07 suspenses automotivas

7/25/2019 07 Suspenses Automotivas

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Suspenses automotivas 1ENG 03031Dinmica de Veculos

SUSPENSES AUTOMOTIVAS


Funes primrias do sistema de suspenso Proporcionar flexibilidade vertical de forma que os pneus possam seguir a pista

no uniforme, isolando o chassi das irregularidades da pista,

Manter os pneus na direo apropriada e camber superfcie da pista,

Reagir s foras produzidas pelos pneus foras longitudinais (acelerao efrenagem), foras laterais (curvas) e torques de frenagem e acelerao,

Resistncia rolagem do chassi,

Manter as rodas em contato com a pista com a mnima variao de carregamento.


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Hotchkiss a forma mais comum de eixo nico.

O eixo posicionado por feixes de molassemi-elpticas, sendo conduzido por umcardam com juntas universais.

As molas so presas ao chassi nos extremos ecom o eixo no ponto meio.

O feixe de molas talvez o mais simples e barato de todos os sistemas utilizados emsuspenses, mas apresenta como desvantagemsua excessiva flexibilidade vertical e rigidezlateral-longitudinal.

Tambm, seu grande comprimento paracoeficientes de mola pequenos, atrito entre asmolas e a perda de estabilidade lateral pesamcontra sua utilizao.

Eixo nico


Four link

Em resposta s carncias apresentadas pelo modelo hotchkiss, o sistema four linkapresenta braos inferiores que controlam esforos longitudinais e braossuperiores que absorvem os torques de frenagem/acelerao e esforos laterais.

Embora mais caros que o feixe de molas, sua forma geomtrica permite melhorcontrole da localizao do centro de rolagem e performance anti-squat e anti-dive.

Eixo nico (cont)


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Suspenso Trailing Arm

Um dos sistemas independentes dianteiros mais simples e econmicos. Apresenta braos de ligao com iguais tamanho, ligados s rodas em uma extremidade, e em barras torcionais na outra extremidade. Essas barras torcionais que fornecem oefeito de mola na suspenso. Com seu desenho as rodas permanecem paralelas aoveculo e curvadas com o rolamento do veculo.


Suspenso Dianteira SLA

De funcionamento semelhante ao apresentado anteriormente, no entantoapresentam os braos inferiores e superiores com tamanhos diferentes. Os braos possuem a forma de A, sendo tambm conhecidos por A-armsuspension.

O desenho da geometria de uma suspenso SLA exige muito cuidado paraa obteno de uma boa performance. A diferena de tamanho entre os braos propicia boa angulao da roda externa em curvas, no entanto prejudica aangulao da roda interna.


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MacPherson Strut

De estrutura similar ao SLA, apresentando como componente substitutoao brao superior um suporte telescpico, que incorpora um efeito amortecedor.Muito utilizado em carros com trao dianteira, devido ao espao que propicia.Apresenta como vantagem a capacidade de suspenso com uma rea pequena.Sua desvantagem sua altura excessiva, que causa limitaes de desenho.


Suspenso traseira Multi-Link

Caracterizam-se por apresentarem no mnimo quatro barras, comconexes rotuladas, no apresentando momentos. Em alguns casos soutilizadas at mesmo cinco barras, para um maior controle nos ngulos da rodaem curvas. Seu uso permite grande flexibilidade no projeto para obteno dosmovimentos de roda desejados.


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Suspenso Traseira Trailing-Arm

Utilizadas em carros de alta performance. Os braos absorvem foraslongitudinais e momentos de frenagem, controlando a elevao e abaixamentodo carro em aceleraes e frenagens. A suspenso independente tem a vantagemde reduzir o peso no amortecido pelas molas.


Eixo Articulado

A maneira mais fcil de se obter suspenso traseira independente atravs do sistema de eixo articulado. Utiliza-se um sistema de pivotamentocentral no eixo, que ocasiona grandes deformaes no ngulo das rodas duranteas curvas. Isso constitui um grave problema que a elevao do carro, gerandoum maior momento que pode vir a ocasionar o tombamento do veculo.


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Princpios Anti-Squat e Anti-Pitch

+=

Lh

g a

Lb

W W xr

O segundo termo do lado direito deve-seao efeito de transferncia de peso.

A transferncia de peso para as rodas e para o eixo feita principalmente pelasuspenso.

O carregamento nas rodas traseiras deum veculo aumenta com a transfernciade peso longitudinal que ocorre duranteacelerao.

A carga no eixo traseiro dada por:

Assim, h o efeito implcito do Power Squat , que a compresso na suspensotraseira de veculos com trao traseira.

Isto causar um alvio de carga nasuspenso dianteira do veculo.

A combinao destes dois efeitosenvolve o balano - pitch - do veculo.

O sistema de suspenso projetadoconsiderando a transferncia de peso e para minimizar o squat e o pitch.


Anlise do Trailing Arm equivalente

Princpios Anti-Squat e Anti-Pitch (cont)

Foras anti-squat so geradas no eixo motriztraseiro pela escolha da geometria dasuspenso.

As suspenses so funcionalmenteequivalentes aotrailing arm com relao reao das foras e momentos no veculo.

Considera-se um eixo motriz restrito por braos de controle superior e inferior.

F x: fora motriz horizontal no solo.

F z ; reao vertical no solo causada pelascomponentes verticais das foras dos braosde controle.

As cargas estticas verticais sodesconsideradas na anlise.

Escrevendo a segunda lei de Newton nasdirees vertical e horizontal, e o equilbrio demomentos em torno de O,

Foras atuando no sistema de suspenso do eixo motriz

0coscos 2211 =+ P P F x0sinsin 2211 = P P F Z

0)cos( 1112 = z P z F x

11

21 cos z

z F P x=

Da primeira e ltima equao, e aindaconsiderando ngulos pequenos,


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Anlise do Trailing Arm equivalente(cont)


Foras atuando no sistema de suspenso no eixo motriz

2

1

2

2 cos

1

+

= z z

F P

x

Da primeira e ltima equao, e aindaconsiderando ngulos pequenos,

21

21

1

2

2211

tan1tan

sinsin

++=

+=

z z

F z z

F

P P F

x x

Z Assim,

d z e

d e z z 2

212

1 tantan ==

Da geometria,

Logo, a relao de foras resulta,d

e

F

F

x

z =

A expresso idntica aquela obtida se os braos de controle so substitudos por um brao nico (trailing) pivotado na carroceria nainterseo projetada dos braos.

A interseo um ponto de reao virtual ondea reao do torque dos braos da suspenso podem ser resolvidos em foras longitudinais everticais impostas na carroceria do veculo.


Anlise do Trailing Arm equivalente(cont)


Como qualquer suspenso funcionalmenteequivalente ao braotrailing , o desempenhoanti-squat avaliado considerando o diagramade corpo livre do eixo motriz traseiro.

Ponto A: piv imaginrio na carroceria.

Como o brao parafusado rigidamente ao

eixo, apresenta a habilidade de transmitir umafora vertical massa suspensa projetada pararesistir o squat.


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+=

+=

Lh

K d e

K Lh

K a

g W

L

K a

Lh

g W

Ld e

K a

g W

L K a

Lh

g W

L

f r r x

f

x

r

x

r

x P

1111

111

Lh

Lh

Lh

d e 2=+

Eixo motriz nico traseiroPrincpios Anti-Squat e Anti-Pitch (cont)

A carga por pneu consiste de um componenteesttico mais o dinmico da transferncia decarga na acelerao.

Com o peso do eixo desprezvel, a soma demomentos em torno de A no equilbrio fornece:

r r x xr

xr rs xrs A

K d e

F a Lh

g W

W

e F d W d W d a Lh

g W

d W M

==

=+= 0

W rs: carga esttica no eixo ou na suspensoW r : carga na suspenso pela acelerao

K r : constante de mola na suspenso traseira r : deflexo da suspenso traseira(+ jounce )

A suspenso dianteira fica sujeita a umadeflexo para cima(rebound ),

f f x f K a Lh

g W W ==

O ngulo de pitch p do veculo na acelerao a soma das deflexes pela distncia entre eixos.

f

x

r

x

r

x f r P K

a Lh

g W

Ld e

K F

L K a

Lh

g W

L L111 +=

=

Substituindo a fora F x igual a (W / g )a x temos

O ngulo de pitch p zero resulta para,

f

r

K K

Lh

Lh

d e +=

Condioanti-pitch total,


+=

Lh

K d r e

K Lh

K a

g W

L f r r x P

1111

Trao traseira com suspenso independentePrincpios Anti-Squat e Anti-Pitch (cont)

Existe uma reao do torque de trao que atuano sistema igual aT d =r F x (r : raio do pneu).

O diferencial montado na carroceria impondoum torque motriz atravs dos eixos meios.

0)( =+= r e F d W d W d a Lh

g W

d W M xr rs xrs A

Logo, ongulo de pitch p resulta,

f

r

K K

Lh

Lh

d r e +=

Compensao total do squatch ,

Anti-squatch de 100% na suspenso traseiracorresponde a (e-r )/d =h/ L.

Trao dianteira com eixo nicoO ngulo de pitch p resulta,

r

f

K

K

Lh

Lh

d e =

Condio total deanti-lift,

++=

Le

K Lh

K Lh

K a

g W

L f f r x P

1111

O primeiro termo do lado direito a condioanti-lift no eixo dianteiro, ao invs de anti-squat no eixo traseiro


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Trao dianteira com suspenso independentePrincpios Anti-Squat e Anti-Pitch (cont)

O ngulo de pitch p resulta,

r

f

K

K

Lh

Lh

d r e =

Condio total deanti-lift,

++= L

r e K L

h K L

h K

a g W

L f f r x P

1111

Trao independente nas quatro rodas

++=

f

f

f f r

r

r r x P d

r e

K Lh

K d r e

K Lh

K a

g W

L

)(1)()1(11

Seja a frao da fora de trao totaldesenvolvida no eixo dianteiro,

x xr x xf F F F F )1( ==

A mudana de carga em cada eixo dada por,

f f f

f x x f

r r r

r x xr

K d

r e F a

Lh

g W

W

K d

r e F a

Lh

g W

W

=

+=

== )1(

A equao de pitch resulta,

Observa-se na equao que o desempenhoanti- squat e anti-pitch depende de uma combinaonas propriedades do veculo: geometria dasuspenso, rigidez da suspenso e distribuiode foras trativas.

Caso um ou ambos os eixos fossem nicos,r =0no eixo pertinente.


A transferncia de carga longitudinal porcausa da frenagem causa o balano do veculo para frente produzindo obrake dive .

Os mesmos princpios usados para o clculoda resistncia da suspenso ao squat naacelerao so usados para a gerao de forasanti-dive na frenagem.

As condies anti-dive so obtidas para,

Lh

d e

f f

f

== tan

Geometria da Suspenso Anti-Dive

Suspenso dianteira:

Lh

d e

r r

r

)1(tan

==Suspenso traseira:

: frao da fora de frenagem desenvolvidano eixo dianteiro

Para obter 100% anti-dive dianteiro e 100%anti-lift traseiro, o piv para o brao efetivodeve cair no locus dos pontos definidos nestasrelaes.

Se os pivs so localizados abaixo do locus,anti-dive


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Na prtica, 100% anti-dive raramenteusado. O mximo anti-dive, raramenteexcede 50%. Isso ocorre por certas causas:

Anti-dive completo requer que o pivotamento esteja localizado acima do

ponto requerido para oanti-squat total; Com anti-dive completo, o ngulo decaster da suspenso dianteira podeaumentar demais o esforo na direodurante a frenagem;

A geometria do sistema de direorequerido seria muito complexo;

Na suspenso traseira, problemas deoversteer podem ser criados pela altalocalizao do piv;

O desempenho de NVH pode sercomprometido.

Geometria da Suspenso Anti-Dive(cont)


ANLISE DOS CENTROS DE ROLAGEM

Centro de rolagem do carro o ponto onde as foras lateraisdesenvolvidas pelas rodas so transmitidas ao veculo.

Cada suspenso tem seu centro de rolagem, definido como oponto no plano transversal ao centro das rodas onde as foras lateraisdevem ser aplicadas ao veculo sem produzir angulao nas rodas.

Ponto de reao virtual fisicamente a interseco entre os eixosde qualquer par de braos de controle de uma suspenso


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Suspenso traseira do tipo four-link

Neste tipo de suspenso, a mudana na inclinao do eixo derolagem durante as curvas freqentemente grande, em relao aoutros tipos de suspenses. O centro de rolagem se localizarelativamente alto comparado a outras suspenses, incorrendo em ummomento de rolagem excessivo nas rodas traseiras. Porm, o alto

centro de rolagem ajuda a reduzir vibraes no eixo.


Suspenso traseirado tipo Three-link

O link superior noreage s foras laterais e,portanto, ignoradonesta anlise.Geralmente este tipo de

suspenso tem o centrode rolagem mais baixo doque o four-link. Tambma inclinao do eixo derolagem permanecerelativamente constantedurante rolagem do carroe variaes de carga.


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Four-link com braos paralelos

Ponto A o ponto virtual de reao dos braos menores. O pontoB indefinido, porm se sabe que ele se encontra na extenso da linhade centro do brao inferior em algum lugar no infinito.


Suspenso do tipo Hotchkiss

O centro obtido atravs da reta que une os dois pontos defixao do feixe de molas, e sua interseco com a linha central doveculo. Esse resultado pode parecer estranho a primeira vista, masvalores experimentais comprovam sua utilizao.


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Centros de Rolagem de Suspenses Independentes

O procedimento utilizado no clculo dos centros de rolagem desuspenses independentes descrito abaixo:

Encontra-se o ponto de reao virtual A,

Traa-se uma linha entre o ponto A e o ponto de contato entre pneu e

solo, O ponto de rolagem ser a interseco da linha anteriormente traada

com a linha de centro do veculo.


Alguns casos tpicos de centro de rolagem de suspenses independentes:


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SUSPENSES ATIVAS

O objetivo principal das suspenses ativas propiciar acapacidade de adaptao das caractersticas do sistema de acordo comas solicitaes. Se dividem em:

Suspenses passivas: compostas por um sistema armazenador (mola)e dissipador (amortecedor) de energia. No varia com o tempo.

Suspenses auto-regulveis: muito semelhante ao modelo passivo, noentanto possui caractersticas adaptativas. o caso das suspenses aar, muito comuns em caminhes, onde a rigidez da mola se adapta aopeso da carga.

Suspenses passivas: compostas por um sistema armazenador (mola)e dissipador (amortecedor) de energia. No varia com o tempo.


Suspenses semi-ativas: possui um sistema de mola e amortecedor quetm suas caractersticas alteradas por sinais externos. Dividem-se em:

Slow-active: responde rapidamente s solicitaes, no entanto,necessita de muito tempo para voltar aos parmetros originais.

Low-bandwidth: possui caractersticas para carregamentos quevariam entre 1-3Hz.

High-bandwidth: tem a mesma capacidade do modelo anterior,alm de se adaptar a freqncias de 10-15Hz.

Suspenses totalmente ativas: Possuem um atuador, geralmente umcilindro hidrulico, que gera as foras desejadas na suspenso.

Esse sistema sofre a mesma classificao do sistema desuspenses semi-ativas.

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