apostila_dinamica-veicular

FIAT / UFSC 
 
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM 
ENGENHARIA AUTOMOTIVA 
 
 
 
 
DINÂMICA VEICULAR 
PROFESSOR LAURO NICOLAZZI 
 
 
 
Sumário
1 Estabilidade direcional 1
1.1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Estabilidade em retas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2.1 Forças e momentos sobre o veículo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2.2 Influência do comportamento do pneu na estabilidade . . . . . . . . . 5
1.3 Comportamento do veículo em reta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3.1 Força perturbadora transitória agindo no CG . . . . . . . . . . . . . 8
1.3.2 Força lateral permanente agindo sobre o CG . . . . . . . . . . . . . . 10
1.4 Manutenção da direção primitiva através do volante . . . . . . . . . . . . . 11
1.5 Considerações básicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.6 Veículos sujeitos a ventos laterais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.6.1 Força do vento agindo no centro de gravidade . . . . . . . . . . . . . 13
1.6.2 Força do vento agindo na frente do centro de gravidade . . . . . . . . 13
1.6.3 Força do vento agindo atrás do centro de gravidade . . . . . . . . . . 14
1.7 Considerações adicionais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.8 Estabilidade em curvas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.8.1 Geometria da direção e centro da curva . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.8.2 Comportamento do veículo em curvas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.9 Influência da posição do eixo de tração na estabilidade direcional de um veículo 23
1.10 Disposição dos elementos mecânicos no veículo . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.10.1 Concepção convencional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.10.2 Tração dianteira, motor longitudinal ou transversal . . . . . . . . . . 24
1.10.3 Motor traseiro longitudinal ou transversal . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.11 Influência da disposição dos elementos mecânicos no comportamento do veículo 27
1.11.1 Concepção convencional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.11.2 Concepção com tração dianteira . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.11.3 Concepção com motor traseiro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.11.4 Outras concepções . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.12 Comportamento das concepções com carregamento total . . . . . . . . . . . 29
1
1.12.1 Concepção convencional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.12.2 Concepção com tração dianteira. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.12.3 Concepção com motor traseiro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.12.4 Concepção com motor central . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
1.12.5 Concepção transaxle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
1.13 Comparação de diferentes concepções em testes de pista . . . . . . . . . . . . 31
1.13.1 Teste em pista circular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
1.13.2 Sensibilidade a ventos laterais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
1.13.3 Verificação da dirigibilidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
1.13.4 Teste de ultrapassagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
1.13.5 Aquaplanagem em curvas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
1.13.6 Aquaplanagem em reta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
1.13.7 Conclusões dos ensaios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2 Sistema de direção 37
2.1 Geometria da direção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.1.1 Esterçamento e raio de retorno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.2 Ângulos da direção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.3 Camber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.4 Inclinação do pino mestre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.5 Convergência das rodas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.5.1 Eixo não motriz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.5.2 Eixo motriz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.5.3 Raio de rolamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.5.4 Correção do comportamento em curvas com a variação da convergência 50
2.6 Caster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3 Suspensões planas 53
3.1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.2 Centro de gravidade das massas suspensas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.3 Centro e eixo de rolamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.4 Comportamento do veículo em curva com molas lineares . . . . . . . . . . . 59
3.5 Transferência de carga das rodas internas para as externas . . . . . . . . . . 61
3.5.1 Ação do momento M . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.5.2 Ação das parcelas da força centrífuga das massas suspensas . . . . . . 66
3.5.3 Ação do estabilizador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.5.4 Ação da força centrífuga das massas não suspensas . . . . . . . . . . 68
3.6 Carga dinâmica nas rodas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
2
3.6.1 Conclusão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.7 Ângulo de rolamento da carroceria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.7.1 Momentos de rolamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.7.2 Momentos de reação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.7.3 Ângulo de rolamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3.7.4 Possibilidades de melhorar o comportamento em curvas . . . . . . . 75
3.8 Exemplo de cálculo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.9 Exemplo de cálculo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
4 Modelos dinâmicos 89
4.1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
4.2 Definição de algumas variáveis básicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
4.3 Deflexão dos pneus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
4.3.1 Deflexão dos pneus para eixos com suspensões independentes . . . . . 91
4.3.2 Deflexão nos pneus para suspensões de eixo rígido . . . . . . . . . . . 92
4.4 Deflexão das molas das suspensões . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4.4.1 Deflexão das molas para suspensões independentes . . . . . . . . . . . 95
4.4.2 Deflexão das molas para suspensões de eixos rígidos . . . . . . . . . . 96
4.5 Modelos com dois graus de liberdade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
4.5.1 Modelo para bounce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
4.5.2 Determinação de alguns parâmetros da suspensão . . . . . . . . . . . 105
4.5.3 Massas não suspensas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
4.6 Modelos com sete graus de liberdade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
4.6.1 Veículos com dois eixos rígidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
4.6.2 Veículos com suspensão independente na dianteira e eixo rígido na
traseira . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
4.6.3 Veículos com suspensão independente na dianteira e na traseira . . . 134
4.6.4 Modelo para arfagem e bounce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
4.7 Unificação dos modelos desenvolvidos . . . . . . . . . . . . . . . .