Suspensão do carro - Car suspension

Suspensão é o sistema de pneus , ar do pneu, molas , amortecedores e ligações que conecta um veículo às suas rodas e permite o movimento relativo entre os dois. Os sistemas de suspensão devem apoiar a aderência / manuseio na estrada e a qualidade do passeio , que estão em conflito um com o outro. O ajuste das suspensões envolve encontrar o meio-termo certo. É importante que a suspensão mantenha a roda da estrada em contato com a superfície da estrada tanto quanto possível, porque todas as forças da estrada ou do solo que atuam sobre o veículo o fazem através das manchas de contato dos pneus . A suspensão também protege o próprio veículo e qualquer carga ou bagagem contra danos e desgaste. O projeto da suspensão dianteira e traseira de um carro pode ser diferente.

História

Uma primeira forma de suspensão em ox carrinhos -drawn tinha o balanço plataforma em correntes de ferro ligados ao quadro com rodas da carruagem. Este sistema permaneceu a base para a maioria dos sistemas de suspensão até a virada do século 19, embora as correntes de ferro tenham sido substituídas pelo uso de tiras de couro chamadas de braçadeiras no século 17. Nenhum automóvel moderno usou o sistema de suspensão completa.

Por volta de 1750, aproximadamente, as molas de lâmina começaram a aparecer em certos tipos de carruagem, como o Landau .

Em meados do século 19, as molas elípticas também podem começar a ser usadas nas carruagens.

Suspensão moderna

Os automóveis foram inicialmente desenvolvidos como versões autopropelidas de veículos puxados por cavalos. No entanto, os veículos puxados por cavalos foram projetados para velocidades relativamente baixas, e sua suspensão não era adequada para as velocidades mais altas permitidas pelo motor de combustão interna.

A primeira suspensão funcional exigia conhecimentos e habilidades metalúrgicas avançados e só se tornou possível com o advento da industrialização . Obadiah Elliott registrou a primeira patente de um veículo com suspensão por mola; cada roda tinha duas molas de lâmina de aço duráveis ​​de cada lado e o corpo do carro era fixado diretamente às molas que eram fixadas aos eixos . Em uma década, a maioria das carruagens britânicas estava equipada com molas; molas de madeira no caso de veículos leves de um cavalo para evitar impostos e molas de aço em veículos maiores. Muitas vezes eram feitas de aço de baixo carbono e geralmente assumiam a forma de molas de lâmina de múltiplas camadas.

As molas foliares existem desde os primeiros egípcios . Os engenheiros militares antigos usavam molas em forma de arcos para acionar seus motores de cerco , com pouco sucesso no início. O uso de molas em catapultas foi posteriormente refinado e feito funcionar anos depois. As molas não eram feitas apenas de metal; um galho de árvore robusto pode ser usado como mola, como um arco. As carruagens puxadas por cavalos e o Ford Modelo T usavam esse sistema, que ainda hoje é usado em veículos maiores, montados principalmente na suspensão traseira.

As molas de lâmina foram o primeiro sistema de suspensão moderno e, junto com os avanços na construção de estradas , anunciaram a maior melhoria no transporte rodoviário até o advento do automóvel . As molas de aço britânicas não eram adequadas para uso nas estradas ásperas da América da época, então a Abbot-Downing Company of Concord, New Hampshire, reintroduziu a suspensão com cinta de couro, que dava um movimento oscilante em vez de sacudir para cima. e-down da suspensão da mola.

Em 1901, Mors de Paris equipou um automóvel com amortecedores . Com a vantagem de um sistema de suspensão amortecida em sua 'Mors Machine', Henri Fournier venceu a prestigiosa corrida Paris-Berlim em 20 de junho de 1901. O tempo superior de Fournier foi de 11h 46min10seg, enquanto o melhor competidor foi Léonce Girardot em um Panhard com tempo de 12 horas, 15 minutos e 40 segundos.

As molas helicoidais apareceram pela primeira vez em um veículo de produção em 1906 no Brush Runabout feito pela Brush Motor Company. Hoje, as molas helicoidais são usadas na maioria dos carros.

Em 1920, a Leyland Motors usava barras de torção em um sistema de suspensão.

Em 1922, a suspensão dianteira independente foi lançada no Lancia Lambda e se tornou mais comum nos carros de massa a partir de 1932. Hoje, a maioria dos carros tem suspensão independente nas quatro rodas.

Em 2002, um novo componente de suspensão passiva, o inerter , foi inventado por Malcolm C. Smith . Isso tem a capacidade de aumentar a inércia efetiva da suspensão da roda usando um volante com engrenagem, mas sem adicionar massa significativa. Foi inicialmente empregado na Fórmula 1 em segredo, mas desde então se espalhou para o automobilismo mais amplo.

Diferença entre suspensão traseira e suspensão dianteira

Qualquer veículo com tração nas quatro rodas (4WD / AWD) precisa de suspensão para as rodas dianteiras e traseiras, mas em veículos com tração nas duas rodas pode haver uma configuração muito diferente. Para carros com tração dianteira , a suspensão traseira tem poucas restrições e uma variedade de eixos de viga e suspensões independentes são usados. Para carros com tração traseira, a suspensão traseira tem muitas restrições, e o desenvolvimento de um layout de suspensão independente superior, porém mais caro, tem sido difícil. A tração nas quatro rodas costuma ter suspensões semelhantes nas rodas dianteiras e traseiras.

História

O Modelo T de Henry Ford usava um tubo de torque para conter essa força, pois seu diferencial era preso ao chassi por uma mola lateral e duas hastes estreitas. O tubo de torque envolveu o eixo propulsor verdadeiro e exerceu a força em sua junta esférica na extremidade traseira da transmissão, que estava presa ao motor. Um método semelhante como este foi usado no final de 1930 por Buick e por Hudson 's carro banheira em 1948, que utilizou molas helicoidais que não poderia tomar frente-e-ré impulso.

A tração Hotchkiss , inventada por Albert Hotchkiss, foi o sistema de suspensão traseira mais popular usado nos carros americanos das décadas de 1930 a 1970. O sistema usa molas de lâmina longitudinais conectadas tanto à frente quanto atrás do diferencial do eixo dinâmico . Essas molas transmitem torque ao quadro. Embora desprezado por muitos fabricantes de automóveis europeus da época, foi aceito pelos fabricantes americanos porque era barato de fabricar. Além disso, os defeitos dinâmicos desse projeto foram suprimidos pelo enorme peso dos veículos de passageiros dos EUA antes da implementação do padrão Corporate Average Fuel Economy (CAFE).

Outro francês inventou o tubo De Dion , que às vezes é chamado de "semi-independente". Como a verdadeira suspensão traseira independente, ela emprega duas juntas universais , ou seu equivalente, do centro do diferencial para cada roda. Mas as rodas não podem subir e descer inteiramente, independentemente uma da outra; eles são amarrados por um jugo que contorna o diferencial, abaixo e atrás dele. Esse método teve pouco uso nos Estados Unidos . Seu uso por volta de 1900 deveu-se provavelmente à má qualidade dos pneus, que se desgastaram rapidamente. Ao remover uma boa parte do peso não suspenso , como fazem as suspensões traseiras independentes, elas duraram mais.

Hoje, os veículos de tração traseira usam com frequência uma suspensão multi-link bastante complexa, totalmente independente, para posicionar as rodas traseiras com segurança, ao mesmo tempo em que oferece uma condução decente .

Taxas de mola, roda e roll

Taxa de Primavera

A taxa de mola (ou taxa de suspensão) é um componente na definição da altura do veículo ou sua localização no curso da suspensão. Quando uma mola é comprimida ou esticada, a força que ela exerce é proporcional à sua mudança de comprimento. A taxa de mola ou constante de mola de uma mola é a mudança na força que ela exerce, dividida pela mudança na deflexão da mola. Os veículos que transportam cargas pesadas geralmente têm molas mais pesadas para compensar o peso adicional que, de outra forma, faria o veículo desmoronar até o fim de seu curso (curso). Molas mais pesadas também são usadas em aplicações de desempenho, onde as condições de carregamento experimentadas são mais significativas.

Molas muito duras ou moles tornam a suspensão ineficaz - principalmente porque não isolam adequadamente o veículo da estrada. Os veículos que normalmente experimentam cargas de suspensão mais pesadas do que o normal, têm molas pesadas ou rígidas, com uma taxa de mola próxima ao limite superior para o peso do veículo. Isso permite que o veículo funcione adequadamente sob uma carga pesada, quando o controle é limitado pela inércia da carga. Andar em um caminhão vazio destinado ao transporte de cargas pode ser desconfortável para os passageiros, devido à sua alta taxa de mola em relação ao peso do veículo. Um carro de corrida também pode ser descrito como tendo molas pesadas e também sendo desconfortavelmente acidentado. No entanto, embora digamos que ambos têm molas pesadas, as taxas reais de mola para um carro de corrida de 2.000 lb (910 kg) e um caminhão de 10.000 lb (4.500 kg) são muito diferentes. Um carro de luxo, táxi ou ônibus de passageiros seria descrito como tendo molas suaves, para o conforto de seus passageiros ou motorista. Os veículos com molas gastas ou danificadas andam mais abaixo do solo, o que reduz a quantidade total de compressão disponível para a suspensão e aumenta a magreza do corpo. Veículos de alto desempenho às vezes podem ter requisitos de taxa de mola diferentes do peso e da carga do veículo.

Velocidade da roda

A taxa da roda é a taxa efetiva da mola quando medida na roda, ao contrário de simplesmente medir a taxa da mola sozinha.

A velocidade da roda é geralmente igual ou consideravelmente menor que a velocidade da mola. Normalmente, as molas são montadas em braços de controle, braços oscilantes ou algum outro membro de suspensão articulado. Considere o exemplo acima, onde a taxa da mola foi calculada em 500 lbs / polegada (87,5 N / mm), se alguém movesse a roda 1 polegada (2,5 cm) (sem mover o carro), a mola provavelmente comprime uma quantidade menor. Se a mola se movesse 0,75 pol. (19 mm), a proporção do braço de alavanca seria 0,75: 1. A taxa da roda é calculada tomando o quadrado da razão (0,5625) vezes a taxa da mola, obtendo assim 281,25 lbs / polegada (49,25 N / mm). O quadrado da proporção é, porque a proporção tem dois efeitos na taxa da roda: a proporção se aplica tanto à força quanto à distância percorrida.

A velocidade das rodas na suspensão independente é bastante direta. No entanto, uma consideração especial deve ser tomada com alguns projetos de suspensão não independentes. Veja o caso do eixo reto. Quando visto de frente ou de trás, a velocidade da roda pode ser medida pelos meios acima. No entanto, como as rodas não são independentes, quando vistas do lado em aceleração ou frenagem, o ponto de pivô está no infinito (porque as duas rodas se moveram) e a mola está diretamente alinhada com a área de contato da roda. O resultado frequentemente é que a taxa efetiva de roda em curvas é diferente daquela em aceleração e frenagem. Esta variação na velocidade da roda pode ser minimizada localizando a mola o mais próximo possível da roda.

As taxas das rodas são geralmente somadas e comparadas com a massa suspensa de um veículo para criar uma "taxa de deslocamento" e a frequência natural da suspensão correspondente durante o deslocamento (também conhecida como "elevação"). Isso pode ser útil na criação de uma métrica para rigidez da suspensão e requisitos de deslocamento para um veículo.

Taxa de rolagem

A taxa de rotação é análoga à taxa de deslocamento de um veículo, mas para ações que incluem acelerações laterais, fazendo com que a massa suspensa do veículo role. É expresso como torque por grau de rolamento da massa suspensa do veículo. É influenciado por fatores incluindo, mas não se limitando à massa suspensa do veículo, largura da pista, altura do CG, taxas de mola e amortecimento, alturas de centro de rolagem dianteira e traseira, rigidez da barra estabilizadora e pressão / construção do pneu. A taxa de rotação de um veículo pode, e geralmente, difere da frente para a traseira, o que permite a capacidade de ajuste de um veículo para manuseio transiente e em estado estacionário. A taxa de rotação de um veículo não muda a quantidade total de transferência de peso no veículo, mas muda a velocidade e a porcentagem de peso transferida em um eixo específico para outro eixo através do chassi do veículo. Geralmente, quanto mais alta a taxa de rolagem em um eixo de um veículo, mais rápida e mais alta a porcentagem de transferência de peso nesse eixo .

Em 2021, alguns veículos estavam oferecendo controle de rolamento dinâmico com suspensão a ar ajustável na altura do passeio e amortecedores adaptáveis.

Rolar a porcentagem do casal

A porcentagem de acoplamento de rolo é um método simplificado de descrever a distribuição de transferência de carga lateral da frente para trás e, subsequentemente, o equilíbrio do manuseio. É a taxa efetiva da roda, em roll, de cada eixo do veículo como uma razão da taxa total de roll do veículo. É normalmente ajustado com o uso de barras estabilizadoras , mas também pode ser alterado com o uso de diferentes molas.

Transferência de peso

A transferência de peso durante curvas, aceleração ou frenagem é geralmente calculada por roda individual e comparada com os pesos estáticos das mesmas rodas.

A quantidade total de transferência de peso é afetada apenas por quatro fatores: a distância entre os centros das rodas (distância entre eixos no caso de frenagem, ou largura da via no caso de curvas), a altura do centro de gravidade, a massa do veículo, e a quantidade de aceleração experimentada.

A velocidade com que ocorre a transferência de peso, bem como por meio de quais componentes ela se transfere, é complexa e determinada por muitos fatores; incluindo, mas não se limitando a: altura do centro de rolagem, taxas de mola e amortecimento, rigidez da barra estabilizadora e o projeto cinemático dos elos de suspensão.

Na maioria das aplicações convencionais, quando o peso é transferido por meio de elementos intencionalmente compatíveis, como molas, amortecedores e barras estabilizadoras, a transferência de peso é considerada "elástica", enquanto o peso é transferido por meio de elos de suspensão mais rígidos, como como braços em A e elos do dedo do pé, é considerado "geométrico".

Transferência de peso não suspensa

A transferência de peso não suspenso é calculada com base no peso dos componentes do veículo que não são suportados pelas molas. Isso inclui pneus, rodas, freios, eixos, metade do peso do braço de controle e outros componentes. Esses componentes são então (para fins de cálculo) presumidos como conectados a um veículo com peso suspenso zero. Em seguida, eles são submetidos às mesmas cargas dinâmicas.

A transferência de peso para curvas na frente seria igual ao peso dianteiro total não suspenso vezes a força G vezes a altura do centro de gravidade dianteiro não suspenso dividido pela largura da esteira dianteira. O mesmo se aplica à traseira.

Transferência de peso suspensa

A transferência de peso suspensa é o peso transferido apenas pelo peso do veículo apoiado em suas molas, e não pelo peso total do veículo. O cálculo requer o conhecimento do peso suspenso do veículo ( peso total menos o peso não suspenso), as alturas centrais de rotação dianteira e traseira e a altura do centro de gravidade suspenso (usado para calcular o comprimento do braço do momento de rotação). O cálculo da transferência de peso suspenso dianteiro e traseiro também exigirá o conhecimento da porcentagem do conjunto de rolos.

O eixo de rotação é a linha através dos centros de rotação dianteiros e traseiros que o veículo gira durante as curvas. A distância deste eixo à altura do centro de gravidade suspenso é o comprimento do braço do momento de rotação. A transferência total do peso suspenso é igual à força G vezes o peso suspenso vezes o comprimento do braço do momento de rolamento dividido pela largura efetiva da esteira. A transferência de peso suspenso dianteiro é calculada multiplicando-se a porcentagem do conjunto de rolos pela transferência total de peso suspenso. A parte traseira é o total menos a transferência frontal.

Forças de levantamento

As forças de levantamento são a soma dos componentes da força vertical experimentada pelos elos de suspensão. A força resultante atua para levantar a massa suspensa, se o centro de rolagem estiver acima do solo, ou comprimi-la, se subterrânea. Geralmente, quanto mais alto for o centro do rolo , maior será a força de elevação experimentada.

Outras propriedades

Viajar por

O curso é a medida da distância da parte inferior do curso da suspensão (como quando o veículo está em um macaco e a roda pende livremente) até o topo do curso da suspensão (como quando a roda do veículo não pode mais se deslocar em um direção ascendente em direção ao veículo). Abaixar ou levantar uma roda pode causar sérios problemas de controle ou causar danos diretos. O "afundamento" pode ser causado pela suspensão, pneus, pára-lamas, etc., ficando sem espaço para se mover, ou a carroceria ou outros componentes do carro batendo na estrada. Os problemas de controle causados ​​pelo levantamento de uma roda são menos graves, se a roda levanta quando a mola atinge sua forma sem carga do que quando o curso é limitado pelo contato dos membros da suspensão (Veja Triumph TR3B .)

Muitos veículos off-road , como corredores no deserto, usam cintas chamadas "cintas limitadoras" para limitar o deslocamento das suspensões para baixo a um ponto dentro dos limites seguros para as ligações e amortecedores. Isso é necessário, uma vez que esses caminhões se destinam a viajar por terrenos muito acidentados em altas velocidades e, às vezes, até mesmo ficar no ar. Sem algo para limitar o curso, as buchas de suspensão tomariam toda a força, quando a suspensão atinge "inclinação total", podendo até fazer com que as molas helicoidais saiam de suas "caçambas", se forem presas apenas por forças de compressão . Uma tira limitadora é uma tira simples, geralmente de náilon de comprimento predeterminado, que interrompe o movimento para baixo em um ponto pré-definido antes que o curso máximo teórico seja alcançado. O oposto disso é o "bump-stop", que protege a suspensão e o veículo (assim como os ocupantes) do violento "fundo" da suspensão, causado quando uma obstrução (ou pouso forçado) faz com que a suspensão funcione para fora da viagem para cima sem absorver totalmente a energia do golpe. Sem bump-stops, um veículo que "afunda", sofrerá um choque muito forte quando a suspensão entrar em contato com a parte inferior do quadro ou corpo, que é transferido para os ocupantes e cada conector e solda no veículo. Os veículos de fábrica geralmente vêm com "protuberâncias" de borracha simples para absorver o pior das forças e isolar o choque. Um veículo de corrida no deserto, que deve absorver rotineiramente forças de impacto muito maiores, pode ser equipado com batentes pneumáticos ou hidropneumáticos. Eles são essencialmente amortecedores em miniatura (amortecedores) que são fixados ao veículo em um local, de forma que a suspensão entre em contato com a extremidade do pistão quando ele se aproximar do limite de deslocamento para cima. Estes absorvem o impacto com muito mais eficácia do que um amortecedor de borracha sólida, essencial, porque um amortecedor de borracha é considerado um isolador de emergência de "última vala" para o fundo acidental ocasional da suspensão; é totalmente insuficiente para absorver fundos repetidos e pesados, como os encontros de um veículo off-road em alta velocidade.

Amortecimento

O amortecimento é o controle do movimento ou da oscilação, visto com o uso de portões e válvulas hidráulicas no amortecedor de um veículo. Isso também pode variar, intencionalmente ou não. Como a taxa de mola, o amortecimento ideal para conforto pode ser menor do que para controle.

O amortecimento controla a velocidade de deslocamento e a resistência da suspensão do veículo. Um carro sem amortecimento oscila para cima e para baixo. Com os níveis de amortecimento adequados, o carro voltará ao estado normal em um período mínimo de tempo. A maior parte do amortecimento em veículos modernos pode ser controlada aumentando ou diminuindo a resistência ao fluxo de fluido no amortecedor.

Controle de cambagem

Veja dependente e independente abaixo. Mudanças de curvatura devido ao curso da roda, oscilação da carroceria e deflexão ou complacência do sistema de suspensão. Em geral, um pneu desgasta e freia melhor a -1 a -2 ° de curvatura da vertical. Dependendo do pneu e da superfície da estrada, ele pode segurar melhor a estrada em um ângulo ligeiramente diferente. Pequenas mudanças na curvatura, dianteira e traseira, podem ser usadas para ajustar o manuseio. Alguns carros de corrida são ajustados com curvatura de -2 a -7 °, dependendo do tipo de manuseio desejado e da construção do pneu. Freqüentemente, a curvatura excessiva resultará na diminuição do desempenho de frenagem devido a um tamanho de remendo de contato reduzido por meio da variação excessiva da curvatura na geometria da suspensão. A quantidade de mudança de curvatura na lombada é determinada pelo comprimento do braço oscilante da vista frontal instantânea (FVSA) da geometria da suspensão, ou em outras palavras, a tendência do pneu a curvatura para dentro quando comprimido na lombada.

Altura do centro do rolo

A altura central de rotação é um produto das alturas centrais instantâneas da suspensão e é uma métrica útil na análise dos efeitos de transferência de peso, rotação da carroceria e distribuição de rigidez de rotação dianteira e traseira. Convencionalmente, a distribuição da rigidez do rolo é ajustada ajustando as barras anti- rolo em vez da altura do centro do rolo (já que ambos tendem a ter um efeito semelhante na massa suspensa), mas a altura do centro do rolo é significativa quando se considera a quantidade de forças de elevação experimentadas.

Centro instantâneo

Devido ao fato de que o movimento da roda e do pneu é restringido pelas ligações da suspensão do veículo, o movimento do pacote da roda na vista frontal irá traçar um arco imaginário no espaço com um "centro instantâneo" de rotação em qualquer ponto ao longo de seu caminho . O centro instantâneo de qualquer pacote de rodas pode ser encontrado seguindo linhas imaginárias traçadas por meio de ligações de suspensão até seu ponto de interseção.

Um componente do vetor de força do pneu aponta da área de contato do pneu até o centro instantâneo. Quanto maior for esse componente, menos movimento de suspensão ocorrerá. Teoricamente, se a resultante da carga vertical sobre o pneu e a força lateral gerada por ela apontarem diretamente para o centro instantâneo, os elos da suspensão não se moverão. Nesse caso, toda a transferência de peso nessa extremidade do veículo será de natureza geométrica. Esta é a informação chave usada para encontrar o centro de rotação baseado na força também.

A este respeito, os centros instantâneos são mais importantes para o manuseio do veículo, do que o centro do rolo cinemático sozinho, em que a relação de transferência de peso geométrico-elástico é determinada pelas forças nos pneus e suas direções em relação a a posição de seus respectivos centros instantâneos.

Anti-mergulho e anti-agachamento

Anti-mergulho e anti-agachamento são porcentagens que indicam o grau em que o dianteiro mergulha em frenagem e o traseiro em aceleração. Eles podem ser considerados como contrapartes para frenagem e aceleração, assim como as forças de levantamento são para as curvas. A principal razão para a diferença é devido aos objetivos de design diferentes entre a suspensão dianteira e traseira, enquanto a suspensão é geralmente simétrica entre a esquerda e a direita do veículo.

O método de determinação do anti-mergulho ou anti-agachamento depende se as articulações da suspensão reagem ao torque de frenagem e aceleração. Por exemplo, com freios internos e rodas traseiras semieixo-acionadas, as articulações da suspensão não reagem, mas com freios externos e uma linha de transmissão de eixo oscilante, eles reagem.

Para determinar a percentagem de anti-mergulho de travagem com suspensão dianteira para travões de popa, é primeiro necessário determinar a tangente do ângulo entre uma linha traçada, em vista lateral, através do remendo do pneu dianteiro e do centro instantâneo da suspensão dianteira, e a horizontal . Além disso, deve ser conhecida a percentagem de esforço de travagem nas rodas dianteiras. Em seguida, multiplique a tangente pela porcentagem do esforço de frenagem da roda dianteira e divida pela relação entre a altura do centro de gravidade e a distância entre eixos. Um valor de 50% significaria que metade do peso é transferido para as rodas dianteiras; durante a frenagem, ele é transmitido através do hidráulico da suspensão dianteira e metade é transmitido através das molas da suspensão dianteira.

Para os freios internos, o mesmo procedimento é seguido, mas usando o centro da roda em vez do centro de remendo de contato.

O anti-agachamento de aceleração para frente é calculado de maneira semelhante e com a mesma relação entre porcentagem e transferência de peso. Valores anti-agachamento de 100% e mais são comumente usados ​​em corridas de arrancada, mas valores de 50% ou menos são mais comuns em carros que precisam passar por freadas severas. Valores mais altos de anti-agachamento geralmente causam salto da roda durante a frenagem. É importante ressaltar, que o valor de 100% significa, que toda a transferência de peso está sendo realizada através de enlace de suspensão. No entanto, isso não significa que a suspensão seja incapaz de suportar cargas adicionais (aerodinâmica, curvas, etc.) durante um episódio de frenagem ou aceleração para a frente. Em outras palavras, nenhuma "vinculação" da suspensão deve estar implícita.

Modos de flexibilidade e vibração de elementos de suspensão

Em alguns carros modernos, a flexibilidade está principalmente nas buchas de borracha , que estão sujeitas a deterioração com o tempo. Para suspensões de alta tensão, como veículos off-road, estão disponíveis buchas de poliuretano, que oferecem mais longevidade sob maiores tensões. No entanto, devido a considerações de peso e custo, as estruturas não são feitas mais rígidas do que o necessário. Alguns veículos apresentam vibrações prejudiciais que envolvem a flexão de peças estruturais, como ao acelerar ao fazer curvas bruscas. A flexibilidade das estruturas, como quadros e elos de suspensão, também pode contribuir para a elasticidade, especialmente para amortecer as vibrações de alta frequência. A flexibilidade das rodas de arame contribuiu para sua popularidade em tempos em que os carros tinham suspensões menos avançadas.

Nivelamento de carga

Os automóveis podem estar muito carregados de bagagens, passageiros e reboques. Esse carregamento fará com que a cauda do veículo afunde. Manter um nível de chassi estável é essencial para obter o manuseio adequado para o qual o veículo foi projetado. Os motoristas que se aproximam podem ser cegados pelo feixe do farol. A suspensão autonivelante neutraliza isso enchendo os cilindros da suspensão para levantar o chassi mais alto.

Isolamento de choque de alta frequência

Para a maioria dos propósitos, o peso dos componentes da suspensão não é importante. Mas em altas frequências causadas pela rugosidade da superfície da estrada, as partes isoladas por buchas de borracha agem como um filtro de vários estágios para suprimir ruídos e vibrações melhor do que pode ser feito apenas com pneus e molas. (As molas funcionam principalmente na direção vertical.)

Contribuição para peso não suspenso e peso total

Geralmente são pequenos, exceto que a suspensão está relacionada ao fato de os freios e o (s) diferencial (ais) serem suspensos.

Esta é a principal vantagem funcional das rodas de alumínio sobre as rodas de aço. Peças de suspensão de alumínio têm sido usadas em carros de produção e peças de suspensão de fibra de carbono são comuns em carros de corrida.

Espaço ocupado

Os designs diferem quanto à quantidade de espaço que ocupam e onde está localizado. É geralmente aceito que os suportes MacPherson são o arranjo mais compacto para veículos com motor dianteiro, onde o espaço entre as rodas é necessário para colocar o motor.

Os freios internos (que reduzem o peso não suspenso) são provavelmente evitados mais devido a considerações de espaço do que ao custo.

Distribuição de força

O anexo da suspensão deve corresponder ao design do quadro em geometria, resistência e rigidez.

Resistência do ar (arrasto)

Certos veículos modernos têm suspensão ajustável em altura para melhorar a aerodinâmica e a eficiência de combustível. Os carros de fórmula modernos que têm rodas e suspensão expostas normalmente usam tubos aerodinâmicos em vez de tubos redondos simples para seus braços de suspensão para reduzir o arrasto aerodinâmico . Também típico é o uso de balancins, tirantes ou suspensões do tipo haste de tração, que, entre outras coisas, colocam a unidade de mola / amortecedor dentro e fora do fluxo de ar para reduzir ainda mais a resistência do ar.

Custo

Os métodos de produção melhoram, mas o custo é sempre um fator. O uso continuado do eixo traseiro maciço, com diferencial não suspenso, especialmente em veículos pesados, parece ser o exemplo mais óbvio.

Molas e amortecedores

A maioria das suspensões convencionais usa molas passivas para absorver impactos e amortecedores (ou amortecedores) para controlar os movimentos da mola.

Algumas exceções notáveis ​​são os sistemas hidropneumáticos , que podem ser tratados como uma unidade integrada de molas a gás e componentes de amortecimento, usados ​​pelo fabricante francês Citroën ; e os Hydrolastic , hydragas e sistemas de borracha cone usados pela British Motor Corporação , mais notavelmente no Mini . Vários tipos diferentes de cada um foram usados:

Suspensões passivas

As molas e amortecedores tradicionais são chamados de suspensões passivas - a maioria dos veículos é suspensa dessa maneira.

Springs

A maioria dos veículos terrestres são suspensos por molas de aço destes tipos:

• Mola de folha - também conhecida como Hotchkiss, Cart ou mola semi-elíptica
• Suspensão da barra de torção
• Mola helicoidal

Os fabricantes de automóveis estão cientes das limitações inerentes às molas de aço - que essas molas tendem a produzir oscilações indesejáveis, e os fabricantes de automóveis desenvolveram outros tipos de materiais e mecanismos de suspensão na tentativa de melhorar o desempenho:

• Buchas de borracha
• Gás sob pressão - molas pneumáticas
• Gás e fluido hidráulico sob pressão - suspensão hidropneumática e suportes oleo

Amortecedores ou amortecedores

Os amortecedores amortecem os movimentos (de outra forma simples e harmônicos) de um veículo para cima e para baixo em suas molas. Eles também devem amortecer grande parte do salto da roda quando o peso não suspenso de uma roda, cubo, eixo e, às vezes, freios e o diferencial sobe e desce com a elasticidade de um pneu.

Suspensões semi-ativas e ativas

Se a suspensão for controlada externamente, então é uma suspensão semi-ativa ou ativa - a suspensão está reagindo aos sinais de um controlador eletrônico.

Por exemplo, um Citroën hidropneumático "saberá" a que distância do solo o carro deve estar, e reinicia constantemente para atingir esse nível, independentemente da carga. No entanto, este tipo de suspensão não compensa instantaneamente a oscilação da carroceria devido às curvas. O sistema da Citroën adiciona cerca de 1% ao custo do carro em comparação com as molas de aço passivas.

As suspensões semi-activos incluem dispositivos, tais como molas de ar e amortecedores comutáveis, vários auto-nivelamento soluções, bem como sistemas, como hidropneumáticas , Hydrolastic , e hydragas suspensões.

A Toyota introduziu os amortecedores comutáveis ​​no Soarer de 1983. A Delphi atualmente vende amortecedores preenchidos com um fluido magneto-reológico , cuja viscosidade pode ser alterada eletromagneticamente - proporcionando assim um controle variável sem comutação de válvulas, o que é mais rápido e, portanto, mais eficaz.

Os sistemas de suspensão totalmente ativos usam monitoramento eletrônico das condições do veículo, juntamente com os meios para alterar o comportamento da suspensão do veículo em tempo real para controlar diretamente o movimento do carro.

A Lotus Cars desenvolveu vários protótipos de 1982 em diante e os apresentou à Fórmula 1 , onde foram bastante eficazes, mas agora foram proibidos.

A Nissan introduziu a suspensão ativa de baixa largura de banda por volta de 1990 como uma opção que acrescentou 20% a mais ao preço dos modelos de luxo. A Citroën também desenvolveu vários modelos de suspensão ativa (veja hidrativa ). Um sistema totalmente ativo da Bose Corporation , anunciado em 2009, usa motores elétricos lineares no lugar de atuadores hidráulicos ou pneumáticos que geralmente eram usados ​​até recentemente. A Mercedes introduziu um sistema de suspensão ativa chamado Active Body Control em seu Mercedes-Benz CL-Class topo de linha em 1999.

Diversas suspensões eletromagnéticas também foram desenvolvidas para veículos. Os exemplos incluem a suspensão eletromagnética de Bose e a suspensão eletromagnética desenvolvida pelo prof. Laurentiu Encica. Além disso, a nova roda Michelin com suspensão embutida funcionando em um motor elétrico também é semelhante.

Com a ajuda de um sistema de controle, várias suspensões semi-ativas / ativas realizam um compromisso de design aprimorado entre os diferentes modos de vibração do veículo; a saber: modos de salto, rotação, pitch e warp. No entanto, as aplicações dessas suspensões avançadas são limitadas por custo, embalagem, peso, confiabilidade e / ou outros desafios.

Suspensões interconectadas

A suspensão interconectada, ao contrário das suspensões semi-ativas / ativas, pode facilmente desacoplar diferentes modos de vibração do veículo de maneira passiva. As interconexões podem ser realizadas por vários meios, como mecânico, hidráulico e pneumático. As barras estabilizadoras são um dos exemplos típicos de interconexões mecânicas, embora tenha sido afirmado que as interconexões fluídicas oferecem maior potencial e flexibilidade para melhorar as propriedades de rigidez e amortecimento.

Considerando os consideráveis ​​potenciais comerciais da tecnologia hidropneumática (Corolla, 1996), as suspensões hidropneumáticas interconectadas também foram exploradas em alguns estudos recentes e seus benefícios potenciais no aprimoramento da dirigibilidade e do manuseio do veículo foram demonstrados. O sistema de controle também pode ser usado para melhorar ainda mais o desempenho de suspensões interconectadas. Além da pesquisa acadêmica, uma empresa australiana Kinetic teve algum sucesso com vários sistemas passivos ou semi-ativos ( WRC : três campeonatos; o Rally Dakar : dois campeonatos; Lexus GX470 2004 como o 4 × 4 do ano com KDSS; o 2005 PACE prêmio). Esses sistemas da Kinetic geralmente desacoplam pelo menos dois modos de veículo (roll, warp (articulação), pitch e / ou levantamento (bounce)) para controlar simultaneamente a rigidez e amortecimento de cada modo usando amortecedores interconectados e outros métodos. Em 1999, a Kinetic foi comprada pela Tenneco. Desenvolvimentos posteriores pela empresa catalã Creuat conceberam um projeto de sistema mais simples baseado em cilindros de simples ação. Após alguns projetos em competição, a Creuat está ativa no fornecimento de sistemas de retrofit para alguns modelos de veículos.

Historicamente, o primeiro carro de produção em massa com suspensão mecânica interconectada dianteira-traseira foi o 1948 Citroën 2CV . A suspensão no 2CV era extremamente macia - a ligação longitudinal tornava o passo mais suave, em vez de tornar o rolamento mais rígido. Ele contou com geometrias extremas anti-mergulho e anti-agachamento para compensar isso. Isso resultou em uma rigidez na travessia do eixo mais suave que as barras estabilizadoras teriam comprometido de outra forma. O braço oscilante do braço dianteiro / braço traseiro, sistema de suspensão vinculado frente-ré, junto com os freios dianteiros internos, tinha um peso não suspenso muito menor do que os designs existentes de mola helicoidal ou folha. A interconexão transmitiu parte da força que desvia uma roda dianteira sobre um solavanco, para empurrar a roda traseira para baixo no mesmo lado. Quando a roda traseira encontrou aquele solavanco um momento depois, ela fez o mesmo ao contrário, mantendo o carro nivelado da frente para trás. O 2CV tinha um brief de projeto para poder ser dirigido em alta velocidade sobre um campo arado, como por um fazendeiro que transporta ovos de galinha. Originalmente, ele apresentava amortecedores de fricção e amortecedores de massa sintonizados . Modelos posteriores tinham amortecedores de massa sintonizados na frente com amortecedores telescópicos / amortecedores dianteiros e traseiros.

A British Motor Corporation também foi uma das primeiras a adotar a suspensão interconectada. Um sistema apelidado de Hydrolastic foi introduzido em 1962 no Morris 1100 e passou a ser usado em uma variedade de modelos BMC. Hydrolastic foi desenvolvido pelo engenheiro de suspensão Alex Moulton , e usou cones de borracha como meio de mola (estes foram usados ​​pela primeira vez no Mini 1959 ) com unidades de suspensão em cada lado conectadas umas às outras por um tubo cheio de fluido. O fluido transmitia a força dos solavancos da estrada de uma roda para a outra (no mesmo princípio do sistema mecânico do Citroën 2CV descrito acima) e, como cada unidade de suspensão continha válvulas para restringir o fluxo do fluido, também servia como amortecedor. Moulton desenvolveu um substituto para Hydrolastic para o sucessor da BMC, British Leyland . Este sistema, fabricado sob licença pela Dunlop em Coventry, chamado Hydragas , funcionava com o mesmo princípio, mas em vez de unidades de mola de borracha, ele usava esferas de metal divididas internamente por um diafragma de borracha. A metade superior continha gás pressurizado e a metade inferior o mesmo fluido usado no sistema hidrolástico . O fluido transmitia forças de suspensão entre as unidades de cada lado, enquanto o gás agia como meio de mola através do diafragma. Este é o mesmo princípio do sistema hidropneumático Citroën e fornece qualidade de condução semelhante , mas é independente e não requer uma bomba acionada pelo motor para fornecer pressão hidráulica. A desvantagem é que Hydragas , ao contrário do sistema Citroën, não é ajustável em altura ou autonivelante. Hydragas foi introduzido em 1973 na Austin Allegro e foi usado em vários modelos; o último carro a usá-lo foi o MG F em 2002. O sistema foi alterado em favor de molas helicoidais sobre amortecedores devido a razões de custo no final da vida útil do veículo. Quando foi desativada em 2006, a linha de fabricação Hydragas tinha mais de 40 anos.

Alguns dos últimos modelos Packard do pós-guerra também apresentavam suspensão interconectada.

Tipos

Os sistemas de suspensão podem ser amplamente classificados em dois subgrupos: dependentes e independentes. Esses termos se referem à capacidade das rodas opostas de se moverem independentemente umas das outras. Uma suspensão dependente normalmente tem uma viga (um simples 'carrinho' de eixo) ou um (conduzido) eixo vivo que contém rodas paralelas entre si e perpendiculares ao eixo. Quando a curvatura de uma roda muda, a curvatura da roda oposta muda da mesma maneira (por convenção, de um lado, esta é uma mudança positiva na curvatura, e do outro lado, esta é uma mudança negativa). As suspensões De Dion também estão nesta categoria, pois conectam as rodas de forma rígida.

A suspensão independente permite que as rodas subam e descam sozinhas, sem afetar a roda oposta. Suspensões com outros dispositivos, como barras estabilizadoras que ligam as rodas de alguma forma, ainda são classificadas como independentes.

A suspensão semi-dependente é um terceiro tipo. Nesse caso, o movimento de uma roda afeta a posição da outra, mas elas não estão rigidamente presas uma à outra. A suspensão traseira Twist-beam é um sistema desse tipo.

Suspensões dependentes

Os sistemas dependentes podem ser diferenciados pelo sistema de ligações usado para localizá-los, tanto longitudinal quanto transversalmente. Freqüentemente, ambas as funções são combinadas em um conjunto de ligações.

Exemplos de ligações de localização incluem:

• Satchell link
• Vara panhard
• Ligação de Watt
• WOBLink
• Ligação Mumford
• Folhas de molas usadas para localização (transversal ou longitudinal)
  • Molas totalmente elípticas geralmente precisam de links de localização suplementares e não são mais de uso comum
  • Molas longitudinais semi-elípticas costumavam ser comuns e ainda são usadas em caminhões pesados ​​e aeronaves. Eles têm a vantagem de que a taxa da mola pode ser facilmente tornada progressiva (não linear).
  • Uma única mola transversal para ambas as rodas dianteiras e / ou traseiras, suportando eixos sólidos, foi usada pela Ford Motor Company , antes e logo após a Segunda Guerra Mundial , mesmo em modelos caros. Ele tinha as vantagens de simplicidade e baixo peso não suspenso (em comparação com outros projetos de eixo sólido).

Em um veículo de tração traseira com motor dianteiro, a suspensão traseira dependente é um "eixo vivo" ou um eixo deDion , dependendo se o diferencial está ou não carregado no eixo. O eixo dinâmico é mais simples, mas o peso não suspenso contribui para o salto da roda.

Porque garante curvatura constante, a suspensão dependente (e semi-independente) é mais comum em veículos que precisam transportar grandes cargas como uma proporção do peso do veículo, que têm molas relativamente macias e que não usam (por razões de custo e simplicidade) suspensões ativas. O uso de suspensão dianteira dependente tornou-se limitado a veículos comerciais mais pesados.

Suspensões independentes

A variedade de sistemas independentes é maior e inclui:

• Eixo giratório
• Pilar deslizante
• MacPherson strut / Chapman strut
• Braço A superior e inferior ( braço duplo )
• Suspensão multi-link
• Suspensão de braço semi-arrastante
• Braço oscilante
  • As molas de lâmina transversais, quando usadas como elo de suspensão, ou elípticos de quatro quartos em uma das extremidades de um carro são semelhantes aos braços da sorte em geometria, mas são mais compatíveis. Os exemplos são a frente do Fiat 500 original , depois Panhard Dyna Z e os primeiros exemplos do Peugeot 403 e as costas do AC Ace e AC Aceca .

Como as rodas não são limitadas a permanecer perpendiculares a uma superfície plana da estrada em curvas, frenagem e condições de carga variáveis, o controle da curvatura da roda é uma questão importante. O braço oscilante era comum em carros pequenos com molas suaves e que podiam transportar grandes cargas, porque a curvatura é independente da carga. Algumas suspensões ativas e semiativas mantêm a altura do deslocamento e, portanto, a curvatura, independentemente da carga. Em carros esportivos , a mudança de curvatura ideal ao virar é mais importante.

O Wishbone e o multi-link permitem que o engenheiro tenha mais controle sobre a geometria, para chegar ao melhor compromisso, do que o eixo oscilante, a escora MacPherson ou o braço oscilante; no entanto, os requisitos de custo e espaço podem ser maiores.

O braço semi-traseiro está entre os dois, sendo um meio-termo variável entre as geometrias do braço oscilante e do eixo oscilante.

Suspensão semi-independente

Em suspensões semi-independentes, as rodas de um eixo podem se mover umas em relação às outras, como em uma suspensão independente, mas a posição de uma roda tem efeito sobre a posição e a atitude da outra roda. Este efeito é obtido através da torção ou deflexão das peças da suspensão sob carga.

O tipo mais comum de suspensão semi-independente é a viga de torção .

Outras instâncias

Sistema de suspensão basculante

O Sistema de Suspensão Inclinada (também conhecido como Sistema de Suspensão Inclinada ) não é um tipo ou geometria de construção diferente; além disso, é um acréscimo de tecnologia ao sistema de suspensão convencional.

Este tipo de sistema de suspensão consiste principalmente em suspensão independente (por exemplo, suporte MacPherson , braço A ( braço duplo )). Com a adição desses sistemas de suspensão, há um mecanismo de inclinação ou inclinação adicional que conecta o sistema de suspensão à carroceria do veículo (chassi).

O sistema de suspensão basculante melhora a estabilidade, a tração, o raio de viragem de um veículo e também o conforto dos pilotos. Ao virar à direita ou à esquerda, os passageiros ou objetos em um veículo sentem a força G ou a força inercial para fora do raio da curvatura, razão pela qual os motociclistas (motocicletas) se inclinam em direção ao centro da curvatura durante a curva, o que melhora a estabilidade e diminui as chances de tombar. Mas os veículos com mais de duas rodas e equipados com sistema de suspensão convencional não podiam fazer o mesmo até agora, de modo que os passageiros sentem a força inercial para fora, o que reduz a estabilidade dos pilotos e também seu conforto. Este tipo de sistema de suspensão basculante é a solução para o problema. Se a estrada não tiver superelevação ou inclinação, isso não afetará o conforto com este sistema de suspensão, a inclinação do veículo e diminuição da altura do centro de gravidade com aumento da estabilidade. Esta suspensão também é usada em veículos divertidos.

Alguns trens também usam suspensão basculante ( Trem Tilting ) que aumenta a velocidade nas curvas.

Mecanismo de bogie rocker

O sistema rocker-bogie é um arranjo de suspensão, no qual existem alguns braços traseiros equipados com algumas rodas intermediárias. Devido à articulação entre a seção de condução e os seguidores, esta suspensão é muito flexível. Esse tipo de suspensão é apropriado para terrenos extremamente acidentados.

Esse tipo de suspensão foi usado no rover Curiosity .

Veículos rastreados

Alguns veículos, como trens, percorrem longos trilhos fixos ao solo; e alguns, como tratores, veículos para neve e tanques, correm em trilhas contínuas que fazem parte do veículo. Embora ambos os tipos ajudem a suavizar o caminho e reduzir a pressão sobre o solo, muitas das mesmas considerações se aplicam.

Suspensão de veículo de combate blindado

Os veículos militares blindados de combate (AFVs), incluindo tanques , têm requisitos de suspensão especializados. Eles podem pesar mais de setenta toneladas e devem se mover o mais rápido possível em solos muito acidentados ou macios. Seus componentes de suspensão devem ser protegidos de minas terrestres e armas antitanque . AFVs rastreados podem ter até nove rodas em cada lado. Muitos AFVs com rodas têm seis ou oito rodas grandes. Alguns têm um sistema de enchimento de pneus central para reduzir a carga do solo em superfícies pobres. Algumas rodas são muito grandes e confinadas para virar, por isso a direção deslizante é usada com alguns veículos com rodas e também com esteiras.

Os primeiros tanques da Primeira Guerra Mundial tinham suspensão fixa sem nenhum movimento projetado. Esta situação insatisfatória foi melhorada com molas de lâmina ou suspensões de molas helicoidais adotadas de máquinas agrícolas, automotivas ou ferroviárias, mas mesmo estas tinham viagens muito limitadas.

As velocidades aumentaram devido a motores mais potentes e a qualidade do passeio teve que ser melhorada. Na década de 1930, foi desenvolvida a suspensão Christie , que permitia o uso de molas helicoidais dentro do casco blindado de um veículo, alterando a direção da força deformando a mola, por meio de uma manivela de sino . A suspensão do T-34 descendia diretamente dos designs da Christie.

A suspensão Horstmann era uma variação que usava uma combinação de alavanca angular e molas helicoidais externas, em uso entre os anos 1930 e 1990. O bogie , mas independente, as suspensões dos veículos M3 Lee / Grant e M4 Sherman eram semelhantes ao tipo Hortsmann, com suspensão sequestrada dentro do oval da pista.

Na Segunda Guerra Mundial , o outro tipo comum era a suspensão com barra de torção , obtendo força da mola das barras de torção dentro do casco - este às vezes tinha menos curso do que o tipo Christie, mas era significativamente mais compacto, permitindo mais espaço dentro do casco, com o consequente possibilidade de instalar anéis de torre maiores e, portanto, armamento principal mais pesado. A suspensão com barra de torção, às vezes incluindo amortecedores, tem sido a suspensão dominante para veículos blindados pesados ​​desde a Segunda Guerra Mundial. Barras de torção podem ocupar espaço embaixo ou próximo ao chão, o que pode interferir na redução do nível do tanque para reduzir a exposição.

Tal como acontece com os carros, o curso da roda e a taxa de elasticidade afetam a ondulação do percurso e a velocidade com que o terreno acidentado pode ser transposto. Pode ser significativo que um percurso suave, que geralmente está associado ao conforto, aumente a precisão ao atirar em movimento. Também reduz o choque na óptica e em outros equipamentos. O peso não suspenso e o peso da ligação da esteira podem limitar a velocidade nas estradas e podem afetar a vida útil da esteira do veículo e de seus outros componentes.

A maioria dos meias-lagartas alemãs da Segunda Guerra Mundial e seus tanques introduzidos durante a guerra, como o tanque Panther , tinham rodas de estrada sobrepostas e às vezes intercaladas para distribuir a carga de maneira mais uniforme na trilha do tanque e, portanto, no solo. Isso aparentemente contribuiu significativamente para a velocidade, alcance e vida útil da pista, além de fornecer uma faixa contínua de proteção. Não tem sido usado desde o fim daquela guerra, provavelmente devido aos requisitos de manutenção de peças mecânicas mais complicadas trabalhando em lama, areia, pedras, neve e gelo; bem como devido ao custo. Rochas e lama congelada frequentemente ficavam presas entre as rodas sobrepostas, o que poderia impedir que girassem ou danificaria as rodas da estrada. Se uma das rodas internas fosse danificada, seria necessário remover outras rodas para acessar a roda danificada, tornando o processo mais complicado e demorado.

Veja também

• Processo de design de suspensão automotiva
• MacPherson strut
• Suspensão multi-link
• Suspensão de braços curtos e longos - também conhecida como "braço de comprimento A desigual", um dos parâmetros de design da suspensão de duplo braço
• 4 cartazes - um equipamento de teste
• 7 post shaker - uma plataforma de teste para veículos de alta velocidade
• Geometria de direção Ackermann
• Ângulo de caster - direção autocentrada
• Coilover
• Mola de lâmina de Corveta - suspensão independente combinada com uma mola de lâmina de plástico reforçada com fibra transversal
• Korres P4 - um supercarro grego todo-o-terreno, com uma suspensão única
• Levitação magnética
  • Trem Maglev
• Altura do percurso - distância ao solo do veículo
• Estrutura da Oleo - design usado na maioria das aeronaves de grande porte , com gás comprimido e fluido hidráulico - conceitualmente semelhante à suspensão hidropneumática automotiva
• Raio de esfrega
• Suspensão de braços curtos e longos - também conhecida como "braço de comprimento A desigual", um dos parâmetros de design da suspensão de duplo braço
• Barra de apoio - uma forma de suspensão semi-independente

Referências

links externos

• Como funcionam as suspensões de automóveis
• Robert W. Temple, The ABCs of Chassis Frame and Suspensions , setembro de 1969
• Calculadora de geometria de suspensão