Suspensão Magneride

Os engenheiros de montadora vivem um dilema na hora de ajustar os sistemas de suspensão. É preciso ter rigidez para quando o porta-malas estiver carregado, sem perder o conforto com o carro vazio (as picapes são um exemplo extremo desse dilema). Mais ainda: em certos momentos, como em freadas ou curvas, o ideal seria ter uma rigidez diferente para cada roda. Com o sistema Magneride, desenvolvido pela Delphi e que já apareceu em 2003 na série comemorativa de aniversário do Corvette e também no Cadillac Seville, isso passa a ser realidade.

Suspensões adaptáveis não são exatamente uma novidade. A Citroën tem isso faz tempo, com as esferas cheias de óleo em alta pressão do sistema Hidractive. A diferença é que o mecanismo francês exige um projeto à parte, integrado à arquitetura do carro, e o Magneride pode ser adaptado sem grandes problemas a carros comuns. O Cadillac Seville, por exemplo, é basicamente o mesmo há dez anos.

O coração do Magneride é um amortecedor convencional, mas com firmeza variável. Não custa recapitular: o amortecedor é um reservatório de óleo dividido em dois por um êmbolo com pequenos furos, que sobe e desce empurrado pelas rodas. O óleo custa a passar de um lado para o outro e essa dificuldade retarda o movimento, tornando o rodar do carro mais suave. No sistema Magneride, esse óleo recebe partículas de metal (a Delphi chama de fluido magneto-reológico). Eles normalmente estão dispersos, mas ficam unidos e alinhados ao receberem uma corrente elétrica (gerada por um eletroímã instalado no corpo do amortecedor). Como resultado, o óleo fica espesso até alcançar a consistência de uma geléia, deixando o amortecedor mais duro. Quanto maior a intensidade do estímulo elétrico, mais firme o carro fica.

A intensidade é regulada por uma central eletrônica. Sensores espalhados pelo carro identificam a manobra pretendida pelo motorista e o que está acontecendo na prática, e contam tudo para o computador. São informações como esterçamento do volante, travamento das rodas, inclinação da carroceria, velocidade e aceleração. A central eletrônica leva 15 milissegundos para adaptar os amortecedores. É só o tempo de processar as informações e dar o pulso elétrico. Além de rapidez, o Magneride promete silêncio e confiabilidade - afinal, não há motores a mais, válvulas para abrir e fechar nem circuitos hidráulicos de alta pressão. E em caso de defeito a suspensão fica macia de repente, mas continua em ação. A Delphi diz que o amortecedor magnético tem vida útil de 100 000 quilômetros, a mesma durabilidade prevista para a peça convencional (em estradas melhores que as nossas).

Em curvas fechadas, boa parte do peso do carro fica concentrada em um lado só. Numa situação assim os amortecedores adquirem calibragem mais firme do lado de fora da trajetória, para suportar o peso extra, e respondem mais prontamente para que as rodas do lado de dentro não percam o contato com o chão. O motorista fica livre para acelerar mais sem perder tração e os passageiros não são jogados de um lado para o outro. Um carro mais equilibrado freia em menor espaço. E, segundo diz a Delphi, o rodar fica mais silencioso.

Não é por acaso que a GM está lançando o Magneride ao mesmo tempo no Corvette e no Cadillac. São modelos para um público exigente quanto a desempenho e conforto - bastante desempenho com um conforto aceitável, no caso do esportivo, e todo o conforto com um bom desempenho, no caso do sedã. A intenção da Delphi, porém, é transformar esse amortecedor numa alternativa para a produção de massa. "O Magneride abre a possibilidade de fazermos carros diferentes com as mesmas peças de suspensão, programando seu comportamento por computador", diz Armando Avancini Filho, engenheiro da Delphi do Brasil.

Veja algumas fotos ilustrativas da suspensão com sistema Magneride no Audi TT.

Suspensões especiais

Em sua maior parte, este artigo concentrou-se nas suspensões predominantes em carros com tração dianteira e traseira - carros que trafegam por estradas normais em condições de condução normais. Mas e quanto às suspensões de carros especiais, como hot rods, carros de corrida ou off-roads extremos? Embora a suspensão de carros especiais obedeça aos mesmos princípios básicos, elas realmente trazem benefícios adicionais únicos às condições de condução em que devem trafegar. O que segue é um breve resumo de como a suspensão é projetada para três tipos de carros especializados - bugues Baja, Fórmula Um e hot rods no estilo americano.

O Fusca da Volkswagen foi criado para se tornar o favorito entre os entusiastas do fora-de-estrada ou "off-road". Com um baixo centro de gravidade e motor sobre o eixo traseiro, o Fusca com tração nas duas rodas enfrenta as condições off-road tão bem quanto alguns veículos com tração nas quatro rodas . É claro que o Fusca da VW não está pronto para as condições off-road com os seus equipamentos de fábrica. Muitos Fuscas requerem algumas modificações, ou conversões, para que se tornem aptos a enfrentar corridas em condições severas como os desertos da Baja Califórnia.

Foto cortesia de Car Domain Bugue Baja

Uma das modificações mais importantes é na suspensão. A suspensão do tipo barra de torção, equipamento padrão na frente e atrás na maior parte dos Fuscas entre 1936 e 2003, pode ser levantada para abrir espaço às rodas e pneus maiores para off-road. Amortecedores mais longos substituem os amortecedores originais para deixar o carro mais alto e fornecer o máximo curso de suspensão possível. Em alguns casos, os preparadores do bugue Baja removem por completo as barras de torção e substituem-nas por conjuntos mola-amortecedor, um item de mercado paralelo que junta a mola e o amortecedor em uma peça ajustável. O resultado destas modificações é um veículo que permite que as rodas se movimentem verticalmente por 50 cm ou mais em cada canto. Um carro desses pode facilmente percorrer um terreno bem acidentado e, às vezes, parece deslizar sobre as imperfeições como uma pedra atirada na água.

As corridas de Fórmula 1 representam o auge das inovações e evoluções automobilísticas. Pouco peso, estruturas compostas, potentes motores V10 e aerodinâmica avançada resultaram em carros mais rápidos, mais seguros e confiáveis.

Carro de Fórmula 1

Para aumentar a habilidade do motorista como fator-chave de diferenciação em uma corrida, normas rigorosas e exigências regem o projeto dos carros de corrida da Fórmula 1. Por exemplo, as normas que regem o projeto das suspensões exigem que todos os carros de Fórmula 1 devem ser convenientemente suspensos, mas não se permitem suspensões ativas controladas por computador. Para contornar isto, os carros usam suspensões do tipo multi-braço que usam um mecanismo equivalente ao sistema de braços triangulares superpostos.

Lembre-se de que esse projeto usa dois braços de controle triangulares para orientar o movimento para cima e para baixo de cada roda. Cada braço possui três pontos de fixação - dois no chassi e um na manga do eixo - e cada junta é articulada para orientar o movimento da roda. Em todos os carros, a vantagem básica da suspensão do tipo braços triangulares superpostos é a estabilidade. A geometria dos braços e a elasticidade das juntas fornece para os engenheiros o controle máximo sobre o ângulo da roda e a dinâmica dos outros carros, como a sustentação, agachamento e mergulho. Ao contrário dos carros de rua, os amortecedores e molas helicoidais de um carro de corrida da Fórmula 1 não se fixam diretamente nos braços de controle. Em vez disso, eles ficam dispostos ao longo do comprimento do carro e são controlados remotamente, através de uma série de hastes e balancins. Neste arranjo, as hastes e os balancins traduzem os movimentos para cima e para baixo das rodas em movimentos para frente e para trás do conjunto mola e amortecedor.

A clássica era do carro americano hot rod durou de 1945 até cerca de 1965. Assim como os bugues Baja, os clássicos hot rods exigiam modificações significativas. Diferente dos Fuscas, que são construídos sobre chassi da Volkswagen, os hot rods eram construídos em uma variedade de modelos de carros antigos, muitas vezes históricos. Carros fabricados antes de 1945 eram considerados ideais para transformações em hot rod, pois as suas estruturas e seus chassis estavam quase sempre em bom estado, enquanto os seus motores e sistemas de transmissão precisavam ser trocados completamente. Era exatamente o que os entusiastas de hot rod queriam, porque isso lhes permitia instalar motores mais confiáveis e potentes, tais como o flathead V8 da Ford ou V8 da Chevrolet.

Foto cortesia de Street Rod Central T-bucket de 1923

Um hot rod popular era conhecido como T-bucket , pois era baseado no Modelo T da Ford. A suspensão normal da Ford na dianteira do Modelo T consistia de um sólido eixo dianteiro de viga-I, uma mola em forma de U (feixe de molas) e um tensor em forma de braço triangular, com uma esfera na extremidade traseira, que ficava centralizada em um suporte fixo à transmissão. Os engenheiros da Ford construíram o Modelo T para trafegar com uma grande amplitude no movimento da suspensão. Era um projeto ideal para as ásperas e primitivas estradas da década de 30. Após a Segunda Guerra Mundial, os "envenenadores de carros" ou hot rodders começaram a experimentar os motores maiores do Cadillac ou Lincoln, o que significou que o tensor em forma de triângulo não era mais aplicável. No lugar, eles removeram a esfera central e parafusaram as extremidades do braço triangular aos trilhos do chassi. Esse projeto do braço triangular bipartido abaixou o eixo dianteiro em cerca de 2,5 cm e melhorou a estabilidade do veículo.

Abaixar o eixo em mais de uma polegada exigia um novo design, que foi fornecido por uma companhia conhecida como Bell Auto. Durante os anos de 1940 e 1950, a Bell Auto ofereceu eixos de tubos rebaixados, que abaixaram o carro em 13 cm (5 polegadas). Os eixos de tubos eram construídos a partir de tubos de aço alinhados com uma excelente aerodinâmica. A superfície do aço aceitava melhor o revestimento de cromo do que os eixos forjados de viga-I. Sendo assim, os hot-rodders sempre os preferiam, graças às qualidades estéticas.

No entanto, alguns entusiastas de hot rod discutiam que a rigidez dos eixos dos tubos e a incapacidade de serem flexionados comprometia a estabilização dos impactos da direção. Para solucionar isso, os hot rodders lançaram a suspensão de quatro barras, usando dois pontos de fixação no eixo e dois no chassi. Em cada ponto de fixação, a extremidade da haste do tipo aeronave fornecia bastante movimento em todos os ângulos. O resultado? O sistema de quatro barras melhorou o funcionamento da suspensão em todas as condições de direção.

O futuro das suspensões de carros
Enquanto houve acréscimos e melhorias tanto nas molas, quanto nos amortecedores, o projeto básico das suspensões de carro não passou por uma evolução significativa ao longo dos anos. Entretanto, tudo isso pode mudar com a introdução de um projeto novo de suspensão concebido por Bose (em inglês)- o mesmo Bose conhecido por suas inovações em tecnologias acústicas. Alguns especialistas se arriscam a dizer que a suspensão de Bose é o maior avanço nas suspensões automobilísticas desde a introdução do projeto totalmente independente.

Foto cortesia de BOSE Módulo dianteiro da suspensão de Bose

Como ela funciona? O sistema Bose usa um motor eletromagnético linear (LEM) em cada roda no lugar de um conjunto convencional formado por amortecedor e mola. Os amplificadores fornecem eletricidade aos motores, de tal forma que a sua energia é gerada a cada compressão do sistema. A vantagem principal dos motores é que eles não são limitados pela inércia inerente aos amortecedores convencionais dependentes de fluido. Como resultado, o LEM pode estender e comprimir em uma velocidade muito maior, eliminando praticamente todas as vibrações no interior do carro. O movimento das rodas pode ser tão suavemente controlado que a estrutura do carro permanece no mesmo nível, independentemente do que está acontecendo com as rodas. O LEM também pode neutralizar o movimento do carro enquanto está acelerando, freando e fazendo curvas, dando ao motorista uma grande sensação de estabilidade.

Infelizmente, esse paradigma de suspensão não estará disponível antes de 2009, quando será fornecido a um ou mais carros luxuosos de alto nível. Até lá, os motoristas terão que confiar nos métodos de suspensão testados e aprovados, que suavizaram estradas onduladas durante séculos.

Como funcionam as suspensões dos carros

Quando as pessoas pensam sobre o desempenho de um automóvel, geralmente vem à cabeça potência, torque e aceleração de 0 a 100 km/h. No entanto, toda a força gerada pelo motor é inútil se o motorista não puder controlar o carro. Por isso, os engenheiros automobilísticos voltaram sua atenção para o sistema de suspensão quase ao mesmo tempo em que dominaram a fundo o motor de combustão interna a 4 tempos.

Foto cortesia de Honda Motor Co., Ltd. Sistema de suspensão de braços triangulares superpostos no Honda Accord Coupe 2005

A função da suspensão de carro é maximizar o atrito entre os pneus e o solo, de modo a fornecer estabilidade na direção com bom controle e assegurar o conforto dos passageiros. Neste artigo veremos como as suspensões evoluíram ao longo dos anos e qual deve ser o futuro das mesmas.

Se as estradas fossem perfeitamente planas, sem irregularidades, as suspensões não seriam necessárias. Entretanto, elas estão longe de serem perfeitas. Até mesmo as recém-pavimentadas possuem desníveis tênues, que podem interagir com as rodas do carro. São essas imperfeições que transmitem força às rodas. De acordo com as leis de deslocamento de Newton, todas as forças possuem tanto magnitude como direção. Uma ondulação no solo faz com que a roda se mova para cima e para baixo, perpendicularmente à superfície. A magnitude, é claro, vai depender de a roda atingir uma grande ondulação ou uma partícula minúscula. Em ambos os casos, ela sofre uma aceleração vertical quando passa sobre a imperfeição.

Sem uma estrutura que intervenha, toda a energia vertical das rodas é transferida para o chassi, que se move na mesma direção. Numa situação dessas, as rodas podem perder completamente o contato com o solo. Então, sob a força da gravidade, elas podem bater no chão. Você precisa de um sistema que irá absorver a energia da roda acelerada verticalmente, permitindo que o chassi e o corpo permaneçam inalterados enquanto as rodas seguem as ondulações do solo.

O estudo das forças que agem sobre um carro em movimento é chamado de dinâmica veicular. Você precisa conhecer alguns desses conceitos para entender porque a suspensão é necessária. Muitos engenheiros de automóveis consideram a dinâmica de um carro em movimento sob duas perspectivas:

• rodagem - capacidade do carro em passar sobre todas as ondulações com suavidade
• comportamento - capacidade do carro em acelerar, frear e fazer curvas com segurança

Essas duas características podem ser descritas em três importantes princípios - isolamento do solo, adesão ao solo e capacidade de curva. O quadro abaixo descreve esses princípios e como os engenheiros tentam solucionar os desafios de cada um.

Princípio	Definição	Objetivo	Solução
Isolamento do solo	A capacidade do veículo em absorver ou isolar o impacto com o solo do compartimento dos passageiros.	Permitir que o veículo trafegue sem perturbação enquanto estiver percorrendo solos ásperos.	Absorver energia dos obstáculos do solo e dissipá-la sem causar oscilação indevida no veículo.
Adesão ao solo	A proporção em que o carro está em contato com a superfície do solo em várias mudanças de direção e em linha reta . Por exemplo: o peso do carro irá se deslocar dos pneus traseiros para os pneus dianteiros durante a frenagem. Como a parte frontal do carro se inclina na direção do solo, este tipo de deslocamento é conhecido como "mergulho". O efeito oposto - "agachamento" - ocorre durante a aceleração que desloca o peso do carro dos pneus dianteiros para trás.	Manter os pneus em contato com o solo, porque é o atrito entre os pneus e o solo que afeta a capacidade do veículo de andar, frear e acelerar.	Minimizar a transferência do peso do veículo de um lado para outro e de frente para trás, pois essa transferência reduz a adesão dos pneus ao solo.
Capacidade de curva	A capacidade do veículo em trafegar em uma trajetória curva.	Minimizar a inclinação da carroceria que ocorre quando a força centrífuga na curva o veículo para fora pelo seu centro de gravidade, elevando um lado do carro e abaixando o lado oposto.	Transferir o peso do carro durante as curvas do lado mais baixo do carro para o mais alto.

A suspensão do carro, com todos os seus componentes, fornece todas as soluções descritas.

Vamos observar as partes de uma suspensão a partir da foto maior do chassi, até os componentes individuais, embaixo, que tornam a suspensão apropriada.

O chassi
A suspensão do carro é, na verdade, parte do chassi. Ele abrange todos os importantes sistemas localizados na parte inferior do carro.

Chassi

Esses sistemas incluem:

• o chassi - componente estrutural destinado a carregar o peso que sustenta o motor e a carroceria. Estes, por sua vez, são sustentados pela suspensão;
• o sistema de suspensão - arranjo que sustenta o peso, absorve e amortece impactos e ajuda a manter o contato dos pneus;
• o sistema de direção - mecanismo que possibilita que o motorista guie e direcione o veículo;
• os pneus e as rodas - componentes que tornam possível o deslocamento do veículo através da aderência e/ou atrito com o solo.

Logo, a suspensão é nada mais que um dos sistemas mais importantes do veículo.

Tendo memorizado a foto maior, vamos aos três componentes fundamentais de qualquer suspensão: molas, amortecedores e barras estabilizadoras.

Molas
Os sistemas atuais de molas são baseados em um dos quatro projetos básicos:

• molas helicoidais - esse é o tipo mais comum de mola e é, em essência, uma barra de torção de alta capacidade, enrolada em volta do seu eixo. As molas helicoidais se comprimem e expandem, para absorver o deslocamento das rodas;

Foto cortesia de Car Domain Molas helicoidais

Feixe de molas

• feixe de molas - este tipo de mola consiste em várias camadas de metal (chamadas "lâminas") colocadas juntas para atuarem como uma única peça. Os feixes de molas foram usados inicialmente em carruagens puxadas por cavalos e eram encontradas na maioria dos carros americanos até 1985. Até hoje, eles são usados em muitas picapes e veículos pesados;
• barras de torção - as barras de torção utilizam as propriedades de torção de uma barra de aço para obter o desempenho parecido com o de uma mola helicoidal. O seu funcionamento ocorre do seguinte modo: uma extremidade da barra é fixada no chassi do veículo e a outra é fixada ao braço traingular, que atua como uma alavanca que se movimenta perpendicularmente à barra de torção. Quando a roda atinge um obstáculo, o deslocamento vertical é transferido ao braço triangular e, depois, através da ação de alavanca, à barra de torção. Esta então se torce ao longo do seu eixo para prover a força de mola. Os fabricantes de carros europeus usaram amplamente este sistema nas décadas de 1950 e 1960, assim como a Packard e a Chrysler nos Estados Unidos (e no Brasil, nos Dodge Dart e Charger); são usadas também em outras partes do carro, como manter as tampas de porta-malas abertas, visto na foto abaixo;

Barra de torção

• molas pneumáticas - consistem em uma câmara cilíndrica de ar e são posicionadas entre a roda e o carro, usando as compressivas qualidades do ar para absorver as vibrações da roda. Esse conceito tem mais de um século e podia ser encontrado em bigas puxadas por cavalos. Nessa época, as molas pneumáticas eram feitas de diafragmas de couro cheios de ar, muito parecidos com foles. Elas foram substituídas por molas pneumáticas de borracha moldada nos anos 30;

Molas pneumáticas

Dependendo do lugar onde estão localizadas as molas em um carro - por exemplo, entre as rodas e o chassi - os engenheiros muitas vezes acham conveniente falar em massa suspensa e a massa não-suspensa.

Molas: massa suspensa e massa não suspensa
A massa suspensa é a massa do veículo sustentada pelas molas, enquanto que a massa não-suspensa é definida como a que fica entre o solo e as molas de suspensão. A dureza das molas afeta o modo como a massa suspensa reage enquanto o carro está sendo dirigido. Os carros suspensos de uma forma mais solta, tais como os de luxo, podem absorver bastante os obstáculos e oferecer um rodar muito suave. No entanto, um carro desses é propenso a "mergulhar" e "agachar" durante a frenagem e aceleração. Tende, ainda, a rolar ou se inclinar nas curvas. Os carros de suspenão mais firme, como os esportivos, são menos agradáveis em estradas de piso mais irregular, mas eles minimizam bastante os movimentos da carroceria. Isso significa que eles podem ser dirigidos vigorosamente até mesmo nas curvas.

Então, enquanto as molas parecem dispositivos simples, projetá-las e implementá-las em um carro para conciliar conforto com a estabilidade é uma tarefa complexa. Para tornar as coisas ainda mais difíceis, as molas não oferecem sozinhas um rodar perfeitamente suave. Por quê? Porque as molas são ótimas para absorver energia, mas não tão boas para dissipá-la . Outras estruturas, conhecidas como amortecedores, são necessárias para fazer isso.

Suspensões históricasOs vagões e carruagens do século XVI tentaram solucionar o problema de sentir as irregularidades do caminho. Surgiu a idéia de se elevar a carruagem em amarras de couro fixadas a quatro colunas do chassi. Na época, ele parecia uma mesa de cabeça para baixo. Uma vez que a carruagem estava suspensa do chassi, o sistema veio a ser conhecido como "suspensão" - termo usado até hoje para descrever o conjunto completo de soluções. A suspensão do tipo carruagem levantada não foi um verdadeiro sistema de molas, mas possibilitou que a carruagem e que as rodas se movessem independentemente.

Os projetos de molas do tipo semi-elípticas, conhecidas também como molas do tipo carroça, rapidamente substituíram a suspensão por amarras de couro. Muito populares em vagões, carroças e carruagens, as molas semi-elípticas eram usadas freqüentemente, tanto no eixo dianteiro, quanto no traseiro. Entretanto, tinham tendência a permitir um balanço para frente e para trás e possuíam um centro de gravidade alto.

Assim que os veículos motorizados tornaram-se frequentes na vida das pessoas, outros sistemas mais eficientes de molas foram sendo desenvolvidos para aumentar o conforto dos passageiros.