um centro de gravidade de 20 polegadas de altura e uma

bitola de 60 polegadas, então a transferência de peso para um carro de 30000lbs. Esterçando com uma força centrífuga de 1,0g seria:

Transferência de peso lateral = lbs100060

203000=

×

Figura 2-3. A quantidade de transferência de peso lateral é dependente do peso do carro, da magnitude da força centrífuga, da altura do centro de gravidade (H) e da bitola (T).

Isso significa que 1000lbs. De carga serão

transferidos dos pneus internos para os externos durante a curva. Com um carro que tenha uma distribuição igual entre a frente e a traseira, essa força lateral seria dividida igualmente em 500lbs cada uma em um eixo. Se o carro faz uma curva para a esquerda, os pneus esquerdos irão perder 500lbs cada um e os direitos irão ganhar 500lbs cada. Com esse carregamento, a tração disponível iria cair para 3160lbs. Para entender como chegamos a esse total, veja a tabela 2-2.

Novamente a tração disponível foi calculada usando-se a curva de performance do pneu, figura 1-1 na página 1, como será para todos os exemplos seguintes. Agora, para achar a força total de esterçamento, pegue a tração total disponível e divida pelo peso total nos pneus quando em curva, ou:

Força de aderência lateral = sg´05.130003160

=

Tabela 2-3

Posição do pneu Peso estático no pneu

Transferência lateral de peso

Peso no pneu durante a curva Tração disponível

Dianteiro direito 750 +500 250 450

Dianteiro esquerdo 750 +500 1250 1130 Traseiro esquerdo 750 -500 250 450

Traseiro direito 750 +500 1250 1130

Total 3000 3000 3160

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Como pode ser visto, a força de esterçamento foi diminuída (de 1.13 para 1.05g´s) por causa da transferência lateral de peso devida a força centrífuga.

Exemplo Três

Uma maneira de equalizar o peso durante uma curva é pré-carregar os pneus internos. Isso é feito movendo-se algum peso do lado direito para o lado esquerdo do carro (ao fazer-se curvas para a esquerda). Isso obviamente só funcionará em circuitos ovais, onde o carro faz curvas somente para o lado esquerdo. Nesse caso, assuma que o carro tem as seguintes especificações:

Peso do carro 3000lbs Distribuição dianteira 50% Deslocamento lateral esquerdo 600lbs Transferência de peso em curva 1000lbs

Sob essas condições, o carregamento dos pneus e

valores de tração seriam como os mostrados na tabela 2-3. Novamente, para achar a força total de esterçamento, divida a tração total pelo peso total como na fórmula a seguir:


=

Isso mostra como o aumento de peso no lado

esquerdo (pré-carregamento) é efetivo para equalizar o carregamento do pneu durante as curvas, de forma que todos os pneus dividam igualmente a carga e produzam a máxima força centrífuga.

Exemplo 4

Para ver o efeito de um carro mais pesado na dianteira, vamos ver o que acontece quando se faz a frente ter 60% de peso, sem pré-carregamento lateral e com a transferência de peso de 1000lbs. Com o mesmo carro de 3000lbs, haveria 1800lbs nos pneus dianteiros e 1200lbs nos pneus traseiros. O peso estático, peso de esterçamento e tração disponíveis seriam como mostrados na tabela 2-4. Aplicado na fórmula resultaria em:

Força de aderência lateral total= sg´04.130003130

=

Note que essa é a força de aderência lateral média. Esse total é ilusório, porque se você olhar

simplesmente o peso no eixo dianteiro e as forças de tração na tabela 2-4, você verá que existem 1750lbs de tração para puxar 1800lbs de peso da dianteira ao longo das curvas. A força de aderência lateral dianteira seria:

Força de aderência lateral dianteira= sg´97.018001750

=

Na traseira, como mostrado na tabela 2-4, existe

1380lbs de tração para puxar 1200lbs de peso ao redor da curva. Isso significa que a força de esterçamento traseira seria?

Força de aderência lateral traseira= sg´15.118001380

=

Um método de equalizar o peso nos pneus durante uma curva em circuitos ovais, onde o carro vira para apenas um lado, é pré-carregar os pneus internos. O peso é movido do lado direito do carro para o lado esquerdo, portanto, quando o peso é transferido, o carregamento dos pneus externos será menor. Veja o exemplo três.

Essa análise mostra que o carro desse exemplo não

irá somente fazer curvas mais lento que um com a mesma distribuição de peso, mas ele também irá subesterçar nas curvas. Se a força de tração dianteira não é suficiente para puxar o peso dianteiro tão bem

Tabela 2-4







Total 3000 3000 3130

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quanto a força de tração traseira pode puxar o peso traseiro, a dianteira não irá aderir tão bem quanto a traseira. Isso causa o subesterçamento em curvas e o desgaste do pneu dianteiro direito mais rápido do que o normal.

Ainda mais importante para notar é que embora a tração total permita o carro fazer curvas a 1.04g´s, a dianteira não poderá fazê-lo acima de 0.97g´s. Isso significa que por causa do subesterçamento, o carro somente pode fazer curvas a 0.97g´s. Isso é consideravelmente menos que os 1.13g´s mostrados no exemplo 3.

Exemplo 5

Esse exemplo é um combinação dos exemplos dois, três e quatro. Nosso interesse com essa combinação é ver se o uso de pré-carregamento lateral aumenta a força de esterçamento em um carro com a dianteira mais pesada e se isso resolveria o problema de subesterçamento. O peso estático e o peso em curva quando comparados a força de tração são listados na tabela 2-5. Colocando-se na fórmula os valores são:


=

Isso mostra que a força total de esterçamento é

quase tão boa quanto no exemplo 3. Também, se olharmos na distribuição dianteira-traseira de forças de esterçamento separadamente, nós poderemos ver que o carro ainda subesterçará. Para fazer isso, pegue a os totais dianteiros e traseiros da tabela 2-5 e trabalhe-as separadamente na equação:


=


=

Como foi no exemplo 4, o carro somente será capaz

de fazer curvas a 1.03g´s porque essa é toda a tração que o carro tem disponível na dianteira. Esse valor ainda é consideravelmente menor que 1.13g´s mostrado no exemplo 3.

Exemplo 6 Os parâmetros para esse exercício são os mesmos

do exemplo 5, exceto que o chassis é calçado adicionando-se 200lbs de peso no pneu traseiro direito. O uso de um chassis calçado é um método comum de curar o subesterçamento. O calçamento é acompanhado de um pré-carregamento da mola dianteira esquerda ou da traseira direita. Quando se adiciona 200lbs de calçamento a traseira direita, o peso na dianteira esquerda também aumentará aproximadamente 20lbs, com uma redução do peso na dianteira direita e traseira esquerda similar a 200lbs. Assuma que nosso carro tem as seguintes especificações:

Peso de calçamento 200lbs Peso do carro 3000lbs Distribuição dianteira 60% Deslocamento lateral esquerdo 600lbs Transferência de peso em curva 1000lbs

Pegando-se esses valores e colocando-os na tabela

2-6 revela que existe 3220lbs de tração disponíveis. Uma vez mais, pegue os dados da tabela 2-6 e trabalhe-os com a fórmula. Trabalhe a fórmula para a força total, então somente para a dianteira e depois para a traseira, como no exemplo 5.


=


=


=

Esse exemplo mostra que o carro irá ainda

subesterçar nas curvas, mas o fará menos e o carro fará curvas mais rápido. A tração dianteira ainda é fraca, mas o calçamento do chassis aumentou a força de esterçamento dianteira do valor mostrado no exemplo 5, 1.03g´s para 1.06g´s. Isso é um aumento significativo, mas ainda é bem menor que o total 1.13g´s que nós mostramos no exemplo 3.

Tabela 2-5







Total 3000 3000 3370

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Figura 2-4. O uso de calçamento de chassis é um método empregado na cura de subesterçamento em carros de circuitos ovais. O calçamento é acompanhado de um pré-carregamento da mola dianteira esquerda ou traseira direita. Quando 200lbs de calço são adicionados a traseira direita, o peso na dianteira esquerda também irá aumentar cerca de 200lbs, com uma redução no peso similar de 200lbs na dianteira direita e traseira esquerda. SUMÁRIO

Os números mostrados acima devem ser usados

somente para fins de estudo. Cada pneu tem sua própria curva de performance, portanto você não poderá usar esses números para ajustar seu carro. Entretanto, a análise desses números realmente demonstra algumas diretrizes importantes.

1. A melhor força de esterçamento está disponível

quando existe uma distribuição de peso entre a dianteira e a traseira iguais, assumindo-se que os tamanhos dos pneus são iguais na dianteira e na traseira.

2. O pré-carregamento lateral esquerdo aumenta a força de esterçamento em ovais (normalmente feitos para se girar no sentido anti-horário).

3. Carros que tem uma distribuição mais peada na dianteira tendem a subesterçar em curvas.

4. Calçando-se o chassis pode reduzir o subesterçamento em curvas e aumentar a velocidade de curva.

5. Em geral, a melhor força de esterçamento é obtida quando os quatro pneus são igualmente carregados em curva.

6. Truques no chassis como o carregamento lateral de peso e o calçamento irão funcionar somente em carros que giram para a esquerda, como em circuitos ovais.

Tabela 2-6







Total 3000 3000 3350

ÂNGULO DE ROLAMENTO &DISTRIBUIÇÃO DE FORÇAS

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Quando um carro faz uma curva ele irá rolar em direção ao lado de fora da curva, o que afeta adversamente seu comportamento(handling). Isso é chamado de rolamento (body roll), e a quantidade que ele irá rolar é chamado de ângulo de rolamento (roll angle). Existem vários meios para controlar a quantidade do ângulo de rolamento e para minimizar seu efeito negativo no comportamento.

A resistência contra a rolamento pode ser alcançada na dianteira, na traseira ou em ambas. Ao decidir o quanto de resistência contra a rolamento existe na dianteira ou na traseira, você pode controlar as características subesterçantes ou sobresterçantes de seu carro.

ÂNGULO DE ROLAMENTO

Quando um carro rola, os pneus mudam o ângulo de câmber com a superfície da pista (figura 3.1). Desde que o pneu desenvolve sua máxima tração quando ele roda perpendicular a pista, esse Ângulo positivo de câmber resulta em menos força centrífuga (força de esterçamento). Um ângulo menor de câmber resulta em um menor câmber positivo, portanto o carro irá fazer curvas mais rápido se o ângulo de rolamento for mantido pequeno.

Diferentes fatores na geometria da suspensão como altura do centro de rolamento (roll center), a altura da manga de eixo, o comprimento dos braços oscilantes, e a posição dos braços de controle, todos contribuem para a quantidade de mudança no câmber que é produzido para uma dada quantidade de ângulo de rolamento. (todas essas relações serão discutidas em capítulos futuros). Como resultado prático, entretanto, é difícil fazer a geometria dianteira funcionar quando o ganho de câmber negativo é superior a aproximadamente ¾ de grau por grau de rolamento da carroceria. Isso significa que se o carro rola a um ângulo de 4°, o pneu externo irá decambar (câmber negativo) 3°, portanto o pneu externo irá perder 1° de câmber em relação a pista.

Câmber Negativo

Você pode compensar essa perda de câmber ao ajustar o carro com um câmber estático negativo, que é a quantidade de câmber negativo com o carro parado. Ao fazer isso, você ajuda a manter o pneu dianteiro externo perpendicular a pista, mesmo que haja rolamento excessiva da carroceria.

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O uso de um câmber estático excessivo, entretanto, pode conduzir a problemas. Para a maioria das aplicações de rua, o máximo é aproximadamente 1.0°, ou a parte interna dos pneus irá se desgastar. Para competições, o ajuste de um câmber estático negativo de dois ou três graus é freqüentemente usado. A temperatura dos pneus pode ser usada para otimizar a quantidade de câmber negativo para a maioria das aplicações (ver capítulo 16).

Soluções

Uma vez que existem limites para a quantidade de câmber negativo que pode ser usado, é importante controlar a quantidade de ângulo de rolamento. O ângulo de rolamento pode ser controlado em vários ângulos com os seguintes elementos de projeto do chassis e de ajuste. Altura do Centro de Gravidade – É fácil de ver porque um centro de gravidade mais baixo irá resultar em menos ângulo de rolamento. A maioria dos carros já são tão baixos quanto é praticamente viável, portanto a mudança da altura do centro de gravidade não é sempre uma maneira possível de controle do ângulo de rolamento de um dado carro. Altura do centro de rolamento – Como pode ser visto na figura 3.2 , elevando-se o centro de rolamento da suspensão irá reduzir o ângulo de rolamento. Uma vez que a altura do centro de rolamento é parte integral do

desenho da geometria da suspensão, nós iremos discutir seus efeitos no capítulo 7. Largura da Bitola – Como a base da mola lateral é proporcional a largura da bitola, uma bitola mais larga irá reduzir o ângulo de rolamento. Como foi no caso da altura do centro de gravidade, a maioria dos carros já possui uma bitola tão larga quanto é pratico. Isso significa que para um dado carro, nós não podemos esperar reduzir o ângulo de rolamento aumentando-se a bitola. Quantidade de força centrífuga (cornering force) – Como pode ser visto no GTO da foto na página xx, mais força lateral irá resultar em mais ângulo de rolamento. Se você quiser fazer curvas o mais rápido que for possível, você terá cada vez mais, maiores forças laterais, e, portanto, maiores ângulos de rolamento. Por exemplo, se um carro de rua, com pneus de rua pode fazer uma curva a 0.75g´s, ele pode ter um ângulo de 3 graus. Esse mesmo carro com pneus de corrida poderia fazer curvas a 1g´s. Se ele fizesse, o ângulo de rolamento aumentaria para 4°.Isso significa que carros que fazem curvas mais rápido irão necessitar mais dureza (stiffness) de rolamento para controlar o ângulo de rolamento.

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Dureza de rolamento A melhor maneira de controlar a mudança de

câmber causada pela rolamento da carroceria é limitar o ângulo de rolamento mudando-se a dureza de rolamento da suspensão. Os dois meios mais comuns de controlar a dureza de rolamento em qualquer carro são através das molas e das barras estabilizadoras. Coeficientes de Molas – O aumento do coeficiente das molas irá reduzir o ângulo de rolamento. Infelizmente, aumentando-se o coeficiente das molas pode também mudar outros aspectos no comportamento do carro. Como um exemplo, se um carro tem um coeficiente da mola dianteira de 770lbs-pol e um ângulo de rolamento de dois graus, e você quer reduzir o ângulo de rolamento para 1 grau, você necessitaria instalar molas dianteiras de 1400lbs.pol. Isso dobraria a resistência de rolamento. Mas aumentando-se dessa maneira o coeficiente da mola iria prejudicar o rodar do carro e causar subesterçamento. As molas são discutidas em mais detalhes no capítulo 5. Barras estabilizadoras – A melhor maneira de aumentar a resistência a rolamento é aumentar o tamanho ou eficiência das barras estabilizadoras, que são chamadas algumas vezes de barras anti-rolamento. Se um carro está rolando, uma roda estará em cima em compressão e uma roda estará mergulhando (drooping down). As barras estabilizadoras limitam o ângulo de rolamento de um carro usando sua resistência torsional para resistir o movimento de subida de uma roda e de descida da outra. Conectando ambas as rodas a uma extremidade da barra estabilizadora provoca, através do movimento de subida de uma roda e descida da outra, a torção da barra (figura 3-3). Quanto mais dura (stiffer) a barra, mais resistência a torção da carroceria ela pode prover. Uma vez que as forças que fazem o carro rolar são absorvidas pela barra estabilizadora, e essas forças são alimentadas através dos braços inferiores de controle, o carregamento no pneu externo irá aumentar a medida que as barras se torcem. A dureza de uma barra estabilizadora aumenta rapidamente com o

aumento do diâmetro. A dureza é função do diâmetro na 4ª potência, ou:

Dureza = D4

Figura 3-4. A eficácia de uma barra estabilizadora depende do comprimento da alavanca, bem como do seu diâmetro. Quanto mais longo a alavanca, menos força a barra pode prover com a mesma quantidade de movimento em sua extremidade. Por exemplo, uma barra estabilizadora com uma alavanca de 6pol irá produzir uma resistência ao rolamento duas vezes maior que uma barra com 12pol de alavanca.

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Isso significa que uma barra estabilizadora com um diâmetro de 1 ¼ pol é 2.44 vezes mais dura que uma barra com 1.00 pol de diâmetro. MAS, a dureza da barra de ser adequadamente transmitida para o chassis para produzir resultados positivos. O comprimento dos braços que introduzem o carregamento das barras no chassis tem um efeito dramático quanta dureza uma dada barra pode produzir no chassis. Quanto mais longa a barra, menos eficiente ela será. Por exemplo, um braço de barra estabilizadora de 6.00pol de comprimento irá produzir duas vezes mais dureza que um barra com um braço de 12.00pol de comprimento. (figura 3-4). A dureza total de uma dada barra estabilizadora também é dependente da dureza de seus apoios no chassis, da dureza dos braços, das bieletas e de onde as bieletas se conectam aos braços de controle inferiores.

DISTRIBUIÇÃO DAS FORÇAS DE ROLAMENTO

Variando-se o tamanho e a eficácia das barras estabilizadoras dianteiras versus o tamanho e a eficácia das barras estabilizadoras traseiras, é possível mudar as características subesterçantes e sobresterçantes de um carro. Uma vez que as forças que resistem ao rolamento do carro são introduzidas pelos pneus externos, é possível decidir se o pneu dianteiro externo ou o pneu traseiro externo irá absorver a maioria dessas forças. Se um carro é subesterçante, há muita carga no pneu dianteiros externo. Aumentando-se a eficácia dos estabilizadores

traseiros, parte dessa carga pode ser transferida durante as curvas para o pneu traseiro externo. Ao se fazer isso, irá se eliminar o subesterçamento, pois os pneus externos dianteiro e traseiro estarão mais igualmente carregados.

Os seguintes exemplos mostram como ao se transferir parte das forças que resistem ao rolamento para os pneus traseiros pode-se eliminar o subesterçamento. Esses exemplos usam a mesma curva do pneu mostrada na figura 1-1 (capítulo 1 página 2) e usa os mesmo procedimentos explicados no capítulo 2. Esses exemplos são para um carro de oval que faz curva somente para o lado esquerdo. Em carros que fazem curvas para ambos os lados, os mesmo princípios se aplicam, mas em direções opostas.

Exemplo 1

Para os dados da tabela 3-1, nós assumimos que temos um carro com as seguintes especificações:

Peso do carro 3000lbs Distribuição dianteira 50% Deslocamento lateral de peso (esquerdo) 600lbs Transferência de peso em curva 1000lbs Dureza de rolamento (dianteira somente) 400lbs

Agora, usando-se as informações da tabela 3-1,

coloque-as nas fórmulas para achar a força lateral total, que foi explicada no capítulo.

Força de aderência lateral total = peso

tração


=

(média)

Tabela 3-1

Localização do Pneu

Peso Estático


Peso w/força

centrífuga


w/Barra estabilizado

dianteira

Peso w/Barra dianteira

Tração disponível

DE 1050 -500 550 -400 150 320

DD 450 +500 950 +400 1350 1200

TE 1050 -500 550 000 550 730

TD 450 +500 950 000 950 970

Totais 3000 3000 3000 3220

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Para achar a força lateral dianteira somente, use na fórmula os totais dos pneus dianteiros mostrados na tabela 3-1:


=

e para a força lateral traseira:


=

Esses valores indicam subesterçamento, porque há

mais força lateral disponível na traseira que na dianteira. Isso é o que acontece quando você aplica uma resistência ao rolamento somente na dianteira. Vamos ver o que acontece quando equalizamos essa resistência.

Exemplo 2

Para esse exemplo, as especificações do carro são as mesmas do exemplo 1, exceto que ao invés de ter 400lbs de dureza de rolamento na dianteira somente, nós dividimos essa dureza em 200lbs para a dianteira e 200lbs para a traseira usando uma barra estabilizador em ambos os eixos.

Novamente, pega-se da tabela 3-2 os valores de transferência de carga e de tração disponível e coloca-se na fórmula de força lateral para se achar a força em g´s, ou:


=

E agora, para achar o balanço de forças laterais

com barras estabilizadoras iguais na dianteira e na traseira, pegue a informação da tabela 3-2 para a dianteira e para a traseira separadamente e coloque na fórmula:


=


=

Nesse exemplo, não há subesterçamento porque as forças laterais em ambos os eixos são iguais. Ao se comparar os dois exemplos, note que a força total disponível em g´s é aumentada quando uma barra estabilizadora traseira é usada para controlar a metade do ângulo de rolamento. Mais importante, a força lateral dianteira é aumentada em 9% e o carro não sofre mais de subesterçamento. Balancear as barras estabilizadoras de uma carro é um importante aspecto de preparação de chassis como o é o balanceamento das molas e dos pesos estáticos.

SUMÁRIO Todas as informações anteriores podem ser

resumidas no seguinte: 1. Aumentando a dureza de rolamento traseira

reduz o subesterçamento. 2. Como uma barra estabilizadora reduz o

subesterçamento por causa de sua habilidade de aumentar o peso dinâmico no pneu externo traseiro, ela também irá funcionar em carros que esterçam em ambas as direções.

3. Como o pré-carregamento lateral e o

calçamento do chassis não irão funcionar em carros de corrida normais ou em carros de rua, a mudança da dureza da barra estabilizadora traseira é o primeiro método (embora não o único) de balancear as características de subesterçamento/sobresterçamento desses carros.

Tabela 3-2

Localização do Pneu

Peso Estático


Peso w/força

centrífuga


w/Barra estabilizado

dianteira

Peso w/Barra dianteira

Tração disponível

DE 1050 -500 550 -200 350 550

DD 450 +500 950 +200 1150 1100

TE 1050 -500 550 -200 350 5500

TD 450 +500 950 +200 1150 1100

Totais 3000 3000 3000 3300

engenharia de chassis

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