ESTUDO SOBRE SUSPENSÃO AUTOMOTIVA FOCADO EM VEÍCULOS OFF-ROAD

7/22/2019 ESTUDO SOBRE SUSPENSO AUTOMOTIVA FOCADO EM VECULOS OFF-ROAD

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ESTUDO SOBRE SUSPENSO AUTOMOTIVA FOCADO EM VECULOSOFF-ROAD

Rogrio Bocuzzi MacorinE-mail: [email protected]

Resumo. Esse projeto visa estudar o sistema de suspenso automotiva, esclarecendo as influncias de diversas configuraes degeometrias existentes, focando em solues para veculos off-road. Para a concluso do estudo ser desenvolvida uma bancada

onde se pode configurar uma geometria de uma meia suspenso dianteira para diversas possibilidades de dimenses e ngulos(dentro das limitaes da geometria da bancada) e simular fisicamente a movimentao das bandejas e rotao da roda,

visualizando a resposta da suspenso em movimento.

Palavras chave. suspenso, veculo off-road.

1. Introduo

De uma maneira geral, todos os veculos so constitudos pelos mesmos elementos. Tem-se, em quase todos ostipos, um chassi, que o suporte do veculo; uma cobertura para conduzir os passageiros ou carga, que se chamacarroaria; um conjunto moto-propulsor constitudo por um motor e transmisso de movimento, que capaz de criar aenergia para deslocar o veculo.

H ainda outros elementos com certas funes bsicas. Entre eles, os principais so:- Direo: todo veculo deve ter um sistema de direo, que capaz de faz-lo deslocar-se para onde se deseja;- Suspenso: o veiculo deve possuir ainda um sistema de suspenso, para no transmitir aos passageiros ou

carga as oscilaes do veculo, quando passar em terreno irregular.

DefinioDiz-se de suspenso o conjunto de peas que adequa a transmisso de energia da excitao de base

(uma lombada, por exemplo) e a capacidade de aderncia do veculo ao solo. Ela constituda basicamente porum conjunto de molae amortecedor. O conjunto suspenso pode ser considerado como um filtro mecnico,

pois pode permitir ou rejeitar faixas de freqncias do espectro da excitao do solo. Por isso, carros off-roadse urbanos possuem caractersticas dspares quanto ao desempenho. pertinente ressaltar que o primeiro, emgeral, possui exigncias maiores quanto s solicitaes mecnicas, tornando o projeto de suspenso maisrestritivo.

No eixo dianteiro quase todos os veculos usam suspenso independente. Quando a suspenso no independente, tem-se um eixo apenas e uma mola em cada roda (ou ainda uma mola nica, bem no centro). Nasuspenso independente, em vez de um eixo s, tem-se dois meios-eixos e, na ponta de cada um, as rodas.Como resultado, ao passar num buraco, apenas a roda afetada trepida; a outra no. Esta a grande vantagem dasuspenso independente.

O sistema se completa por um amortecedor, cuja funo amortecer as oscilaes que a mola criou.Se no houvesse amortecedor, a carroaria oscilaria para cima e para baixo, e essas oscilaes demorariam aacabar. Graas ao amortecedor, essas oscilaes diminuem rapidamente, melhorando as condies de confortodos passageiros.

Em geral, as suspenses permitem ajustes e acertos. Entre eles temos: convergncia (toe angle),cambagem (camber), caster, presso de leo e molas no amortecedor, vrios tipos de rodas e pneus (quetambm influenciam na ao da suspenso) etc. Enfim, um carro poder ter um rendimento compatvel com o

acerto feito, para os mais diversos tipos de traados e regies.

Tipo de terrenoO tipo de terreno, que pode ser asfalto, terra ou um circuito misto (Rally), definir a geometria da

suspenso do veculo.Grosso modo pode-se dizer que para andar no asfalto ele dever ter a suspenso baixapara auxiliar na estabilidade e no capotar em curvas de alta velocidade. Para andar na terra o ideal umasuspenso mais alta, para poder passar por lombadas e desnveis. J em circuitos mistos, utiliza-se uma alturaintermediria.

2. Objetivos

Durante o curso de uma suspenso, dependendo do modelo da mesma, podem ocorrer grandes variaes deconvergncia e cambagem, o que no interessante para o desempenho do veculo. Outros parmetros que podem ser

abordados no projeto de uma suspenso so os ngulos de caster, de pino mestre (king pin), de mergulho (dive), deagachamento (squat) e ainda a distncia entre eixos, a distncia entre as rodas (total track) e as constantes das molas eamortecedores.
http://pt.wikipedia.org/wiki/Molahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Molahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Molahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Amortecedorhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Amortecedorhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Mola


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O objetivo deste projeto realizar um estudo sobre suspenso focando em solues para veculos off-road,alm de escolher e modelar um sistema, exemplificando a metodologia de desenvolvimento de uma suspenso e, porfim, construir uma bancada capaz de realizar testes fsicos dos modelos estudados no software e sendo aindaextremamente til didaticamente, para aqueles que esto iniciando seus estudos sobre suspenso.

O sistema escolhido deve possuir uma geometria a qual, ao mesmo tempo, atenda s necessidades de umasuspenso off-road, caracterizada por permitir longos percursos, e ainda seja factvel, pois dever ser testado na bancadaa ser construda.

O interessante desenvolver um modelo que apresente uma soluo melhor que as encontradas atualmente nomercado automotivo, isto , fugir dos modelos tradicionalmente utilizados pelos fabricantes de automveis e buscarsolues mais otimizadas.

3. Metodologia

O primeiro passo do projeto foi a realizao de um estudo dos modelos de suspenso (onroads e offroads ) quepoderiam ser utilizados tanto para a dianteira quanto para a traseira.

A dianteira possui basicamente duas opes, que seriam a MacPherson (apenas uma bandeja) e a de BandejaDupla (ou duplo A). Na traseira as opes principais seriam Monochoque, onde as suas rodas movem-se juntas,Bandeja Simples, Bandeja Dupla ou ainda a Faco, onde se tem apenas trs pontos de apoio para a roda: um doconjunto mola-amortecedor, um do prprio eixo de transmisso e um terceiro ponto que serve apenas de apoio.

Estudadas as possibilidades e focando no objetivo de desenvolver uma suspenso com um curso interessante,

minimizando as variaes indesejadas como alinhamento, cambagem, etc. o modelo de suspenso escolhido, tanto paradianteira quanto para a traseira, o de bandeja dupla. Esse modelo o que garante maior preciso de movimento. Osdois pontos fracos mais significativos, e que influenciam a indstria automobilstica a no utiliz-lo so fato de ser ummodelo que normalmente apresenta mais peso (no caso o projeto prioriza o desempenho da suspenso e no avelocidade a ser atingida) e a questo de ocupar mais espao, o que no prejudicial para um veculo offroad, que normalmente utilizado em competies. No caso, a bandeja superior ser representada apenas por uma barra, quefacilita tanto o dimensionamento quanto a construo.

Deve-se ainda, verificar o peso mdio de um veculo como este e estimar o baricentro do veculo montado, oque essencial para o dimensionamento das molas e amortecedores e para a definio de uma geometria de suspensovivel.

Inicia-se ento a modelagem em sistema, feita com auxlio do software ADAMS. Nesse software, utilizando oADAMS/Car possvel carregar as opes de suspenso traseira e dianteira,montar um veculo, alterar os parmetrosdesejados e gerar grficos de simulaes dinmicas da resposta do veiculo, sujeitando-o a movimentaes verticais e

ainda rotaes da roda (simulao de resposta em curvas).

Figura 1. Modelo de suspenso dianteira carregado no ADAMS/Car.


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Figura 2. Tela de processamento de dados do software. No caso esta sendo processado uma simulao demovimentao vertical da suspenso.

Figura 3. Tela de simulao dinmica da movimentao vertical da suspenso.

Figura 4. Tela de ps-processamento do software, onde possvel avaliar os resultados em grficos. No caso, segue umgrfico da variao da cambagem em funo da movimentao vertical da suspenso avaliada.

Com a geometria de suspenso definida possvel iniciar o dimensionamento das molas e amortecedores. Casoos valores obtidos nesse dimensionamento no sejam satisfatrios, pode ser necessrio reiniciar o processo de definioda geometria da suspenso.

As molas de um veculo so dimensionadas partindo-se da freqncia que se deseja obter no veculo, uma vez

que a freqncia justamente uma funo da constante de elasticidade da mola e da massa apoiada na mesma,conforme a equao:


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m

kf

2

1= (1)

Para definir o valor do fator de amortecimento (C) dos amortecedores deve-se, primeiro, escolher a razo deamortecimento (R) em funo do fator de amortecimento crtico que se pretende utilizar. Valores baixos (prximos a0,3) garantem maior conforto enquanto valores altos (como 0,7) proporcionam melhor desempenho. O fator de

amortecimento crtico pode ser obtido pela seguinte frmula:

mkCcrit = 2 (2)

E teremos ento:

RC

C

crit

= (3)

4. Projeto Fsico

Para a elaborao de uma bancada que permita testar diversas possibilidades de geometrias de suspenso, preciso que ela permita a liberdade espacial (nos trs eixos) para todos os pontos (definidos como hardpoints) dasuspenso, identificados numericamente na figura a seguir.

Figura 5. Viso frontal da suspenso dianteira a ser modelada em bancada.

Os pontos definidos pelos nmeros 01, 02, 03 e 04 so posicionados espacialmente pela estrutura da bancada apartir de movimentaes nos trs eixos, possibilitadas pelo deslizamento de tubos de 1 concentricamente a tubos de, separados por buchas torneadas em poliuretano. A posio fixada por parafusos que se alojam em porcas soldadas

nos tubos de 1 e pressionam a bucha contra o tubo de .Os demais pontos so definidos pela alterao dos comprimentos das barras que representam as bandejas e

barra de direo (tambm pelo sistema de buchas e parafusos de fixao) e pela definio da peca que representa amanga de eixo.


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Figura 6. Viso completa da bancada.

Figura 7. Na figura, A representa a bandeja superior, B a barra de direo e C e D a bandeja inferior.

No detalhe da peca que faz as vezes da manga de eixo pode-se notar em A e B as liberdades de rotao e em Ca regulagem da distncia para se definir o ngulo de ackerman.

Figura 8. Detalhe da manga de eixo.

A

B

C

A

B

C

D


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5. Concluses

Neste trabalho foram apresentados os procedimentos utilizados para o desenvolvimento de um modelo desuspenso, os quais podem ser aplicados para qualquer tipo de veculo que as necessite.

Partindo-se dos grficos de resposta do sistema utilizado, sabendo-se modificar os parmetros necessrios taiscomo tamanho de bandeja, pontos de fixao, ngulo de caster, etc. e com uma correta interpretao dos resultados

obtidos pode-se, empiricamente, chegar aos valores ideais para o tipo de suspenso que se deseja criar.Os mtodos de obteno de constantes de elasticidade e de fatores de amortecimento tambm podem serutilizados de forma reversa (como premissas do projeto), desenhando-se ento uma suspenso especfica para os

parmetros que se tm.A partir da bancada desenvolvida possvel facilmente se estudar possveis geometrias de suspenso

fisicamente, antes de uma aproximao a partir se softwares, facilitando a visualizao, principalmente para aqueles queesto iniciando seus estudos acerca de suspenses. Ela pode, portanto, ser usada como mtodo didtico de estudo.

6. Agradecimentos

Agradeo a todos os membros da Equipe POLI de Mini Baja por todo o conhecimento que tive a oportunidadede dividir com cada um deles, no apenas sobre suspenso como tambm sobre diversos outros subsistemasautomotivos e principalmente sobre trabalho em equipe. Agradeo em especial aos professores Roberto Ramos Junior e

Marcelo Augusto Leal Alves, que tanto contriburam para o crescimento dessa equipe.

7. Referncias Bibliogrficas

KAMINSKI, P.C. Desenvolvendo produtos, planejamento, criatividade e qualidade. LTC Editora S.A., 1. ed. Riode Janeiro, 2000.

SERVIO DE BIBLIOTECAS DA EPUSP. Diretrizes para apresentao de trabalhos Finais. So Paulo, 2005.Site http://pt.wikipedia.org, acessado em 11/03/2006.Site http://www.planetaoffroad.com.br, acessado em 18/03/2006.Site http://www.mecanicaonline.com.br, acessado em 8/04/2006

8. Direitos Autorais

Automotive Suspension Study Focused on Off-Road Vehicles

Rogrio Bocuzzi MacorinE-mail: [email protected]

Abstract. This project main purpose is to study the automotive suspension system, clarifying the influences of many existing

geometries configurations, focusing on off-road vehicles solutions. At the end of this study, a bench will be manufactured, where ahalf front geometry can be configured with many possibilities of sizes and angles (respecting the bench limitations) and a physical

test of the suspension vertical movement and tire rotation could be done, visualizing this way the suspension reaction for thegeometry implemented.

Keywords. Suspension, Off-Road Vehicle
http://pt.wikipedia.org/wiki/Suspens?o_automotivahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Suspens?o_automotivahttp://www.planetaoffroad.com.br/http://www.mecanicaonline.com.br/http://pt.wikipedia.org/wiki/Suspens?o_automotivahttp://www.planetaoffroad.com.br/http://www.mecanicaonline.com.br/

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