Suspensão de carros: saiba o que é, como surgiu e como funciona desde os primórdios

Sabemos que praticamente todos os veículos movidos a motor, seja de combustão interna, seja elétrico ou qualquer outra forma de auto-propulsão fazem uso de sistemas suspensão. De onde vem este conceito?

Tudo começou há muitos séculos quando os humanos sentiram a necessidade de transportar coisas em quantidade e pesadas de uma forma mais simples.

Aproximadamente 3500 a 4000 A.C. a roda foi inventada possibilitando assim que, quando aplicada a uma plataforma, o transporte de materiais grandes e pesados pudesse ser feito de forma mais adequada em especial para distâncias longas.

As primeiras rodas eram feitas de pedra e não eram lá muito “redondas” mas serviam para a função. As rodas feitas em madeira e aço são bem posteriores e estas sim eram redondas o suficiente para as velocidades da época.

Com o passar do tempo, percebeu-se também que a carroça serviria para transporte de pessoas sendo puxadas por animais, em especial cavalos.

Estas carroças, com bancos, podiam atingir velocidades de aproximadamente 40 km/h em algumas condições e o número de cavalos e o conforto de rodagem era claramente “passível de melhorias”, em especial em estradas não pavimentadas que era o que a casa oferecia… A solução era andar mais devagar e aguentar os solavancos…

Esta situação começou a mudar com a descoberta da fabricação do aço em 1856 pelo engenheiro metalurgista Henry Bessemer que, permitiu que molas feitas em aço temperado pudessem ser utilizadas e, desta forma, melhorando a qualidade do conforto de rodagem das carruagens e carroças.

Essas molas “ancestrais” tinham, em linhas gerais. o conceito de feixe de molas, conceito este porém, obviamente muito evoluído, ainda é utilizado em veículos de carga a até alguns veículos esportivos americanos.

A primeira “carroça motorizada” foi patenteada por Karl Benz em 1886.

Em outras partes do mundo, notadamente na Europa, começavam a nascer outros veículos motorizados e as velocidades destes veículos foram rapidamente aumentando na medida em que a tecnologia evoluía.

Surgiu então um problema, com o aumento da velocidade também aumentaram as acelerações verticais atuantes nas rodas fazendo com que o nível que conforto ficasse degradado.

Outro problema era a perda de contato das rodas e posteriormente pneus, com o solo, gerando problema de estabilidade também.

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Fisicamente falando, uma mola é um elemento elástico que possui determinada rigidez que pode ser constante ao longo da sua deformação ou variável. O problema é que es molas não possuem amortecimento suficiente para amortecer as vibrações geradas pelas acelerações verticais geradas pelo piso.

Como exemplo, imaginem uma bola cheia. Se você soltá-la de uma determinada altura em um chão duro esta vai pular repetidas vezes até que ela pare por completo .

Se você soltá-la da mesma altura em um piso macio, por exemplo grama, ela pulará muito menos vezes, ou seja, o piso de grama amortece as vibrações.

Voltando aos veículos, começou-se a trabalhar em soluções possíveis para amortecer as oscilações da massa suspensa, ou seja a carroceria e seus ocupantes e também a massa não suspensa, ou seja, rodas, pneu e suspensões.

A primeira solução foi desenvolvida somente em 1926, eram amortecedores à “fricção” que eram basicamente duas placas circularem de atrito presas com determinada carga como se fosse uma embreagem. Este sistema fazia a função de amortecer as vibrações, porém o controle do atrito era complicado além do que a rigidez da suspensão também aumentava fazendo com que o nível de conforto não fosse o melhor do mundo.

Em 1930 surgiram os primeiros amortecedores hidráulicos e não por atrito, que melhoraram muito o sistema.

Somente em 1950 é que os amortecedores de dupla ação foram desenvolvidos e desta forma o controle do amortecimento começou a ser muito mais eficiente permitindo que as curvas de amortecedores pudessem ser diferentes na abertura e fechamento do amortecedor.

Conceitos básicos de uma suspensão

As funções básicas de uma suspensão são:

1) Conferir conforto de rodagem

2) Conferir estabilidade

O que é conforto de rodagem?

É a percepção de ausência de perturbações geradas pelas imperfeições e passam para a carroceria de forma que os passageiros se sintam confortáveis e descansados após longos períodos dentro do veiculo.
De uma maneira bem simples, os ocupantes não devem perceber as oscilações geradas pelas irregularidades do piso. A partir de agora chamaremos as oscilações de “acelerações”.

Há três modos de acelerações que influenciam o conforto, que são:

Acelerações verticais – São as acelerações que jogam você pra cima e para baixo no banco

Acelerações de pitch – São as acelerações que “arremessam” você com o corpo para a frente como se o veículo girasse em torno do eixo imaginário entre os eixos do carros

Acelerações torcionais – São acelerações que fazem seu corpo ser “arremessado” lateralmente

O que é a estabilidade?

É a habilidade que o veículo tem de manter a trajetória desejada, quer seja em linha reta quer seja em curvas. O nível de acelerações laterais que determinado veículo consegue gerenciar sem perder aderência determina a maior ou menor estabilidade “em curvas”, ou seja, maior a estabilidade maior a velocidade que consegue fazer a curva.

Costuma-se dizer no meio automobilístico que o conforto e estabilidade são antagônicos, ou seja, melhorando a estabilidade o conforto é degradado. Isto é uma meia verdade, ou seja, é valida até um certo ponto. Quando se fala de carros de alta produção onde o conforto é muito apreciado existe um “sweet spot” no qual se consegue um compromisso muito bom garantido a estabilidade necessária com um nível de conforto bom o suficiente.

Para veículos de performance mais esportiva, o que se faz é colocar mais controle em amortecedores e às vezes molas também para que, em primeiro lugar, a sensação de esportividade e estabilidade esteja perceptível e neste caso o conforto fica, em algumas condições, prejudicado.

Esta é a beleza do “tuning” e há tantos botões para mexer quando se tem um papel em branco… vamos falar disso em outra oportunidade.

Falando um pouco de dinâmica vertical

Antes de falarmos da dinâmica vertical vamos explicar para que servem as molas e amortecedores.

As molas tem a função de manter o veículo elevado e prover a possibilidade de movimentação da carroceria quando passa por obstáculos.

Os amortecedores tem a função de reduzir o numero de oscilações do sistema quando passa por obstáculos aumentando assim o contato pneu/solo.

Conforme abordamos, a dinâmica vertical é importante fator para se ter um bom acerto para conforto mas também para estabilidade.

Cada montadora tem seu próprio DNA, mas aqui vamos colocar alguns valores de referência apenas para que vocês possam ter idéia e vamos nos ater aqui a veículos de motor dianteiro de passeio, que é a grande maioria.

Uma regra básica para determinar por projeto a rigidez das molas é partir da frequência natural de ressonância na condição do veículo em vazio que se deseja ter nas suspensões dianteira e traseiras.

Lembrando que a frequência natural é proporcional a raiz quadrada da razão entre rigidez da suspensão (mola mais buchas). Ou seja, quanto maior a frequência mais rígida é a suspensão.

Carros de corrida chegam a frequências muito mais altas chegando à casa de 4 Hz ou até mais.

Frequência dianteira – 1,1 a 1,4 Hz

Frequência traseira – 1,3 a 1,7 Hz

Frequências abaixo de 1 Hz devem ser evitadas pois é muito baixa e podem, gerar um fenômeno chamado em Italiano “mal di mare” ou simplesmente enjoo semelhante ao que se sente ao andar de barco.