As suspensões são a interface entre o solo e a carroceria do veículo e incluem as molas, os amortecedores, as buchas, as rodas e os pneus, além da própria estrutura. É a chamada massa não suspensa que, quanto mais leve, melhor, permitindo o controle mais eficiente dos movimentos oscilatórios/vibratórios que chegam aos ocupantes do veículo.
Não fossem as molas, aceleração vertical sobre os ocupantes causadas pela irregularidades do piso seria intolerável, mesmo que o veículo rodasse sobre pneus. As molas servem para reduzir significativamente essa aceleração.
A suspensão, com molas, surgiu bem antes do automóvel, aplicada aos veículos de tração animal, com o da foto acima, que abre esta matéria.
Particularmente. as molas armazenam e liberam a energia gerada pelos impactos dos pneus com o solo. Os amortecedores complementam o sistema, gerenciando as velocidades dos elementos das suspensões, em movimentos independentes de compressão e distensão, transformando a energia mecânica gerada em calor.
Na realidade, amola armazena energia em seu movimento de compressão e o amortecedor a dissipa de maneira controlada tanto na compressão quanto na distensão.
São vários os tipos de molas utilizadas como elementos da suspensão, sendo as helicoidais as mais comuns e também as mais simples de serem projetadas. Além disso, é esse tipo de mola que mais energia armazena por peso. A maioria dos veículos com tração dianteira adota este tipo de mola, fazendo parte do sistema de suspensão McPherson, também preferida por sua construção simples, compacta e eficiente por dispensar o braço de controle superior.
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Além das helicoidais, existem outros vários tipos de molas utilizadas como meios elásticos da suspensão, por exemplo, as de torção, as de feixe de lâminas semi-elípticas e a sua evolução, as parabólicas, de lâmina única, cuja seção pode ser variável em dois planos — mais larga nas extremidades em vista de planta e mais grossa no centro, em vista lateral.
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As molas tem algumas características fundamentais em seu projeto, sendo as mais importantes a sua constante ou rate e a sua freqüência natural, quando associada a uma massa em regime oscilatório.
A constante da mola é a relação entre a carga aplicada e a deflexão resultante, normalmente expressa em N/mm (newtons por milímetro). Quanto mais newtons forem necessários para defletir a mola em 1 mm, mais dura é a mola.
A oscilação própria ou freqüência natural na interação com uma massa associada é definida matematicamente com a seguinte relação:
Sendo k = constante da mola, m a massa associada, Pi a constante universal 3,1416 e f= freqüência natural em hertz (Hz), por exemplo.
Outro parâmetro importante a ser considerado é a freqüência de ressonância.
Sempre que um movimento induzido coincidir com a freqüência natural do sistema, haverá o fenômeno ressonante, que nada mais é do que um aumento pontual significativo da aceleração resultante.
No Campo de Provas da Ford na cidade de Tatuí, no interior do estado de São Paulo, existe uma pista especial chamada de prancha de lavar roupa (washboard), que nada mais é que uma superfície com ondulações constantes ao longo de seu comprimento. Dependendo da velocidade de passagem, é encontrada a ressonância do sistema e o veículo parece que vai explodir, tamanha as acelerações verticais resultantes.
Falando de freqüências de ressonância, os órgãos do nosso corpo também as têm e por este motivo o projeto do veículo em termos de suspensões, amortecimentos, rigidez de carroceria e bancos, deve atentar para evitar a coincidência das freqüências geradas no contacto pneu com o solo com as transmitidas ao corpo dos ocupantes.
Veículos mais equilibrados neste aspecto tendem a cansar menos os ocupantes tanto em tráfego de estrada quanto em cidade.
Como a coincidência de freqüências pode ocorrer de várias maneiras, o grau de amortecimento do sistema ajuda a diminuir a amplitude ressonante, melhorando o conforto dos ocupantes do veículo.
Na realidade, o que realmente se faz sentir é o rate da suspensão, ou seja, a força de carga na roda em função do seu curso vertical, incluindo o seu fator de amortecimento.
Os valores de freqüência primária das suspensões varia de 0,5 a 1,5 Hz para carros de passeio.
Importante também é o balanceamento das freqüências primárias entre a suspensão dianteira e a traseira, de maneira a garantir um conforto de rodagem sem “arremessos” e sem movimentos de “cavalgar”. Normalmente a freqüência primária dianteira é menor que a traseira, dependendo principalmente da distância entre eixos do veículo.
As barras estabilizadoras são um recurso inteligente que aumenta o rate da suspensão dianteira somente quando necessário, por exemplo, em uma manobra transiente de desvio de obstáculo ou numa curva. Quando o veículo esta em condição de cruzeiro, pista lisa e sem ondulações relevantes, a barra não trabalha. Desse modo consegue-se conciliar conforto de marcha com resistência à rolagem. Sem a barra estabilizadora a mola terá de ter rate mais alto, será mais dura. Essa solução é normalmente usada nos carros de entrada, de menor preço. Deve ficar claro que um veículo sem barra estabilizadora não apresenta nenhum tipo de problema se a suspensão for projetada para funcionar sem a barra.
Outro detalhe interessante é que para freqüências vibratórias altas , as buchas e os isoladores de borracha é que agem como filtros, evitando a transmissibilidade para a carroceria.
Resumindo, os sistemas de suspensão têm as seguintes funções:
– Suportar a carga do veículo mantendo a altura nivelada de rodagem
– Manter os pneus em contacto com o solo
– Manter o conforto primário ao motorista e passageiros
– Isolar as vibrações
– Prevenir/reduzir os danos ao chassis e carroceria em impactos, buracos, redutores de velocidade, valetas etc.
– Manter o correto alinhamento dinâmico das rodas
– Evitar movimentos oscilatórios indesejáveis da carroceria.
Vamos rever alguns sistemas mais sofisticados de suspensão, as semi-ativas e as ativas.
As suspensões com molas e amortecedores tradicionais são referidas como “passivas” e a maioria dos veículos adota esta configuração.
As suspensões “semi-ativas” controlam basicamente as características dos amortecedores. Um solenóide (atuador eletromagnético) altera o fluxo do meio hidráulico no interior do amortecedor, interagindo principalmente com a variação dos orifícios de progressão e das válvulas. Dos sistemas sofisticados, é o mais barato.
Outro tipo de suspensão semi-ativa adota os amortecedores magnetoreológicos, desenvolvidos pela Delphi Corporation para a General Motors — MagneRide, seu nome patenteado. O fluido do amortecedor contém partículas metálicas emulsionadas e controladas eletromagneticamente, alterando as curvas de compressão e distensão dependendo das condições de rodagem. Na realidade, é a variação da corrente elétrica gerada no amortecedor que altera o seu comportamento dinâmico.
Como sempre, encerro a matéria com uma homenagem. Elogios ao Ford Focus que desde o seu lançamento em 2000, tem preservado suas excelentes características de conforto e dirigibilidade.
CM
