quarta-feira, 7 de junho de 2017

Análise Técnica - Desafio Puma

LoopOne Media
Há um tempo atrás houve um alvoroço entre os entusiastas sobre o retorno da Puma. O caminho natural seria fazer algo baseado em carros leves e bons de chão, como os Lotus Elise e Lobini H1. No entanto, decidiram voltar com um protótipo de corrida, para depois, talvez, produzir carros de rua. Ao longo dos parágrafos abaixo, esmiuçaremos alguns detalhes do protótipo da versão de corrida, visto que não há nada concreto sobre o carro de rua até o presente momento.

O RETORNO E OS ENVOLVIDOS

Costumam dizer que uma andorinha só não faz verão. No caso da Puma, como está detalhado no site dela, a ideia começou com um pequeno grupo de amigos, e depois foi crescendo com a ajuda de alguns colaboradores. A entrevista que o pessoal da Auto Super fez com alguns desses envolvidos pode ser assistida no vídeo abaixo.


Quem desenvolveu o carro de corrida, no entanto, não foi ninguém dos que estão no vídeo. Quem construiu o chassis do protótipo foi o Peter Willian Januário, da PW1, a empresa que faz os carros utilizados na Spyder Race. Esses carros tem sua origem no Aldee Spyder e são fabricados há bastante tempo. Quem desenhou a carroceria foi o Du Oliveira, do blog irmãododécio. A PW1 não cuida mais do desenvolvimento do carro, agora quem faz isso é o pessoal da Nunes Off-Road e da MS Preparações, ambos de Itatinga, cidade onde mora um dos fundadores desta nova etapa da Puma, e onde fica o protótipo de corrida.

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O CHASSIS DO PROTÓTIPO DE CORRIDA

O Puma P052, como está sendo chamado o protótipo, é praticamente o mesmo carro que os Spyder, no que se refere à parte mecânica. Não houve projeto de chassis e suspensão específico para ele. O que ocorreu foi o seguinte, pegou-se um Spyder, tirou-se as estruturas laterais, aumentou-se o habitáculo, adaptou-se os cubos de roda e as mangas de eixo para as rodas de 18", e modificou-se a parte traseira para acomodar o motor na posição transversal (nos Spyder o motor é longitudinal). O chassis do Puma pode ser visto abaixo.

Puma
Tanto o Puma quanto o Spyder sofrem os mesmos problemas em relação à fixação das bandejas de suspensão e desenho do chassis. Como são muito parecidos, é possível prever que o Puma será mais lento, pois tem maior massa, devido ao chassis ligeiramente maior, e um maior momento polar de inércia, que é, em palavras mais fáceis, peso menos centralizado no carro, também devido ao chassis mais largo. Os suportes de fixação das bandejas e amortecedores dianteiros estão desalinhados em relação à direção das forças de reação, que podem ser de frenagem ou laterais. Isso acaba gerando esforços cortantes e momentos fletores, que geralmente são fontes das maiores tensões presentes na estrutura. Abaixo é possível observar o chassis do Spyder.

http://gauchodeendurance.blogspot.com.br
Como pode ser observado nas fotos do chassis, tubos de seção retangular e tubos de seção circular são utilizados. Diferentes partes do chassis reagirão aos esforços internos solicitantes de diferentes formas. Dependendo do tipo de esforço a ser reagido, um tipo de seção vai ser melhor. Se o esforço em questão for um momento fletor, a seção retangular, devido ao seu momento resistente a flexão maior, será melhor. Se o esforço em questão for momento torsor, a seção circular será melhor, pois sua deformação, apesar de ser maior, será menos prejudicial na questão dos deslocamentos. Nessa situação, a seção retangular vira um losango, com pontos concentradores de tensão, o que não é bom. Em uma estrutura tubular como é a do P052, ou um pórtico espacial, como também é chamado esse tipo de estrutura, é interessante ter nós bem definidos e bem localizados para que os esforços oriundos da utilização da estrutura possam ser reagidos da melhor forma, isto é, com a menor deformação e menor massa possíveis no caso do Puma. A fixação da bandeja superior dianteira é um mau exemplo em atender este tipo de critério de projeto, visto que não está alinhada com nenhum nó. Um bom exemplo de chassis triangulado e com nós alinhados é o chassis da Stock Car, que pode ser visto na foto abaixo.

Racecar Engineering

SUSPENSÃO DIANTEIRA

Puma
A suspensão dianteira tem o mesmo arranjo da suspensão do Spyder. Esse tipo de suspensão foi bastante utilizado nos F1 da década de 1960 e 1970, mas caiu em desuso quando descobriram que poderiam utilizar pushrods/pullrods para obter o mesmo efeito de multiplicação de movimento. Em relação à geometria de suspensão, pode-se observar que a disposição das bandejas provê ganho de cambagem negativa na compressão. Também pode-se observar que os pontos de articulação das bandejas estão em planos diferentes dos pontos de articulação da barra de direção. Essa diferença causará esterçamento induzido. Na fixação da bandeja inferior ao chassis, são utilizados terminais rotulares. Aqui temos um caso curioso de uso errado e uso correto dos terminais rotulares na mesma bandeja. Os terminais rotulares são projetados para serem utilizados em tração e compressão. Se houver momentos fletores e esforços cortantes, o desenho da rosca age como um concentrador de tensões, o que pode levar a trincas e até fissuras totais. Assim, o uso de terminais rotulares deve se limitar a certas fixações de um sistema de suspensão.

Puma
O erro mais comum é colocá-los na ponta das bandejas, fixando no cubo de roda, o que os coloca em flexão devido aos esforços de frenagem e da compressão e distensão da suspensão. O terminal rotular da bandeja inferior localizado na perna dianteira vai sofrer flexão e os efeitos mencionados nos parágrafos acima. Já na perna traseira da bandeja, o terminal vai sofrer esforços de tração e compressão. Para fechar a análise da suspensão dianteira, decidi comentar sobre a posição das fixações no cubo de roda. As fixações, tanto na bandeja superior quanto na inferior, estão longe da borda do aro das rodas. As rodas utilizadas nos Spyder são de 13". Este é o motivo das bandejas estarem tão próximas ao centro da roda, para não rasparem nessas rodas menores. Como o Puma utiliza rodas de 18", sobrou espaço.

SUSPENSÃO TRASEIRA

Puma
Na foto acima pode-se observar a suspensão traseira. Como a suspensão dianteira, esse arranjo de suspensão não é muito comum. Não dá para colocar esse arranjo em uma categoria, como SLA ou McPherson. A bandeja inferior tem um desenho que reage às forças de frenagem e aceleração diretamente em sua estrutura, utiliza terminais rotulares nas fixações ao chassis e não os coloca em flexão. Já na bandeja superior há bastante possibilidade de melhoria. A bandeja tem um desenho bem diferente, que não favorece à reação das forças diretamente na estrutura. Isso causa efeitos de flexão e a introdução de um momento fletor que solicita bastante a estrutura, o que pode deformá-la severamente. Além disso, os terminais estão em flexão.

COMPORTAMENTO DO CARRO

Sendo o objetivo o menor tempo de volta possível, fica implícito que o carro deve percorrer a pista na maior velocidade possível. Em curvas, isso significa suportar a maior aceleração lateral possível. Isso é alcançado utilizando a capacidade do carro da maneira mais eficiente, ou seja, sem sobrecarregar pneus, pois são eles que podem fornecer a maior aceleração lateral possível, implicando no menor tempo de volta. Como não sobrecarregar os pneus? Diminuindo as transferências de carga. Se o carro já chegou nos limites de projeto para a redução da transferência de carga, o ponto a ser focado é o comportamento do carro no limite. Isso implica em ajustar o carro para ter um comportamento previsível para o condutor.

LoopOne Media

Os centros de rolagem das suspensões do P052 não são os mais previsíveis. O  centro de rolagem traseiro se situa no solo, e o dianteiro acima dele. O CG está acima dos dois, o que indica que o momento de rolagem traseiro será maior do que o dianteiro, contribuindo para o carro ter um comportamento sobre-esterçante no limite extremo. Não há barras estabilizadoras, nem na dianteira, nem na traseira. Sem barras estabilizadoras, é necessário utilizar molas muito mais rígidas para controlar o movimento do chassis e da suspensão, o que é prejudicial para o contato entre o pneu e a pista.

LoopOne Media
Não houve uma preocupação em desenvolver o chassis em conjunto com a carroceria, e também não houve uma preocupação em casar a dinâmica mecânica do carro com a aerodinâmica dele. O carro pode ser projetado pensando somente nas interações mecânicas, atrito entre os pneus e o solo, geometria puramente pensada para as transferências de carga, ou pensando em todas essas interações e também na interação com o ar. Nesse caso, os projetos de um assoalho plano, difusor, asas, splitters, teriam de ser feitos de forma que a rigidez das molas, posição dos centros de rolagem e geometria de suspensão e direção estivessem condizentes com isso. Não houve um projeto aerodinâmico do P052, essa asa das fotos foi comprada de algum fabricante sem um estudo do fluxo ao redor da carroceria. Não há um assoalho plano, difusor e um splitter ou até uma asa dianteira. Se vai haver uma asa traseira, é necessário que existam aparatos aerodinâmicos na frente do veículo, de forma a equilibrar a posição do Centro de Pressão Aerodinâmica com a do Centro de Gravidade. Essa falta de projeto aerodinâmico pode fazer com que a asa traseira mais atrapalhe do que ajude, o carro pode sair de frente em curvas de alta e sair de traseira em curvas de baixa.

CONSIDERAÇÕES FINAIS

Marinangelo
Sendo honesto, não gosto do projeto do carro. Não gosto do design da carroceria, não gosto do projeto do chassis e suspensão, e não acho que o dinheiro investido neste protótipo tenha sido bem aproveitado. Acredito que queiram fazer uma versão de rua para poder mitigar este enorme gasto, mas acho difícil agradar clientes com o nível de fabricação mostrado. Algumas coisas não são problema para um carro de corrida, mas clientes que queiram comprar um novo Puma vão querer que ele tenha pelo menos a qualidade de um carro compacto-médio, o que é extremamente difícil de se obter da forma que se fez este protótipo de corrida. A marca Puma é muito forte e lembrada por muitos brasileiros, inclusive quem tem muito dinheiro para investir em ideias extravagantes como criar um carro do zero. A falta de investidores pode ser atribuída à crise econômica que o país vive, mas também à falta de um plano de negócios claro, um produto melhor e objetivos bem definidos. Gente com muito dinheiro gosta de coisas previsíveis, embora muitas vezes eles não sejam.

Marinangelo
Na minha opinião, o design do Marinangelo, presente na duas fotos deste tópico, é bem mais harmonioso e remete mais ao Puma original. Se eu fosse projetar um novo Puma, este seria o design escolhido. Em relação ao planejamento e parte mecânica, teria feito tudo diferente. Primeiro faria um estudo ergonômico, posição dos bancos, distância dos pedais, distância da manopla, enfim, definiria como seria o layout interno do carro. Depois definiria os pontos de fixação do motor, câmbio e suspensão. Aí partiria para um primeiro esboço do chassis, depois para um dimensionamento analítico e depois para um por elementos finitos. Essas etapas finalizadas, partiria para os desenhos de fabricação e definição de tolerâncias. Com os desenhos de fabricação finalizados em mãos, começaria a pensar no gabarito para a construção do chassis. Com o chassis pronto, instalaria o motor e os periféricos. A partir daí teríamos um carro funcionando. O que faltaria seria a carroceria, que já teria sido pensada, desenhada, e poderia ter sido fabricada em conjunto com o chassis. Com a carroceria pronta, começaria a testar o carro. É isso, se chegaram até aqui, agradeço a leitura e até a próxima postagem!
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