Sistemas de suspensão

O sistema de suspensão nasceu ainda antes do advento do automóvel com o intuito de tornar o veículo mais confortável e seguro para os passageiros, devido à péssima qualidade das estradas existentes na época.

É um sistema que tem a função de absorver, através das rodas, os impactos provocados pelas irregularidades do piso, proporcionando conforto aos ocupantes do veículo e garantindo o contacto com o solo. Compensa as imperfeições da estrada, e proporciona maior estabilidade, seja em curva, aceleração ou travagem, facilitando o controlo do veículo pelo condutor.

Inicialmente foram utilizadas suspensões do tipo molas de lâmina (semi-elípticas) para ambos os eixos do veículo, devido à simplicidade e baixo custo de produção. Posteriormente, este tipo de suspensão passou a ser utilizado apenas nos eixos traseiros dos veículos, e generalizou-se-se a aplicação de molas helicoidais nos eixos dianteiros.

Posteriormente, a suspensão modificou-se, adoptando sistemas independentes. Assim, cada roda passou a acompanhar a irregularidade da estrada sem afectar o comportamento da outra roda do mesmo eixo, mantendo a estabilidade da carroceria.

Os componentes fundamentais da suspensão são os amortecedores e as molas.

O amortecedor tem como função controlar os movimentos da carroceria e suavizar as oscilações produzidas pelas molas, influenciando directamente a estabilidade do veículo.

Quando estão gastos, deixam de exercer a sua função e ficam sem acção, o que leva ao desgaste prematuro dos restantes componentes da suspensão.

Em altas velocidades ou em curva, os amortecedores exercem um controlo importantíssimo na estabilidade e segurança do veículo. Por isso deve-se estar atento ao seu estado e ao limite de quilometragem estabelecido pelo fabricante para uma possível substituição, a fim de evitar acidentes.

É fácil verificar quando um amortecedor não se encontra em boas condições: A carroceria oscila mais do que o normal nas travagens e nas curvas e veículo “foge” durante as travagens.

Há ainda possibilidade de uma verificação visual, analisando se há fugas de óleo entre o eixo e o corpo do amortecedor e/ou se pneus apresentam um desgaste anormal (rápido e/ou irregular). Se se deparar com uma destas situações, não tenha dúvidas: está na hora de fazer a substituição dos amortecedores.

Actualmente o sistema de suspensão é foco de contínuo desenvolvimento. Como referido, a necessidade de melhorar a segurança, o conforto e desempenho é o que impulsiona o desenvolvimento tecnológico de suspensões, como por exemplo, as suspensões activas, que controlam os movimentos verticais das rodas recorrendo à electrónica.

PRINCIPAIS COMPONENTES DOS SISTEMAS DE SUSPENSÃO

Para uma melhor percepção do funcionamento dos vários tipos de sistemas de suspensão, é de elevada importância fazer uma abordagem sobre os principais componentes bem como as suas características, sempre com o foco no estudo da dinâmica do veículo.

As molas (principal e auxiliar ou batente), o amortecedor e os casquilhos constituem os principais componentes de uma suspensão, sendo empregues na grande maioria dos sistemas actuais.

Mola Semi-elíptica

A mola semi-elíptica ou mola de lâminas convencional, é composta por várias lâminas sobrepostas.

As grandes vantagens destas molas são a sua simplicidade de construção, robustez e baixo custo. Existe uma característica neste tipo de mola que deve ser mencionada, que é o atrito interno gerado pelo escorregamento entre as lâminas.

Uma forma implementada recentemente para diminuir o atrito interno entre lâminas, foi a introdução de pastilhas redutoras de atrito nos pontos onde existe contacto entre elas.

Molas Helicoidais

Este tipo de mola é fabricado enrolando um arame em forma helicoidal. Quando se pretende um elevado nível de conforto, este tipo de mola é o mais utilizado.

Figura — Molas Helicoidais

A curva de rigidez característica de uma mola é linear obedece à equação:

F=KX (Lei de Hooke)

Onde:

• F — Carga sobre a mola [N];
• K — Constante elástica da mola [N/m];
• X — Deformação da mola [m].

Na figura, a mola à esquerda é designada de mola helicoidal do tipo Barril (Mini-block). Estas molas apresentam a curva de rigidez progressiva (não-linear) e diferencia-se da mola helicoidal standard (à direita na figura) devido à sua forma de “barril”. Esta forma provoca uma menor altura de bloqueio da mola, ou seja, altura em que todos elos de uma mola helicoidal se tocam.

Para além da rigidez progressiva, uma grande vantagem deste tipo de mola é o facto de requerer menor espaço para a sua instalação (altura), em comparação com as molas cilíndricas, para um mesmo curso total disponível.

Mola Pneumática

Em relação a todos os vários tipos de molas que já foram mencionados, a mola pneumática é o tipo que oferece as melhores características dinâmicas sob variadas condições de carga.

Esta mola, quando associada a um sistema de controlo de altura da suspensão, mantém as características dinâmicas próximas do ideal sob qualquer condição de carregamento. Para situações em que haja uma grande variação de carga entre o veículo vazio e carregado aliado à necessidade de se manter a altura do veículo constante e também onde o conforto é importante, a mola pneumática é a melhor opção a escolher, no entanto é um sistema mais complexo, mais sujeito a danos e requer mais manutenção.

Amortecedor

Os elementos de ligação entre a massa suspensa e a não suspensa dos veículos são os amortecedores. A função destes é reduzir e limitar a velocidade e amplitude das movimentações da carroçaria em todos os seus graus de liberdade. Devido à necessidade do veículo ter que obedecer à excitação provocada pelas irregularidades do pavimento, os amortecedores tem um papel importante para restringir as movimentações excessivas e não desejadas.

Sendo assim, o veículo pode ser analisado como um sistema vibratório com várias massas e molas, que podem comprometer a estabilidade ou provocar sensação de desconforto e insegurança ao condutor e passageiros.

Toda a energia que o amortecedor absorve devido às oscilações do veículo, será libertada para o ambiente sob a forma de calor.

Quanto à divisão dos amortecedores estes podem ser de dois tipos, os de atrito seco com elementos sólidos e os hidráulicos com elementos fluidos. Em relação ao de atrito seco com elementos sólidos pode citar-se dois tipos, com discos deslizantes (Truffault-Hartford) e com cinta enrolada (Gabriel Snubber).

No que diz respeito a amortecedores hidráulicos com elementos fluidos, pode-se citar dois tipos, o amortecedor com alavanca (Houdaille), e o telescópico.

Amortecedor telescópico

Os tipos de amortecedores mais utilizados nos dias de hoje são hidráulicos telescópicos de tubo duplo ou tubo simples representados na figura por esta ordem.

A pressão do gás injetado nos amortecedores pressurizados, varia normalmente entre 0,4 a 0,5 MPa, podendo ser atingidas temperaturas até 200 °C.

É possível por o amortecimento dependente do curso com a ajuda de cavidades de controlo. Estas são conformadas no tubo de pressão dos amortecedores de tubo duplo, promovendo assim uma passagem do fluido hidráulico que depende da posição relativa da haste e do tubo de pressão. Devido a este efeito, a força, que é função da velocidade de acionamento, passa a ser também função do curso ou posição da haste.

Estas cavidades irão permitir a passagem do fluido hidráulico, o que diminui a resistência hidráulica oferecida ao movimento da haste do amortecedor, modificando a curva de amortecimento (relação força x velocidade). A localização das cavidades é feita de forma que ocorra uma passagem suave na curva de amortecimento.

A alteração da característica de amortecimento em função da posição da haste ou pistão do amortecedor e da configuração das cavidades depende da finalidade ou aplicação do amortecedor. Pode apresentar varias configurações das cavidades, como é mostrado na figura abaixo.

A configuração "A" promove diminuição da resistência hidráulica oferecida ao deslocamento do pistão em grande parte do curso da região central do amortecedor.

A configuração "B" também promove a diminuição da resistência hidráulica oferecida ao deslocamento do pistão, porém somente num pequeno curso em torno da região central.

Com a configuração "C", apenas no final do curso da suspensão existe a acção de um "travão hidráulico" não permitindo desta forma impactos, principalmente quando ocorre abertura total do amortecedor.

A configuração "D" promove o aumento da resistência hidráulica oferecida ao deslocamento do pistão num pequeno curso em torno da região central e também nas extremidades (final de curso) do amortecedor.

Barra estabilizadora

Existem componentes que podem ser adicionados nas suspensões, tanto dianteira como traseira, com vista principalmente em diminuir os ângulos de inclinação da carroçaria e também a velocidade a que o fenómeno acontece. Estes são denominados de barras estabilizadoras e podem ser feitas de barras circulares de aço maciço ou tubular, ou perfis em forma de "U".

A barra estabilizadora possui outras características para além das já mencionadas, como a influência das características de comportamento em curvas e respostas ao virar do volante, fazendo com que o veículo aumente ou diminua a sobreviragem e subviragem, melhorando a segurança e controlo do veículo. Sendo assim, a utilização da barra no eixo dianteiro proporciona um aumento da tendência de subviragem e melhora o comportamento em manobras de mudança de direção. Com isto, a maior estabilização do eixo traseiro conduz a um comportamento mais neutro nos veículos de tração dianteira e maior sobreviragem nos de tração traseira.

Na figura é apresentada uma suspensão dianteira com barra estabilizadora, onde a barra é fixada aos braços oscilantes e apoiada por casquilhos presos à carroçaria.

O seu efeito estabilizante depende das características de rigidez, definidas através da sua geometria, dimensões e materiais utilizados.

Posto isto, quando se utiliza a barra estabilizadora com vista a melhorar o comportamento do veículo, poderá também provocar alguns efeitos indesejáveis, tais como o aumento da rigidez das suspensões e a vibração devido ao aumento da rigidez do conjunto, provocando assim uma diminuição do conforto. Outra situação que pode ocorrer é o aumento da oscilação da carroçaria, quando o veículo circula em estradas com pavimento irregular.

TIPOS DE SUSPENSÃO

Para estudar a dinâmica do veículo, é necessário um conhecimento aprofundado dos sistemas de suspensão e dos seus componentes.

Responsáveis pelo amortecimento e controlo do equilíbrio do automóvel, as suspensões têm um papel determinante no comportamento do carro. Umas mais elaboradas que outras, mais destinadas ao conforto ou à performance. Vamos assim, tentar entender o que as distinguem.

São de seguida apresentados os vários tipos de sistemas de suspensão existentes.

EIXOS RÍGIDOS

Este sistema foi o primeiro a ser desenvolvido e começou a ser usado nas carruagens, utilizando molas semielípticas ou de lâmina. A grande vantagem deste tipo de suspensão é a elevada simplicidade de construção, elevada robustez e baixo custo de produção.

A utilização deste sistema em veículos de passageiros perdurou até por volta da década de 60, sendo nos dias de hoje ainda utilizado no eixo traseiro, normalmente em veículos comerciais.

Neste tipo de suspensão, as rodas esquerdas e direitas estão ligadas por um único eixo. Assim, o movimento de um lado afecta o outro. Os eixos e os seus apoios são pesados, aumentando a massa suspensa do carro.

Como mostra na figura abaixo, um par de molas semi-elípticas é montado longitudinalmente em um eixo rígido.

Com a chegada das molas helicoidais com amortecedor em separado, abriram-se novas portas para o desenvolvimento de sistemas de suspensão inovadores, apesar destes apresentarem um custo mais elevado que o sistema com molas semielípticas.

SUSPENSÕES INDEPENDENTES

A suspensão independente permite que as rodas direita e esquerda se movam individualmente, o que é excelente para lidar com irregularidades e buracos das estradas. No caso de um carro com tracção traseira, também ajuda a transmitir potência com mais eficácia. O sistema é leve, estável e oferece uma condução confortável.

A grande diferença entre as suspensões de eixos rígidos e as independentes está no facto em que nestas últimas, o movimento vertical de uma roda não interfere no movimento da roda oposta do mesmo eixo. Outra vantagem das suspensões independentes é a de fornecer maior rigidez ao rolamento (Roll) relativamente à rigidez vertical.

Braço de arrasto (Trailing arm)

Na figura abaixo está representado um dos mais simples e económico sistema de suspensão dianteira independentes, "braço-de-arrasto" (trailing-arm), no qual eram usados dois feixes de molas submetidos à torção montados transversalmente.

Duplo Triângulo (Double wishbone)

Outro tipo de suspensão é a de duplo triângulo (Double-A-Arm). Esta foi muito utilizada na suspensão dianteira dos veículos americanos

Uma concepção que suporta as rodas num braço superior e inferior juntos. Os braços têm, habitualmente, a forma de um “V”, como um triângulo. Consoante a forma dos braços e a tracção do carro, pode controlar alterações no alinhamento e posição do carro durante a aceleração, com relativa facilidade. Também é muito rígida, revelando-se uma escolha popular nos carros desportivos que procuram controlo e estabilidade. No entanto, tem uma construção complexa, com vários componentes e ocupa espaço.

MacPherson

Atualmente, a suspensão dianteira mais utilizada nos veículos de passageiros de pequeno e médio porte com tração dianteira é a MacPherson.

Um sistema de suspensão simples que consiste numa mola, um amortecedor e um braço de controlo baixo. A coluna refere-se ao próprio amortecedor, que também serve de suporte neste tipo de suspensão. A parte superior do amortecedor suporta a carroçaria através de um apoio de borracha, e a parte inferior é suportada pelo triângulo. Por ter menos peças, o peso é mais baixo e, por consequência, tem um bom deslocamento. A vibração pode ser absorvida numa larga extensão.

Multilink

É um sistema de triângulos duplos avançado, que utiliza entre três e cinco braços para manter a posição do eixo, em vez de dois braços. Estes estão separados e existe muita liberdade, no que diz respeito ao posicionamento. O maior número de braços permite-lhe lidar com movimento em muitas direcções e mantém as rodas em contacto com a superfície da estrada a todo o momento. Este tipo de suspensão é usado com frequência na suspensão traseira de carros de tracção dianteira de alto desempenho para manter a estabilidade e a alta velocidade, e em carros de tracção traseira com muita potência para manter tracção.

Desta forma, abordamos os sistemas se suspensão mais comuns, o que permitirá com certeza facilitar a identificação do qual é utilizado no seu veículo.