REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.7958153
Ademyr Gonçalves de Oliveira
Resumo
Neste trabalho será analisada a contribuição do comportamento do sistema de direção veicular nos acidentes envolvendo caminhões trafegando em pistas circulares como alças de acesso a viadutos e curvas acentuadas.
Palavras chaves: sistema de direção veicular, acidentes de caminhões.
Abstract
In this work, the contribution of the behavior of the vehicle steering system in accidents involving trucks traveling on circular lanes such as access loops to viaducts and sharp curves will be analyzed.
Keywords: vehicle steering system, trucks accidents.
Introdução
A mídia de noticia diariamente acidentes envolvendo de caminhão trafegando em pista curva (folhadolitoral, 2019) e (catve.com. 2022). A grande maioria desses acidentes são tombamento, saída de pista, e não há outros veículos envolvidos.
Keller (1997) e Pereira (2017) abordam as causas físicas que explicam esses acidentes. Dentre essas causas classicamente estão: velocidade excessiva, pista molhada, excesso de carga, falha mecânica e imperícia dos condutores.
Na maioria dos acidentes envolvendo caminhões, de antemão, aos motoristas sempre apontados como os causadores do ocorrido. Como explicar um grande número desses acidentes nos casos em que o estado geral do veículo era bom, a velocidade desenvolvida era compatível com as placas indicativas e o motorista era experiente e estava atento?
Chama atenção o fato desses acidentes acontecerem nas curvas. Será que existe uma alguma influência do sistema de direção desses veículos?
Objetivo
Neste trabalho será analisado o funcionamento da geometria do sistema de direção veicular de barra simples e investigado a possível existência de fatores que contribuem para acidentes veiculares em vias curvas.
Sistema de direção veicular: análise geométrica
Os rastos deixado por um veículo em trajetória linear são dois, o rasto das rodas do lado esquerdo e o rasto das rodas do lado direito do veículo. Isso quer dizer que o rasto da roda dianteira e traseira se superpõem.
Quando um veículo percorre uma trajetória curvilínea, devido a sua largura e seu comprimento, cada roda tem o seu rasto. O centro instantâneo de rotação está sobre a linha de prologamento do eixo traseiro. Quanto as rodas direcionais, cada uma tem angulação própria. A Figura (1) mostra a geometria das rodas dianteiras de um veículo de que tem distância entre eixos C e largura L, em trajetória circular de raio R.
Fonte: Própria.
O ângulo da direção da roda esquerda é dado pela Equação (1) e o ângulo da direção da roda direita é dado pela Equação (2).
A condição de Ackermann
A Figura 1 mostra que para que exista um único centro instantâneo de rotação, quando um veículo se encontra em trajetória circular de raio R, a roda esquerda e direita devem possuir ângulos de direção diferentes, respectivamente e, tal como definidos pelas Equações (3) e (4). Essa é chamada de condição de Ackermann (JAZAR, 2008) que é expressa pela Equação (5) .
Considerando o ângulo da roda esquerda como dado, a partir das Equações (3) e (4), obtém-se a angulação da roda direita dada pela Equação (6).
Caminhões trucados, ou seja, aqueles que possuem dois eixos traseiros, considera-se a linha do centro de giro alocada na metade da distância entre esses eixos. A Figura (2) mostra as dimensões do caminhão VW Constellation modelo 24.280 que tem largura L = 2,223m e comprimento equivalente de C = 4,172m.
Fonte: Volkswagen do Brasil.
Sistema de direção veicular: mecanismo de barras
Com a utilização de mecanismo de barras pré-definido é praticamente impossível de satisfazer a condição de Ackermann para todos os raios de curvatura da pista.
Merling (2007) sugere que o ângulo β, ou ângulo de Ackermann, do braço de ligação, deve ser igual ao ângulo formado pela reta criada entre o centro do pino mestre e o centro do eixo traseiro com o eixo longitudinal do veículo.
O ângulo β pode ser ajustado para reduzir o erro na faixa de angulação de direção de maior uso do veículo, quando comparado ao modelo teórico dado pela Equação (6).
O caminhão VW Constellation 24.280 tem braço direção e assim, como a maioria dos caminhões, possui eixo dianteiro rígido e mecanismo de quatro barras como sistema mecânico de direção, como mostra a Figura 3.
Fonte: Própria.
O comportamento desse mecanismo pode ser facilmente estudado com o auxílio de ferramenta CAD, dado um conjunto de valores de encontra-se os respectivos valores para .
Usando a Equação (6), os dados do VW Constellation 24.280 e o modelo gráfico descrito, obtém-se a Figura (4) que mostra o comportamento não linear teórico do sistema de direção, o comportamento mecânico do mecanismo de quatro barras e o módulo do erro gerado pela diferença entre o resultado teórico e o mecânico.
Fonte: Próprio.
Conclusão
Ângulo de direção de 90o graus significa que o veículo está em trajetória linear. Neste caso não há erro. A Figura (4) mostra que, para ângulo menores que 70o graus e maiores que 110o graus os erros de direção são maiores que 10o graus.
Shum (2021) descreve a técnica conhecida como Powerslide, ou técnica de freada por deslizamento lateral. Essa é uma técnica clássica usada por patinadores no gelo ou no solo. Essa técnica consiste em manter os patins no piso e não alinhados ente si, ou seja convergentes. Parte do movimento dos patins é de deslizamento lateral, o que gera atrito e consequentemente esforço de frenagem. O patinador deve estar preparado para a mudança brusca de direção quando um dos patins é levantado. A nova direção de movimento é a direção do patins que está em contato com o solo ou gelo.
Um levantamento da ECO RODOVIAS (2021) aponta “… que 2,9 mil acidentes ocorridos entre 2014 e 2020 na BR-050, entre Cristalina-GO e Delta-MG, foram em trechos urbanos e alças de acesso, locais que, por suas características, exigem maior atenção e menor velocidade ao se trafegar…”. A maioria das ocorrências registradas nestes locais foram de tombamento em baixas velocidades. A Figura (5) mostra a alça de acesso a cidade Delta no estado de Minas Gerais.
Fonte: Concessionária ECO RODOVIAS.
Uma característica importante de caminhões carregados é terem o centro de gravidade alto. A análise da Figura (5) sugere uma pista curva com piso irregular. A velocidade de trafego numa alça é baixa e situa-se entre 30,0 Km/h e 50,0 Km/h.
A frequência de oscilação do movimento de rolamento lateral de um veículo é dado pela Equação (8), onde M é a massa total e K é a rigidez equivalente do caminhão.
Maurice Olley (1949), engenheiro da Cadillac Motor Car Co., observou que veículos com toda massa apoiada diretamente sobre os pneus, oscilavam com frequências que variam de 4,17 a 5,83 Hz.
Uma pista que excita o movimento de rolamento lateral do caminhão na faixa de ressonância do mesmo provoca maior amplitude de oscilação. Soma-se a esse efeito a transição brusca de direção provocado pela oscilação lateral do centro de gravidade, que sobrecarrega uma roda direcional e descarrega a outra. A direção segue a da roda com a maior carga. Esse efeito equivale a uma torção repentina no volante, retroalimentando a oscilação lateral aumentando ainda mais sua amplitude. Essa dinâmica pode então culminar com o caminhão tombado.
Bibliografia
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