Como é desenvolvido o sistema de direção de um Formula SAE
Quando se pensa no sistema de direção de um automóvel, a primeira imagem que se vêm à mente é o volante, mas não é só isso. Esse sistema é responsável por transformar o movimento de giro do volante em mudança de direção das rodas.
O desempenho do sistema de direção de um carro está diretamente ligado às características dos pneus utilizados. Na Equipe Formula UFMG, uma análise criteriosa é feita para realizar sua escolha. Após essa análise, se inicia a execução do projeto. A equipe utiliza pneus slicks (lisos, diferentes dos adotados em automóveis de rua) a fim de obter maior aderência, melhorando o desempenho do veículo. Também deve-se ter disponíveis os pneus “de chuva” (com sulcos), para serem utilizados para fornecer maior aderência quando a pista está molhada, logo maior segurança.
O ângulo de escorregamento dos pneus quando o protótipo está em curva é um parâmetro fundamental para saber como será a geometria de direção do veiculo. Para saber como será essa geometria, os ângulos de câmber, cáster e a inclinação do pino mestre também são cruciais. Cabe ressaltar que o raio de curva é diferente para a roda interna e a externa (é fácil perceber que a roda interna percorre uma menor distância que a externa em uma curva), o que resulta em ângulos de giro diferentes. A Geometria de Ackermann aparece para evitar que as rodas deslizem e haja perda de tração.
Dentre os diversos tipos de acionamento da direção, se destacam: pinhão-cremalheira, parafuso sem fim, parafuso com rosca e direção hidráulica. No TR-05, o acionamento é feito por pinhão-cremalheira, sistema mostrado na foto abaixo, visto que o mecanismo é simples, com pouca chance de erros, de fácil implementação e é leve. Ele é o responsável por transformar o movimento de giro do volante em um movimento retilíneo que moverá os pneus.
Imagem: Sistema pinhão-cremalheira
Vídeo: Sistema pinhão-cremalheira
No projeto do TR-05, os componentes foram desenhados no software Solidworks e submetidos a simulações de esforços no software Ansys. Dentre as peças projetadas e fabricadas, destacam-se os miolos de roda, a grande inovação da equipe para a temporada 2016. A porca central da roda facilita no projeto do cubo da roda e da manga, influenciando toda a dinâmica veicular. Além disso, ganha-se manufaturabilidade e reduz-se peso dos componentes. Os miolos de rodas foram usinados no Centro de Tecnologia da Mobilidade (CTM), situado na UFMG, e na empresa Guindauto.
Imagem: elementos que compõe uma roda.
Outra inovação da direção foi o projeto do novo volante. Visando diminuir o peso e melhorar a ergonomia, ele foi fabricado em laminação sanduíche utilizando fibra de carbono e fibra de vidro. A parte ergonômica do volante, que é “onde o piloto segura”, foi feita por impressão 3D utilizando plástico PLA e adotando um formato que proporciona maior conforto.
Como qualquer bom projeto, ele só foi efetivado após validações. Para o sistema de direção, utilizam-se equipamentos para medir o ângulo de giro do volante e sua posição. Também são utilizados sensores para medir a força nos pneus e no volante. São realizados, por fim, testes em movimento a fim de verificar se a geometria projetada é a que realmente vai pras pistas, ou seja, se o ângulo do volante e os ângulos de rodas externas e internas são compatíveis.
É importante salientar que um mau projeto de direção, acarreta em desgaste irregular dos pneus, desalinhamento e desbalanceamento do veiculo, maior consumo de combustível e maior tempo de volta. Sendo assim, a Equipe estuda e projeta esses sistema com muita seriedade.
