Dimensionamento cinemático do sistema de direção de um protótipo Baja SAE

Abstract

O programa BAJA SAE é um desafio técnico para estudantes de engenharia, partindo desde a concepção e projeto até a fabricação e validação de um protótipo off road, a fim de participar de competições nacionais e internacionais. Dentre os subsistemas que compõem o veículo, tem-se o sistema de direção, responsável por transmitir o movimento do volante para as rodas, fazendo com que essas girem e possibilitem a realização de curvas, garantindo dirigibilidade ao veículo. Uma série de problemas podem ser gerados caso o dimensionamento e posicionamento dos componentes da direção não sejam feitos de maneira adequada. Dentre as consequências, tem-se falhas nos componentes por flexão e/ou ruptura; veículo curvando melhor para um lado do que para o outro; dificuldade de dirigibilidade; alto bump steer, que pode ser descrito como o esterçamento involuntário das rodas devido o movimento natural da suspensão; e raio de curvatura demasiadamente grande, ou seja, situações que podem dificultar ou impossibilitar a condução do veículo. De acordo com o regulamento da competição BAJA SAE BRASIL, o protótipo deve possuir direção mecânica e ser dimensionado de forma com que o piloto não precise retirar as mãos do volante durante a condução. Diante do exposto, este trabalho tem como objetivo o dimensionamento cinemático do sistema de direção do protótipo da equipe SamaBAJA, garantindo bom aspecto geométrico, associado à robustez necessária para suportar os esforços exigidos. Assim, um raio de curvatura mínimo de até 2000 mm, minimização do bump steer, ângulo de esterçamento do volante em torno de 105o (parâmetro que garantirá conforto e agilidade) e adequação do cáster, pino mestre e scrub radius são as metas iniciais do projeto. No desenvolvimento, foram aplicados os conceitos de geometria de Ackermann para o raio de esterçamento desejado, levando a ângulos de esterçamento esperados de 46,04o e 27,85o para as rodas interna e externa à curva, respectivamente. Com o auxílio do software SOLIDWORKS, desenhou-se a geometria desejada, juntamente com o projeto de suspensão, para análise geométrica e de compatibilidade com os demais subsistemas. Através do software de simulação 3D de sistemas de suspensão e direção, foram avaliados os resultados cinemáticos para o sistema de direção. Após, foram dimensionados os componentes do sistema, resultando em um ângulo de esterçamento final de 44,8o para as rodas internas e 30,2o para as externas, com um raio de curvatura associado de 1900 mm, bump steer máximo de 1,42o para um curso de suspensão de 150 mm, ângulo de esterçamento máximo do volante de 101,38o e 22,1% de redução dos esforços necessários para o esterçamento.