Acelerando o TREM

Seguindo os posts sobre dinâmica veicular, vou continuar postando aqui como esse negócio funciona (de maneira bem básica).
Sem mais enrolação, vamos ao que interessa:
Quando um carro acelera, freia ou faz curva, o efeito da massa atua alterando momentaneamente as forças que atuam nas rodas, isso foi explicado no post sobre o CG. Como comentei antes, a massa do carro apenas reage à força que os pneus fizeram para acelera-lo (aceleração longitudinal e/ou lateral). Mas a questão nesse post é analisar de que maneira essas forças atuam sobre o chassi.
Como a roda não é presa de maneira rígida ao chassi (então não estamos falando de um kart) a força que as rodas fazem para mover o carro devem percorrer a suspensão para chegar ao chassi e faze-lo ir para onde se quer.
Então para descobrir como o carro vai atuar ao sofrer uma aceleração basta analisar a geometria da suspensão do carro. O grande lance está em analisar o ponto de reação da suspensão, que pode ser tanto um ponto imaginário (caso de suspensões do tipo multilink, ou um four-link) ou um ponto real mesmo (caso dos tipos swing axle ou trailing arm), basta observar o esquema na imagem.
Então para saber o que acontece com o chassi, basta ter em mente que a força do motor será descarregada no chassi através desse ponto. Há também que se levar em conta que a força não age na horizontal, ou seja, ela não “empurra” simplesmente o carro para frente, a força vem das rodas que estão em contato com o chão.
Aqui vale uma nota: quando o torque das rodas é gerado dentro da suspensão (caso dos freios outboard que são a maioria esmagadora, ou do eixo vivo (traseira do opala)) a força que vem das rodas para o chassi, fica no sentido do ponto de contato da roda com o chão, em direção ao ponto de reação da suspensão.
Já no caso onde o torque é gerado fora da suspensão (caso dos freios inboard, e no caso da tração, todos os casos onde o diferencial é preso no chassi), a força vai do centro da roda em direção ao ponto de reação da suspensão.
Quem esta lendo já deve ter percebido que o vetor da força raramente esta na horizontal, o que implica que parte da força esta realmente empurrando o carro para frente (horizontal) e outra, esta atuando na vertical.
Essa resultante vertical afeta a maneira como o chassi vai se comportar durante a aceleração (frenagem também). Dependendo da quantidade de força vertical aplicada, o carro pode tanto comprimir, estender, ou manter imóvel a suspensão de tração.
Vale lembrar que essas considerações só funcionam no eixo de tração. Então, pra um carro de tração traseira, a dianteira vai SEMPRE erguer, e no caso de um tração dianteira, a traseira vai SEMPRE abaixar. Isso por causa da transferência de carga.
Com isso é possível ajustar a suspensão do carro a fim de obter a melhor tração. Isso mostra de novo a importância de se saber a posição do centro de gravidade (centro de massas) do carro, ja que toda reação do chassi se baseia nessa posição e todos os cálculos dependem dessa informação.

PORQUE O SACO DE CIMENTO NÃO FUNCIONA (COMO OS PNEUS FUNCIONAM-parte1)

Ah! Essa é clássica: “Tive um Opala, e sabe como é... tinha q colocar um (já chegou a 3) saco de cimento no porta malas pra segurar a traseira dele, senão ia embora”.

Bom, como já comentei no post da suspensão traseira esse fato no caso especifico do Opala acaba colocando a suspensão traseira em uma posição mais baixa, levando ela de volta para a posição para a qual ela foi projetada na Alemanha, corrigindo a geometria quando o carro entra em curva. Mas tirando o caso especifico do Opala e essa peculiaridade, também já ouvi essa mesma lógica com outros carros e com o saco de cimento variando de posição, mas aqui vale uma explicação de como o pneu funciona.

Conforme pode ser visto no gráfico (retirado do livro Race Car Vehicle Dynamics – MUITO bom, recomendo! Comprem! Ou não, vc é que sabe), a força lateral que o pneu é capaz de gerar depende da força que age em cima dele. Cada linha representa uma força atuando em cima do pneu. Em outras palavras, quanto mais “peso” em cima, mais força de atrito ele tem. Ué! Mas então o saco de cimento deveria funcionar....

Então, não. O grande lance é que (como o próprio gráfico mostra), o ganho não é linear, ou seja a medida que se coloca peso, o ganho em aderência não é proporcional. Por exemplo, se em um primeiro momento tínhamos 500kgf de peso em cima do pneu e ele tinha capacidade de gerar 500kgf de força de atrito, quando passamos esse peso para 600kg por exemplo, a força de atrito vai ser de 580kgf (isso é um exemplo chutado da minha cabeça). O atrito aumentou, mas não acompanhou o peso na mesma proporção.

Isso faz com que o carro atinja uma força G menor, já que antes, força exercida pela massa era de 500kgf, e a aderência, também de 500kgf, ou seja ele suporta 1G de aceleração. Já no 2° caso, a força de atrito é menor que a massa, então ela suporta só uma fração da aceleração, no caso 0,966 G.

ACHE O CG

Qualquer um que quer ser minimamente sério projetando um carro, moto, bicicleta, ou qualquer coisa desse tipo vai, e eu disse VAI ter que descobrir (no caso de algo já feito) ou estipular onde está o centro de gravidade (ou centro de massa) do veiculo. E por CG eu nem ainda comentei sobre momento de inércia, pq isso fica para outra discussão.

Porque é tão importante?

Ora, é porque é de lá que vem todas as forças que atuam no carro (estou tomando o carro como exemplo pq é sobre isso que o site trata: MEU carro)!

Vamos a um exemplo: Imagine o carro acelerando. Ao acelerar, o carro “joga peso para trás”. Isso é o efeito da inércia, inércia da massa do carro que não quer sair do lugar. Ao acelerar a massa do carro para frente, por inércia ela responde então com uma força igual, mas de sentido oposto (f=m*a). Como o CG tem uma altura em relação ao chão e o carro apoia essa massa por 2 rodas (visto lateralmente), isso faz com que surja uma força vertical de cima para baixo na roda traseira, o que faz a suspensão comprimir, e uma força de baixo para cima na dianteira, que faz o exato oposto. (não vou descrever os cálculos, são chatos, mas é física e geometria do colegial, mas para nota, quanto menor o entreeixos e mais alto o cg, maior o efeito).

Mas oq isso tem a ver?

Se vc só quer dirigir o carro, nada. Mas se vc for alterar ele ou construir um, é fundamental!

Seguindo o exemplo do carro acelerando, se ele for um carro de tração traseira, o efeito é benéfico! Porque quanto mais transferência de peso houver, mais força estará sobre os pneus traseiros e consequentemente mais atrito (força de atrito... lá da escola), e se há mais atrito, é possível colocar mais potência sem perder aderência! SHOW! Ou.... até ele virar (e isso acontece direto com as motos). Então é trabalho do engenheiro que esta projetando, colocar o CG em relação às rodas de maneira que se consiga o máximo de aderência, sem que ele vire para trás.

No caso de um carro de tração dianteira, o efeito é péssimo, pois retira aderência das rodas de tração, então o efeito deve ser reduzido ao máximo (para os donos de carros de arrancada, o recado esta dado: erguer a traseira de um tração dianteira.... provavelmente não esta te dando vantagem (pelo menos do ponto de vista do CG).

É isso!