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Sistemas de Segurança Automóvel Carroçaria Grupo 1M06_03 - MIEM 2015/2016 – 1º Semestre Supervisor: Prof. José Ferreira Duarte Monitores: Gustavo Ferreira e João Pinto Autores: Joana Costa - [email protected] José Cruz - [email protected] Nuno Terras - [email protected] Nuno Veríssimo - [email protected] Vasco Barros - [email protected]

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Sistemas de Segurança Automóvel Carroçaria

Grupo 1M06_03 - MIEM

2015/2016 – 1º Semestre

Supervisor: Prof. José Ferreira Duarte

Monitores: Gustavo Ferreira e João Pinto

Autores:

Joana Costa - [email protected] José Cruz - [email protected] Nuno Terras - [email protected] Nuno Veríssimo - [email protected] Vasco Barros - [email protected]

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Palavras-Chave

Segurança;

Carroçaria;

Estruturas;

Materiais;

Zona de Deformação;

Sinistros automóveis;

Energia Cinética;

Esforços;

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Página 3

Índice

Lista de Figuras .......................................................................................................................... 4

Resumo ........................................................................................................................................ 5

Introdução .................................................................................................................................... 6

1. História da Carroçaria ........................................................................................................... 7

2. Sistemas de Segurança Ativa e Segurança Passiva ....................................................... 8

2.1. Segurança Ativa .............................................................................................................. 8

2.2. Sistemas de Segurança Passiva ................................................................................ 10

3. Forma da Carroçaria ........................................................................................................... 12

3.1. Estrutura Tipo do Chassis ........................................................................................... 13

3.1.1. Chassis de Longarinas ......................................................................................... 13

3.1.2. Chassis em “X” ...................................................................................................... 13

3.1.3. Chassis Tubular ..................................................................................................... 13

3.2. Componentes da Carroçaria ....................................................................................... 15

3.2.1. Travessas ............................................................................................................... 15

3.2.2. Torre de Amortecedor ........................................................................................... 15

3.2.3. Colunas ................................................................................................................... 15

3.2.4. Crash Box ............................................................................................................... 16

4. Materiais numa Carroçaria ................................................................................................. 17

4.1. Ensaio de Tração .......................................................................................................... 18

4.2. Aço vs. Alumínio ........................................................................................................... 21

4.3. Absorção de Energia .................................................................................................... 22

5. Esforços da Carroçaria........................................................................................................ 23

6. Choques e Zonas de Deformação .................................................................................... 24

6.1. Tipos de Choques ......................................................................................................... 25

6.1.1. Choque dianteiro e choque traseiro ................................................................... 25

6.1.2. Choque Lateral ...................................................................................................... 25

6.1.3. Capotamento do Veículo ...................................................................................... 26

6.2. Pontos Fusíveis ............................................................................................................. 26

Conclusão .................................................................................................................................. 28

Lista de Referências ................................................................................................................ 29

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Página 4

Lista de Figuras

Fig. 1 Sistema ABS ......................................................................................................................... 8

Fig. 2 Sistema ESP .......................................................................................................................... 9

Fig. 3 Cinto de Segurança ............................................................................................................ 10

Fig. 4 Funcionamento de um Airbag ........................................................................................... 10

Fig. 5 Encosto de cabeça ............................................................................................................. 11

Fig. 6 Exemplo de um Monovolume. .......................................................................................... 12

Fig. 7 Exemplo de um 2 Volumes. ............................................................................................... 12

Fig. 8 Exemplo de um 3 Volumes ................................................................................................ 12

Fig. 9 Chassis de Longarinas ........................................................................................................ 13

Fig. 10 Chassis em "X" ................................................................................................................. 13

Fig. 11 Carroçaria Tubular. .......................................................................................................... 14

Fig. 12 Elementos estruturais de uma carroçaria. ...................................................................... 16

Fig. 13 Materiais utilizados numa carroçaria. ............................................................................ 17

Fig. 14 Máquina usada nos ensaios de Tração ............................................................................ 18

Fig. 15 Diagrama tensão-deformação de uma liga de alumínio. ............................................... 19

Fig. 16 Tabela comparativa entre o aço e o alumínio. ................................................................ 21

Fig. 17 Materiais usados na carroçaria. ....................................................................................... 22

Fig. 18 Esforços numa carroçaria ................................................................................................ 23

Fig. 19 Habitáculo de Segurança. ............................................................................................... 24

Fig. 20 Deformação em choque frontal e traseiro. .................................................................... 25

Fig. 21 Choque lateral. ................................................................................................................ 25

Fig. 22 Capotamento do Veículo. ............................................................................................... 26

Fig. 23 Pontos fusíveis numa carroçaria. .................................................................................... 26

Fig. 24 Zonas deformáveis e indeformáveis de uma carroçaria. ................................................ 27

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Resumo

No presente relatório, abordamos a tecnologia e a escolha de design por

detrás das carroçarias e chassis automóveis, no âmbito do tema da unidade

curricular “Projeto FEUP” que nos foi apresentado, de título: “Sistemas de

segurança automóvel”.

Cada vez mais, tanto os chassis como as carroçarias estão, por parte da

indústria automóvel, a receber especial atenção. Isto porque qualquer técnico

automóvel de hoje em dia tem em perfeita conta que a estrutura de um carro

influencia, de forma direta, o resultado final de um acidente. Assim sendo,

atualmente, a estrutura de um carro já não é vista como um mero aspeto visual,

mas, sim, como todo um “jogo” de qualidades que têm de ser pensadas

minuciosamente, de modo a obter uma estrutura equilibrada, visualmente

agradável e, acima de tudo, segura.

Ao longo deste trabalho, pretendemos abordar uma série de tópicos tais

como: a evolução das carroçarias e dos chassis até ao dia de hoje; os

materiais usados na construção dos mesmos; o seu design e o que isso implica

em termos de segurança e a importância em geral de um chassis/carroçaria de

qualidade na segurança de um passageiro em caso de embate.

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Introdução

Mediante as exigências da unidade curricular Projeto FEUP, foi proposta a

realização de um trabalho acerca de sistemas de segurança automóvel. Desta

forma, o subtema escolhido pelo grupo foi “A segurança nas carroçarias”.

Esta unidade curricular surge nos diferentes cursos para que os alunos

tenham uma primeira visão da Engenharia e de como proceder à realização de

um relatório, de uma apresentação e de um poster.

Assim,no âmbito da segurança passiva, nomeadamente na carroçaria, foi

considerado que o subtema escolhido se reveste de extrema importância no

que diz respeito à segurança automóvel, apesar de, por ignorância ou por

distração, o tema não ser olhado pela sociedade com a devida importância.

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1. História da Carroçaria

No início da história do automóvel, a carroçaria não era vista como um

componente importante do carro. O seu único objectivo era fornecer ao Homem

um espaço para se sentar e se proteger de eventuais condições atmosféricas

adversas. Nos finais da década de 20, inicia-se uma reforma na construção de

carroçarias, passando as mesmas a serem construídas de uma forma

totalmente metálica, com várias peças em chapa de aço, moldadas e soldadas

entre si. Porém, a mais importante inovação aconteceu por volta de 1950,

altura onde a carroçaria passa a ser o núcleo do veículo, ou seja, a

componente onde todas as outras peças e estruturas (ex: motor, orgãos de

suspensão, eixos, travões, etc.) se ligam.

Hoje em dia, as carroçarias automóveis são construídas de modo a que o

habitáculo tenha, “à priori”, zonas definidas para deformação frontal, lateral e

de traseira, de modo a absorver toda a energia cinética do impacto, não pondo

em risco o condutor e/ou eventuais passageiros.

Atualmente, todas as carroçarias são estudadas e testadas ao limite, quer

em “crash tests”, quer em bancos de ensaio, para que se comprove a eficácia,

tanto da rigidez e da estabilidade dos materiais, como do comportamento

aquando da deformação eles tomam ao se deformar. Tudo isto é

minuciosamente testado para garantir as melhores condições de segurança

para os passageiros de determinado veículo. [5]

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2. Sistemas de Segurança Ativa

e Segurança Passiva

2.1. Segurança Ativa

Os sistemas de segurança ativa têm como primário objetivo a prevenção de

qualquer acidente no decorrer da circulação do automóvel.

Existe uma grande quantidade de sistemas, hoje em dia, a serem utlizados

recorrentemente, tais como:

1. ABS - Sistema visa impedir que os pneus bloqueiam durante uma

travagem brusca, permitindo ao condutor um maior controlo de

direção e garantir que a aderência e estabilidade do automóvel se

mantenham.

2. BAS - Combinado com o ABS, este sistema permite que o tempo de

travagem seja o menor possível. Este dispositivo é capaz de reduzir a

distância da travagem com a ajuda do condutor.

Fig. 1 Sistema ABS [3]

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3. ESP - Este sistema tem como função estabilizar a trajetória do

veículo, sempre que este detecta que está sobre uma alteração. O

sistema dispõe de sensores inteligentes que comparam a trajectória

do veículo. Se os valores calculados não se encontrarem em

concordância com os demarcados, o sistema ESP intervém,

diminuindo o binário do motor. Se esta acção não for suficiente, então

intervirá sobre os travões, travando as rodas individualmente.

[7]

Fig. 2 Sistema ESP [17]

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2.2. Sistemas de Segurança Passiva

Os sistemas de segurança passiva têm como objectivo nuclear o de proteger

o condutor e demais passageiros em caso de acidente. A carroçaria e o

chassis fazem, assim, parte deste tipo de segurança, na medida em que a sua

qualidade influenciará o Homem em caso de desastre.

Para além da carroçaria/chassis, existem outros sistemas de segurança

passiva, tais como:

1. Cintos de Segurança - São desenhados para manter os ocupantes

dentro do carro em caso de impacto. São, também, os responsáveis por

reduzirem o risco do condutor embater no volante, no pára-brisas e no

painel.

2. Airbags - Dependendo da velocidade no momento de impacto, os

airbags frontais enchem de modo a evitar que os ocupantes embatam no

que se apresenta à sua frente, como o volante e o pára-brisas. Já os

airbags laterais reduzem o risco dos ocupantes embaterem com o que

está nas suas laterais. Os airbags não dispensam a necessidade dos

cintos de segurança, uma vez que só é possível obter a máxima eficácia

do airbag se os cintos de segurança estiverem também a ser utilizados,

pois são estes que vão manter os ocupantes no posicionamento

desejável.

Fig. 3 Cinto de Segurança [11]

Fig. 4 Funcionamento de um Airbag [4]

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3. Encostos de Cabeça - Estas extensões dos assentos do veículo limitam

o movimento da cabeça durante uma colisão traseira, fazendo com que

a probabilidade de lesão no pescoço diminua.

[7]

Fig. 5 Encosto de cabeça [21]

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3. Forma da Carroçaria

Hoje em dia, e a acompanhar o crescimento exponencial a nível automóvel,

existem um sem número de diferentes estilos de construção de carroçarias.

Podemos, no entanto, agrupar estes estilos em três grandes grupos:

1. Volume ou monovolume: composto por um único compartimento, sendo

este a base onde tanto o motor, como o habitáculo e a mala irão,

posteriormente, encaixar.

2. 2 Volumes: composto por dois compartimentos distintos, sendo o

primeiro para encaixar o motor e o segundo para o habitáculo e para a mala.

3. 3 Volumes: composto por três compartimentos distintos, sendo o

primeiro para o encaixe do motor, o segundo para a localização do habitáculo e

o terceiro para a mala. Este último grupo é, normalmente, composto por carros

de maior porte, devido ao facto de possuir um maior número de volumes.

[5]

Fig. 6 Exemplo de um Monovolume. [18]

Fig. 7 Exemplo de um 2 Volumes.

Fig. 8 Exemplo de um 3 Volumes. [1]

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3.1. Estrutura Tipo do Chassis

Em geral, os chassis são fabricados em chapa de aço de boa qualidade,

com baixo teor de carbono, estampada em forma de U ou de duplo T. Desta

forma é possível obter uma boa resistência às solicitações mecânicas e

também uma facilidade de ligação dos diversos órgãos, bem como um peso

limitado.

3.1.1. Chassis de Longarinas

Este tipo de chassis é formado por duas longarinas paralelas e ligadas entre

si, através de travessas simples dispostas em forma de cruz. As longarinas e

as travessas possuem suportes próprios para a ligação das suspensões e para

a fixação dos diversos grupos que constituem o veículo automóvel.

Apesar de possuírem uma grande resistência à compressão, apresentam, no

entanto, o risco de deslocação da sua extremidade, razão pela qual existem

umas nervuras no suporte de fixação do berço do motor.

3.1.2. Chassis em “X”

Este tipo de chassis é bastante utilizado em automóveis desportivos. Uma

das suas características é a forte viga central que compensa a falta de rigidez

das carroçarias leves (por vezes, em plástico ou fibra) dos veículos de

desporto.

Fig. 10 Chassis em "X" [14]

Fig. 9 Chassis de Longarinas [20]

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3.1.3. Chassis Tubular

Em alguns automóveis de produção muito limitada, utilizam-se chassis

obtidos mediante soldadura de elementos tubulares que, não obstante o

elevado custo da sua construção, conferem ao veículo uma importante leveza e

permitem o emprego de carroçarias de plástico. [5,12]

Fig. 11 Carroçaria Tubular. [2]

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3.2. Componentes da Carroçaria

3.2.1. Travessas

As travessas são peças amovíveis que têm como função absorver a energia

cinética resultante do impacto de um choque frontal, sem que haja deformação

da estrutura. Neste sentido, podemos encontrar num veículo a travessa do

pára-choques e, ainda, absorvedores dianteiros. [25]

3.2.2. Torre de Amortecedor

Os engenhos da guia do eixo possibilitam movimentos definidos do braço

direcional. Os suportes de montagem fazem com que a torre de suspensão se

movimente com uma forma definida, reduzindo e absorvendo as vibrações

resultantes dos processos de aceleração e travagem ou até mesmo das

irregularidades do pavimento. [16]

3.2.3. Colunas

O teto reforça o conjunto graças à existência de colunas de apoio e de

painéis laterais que o unem ao piso. Assim, a resistência à torção é assegurada

sobretudo pelos anteparos, estruturas reforçadas colocadas à frente e atrás do

compartimento destinado ao motorista e aos passageiros, o habitáculo, e ainda

pelo conjunto formado pelos pára-lamas e teto unidos pelas colunas dos pára-

brisas e laterais. [9]

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3.2.4. Crash Box

O “crash box” é um dispositivo com a capacidade de absorver a maior parte

da energia do impacto, cerca de 90%, sem pôr em risco a estabilidade das

longarinas, ou seja, estas podem não se deformar, devendo estar presente

quer na parte dianteira quer traseira.

Deste modo, é recomendável que, depois de uma colisão, mesmo que não

se visualizem quaisquer marcas do impacto no veículo, se façam testes para

verificar o estado do dispositivo “crash box”, pois é por meio deste que são

calculados parâmetros para, por exemplo, haver acionamento dos airbags.

Nesta medida, caso o mecanismo esteja danificado, pode estar em causa a

segurança dos ocupantes do veículo. [19]

Fig. 12 Elementos estruturais de uma carroçaria. [8]

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4. Materiais numa Carroçaria

Numa carroçaria existem diversos tipos de materiais cuja seleção e

aplicação são de importância crucial, quer no desenho, quer no fabrico do

automóvel. A escolha deve-se a vários factores, tais como a sua duração,

processo de fabrico, disponibilidade, custo do material e fiabilidade, sempre

tendo em conta o seu custo mínimo e o peso adequado.

Na figura que se segue, são apresentados os tipos de materiais usados

numa carroçaria:

Fig. 13 Materiais utilizados numa carroçaria. [5]

O material tradicionalmente usado sempre foi o aço, com certos

componentes incluídos, sendo compostos por materiais alternativos como

plásticos e alumínio. Atualmente, já existem carroçarias heterogéneas e até

mesmo integralmente feitas de alumínio, apesar de o aço continuar a ser

predominante. [5]

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4.1. Ensaio de Tração

As propriedades de um certo material levam à escolha deste. Na segurança

automóvel este tipo de propriedades são extremamente importantes. Por esse

motivo existem ensaios, chamados “ensaios de tração”, onde um corpo de

prova é submetido a um esforço que tende a esticá-lo até à ruptura. Este corpo

é fixado numa máquina de ensaios que aplica esforços crescentes, sendo

medidas as deformações (Fig. 10). [24]

Fig. 14 Máquina usada nos ensaios de Tração [24]

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Na figura que se segue está representado um diagrama tensão-deformação

para uma liga típica de alumínio:

Cada material tem um gráfico específico. No entanto, este gráfico representa

de uma forma geral, a relação entre a tensão e a deformação num dado

material.

A partir deste gráfico, conseguimos adquirir propriedades muito importantes

do material que se revelam muito importantes aquando da escolha do material

para fabricar a carroçaria.

Neste diagrama tensão-deformação, conseguimos perceber que existem

duas fases do material: a fase elástica (em que o material é deformado mas

consegue voltar à sua posição original) e a fase plástica (fase onde o material

já não consegue voltar a forma original, deformando cada vez mais até à

rutura).

Na primeira fase (elástica), verifica-se uma relação linear entre a tensão e a

deformação que acaba no limite de proporcionalidade (3). Dependendo do

material e do seu parâmetro de rigidez, o ângulo que esta reta faz com o eixo

da deformação varia. Quanto maior for este ângulo, maior o parâmetro de

rigidez do material, pois é necessária uma maior tensão para o deformar.

Já na segunda fase (plástica), entre a tensão de limite de elasticidade (2) até

ao ponto de rutura (4), o material vai-se deformando até chegar à tensão de

rutura (1), onde entra num processo de estricção (redução local da área) e é

necessário menos força para o deformar até chegar ao ponto de rutura (4),

onde o material é definitivamente separado.

Outra das propriedades que podemos constatar a partir do diagrama é a

absorção de energia feita pelo material e esta é determinada pela sua área.

Esta área permite-nos saber a energia que o material absorveu durante todo o

processo de deformação, que revela ser muito importante em caso de estudo

automóvel.

Fig. 15 Diagrama tensão-deformação de uma liga de alumínio. [24]

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Estes ensaios de tração são, assim, preponderantes na escolha dos

materiais devido ao conhecimento que se obtém a partir do estudo das várias

vertentes.

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4.2. Aço vs. Alumínio

Na atualidade, o uso do alumínio nas carroçarias tem vindo a aumentar e,

apesar de o êxito da utilização do aço ser ainda bastante superior, as pessoas

tendem, frequentemente, a debater-se sobre qual o material que deve ser

utilizado. A tabela que se segue ilustra a comparação entre as

principais propriedades convencionais do aço e alumínio:

Fig. 16 Tabela comparativa entre o aço e o alumínio. [5]

Como se pode constatar pela tabela, a resistência do alumínio é inferior à

do aço, o que torna a sua aplicação mais restrita.

Também a elasticidade é menor, o que implica a não tão fácil recuperação

da sua posição original após uma força aplicada, que, por consequência, pode

formar fendas com mais facilidade.

Em termos de dureza, o alumínio é muito mais macio que o aço, o que

pode ser benéfico no ponto em que absorverá maior energia cinética, no

entanto pode também ser prejudicial pois é essencial que o habitáculo não se

deforme para que o passageiro não sofra qualquer dano.

Em relação à condutividade térmica, o alumínio apresenta-se como sendo

quatro vezes superior ao aço. Este facto tem certos inconvenientes no

processo de fabrico, pois em processos de soldadura por fusão, o alumínio

requer maior quantidade de energia para fundir, em comparação ao aço.

Em termos de peso, o alumínio é mais leve que o aço, o que é uma grande

vantagem.

Em suma, cada um dos materiais tem as suas próprias vantagens e a

escolha entre os dois depende do problema que se quer resolver. Cabe ao

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produtor saber qual o material que, de acordo com as suas propriedades, o

servirá melhor. [5]

4.3. Absorção de Energia

Na seguinte figura está representado uma típica carroçaria com os materiais

constituintes:

Como podemos ver a partir da imagem, na zona à volta do habitáculo, a

carroçaria é feita de materiais altamente resistentes e rígidos, neste caso, aço.

Isto porque a segurança do passageiro é crucial, ou seja, qualquer impacto no

habitáculo não pode ter consequências na vítima do acidente e, portanto, essa

zona tem de ser indeformável.

No entanto, o resto da carroçaria é composta por elementos mais

deformáveis e macios, tal como o aço macio e o alumínio. Esta escolha de

matéria ocorre porque “num sinistro rodoviário, a energia cinética é inicialmente

absorvida pela estrutura deformável do veículo. Estas estruturas são

desenhadas de forma a dirigir a energia absorvida para fora do habitáculo”.

(Fordrive)

Assim, a carroçaria deve ser composta por uma zona bem resistente à volta

do habitáculo e por uma zona deformável com materiais mais macios para

estes absorverem a energia cinética causada por um eventual sinistro

rodoviário.

Fig. 17 Materiais usados na carroçaria. [22]

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5. Esforços da Carroçaria

As irregularidades da estrada, as acelerações decorrentes da condução, o

peso que o veículo leva e os possíveis casos de acidente por embate fazem

com que tanto o veículo como os passageiros fiquem sujeitos às leis da Física.

Deste modo, a carroçaria fica sujeita a esforços que se fazem sentir em

determinados pontos desta, esforços que podem ser de tração/compressão, de

flexão, de tesoura e de torção. [15]

Fig. 18 Esforços numa carroçaria

Esforços de compressão e tração

Esforços de tesoura

Esforços de torção

Esforços de flexão

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6. Choques e Zonas de

Deformação

Podemos definir uma colisão pelo choque entre dois corpos. Por norma, este

choque acontece num curto espaço de tempo no qual o movimento dos corpos

varia bruscamente.

No caso da colisão de um automóvel ser com outro automóvel ou com outro

obstáculo, a combinação das forças externas e das internas, como a inércia,

podem provocar danos no veículo. A responsável pelo modo com as forças se

transmitem na carroçaria é a estrutura do próprio veículo.

Hoje em dia, os veículos são fabricados de modo a assegurar, da melhor

maneira, a segurança dos seus passageiros. Para tal, são equipados com

zonas de deformação progressiva que permitem, em caso de colisão, a

máxima absorção de energia cinética pelos materiais que constituem a

carroçaria, de modo a que a energia que é transmitida para dentro do

compartimento de segurança (local onde ficam os passageiros) seja a menor

possível. Para isso, a carroçaria é fabricada de materiais mais flexíveis e

deformáveis, aumentando a segurança dos ocupantes do veículo.

Toda a carroçaria é fabricada de modo a manter o habitáculo dos ocupantes

com a máxima segurança possível: Para o efeito, obtêm-se zonas de

deformação programada que vão dissipar a energia produzida na colisão para

partes específicas da carroçaria. Na carroçaria, a energia pode ser dissipada

em dois planos, conforme se explica de seguida. [12]

Fig. 19 Habitáculo de Segurança. [12]

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6.1. Tipos de Choques

6.1.1. Choque dianteiro e choque traseiro

A parte dianteira e traseira do habitáculo são formadas por compartimentos

de deformação progressiva que, sob o efeito do choque, absorvem uma parte

importante da energia cinética do veículo.

No caso de o choque ser frontal, a energia é absorvida pelas longarinas

frontais que distribuem parte desta energia às travessas do piso, ao túnel de

transmissão e à carroçaria, isto num primeiro plano de colisão. Já num

segundo plano de colisão, as longarinas superiores ajudam na redução da

energia de colisão; a parte da energia que não é absorvida é distribuída aos

perfis da carroçaria.

Caso o choque seja na parte traseira, a travessa de deformação posterior

dirige a energia para as longarinas traseiras, repartindo a energia. O controlo

de colisão no segundo plano fica a cargo dos elementos de perfis robustos.

6.1.2. Choque Lateral

No caso dos choques laterais, não é possível colocar na parte lateral do

automóvel compartimentos de deformação progressiva, uma vez que criariam

um obstáculo a nível de espaço. Deste modo, a dissipação de energia cinética

passa a ser assegurada pela derrapagem do veículo no solo. Na parte lateral, a

carroçaria é relativamente indeformável e, ao longo das portas, existem barras

anti-intrusão.

Fig. 20 Deformação em choque frontal e traseiro. [12]

Fig. 21 Choque lateral. [12]

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6.1.3. Capotamento do Veículo

O habitáculo, compartimento de segurança, encontra-se protegido por aço,

para que consiga resistir à compressão gerada pelo capotamento do veículo.

6.2. Pontos Fusíveis

Os pontos fusíveis servem para absorver a energia proveniente de uma

colisão; estão colocados estrategicamente na carroçaria do veículo de modo a

manter os ocupantes em segurança no habitáculo, pois conseguem que a

carroçaria apenas deforme nos sítios pré-definidos.

Fig. 22 Capotamento do Veículo. [12]

Fig. 23 Pontos fusíveis numa carroçaria. [12]

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A onda de choque pode ser conduzida para as zonas de absorção de

energia, através das dobras fusíveis e das longarinas em fole. [12]

Fig. 24 Zonas deformáveis e indeformáveis de uma carroçaria. [12]

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Conclusão

No presente trabalho, mostram-se as diferentes formas de garantir

segurança a todos os ocupantes do veículo. Deste modo, ao longo do relatório,

foi dada uma devida importância à carroçaria.

Na verdade, é de realçar que existem carroçarias diferentes, satisfazendo,

assim, as diversas necessidades, sendo de referir as carroçarias monovolume,

2 volumes e 3 volumes. Além disso, uma parte integrada na carroçaria é o

chassis. Este pode ser desenvolvido a partir de diferentes técnicas e

apresentar-se nas seguintes formas: longarinas, em “X” e tubular, sendo este

último o menos utilizado.

Também na carroçaria são explorados diversos tipos de materiais, distintos

entre si e cada um tem a sua própria função. Cabe ao fabricante escolher o

material conforme o objectivo que pretende atingir. Tem de encontrar um

balanço entre a sua dureza, resistência, durabilidade, fiabilidade, custo e preço.

Em suma, a carroçaria é mais importante para a segurança dos ocupantes

do veículo automóvel do que pode parecer. Além do aspeto visual que causa e

da aerodinâmica que proporciona ao carro, tem um papel vital na proteção do

habitáculo em caso de acidente.

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S i s t e m a s d e S e g u r a n ç a A u t o m ó v e l - C a r r o ç a r i a

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Lista de Referências

1. Audi. (s.d.). Audi. Obtido em 12 de Outubro de 2015, de

http://configurator.audi.pt/entry?carline=s4avant&context=accx-pt%3Apt

2. Axial Racing. (s.d.). Axial Racing. Obtido em 12 de Outubro de 2015, de

http://www.axialracing.com/assets/products/2023/productpage_blocks/popup/stand

ard/tube_frame_chassis_800x533.jpg?1366749390

3. Bob, H. (s.d.). Honda Bob. Obtido em 27 de 10 de 2015, de Honda Bob:

http://hdabob.com/ABS.htm

4. Bosch. (s.d.). Bosch. Obtido em 6 de Outubro de 2015, de http://www.bosch-mobility-

solutions.com.br/pt_br/br/driving_safety_2/driving_safety_systems_for_passenger_c

ars_3/passive_saftey_2/passive_safety_1.html

5. CEPRA. (s.d.). Instituto do Emprego e Formação Profissional. Obtido em 8 de Outubro de

2015, de

http://opac.iefp.pt:8080/images/winlibimg.aspx?skey=&doc=72896&img=382

6. Circula Seguro. (s.d.). Circula Seguro. Obtido em 25 de 10 de 2015, de Circula Seguro:

http://www.circulaseguro.pt/seguranca-activa/o-que-e-o-bas

7. Circula Seguro. (s.d.). Circula Seguro. Obtido em 25 de 10 de 2015, de Circula Seguro:

http://www.circulaseguro.pt/

8. FEUP. (s.d.). FEUP. Obtido em 8 de Outubro de 2015, de

http://paginas.fe.up.pt/~projfeup/cd_2010_11/files/MMM502_relatorio.pdf

9. FEUP. (s.d.). FEUP. Obtido em 13 de Outubro de 2015, de

https://paginas.fe.up.pt/~projfeup/cd_2012_13/files/REL_1M7_02.PDF

10. Fordrive. (s.d.). Fordrive. Obtido em 13 de Outubro de 2015, de

http://fordrive.pt/?4drive=artigos_tecnicos&pag=ver&id_at=4)

11. Hype Science. (s.d.). Hype Science. Obtido em 27 de 10 de 2015, de Hype Science:

http://hypescience.com/cinto-de-seguranca-mulheres-se-machucam-mais-em-

acidentes-de-carro/

12. IEFP. (s.d.). Portal IEFP. Obtido em 11 de Outubro de 2015, de

http://portal.iefp.pt/xeobd/attachfileu.jsp?look_parentBoui=16268680&att_display=n

&att_download=y)

13. Instituto da Mobilidade e dos Transportes. (s.d.). Imtt. Obtido em 9 de Outubro de 2015,

de

http://www.imtt.pt/sites/IMTT/Portugues/EnsinoConducao/ManuaisEnsinoConducao/

Documents/Fichas/FT_SistemasSegurancaAtiva.pdf

Page 30: Sistemas de Segurança Automóvel - paginas.fe.up.ptprojfeup/submit_15_16/uploads/relat_1M06... · umas nervuras no suporte de fixação do berço do motor. 3.1.2. Chassis em “X”

S i s t e m a s d e S e g u r a n ç a A u t o m ó v e l - C a r r o ç a r i a

Página 30

14. Jim Meyer. (s.d.). Jim Meyer Racing Products Inc. Obtido em 25 de 10 de 2015, de Jim

Meyer Racing Products Inc: http://www.jimmeyerracing.com/products/53-

62_corvette_direct_replacment_chassis.shtml

15. Júdice, D. (s.d.). Autoridade Nacional de Segurança Rodoviária. Obtido em 9 de Outubro de

2015, de

http://www.ansr.pt/SegurancaRodoviaria/ArtigosTecnicos/Documents/Seguran%C3%

A7a%20Ativa%20Autom%C3%B3vel.pdf

16. Oficina e CIA. (s.d.). OficinaeCIA. Obtido em 12 de Outubro de 2015, de

http://www.oficinaecia.com.br/bibliadocarro/suspensao.html

17. Opel. (s.d.). Opel. Obtido em 6 de Outubro de 2015, de http://www.opel.pt/veiculos/opel-

gama/veiculos-passageiros/novo-meriva/caracteristicas/seguranca.html

18. Pretty Carz. (s.d.). CARS Image Enciclopedia. Obtido em 10 de Outubro de 2015, de

http://prettycarz.com/smart-fortwo.html

19. Proteste. (s.d.). Proteste. Obtido em 13 de Outubro de 2015, de

http://www.proteste.org.br/carros/nc/noticia/crash-box-conheca-sua-importancia

20. Small-Dreams. (s.d.). Small-Dreams. Obtido em 25 de 10 de 2010, de Small-Dreams:

http://www.small-

dreams.com/forum/viewtopic.php?f=70&t=5343&start=30&sid=ae68b276cee00fbfb1

37c84c7cfb18b5&view=print

21. Trânsito Seguro. (s.d.). Trânsito Seguro. Obtido em 27 de 10 de 2015, de Trânsito Seguro:

http://fptransitoseguro.com.br/ver/a-importancia-do-encosto-de-cabeca-nos-veiculos

22. Volvo. (s.d.). Volvo Cars. Obtido em 10 de Outubro de 2015, de

http://www.volvocars.com/pt/PublishingImages/Campanhas/REPARA%C3%87%C3%8

3O%20DE%20COLIS%C3%83O/car.png

23. Watson, K. (s.d.). Safer Motoring. Obtido em 6 de Outubro de 2015, de

http://www.safermotoring.co.uk/how-chassis-contributes-car-safety.html

24. Wikipédia. (s.d.). Wikipédia - Ensaios de Tração. Obtido em 13 de Outubro de 2015, de

https://pt.wikipedia.org/wiki/Ensaio_de_tra%C3%A7%C3%A3o

25. ZF. (s.d.). ZF. Obtido em 13 de Outubro de 2015, de

http://www.zf.com/eu/content/media/iberia/sachs_4/pdf_catalog_sachs/turismo_1/

Dictamen_de_defectos_AST_PTG.pdf