ads:
1
1
Geancarlo Guedes Rettori
Estudo de Viabilidade de Sistema de Direção para as Rodas Traseiras de
Automóveis de Baixo Custo
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Escola
Politécnica da Universidade de São Paulo para obtenção
do título de Mestre em Engenharia Automotiva
São Paulo
2005
ads:
Livros Grátis
http://www.livrosgratis.com.br
Milhares de livros grátis para download.
2
2
Geancarlo Guedes Rettori
Estudo de Viabilidade de Sistema de Direção para as Rodas Traseiras de
Automóveis de Baixo Custo
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Escola
Politécnica da Universidade de São Paulo para obtenção
do título de Mestre em Engenharia.
Área de Concentração:
Engenharia Automotiva
Orientador:
Prof. Dr. Ronaldo de Breyne Salvagni
São Paulo
2005
ads:
3
3
Folha de Aprovação
Geancarlo Guedes Rettori
Estudo de Viabilidade de Sistema de Direção para as Rodas Traseiras de Automóveis
de Baixo Custo
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado
à Escola Politécnica da Universidade de São
Paulo para obtenção do título de Mestre em
Engenharia Automotiva.
Aprovado em: ___/___/___
Banca Examindadora
Prof. Dr. ___________________________________________________________
Instituição:_____________________________Assinatura: ___________________
Prof. Dr. ___________________________________________________________
Instituição:_____________________________Assinatura: ___________________
Prof. Dr. ___________________________________________________________
Instituição:_____________________________Assinatura: ___________________
4
4
Dedicatória
À Deus, que desde a fundação do mundo já tinha um plano para me salvar. Um plano
que envolveu seu Filho unigênito, Jesus, para que todo aquele que n’ Ele crer não
pereça, mas tenha vida eterna.
À minha amada esposa Elinéa, que tem sido na prática uma grande auxiliadora,
companheira e amiga em todo o tempo. Te amo! Te amo!
Aos meus pais Nelso e Otília, por seu amor, incentivo e apoio em todos os momentos
de minha vida.
5
5
Agradecimento Especial
Ao professor Omar Moore de Madureira, que além de me ajudar, auxiliar, resolver
minhas dúvidas, acompanhar todo o desenvolvimento do trabalho, me ensinou muito
sobre o que é ser um profissional, um engenheiro e um professor. Valeu a pena cada
uma das conversas e reuniões que tivemos.
Não teriam palavras que bastassem para agradecê-lo.
Com toda minha admiração e respeito deixo meu muito obrigado, de coração.
6
6
Agradecimentos
À Associação Brasileira de Engenharia Automotiva (AEA), pela realização do concurso
que possibilitou minha inclusão no curso.
À Volkswagen do Brasil, que proveu recursos para meu transporte de Taubaté para São
Paulo num momento decisivo para que eu pudesse fazer o mestrado.
Ao Professor Doutor Ronaldo de Breyne Salvagni por ser meu orientador e por lutar
continuamente pelo aprimoramento profissional dos Engenheiros em nosso país.
Ao Professor Nelso Rettori pela revisão do texto.
Ao Projetista e Modelador Ricardo Souza pela confecção dos desenhos técnicos.
Ao senhor Paulo Rodrigues Guino que trabalhou e conseguiu recursos para meu
transporte.
Aos amigos Roberto Dotto, Indalécio Dias, Marcos Batista, Luiz Antônio, Marcelo de
Freitas, Luciana Rosa e Elizabeth Costa, da Volkswagen Taubaté pelo incentivo e
apoio.
À Mônica, Rosângela e Laila, pela disponibilidade e competência no atendimento as
minhas necessidades.
7
7
Aos mestres Ciro Rosa, Nelson Nishimura e Marcello Teixeira, pelos trabalhos em aula
que resultaram em publicação de artigo em revista técnica e em seminários.
A todos meus colegas de curso, que foram muito mais do que colegas, foram
companheiros de jornada. Quem se esquerá dos encontros de final de semana para
fazer exercícios?
Aos meus tios Antônio e Creuza e aos meus primos de SJC pelo estímulo e apoio.
Ao meu irmão Diógenes por me ajudar e me apoiar. Valeu irmão!
Aos meus sogros Josephina e Elisiário, a meus cunhados e cunhadas: Eliara, Roberto,
Eliete, Carlos, Eliane; e meus sobrinhos: Paula, Carlos e Marcos, que sempre me
ajudam.
Aos meus irmãos, em Cristo, que oram por mim.
A todos, que direta ou indiretamente, contribuíram para concretização deste estudo.
8
8
Resumo
A crescente ocupação do espaço para tráfego e estacionamento nas ruas, garagens e
estacionamentos, criou a necessidade de maior agilidade de manobra dos veículos.
Este trabalho mostra a viabilidade técnica e econômica do desenvolvimento de um
mecanismo direcional de baixo custo para as rodas traseiras de automóveis. Este
sistema tem por função facilitar as manobras de estacionamento, pela redução dos
raios de curva do veículo decorrente da ação do esterçamento das rodas traseiras. A
categoria de veículos enfocada é a dos chamados veículos pequenos (“populares”), que
tem representado nos últimos anos aproximadamente 65% das vendas no mercado
nacional brasileiro. Tendo em vista esta premissa, o desenvolvimento do trabalho foi
conduzido para que o sistema seja o mais simples e barato possível. Atendendo,
obviamente, aos requisitos técnicos de desempenho, segurança, confiabilidade e
durabilidade. Os resultados mostraram que entre quatro soluções tecnicamente viáveis
apenas uma atendeu aos limites de custo impostos. Esta solução viável consiste
basicamente em acionar o esterçamento das rodas traseiras por meio de um motor-
atuador elétrico, comandado por um interruptor, que se liga após um determinado
deslocamento da cremalheira do mecanismo de direção, correspondente a certo
ângulo de giro do volante. O preço de venda ao público deste sistema opcional
corresponde a apenas 3,4% do preço do automóvel básico.
9
9
Abstract
The increasing need for space in streets and parking lots requires improved handling
agility in maneuvers of automobiles. This work shows the technical and economic
feasibility of the development of a low cost rear wheel steering mechanism for
automobiles. This system will facilitate parking maneuvers by the reduction of turning
radius caused by the steering of rear wheels. The market segment considered for this
study is the economy car (“popular”), which in the last years comprised about 60% of the
Brazilian market. With this objective in mind the work was conducted looking for simple,
low cost solutions, obviously complying to requirements of performance, safety and
reliability. The results show that out of four technically feasible solutions, only one was
approved due to strict cost limitations. This viable solution basically consists of steering
the rear wheels with an electric motor–actuator, started by a micro switch operated by
the displacement of the steering rack. This displacement corresponds to an angle of
turning of the steering wheel, typical of a parking maneuver. Technical objectives are
shown to be attainable as well as the cost limits since this optional item will not exceed
3,4% of the price of the base vehicle.
10
10
Sumário
Dedicacatória
Agradecimentos
Resumo
Abstract
I - Introdução.............................................................................................................1
II - Desenvolvimento.................................................................................................2
1 – PLANEJAMENTO DO PRODUTO.....................................................................2
1.1 - Objetivos do Programa.....................................................................................2
1.2 - Caracterização do Produto...............................................................................3
1.2.1 - Necessidade a Atender.................................................................................3
1.2.2 - Função Principal............................................................................................4
1.2.3 - Funções Derivadas........................................................................................5
1.3 - Mercados de Aplicação....................................................................................7
1.3.1 - Mercado Geográfico......................................................................................7
1.3.2 - Mercado Econômico......................................................................................8
1.3.3 - Mercado de Veículos com Direcionamento das Rodas Traseiras...............11
1.4 - Prazo de Implantação.....................................................................................12
1.5 - Ciclo de Vida do Produto................................................................................15
1.6 - Investimentos e Prazo para o Retorno do Valor Investido.............................19
1.7 - Preço e Lucratividade.....................................................................................20
1.8 - Requisitos Técnicos........................................................................................21
1.8.1 - Requisitos Funcionais..................................................................................21
1.8.1.1 - Desempenho............................................................................................21
1.8.1.2 - Estética e Ergonomia................................................................................22
1.8.1.3 - Segurança................................................................................................22
1.8.1.4 - Proteção Ambiental..................................................................................23
11
11
1.8.2 - Requisitos Operacionais..............................................................................23
1.8.2.1 - Consumo de Energia................................................................................23
1.8.2.2 - Confiabilidade...........................................................................................24
1.8.2.3 - Mantenabilidade.......................................................................................24
1.8.2.4 - Durabilidade..............................................................................................25
1.8.3 - Requisitos Construtivos...............................................................................25
1.8.4 - Requisitos quanto à Projetabilidade, Fabricação e Fornecimento..............26
1.8.4.1 - Projetabilidade..........................................................................................26
1.8.4.2 - Fabricabilidade.........................................................................................26
1.8.4.3 - Fornecimento............................................................................................27
2 - ESTUDO DE VIABILIDADE..............................................................................28
2.1 - Síntese das Soluções.....................................................................................28
2.2 - Análise Técnica..............................................................................................30
2.3 - Análise Econômica.........................................................................................38
2.3.1 - Comprador e/ou usuário..............................................................................38
2.3.2 - Fabricante....................................................................................................38
2.3.3 - Análise das Alternativas Aprovadas na Análise Técnica.............................39
2.3.4 – Conclusão da Análise Econômica..............................................................43
2.4 - Análise Financeira..........................................................................................43
2.4.1 - Análise do Fluxo de Caixa e do Prazo de Retorno dos Investimentos........43
2.5 - Conclusão do Estudo de Viabilidade..............................................................46
3 – PROJETO BÁSICO..........................................................................................48
3.1 - Introdução.......................................................................................................48
3.2 - Conceitos Teóricos Principais........................................................................49
3.2.1 - Manobrabilidade..........................................................................................49
3.2.2 - Ângulo de Esterçamento.............................................................................49
3.2.3 - Forças Laterais............................................................................................51
3.2.4 - Ângulo de Deriva.........................................................................................53
3.3 - Veículo em Movimento Curvilíneo..................................................................54
12
12
3.3.1 - Baixa Aceleração Centrípeta.......................................................................54
3.3.2 - Alta Aceleração Centrípeta..........................................................................55
3.3.3 - Curvas em Regime Permanente.................................................................57
3.3.4 - Comportamento Direcional do Veículo........................................................60
3.3.4.1 - Veículo de Comportamento Direcional Neutro.........................................61
3.3.4.2 - Veículo de Comportamento Direcional Sobesterçante.............................63
3.3.4.3 - Veículo de Comportamento Direcional Sobreesterçante..........................63
3.3.4.4 - Velocidade Característica e Velocidade Crítica........................................64
3.3.5 - Veículo com Quatro Rodas Direcionais.......................................................64
3.4 - Modelamento do Sistema...............................................................................68
3.4.1 - Introdução....................................................................................................68
3.4.2 - Características do Modelo Hipotético..........................................................68
3.4.3 - Cálculo do Esforço do Atuador para Movimentar as Rodas Traseiras........70
3.4.4 - Descrição do Funcionamento do Sistema de Direção Traseira..................76
3.4.5 - Infuência do Esterçamento das Rodas Traseiras Sobre o Raio de Giro
Durante Manobras......................................................................................82
3.4.6 - Desenvolvimento Experimental do Projeto..................................................88
3.4.7 - Desenhos Técnicos dos Principais Componentes e do Sistema no
Veículo.........................................................................................................90
III - Conclusão.......................................................................................................101
Referências Bibliográficas....................................................................................102
13
13
I - INTRODUÇÃO
Visando desenvolver um sistema de esterçamento para rodas traseiras que realmente
fosse viável para a Empresa e para o cliente, procuramos seguir, de forma metódica, as
principais etapas do desenvolvimento de um projeto sugeridas em diversas literaturas
(Madureira, 2003).
Neste trabalho, procuramos enfatizar as duas primeiras fases do desenvolvimento
denominadas aqui: Planejamento do Produto e Estudo de Viabilidade. Posteriormente,
iniciamos a etapa de Projeto Básico, definindo os parâmetros fundamentais de trabalho
do sistema e os desenhos dos principais componentes.
No desenvolvimento deste trabalho fez-se uso de alguns conceitos relacionados à
geometria e cinemática do esterçamento e à dinâmica de veículos.
O projeto foi realizado tomando por base um veículo da categoria popular ou veículo
pequeno.
O produto final do trabalho é a definição básica do projeto, do mecanismo de
esterçamento das rodas traseiras, para ser aplicado em veículos de baixo custo,
comumente chamados de populares.
14
14
II - DESENVOLVIMENTO
1 - PLANEJAMENTO DO PRODUTO
Esta primeira parte tem por meta definir os objetivos do programa do produto.
Necessidades a atender. Funções a exercer. O mercado a que se destina. O prazo para
implantação. O ciclo de vida que o produto deverá ter. Os investimentos para o
desenvolvimento, implementação e fabricação, em função de uma lucratividade
previamente determinada para o programa.
O planejamento do produto é dividido basicamente em seis etapas. Cada etapa será
analisada separadamente como segue abaixo:
1.1 - OBJETIVOS DO PROGRAMA
Destacamos abaixo os principais objetivos do programa, com vistas à companhia, ao
cliente e à sociedade:
a) Aumentar a lucratividade e buscar a expansão dos negócios da empresa pela
conquista de uma parte maior do mercado automobilístico nacional e internacional,
usando, como estratégia de marketing, os benefícios gerados para o cliente que
adquire um veículo com a inovação tecnológica aqui sugerida.
15
15
b) Oferecer ao cliente um produto com um diferencial tecnológico, que vai atraí-lo para
a compra, proporcionando assim, maior segurança, conforto e dirigibilidade ao
manobrar seu veículo.
c) Criar dentro da empresa uma política de gestão que valoriza todos os colaboradores
que procuram trabalhar pesquisando e criando novos conceitos e soluções, a fim de
permitir que a companhia lance novos produtos com maior potencial de competitividade
e tenha chance de conquistar novos mercados. Tendo como principal fim a
sobrevivência desta, frente às adversidades, dificuldades e desafios que a todo
momento surgem no mercado globalizado, contribuindo também, como conseqüência,
para o desenvolvimento da sociedade e da comunidade próxima à empresa, através da
elevação do nível de emprego.
1.2 - CARACTERIZAÇÃO DO PRODUTO
1.2.1 – Necessidade a Atender
Auxiliar o motorista a estacionar e a manobrar o veículo, permitindo que este tenha uma
maior gama de opções de locais para estacionar e uma maior facilidade para manobrar
o veículo na vaga, proporcionando-lhe um maior conforto, praticidade e um menor
dispêndio de tempo e esforço.
Esta necessidade é crescente e, para muitos, encontrar um lugar para deixar o veículo
já é um grande problema. Isto ocorre principalmente nas grandes metrópoles, onde
16
16
estão localizados a maioria dos veículos. Além disto, em grande parte das vezes, o
local encontrado é bastante restrito, de dimensões que, muitas vezes, desafiam a
habilidade, paciência e gastam demasiado tempo do condutor, tanto em
estacionamentos, como garagens de edifícios, ruas estreitas e etc.
1.2.2 – Função Principal
Esterçar as rodas traseiras em sentido oposto às dianteiras em manobras de
estacionamento.
As figuras 1.1 e 1.2 apresentam a vantagem do veículo com quatro rodas direcionais
(QRD) em relação ao de duas rodas direcionais (DRD). Pode-se, observar também que
o veículo gira sempre em torno de um ponto, denominado de centro instantâneo de
rotação (CIR).
17
17
Figura 1.1 – Raio de giro da roda externa do veículo com DRD, no esterçamento
máximo.
CIR
18
18
Figura 1.2 – Raio de giro da roda externa do veículo com QRD no esterçamento
máximo.
As figuras 1.1 e 1.2 monstram que, introduzindo um exterçamento de 7 graus nas rodas
traseiras obtem-se uma redução significativa no raio de giro, de mais de 15%.
CIR DRD
CIR QRD
19
19
1.2.3 - Funções Derivadas
Sensoriar o esterçamento do volante, comandar e executar o esterçamento das rodas
traseiras.
1.3 – MERCADOS DE APLICAÇÃO
1.3.1 - Mercado Geográfico
Geograficamente falando, os automóveis que disporão deste recurso de auxílio para o
motorista, poderão ser utilizados nos mesmos lugares onde os veículos são hoje
comumente usados. A título de informação, no gráfico 1.1 é apresentada a distribuição
dos veículos por Unidade da Federação.
Estimativa da Frota por Unidade da Federação
0
5
10
15
20
25
30
35
40
SP
M
G
R
J
RG
PR
Outros
SC
GO
BA
DF
PE
C
E
ES
M
S
MT
Unidade da Federação
Porcentagem (%)
0
1
2
3
4
5
6
7
Volume (x10^6)
Gráfico 1.1 – Estimativa da frota por Unidade da Federação.
Fonte: Anuário da Indústria Automobilística Brasileira – ANFAVEA – 2004.
20
20
1.3.2 – Mercado Econômico
Do ponto de vista econômico, a intenção é desenvolver um conceito de forma que o
produto venha a ser utilizado em veículos de baixo custo, normalmente chamados
pequenos ou populares (até R$ 25.000,00), podendo também, com pequenas
modificações ser usado nos veículos chamados médios (de R$ 25.000,00 a R$
35.000,00), bem como em veículos tipo pick-up, sedans ou peruas, derivadas destes
automóveis mais acessíveis, que também se enquadram nesta faixa de preço (por volta
dos R$30.000,00).
Com o propósito de representar a quantidade de veículos vendidos nesta faixa de preço
(até R$ 25.000,00 reais) e sua participação no mercado, tomamos como referência a
venda de veículos com motor de 1,0 L de cilindrada. Existem alguns veículos pequenos
e médios que podem receber também esta tecnologia e que farão parte do mercado,
porém consideraremos, para efeito de avaliação do volume, os veículos 1,0L. Podemos
observar no gráfico 1.2 que a venda de veículos nesta faixa de preço corresponde em
média a 63,8% da quantidade vendida no atacado entre os anos de 1997 e 2003.
Assim, temos como meta, indroduzir o novo conceito inicialmente nos modelos mais
vendidos e posteriormente nos veículos derivados destes e em outros quaisquer.
21
21
Vendas no Atacado e Participação dos Veículos 1,0 L
0,000
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
0,600
0,700
0,800
0,900
1,000
1
9
9
7
1
9
9
8
1
9
9
9
2
0
0
0
2
0
0
1
2
0
0
2
2
0
0
3
Ano
Vendas no atacado
(x10^6)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Participação (%)
Gráfico 1.2 – Vendas no atacado e participação no mercado dos veículos até 1,0 L
de cilindrada
Fonte: Anuário da Indústria Automobilística Brasileira – ANFAVEA – 2004
Como observado acima, nos últimos anos, o mercado de veículos 1,0 L ou veículos de
baixo custo tem se mantido relativamente estável.
Prognostícos realizados pela Associação Nacional dos Fabricantes de Veículos
Automotores (ANFAVEA) indicam um crescimento de 5% nas vendas de veículos em
geral no mercado interno e 7% nas exportações (Fonte: Site WebMotors em 19.03.05 –
Entrevista com Fernando Calmon).
22
22
Gráfico 1.3 - Utilização da capacidade instalada na indústria
(% x Projeção 2008)
Fonte: Project Link Research Centre, World Economic Outlook –
Fall Meeting, nov. 2004.
No gráfico 1.3 podemos verificar que a perspectiva para indústria automobilística
brasileira é boa para os próximos anos, isto, com certeza, refletirá positivamente tanto
nas vendas internas quanto externas.
Outro fator que deve promover incremento das vendas de veículos na faixa de preço
que estamos considerando é a introdução de motorização bi-combustível para os
veículos 1.0 L. Na figura 1.3 são apresentados exemplos de alguns veículos que se
enquadram na faixa de valor aqui considerado.
23
23
Figura 1.3 – Fotos de vários veículos representando a classe analisada
1.3.3 – Mercado de Veículos com Direcionamento das Rodas Traseiras
Atualmente existem poucos veículos equipados com este tipo de função. A seguir são
apresentados alguns modelos que dispõem desta característica.
Honda Prelude, Toyota Celica, 300 ZX, Infiniti, Mitsubishi GTO, Xedos 9, Irmscher R,
Nissan Skyline GTR, Mazda 626, Mazda MX6, Mazda Capella, Mazda Millenia, Mazda
929, Mitsubishi Galant, Honda Accord, Carina ED X-limited, GM Sierra Denali. Em
alguns destes veículos, o sistema atua em baixas e em altas velocidades, para auxílio
em manobras de estacionamento e para a correção da trajetória respectivamente.
Podemos verificar na lista de veículos acima citada, que nenhum destes se enquadra
na faixa de preço da categoria de veículo que é objeto de estudo neste trabalho. Assim,
o nosso desafio torna-se maior ainda, mas os retornos em vendas podem surpreender
positivamente, se demonstrarmos o valor agregado deste produto para o cliente através
de uma boa estratégia de marketing. Este conceito de esterçamento nas rodas traseiras
24
24
é pouco conhecido para a maioria dos motoristas, especialmente em nosso país onde
as vendas dos veículos importados anteriormente listados são baixíssimas, devido às
condições sócio-econômicas da maioria dos brasileiros e dos preços destes
automóveis.
1.4 - PRAZO DE IMPLANTAÇÃO
O prazo total proposto será de 18 meses, desde o início da fase de planejamento até a
comercialização. Tal prazo foi estabelecido dentro de um contexto de Engenharia
Simultânea com o consenso final de todas as áreas da empresa.
Nos cronogramas 1 e 2 são apresentadas as fases e os períodos de tempo de cada
fase do projeto.
O cronograma 1, a seguir, refere-se, especificamente, às etapas de: Planejamento do
Produto, Estudo de Viabilidade e Projeto Básico. As duas primeiras fases serão as mais
desenvolvidas neste trabalho.
Salientamos que cada etapa do desenvolvimento deve vir acompanhada de avaliações,
a fim de comprovar sua completa e perfeita realização.
25
25
Cronograma 1 – Planejamento do Produto, Estudo de Viabilidade
e Projeto Básico
O cronograma 2 apresenta uma orientação para o desenvolvimento e implementação
das demais fases do projeto. Para confecção deste cronograma, primordialmente,
definiu-se que o prazo para o início da produção será 16 meses após aprovação do
projeto.
26
26
Cronograma 2 – Desenvolvimento total do Projeto
27
27
1.5 - CICLO DE VIDA DO PRODUTO
Este é um produto cuja necessidade é permanente, isto é, enquanto o conceito e a
utilização dos automóveis forem o que temos hoje, o produto terá sua utilidade e será
cada vez mais útil e necessário. Pode-se esperar um ciclo de vida bastante longo.
Após 4 anos do lançamento, o produto poderá vir necessitar de alguns
aperfeiçoamentos, com o objetivo de acompanhar o desenvolvimento tecnológico global
do veículo (uma nova geração) e que aos 7 anos de vida este produto necessite de
uma reformulação mais profunda sendo provavelmente criado um novo conceito.
Para tornar mais objetivos os estudos feitos, a partir desta projeção de ciclo de vida,
avaliaremos um ciclo de vida completo, isto é, não será analisada a sobreposição de
ciclos que geralmente ocorre quando um produto novo entra em substituição de outro
em série. O gráfico 1.4, demonstra o ciclo de vida proposto.
Ciclo de Vida do Produto
0
5
10
15
20
25
01234567
Tempo [anos]
Mercado de Veículo até
R$25000,00
Pessimista Es
p
erado Otimista
Aperfeiçoamento
Estimativa de unidades
(
x10^3
)
266,7
213,4
160,0
106,7
53,3
%
Nova
Gráfico 1.4 – Ciclo de vida do produto
28
28
Na tabela 1.1 estão apresentadas as previsões de porcentagem de participação nas
vendas e quantidade de veículos, no mercado automobilístico nacional, dos veículos
com direcionamento com QRD. Os valores listados foram gerados a partir da
experiência (conhecimentos anteriores) do professor e do mestrando.
O gráfico 1.4 refere-se a apenas uma geração do produto. Como já citado, pretende-se
inovar este produto, juntamente com a inovação do veículo como um todo, a fim de que
efetivamente não ocorra uma queda na participação deste produto no mercado.
Quando se iniciar o declínio nas vendas uma nova geração já deverá estar à disposição
dos clientes. Porém, para efeito de cálculos neste trabalho, utilizaremos o ciclo de vida
de uma geração, desde o seu início até o fim da comercialização, como mensionado
acima.
29
29
Tempo
(anos)
Pessimista
(%)
Esperado
(%)
Otimista
(%)
0,0 0,0 0,0 0,0
0,5 1,5 3,0 4,5
1,0 4,5 7,0 10,0
1,5 10,5 13,0 18,0
2,0 17,0 19,5 23,0
2,5 16,0 18,5 22,5
3,0 16,0 18,0 22,0
3,5 16,5 18,0 21,5
4,0 14,0 18,5 22,0
4,5 9,0 17,0 21,5
5,0 0,0 15,0 20,5
5,5 10,0 17,5
6,0 0,0 14,0
6,5 9,0
7,0 0,0
Tabela 1.1 – Ciclo de vida do produto (porcentagens)
As porcentagens de participação no mercado, apresentadas na tabela 1.1, são
estimativas válidas tanto para venda de veículos 1,0 L bem como para outras
motorizações. Assim sendo, o ciclo de vida e a tabela acima referenciada perfazem
uma previsão da totalidade de vendas de veículos com QRD.
Considerando a média de vendas de veículos vendidos de 1997 a 2003, da categoria
em avaliação que é de 1,10 milhão de veículos e a curva de venda pessimista, são
projetados na tabela 1.2 e no gráfico 1.5 as seguintes previsões de volume de vendas.
30
30
Meses Quantidade %
6 8.297 1,5
12 24.891 4,5
18 58.080 10,5
24 94.034 17,0
30 88.503 16,0
36 88.503 16,0
42 91.268 16,5
48 77.440 14,0
54 49.783 9,0
60 0 0,0
Total 580.798 unidades
Tabela 1.2 – Vendas segundo Curva Pessimista no Tempo
Vendas X Tempo
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
[10^3 unidades]
Tempo [meses]
Volume de Vendas
Gráfico 1.5 – Vendas segundo Curva Pessimista no Tempo
Conforme demonstrado, na tabela 1.2, é estimada uma vendagem de 580.798 unidades
em 5 anos.
31
31
Consideramos que o sistema será desenvolvido por determinada montadora e aplicado
em um ou mais modelos que se enquadram na categoria analisada.
1.6 - INVESTIMENTOS E PRAZO PARA O RETORNO DO VALOR INVESTIDO
O objetivo deste tópico será determinar a questão dos investimentos para o
desenvolvimento, implementação e fabricação. É de conhecimento geral que este tema
é muito complexo, porém neste trabalho procuramos ter um visão geral sobre esta parte
do desenvolvimento de um produto.
Os valores de custos apresentados neste trabalho são Estimativas de Engenharia (EE),
pois são frutos da comparação com valores reais aplicados na indústria automobilística
a componentes semelhantes, da consulta com profissionais e fornecedores da área, da
experiência do professor e do mestrando.
Consideraremos que os investimentos estão incluídos como uma parte do custo das
peças. Assim, será o valor de cada peça que determinará o montante que está sendo
investido para o desenvolvimento desta. Pois, de qualquer forma, os investimentos
precisam retornar e isto se dá pelas vendas das peças.
Com base no exposto acima, consideraremos que os investimentos totais para o
desenvolvimento do programa não devem ultrapassar a R$ 20 milhões e que
o
programa deve atender ao prazo máximo para retorno dos investimentos (PRI) de 24
meses.
32
32
1.7 - PREÇO E LUCRATIVIDADE
Tendo em vista o preço médio para o cliente final de alguns opcionais de veículos tais
como: ar condicionado (R$ 3.900,00), freios ABS (R$ 2.450,00), duplo “air bag” (R$
2.250,00), direção hidráulica (R$ 2.050,00), verificamos, por simples observação do
cenário econômico e do mercado, que o comprador de um veículo de até R$ 25.000,00
muito raramente adquire um dos opcionais acima listados. Desta forma, para que o
produto atinja a vendagem esperada, propomos que o valor limite máximo de acréscimo
ao custo do veículo na fábrica, seja de R$600,00 reais. Assim, para determinar o preço
para o cliente final é necessário que sejam incluídos os impostos e a margem de lucro
do revendedor sobre esta parcela do preço do veículo. Logo, para o cliente final o preço
deve chegar a aproximadamente R$ 873,74. Para chegar a este valor foram
consideradas as seguintes porcentagens, que respectivamente são: 11,06% de PIS –
Programa de Integração Social / COFINS – Contribuição para o Financiamento da
Seguridade Social, que incide sobre o valor de R$ 600,00 e totaliza R$ 666,36, sobre
este valor é calculado 12% de ICMS -Imposto sobre Circulação de Mercadorias e
Serviços - resultando em R$ 746,32. Ainda é somado o IPI – Imposto sobre Produtos
Industrializados - para automóveis 1,0 L que é de 7%, perfazendo o valor de R$ 798,56.
Considerou-se que a margem do revendedor é de 9 % que perfaz o valor de R$ 870,43.
Por fim, somou-se sobre este subtotal 0,38% de CPMF – Contribuição Provisória de
Movimentações Financeiras, que totaliza R$ 873,74.
Considerando o valor de R$ 600,00 e exigindo-se um lucro líquido mínimo de 17,5%
para o fabricante, o custo total de fabricação de cada unidade não pode ultrapassar o
valor de R$ 495,00. O Estudo de Viabilidade Econômica será realizado com base nos
33
33
números acima colocados, assim, este será o valor-limite para que o projeto seja
aprovado e prossiga para as próximas fases.
1.8 - REQUISITOS TÉCNICOS
Os requisitos técnicos serão divididos em quatro partes. Cada uma destas, visa enfocar
o projeto de um ponto de vista diferente, procurando englobar, de forma sistemática e
objetiva, quais são as necessidades e restrições do sistema.
1.8.1 - Requisitos Funcionais
Os requisitos funcionais tratam mais diretamente do funcionamento do produto e seu
relacionamento com os usuários e as interações com o meio ambiente.
1.8.1.1 - Desempenho
Reduzir o raio de giro da roda dianteira externa à curva em 15% no esterçamento
máximo, fazendo com que o motorista tenha um maior conforto e facilidade para
manobrar o veículo
Para realização do esterçamento das rodas traseiras, prevemos que será necessário
utilizar um atuador que gere um torque no pinhão de no mínimo 1,0 N.m ou uma força
na barra de direção 1.930 N. Estes valores são referências baseadas no sistema de
direção das rodas dianteiras dos veículos e podem ser utilizados como premissas para
34
34
o cálculo do atuador traseiro, visto que a carga do veículo em questão, será sempre
maior no eixo dianteiro, mesmo quando estiver totalmente carregado.
1.8.1.2 - Estética e Ergonomia
O aspecto estético deste produto não exerce influência com relação a requisitos
funcionais, pois os componentes não são aparentes para o cliente. Porém, com relação
à ergonomia e ao conforto o produto precisa atender ao requisito de esforço para giro
do volante, que não deverá aumentar por ocasião da indrodução do sistema.
1.8.1.3 - Segurança
O produto em si, não traz nenhum risco à saúde das pessoas, porém, funcionalmente,
há influência sobre a segurança ativa, embora sua atuação se restrinja apenas a
manobras em baixa velocidade, pois o direcionamento do veículo é alterado quando o
sistema está em ação. Desta forma, defini-se que:
a) Caso haja qualquer tipo de falha no sistema este deverá se comportar como um
veículo normal, isto é, sem rodas traseiras direcionáveis, evitando assim
qualquer comprometimento à segurança do veículo e das pessoas, assim sendo,
conclui-se que as possíveis falhas serão seguras e não deverão trazer risco
algum para os ocupantes do automóvel.
b) Não será tratado neste trabalho o impacto do esterçamento das rodas traseiras
nas situações de emergências (derrapagens, perda de controle do veículo), pois
definimos que o sistema deve permanecer travado em velocidades superiores a
35
35
40 km/h. Como já exposto anteriormente, o sistema em desenvolvimento será
aplicado unicamente para auxílio em manobras de estacionamento.
1.8.1.4 - Proteção Ambiental
Durante sua operação o produto não gerará nenhum impacto ambiental que mereça um
cuidado especial. O nível de ruído gerado se somará ao ruído já existente no veículo, o
qual deve se enquadrar nos limites já estabelecidos pela legislação em vigor e a
quantidade de calor gerada é praticamente desprezível.
Pode-se esperar uma redução dos ruídos tipo “chiados” dos pneus nas manobras pela
adoção da geometria do centro instantâneo com o esterçamento das rodas traseiras. A
teoria desta geometria será apresentada mais adiante.
1.8.2 - Requisitos Operacionais
A competência por requisitos operacionais introduzirá exigências em relação ao
consumo de energia, confiabilidade, mantenabilidade e durabilidade.
1.8.2.1 - Consumo de Energia
O objetivo é que o acréscimo ao consumo de combustível não seja superior a 1% além
do que já ocorre no sistema de direção convencional.
36
36
1.8.2.2 - Confiabilidade
A confiabilidade deste sistema deverá ser alta, mesmo assim, como forma de
segurança, caso haja alguma pane, o sistema deverá apresentar um comportamento
semelhante ao de um veículo sem o sistema, como já citado no ítem 1.8.1.3.
Será também, executada Análise dos Modos de Falhas e Seus Efeitos para o Produto e
Processo de Fabricação (FMEA - Failure Mode and Effect Analysis), onde será
requerida uma alta confiabilidade isto é, que a probabilidade de ocorrência de falha seja
no mínimo “improvável” que transformado em uma taxa de falhas possíveis será
1:1.000.000 (1 falha a cada 1 milhão de veículos).
Com respeito a reparos, os componentes do sistema deverão atender a um índice
máximo de um reparo para cada 1000 veículos produzidos no período de garantia, que
é de um ano, isto significa que a cada mil veículos produzidos apenas um pode gerar a
necessidade de uma manutenção não prevista. Diversas empresas consideram este um
excelente índice de performance com respeito a reparos no período de garantia,
geralmente componentes com este índice de reparo não são analisados desde que
estes reparos não tenham causado pane (parada do veículo) ou comprometido a
segurança dos clientes.
1.8.2.3 - Mantenabilidade
O programa de manutenção estará descrito no manual do proprietário. Não estão
previstos grandes aportes de recursos por parte do cliente, se este executar as
inspeções e verificações conforme será previsto no manual do proprietário, por
37
37
exemplo: a cada ano ou a cada 30.000 km. Estas revisões devem ser realizadas em
oficinas credenciadas e por mecânicos especializados, pois este sistema influencia na
segurança, como já exposto acima. De forma aproximada estima-se um custo de R$
50,00 por ano em manutenção.
1.8.2.4 - Durabilidade
O produto deverá ter uma vida útil superior a 10 anos, para isto deverá resistir ao teste
de rodagem de 100.000 km em diversas condições de piso e clima bastantes severas e
aos testes de bancada conforme as normas estabelecidas para cada tipo de peça, para
que este seja homologado. O teste de rodagem realizado corresponderá a
aproximadamente 200.000 km de uso de um cliente em condições normais de
utilização.
1.8.3 - Requisitos Construtivos
O sistema deve ter dimensões de modo a não exigir mudanças estruturais no veículo.
Pretende-se que este sistema seja construtivamente o mais simples e barato possível,
tanto no seu desenvolvimento, processo de fabricação, montagem e manutenção,
obviamente atendendendo a todos os requisitos. Para que isto seja factível, a
complexidade do sistema deverá ser baixa e as alterações no veículo devem ser as
mínimas possíveis.
38
38
As dimensões do produto deverão se enquadrar ao veículo ao qual será aplicado e seu
peso não deve comprometer mais do que 1% os índices de performance do veículo
(desempenho e consumo de combustível), como já mencionado anteriormente.
1.8.4 – Requisitos quanto à Projetabilidade, Fabricação e Fornecimento.
Nesta etapa o produto será analisado sob três diferentes óticas, como segue abaixo.
1.8.4.1 – Projetabilidade
O conceito adotado deverá ser exeqüível do ponto de vista de projeto, isto é, a
tecnologia empregada deve ser conhecida e dominada pela equipe de Engenheiros do
Produto. Os materias a serem empregados devem ser normalizados e os
procedimentos e equipamentos para testes homologação já devem estar desenvolvidos
e a disposição.
1.8.4.2 – Fabricabilidade
O sistema deve ser fabricável, isto é, todos os componentes do sistema devem ter
especificações e empregar tecnologia que viabilize sua fabricação em série. Os
Engenheiros de Processo precisam ter domínio sobre cada operação a ser realizada na
fabricação do produto.
39
39
1.8.4.3 – Fornecimento
É necessário que o produto seja fornecível, isto é, que os fornecedores estejam
preparados e detenham a tecnologia para que o fornecimento seja viabilizado. Vale
salientar que sistemas deste tipo, hoje em dia, são, em geral, totalmente desenvolvidos
por fornecedores. As montadoras, comumente, informam os requisitos funcionais,
operacionais e construtivos para vários fornecedores, que os avaliam e posteriormente
participam ou não de um processo de concorrência, Porém, neste trabalho, como já
mencionado, considerou-se que a montadora está desenvolvendo a tecnologia.
40
40
2 – ESTUDO DE VIABILIDADE
Nesta segunda fase serão geradas soluções viáveis do ponto de vista técnico,
econômico e financeiro. Dentre estas, será separada a melhor solução conforme os
critérios que estarão sendo adotados no decorrer do projeto. Esta fase assegura, com
confiança, a viabilidade técnica, econômica e financeira do programa.
2.1 - SÍNTESE DAS SOLUÇÕES
Partindo das idéias e conceitos, pré-estabelecidos na parte de Planejamento, foi
realizada uma reunião tipo “chuva de idéias” na busca de soluções de engenharia para
execução das funções desejadas.
Inicialmente, com o propósito de se ter uma visão geral do sistema, foi gerado o
diagrama 2.1, contendo o básico necessário para que o sistema funcione. Podem
ocorrer variações neste, dependendo do tipo de solução que será selecionada.
Diagrama 2.1 - Diagrama Funcional
Unidade de
comando do
sistema de
direcionamento
das rodas traseiras
Informação
sobre
esterçamento
dianteiro
Energia
Sistema para
transmissão do
movimento do atuador
para as rodas
Atuador para
executar o
esterçamento das
rodas traseiras
Diagrama Funcional do Sistema
41
41
A tabela 2.1 abaixo, apresenta as possíves soluções sugeridas para a função principal
desejada:
FUNÇÃO
PRINCIPAL
POSSÍVEIS SOLUÇÕES
1- Esterçamento ativo utilizando atuador eletro-eletrônico
para movimentar as rodas traseiras proporcionalmente ao
giro das rodas dianteiras a partir de determinado ângulo de
giro. (1 ou 2 / 1 / 1)*
2- Esterçamento ativo utilizando atuador eletro-hidráulico para
movimentar as rodas traseiras proporcionalmente ao giro das
rodas dianteiras a partir de determinado ângulo de giro.
(1 ou 2 / 1 / 2)*
3- Esterçamento ativo, de valor único, comandado pelo
movimento do volante a partir de determinado ângulo de giro
impulsionado por atuador eletro-hidráulico. (3 / 2 / 2)*
4- Esterçamento ativo, de valor único, comandado pelo
movimento do volante a partir de determinado ângulo de
giro impulsionado por atuador elétrico. (3 / 2 / 1)*
Auxiliar nas
manobras de
estacionamento
pelo
esterçamento
das rodas
traseiras
5- Esterçamento das rodas traseiras por transmissão mecânica,
trabalhando ligado diretamente ao movimento de direção.
(- / - / 3)*
Tabela 2.1 – Possíveis soluções para auxiliar o condutor nas manobras de
estacionamento.
*(Obs.: Os números que se encontram entre parênteses na tabela acima, referem-
se respectivamente ao tipo de sensor, controle e atuador utilizado, conforme tabela 2.2 abaixo).
Podemos considerar as possíveis alternativas levantadas acima, como sendo um
sistema completo para o desenvolvimento da função principal, este sistema principal é
dividido em algumas funções auxiliares ou derivadas. Pode-se observar que para a
execução da função pricipal desejada são necessárias basicamente três outras
funções: a primeira, que chamaremos de sensorear, diz respeito à leitura da posição
42
42
instantânea das rodas dianteiras, pois as rodas traseiras esterçarão em função das
rodas dianteiras. A segunda função denominaremos controlar, que fará o comando ou
controle do sistema, isto é, quando, como e quanto as rodas traseiras devem
movimentar. A função atuar é a terceira, e deverá agir para que o esterçamento ocorra.
Na tabela 2.2 serão apresentadas as funções derivadas encontradas e suas possíveis
soluções:
FUNÇÃO
DERIVADA
POSSÍVEIS SOLUÇÕES
1- Pelo ângulo de rotação do volante
2 - Pela posição da cremalheira do mecanismo de direção
Sensorear
3- Por chave liga / desliga acionada pelo deslocamento da
cremalheira do mecanismo de direção
1- Por sistema proporcional em relação ao giro das rodas dianteiras
Controlar
2- Diretamente, isto é, ao sinal do sensor o atuador move-se até o
seu final de curso
1- Motor elétrico
2- Acionamento por cilindro hidráulico
Atuar
3- Transmissão mecânica através de mecanismos
Tabela 2.2 – Possíveis soluções para as funções derivadas
da função principal
2.2 - ANÁLISE TÉCNICA
A análise técnica visa verificar a exeqüibilidade física das soluções. Neste caso
analisaremos cada uma das propostas apresentadas na tabela 2.1.
43
43
Visto que cada possível solução principal apresentada na tabela 2.1 é uma composição
formada pela união de diferentes funções derivadas apresentadas na tabela 2.2,
verificaremos inicialmente na tabela 2.3 se o conjunto de entradas e saídas é
compatível.
Função Principal – Auxiliar Estacionamento
Funções derivadas
Sensorear Controlar Atuar
Quesito da
Análise
Técnica
1 2 3 1 2 1 2 3
Entradas
Energia elétrica
+ giro do volante
Giro do
volante
Energia
+ sinal
do
sensor
Não há
Energia elétrica
(1) / hidráulica
(2) + sinal do
controlador
Movimento
Saídas
Sinal para o
controle
Sinal
direto
para o
atuador
Sinal
para o
atuador
Não há
Movimento das rodas
traseiras
Compatíveis (S /N)
Sim
Tabela 2.3 – Análise de compatibilidade entre as entradas e saídas.
Para facilitar a próxima etapa da análise, segue detalhamento de cada uma das cinco
propostas mencionadas na tabela 2.1, bem como desenhos esquemáticos
apresentando cada uma das possíveis soluções.
44
44
Proposta 1:
Nesta proposta, utilizaremos um sensor de deslocamento linear da cremalheira ou
sensor de deslocamento angular ligado na coluna de direção. Usaremos também um
módulo de controle eletrônico e um atuador eletro-eletrônico, que trabalharão de acordo
com descrição abaixo.
Para que haja o direcionamento das rodas traseiras, o sistema coletará informações
referentes ao giro do volante ou movimento da cremalheira. Dados serão
encaminhados para um controlador eletrônico que fará com que o atuador eletro-
eletrônico se movimente de acordo com a necessidade.
Esquema 2.1 – Proposta 1.
45
45
Proposta 2:
Nesta proposta utilizaremos um sensor de deslocamento linear da cremalheira ou
sensor de deslocamento angular ligado na coluna de direção. Usaremos também um
módulo de controle eletrônico e um atuador eletro-hidráulico. O funcionamento do
sistema ocorrerá conforme descrito abaixo.
Os sensores coletarão dados referentes ao giro do volante ou do movimento da
cremalheira e os transmitirão para um controlador eletrônico, que avaliará a condição
atual do automóvel e enviará sinal correspondente para a movimentação do atuador por
meio de um sistema hidráulico.
Esquema 2.2 – Proposta 2
46
46
Proposta 3:
A configuração desta alternativa é composta de: um interruptor ligado a coluna de
direção ou a cremalheira do mecanismo de direção, um mecanismo de direção
hidráulica modificado, uma válvula eletro-hidráulica e um atuador hidráulico.
Descrição do funcionamento: o interruptor ligado à coluna de direção ou à cremalheira
do mecanismo é acionado a partir de certo grau de esterçamento, liberando a
passagem do fluxo por uma válvula. Está válvula controla e envia a vazão proveniente
das câmaras 1 e 2 do mecanismo de direção-hidráulica para as respectivas câmaras 1
e 2 de um atuador hidráulico que movimentará as rodas traseiras de acordo com o
desejado e o retorno ocorrerá através de molas instaladas no interior do mecanismo
traseiro. As molas e o efeito auto-alinhante do ângulo de cáster e do pino-mestre
garantirão que caso haja qualquer tipo de pane o sistema retorne e permaneça na
condição centralizada.
Esquema 2.3 – Proposta 3
47
47
Proposta 4:
Esta alternativa consiste de um interruptor elétrico ligado à coluna de direção ou à
cremalheira do mecanismo de direção que é acionado a partir de um determinado
deslocamento angular ou longitudinal, de acordo com as configurações do sistema.
Este liga um atuador elétrico que se movimentará com velocidade constante até o final
de seu curso, para um lado ou para outro de acordo com o sinal proveniente do
interruptor. O retorno ocorrerá após o desligamento do motor atuador, pela ação de
molas internas ao mecanismo e pelo efeito auto-alinhante do ângulo de cáster e do
pino-mestre, garantindo assim que caso ocorra qualquer pane o sistema mantenha as
rodas traseiras alinhadas.
Esquema 2.4 – Proposta 4
48
48
Proposta 5:
Este sistema será composto basicamente de elementos que transmitirão
mecanicamente o movimento da cremalheira do mecanismo de direção das rodas
dianteiras e de um mecanismo de direção mecânico na traseira. O funcionamento será
conforme descrição abaixo.
O movimento da cremalheira será transmitido de forma puramente mecânica através de
vários elementos mecânicos, como articulações e barras, para um mecanismo de
direção mecânico que movimentará as rodas traseiras.
Esquema 2.5 – Proposta 5
Na etapa da análise técnica verificaremos se as propostas atendem aos requisitos
funcionais, operacionais, construtivos, projetabilidade, fabricação e fornecimento,
49
49
conforme prescreve o item 1.7, e se cada concepção pode ser desenvolvida de acordo
com os prazos estabelecidos no cronograma-mestre.
Função Principal – Auxiliar Estacionamento
Propostas (Tabela 2.1)
Quesito da
Análise
Técnica
1
2
3 4 5
Desem-
penho
Todas as altenativas podem atingir o desempenho
Estética /
ergonomia
Na alternativa 5 ocorrerá um aumento de cerca de 60% no esforço para
esterçamento do volante, razão pela qual será desconsiderada
Segu-
rança
As alternativas válidas não apresentam problemas potenciais neste requisito. Projeto
terá “falha segura”.
Requi-
sitos
Fun-
cionais
Proteção
ambiental
Sem problemas para todas as propostas
Consumo
energia
As alternativas 2 e 3 apresentarão um consumo maior de energia gerada pelo motor
para movimentar a bomba de d-h, porém isto ocorre por poucos segundos.
Confiabi-
lidade
Todas alternativas ainda em questão, com pequenas ressalvas para a proposta 3
devido sua alta complexidade construtiva
Mantena-
bilidade
Sem dificuldades em qualquer das propostas
Requi-
sitos
Opera-
cionais
Durabi-
lidade
Todas têm condições de ser aprovadas em testes de durabilidade
Requisitos
Construtivos
A
alternativa 3 apresenta alta complexidade construtiva, nesta, há exigência de que o
veículo tenha direção hidráulica, e precisará sofrer várias modificações para se
enquadrar a este sistema.
Projeta-
bilidade
Há condições plenas para o desenvolvimento das alternativas ainda em avaliação
(1, 2, 3 e 4).
Fabrica-
bilidade
São fabricáveis pelos processos industriais comuns
Requi-
sitos
quanto
a:
Forneci-
mento
Existem fornecedores nacionais para todas os componentes do sistema
Atende Prazos do
Cronograma
Mestre (Sim/Não)
Sim Sim Sim Sim -
Tabela 2.4 – Análise técnica
Como podemos constatar acima, as alternativas 1, 2, 3 e 4, foram aprovadas na análise
técnica e prosseguirão para análise econômica.
50
50
2.3 - ANÁLISE ECONÔMICA
Este tópico tem como objetivo verificar se o produto é economicamente compensador
para todos os envolvidos da cadeia produtiva, desde a matéria-prima até o cliente. Para
que isto ocorra é necessário que o valor atribuído em cada uma das etapas seja maior
do que o custo total. Abaixo são destacados os principais envolvidos.
2.3.1 - Comprador e/ou usuário
Tanto para a compra quanto durante o uso, para que o produto seja atraente ao
consumidor é necessário que este vislumbre que o capital aplicado na compra deste
seja menor ou igual aos benefícios gerados por este. Assim, será necessário que a
área responsável pela divulgação do produto tenha conhecimento suficiente a fim de
que possa apresentar e explicar com clareza e convicção os benefícios do produto para
o cliente, sob todos os aspectos possíveis, tais como: segurança, conforto, praticidade,
etc.
Em suma, a avaliação valor/custo é determinante na compra e no uso por parte do
cliente.
2.3.2 - Fabricante
Este componente da cadeia é bem mais “preciso” que o primeiro estudado ou o mais
“exato” de todos os participantes da cadeia. Para a empresa que está desenvolvendo,
fabricando e vendendo o produto o que mais importa é se o programa vai gerar o lucro
esperado ou não.
51
51
De acordo com o item 1.6 o custo total do produto para o fabricante, que é a soma dos
custos fixos, variáveis e amortizações, não pode ser maior do que R$495,00 por
veículo, logo, a somatória dos investimentos para o desenvolvimento, implantação,
fabricação, custo de garantia e etc, não pode ultrapassar este valor, para que o
programa tenha o lucro líquido estipulado de 17,5% para o fabricante. Como já citado
no item 1.7, para determinar o preço final para o cliente soma-se sobre o valor de R$
600,00 os impostos e a margem do revendedor. Para os cálculos a seguir não serão
considerados os impostos e a margem do revendedor.
Além disto, conforme item 1.6, é exigido que o prazo de retorno dos investimentos (PRI)
seja de, no máximo, 24 meses.
Serão analisadas as quatro alternativas previamente aprovadas na análise técnica.
2.3.3 - Análise das Alternativas Aprovadas na Análise Técnica
Os valores aqui apresentados, como já mencionado, são Estimativas de Engenharia
(EE) e são válidos para este estudo de viabilidade.
Com o propósito de criar uma única base para comparação e determinar os custos de
cada proposta, foram fixadas algumas formas de cálculo e valores, como mostrado a
seguir. Tais formas de cálculo e valores foram obtidas a partir de comparações com
peças semelhantes e fornecidas atualmente às montadoras, pela consulta com
profissionais das áreas correlatas e pela experiência profissional do professor e do
mestrando.
A) Fixações: R$ 0,60 centavos por ponto de união. Exemplos: Fixação da barra de
direção à manga de eixo, conta uma fixação. Fixação de um atuador na
52
52
carroceria, conta também um ponto de união. Este valor foi determinado a partir
de uma média realizada entre várias fixações de um veículo.
B) Cabos elétricos e conectores: R$ 1,30 por metro utilizado. Tomou-se como base
um determindado cabo elétrico comum, com suas devidas proteções,
conectores, etc e dividiu-se o valor deste por seu comprimento.
C) Mangueiras de direção hidráulica: R$ 8,00 por metro. Aqui foi utilizado o mesmo
procedimento adotado para os cabos elétricos.
D) Montagem: R$1,10 por componente, com a ressalva de que cada ponto de
fixação é considerado como sendo uma operação de montagem, bem como
cada metro de cabo elétrico ou mangueira. Este custo foi determinado a partir de
uma média de valores conhecidos e praticados para montagem de conjuntos.
E) Investimentos para implantação: R$14.705,88 para cada R$ 1,00 do valor do
componente. Partindo-se de valores conhecidos de investimentos necessários
para desenvolvimento de alguns componentes, decidiu-se dividir este valor e
determinar qual seria o investimento necessário para cada R$ 1,00 do valor da
peça. Assim determinou-se o valor acima apresentado. Este valor, na tabela 2.5,
é multiplicado pela soma do valor de todos os componentes, incluindo-se os
pontos de fixação. Assim, tem-se o investimento total. Dividindo-se este valor
pela quantidade produzida teremos o valor por veículo.
F) Garantia: 0,5% do valor do componente. Obtido pela análise de dados de
garantia de peças de chassi.
G) Custos Fixos: 5% da somatória dos valores de todos os componentes. Admitiu-
se este valor, a partir de dados referentes ao valor do custo fixo embutido no
valor total de alguns componentes da parte do chassi de veículos em produção
53
53
atualmente. Para chegarmos então ao custo fixo total, multiplicamos este valor
pela produção estimada. Como se trata de custo fixo, havendo ou não produção,
este valor estará presente. Dividindo-se o valor total pelo número de meses
apresentado no ciclo de vida podemos determinar o valor por mês.
H) Os demais componentes foram apreçados a partir de comparações com peças
semelhantes. Lembrando apenas que o atuador deve ter capacidade de exercer
um torque de 1,0 N.m na saída do pinhão ou uma força nas barras de direção de
1930 N, conforme disposto nos requisitos de desempenho.
A determinação das quantidades utilizadas foram baseadas no esquema de cada
proposta apresentada anteriormente. Na tabela 2.5 estão valorados cada uma das
propostas:
54
54
COMPONENTES
(os valores estão em R$ por Veículo)
1 2 3 4
POSSíVEIS
FORNECEDORES
Sensor giro volante
107,00*107,00*
- - Valeo / Rockell Automation
Sensor de deslocamento da cremalheira 62,00 62,00 - - Valeo / Rockell Automation
Interruptor liga/desliga (crelalheira ou coluna) - - 30,00 30,00 Rockell Automation / Kostal
Controlador proporcional eletrônico 79,00 - - - Siemens / Rockell Aut. / Kostal
Controlador proporcional eletro-hidráulico - 235,00 - - Siemens / Bosch
Válvula eletro-hidráulica - - - Siemens / Bosch / TRW
Conjunto de cabos e conectores elétricos 23,40 7,80 7,80 15,60 TCA / Delphi / Kroschu
Atuador eletro-eletrônico + mecan. de acion. 185,00 - - - Bosch / Valeo
Atuador hidráulico + mecan. de acion. - 150,00 150,00 - TRW / Koio / DHB / ZF
Atuador elétrico + mecan. de acion. - - - 130,00 Weg / Bosch / Valeo
Barra de direção 66,00 66,00 66,00 66,00 Dana Nakata / TRW
Manga de Eixo (já com ponta de eixo) 90,00 90,00 90,00 90,00 Fagor / Sada Siderurgia
Articuladores Esféricos 44,00 44,00 44,00 44,00 Dana Nakata
Suporte soldado no eixo para fixar articulações 21,00 21,00 21,00 21,00 M.Quasar / M.Jardim / Scorpius
Fixações 15,60 16,80 18,00 11,40 Fibam / Mapri / Parasmo / Bollhof
f
Mangueiras de direção hidráulica - 64,00 72,00 - Paranoá / AVS Trelleborg
Delta técnico no Mecanismo de D-H - - 50,00 - TRW / Koio / DHB / ZF
Investimentos Totais Para Implementação 17,36 22,41 16,26 12,09 -
Montagem
61,60 55,00 58,30 49,50 -
Custos de Garantia
2,93 3,78 2,74 2,04 -
Custos Fixos
29,30 37,83 27,44 20,40 -
Total Geral 697,19 875,63 653,54492,03
-
Obs.: As alternativas 2 e 3 exigem que o veículo tenha sistema de direção hidráulica.
*: Para as alternativas 1 e 2 foram somados os valores do sensor de deslocamento, não do sensor de
giro do volante, que tem um custo maior.
Tabela 2.5 – Análise comparativa dos custos gerais para cada alternativa
55
55
Na coluna “possíveis fornecedores” da tabela 2.5, foram arroladas, sem consulta,
apenas algumas empresas que apresentam condições para o fornecimento destes tipos
de componentes.
2.3.4 - Conclusão da Análise Econômica
Através da análise econômica, conclui-se que apenas a Alternativa 4 se enquadrou no
valor máximo total de R$ 495,00 por veículo. Esta proposta conforme demonstra a
tabela 2.5 custa R$ 492,03. Este valor perfaz um lucro líquido de 18%, isto é, 0,5% a
mais do que o mínimo estipulado. Assim sendo, passaremos ao próximo tópico, que é a
Análise Financeira
2.4 - ANÁLISE FINANCEIRA
2.4.1 – Análise do Fluxo de Caixa e do Prazo de Retorno dos Investimentos
A análise financeira será executada através da construção de um fluxo de caixa. Para
isso serão utilizados os dados da curva de venda mais pessimista já demonstrados no
ciclo de vida do produto e os valores de custos da alternativa 4.
Tem-se que, na alternativa 4, os investimentos para projeto, fabricação, divulgação e
etc, isto é, os investimentos totais serão da ordem de R$7.021.847,82, valor este que é
a multiplicação do investimento total para implementação para cada veículo , que é R$
12,09, pelo total fabricado, 580.798 unidades. Este custo será dividido em quatro
56
56
parcelas. E, cada parcela de custo será agregada ao programa nos meses (-18), (-12),
(-6) e (0), conforme mostra a tabela 2.6.
Os custos fixos serão calculados da mesma forma que os investimentos. Assim temos
que estes totalizam R$ 11.848.279 e serão distribuídos uniformemente do mês (-18) ao
mês (60) que perfazem o tempo total do projeto e o ciclo de vida do produto.
Os custos variáveis dependem do volume produzido a cada mês.
O faturamento é a multiplicação da quantidade vendida pelo preço de venda, que é de
R$600,00, na fábrica.
Na tabela 2.6 e no gráfico 2.1, é apresentado o fluxo de caixa para que seja feita a
análise financeira do desenvolvimento.
57
57
Tabela 2.6 – Resumo do Fluxo de Caixa do Projeto
58
58
Fluxo de Caixa para Vendas Pessimistas
-15,0
-5,0
5,0
15,0
25,0
35,0
45,0
55,0
65,0
-18-15-12-9-6-303691215182124273033363942454851545760
Millions
Ciclo de Vida Total do Projeto [meses]
Valores [R$]
Investimento Custo Fixo Custo Variável
Faturamento liquido Lucro Lucro acumulado
PRI
Gráfico 2.1 – Fluxo de Caixa
2.5 - Conclusão do Estudo de Viabilidade
Verifica-se através do fluxo de caixa que a alternativa 4 continua válida para o
desenvolvimento. Esta proposta gerou lucro líquido da ordem de R$ 62,5 milhões de
reais.
Observando a curva do lucro acumulado no Gráfico 2.1, constatamos que o prazo de
retorno dos investimentos é bem inferior a 24 meses, ocorrendo aproximadamente 18
meses após o início das vendas, o que habilita também a continuidade do projeto desta
proposta.
59
59
Consideraremos então a Proposta 4, como sendo a proposta aprovada para o
desenvolvimento. Desta forma, na continuidade do trabalho exploraremos e
desenvolveremos mais especificamente o escopo e as características desta alternativa.
Assim sendo passaremos à fase do Projeto Básico.
60
60
3 - PROJETO BÁSICO
3.1 - INTRODUÇÃO
O estudo de viabilidade produziu a alternativa 4, para o prosseguimento do
desenvolvimento.
Antes de tratarmos especificamente da proposta 4 introduziremos alguns conceitos da
cinemática e da dinâmica de veículos, que são pertinentes a um desenvolvimento deste
tipo. A medida que surgirem novas necessidades, outras definições também serão
apresentadas e embasadas na forma de teoria.
Posteriormente, algumas análises e modelamentos serão executados, tendo como
veículo-base um modelo que se enquadra na classe dos carros pequenos. Através
destes modelamentos buscar-se-ão parâmetros de trabalho que o sistema deverá
cumprir para que este execute a função desejada, bem como que tipo de cuidados e
informações o condutor precisará ter e saber.
Em seguida serão definidas e desenhadas algumas partes do sistema e, por fim, será
apresentado, de forma global, como se procederá o funcionamento do sistema.
61
61
3.2 – CONCEITOS TEÓRICOS PRINCIPAIS
3.2.1 – Manobrabilidade
Tomando como base um sistema fechado onde estão inseridos o veículo e o motorista
podemos dizer que o sistema está estável (tem um comportamento adequado) quando
o deslocamento deste está se processando na trajetória que o motorista deseja, mesmo
que para isso o motorista faça as correções direcionais eventualmente requeridas.
Quando observamos somente o veículo em um sistema aberto, a análise feita é a
verificação da resposta deste dada a um determinado esterçamento aplicado. O estudo
desta resposta concluirá se o veículo está ou não estável.
3.2.2 – Ângulo de Esterçamento (steer angle)
O ângulo de esterçamento no plano xy (
δ) é o ângulo formado entre o eixo longitudinal
do veículo e o plano diametral da roda, conforme figura 3.1.
62
62
Figura 3.1 – Geometria do Esterçamento
onde:
δ
de
, ângulo de esterçamento da roda dianteira externa à curva.
δ
di
, ângulo de esterçamento da roda dianteira interna à curva.
D, é a distância entre os eixos.
B, é a bitola (será admitida igual na frente e a atrás).
CM, centro de massa do veículo.
A figura acima demonstra a geometria do esterçamento, proposta por Lankensperger e
Ackerman (vide nota abaixo). Esta geometria define cinematicamente, conforme o
Teorema de Chasles, um ponto C (centro instantâneo de rotação - CIR), em torno do
qual o veículo estaria girando instantaneamente em cada ponto de sua trajetória curva.
Nos demais pontos da trajetória o centro instântaneo não estará na mesma posição,
63
63
devido ao próprio esterçamento das rodas dianteiras. Posteriomente será apresentada
esta mesma análise para o caso do veículo com esterçamento nas quatro rodas.
Nota: A aplicação da teoria de centro instantâneo de rotação a veículos é do século XIX (1817),
em carruagens de fabricação alemã por Johann Georg Lankensperger (1779-1847), porém
Rudolph Ackermann (1764-1834) apropriou-se dos trabalhos de Lankensperger e acabou
patenteando na Inglaterra esta idéia. Posteriormente Charles Jeantaud, em 1878 executou
algumas melhorias no conceito criado por Lankensperger, assim o que nós conhecemos hoje
como Diagrama de Ackerman é na verdade a invenção de Lankensperger com refinamentos de
Jeantaud (www.rqriley.com/suspensn.html, 2005).
3.2.3 – Forças Laterais (lateral forces)
As forças laterais dianteiras (F
yd
) e traseiras (F
yt
) são forças centrípetas que surgem
nos pneus quando o veículo percorre trajetórias curvas.
A aceleração centrípeta é proporcional ao quadrado da velocidade do veículo e
inversamente proporcional ao raio de curvatura da trajetória, como mostra a equação
abaixo:
A
c
= V
cm
2
/ R (3.1)
onde:
A
c
, aceleração centrípeta.
V
cm
, velocidade do centro de massa (CM).
R, raio de curvatura da trajetória do centro de massa do veículo.
A resultante destas forças compõe a força centrípeta (F
y
), que atua no centro de massa
do veículo (C.M.) e faz com que este descreva a trajetória curva.
F
y
= F
yd
+ F
yt
(3.2)
64
64
Tem-se que:
F
yd
, força centrípeta dianteira
F
yt
, força centrípeta traseira
Na figura (3.2) é apresentado o sistema de eixos triortogonais com as direções
adotadas.
Figura 3.2 – Sistema de coordenadas do veículo
onde,
x, eixo longitudinal do veículo.
y, eixo transversal do veículo.
z, eixo vertical do veículo.
ϕ, ângulo de rotação em relação ao eixo longitudinal do veículo (roll).
θ, ângulo de rotação em relação ao eixo transversal do veículo (pitch).
ψ, ângulo de rotação no plano xy do veículo (yaw).
Nota sobre a nomenclatura: Em inglês, tais movimentos são denominados conforme
colocado acima entre parênteses.
65
65
3.2.4 – Ângulo de Deriva (slip angle)
Os pneus são flexíveis em três diferentes direções: radial, circunferencial e lateral.
A flexibilidade radial absorve choques e gera resistência ao rolamento, a
circunferencial causa o escorregamento e a lateral, gerada nas curvas devido à força
lateral, provoca um desvio na direção da velocidade do movimento da roda em relação
ao seu plano diametral. A medida deste desvio é o denominado ângulo de deriva (
α).
Na figura (3.3) é mostrada a deformação elástica dos pneus que ocorre nas curvas em
um veículo movendo-se com uma aceleração centrípeta de médio e alto módulo.
Figura 3.3 – Deformação do pneu e ângulo de deriva
No gráfico 3.1 é apresentado estudo dos ângulos de deriva e forças laterais para um
pneu 175/70 R13.
66
66
Gráfico 3.1 - Força lateral X ângulo de deriva de pneu 175/70 R13
3.3 – VEÍCULO EM MOVIMENTO CURVILÍNEO
3.3.1 – Baixa Aceleração Centrípeta
Quando analisamos um veículo que se encontra numa condição de baixa aceleração
centrípeta, por exemplo, em manobras de estacionamento, verifica-se que as forças
laterais geradas são de baixo módulo e por conseguinte, nesta situação, podem ser
67
67
desprezadas. No exemplo (3.1) é apresentado um veículo qualquer que se enquadra
nesta situação.
O veículo, percorrerá trajetos curvos, seguindo muito aproximandamente a geometria
do CIR, chamada comumente de geometria de Ackerman (vide figura 3.1).
De maneira aproximada, os ângulos de esterçamento são equacionados da seguinte
forma:
δ
d
≅ D / R (3.3)
δ
de
≅ D / (R + B / 2) (3.4)
δ
di
≅ D / (R + B / 2) (3.5)
onde:
δ
d
, ângulo de esterçamento médio das rodas dianteiras.
Destaca-se que esta geometria é uma idealização teórica válida para rodas rígidas em
manobras a baixas velocidades. Na prática, o projeto cinemático do mecanismo
consegue atendê-la em apenas dois pontos: em movimento retilíneo e em um outro
ponto específico a ser selecionado em função das manobras típicas de uso do veículo.
3.3.2 – Alta Aceleração Centrípeta
Nas situações de altas acelerações centrípetas o veículo demonstra um comportamento
bem diferente do estudado no item anterior. Neste novo cenário o módulo da
aceleração centrípeta é significativo, gerando-se, desta forma, as forças ou reações
laterais dianteiras e traseiras que mantêm o veículo em sua trajetória.
Conforme Gillespie (1992) quando temos um ângulo de câmber (inclinação da roda no
plano vertical) igual a zero, a força lateral (F
y
) para ângulos de deriva de até 5º pode ter
68
68
uma relação linear, conforme equação abaixo, sendo então chamada também de força
de curva (cornering force):
F
y
= C
α
. α (3.6)
onde:
F
y
, força lateral ou força de curva ou força centrípeta.
C
α
, rigidez de curva .
α, ângulo de deriva.
A rididez de curva depende de inúmeras variáveis, tais como: tamanho e tipo de
construção dos pneus, piso, largura da roda. A força na roda na direção vertical (F
z
) tem
forte dependência da rigidez de curva, assim, para facilitar cálculos e relações criou-se
o coeficiente de rigidez de curva (cornering coefficient) (CC
α
), que é representado
conforme equação:
CC
α
= C
α
/ F
z
(3.7)
onde:
F
z
, força na direção “z” ou carga vertical.
Para as rodas dianteiras e traseiras as forças laterais podem ser expressas por:
F
yd
= C
αd
. α
d
(3.8)
F
yt
= C
αt
. α
t
(3.9)
onde:
C
αd
e C
αt
, rigidez dianteira e traseira, do pneu em curvas.
α
d
e α
t
, ângulo de deriva dianteiro e traseiro.
69
69
3.3.3 - Curvas em Regime Permanente
Uma das manobras de direção mais simples é aquela em que o veículo percorre com
velocidade constante uma curva de raio constante. Este movimento é definido como
curva em regime permanente.
Na figura 3.4 é apresentada uma curva à direita, em altas acelerações centrípetas.
Nota-se a existência de ângulos de deriva nas rodas dianteiras e traseiras.
Figura 3.4 – Curva em regime permanente
CIR
70
70
O ângulo de direção é definido como sendo:
δ = 57,3 . (D / R) + α
d
- α
t
(3.10)
onde:
a, distância do C.G. ao eixo dianteiro.
b, distância do C.G. ao eixo traseiro.
D, distância entre eixos (a+b).
(57,3), fator de conversão de radianos para graus.
As forças laterais do veículo podem ser descritas pelos parâmetros do veículo e pelas
condições de operação. Quando o veículo faz uma curva com uma velocidade mais alta
que a anterior, os pneus devem exercer forças laterais para gerarem a força centrípeta.
As forças laterais necessárias dependem da localização do C.M., da massa total, da
distância entre eixos, da velocidade e do raio de giro. Então as forças laterais serão:
F
yd
= M . b . v
2
/ (D) . R (3.11)
F
yt
= M . a . v
2
/ (D) . R (3.12)
onde:
M, massa total do veículo.
v, velocidade do C.M.
A descrição pode ser também feita em termos do carregamento individual dos eixos:
W
d
= M . g . b / (D) (3.13)
W
t
= M . g . a / (D) (3.14)
onde:
W
d
, peso do veículo no eixo dianteiro (reação no solo).
71
71
W
t
, peso do veículo no eixo traseiro (reação no solo).
g, aceleração da gravidade.
Portanto, as forças laterais são:
F
yd
= W
f
. v
2
/ g . R (3.15)
F
yt
= W
r
. v
2
/ g . R (3.16)
E os componentes dos ângulos de deriva:
α
d
= W
d
. v
2
/ C
αd
. g . R (3.17)
α
t
= W
t
. v
2
/ C
αt
. g . R (3.18)
As expressões mostram que as forças laterais na frente e na traseira são proporcionais
ao produto da carga no eixo dianteiro (ou traseiro) do veículo pela aceleração
centrípeta, adotando-se “g” como unidade. Os ângulos de deriva têm comportamento
semelhante, sendo ainda inversamente proporcionais à rigidez do pneu em curvas.
Substituindo “
α
d
” e “α
t
” na equação (3.9) obteremos o ângulo de direção necessário
para executar a curva.
δ = 57,3 . [D / R] + [(W
d
/ C
αd
) – (W
t
/ C
ατ
)] v
2
/ g . R (3.19)
Exemplo 3.1: Cálculo da força lateral e ângulos de deriva dianteiro e traseiro de veículo
que se encontra numa situação de manobra de estacionamento, isto é, baixa
aceleração centrípeta:
Características do veículo:
M = 870 kg
V
cm
= 2 m/s Fazendo uso das equações (3.11 e 3.12) tem-se que:
72
72
R = 5 m
D = 2,47 m F
yd
= (M.b.V
cm
2
) / (D.R) = 423,8 N
a = 0,965 m
b = 1,504 m F
yt
= (M.a.V
cm
2
) / (D.R) = 271,9 N
F
y
= ?
α
d
= ? F
y
= 423,8 + 271,9 = 695,71 N
α
t
= ?
Fazendo uso do gráfico 3.1, verifica-se que para as forças laterais acima, o ângulo de
deriva será bem pequeno, como pode-se ver de forma aproximada, abaixo.
α
d
≅ 0,85 graus e α
t
≅ 0,50 graus
Neste trabalho, por estarmos considerando manobras de baixa velocidade, embora de
grandes esterçamentos, as acelerações centrípetas serão bem baixas e portanto serão
desprezíveis os ângulos de deriva, conforme demonstrado no exemplo 3.1, acima.
3.3.4 – Comportamento Direcional do Veículo
Neste trabalho destacaremos três comportamentos básicos de esterçamento do
veículo: veículo de comportamento direcional neutro (neutral steer), veículo com
sobesterçamento (understeer) e veículo com sobreesterçamento (oversteer).
73
73
3.3.4.1 – Veículo de Comportamento Direcional Neutro (Neutral steer)
Como já demonstrado anteriormente o ângulo de direção depende da rigidez dos pneus
nas curvas, da distribuição de peso, da velocidade, da distância entre os eixos e do raio
da curva.
Consideremos o caso onde:
W
d
/ C
αt
= W
t
/ C
αt
(3.20)
Isto equivale dizer que “
α
d
= α
t
”. Este veículo é o chamado veículo com esterçamento
neutro. Neste caso:
δ = 57,3 . D / R (3.21)
Como se pode verificar, esta equação é semelhante à equação 3.2 e é usada para
definir o esterçamento em curvas de baixa velocidade. Abaixo na figura 3.5 é mostrado
o gráfico de ângulo de esterçamento versus velocidade:
74
74
Figura 3.5 – Variação do ângulo de esterçamento em função da velocidade
Na prática, o veículo com esterçamento neutro é o que apresenta mais segurança,
conforto e melhor dirigibilidade, pois, por si só, não apresenta tendências de
desestabilização dianteira ou traseira. Porém, para que o veículo esteja nesta condição
é necessário que os ângulos de deriva dianteiros e traseiros sejam os mesmos. Na
realidade porém, isto praticamente não ocorre, pois para que os ângulos de deriva
dianteiros e traseiros sejam iguais muitas condições precisariam ser idênticas.
75
75
3.3.4.2 – Veículo de Comportamento Direcional Sobesterçante (Understeer)
Consideremos agora o caso em que:
W
d
/ C
αt
> W
t
/ C
αt
(3.22)
Isto equivale dizer que “
α
d
> α
t
”. Quando isto ocorre dizemos grosseiramente que tal
carro tem a tendência de “sair de frente”, sendo necessário aumentar o ângulo de
esterçamento parabolicamente com o aumento da velocidade com o propósito de
manter o veículo na trajetória desejada (ver figura 3.5).
Neste caso:
δ = 57,3 . (a + b) / R + K
s
. v
2
/ g . R (3.23)
onde:
K
s
, é o coeficiente de sobesterçamento definido por: W
d
/ C
αt
- W
d
/ C
αt
.
3.3.4.3 – Veículo de Comportamento Direcional Sobreesterçante (Oversteer)
A terceira possibilidade é a seguinte:
W
d
/ C
αt
< W
d
/ C
αt
(3.24)
Isto equivale a “α
d
< α
t
”. Nesta condição concluímos que o veículo tem a característica
de “sair de traseira”. Neste modelo o “K
s
” tem a mesma forma do caso de um veículo
sobesterçante, porém seu sinal será negativo.
76
76
Aqui, à medida em que se aumenta a velocidade, o ângulo de esterçamento diminui
(vide figura 3.5), com o objetivo de manter o automóvel no trajeto desejado.
Como podemos observar, um mesmo veículo pode ter comportamentos bem diferentes
quando variamos sua condição de carregamento.
3.3.4.4 – Velocidade Característica (Characteristic speed) e Velocidade Crítica (Critical
speed)
Segundo Gillespie (1992) é importante que o sobesterçamento e sobreesterçamento
sejam quantificados. Por isso, apresentamos agora dois métodos.
O primeiro, já foi mencionado e, é o cálculo do coeficiente de sobesterçamento e
sobreesterçamento.
O segundo é a determinação da velocidade característica. Define-se velocidade
característica como sendo simplesmente a velocidade na qual o ângulo de direção
requerido para realizar a curva equivale ao dobro do ângulo de Ackerman.
A velocidade crítica é aquela na qual um veículo sobreesterçante estará percorrendo
uma trajetória curva com um ângulo de esterçamento igual a zero.
A figura 3.5 mostra estas relações.
3.3.5 – Veículo com Quatro Rodas Direcionais
Quando se fala em um veículo que possui um sistema de direcionamento nas quatro-
rodas (Quatro rodas direcionais (QRD) ou Four-wheel steer (4WS)), é necessário que
se faça uma distinção com relação ou tipo de sistema que se está usando e a função
77
77
exercida por este. Alguns modelos possuem sistemas passivos, isto é, as rodas ou o
eixo traseiro se movimenta em função de uma inclinação da carroceria (roll steer).
Neste trabalho, como já pôde ser percebido pelos itens anteriores, a ênfase é dada aos
sistemas ativos, onde o movimento das rodas ou do eixo se dá pela ação de um
atuador específico para esta função e que não está presente nos veículos comuns. Os
sistemas ativos podem ser utilizados com o objetivo de auxiliar o motorista na execução
de manobras quando o veículo está se movendo com altas acelerações centrípetas,
porém o foco aqui serão as manobras de estacionamento.
Conforme Metz e Alter (1991), em projetos já existentes, geralmente o esterçamento
típico das rodas traseiras fica próximo aos 6 graus, como mostrado no gráfico 3.2.
78
78
Gráfico 3.2 – Típico esterçamento traseiro em função do esterçamento dianteiro
(Metz e Alter, 1991)
Neste trabalho utilizaremos como base um ângulo de 7 graus para o esterçamento das
rodas traseiras. Este, somente será alterado caso algum requisito não venha ser
atendido.
79
79
Figura 3.6 – Geometria do esterçamento para veículos com rodas traseiras
direcionais
onde:
δ
t
, ângulo de esterçamento médio das rodas traseiras.
δ
ti
, ângulo de esterçamento da roda traseira interna à curva.
δ
te
, ângulo de esterçamento da roda traseira externa à curva.
Partindo do princípio que o esterçamento das rodas traseiras será proporcional ao das
rodas dianteiras verifica-se que:
δ
t
= ξ . δ
d
(3.25)
δ
d
+ δ
t
= δ
d
+ ξ . δ
d
= δ
d
(1+ ξ) = D/R (3.26)
Assim sendo o raio de giro será:
R = D / [
δ
d
. (1+ ξ)] (3.27)
80
80
O fator ξ de proporcionalidade não será adotado no sistema proposto pois, o
esterçamento das rodas traseiras iniciará após 180 graus de rotação do volante (
θ
v
).
Dado este sinal de entrada, a roda traseira esterçará com velocidade aproximadamente
constante de 0 a 7 graus em 3 segundos. Adiante será mais detalhado como se dará o
esterçamento das rodas traseiras em função da dianteira.
3.4 - MODELAMENTO DO SISTEMA
3.4.1 - Introdução
Com o propósito de tornar o projeto mais real e visível foi escolhido como modelo
hipotético um veículo com dimensões próximas às dos veículos pequenos, tais como,
Corsa, Palio, Fiesta, Uno e Gol, comercializados atualmente em nosso país. Nesta
parte serão apresentadas mais especificamente informações relativas a alternativa
aprovada, características gerais do sistema e algumas comparações entre o veículo
com duas rodas direcionais (DRD) e quatro rodas direcionais (QRD).
3.4.2 - Características do Modelo Hipotético
a) Pesos
- Peso (P) em ordem de marcha (EOM) = 8.700 N
- Carga sobre o eixo dianteiro em ordem de marcha (P
d
) = 5.300 N
- Carga sobre o eixo traseiro em ordem de marcha (P
t
) = 3.400 N
81
81
- Peso bruto total (PBT) (P
bt
) = 12.500 N
- Peso máximo sobre o eixo dianteiro (P
md
) = 7.000 N
- Peso máximo sobre o eixo traseiro (P
mt
) = 5500 N
b) Dimensões
- Distância entre os eixos (D) = 2,47 m
- Bitola (B) = 1,386 m
- Bitola interna (b
i
) = 1,186 m
- Comprimento total = 3,920 m
- Largura total = 1,620 m
- Balanço dianteiro = 0,860 m
- Balanço traseiro = 0,590 m
c) Características do sistema de direção da rodas dianteiras
- Esterçamento máximo médio da roda interna à curva = 37º 00’
- Esterçamento máximo médio da roda externa à curva = 32º 00’
- Redução do mecanismo de Direção (θ
v
/ δ
d
) ≈ 20.
- Curso total da cremalheira do mecanismo de direção = 0,164 m.
Obs.: As medidas de esterçamento aqui apresentadas foram obtidas a partir de análise
de alguns veículos em um equipamento para verificação da geometria veicular
comumente utilizado nas oficinas mecânicas.
82
82
d) Localização do Centro de Gravidade no Eixo “x” Em Ordem de Marcha
Efetuando a somatória dos momentos em torno do eixo traseiro e igualando a zero
temos:
ΣM (P
t
) = (P
d
) . L – P . x
om
= 0 (3.28)
ΣM (P
d
) = 530 . 2,47 – 870 . x
om
= 0
x
om
= 1,504 m = b
om
x
om
= 2,470 – 1,504 = 0,965 m = a
om
e) Localização do Centro de Gravidade no Eixo “x” com Peso Bruto Total
Cálculo da coordenada x do centro de gravidade:
Efetuando a somatória dos momentos em torno do eixo traseiro e igualando a zero
temos:
ΣM (P
mt
) = (P
md
) . L – P
bt
. x
pbt
= 0 (3.29)
ΣM (P
md
) = 700.2,47-1250.x
pbt
x
pbt
= 1,38 m = b
pbt
x
pbt
= 2,47 - 1,38 = 1,09 m = a
pbt
3.4.3 – Cálculo do Esforço do Atuador para Movimentar as Rodas Traseiras
Para determinação deste esforço, utilizaremos as considerações adotadas por Taborek
(1957), conforme figuras 3.7 e 3.8, logo mais abaixo:
Temos que:
M
k
= µ . P
mt .
h (3.30)
83
83
h
2
= (k
2
+ e
2
) (3.31)
k
2
= I
o
/ A ≈ b
2
/ 8 (3.32)
onde:
M
k
, momento em torno do eixo do pino mestre para realização do esterçamento.
µ, coeficiente de atrito entre o pneu e o solo determinado através da Fig. 3.10.
P
mt,
peso máximo sobre o eixo traseiro.
h, braço de torque ou distância de torque.
k, raio de giração da área polar.
I
o
, momento de inércia polar da área de contato do pneu com o solo.
A, área de contato do pneu com o solo.
b, largura do pneu.
e, deslocamento (offset) do pino-mestre em relação ao centro da roda no solo.
β, ângulo de inclinação do eixo do pino-mestre.
84
84
Figura 3.7 – Efeito da inclinação do pino-mestre sobre o
esterçamento da roda
85
85
Figura 3.8 – Intersecção do eixo do pino-mestre com o solo, onde se encontra o
centro instantâneo de giro da roda
(combinação de deslizamento e rotação).
86
86
Grafico 3.3 – Relação entre atrito estático (veículo parado) para o esterçamento e
em função do deslocamento
(offset) do pino-mestre em relação ao centro da roda
no solo e da largura do pneu.
Para o veículo de estudo adotamos os seguintes valores:
P
mt
= 550 kgf = 5393,3 N
b = 0,195 m
e = 0,04 m
µ ≈ 0,47
87
87
Assim, k
2
= I
o
/ A ≈ b
2
/ 8 = (0,195)
2
/ 8 = 0,004753125 m
e
2
= (0,04)
2
= 0,0016 m
h = (k
2
+ e
2
)
1/2
= (0,0047 + 0,0016)
1/2
= 0,0797 m
M
k
= µ . P
mt .
h = 0,47 . 5393,3 . 0,0797 = 202,02 N.m
Para o cálculo de esforço nas barras de direção e do torque no pinhão ou torque do
atuador, utilizaremos as equações abaixo relacionadas:
F
b
= M
k
/ b
m
(3.33)
T
p
= F
b
. r
p
/ r
m .
η (3.34)
Onde:
F
b
, força nas barras de direção ou tensão nas barras de direção.
b
m
, braço de momento na manga de eixo = 0,135 m
.
T
p,
Torque no pinhão ou torque necessário para o atuador.
r
p
, Raio do pinhão do mecanismo atuador.= 0,00965 m.
r
m,
Relação de redução do mecanismo atuador = 20.
η, Rendimento do sistema = 0,93%.
Assim,
F
b
= 202,02 / 0,135 = 1496,44 N
88
88
T
p
= 1496,44 . 0,00965 / 20 . 0,93 = 0,76 N.m
O valor “T
p
” é um valor do torque mínimo que o motor-atuador deverá ter para que
possa movimentar as rodas traseiras.
3.4.4 – Descrição do Funcionamento do Sistema de Direção Traseira
Para alcançar o objetivo de 15% de redução do raio de giro da roda dianteira externa à
curva, o esterçamento total da roda traseira externa à curva deverá ser de 7 graus.
As figuras 3.9 e 3.10 abaixo, já apresentadas no início do trabalho demonstram isto.
Figura 3.9 - Esterçamento de veiculo com DRD
89
89
Figura 3.10 - Esterçamento de veículo com QRD
Assim temos que :
- Raio de giro da roda externa à curva para veículo (DRD) = 4,76 m
- Raio de giro da roda externa à curva para veículo (QRD) = 3,99 m
Considerando o esterçamento de 7 graus nas rodas traseiras no veículo com QRD a
redução obtida no raio de giro da roda dianteira externa à curva é 16,1%. Isto é 1,1% a
mais que o objetivo, logo este requisito foi atendido. Na figura 3.11, é demonstrado de
forma mais clara como se dá o movimento do centro instântaneo de rotação (CIR) e a
CIR
90
90
diminuição dos raios de esterçamento para um veículo com QRD. Podemos verificar
através desta figura, observando as distâncias
ρ
1
e ρ
2
, que ocorre significativa redução
entre elas, quando está presente o esterçamento das rodas traseiras. Adiante serão
realizadas mais comparações entre os dois modelos de veículo.
Figura 3.11 – Comparação das distância do CIR ao eixo logitudinal central dos
veículos com QRD
Conforme exposto anteriormente o sistema só entrará em ação se o veículo estiver em
velocidade inferior a 40 km/h. Conforme demonstrado no esquema da proposta 4 o
sinal proveniente do interruptor só vai para as rodas se a velocidade for inferior a
91
91
40 km/h. Estando nesta condição, determinamos que as rodas traseiras deverão iniciar
seu esterçamento após 180 graus de giro do volante, esta condição, somada à
velocidade inferior a 40 km/h caracteriza que o veículo está realizando uma manobra
em um espaço restrito ou uma manobra de estacionamento, por exemplo.
É fixado também que o sistema usará 3 segundos para levar as rodas traseiras de 0
grau á 7 graus de esterçamento.
Na tabela 3.1 e no gráfico 3.4, são apresentadas informações sobre o funcionamento
do sistema considerando as características acima impostas.
Tempo [s]
Ângulo de Esterçamento das Rodas
Traseiras
0,0 0,00
0,2 0,25
0,4 0,55
0,6 1,00
0,8 1,50
1,0 2,00
1,2 2,50
1,4 3,00
1,6 3,50
1,8 4,00
2,0 4,50
2,2 5,00
2,4 5,50
2,6 6,00
2,8 6,50
3,0 7,00
Tabela 3.1 - Descrição da evolução do esterçamento traseiro
em função do tempo
92
92
Ângulo de Esterçamento da Rodas X Tempo
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
01234567
Ângulo de Esterçamento Rodas Traseiras [graus]
Tempo [s]
Gráfico 3.4 – Esterçamento das rodas traseiras em função do tempo
Na tabela 3.2 e no gráfico 3.5 é apresentado o esterçamento das rodas dianteiras e das
rodas traseiras em função do tempo para um veículo com QRD. Estes demonstram
como será a movimentação das quatro rodas numa condição típica de manobra.
Destaca-se, que caso o motorista esterce as rodas dianteiras somente até 180 graus de
giro do volante, (que corresponde a 8 graus de esterçamento da roda conforme a tabela
3.3) o sistema entrará em funcionamento normalmente.
93
93
Tempo [s] δ
de [graus]
δ
te [graus]
0,00 0,00 0,00
0,20 1,00 0,00
0,40 2,00 0,00
0,60 3,00 0,00
0,80 4,00 0,00
1,00 5,00 0,00
1,20 6,00 0,00
1,40 7,00 0,00
1,60 8,00 0,25
1,80 9,00 0,55
2,00 10,00 1,00
2,20 11,00 1,50
2,40 12,00 2,00
2,60 13,00 2,50
2,80 14,00 3,00
3,00 15,00 3,50
3,20 16,00 4,00
3,40 17,00 4,50
3,60 18,00 5,00
3,80 19,00 5,50
4,00 20,00 6,00
4,20 21,00 6,50
4,40 22,00 7,00
4,60 23,00 7,00
4,80 24,00 7,00
5,00 25,00 7,00
5,20 26,00 7,00
5,40 27,00 7,00
5,60 28,00 7,00
5,80 29,00 7,00
6,00 30,00 7,00
6,20 31,00 7,00
6,40 32,00 7,00
Tabela 3.2 - Esterçamento das quatro rodas em função do tempo
94
94
Esterçamento das Rodas de Veículo QRD X Tempo
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0
Tempo [s]
Ângulo de Esterçamento [graus]
Esterçamento Dianteiro Esterçamento Traseiro
180º de rotação do volante
Gráfico 3.5 – Esterçamento das rodas dianteira e traseiras
em função do tempo
3.4.5 - Influência do Esterçamento das Rodas Traseiras sobre o Raio de Giro
Durante Manobras
Como já citado anteriormente haverá uma redução final de 16,1% do raio de giro da
roda externa à curva, porém durante a realização desta manobra o ganho é maior e
mais perceptível. Para demonstrar isto de forma mais transparente apresentamos
alguns cálculos, tabelas e gráficos que correlacionam o esterçamento dos veículos com
DRD e QRD, com algumas variáveis do sistema durante as manobras.
Tem-se que para o veículo com DRD:
95
95
ρ
de
= (D / sen(δ
de
)) (3.35)
ρ
te
= ρ
de
. cos(δ
de
) (3.36)
Onde:
ρ
de
, raio de giro da roda dianteira externa à curva.
ρ
te,
raio de giro da roda traseira externa à curva.
δ
de
, ângulo de giro da roda dianteira externa à curva.
δ
te
, ângulo de giro da roda traseira externa à curva.
θ
v
, ângulo de giro do volante.
C, deslocamento da cremalheira.
Na tabela 3.3 são apresentados os resultados de cálculos dos raios de esterçamento
para o veículo nesta condição.
96
96
θ
v
[graus] C [mm] δ
de [graus]
δ
de [rd]
ρ
de [m]
ρ
te [m]
22,50 2,63 1,00 0,02 141,53 141,51
45,00 5,25 2,00 0,03 70,77 70,73
67,50 7,88 3,00 0,05 47,20 47,13
90,00 10,50 4,00 0,07 35,41 35,32
112,50 13,13 5,00 0,09 28,34 28,23
135,00 15,75 6,00 0,10 23,63 23,50
157,50 18,38 7,00 0,12 20,27 20,12
180,00 21,00 8,00 0,14 17,75 17,57
202,50 23,63 9,00 0,16 15,79 15,59
225,00 26,25 10,00 0,17 14,22 14,01
247,50 28,88 11,00 0,19 12,94 12,71
270,00 31,50 12,00 0,21 11,88 11,62
292,50 34,13 13,00 0,23 10,98 10,70
315,00 36,75 14,00 0,24 10,21 9,91
337,50 39,38 15,00 0,26 9,54 9,22
360,00 42,00 16,00 0,28 8,96 8,61
382,50 44,63 17,00 0,30 8,45 8,08
405,00 47,25 18,00 0,31 7,99 7,60
427,50 49,88 19,00 0,33 7,59 7,17
450,00 52,50 20,00 0,35 7,22 6,79
472,50 55,13 21,00 0,37 6,89 6,43
495,00 57,75 22,00 0,38 6,59 6,11
517,50 60,38 23,00 0,40 6,32 5,82
540,00 63,00 24,00 0,42 6,07 5,55
562,50 65,63 25,00 0,44 5,84 5,30
585,00 68,25 26,00 0,45 5,63 5,06
607,50 70,88 27,00 0,47 5,44 4,85
630,00 73,50 28,00 0,49 5,26 4,65
652,50 76,13 29,00 0,51 5,09 4,46
675,00 78,75 30,00 0,52 4,94 4,28
697,50 81,38 31,00 0,54 4,80 4,11
720,00 84,00 32,00 0,56 4,76 4,04
Tabela 3.3 - Raios de giro do veículo com DRD
97
97
Para o veículo QRD os raios de curva foram determinados de forma direta através de
dados provenientes do AutoCad, estes estão apresentados na tabela 3.4.
θ
v
[graus]
C [mm]
δ
de [graus]
δ
de [rd]
ρ
de [m]
ρ
te [m]
22,50 2,63 1,00 0,02 141,53 141,51
45,00 5,25 2,00 0,03 70,77 70,73
67,50 7,88 3,00 0,05 47,20 47,13
90,00 10,50 4,00 0,07 35,41 35,32
112,50 13,13 5,00 0,09 28,34 28,23
135,00 15,75 6,00 0,10 23,63 23,50
157,50 18,38 7,00 0,12 20,27 20,12
180,00 21,00 8,00 0,14 17,75 17,57
202,50 23,63 9,00 0,16 8,99 8,95
225,00 26,25 10,00 0,17 8,48 8,42
247,50 28,88 11,00 0,19 8,03 7,94
270,00 31,50 12,00 0,21 7,63 7,52
292,50 34,13 13,00 0,23 7,27 7,13
315,00 36,75 14,00 0,24 6,94 6,79
337,50 39,38 15,00 0,26 6,64 6,47
360,00 42,00 16,00 0,28 6,37 6,17
382,50 44,63 17,00 0,30 6,13 5,90
405,00 47,25 18,00 0,31 5,90 5,66
427,50 49,88 19,00 0,33 5,69 5,43
450,00 52,50 20,00 0,35 5,50 5,21
472,50 55,13 21,00 0,37 5,32 5,01
495,00 57,75 22,00 0,38 5,15 4,82
517,50 60,38 23,00 0,40 5,00 4,64
540,00 63,00 24,00 0,42 4,86 4,48
562,50 65,63 25,00 0,44 4,72 4,32
585,00 68,25 26,00 0,45 4,60 4,17
607,50 70,88 27,00 0,47 4,48 4,03
630,00 73,50 28,00 0,49 4,37 3,90
652,50 76,13 29,00 0,51 4,27 3,77
675,00 78,75 30,00 0,52 4,17 3,65
697,50 81,38 31,00 0,54 4,08 3,54
720,00 84,00 32,00 0,56 3,99 3,43
Tabela 3.4 - Raios de giro do veículo com QRD
98
98
No gráfico 3.6 é apresentada a situação de um motorista que inicia a manobra de
estacionamento, gira o volante 180 graus, aguarda os 3 segundos para que ocorra o
esterçamento das rodas traseiras e depois prossegue o giro no volante.
Comparativo Raios de Esterçamento
0,00
3,00
6,00
9,00
12,00
15,00
18,00
21,00
7
,
0
9
,
0
1
1
,
0
1
3
,
0
1
5
,
0
1
7
,
0
1
9
,
0
2
1
,
0
2
3
,
0
2
5
,
0
2
7
,
0
2
9
,
0
3
1
,
0
Ângulo de Esterçamento da Roda [graus]
Raio da Roda Dianteira Externa
[m]
0,00
100,00
200,00
300,00
400,00
500,00
600,00
700,00
800,00
Ângulo de Giro do Volante
[graus]
QRD DRD Giro do Volante
Gráfico 3.6 - Comparativo de esterçamento do veículo com DRD e QRD durante
manobra
No gráfico 3.6 acima, demonstramos o exato momento em que o sistema entra em
ação. Neste instante, para o veículo com DRD ocorre uma diminuição do raio de giro
de 17,75 m para 15,79m - redução de 11,0%, conforme mostra a tabela 3.3, e para o
veículo QRD a diminuição é de 17,75 m para 8,99 m - redução de 49,4%, conforme
tabela 3.4.
99
99
Vamos realizar outra comparação considerando o raios de curva em função da
necessidade de giro do volante (
θ
v
).
Avaliaremos três valores de raios de curva. A tabela 3.5 e o gráfico 3.7 apresentam este
exemplo.
Raio da Curva [m]
θ
v
DRD [º] θ
v
QRD [º]
Diferença [º] % de Redução Média %
5,0 652,5 517,5 -135,0 20,7
7,0 465,0 310,9 -154,1 33,1
10,0 323,4 199,9 -123,5 38,2
30,7
Tabela 3.5 – Comparativo do raio da curva e do ângulo de rotação do
volante para DRD e QRD
Comparação do Raio de Curva X Giro do Volante
150,0
250,0
350,0
450,0
550,0
650,0
750,0
5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0
Raio da Curva [m]
Esterçamento do Volante
[graus]
DRD [graus] QRD [graus]
Gráfico 3.7 - Comparativo do raio da curva e do ângulo de rotação do
volante para DRD e QRD
100
100
Podemos verificar através da tabela 3.5 e do gráfico 3.7 que para estas três condições
de curva ocorre uma diminuição média de 30% no ângulo de giro do volante. Isto
proporciona, para o motorista, um ganho significativo no conforto, especialmente se
considerarmos que o veículo tem um sistema de direção mecânico para esterçamento
das rodas dianteiras, pois o sistema de esterçamento das rodas traseiras é
independente do sistema das rodas dianteiras, isto é, não importa se o sistema de
esterçamento das rodas dianteiras é assistido ou não. Fica claro também o efetivo
ganho na manobrabilidade do automóvel, isto é, para realização de uma mesma curva
o motorista precisa girar bem menos o volante.
3.4.6 – Desenvolvimento Experimental do Projeto
A otimização técnica de um projeto desta natureza não pode prescindir do trabalho
experimental realizado com modelos funcionais (“protótipos”) construídos
especialmente para este fim. Tais modelos terão os parâmetros específicos do
esterçamento ajustáveis entre valores mínimos e máximos de modo a permitir a
comparação do desempenho entre as várias combinações possíveis.
São os seguintes os parâmetros a serem otimizados experimentalmente:
a) Ângulo de giro do volante (
θ
v
), a partir do qual se inicia o movimento de esterçamento
das rodas traseiras.
Neste trabalho adotou-se um valor inicial de 180 graus, após avaliações subjetivas e
observações do uso de veículos em operação urbana. Notou-se que, para curvas de
até 90 graus, realizadas a velocidades acima de 35 km/h (~10 m/s) o esterçamento do
volante não atinge o valor de 180 graus. Para cada veículo, em função das suas
101
101
dimensões e da relação cinemática do movimento angular entre o volante e as rodas,
haverá um valor ótimo deste ângulo.
b) Ângulo de esterçamento total (
δ
t
), das rodas traseiras.
Nas simulações geométricas da trajetória para o veículo tratado, verificou-se que o
objetivo de redução do raio de curva da manobra é atingido com o valor de
esterçamento de 7 graus na roda externa à curva. No entanto haverá um valor ótimo a
ser obtido experimentalmente, valor este que será determinante no projeto do curso do
motor-atuador e das barras do mecanismo articulado da direção traseira.
c) Tempo de duração (t
e
) do esterçamento das rodas traseiras.
Nas avaliações feitas em rodagem e manobras verificou-se que o movimento do volante
na saída de uma vaga de estacionamento toma cerca de 6 segundos para uma rotação
de 360 graus, o que resulta em uma velocidade angular de 60°/s (1,047 rd/s). Admitindo
que os primeiros 180 graus ocorram na metade deste tempo, adotamos como valor
inicial o tempo de 3 segundos para o esterçamento total das rodas traseiras. A posterior
otimização experimental deste valor determinará a velocidade angular do motor-
atuador.
102
102
3.4.7 – Desenhos Técnicos dos Principais Componentes e do Sistema no Veículo
Este etapa foi desenvolvida visando apresentar os modelos iniciais dos componentes
do projeto.
Incialmente apresentamos no desenho 3.1 uma vista superior demonstrando o sistema
com os esterçamentos máximos das rodas dianteiras e traseiras.
Desenho 3.1 – Vista superior do esterçamento máximo de veículo com QRD em
curva para a direita
103
103
Nos desenhos 3.2 e 3.3 são apresentadas vistas traseiras do sistema.
Desenho 3.2 - Vista traseira da suspensão com rodas direcionais
104
104
Desenho 3.3 – Vista traseira aproximada
105
105
Podemos verificar nos desenhos 3.1 a 3.3 que os braços de direção são fixados na
parte inferior da manga e nestes são fixadas as barras.
Nos desenhos 3.4 a 3.7 são apresentados detalhes referentes a manga de eixo e da
montagem desta no eixo traseiro.
Desenho 3.4 - Vista inclinada 1 da manga no eixo traseiro
106
106
Desenho 3.5 – Vista inferior (por baixo)
107
107
Desenho 3.6 – Vista inclinada 2
108
108
Desenho 3.7 – Vista inferior (por baixo) da manga soldada no eixo
109
109
Os próximos desenhos apresentam a montagem do sistema no veículo.
Destaca-se que se trata de uma proposta e que os desenhos foram confeccionados a
partir das dimensões dos veículos de baixo custo ou pequenos que se enquadram na
proposta, assim sendo não se trata de nenhum veículo especificamente.
Nos desenhos, considerou-se que o motor atuador fica alojado entre o eixo e a caixa do
estepe fixado na carroceria.
No desenho 3.8 é apresentada uma vista superior do conjunto eixo traseiro.
110
110
Desenho 3.8 – Vista superior do eixo montado
111
111
Desenho 3.9 – Vista traseira do conjunto
112
112
Desenho 3.10 – Vista inclinada do conjunto
113
113
III - Conclusão
Completadas as primeiras fases de desenvolvimento pode-se verificar que os objetivos
determinados para este trabalho foram alcançados na íntegra.
A Alternativa 4 atendeu a todos os requisitos técnicos, desde aqueles relacionados ao
seu desempenho e custos em geral.
Os resultados mais significativos foram: o lucro acumulado de aproximadamente
R$62,5 milhões em 5 anos, o prazo do retorno dos investimentos de aproximadamente
18 meses, o preço de venda para o cliente de apenas R$873,74 - que corresponte a
aproximandamente 3,4% do valor de um veículo da categoria considerada, a
significativa diminuição da necessidade de giro do volante para realização de uma
mesma curva quando comparamos o veículo DRD com o QRD e a diminuição de 16,1%
no raio de giro da roda externa à curva em comparação ao mesmo veículo com
esterçamento somente nas rodas dianteiras.
114
114
Referências Bibliográficas
Agger Consultoria e Treinamento, Apostila do Curso de FMEA-Análise de Falhas e
Seus Efeitos, 2002, pg 16-20.
Gillespie, T. D. Fundamentals of Vehicle Dynamics, SAE, 1992, pg.8, 195-213,
279-305.
Hirschfeld, H. Engenharia Econômica e Análise de Custos, 5
a
ed., São Paulo, Atlas,
1993, pg 387 a 409.
Holdmann, P., Köhn, P., Holtschulze, J Dynamic Tyre Properties Under Combined Slip
Situations in Test and Simulation, EAEC Barcelona 1999, European Automotive
Congress, 30.6. - 2.7.1999.
Jung, S., Guenter, D.A. An Examination of the Maeuverability of an All Wheel Steer
Vehicle at Low Speed, Paper SAE 910241.
Kaminski, P. C Desenvolvendo Produtos com Planejamento, Criatividade e Qualidade,
Rio de Janeiro, Livros técnicos e científicos editora S.A., 2000.
Metz, L.D., Alter, D.M. Transient and steady state performance characteristics of a two-
wheel-steer and four-wheel-steer vehicle model, University of Illinois at Urbana-
Champaign, SAE, September 1991.
115
115
Madureira, O. M. de Curso de Dinâmica de Veículos, EPUSP-MPEA, São Paulo,
2001, pg 31 - 43.
Madureira, O. M. de Curso de Direção e Estabilidade, AEA, São Paulo, 2001, pg
1-34.
Madureira, O. M. de Curso de Planejamento e Desenvolvimento de Produtos, CEAI –
FV - EPUSP, São Paulo, 2004, pg 2-70.
Manual do Proprietário do Volkswagen do Gol Modelo 2003.
Maximiano, A.C.A Administração de projetos:“Transformando idéias em resultados”,
Ed. Atlas S.A., São Paulo, Pg 81.
Taborek, J. J. Mechanics of Vehicles, Ed. Machine Design, 1957, pg 10 - 24.
Sakurai, M. Gerenciamento integrado de custos, São Paulo, Atlas, 1997, pg 157
a 178.
Weber, J. E. Matemática para economia e administração, 2ed, Harper e Row do
Brasil Ltda,1986, pg 430 a 440.
Zomotor, A Fahrwerktechnik: Fahrverhalten Z. Anflage, Würzburg, Ed. Vogel, 1991, pg
162 e 163.
116
116
Páginas da internet visitadas
www.abvolt.com/projects.htm, 2003.
www.mazda.co.nz/technology/1021.html, 2004.
www.theweekenddrive.com/reviews/2002/reviews/denali.html, 2004.
www.mblenkungen.de/e/historie.htm, 2003.
www.math.unifi.it/archimede/archimede/curve/geomeccan4.html, 2003.
www.monroe.com/rrsusp.htm, 2003.
www.sae.org/automag/globalview_03-00/05.htm, 2004.
http://members.fortunecity.com/xerog1/, 2003.
www.rqriley.com/suspensn.html, 2005.
www.celtaclub.kit.net, 2003.
www.infocarro.com.br/testes_fiat.htm, 2003.
117
117
www.chevroletcorsa.hpg.com.br/index.htm, 2004.
www.volkswagen.com.br, 2003.
www.ford.com.br, 2003.
www.ika.rwth-aachen.de/forschung/veroeffentlichung/1999/30.06.-02.07/index.php
Livros Grátis
( http://www.livrosgratis.com.br )
Milhares de Livros para Download:
Baixar livros de Administração
Baixar livros de Agronomia
Baixar livros de Arquitetura
Baixar livros de Artes
Baixar livros de Astronomia
Baixar livros de Biologia Geral
Baixar livros de Ciência da Computação
Baixar livros de Ciência da Informação
Baixar livros de Ciência Política
Baixar livros de Ciências da Saúde
Baixar livros de Comunicação
Baixar livros do Conselho Nacional de Educação - CNE
Baixar livros de Defesa civil
Baixar livros de Direito
Baixar livros de Direitos humanos
Baixar livros de Economia
Baixar livros de Economia Doméstica
Baixar livros de Educação
Baixar livros de Educação - Trânsito
Baixar livros de Educação Física
Baixar livros de Engenharia Aeroespacial
Baixar livros de Farmácia
Baixar livros de Filosofia
Baixar livros de Física
Baixar livros de Geociências
Baixar livros de Geografia
Baixar livros de História
Baixar livros de Línguas
Baixar livros de Literatura
Baixar livros de Literatura de Cordel
Baixar livros de Literatura Infantil
Baixar livros de Matemática
Baixar livros de Medicina
Baixar livros de Medicina Veterinária
Baixar livros de Meio Ambiente
Baixar livros de Meteorologia
Baixar Monografias e TCC
Baixar livros Multidisciplinar
Baixar livros de Música
Baixar livros de Psicologia
Baixar livros de Química
Baixar livros de Saúde Coletiva
Baixar livros de Serviço Social
Baixar livros de Sociologia
Baixar livros de Teologia
Baixar livros de Trabalho
Baixar livros de Turismo
