Vocês costumam pilotar em autódromos, participar de provas de gymkhana ou acelerar em estradas de montanha?
Quando bate aquela vontade de “ser nem que seja um segundo mais rápido!”, a gente pode acabar mexendo nos coilovers para ajustar como o carro se comporta nas curvas, como a tendência a sair de frente ou de traseira.
Vocês provavelmente já ouviram coisas como “endurecer as molas dianteiras aumenta o subesterço” ou “levantar a traseira aumenta o sobresterço”.
Só que não é tão comum encontrar, em revistas ou na internet, explicações de como esses efeitos acontecem. Por isso, esse conhecimento não é tão difundido.
Entender os mecanismos não significa que você vai conseguir acertar de primeira um ajuste que deixe o carro rápido. Mas, quando entende os fundamentos, começa a perceber coisas como “é disso que preciso para resolver o problema que estou enfrentando agora” ou “isso provavelmente não vai fazer muita diferença”.
Também fica mais difícil acabar naquela situação de pensar “como é que eu resolvo esse problema da suspensão?” ou de se perder no meio de tantas teorias duvidosas que circulam por aí.
Então, desta vez, quero explicar em um único artigo como ajustar o comportamento do carro nas curvas partindo das características físicas dos pneus.
【Pontos principais】
(1) Ajustar o comportamento em curva significa ajustar a distribuição da força lateral entre dianteira e traseira
(2) É importante considerar a soma das forças laterais dos pneus esquerdo e direito
(3) Quanto maior a transferência de carga, menor a rigidez de deriva total dos pneus esquerdo e direito
(4) Os dois principais fatores que determinam a distribuição da transferência de carga entre dianteira e traseira são a rigidez à rolagem e o ângulo dos braços da suspensão
(5) A altura do centro de rolagem altera a influência relativa de cada fator
Tudo começa pelos pneus
Bom, vamos começar pelo item (1): “Ajustar o comportamento em curva significa ajustar a distribuição da força lateral entre dianteira e traseira”.
É… é exatamente isso que parece.
Se os pneus dianteiros gerarem mais força lateral em relação aos traseiros, o carro vai virar com mais facilidade. Se os traseiros gerarem mais força lateral, o carro vai ficar mais estável.
Mas, quando se fala de suspensão, é comum ouvir frases como “a dianteira rola com facilidade, então o carro sai de frente” ou “a traseira está rígida demais, então o carro sai de traseira”.
Pensando apenas nesses termos, fica difícil enxergar o que acontece no final das contas e como isso se traduz em mudanças de comportamento, como subesterço ou sobresterço.
O carro só tem contato com o chão pelos quatro pneus. Por isso, movimentos da carroceria, como rolagem e arfagem, são, no fim das contas, apenas parte do processo de transmissão das forças. O que afeta diretamente o subesterço e o sobresterço é a distribuição da força lateral entre dianteira e traseira.
Seja falando de molas, barras estabilizadoras ou força de amortecimento, vale sempre se perguntar: “No fim das contas, como isso afeta a distribuição da força lateral entre dianteira e traseira?”
Agora vamos ao item (2): “É importante considerar a soma das forças laterais dos pneus esquerdo e direito”.
Em geral, acho que, quanto melhor a pessoa dirige, mais suavemente ela consegue administrar a transferência de carga. Mas expressões como “colocar mais carga no pneu” ou “carregar bem o pneu” mostram que, quando se fala de transferência de carga como técnica de pilotagem, normalmente se pensa apenas no pneu que recebe mais carga: o pneu externo.
Isso não é um problema se estivermos falando só de técnica de pilotagem. Mas isso não significa que o pneu que perde carga — o interno — não esteja fazendo absolutamente nada (exceto em casos como o da roda traseira interna de um carro de tração dianteira que sai do chão).
São dois pneus na dianteira e dois na traseira.
Por isso, ao falar da tendência ao subesterço ou ao sobresterço, é importante considerar a soma das forças laterais dos pneus esquerdo e direito.
Por que a transferência de carga reduz a rigidez de deriva total
Agora vamos ao item (3): “Quanto maior a transferência de carga, menor a rigidez de deriva total dos pneus esquerdo e direito”.
Primeiro, dê uma olhada neste gráfico.
Para fazer este gráfico, usei como referência a Figura 10 do artigo “Flat-Belt Suspension Tire Test Machine” (Tomoki Sakai, Kaoru Kusaka e Yuji Sato), publicado no site de publicações técnicas de pesquisa e desenvolvimento da Honda, tentando reproduzir o original o mais fielmente possível.
No eixo vertical está a rigidez de deriva (força lateral por unidade de ângulo de deriva), e no eixo horizontal, a carga.
Como dá para ver, a rigidez de deriva não aumenta na mesma proporção que a carga sobre o pneu.
Quanto maior a carga sobre o pneu, maior a rigidez de deriva. Só que ela aumenta cada vez menos.
Depois de certo ponto, ela chega a começar a diminuir.
É o que chamamos de sensibilidade do pneu à carga.
Agora, vamos imaginar um carro em que cada pneu dianteiro suporta 4.000 N quando o carro está a 1 g.
Quando esse carro entra numa curva, a transferência de carga alivia o pneu interno e aumenta a carga sobre o externo.
Por exemplo, se houver uma transferência de carga de 2.000 N, o pneu interno passa a suportar 2.000 N e o externo, 6.000 N.
O gráfico fica assim.
Agora prestem atenção em como muda a rigidez de deriva dos pneus interno e externo.
A rigidez de deriva do pneu externo aumentou.
Aumentou, sim, mas não muito.
Enquanto isso, a rigidez de deriva do pneu interno caiu bastante.
Vamos somar os valores dos pneus interno e externo.
Antes da transferência de carga
Pneu interno: 1.300 N/deg + pneu externo: 1.300 N/deg = total de 2.600 N/deg
Depois da transferência de carga
Pneu interno: 800 N/deg + pneu externo: 1.420 N/deg = total de 2.220 N/deg
Por causa da transferência de carga, a rigidez de deriva total diminuiu.
Essa característica dos pneus é um dos pontos fundamentais para entender o comportamento do carro nas curvas.
Seja ao trocar a rigidez das molas, seja ao mudar a diferença de altura entre dianteira e traseira, as alterações no comportamento do carro vêm, no fim das contas, dessa característica dos pneus.
Esse também é um dos motivos pelos quais os carros esportivos têm centro de gravidade baixo.
Com um centro de gravidade alto, o carro sofre mais transferência de carga para a mesma aceleração lateral. Isso reduz a força lateral total e dificulta andar rápido. Por isso, busca-se baixar o centro de gravidade para aproveitar o máximo possível de aderência e melhorar o desempenho.
Agora que confirmamos essa característica dos pneus, finalmente vamos falar dos ajustes da suspensão.
O que determina a distribuição da transferência de carga entre dianteira e traseira?
Primeiro, vamos ao item (4): “Os dois principais fatores que determinam a distribuição da transferência de carga entre dianteira e traseira”.
【O que está relacionado à rigidez à rolagem】 (exemplos)
・Molas helicoidais
・Barras estabilizadoras
・Grau de compressão dos batentes de suspensão
etc.
【O que está relacionado ao ângulo dos braços da suspensão】 (exemplos)
・Altura do carro
・Corretores de centro de rolagem
・Amortecimento dos amortecedores
etc.
Por exemplo, se você endurecer as molas dianteiras e amolecer as traseiras, uma parcela maior da transferência de carga passa a ocorrer na dianteira quando a carroceria rola.
Como vimos há pouco, os pneus são sensíveis à carga. Assim, se a dianteira assumir uma parcela maior da transferência, a força lateral total dos dois pneus dianteiros diminui, e o carro fica mais difícil de virar.
Mas não são apenas esses fatores que determinam a distribuição da transferência de carga entre dianteira e traseira.
Ela também muda conforme o ângulo dos braços da suspensão.
Por exemplo, se os braços estiverem inicialmente paralelos ao solo e você aumentar a altura do carro, eles ficarão inclinados para baixo em direção à parte externa do veículo. Se você levantar apenas a dianteira, mantendo os braços traseiros paralelos ao solo, o ângulo dos braços dianteiros durante a rolagem fará com que uma parcela maior da transferência de carga na dianteira seja transmitida por esses braços.
Mas atenção a um detalhe: a diferença de transferência de carga entre dianteira e traseira é apenas uma diferença na distribuição. Isso não significa que a transferência de carga total do carro aumente na mesma quantidade.
A transferência de carga total do carro é determinada por quatro fatores: peso do veículo, aceleração lateral, altura do centro de gravidade e bitola. A partir daí, a distribuição entre dianteira e traseira varia de acordo com fatores como rigidez à rolagem e ângulo dos braços.
Aliás, às vezes vejo afirmações como: “Se aumentar a rigidez à rolagem dianteira, a frente rola menos que a traseira, e o carro fica mais difícil de virar”.
Eu entendo a vontade de pensar em “rolagem dianteira” e “rolagem traseira”. Mas a rolagem da carroceria é o movimento de rotação em torno do eixo de rolagem que liga os centros de rolagem dianteiro e traseiro (※), e o ângulo de rolagem indica quanto a carroceria girou em torno desse eixo. Portanto, a menos que a carroceria sofra torção, os ângulos de rolagem da frente e de trás são iguais.
Em outras palavras, isso também mostra a importância da rigidez da carroceria. Mas esse é outro assunto, então vou deixá-lo de fora aqui.
Um carro em movimento também sofre arfagem, além de rolagem, então a coisa fica um pouco mais complicada. Mas continua sendo verdade que “a menos que a carroceria sofra torção, os ângulos de rolagem dianteiro e traseiro são iguais”. Guardem isso.
O que muda com a rigidez à rolagem e o ângulo dos braços não é a relação entre os ângulos de rolagem dianteiro e traseiro, mas a distribuição da transferência de carga entre dianteira e traseira.
(※ A rigor, existe uma corrente que define a rolagem como uma rotação em torno de um eixo longitudinal do carro, paralelo ao solo e que passa pelo centro de gravidade. Portanto, dizer que o eixo que une os centros de rolagem dianteiro e traseiro é o eixo de rolagem não é necessariamente a única resposta correta. Aqui usei a expressão mais comum. É um assunto importante, sobre o qual pretendo escrever um artigo separado mais adiante. Se você não faz ideia do que estou falando, pode pular esta parte sem problema.)
Mas, afinal, o que a altura do carro e a força de amortecimento têm a ver com o ângulo dos braços?
É que, ao alterá-las, você modifica o ângulo que os braços realmente assumem com o carro em movimento.
Ao mudar a altura do carro, muda também o ângulo dos braços. Assim, depois de a carroceria atingir certo grau de rolagem, o ângulo desses braços será diferente daquele que existia antes de alterar a altura.
Com isso, muda a distribuição da transferência de carga entre dianteira e traseira e, consequentemente, o comportamento em curva.
Já a força de amortecimento altera a velocidade da rolagem e da arfagem da carroceria, mudando a resposta transitória.
Se a força de amortecimento for baixa, o ângulo dos braços muda mais depressa e varia mais logo nos primeiros instantes. Se for alta, essa mudança ocorre mais devagar.
É por isso, por exemplo, que andar com o amortecimento traseiro no mínimo pode fazer o carro apresentar sobresterço na entrada da curva.
Mas, quando a rolagem atinge seu máximo e o carro passa a fazer a curva em regime permanente, os braços da suspensão param de se mover. Nesse momento, a força de amortecimento deixa de ter efeito.
Ao mesmo tempo, a força de amortecimento também atua diretamente na forma como a carga é transferida para os pneus, portanto, seu papel não se resume ao que acabei de explicar.
Como a altura do centro de rolagem altera esse equilíbrio
E, por fim, vamos ao item (5): “A altura do centro de rolagem altera a influência relativa de cada fator”.
O mais correto seria explicar isso com equações. Mas, para facilitar a leitura, desta vez vou tentar explicar tudo sem usar uma equação sequer.
Com isso, algumas explicações vão acabar ficando um pouco vagas e menos precisas. Só tenham isso em mente.
Se quiser conhecer os detalhes, recomendo a página abaixo. Infelizmente, ela está em japonês. Procurei algo equivalente em inglês, mas não encontrei nada que servisse.
Um dia ainda vou escrever sobre isso. Até lá, tenham paciência. Haha
Então, falamos que a transferência de carga total do carro é determinada por quatro fatores — peso do veículo, aceleração lateral, altura do centro de gravidade e bitola — e que a distribuição dessa transferência entre dianteira e traseira é determinada pela rigidez à rolagem e pelo ângulo dos braços.
Como resultado, se a transferência de carga na dianteira aumenta, a força lateral total dos pneus dianteiros esquerdo e direito diminui. Da mesma forma, se a transferência na traseira aumenta, a força lateral total dos pneus traseiros esquerdo e direito diminui.
Aliás, quanto maior a distância entre o centro de gravidade e o eixo de rolagem (o braço de momento de rolagem), maior a rolagem da carroceria.
Por outro lado, quanto menor esse braço, menor a rolagem. Mas o que aconteceria se o eixo de rolagem e o centro de gravidade estivessem exatamente na mesma altura, ou seja, se o braço de momento de rolagem fosse zero?
Nesse caso, a suspensão não se moveria na direção da rolagem, mesmo com o carro fazendo uma curva.
Ainda assim, haveria transferência de carga, de modo que o próprio carro se inclinaria devido à deformação dos pneus.
Seria algo como um carro cuja suspensão não se move em rolagem ou, quem sabe, uma caixa retangular com pneus presos nela.
(Aliás, se você elevar ainda mais o eixo de rolagem a partir daí, o sentido da rolagem se inverte.)
Então, como ficaria a distribuição da transferência de carga entre dianteira e traseira nesse caso?
Ela seria igual à distribuição de peso entre dianteira e traseira a 1 g.
Em outras palavras, imagine um carro com distribuição de peso de 60:40 entre dianteira e traseira. Se elevarmos o eixo de rolagem até o braço de momento de rolagem chegar a zero, a distribuição da transferência de carga em curva também será de 60:40.
Agora vamos fazer o contrário e abaixar o eixo de rolagem.
Se continuarmos abaixando o eixo de rolagem até a altura do solo, o braço de momento de rolagem ficará igual à altura do centro de gravidade. Nesse caso, a distribuição da transferência de carga entre dianteira e traseira será igual à distribuição da rigidez à rolagem entre os dois eixos.
Nesse ponto, a distribuição de peso entre dianteira e traseira a 1 g deixa de importar. Por exemplo, num carro com distribuição de peso de 60:40 a 1 g e distribuição de rigidez à rolagem de 50:50, baixar o eixo de rolagem até o nível do solo faz com que a distribuição da transferência de carga seja de 50:50.
(Aliás, se você abaixar ainda mais o eixo de rolagem, o sentido do momento transmitido à carroceria pelos braços da suspensão se inverte. Porém, como esse momento é compensado pelo momento contrário gerado pela rigidez à rolagem, o sentido final da rolagem não muda.)
Por fim, o que acontece se o eixo de rolagem estiver à metade da altura do centro de gravidade?
Nesse caso, a distribuição de peso entre dianteira e traseira a 1 g e a distribuição da rigidez à rolagem entre os eixos exercem a mesma influência sobre o carro.
Se elevarmos gradualmente o eixo de rolagem a partir daí, a influência da distribuição de peso a 1 g fica maior. Se o abaixarmos gradualmente, aumenta a influência da distribuição de rigidez à rolagem.
Desta vez, para explicar tudo só com texto e manter a leitura leve, deixei de fora os efeitos da bitola e de outros fatores.
Como tendência básica, acho que essa explicação funciona. Mas, se você quiser fazer cálculos detalhados, tenha em mente que podem aparecer diferenças dependendo da situação.
Se você realmente quiser estudar isso em inglês, a página abaixo pode ajudar. Só que ela explica o assunto basicamente considerando um único eixo (dianteiro ou traseiro), então o enfoque é um pouco diferente do que estamos discutindo aqui.
“Transferência de carga geométrica e elástica e o centro de rolagem”
Enfim, desta vez escrevi sobre os mecanismos pelos quais mudanças na rigidez à rolagem ou na altura do carro alteram seu comportamento em curva.
De certa forma, estamos falando de acertar o carro ajustando a transferência de carga. Há outras formas de ajustar o comportamento em curva, como pressão dos pneus, alinhamento e aerodinâmica, mas a transferência de carga é uma das partes mais fundamentais para entender como a suspensão funciona.
Espero que isso ajude de alguma forma.