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Técnica

Raio de rolagem: como o offset das rodas pode modificar a geometria da suspensão


Abra o Google e peça a ele uma receita qualquer de preparação para o motor AP da Volkswagen. Você terá dezenas de variações para este que é um dos motores mais populares do Brasil. Faça o mesmo, mas trocando o motor AP por câmbio e diferencial para o Opala. Mais uma dezena de opções. Rodas para um Honda Civic Si? Idem.

Agora… pergunte sobre modificações na suspensão de seu DS3, ou Fusca, e o negócio começa a mudar de figura. As opções são mais escassas, praticamente nulas. E não só do DS3 ou do Fusca, mas de qualquer carro. Porque, normalmente, a suspensão é tratada apenas como aquele negócio que faz o carro ficar duro ou macio, rolar ou não rolar nas curvas. Todo o restante, que é fundamental no acerto dinâmico do carro, costuma ser deixado de lado — mesmo que para uma simples conferência para certificar que está tudo ok.

Um exemplo prático é uma modificação muito comum que, à primeira vista, não parece impactar em praticamente nada a suspensão, mas pode mudar drasticamente um elemento fundamental do comportamento da suspensão.

Quando você altera as rodas do carro, normalmente presta atenção ao diâmetro total e ao offset das rodas novas para saber se elas vão tocar a caixa de roda, se vão ultrapassar a linha da borda do para-lamas ou se vão esbarrar em algum componente da suspensão.

Mas há outra questão nesta modificação; é a ela que eu me referi quando falei no elemento fundamental do comportamento: o raio de rolagem ou raio de arrasto dos pneus (ou ainda scrub radius). É um elemento que influencia desde o peso do volante, até a variação de cambagem nas curvas mais fechadas, e tem uma certa relação com o ângulo de cáster.

Aliás, esta é uma boa forma de imaginá-lo: enquanto o cáster é a inclinação do eixo de direção em relação à linha central transversal do carro, o raio de rolagem é a inclinação do eixo de direção em relação à linha central longitudinal do carro. É como se fosse um “cáster lateral”.

Como vimos anteriormente, o ângulo de cáster providencia estabilidade direcional ao eixo e ajuda no retorno automático das rodas/volante à posição centralizada. Ao posicionar o eixo de direção em um ângulo positivo, você o separa da linha de centro da roda (ou área de contato com o solo) — que é onde as forças da gravidade serão aplicadas. Com isso, a rotação horizontal da roda não acontece sobre a área de contato, mas alguns centímetros à frente dela, formando uma alavanca.

Quando você faz uma curva, a força de atrito entre os pneus e a superfície da curva atua como força centrípeta — isto é: a força que “puxa” o carro para dentro da curva. Ao girar o volante você está aplicando uma força contrária à força de atrito nas rodas dianteiras, mantendo a parte posterior da roda para fora da curva.

Quando você solta o volante, a força de atrito não encontra mais resistência. Como o eixo de rotação/pivô está à frente da área de contato, a distância entre as duas linhas — que atua como uma alavanca — aplica torque sobre o eixo de rotação da roda, puxando a parte posterior. É isso o que traz o volante de volta ao centro automaticamente. E como a força centrípeta diminui a zero com o alinhamento da roda, ela permanece na posição em que a força é zero. Se o eixo de rotação estivesse sobre a linha vertical da roda/área de contato, a alavanca seria zero. A força seria multiplicada por zero e, assim, não aconteceria rotação e o volante não voltaria à posição original.

 

Agora, quanto mais positivo o ângulo, maior o efeito de alavanca sobre a roda, certo? Isso talvez pareça algo positivo para a dinâmica, porque alavancas maiores exigem menor aplicação de força para realizar o mesmo trabalho. Porém, um ângulo de cáster excessivamente positivo pode resultar em maior tendência sub-esterçante (o carro sai de frente), porque a área de contato estará muito distante do eixo de direção.

Quando a roda estiver esterçada, essa distância terá um efeito de alavanca que produzirá força suficiente para vencer o atrito do pneu com o solo, causando o escorregamento do pneu. Um cáster muito próximo do zero (ou positivo), tornará a direção mais pesada e irá aumentar a carga sobre a roda externa pela transferência de peso na curva. Então é preciso encontrar um ponto de equilíbrio deste ajuste.

Aqui entra em cena o raio de rolagem: para manter um ângulo de cáster eficiente e otimizar a estabilidade direcional e a dinâmica em curvas, no fim dos anos 1960 os engenheiros passaram a adotar uma inclinação lateral do eixo direcional.

Toronado, o primeiro carro com raio de rolagem negativo

Essa inclinação forma um eixo imaginário relativo ao centro da banda de rodagem. Quando este eixo passa exatamente sobre o centro da banda, temos um raio de rolagem neutro. Quando ele se projeta na metade interna da banda, temos um raio de rolagem positivo. Quando ele se projeta na metade externa da banda, temos raio de rolagem negativo.

Como o cáster, o raio de rolagem também afeta a estabilidade direcional e o comportamento do carro nas curvas. E também como o cáster, esse raio causa um efeito de alavanca sobre a área de contato da roda, porém a alavanca agora é transversal. Com o raio de rolagem positivo, a alavanca estará em um ponto entre o centro da roda e sua borda interna, então a aplicação de força irá afastar a roda da linha central do carro. Com o raio de rolagem negativo, a alavanca estará em um ponto entre o centro e borda externa da roda, então a aplicação de força irá empurrar a roda naturalmente para perto da linha central do carro.

Isso melhorou a segurança em caso de furos nos pneus dianteiros e pancadas contra pedras ou buracos, que tendiam a puxar a roda para o lado de fora devido ao raio de rolagem positivo. Com o movimento transmitido ao volante, não era raro a perda de controle pelo motorista.

Pelo mesmo motivo, não era possível usar os atuais sistemas de freio cruzado, no qual os freios são interligados em X (a roda dianteira esquerda é ligada à roda traseira direita e a roda dianteira direita é ligada à roda traseira direita). Com o raio negativo a frenagem de apenas uma das rodas tende a empurrá-la para a linha central do carro, mas como o cáster positivo produz uma força contrária, elas se contrapõem e o carros segue em linha reta — ou perto disso.

Se você está se perguntando onde está o raio de rolagem neutro, ele tem o mesmo efeito do cáster neutro: raio zero, alavanca zero, multiplicação por zero é… zero. Além disso, o raio de rolagem diferente de zero (não-neutro) é desejável para comunicar ao motorista o que acontece com as rodas. É ele quem faz o volante ficar leve à medida em que os pneus perdem aderência (pois não há aplicação de força na alavanca formada pelo raio) e tornam a direção mais firme quando há mais aderência (pois a força é aplicada sobre a alavanca). Também por isso o raio de rolagem negativo pode provocar esterçamento por torque nos carros de tração dianteira e precisa ser mais comedido do que em um carro de tração traseira. A Citroën, por exemplo, adota um raio neutro para minimizar o esterçamento por torque e o movimento por impactos com buracos e obstáculos.

Por último, raio de rolagem também afeta a variação de câmber durante o esterçamento: os ângulos da suspensão fazem a roda mover-se em um arco ao ser esterçada. Esse movimento em arco faz a cambagem variar ao longo do esterçamento, podendo assumir um ângulo positivo — o que pode causar uma tendência sub-esterçante. Por isso, como o cáster, é preciso encontrar um ponto de equilíbrio do raio de rolagem negativo. Normalmente o acerto de pista, em carros que têm ajuste de cáster e raio de rolagem, os mecânicos adotam um raio de rolagem mais próximo da neutralidade e um cáster mais positivo, reduzindo a variação positiva de câmber, o que torna o carro mais preciso ao apontar e contornar uma curva.

A essa altura você certamente já sacou como o offset das rodas afetam a geometria da suspensão e o comportamento do carro: quando você modifica o offset das rodas, também está modificando a linha de centro da banda de rodagem.

Um offset que desloque as rodas para fora — aumentando a bitola, por exemplo — irá diminuir o raio negativo ou aumentar o positivo, ou ainda transformar um raio de rolagem negativo em positivo. Portanto, quando escolher as rodas do carro, é importante considerar que a evenetual a variação do offset também irá variar o raio de rolagem, alterando o comportamento do carro nas mudanças de direção.

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