AMORPH : Suspensão MacPherson com cambagem sob demanda

Abstract

A crescente busca por esportividade pode gerar um resultado catastrófico se não efetuadade forma coerente e responsável, aumentando o número de acidentes tanto em autódromos, quanto em rodovias, onde é possível desenvolver alta velocidadee uma aceleraçãolateral mais próxima do limite suportado pelos pneus. Partindo-se de uma análise de mercado, para se atender uma necessidade específica, este trabalho de conclusão de curso explora a conceituação, design, concepção e simulação de um sistema capaz de aproveitar o máximo potencial da dinâmica lateral de um veículo, através da alteração da cambagem do eixo dianteiro para uma condição adequada a situação veicular, por isso, sob demanda.A base para o desenvolvimento se deu através doestudo dos gradientes de subesterçamento propostos por Gillespie, em especial, do Kcamber. Este gradiente atua como um remediador do erro de trajetória, diminuindo o substerço do veículo, quando se aplica cambagem negativa. Aatuação se dá por meio de um motor elétrico e um sistema pinhão-cremalheira, fixados aos braços inferiorese ao pivô da suspensão. A movimentação da cremalheira produz uma variação no comprimento do braço e então produz a alteração da cambagem. Escolheu-se a suspensão do tipo MacPhersonpor estar presente em 80% dos carros produzidos em todo o mundo. Ao longodo desenvolvimento foram utilizadas ferramentas de Engenharia tais como Matriz de Decisão, Boundary Diagram, P-Diagram, FASTe FMEApara nortear as decisões. Tal variação também é capaz de otimizar o contato pneu-solo e o desgaste desuniforme, já que a cambagem só será aplicada em curvas. Por meio de simulações no software CarSim, verificou-se uma redução de até 20,86%da rolagem de carroceria, o que garante um maior controle do veículoe, uma redução de 27,3% do erro de trajetória, o que evidencia uma situação veicular mais próxima da neutra. Em contrapartida, a implementação do sistema traz de renúncia 26,26 kg agregados à massa não suspensa do eixo dianteiro do veículo o que afeta diretamente a frequência de oscilação dessa massa, de 13 para 10 Hz, sugerindo que talvez seja necessário também readequar a rigidez das molas do conjunto dianteiro. Do ponto de vista do design, o pacote disponível para o desenvolvimento foi devidamente aproveitado e as soluções apresentadas tem capacidade de suportar os esforços já que também foi feita a verificação por elementos finitos. Por fim, o projeto apresenta uma tendencia inovadora e com uma expectativa de custo próxima ao que se obtém em preparações veiculares bem elaboradas.

The growingsearchfor sportivity can generate a catastrophic result if not developed in a responsible and coherent way, increasing the number of accidents in racetracks and in roads, where is possible reach high speeds and lateral acceleration near to the limits supported by the tires. Starting from a market analysis, to attend a specific need, this final course work explores the conceptualization, design, conception and simulation of a system capable of taking advantage of the maximum potential of the vehicle lateral dynamic, by changing the front axle camber to a proper condition of a vehicle situation, therefore, on demand. The foundation for the development was through the study of the understeer gradients proposed by Gillespie, in particular, the Kcamber. This gradient acts as a path error corrector, decreasing the understeering of the vehicle, when applied the negative camber. The actuation is done by an electric engine and a pinion-rack system, attached to the lower suspension arms and the suspension pivot. The rack movement produces a variation in the arm length, changing the camber. The MacPherson suspension was chosen due to the presence in 80% of the cars produced worldwide. Along the development was used engineering tools as Decision Matrix, Boundary Diagram, P-Diagram, FAST and FMEA to guide the decisions. The variation is also capable of optimizing the tire-pavement contact and avoid the uneven wear, once the camber will be applied just on cornering. Through simulations in CarSim software, was verified a reductionup to 20,86% from in the body roll, what ensure a higher vehicle control and a 27,3% reduction of the path error, what evidences a vehicular situation near to the neutral. On the other hand, the system implementation ensures 26,26 kg added to the not suspended mass of the vehicle’s front axle which affects directly to this mass oscillation frequency, from 13 to 10 Hz, suggesting that it also may be necessary to readjust the front assembly springs stiffnesses. From a design point of view, the available package to development was properly used and the presented solutions are able to support the efforts since it was also made a verification by finite elements. Ultimately, the project presents aninnovative trending and anexpected cost close to that obtained in well-planned vehicle preparation.