1.1 Introdução
Os critérios de conforto1 e estabilidade2 são conflitantes no projeto da suspensão dos veículos automotores. Usualmente, um veículo estável com alto desempenho em dirigibilidade3 em estradas ruins não é confortável. Para o máximo conforto de rodagem a suspensão deve ser macia, em outras palavras, as forças dos amortecedores4 devem ser baixas. No entanto, para o melhor controle da estabilidade os amortecedores devem apresentar altas forças de amortecimento (adaptado de VANNUCCI, 1992).
Para resolver este conflito, geralmente os amortecedores são concebidos para proporcionar um compromisso entre essas duas condições. Nos veículos modernos, devido à variação diversa de uso e carga, estabelecer este compromisso é bastante difícil.
Em mercados maduros, como o Europeu, o Japonês e o Norte-Americano, essa situação tem se agravado com o aumento das exigências dos usuários com respeito ao conforto e a estabilidade dos veículos e, por conta da exigência crescente destes consumidores, as montadoras destes países têm viabilizado o emprego de suspensões adaptativas, principalmente nos últimos 10 anos.
1 Conforto em dinâmica veicular está relacionado às baixas frequências de vibração (até 5 Hz) da massa suspensa. 2 Estabilidade é uma propriedade dos sistemas dinâmicos em tenderem a um determinado estado e neles permanecerem.
3 Dirigibilidade é a descrição da capacidade de um veículo de mover-se transversamente à sua direção de movimentação, particularmente em
curvas e durante manobras evasivas.
Nos países em desenvolvimento, como é o caso do Brasil, veículos de baixo custo dominam o cenário nacional e o perfil dos seus consumidores não revela, ainda, a disponibilidade de se investir em tecnologias de suspensões com amortecimento variável. Sendo assim, o mercado automobilístico brasileiro emprega hoje, em 100% dos automóveis aqui produzidos, suspensões com amortecimento passivo.
Nos últimos quarenta anos, pelo menos, as suspensões dos veículos automotores se baseiam em dois componentes básicos que são: a mola e o amortecedor. Esses componentes permitem o movimento relativo entre as rodas e a carroceria do veículo, de modo a permitir o tráfego do veículo sobre superfícies irregulares, preservando o máximo de tempo possível as rodas em contato com o piso para manter a estabilidade e dirigibilidade e ainda diminuir a movimentação da carroceria para aumentar o conforto.
Ocorre que não existe uma configuração ótima para valores dos componentes da suspensão, porque os parâmetros envolvidos são muito variáveis e não existe uma função que possa ser otimizada. Desta forma, toda suspensão é projetada de maneira a se obter um compromisso entre os fatores conflitantes. O compromisso também envolve consenso (o que nem sempre é fácil de obter), mas também limita o uso do veículo cujo potencial não é integralmente aproveitado.
As suspensões ativas apresentam o potencial de se obter a condição ótima a cada instante, pois, pelo menos teoricamente, existe essa solução para cada conjunto de parâmetros em um dado instante de tempo.
No presente estado da técnica, no mercado nacional, ainda não existe um conjunto de suspensão ativa que possa realizar esse objetivo de otimizar todo o potencial do veículo quanto à potência do motor e outros parâmetros para as múltiplas situações de variação de carga transportada e locais de tráfego. Em paralelo, o custo envolvido torna ainda proibitivo o uso generalizado dessa solução. As suspensões ativas, nos dias atuais, tornam-se aplicáveis somente em veículos de altíssimo valor agregado, veículos de competição e veículos militares onde o
Presentemente as soluções viáveis são as suspensões semi-ativas, que consistem em usar componentes que possam ter seus parâmetros variados de modo controlado, com gerenciamento lógico automático e com uso de processamento digital.
Essa é a área com grande desenvolvimento atualmente, que permite soluções muito adequadas (embora não otimizadas) com viabilidade técnica e econômica (adaptado de VANNUCCI, 1993).
1.2 Motivação do Trabalho
No atual estado da técnica, a grande maioria dos veículos automotores, para transporte de pessoas ou cargas, utiliza na suspensão amortecedores com fator de amortecimento pré-definido em sua fase de desenvolvimento, não sendo possível a alteração durante a utilização pelo motorista. Tal característica classifica estes veículos como portadores de um “Sistema de suspensão com amortecimento passivo”. Este conceito não é adequado aos veículos concebidos atualmente por não permitir obter as melhores condições de rodagem de modo confortável aos passageiros ou segurança da carga transportada, devido à variação do peso transportado ou das condições das ruas e estradas.
Atualmente, existem sistemas de suspensão que aplicam amortecedores com características de variação de amortecimento em função das condições de rodagem e do peso transportado utilizando-se de válvulas eletromagnéticas ou fluidos magneto-reológicos, formando os denominados “Sistemas de suspensão semi-ativos” que, no entanto, possuem a desvantagem de custo muito elevado e a necessidade do emprego de sensores no veículo e controladores eletrônicos complexos associados, também de custo elevado.
Num outro patamar, existem ainda os “Sistemas de suspensão ativos” os quais não utilizam amortecedores hidráulicos como dissipadores de energia, mas sim atuadores hidráulicos e molas pneumáticas ou moto-atuadores eletromagnéticos (tipo “Bose suspension”) que imputam energia ao sistema de suspensão, interferindo efetivamente na dinâmica do veiculo ao invés de apenas
reagir aos seus movimentos, como ocorre nos sistemas passivo e semi-ativo, porém com custo proibitivo para aplicação na extensa maioria dos veículos comerciais.
Portanto, a grande motivação deste trabalho está no desenvolvimento de um sistema de suspensão com amortecedores com controle variável de forças aplicado às suspensões de veículos automotores, controlado automaticamente ou remotamente de modo manual, que permita a variação das características de amortecimento da suspensão, proporcionando maior conforto e segurança dos passageiros em veículos de uso pessoal ou coletivo e melhor comportamento na movimentação do veículo, tanto em estradas boas como em estradas com muitos defeitos na superfície de rodagem.
O novo sistema busca ainda, para veículos de transporte de carga, prover maior estabilidade no uso destes veículos, tanto em condição de carga com pouco peso como em transporte de cargas muito pesadas, assegurando maior estabilidade na sua movimentação, com maior segurança para a carga transportada.
Tudo isso com custo competitivo e que venha a ocupar a lacuna existente entre o projeto de suspensão passivo, amplamente empregado na indústria automobilística (compondo 100% dos veículos produzidos no Brasil), e os sistemas de suspensão ativos e semi-ativos, extremamente caros e presentes apenas em veículos de nicho.
1.3 Objetivos
A presente proposta refere-se ao desenvolvimento de um sistema de suspensão com amortecimento semi-ativo do tipo “slow-active” onde, através da definição de uma lógica de controle, será automatizado um sistema de suspensão com amortecimento passivo variável seletivo, controlado remotamente de modo manual, o qual está atualmente em desenvolvimento pela empresa, transformando-o em um sistema de suspensão semi-ativo com custo competitivo.
rodagem, pela identificação dos parâmetros recebidos do veículo e da atitude do motorista ao volante.
Seu desenvolvimento visa incrementar o nível de inovação presente atualmente na indústria automobilística nacional, combatendo a entrada de produtos oriundos de outros mercados emergentes.
O trabalho almeja também proporcionar uma fonte de consulta sobre os diversos aspectos que envolvem o estudo da dinâmica veicular, servindo como um guia rápido para os engenheiros e projetistas de suspensão e seus componentes.