Sistemas de Suspensões

Sistemas de Suspensões

O sistema de suspensões é responsável por manter a estabilidade, controlo e a segurança do veículo durante a condução. A função da suspensão do veículo é de maximizar o contacto das rodas com o piso da estrada, garantindo uma condução estável e assegurando o conforto de todos os passageiros. Neste artigo, será referido quais os sistemas de suspensões mais comuns e os tipos de suspensões que equipam os veículos.

A força que a roda faz no piso e a força que o piso faz na roda, e por consequência no carro, são um par de forças ação-reação. É com o objetivo de absorver a energia do par de forças que foram criadas as suspensões nos veículos diminuindo, deste modo, a interferência do piso da estrada na estabilidade, controlo e segurança do veículo. A figura 1 ilustra o modo como estas forças interagem.

Sistemas de suspensões

A complexidade dos componentes do sistema de suspensões tem crescido no sentido de cumprir com requisitos técnicos de cada construtor. Esta complexidade advém do facto destes sistemas recorrerem a mecanismos eletromecânicos que permitem configurar os parâmetros de isolamento de vibrações provocadas pelo piso da estrada.

A configuração destes parâmetros é realizada através de atuadores colocados diretamente nos amortecedores, denominando esta solução de suspensão semi-ativa, ou através da colocação destes atuadores em paralelo com os amortecedores, denominada de suspensão ativa, alterando a rigidez da suspensão dentro de um determinado intervalo de valores. Comparativamente, as soluções que atuam diretamente nos amortecedores são mais utilizadas pelos fabricantes. Para além das diferenças de conceção, a distinção entre as suspensões ativas e semi-ativas pode ser feita pelos mecanismos a que cada uma recorre para absorver a energia mecânica do par de forças ação-reação. No caso da suspensão ativa, esta possui mecanismos capazes de ler o movimento do pistão do amortecedor e, através do atuador, exercer força contrária ao movimento com a mesma intensidade, absorvendo a energia mecânica na reação na mesma medida em que foi exercida na ação. Relativamente à suspensão semi-ativa, o mecanismo funciona através de um atuador que, ao submeter o campo magnético a variações, altera a viscosidade do fluído eletromagnético no interior dos amortecedores. Existem também os sistemas de suspensão passiva, que não possuem qualquer atuador que influência a rigidez da suspensão. Tal como referido anteriormente, à exceção das suspensões passivas, as restantes possuem a capacidade de ajustar os parâmetros da suspensão às condições do piso da estrada e ao estilo de condução, habitualmente através da utilização em modo conforto ou em modo desportivo. Este sistema de suspensão equipa sobretudo veículos de segmento superior. Nas figuras 1, 2 e 3, adaptadas do artigo “Modern suspension systems for automotive vehicles and their test methods”, podem identificar-se os diferentes tipos de suspensões.

No seguimento do mencionado anteriormente, a aplicação dos diferentes sistemas de suspensões afetam significativamente os parâmetros, nomeadamente a sua frequência natural. No caso de um sistema de suspensão passiva, a frequência natural diminui à medida que a massa da carroçaria (e a sua carga adicional) aumentam. Relativamente às suspensões ativas e semi-ativas, também se verifica uma diminuição da frequência natural à medida que a massa da carroçaria (e a sua carga adicional) aumentam, no entanto, não tanto como as suspensões passivas. Na figura 4, adaptada do artigo “Modern suspension systems for automotive vehicles and their test methods”, pode ver-se o comportamento dos diferentes tipos de suspensões.

De acordo com o gráfico da figura 4, pode verificar-se que uma das principais desvantagens de um sistema de suspensão passivo é o facto de, à medida que a carga aumenta, a compressão das molas aumenta, atingindo valores reduzidos de frequência natural quando a carga é máxima. Nestes casos, a análise realizada no gráfico anterior permite igualmente observar o comportamento da frequência natural de vibração quando sujeita a uma variação de carga nas suspensões pneumática quando comparadas com as suspensões hidropneumáticas. À semelhança das suspensões mecânicas, nas suspensões pneumáticas a frequência natural diminui com o aumento da carga, no entanto, a redução da frequência não é significativa, prejudicando menos a estabilidade e o controlo do veículo. No sentido oposto, as suspensões hidropneumáticas, embora sejam caracterizadas por uma menor frequência natural em cargas menos, com o aumento da carga a frequência natural também aumenta. Posto isto, pode concluir que nas suspensão ativa e semi-ativa, como é o caso das suspensões pneumáticas e hidropneumáticas, o recurso aos mecanismos referidos anteriormente permitem compensar a frequência natural de vibração das molas nas situações em que a carga aumenta, contribuindo para o aumento da estabilidade e controlo do veículo.

Tipos de suspensão

Eixo dianteiro

Até aqui foram referidos o modo como funcionam as suspensões e a sua conceção em cada roda, no entanto, os veículos são compostos por quatro rodas o que significa que os sistemas podem funcionar de forma independente. Habitualmente os veículos funcionam com duas rodas conectadas pelo eixo da frente e duas rodas pelo eixo traseiro, significando que o veículo tem um determinado tipo de suspensão no eixo dianteiro e outro no eixo traseiro. Cada eixo pode possuir suspensões dependentes ou independentes. Se as rodas no eixo dianteiro ou traseiro estiverem conectadas por um eixo rígido impedindo que estas movam independentemente, trata-se de um tipo de suspensão dependente. Um sistema de suspensão independente permite que as rodas se movem independentemente.

As suspensões dependentes no eixo dianteiro são, por exemplo, utilizadas nos veículos pesados, que, de forma simplificada, conecta as duas rodas do eixo dianteiro por meio de uma barra sólida. Este tipo de suspensão não é usado nos veículos ligeiro.

As suspensões independentes no eixo dianteiro, como é o caso da suspensão MacPherson ilustrada na figura 5, permitem que as rodas se movam independentemente. Desenvolvida nos anos 40, a suspensão tipo MacPherson combina o conjunto mola-amortecedor numa única construção e utiliza apenas um braço na parte inferior da suspensão fixo à roda e ao chassis do veículo, tornando a suspensão mais compacta e leve. Este tipo de suspensão é utilizada em veículos de tração dianteira, sobretudo contruídos por fabricantes europeus.

Ainda relativamente às suspensões independentes do eixo dianteiro, a suspensão de braço duplo (do inglês double wishbone), usa dois braços de suspensão montados nas mesma roda. Cada braço é fixo na roda e no chassis e é unido por um conjunto mola-amortecedor. Este tipo de suspensão permite maior adaptação do ângulo de camber, ajustando a posição da roda e minizando o efeito de rolar da carroçaria, possibilitando uma sensação de maior consistência na direção. As suspensões de braço duplo são mais comuns nos veículos ligeiros de maiores dimensões. Na figura 6 está ilustrada uma suspensão de braço duplo.

Eixo traseiro

As suspensões usadas no eixo traseiro podem igualmente ser dependentes ou independentes, caso as duas rodas deste eixo sejam conectadas ou não por um eixo rígido. Nos casos em o veículo está equipado com o tipo de suspensão dependente no eixo traseiro o conjunto mola-amortecedor pode ser montado como enquanto unidade única ou por componentes separados, sendo que, no caso de serem montados em separado, as molas podem ser de tamanho mais reduzido, reduzindo assim o espaço utilizado pela suspensão.

No que se refere às suspensões independentes no eixo traseiro, caso veículo possua suspensões independentes tanto no eixo dianteiro como no eixo dianteiro, então o veículo é composto por uma suspensão independente por cada roda. As suspensões independentes no eixo traseiro seguem o mesmo princípio das suspensões independentes no eixo dianteiro, contudo, são habitualmente mais simplificadas ao nível da construção. Esta simplificação na construção deve-se sobretudo à ausência de barra de direção que permite interagir com as rodas nas suspensões do eixo traseiro.

Um exemplo de suspensão independente usado não só no eixo traseiro, mas também no dianteiro, é a suspensão Multilink que resulta do aperfeiçoamento da suspensão de braço duplo, combinando a estabilidade e conforto com o preço reduzido e versatilidade. Habitualmente, quando aplicado esta solução, significa que o veículo é equipado com suspensão independente por cada roda.

Esta análise permite identificar o sistema passiva de suspensão independente como a mais utilizada na indústria automóvel. Isto deve-se ao facto de ser relativamente barato na sua fase de conceção e consideravelmente fiável. Em alternativa, o sistema de suspensão ativa ou semi-ativa, composto por mecanismos elétricos de variação da rigidez da suspensão, devido ao custo acrescido na fase de conceção, equipam sobretudo veículos ligeiros de segmento superior.