TÍTULO:
Análise do Centro de Gravidade de um Veículo Formula SAE
AUTORES:
Gustavo Marques Pereira, Miguel Ângelo Menezes, Danilo Alves Dias, Matheus Peliciari Simon, Daniel Mariano Bárbara, Campus de Ilha Solteira, Faculdade de Engenharia, Engenharia Mecânica, mpereiragustavo@gmail.com
INTRODUÇÃO:
O que se busca num projeto de um veículo Formula SAE é o alto desempenho em pista. Um dos principais
parâmetros e responsável por este alto desempenho é a posição do centro de gravidade (CG). Para um Formula SAE o ideal é que ele seja o menor possível no eixo z e o mais centralizado possível no eixo y e x. Considerando o eixo x, o eixo longitudinal, o eixo y, o eixo lateral e o eixo z, a altura em uma vista frontal. No eixo z, quanto menor a altura do CG melhor a sensibilidade de transferência de carga, em y e x, quanto mais centralizado maior a tendência de um comportamento neutro do veículo.
Para fim de definição, o centro de gravidade é o ponto onde as forças gravitacionais estão agindo e para campos gravitacionais uniformes este ponto é o mesmo do centro de massa, que é onde se admite que a massa esteja totalmente concentrada.
Este valor é essencial para determinar diversos parâmetros no projeto do veículo, principalmente, os relacionados a suspensão. A problemática encontrada é que apesar de crucial, o CG só pode ser obtido com precisão após a construção do veículo, tornando-se, portanto, uma incógnita no projeto.
As possíveis soluções encontradas são: mensurar este dado a partir dos veículos anteriores por meio de um teste empírico e usar as ferramentas de um software de CAD com o desenho completo do veículo. A escolha tomada foi a da realização do teste empírico e validá-lo com a aproximação apresentada pelo Software. Considera-se o valor da segunda opção como aproximado, pois para obter uma medida precisa no software é necessário ter o desenho exato de todas as peças e do piloto, o que torna a torna uma opção com maior fonte de erros.
OBJETIVOS:
O trabalho tem por finalidade analisar e determinar a posição do centro de gravidade de um veículo de Formula SAE
por meio de um teste de inclinação lateral do veículo MATERIAL E MÉTODOS:
O método utilizado para determinar a posição do CG foi dividido em duas etapas.
A primeira etapa consistiu em medir o peso total do carro colocando o veículo sobre quatro balanças, obtendo assim a massa em cada corner. A partir deste passo foi possível obter a posição tanto no eixo x, como no eixo y.
No cálculo da posição do CG no eixo x utilizou-se uma equação de momentos, em que se escolhe um ponto O; no caso, foi escolhido o ponto de contato do pneu dianteiro esquerdo com o solo, e como se tem a distância do entre eixos do carro e os valores da massa do eixo dianteiro, basta fazer uma relação de momentos sobre o ponto O escolhido.
A ideia para o cálculo da posição do CG no eixo y é basicamente a mesma utilizada acima para o eixo x; porém, utiliza-se o entre rodas dianteiro e traseiro como os braço dos momentos aplicados no ponto O pré-estabelecido.
. A segunda etapa consiste em um teste, no qual o carro se inclina até um ângulo em que o veículo tende a ficar em equilíbrio, ou seja, é o ângulo no qual o CG está perpendicular ao chão, possibilitando por uma equação simples de trigonometria, que utiliza o deslocamento em y, obter a posição do CG. O teste é realizado com o piloto dentro do veículo para obter a posição do CG numa situação real de pista. Como há risco de tombamento, todas as medidas de segurança são tomadas. Assim, para a realização deste teste se utilizou uma ponte rolante do Departamento da Engenharia Civil da FEIS, uma cinta de segurança, o próprio veículo e um nível angular com base magnética.
RESULTADOS:
Após a realização das etapas e cálculos descritos acima foram encontrados resultados significativos e coerentes com
os apresentados pelo software de CAD.
A posição do CG encontrada no eixo x demostrou que nosso veículo tem uma distribuição de massa de: 45% na dianteira e 55% na traseira. No eixo y, vimos que o carro é praticamente simétrico lateralmente, ou seja, a massa do lado esquerdo é bem próxima do lado direito; sendo que os cálculos mostraram que o CG é deslocado em 11mm para esquerda. No eixo z se verificou que o CG está a 270mm do chão.
DISCUSSÃO:
A partir das análises realizadas é possível observar que a junção dos métodos utilizados se demonstrou muito efetiva,
visto que foi possível obter a posição do CG nos três eixos com boa precisão.
O teste empírico foi realizado no protótipo FX7, o que facilitou a equipe Fênix Racing de Formula SAE no projeto do FX8, já que com este valor foi possível ter uma previsão bem maior do comportamento dinâmico do veículo em relação aos anos anteriores. Esta previsibilidade deixa a equipe muito mais competitiva.
Dessa forma este trabalho comprova a importância de testes empíricos no intuito de validar dados iniciais de projetos e melhorar a qualidade de projetos futuros.
REFERÊNCIAS:
MILLIKEN, W. F. Race Car Vehicle Dynamics, Society of Automotive. Engineers, 1995
SANTOS, Rodrigo. Race Car Dynamics, 2017
