Nesta matéria veremos como é a atuação, que basicamente modifica a rigidez aparente do conjunto.
1. Veículo com suspensão passiva convencional (fig.1a). Numa trajetória curva, a aceleração transversal Alat gera uma força centrífuga Ft aplicada no centro de gravidade Cg do veículo. Como resultado, o momento torçor Mt, gerado pela força Ft, faz a carroçaria girar um ângulo a em torno do eixo longitudinal Er (eixo de rolagem) e a inclina no sentido externo da curva. O momento Mt é função do peso, velocidade, raio da curva, altura do centro de gravidade Cg com relação ao eixo longitudinal Er (distância h) e do grau de atrito (fricção) dos pneus. A velocidade e o raio da curva determinam a taxa de viragem. Para iguais condições de peso, velocidade, raio da curva e atrito, quanto maior distância h, maior o ângulo de rolagem a.
- Em veículos sem barra estabilizadora: o momento Mt é absorvido pelo momento M resultante da ação das molas sendo que as externas são comprimidas e as internas, alongadas.
- Em veículos com barras estabilizadoras: o momento M resulta da ação conjunta das molas e das barras. Estas últimas contribuem para diminuir o ângulo de rolagem. Como resultado, a carroçaria sofre uma inclinação menor.
Nota: No texto, os termos torque, momento e momento torçor são considerados equivalentes.
Funcionalidade da Barra Estabilizadora Passiva
É conhecida, também, com a denominação de barra antigiro ou barra anti-balanço. Em curvas, o efeito rolagem provoca o deslocamento do peso com o que a suspensão da roda externa é comprimida e a da interna é alongada. Isto tende a fazer girar o extremo A da barra estabilizadora (fixado à suspensão através da bieleta), o que gera a força de reação Fe e por consequência, o torque T (fig.1b). Este último se transmite ao extremo B da barra e tende a fazê-lo girar (tende a levantar a suspensão), o que não é possível devido a que está fixo à suspensão, através da bieleta. Como resultado, é gerado o efeito estabilizador, com o que a carroçaria só se inclinará até o ponto em que o giro do extremo A gere o torque T permitido pela torção da barra, mantendo o extremo B fixo.
O ângulo de torção depende do diâmetro da barra, do material utilizado e do peso suportado. Assim, uma barra de maior diâmetro (mais rígida; menor torção) assegura uma menor inclinação com melhor nivelamento da carroçaria, mas transmite todas as irregularidades do terreno enfrentadas por uma roda para a outra.
Por outro lado, uma barra de menor diâmetro não consegue transmitir o torque necessário para nivelar convenientemente a carroçaria e esta terá um ângulo de rolagem maior.
2. Veículo com controle ativo de rolagem (fig.1c). Neste caso, o momento de rolagem Mt é compensado pelo momento M, de sentido oposto, gerado pelas barras estabilizadoras ativas. Como resultado, a carroçaria permanece nivelada até o limite máximo de torque que pode ser gerado pelas barras ativas. A partir desse ponto, a carroçaria gira e o excedente do momento Mt é absorvido pelas molas.
Funcionalidade da Barra Estabilizadora Ativa
A sua principal característica é que, através de atuadores hidráulicos, é possível modificar o grau de rigidez do conjunto, acoplando ou desacoplando relativamente os extremos da barra da suspensão. Ou seja, permite o controle da rigidez aparente da barra e com isto, o comportamento do sistema:
- Quando o veículo se movimenta em linha reta, a barra diminui significativamente a rigidez. Isto permite um maior deslocamento da suspensão de cada roda sem interferência entre elas.
- Ao se movimentar em curva, o atuador aumenta a rigidez da barra gerando o torque necessário à compensação do efeito rolagem, reduzindo assim, a transferência de peso para as rodas externas.
O sistema compensa o efeito da rolagem até um determinado valor de aceleração lateral após o qual se verifica um aumento progressivo do ângulo de rolagem. No entanto, a rolagem da carroçaria é significativamente menor que aquela correspondente a um sistema passivo. Neste último, o aumento progressivo do ângulo começa assim que aparece a força centrífuga gerada pela aceleração lateral resultante do deslocamento em curva. Ou seja, para uma mesma força centrífuga, o ângulo do sistema passivo será maior que o do ativo.
- Em caso de falha, o atuador se transforma em um elemento rígido, fazendo com que o conjunto funcione como uma barra estabilizadora passiva. Caso a falha seja resultado da falta de fluido devido a vazamento, a barra não mais exerce a sua função.
Configurações
Os atuadores utilizados são de acionamento hidráulico do tipo linear ou rotativo. Em todos os casos, são controlados através de válvulas solenoides, por uma unidade de comando eletrônica com base nas informações dos sensores de velocidade do veículo, de posição do volante, de aceleração lateral e de taxa de viragem, entre outros.
Na maior parte dos casos, a barra estabilizadora ativa é aplicada a ambos os eixos do veículo.
Atuador Linear
O atuador é basicamente, um conjunto cilindro/pistão no qual um dos elementos é solidário à suspensão e o outro à barra estabilizadora. O atuador está instalado num dos extremos da barra.
- Quando a roda externa (suspensão comprimida) é aquela na qual está instalado o atuador, a unidade da suspensão comanda o aumento de pressão hidráulica na câmara inferior de forma a impulsionar o pistão no sentido A.
- Quando a roda interna (suspensão estendida) é aquela na qual está instalado o atuador, a unidade da suspensão comanda o aumento de pressão hidráulica na câmara superior de forma a impulsionar o pistão no sentido B.
Atuador Rotativo
É um dispositivo instalado de tal forma que a barra estabilizadora é dividida em duas metades, como indicado na figura.
Dependendo da configuração mecânica utilizada, o atuador consta de um rotor ou um pistão (acionado hidraulicamente) conectado mecanicamente a uma das metades da barra, e de uma carcaça solidária com a outra metade. Ao aplicar pressão hidráulica ao atuador é gerado um momento torçor que tende a fazer girar as metades da barra em sentidos opostos, gerando assim, o torque que se opõe à ação da rolagem.
Como indicado na figura 3b, o momento torçor Mab, gerado pelo atuador nos pontos de apoio A e B, produz o momento torçor Mr em torno do eixo longitudinal, que se opõe ao torque de rolagem.
A ação de Mr resulta na força Fi aplicada no ponto de apoio A da suspensão da roda interna e na força Fe aplicada no ponto de apoio B da suspensão da roda externa. Em função de serem Fe e Fi forças de reação aplicadas nos pontos de apoio A e B, a ação do momento torçor Mr produz a força Fa que abaixa a carroçaria, e da força Fb que levanta a carroçaria, o que resulta no seu nivelamento.
Funcionamento
A figura 4 corresponde ao esquemático do circuito elétrico. As seguintes são as principais características:
- A UC de estabilização ativa controla o sistema com base na informação de sensores dedicados e de informações recebidas através da rede CAN.
. A UC do motor informa o estado da ignição: ligada/desligada.
. A UC da transmissão informa a marcha engatada e no caso de veículos 4x4, o estado da caixa de transferência.
. Através da informação do sensor do ângulo da direção é determinada a intenção do condutor.
. A UC ABS/TC informa as velocidades das rodas (velocidade do veículo), a aceleração lateral (força centrífuga) e a taxa (velocidade de variação) de viragem (guinada).
. Dependendo do modelo, existe ainda (não mostrado no esquemático), troca de informações com a unidade do painel e com a UC da suspensão ativa se presente no veículo.
- A pressão hidráulica é gerada por uma bomba mecânica e controlada, com base na informação do sensor de pressão, através do regulador de pressão.
- Através das válvulas direcionais, a pressão hidráulica é aplicada no lado do pistão que corresponde à geração do momento torçor que compensa o torque de rolagem.
- Através da informação do acelerômetro vertical [1], instalado no chassi, é determinado o ângulo de inclinação (rolagem) da carroçaria. A informação do acelerômetro vertical [2], instalado no teto, é utilizada para corrigir o ângulo de rolagem e para detecção de falha em conjunto com a informação do acelerômetro vertical [1].
