2.1.3.2.3.11 Amortecedores com Válvula Sensível ao Curso
2.2 Cinemática e Elastocinemática
2.2.3 Convergência / Divergência (Toe-in / Toe-out)
Quando um par de rodas é ajustado de modo que suas bordas à frente do veículo apontam uma para a outra, o par de rodas é dito ser convergente. Se ao contrário, as bordas se afastam uma da outra, o par é dito ser divergente. Configurações de convergência e divergência para a roda dianteira de um veículo são ilustradas na Figura 71.
Sua quantidade pode ser expressa em graus pelo ângulo não paralelo das rodas. No entanto, é mais comum expressar a convergência e a divergência como a diferença entre a largura da bitola, medida à frente da borda de rodagem dos pneus. Seu ajuste afeta três principais características: o desgaste dos pneus, a estabilidade em linha reta e a dirigibilidade na entrada de curvas.
Figura 71: Convergência e Divergência (Jazar, 2008)
Para o mínimo desgaste dos pneus e perda de potência, as rodas devem apontar diretamente para frente quando o carro está movendo-se em linha reta. Convergência excessiva causa o desgaste acelerado nas bordas externas dos pneus, enquanto o excesso de divergência desgasta as bordas internas.
A convergência aumenta a estabilidade direcional do veículo, e a divergência melhora a resposta da direção. Consequentemente, a convergência torna a direção lenta, enquanto que a divergência faz com que o veículo se torne instável.
Para suspensões independentes nas quatro rodas, o alinhamento pode ser definido também na parte traseira do carro. Os ajustes na traseira têm o mesmo efeito no desgaste, estabilidade direcional, e reposta em curvas, como na dianteira. Entretanto, geralmente não se configura um carro de corrida com tração traseira de forma divergente na traseira, devido à instabilidade excessiva.
Quando o torque motriz é aplicado às rodas, elas puxam a si mesmas para frente e tendem a criar convergência. Além disso, um eixo não motriz sob o efeito trativo, ou em frenagem, tende a divergir (JAZAR, 2008).
Exemplos do efeito do alinhamento nos eixos dianteiros e traseiros (JAZAR, 2008):
• Dianteiro, convergência: resposta da direção mais lenta, maior estabilidade em linha reta, maior desgaste nas bordas externas dos pneus;
• Dianteiro, neutro: resposta média da direção, mínima perda de potência, mínimo desgaste dos pneus;
• Dianteiro, divergência: resposta da direção mais rápida, menor estabilidade em linha reta, maior desgaste nas bordas internas dos pneus;
• Traseiro, convergência: estabilidade em linha reta, maior tração em curvas, maior dirigibilidade, maior velocidade máxima.
Figura 72: Cáster (Jazar, 2008)
O cáster negativo ajuda a centralizar novamente o volante após uma curva fazendo os pneus dianteiros alinharem mais rapidamente. A maioria dos carros de rua são fabricados com 4 a 6 graus de cáster negativo. O cáster negativo tende a endireitar a roda quando o veículo se desloca para frente, e assim é usado para melhorar a estabilidade em linha reta (JAZAR, 2008).
Um exemplo clássico de cáster negativo encontra-se nas rodas dianteiras de um carrinho de supermercado. Conforme mostra a Figura 73, a projeção do seu eixo dianteiro encontra o solo no ponto “K”, à frente do ponto de contato do pneu com o solo “W”. Quando o carro é deslocado para frente, o eixo de direção puxa a roda, e devido ao arrasto no contato com o solo, ela se alinha diretamente atrás do eixo de direção. A força que faz com que a roda siga o eixo de direção é proporcional à distância “rτ,k” entre o ponto “K” relativo ao eixo de direção e o ponto de contato
do pneu com o solo “W”.
Enquanto maiores ângulos de cáster melhoram a estabilidade em linha reta, eles causam também um aumento no esforço de esterçamento da direção (adaptado de JAZAR, 2008 e REIMPELL et al., 2001).
Exemplos da influência do cáster no eixo dianteiro (JAZAR, 2008):
• Cáster Zero: fácil esterçamento em curvas, baixo esterçamento fora das curvas, baixa estabilidade em linha reta.
• Cáster Negativo: baixo esterçamento em curvas, fácil esterçamento fora das curvas, maior estabilidade em linha reta, boa área de contato dos pneus com o solo em curva, boa resposta em curva, boa estabilidade direcional, boa sensibilidade do volante.
• Cáster Positivo: quando a roda gira em torno do eixo de direção, a alteração do câmber é multiplicada. Esta alteração é geralmente favorável em curvas.
2.2.5 Câmber
Conforme a norma DIN 70000, câmber é o ângulo formado pelo plano central da roda e uma linha vertical relativa ao plano da superfície de rodagem, visto de frente ou de trás do carro. A Figura 74 ilustra o câmber para uma das rodas de um veículo. Se a roda se inclina para o chassi, ele é chamado de câmber negativo e se inclina para longe do carro, ele é chamado de câmber positivo (adaptado de JAZAR, 2008 e REIMPELL et al., 2001).
A força em curva que um pneu pode desenvolver é altamente dependente de seu ângulo relativo à superfície da estrada, e assim o câmber das rodas tem um efeito importante sobre a manutenção de um carro sobre a estrada. Um pneu desenvolve sua força máxima lateral em um ângulo de câmber pequeno. Esse fato é devido à contribuição do empuxo de curvatura, que é uma força lateral adicional gerada pela deformação elástica da borracha do pneu na interface com o piso de rodagem.
Para otimizar o desempenho de um pneu em uma curva, a suspensão deve permitir um ângulo de câmber pequeno na direção de rolagem da carroceria. Como o corpo do veículo rola em uma curva, a suspensão desloca verticalmente. A roda é ligada ao chassi pelo mecanismo de suspensão, que deve girar para permitir o desvio da roda. Portanto, a roda pode estar sujeita às alterações de curvatura maiores do que a movimentação da suspensão para cima e para baixo. Então, quanto mais a roda deve desviar-se da sua posição estática, mais difícil é manter um ângulo de cambagem ideal. Assim, um curso da roda relativamente grande e a baixa rigidez da suspensão necessários para proporcionar um bom conforto em carros de passageiros constituem um desafio difícil de projeto, enquanto o pequeno curso da roda e alta rigidez nominal inerentes aos carros de corrida reduzem o problema (JAZAR, 2008).
O ângulo de câmber é uma das variáveis fundamentais que determinam o desempenho do pneu, dentre as quais a carga, o ângulo de escorregamento26, a pressão, a temperatura e etc. O câmber estático é utilizado em conjunto com o câmber de compensação da geometria da suspensão para posicionar o pneu no melhor ângulo de inclinação possível quando em curva (MILLIKEN e MILLIKEN, 1995).
Quando um veículo é carregado com duas ou três pessoas (peso de projeto), um câmber ligeiramente positivo seria útil em veículos de passageiros para manter o contato dos pneus com o solo o mais vertical possível e provocar o desgaste mais uniforme e a menor resistência ao rolamento. Como mostra a Figura 75, o valor ideal para esse efeito seria:
εW = 5’ a 10’, ou seja, em torno de 0,1º
Para proporcionar uma melhor aderência lateral dos pneus nas curvas e melhorar a dirigibilidade, hoje em dia isso esta regra geralmente não se aplica mais e, em automóveis de passageiros, o ajuste é negativo mesmo quando o veículo está vazio. Os valores de ajuste para o eixo dianteiro em veículos de produção mais recentes são os seguintes:
εW,f,ul = 0 a – 1º 20’
Figura 75: Influência do Câmber no Desgaste do Pneu (Reimpell et al., 2001)
Na Figura 75 verificamos que o câmber de εW = 5’ a 10’ (~ 0,1º) leva a um desgaste mais
uniforme do pneu. Um câmber mais positivo leva a um maior desgaste do lado externo do pneu, enquanto que o câmber negativo provoca um maior desgaste na parte interna (REIMPELL et al., 2001).