Les enjeux des définitions pragmatiques du droit

Se as estradas e pistas onde os veículos circulam fossem perfeitamente lisas as suspensões não seriam necessárias, pelo que existem alguns veículos de competição tais como os karts que prescindem destes componentes. No entanto, para além de possibilitar o conforto, as suspensões são usadas para afinar o chassis para o melhor comportamento numa dada situação. [5]

As funções essenciais da suspensão são:

• Assegurar conformidade vertical para que as rodas condigam seguir sobre piso irregular, isolando o chassis das deformações da estrada;

• Manter as rodas com direcção e camber adequados á superfície do piso;

• Reagir às forças de controlo produzidas nos pneus – forças longitudinais (aceleração e travagem), laterais (em curva), e aos momentos gerados pela aceleração e travagem.

• Resistir ao roll do chassis;

• Manter os pneus em contacto constante com a estrada com o mínimo de variação de carga.

A suspensão e sua correcta afinação são um factor fundamental para o comportamento de uma viatura, uma vez que esta tem que estabelecer a ligação entre as rodas e o chassis, suportar as irregularidades do piso e oscilações da carroceria. Uma suspensão é constituída essencialmente por um elemento capaz de armazenar energia potencial e um dissipador de energia, mola e amortecedor respectivamente. A mola suporta toda a massa suspensa e liga-a à massa não-suspensa, enquanto o amortecedor dissipa a energia resultante das deformações da mola. [1]

A massa do chassis e de todos os componentes nele acoplados na qual se incluem os ocupantes é designada por massa suspensa, esta massa é suportada pelas molas que têm a função de isolar o chassis das irregularidades do piso conferindo um maior conforto aos ocupantes. Os restantes componentes são considerados não-suspensos e estão ligados às rodas (travões caso sejam outboard, jantes, pneus, etc.) por isso acompanham as irregularidades do solo. No entanto alguns componentes que fazem a ligação entre estes dois grupos não se incluem totalmente em nenhum dos dois pelo que a massa desses componentes distribui-se pelos dois grupos consoante a sua posição e característica.

A relação entre a massa suspensa e não-suspensa tem um grande efeito no comportamento dinâmico do veículo pelo que essa característica pode ser definida por um rácio, dividindo a massa total suspensa pela massa não-suspensa nas quatro rodas do veículo, ou calculando separadamente para cada extremidade do veículo a massa suspensa na frente ou traseira do

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23 carro sobre a massa não-suspensa da frente ou traseira, respectivamente. Este rácio irá exprimir características intrínsecas ao veículo, por exemplo um rácio de cinco é próprio de um veículo luxuoso no qual a massa suspensa é elevada, pelo que o conforto dos ocupantes é beneficiado. No caso das viaturas de competição procura-se diminuir tanto a massa suspensa como a não-suspensa e obter rácios mais baixos. Desta forma o handling do veículo em piso irregular será beneficiado. [5]

A geometria de uma suspensão remete-nos para o estudo de uma área complexa sobre a forma como a massa não-suspensa está ligada com a massa suspensa. Esta ligação irá definir o movimento linear e angular que a jante e o pneu irão sofrer após uma alteração da posição estática, quer pelo efeito da irregularidade da estrada na massa não-suspensa ou pelo movimento da massa suspensa como resposta á transferência de massas que ocorre por acelerações em variadas direcções. [4]

A forma desse movimento e sua trajectória dependem do comprimento relativo e inclinação dos elementos que fazem a ligação entre a massa não-suspensa e suspensa (links), enquanto a magnitude das deflexões depende, por sua vez, do comprimento absoluto desses links, massas em jogo, força que está a ser aplicada e ainda pela localização das molas de suspensão e barras estabilizadoras (e suas características). [3]

Como em muitas outras áreas do veículo, a geometria das suspensões é um compromisso entre eficiência, massa e preço. O principal requerimento é manter todas as rodas, e particularmente as rodas direccionais, sempre em contacto com a estrada. É também importante que a suspensão beneficie o handling, isole o veículo das irregularidades do piso e permitam que o propulsor e sistema de transmissão consigam transmitir a potência disponível para o solo. A principal dificuldade surge no compromisso entre a aderência á estrada e o conforto dos ocupantes.

Num veículo desportivo ou de competição o principal interesse dos designers é, ou deveria ser, manter o máximo de contacto dos pneus com a estrada. Sumariamente, isto significa manter as rodas, e particularmente as rodas exteriores a uma curva, na vertical quando o veículo está a descrever essa mesma curva. Ao curvar, uma grande parte da massa do veículo é transferida para as rodas exteriores pelo que manter essas rodas na perpendicular (aumentando a área de contacto do pneu com o solo) é uma tarefa de grande importância. Inicialmente suspensões muito rígidas eram consideradas essenciais no design de veículos de competição para limitar o roll e o pitch da carroceria, mas o uso de molas demasiado rígidas resulta no contacto intermitente das rodas com o solo, particularmente em superfícies irregulares. Actualmente a tendência é usar molas mais macias (e progressivas) aliadas a amortecedores muito eficientes, que permitem um movimento considerável das rodas em superfícies irregulares mas possibilitam também um contacto firme com o solo. [8]

O design da geometria do sistema de suspensão consiste primeiramente na escolha do tipo de suspensão a ser aplicada e seguidamente na definição dos pontos de ancoragem, comprimento absoluto e relativo e inclinação das conexões (links) e na distância entre eixos e largura de vias que deverão proporcionar no melhor compromisso da localização dos centros de

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24 rolamento, assim como a trajectória de cada um dos pneus para a competição a que se destina. Também deve prever que o dimensionamento de todos os componentes e sua articulação seja adequado para que consiga suportar as forças a que vai estar sujeita. [3]

Muitas viaturas de competição usam como base automóveis destinados á circulação rodoviária pelo que a geometria das suas suspensões raramente foi concebida para satisfazer um melhor compromisso dinâmico, mas para se adaptar à concepção do chassis, possuir uma concepção simples e economicamente favorável, com a excepção dos veículos desportivos e principalmente nos super-desportivos. O veículo que será objecto de estudo deriva de uma viatura de produção em série, pelo possui soluções de suspensão que não são consideradas as mais vantajosas.

As suspensões e suas geometrias podem ser classificadas segundo dois grandes grupos, as suspensões dependentes e independentes que seguidamente explicaremos.

3.6.1.1. Suspensão dependente

Este tipo de suspensão consiste na solução mais simples onde um eixo rígido é o responsável por acoplar uma roda em cada uma das suas extremidades (daí a designação de suspensão de eixo rígido), por isso cada movimento de uma roda é transmitido á roda oposta, obrigando estas a moverem-se conjuntamente. Os eixos rígidos podem ser de tracção ou não.

Os eixos de tracção (denominados por solid drive ou live axles – ver Figura 19) são usados na traseira de muitos automóveis e veículos pesados e á frente em alguns veículos de todo-o- terreno. Por sua vez, os eixos rígidos, sem tracção (dead ou non-driving), podem ser usualmente encontrados em veículos de carga pesados, onde é requerida a capacidade de suportar cargas elevadas (uso de molas de lâminas), ou na traseira de muitos automóveis actuais aliados a uma barra de torção (eixos de torção) ou molas helicoidais (ver Figura 20).

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25 A vantagem dos eixos rígidos é que o câmber das rodas não é alterado devido ao roll da carroceria, no entanto possuem muito pouco câmber a curvar com excepção da deformação que é devido á excessiva compressão dos pneus exteriores a uma curva. Por outro lado, o alinhamento das rodas é raramente mantido, agravando o desgaste dos pneus e a performance do veículo.

A configuração dos eixos rígidos de tracção pode ser de vários tipos como por exemplo Hotchkiss (ver Figura 19), De Dion, Four link, entre outros.

Concretamente no caso do Four link, tipo de suspensão usada na traseira veículo que irá ser objecto de análise (ver Figura 21), a sua configuração deriva da Hotchkiss, representado na Figura 19, e as principais diferenças situam-se ao nível das molas que passam as ser helicoidais e a inclusão de quatro barras de ligação do eixo ao chassis (four links), duas delas inferiores e as restantes superiores. As barras inferiores controlam o posicionamento longitudinal enquanto as duas barras superiores actuam ao nível da deslocação lateral e momentos resultantes da aceleração e travagem no eixo. Apesar de este tipo de suspensão se revelar mais dispendiosa do que as suspensões com molas de lâmina, o design geométrico do four link possibilita um melhor controlo da localização do centro de rolamento, anti-squat (oposição ao movimento de pitch resultante da aceleração do veículo em linha recta) e anti- dive (oposição ao movimento de pitch resultante da travagem) e propriedades do roll steer (alteração do toe devido ao movimento de roll da carroceria). [1]

Figura 21 – Eixo rígido com four link. Amortecedor

Mola

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26 3.6.1.2. Suspensão independente

Ao contrário dos eixos rígidos, as suspensões independentes permitem que cada roda se desloque verticalmente sem com isso afectar a roda do lado contrário de um mesmo eixo. As suspensões independentes podem ser encontradas na frente de todo o tipo de veículos desde automóveis de passageiros a veículos de carga, porque apresentam as vantagens de fornecer mais espaço para alojar o motor e melhor resistência às vibrações da direcção. Possuem ainda a possibilidade de facilmente controlar o centro de rolamento pela escolha da geometria dos braços de suspensão, controlar o contacto dos pneus com o solo para diversos movimentos da suspensão, maiores movimentos da suspensão e maior resistência ao roll da carroceria.

Os principais tipos de suspensões independentes são Trailing-Arm (representada na Figura 22), Semi-Trailing Arm, Multi-Link, Double Wishbone (SLA na Figura 23), McPherson (ou também designada por MacPherson representada na Figura 24). [1]

Figura 22 – Trailing arm. Figura 23 – Double wishbone.

Relativamente á suspensão independente do tipo McPherson, solução usada no eixo frontal do veículo que será alvo de estudo (ver Figura 24), foi desenvolvida por Earle S. MacPherson e a sua geometria recorre ao uso de uma estrutura aliada a um braço inferior. A estrutura é um membro telescópico que incorpora o amortecedor (e normalmente também a mola), e no seu extremo inferior acopla a “manga de eixo” que faz a ligação à roda, de forma que a estrutura mantém a roda na direcção de camber. A extremidade superior está fixa à carroceria ou chassis, enquanto a inferior é acoplada a um braço (ou mais) que será responsável por suportar as forças laterais e longitudinais.

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27 Figura 24 – Estrutura McPherson.

A estrutura McPherson é frequentemente usada, segundo algumas variações, no eixo da frente na maioria dos veículos utilitários, pequenos familiares e em muitos veículos desportivos de grande turismo. A sua popularidade deve-se ao facto de ser uma solução economicamente rentável em termos de produção aliada ao bom controlo do camber. No entanto a alteração de camber não é tão fácil, devido á dificuldade em se conseguir componentes com a resistência suficiente, especialmente quando são usados pneus de competição (slicks). Por outro lado é impossível posicionar a estrutura dentro da largura da roda, pelo que é criado um offset que será excessivo se a largura de vias for aumentada, como é frequente em veículos de competição. [3]