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Fluídos eletro e magneto – reológicos aplicados a suspensão automotiva ativa e semi – ativa

Suspensão ativa e semi – ativa

A tendência mundial hoje nos projetos automotivos é fazer com que se tenha controle total do carro em seus níveis mais baixos de abstração, juntamente com a eletrônica embarcada, o desenvolvimento de dispositivos automatizados tem sido cada vez maior nos projetos automotivos visando segurança, conforto, eficiência e estabilidade.

A suspensão eletrônica é um componente integrante do sistema de estabilização automotiva, sendo responsável em manter a estabilidade dos amortecedores.

Essa estabilidade que pode ser traduzida como uma espécie de  “firmeza” é verificada através do seu coeficiente de amortecimento, que é um parâmetro crucial para utilização de um fluído, e também pela altura da carroceria do carro, com a finalidade de mantê-lo nivelado.

Os tipos de suspensões se diferem quanto à forma de regulagem da altura do chassis para manter o nivelamento do automóvel, essa regulagem se dá por meio de sensores e giroscópios que conseguem “discretizar” à altura e inclinação de cada eixo do carro, gerando informações para os sistemas de controle consequentemente produzindo ações  para  o  controle da suspensão do veículo, essas suspensões podem ser do tipo ativa, semi – ativa e  entre outras.

Na suspensão semi – ativa ocorre a variação do fator de amortecimento, modificando à rigidez da suspensão para que o veículo se adeque às irregularidades do solo, obtendo uma resposta de acordo com a dinâmica veicular. O controle da suspensão se dá de duas formas diferentes, através de um fluido magnético ou eletro -reológico  ou de controle de fluxo de uma eletro – válvula.

Nas eletro – válvulas (válvulas solenóide) o amortecimento é realizado através do fluxo hidráulico no interior do amortecedor, que possibilita uma modificação do coeficiente de amortecimento. Conforme o impacto recebido, o amortecedor contêm uma espécie de linha hidráulica que  aumenta ou diminui seu diâmetro, aumentando ou diminuindo a vazão do óleo do amortecedor conforme o êmbolo sobe e desce.

Já nos fluídos de viscosidade variável, tem-se um fluído constituído de um óleo sintético com micropartículas (ferro) magnetizáveis em suspensão. Esse fluído apresenta viscosidade semelhante à de um lubrificante em condições normais, porém quando é atingido por um campo magnético se torna mais viscoso (quase sólido) de forma praticamente instantânea causando uma variação na suspensão e mantendo o nivelamento do automóvel.1

Modelo matemático Suspensão automotiva

O modelo de suspensão automotiva convencional adotado em muitos trabalhos científicos é composto de 3 elementos básicos, em duplo sistema massa mola e amortecedor. Abaixo é demonstrado ¼ do sistema gerando um equacionamento mais simples em um sistema de 2 graus de liberdade.

 

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As molas representadas como K1 e K2 armazenam energia potencial elástica, o amortecedor representado por c é responsável por dissipar toda energia cinética e as massas m1 e m2 armazenam energia potencial. Analisando este mecanismo de uma forma sistêmica podemos entender que a entrada que irá excitar o sistema será dada por uma determinada perturbação no solo  gerando deslocamento no eixo y, fazendo com que o sistema venha corresponder através dos seus parâmetros físicos e conforme o projetado.

A equação que rege todo o comportamento do sistema é descrito através das deduções efetuadas sobre os sistemas que oscilam e são amortecidos .

A equação abaixo representa o famoso modelo do sistema massa – mola – amortecedor.7

Através desta equação que adota o princípio do equilíbrio, onde a somatória de todas as forças é igual a zero, e se estabelece nos termos em sequência a força peso, força viscosa  e força elástica subtraindo os mesmos termos relacionando o deslocamento efetuado através da força elástica do pneu e sua massa.

Através dos princípios e equações acima pode se utilizar diversas ferramentas para modelagem e obter respostas como deslocamentos, frequências de oscilação, velocidade, aceleração e todos os aspectos relacionados a cinemática e dinâmica do sistema.

 

Fluidos magneto-reológicos e os fluidos eletro-reológicos.

Entre os fluidos controláveis utilizado em dispositivos de controle os principais são os fluidos magneto-reológicos e os fluidos eletro-reológicos. Os materiais utilizados na composição dos fluídos controláveis piezolétricos, os eletro-estrictivos e os com memória de forma. Os fluidos eletro-reológicos (ERs) são dispersões coloidais de partículas sólidas em um meio fluido isolante, sendo as dimensões das partículas sólidas muito superiores às dimensões características das partículas do solvente. Quando submetidos a um campo elétrico, apresentam alterações em suas propriedades que atuam diretamente na viscosidade. Essas alterações permanecem até que seja aplicada uma tensão de escoamento maior que a tensão de cisalhamento do fluido ou então com a retirada do campo elétrico externo. A principal aplicação de fluidos eletro-reológicos está voltada para o desenvolvimento de transmissão e suspensão veicular, como também sistemas que utilizam algum tipo de fluido para realizar um trabalho como demonstrado abaixo um pistão e uma embreagem

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Os fluidos magneto–reológicos (MRs) existem há aproximadamente alguns anos, sendo empregados em suspensões automotivas e até próteses.

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Os fluidos magneto-reológicos (MRs)  podem ter propriedades alteradas como viscosidade, elasticidade, plasticidade, quando expostos a um campo magnético. Na presença de um campo magnético, o fluido MR varia sua reologia em função da intensidade desse campo. Os fluidos MR são constituídos de partículas magneticamente polarizadas (óxido de ferro), suspensas em um fluido, como óleo mineral, óleo sintético ou silicone.

Em relação aos eletro – fluídos as vantagens do MRs são: os eletro – fluídos requerem tensões acima de 1kV, que exigem fontes de alta tensão relativamente caras, maiores cuidados com isolação e apresentam maiores riscos.

Devido as tensões de escoamento do fluido MR alcançarem valores mais elevados ( isto está  relacionado densidade de energia magneto –  estática), este tipo de fluído só pode  operar em uma faixa estreita de temperatura, pois sua viscosidade apresenta grande influência da temperatura. Por outro lado, os fluidos MRs apresentam estabilidade relativa entre -40 e 150 ºC, portanto, o que os torna mais adequados a aplicações como amortecedores de automóveis que operam com uma variação térmica.6

 

Bibliografia

http://www.formula.ufscar.br/blog/como-funcionam-as-suspensoes-

eletronicas/http://www.lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/15395/000681038.pdf?sequence=1

http://saturno.unifei.edu.br/bim/0031092.

pdfhttp://objdig.ufrj.br/60/teses/coppe_d/AlexandreSilvaDeLima.pdf

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Escrito por Kawann Costa

Engenheiro Mecatrônico obcecado em entender como as coisas funcionam em seus níveis mais baixos de abstração.

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