TOE, Caster e Cambagem

Os três maiores parâmetros de alinhamento no carro são TOE, Camber (cambagem) e Caster. A maioria dos pilotos têm uma compreensão boa do que estes ajustes são e o que eles envolvem, mas muitos podem não saber por que um ajuste particular é usado ou como ele afeta o desempenho. Vamos dar uma olhada rápida nos aspectos de ajuste de suspensão.

Entendendo o TOE Veja a figura ao lado, olhando o carro de cima podemos notar se as rodas apontam para dentro, para fora ou estão paralelas. Isto é o TOE. Quando um par das rodas é ajustado de modo que estejam apontadas ligeiramente para o centro (olhando de cima), podemos dizer que o par tem TOE-IN ou Convergência. Se apontarem para fora, dizemos que o par de rodas tem TOE-OUT ou Divergência. A quantidade de TOE é medida em graus, através do ângulo que as rodas estão. Quando estão paralelas então estão em 0 graus. Também pode ser medida através da distância entre a roda/pneu e o chassis. Os ajustes do TOE afetam três áreas principais de desempenho: desgaste dos pneus, a estabilidade em linha reta e características de segurança na entrada das curvas.

Para minimizar o desgaste dos pneus e a perda de potência as rodas devem apontar diretamente para frente quando o carro está correndo em linha reta. Toe-in ou Toe-out excessivos fazem com que os pneus "escorreguem" sempre que são virados (entrada de curvas). Muito Toe-in causa o desgaste acelerado nas bordas externas dos pneus, quando tem muito Toe-out causa o desgaste nas bordas internas.

Assim se o desgaste do pneu e a perda de potência (velocidade) mínimos são conseguidos com Toe zero, por que regulamos o Toe-in ou Toe-out? A resposta é que os ajustes do Toe têm o principal impacto na estabilidade direcional. As ilustrações nos ajudam a entender. Com o carro andando em linha reta Toe-in faz com que as rodas tendam a ir uma ao encontro da outra, onde a linha imaginária do Toe de ambas se cruzam. Sob esta condição as rodas estão "tentando" ir de encontro e isto resulta em não virar, ou seja a tendência é que o carro continue em linha reta. Quando a roda em um lado do carro encontra um distúrbio, essa roda é puxada para trás sobre sua linha central do eixo. Esta ação puxa também a outra roda para o mesmo sentido de direção. Se este for um distúrbio pequeno, a roda atingida deve mudar de direção muito pouco. As rodas absorveram a irregularidade sem mudar significativamente a direção do carro. Neste caso o Toe-in melhora a estabilidade em linha reta. Se o carro está ajustado com Toe-out, entretanto, as rodas da frente estão alinhadas de modo que pequenos distúrbios na pista fazem as rodas assumirem direções que tendem a virar. Em qualquer curva a roda interna fará uma curva muito mais apertada do que a externa. Assim, o carro deverá estar sempre tentando fazer uma curva. Portanto está claro que o Toe-out tende a fazer o carro rodar, enquanto o Toe-in evita isto. Com o Toe-in (fig. esquerda) uma deflexão da suspensão não faz com que as rodas iniciem uma rodada como acontece com o Toe-out (fig. direita).

O ajuste do toe em um carro transforma-se em uma disputa entre a estabilidade em linha reta conseguida com o Toe-in e uma resposta rápida da direção promovida pelo Toe-out. Isto mesmo o Toe-out torna o carro mais "arisco" fazendo as curvas mais acentuadamente. Os corredores estão dispostos a sacrificar um pouco de estabilidade para uma resposta mais rápida e afiada nas curvas. Normalmente os carros de "rua" são ajustados com Toe-in para garantir maior estabilidade, enquanto os carros de corrida podem ser ajustados com Toe-out. Claro que não podemos levar isto como uma regra. Os pilotos devem achar o melhor ajuste para sua maneira de pilotar.

TOE nas rodas traseiras

Com suspensão independente nas quatro rodas, o Toe deve também ser ajustado na parte traseira do carro. Configurações do Toe na traseira tem essencialmente o mesmo efeito no desgaste, estabilidade direcional e entrada em curvas como na parte dianteira. Entretanto, é raro ajustar o Toe-out em carros de corrida, pois isto causa um excessivo aumento na sensibilidade da direção, principalmente em aceleração. Carros de corrida com tração dianteira, por outro lado, acertam um pouco de Toe-out na traseira para melhorar a agilidade do carro perdida com a tração. Pois bem, falando então nos tradicionais 4x4 (nossos automodelos) devemos pensar que o Toe-out traseiro tende a fazer o carro rodar em grandes acelerações, principalmente na saída de curva. Portando o Toe-in é recomendado para carros que saem de traseira na saída de curva durante a aceleração. (veja nosso Guia Rápido de Setup na seção de Setup)

Como uma regra geral, quanto menor a pista e mais fechadas as curvas, mais Toe será necessário. Pistas com grandes raios, longas curvas e grandes retas devem necessitar de um ajuste menor de Toe para garantir melhor velocidade.

Os efeitos do CASTER

Caster é a inclinação para frente ou para trás da linha central do pivô de sustentação da roda. Caster positivo é aquele obtido quando se inclina o pino mestre de forma que o prolongamento deste pino intercepte o solo à frente da área central de contato do pneu com o solo. O caster negativo ocorre quando o pino mestre é inclinado de forma que a extensão deste pino intercepte o solo atrás da linha imaginária que marca o ponto de contato do centro do pneu com o solo.

O Caster positivo tende a endireitar a roda quando o veículo está indo para frente, e é usado para melhorar a estabilidade em linha reta. O mecanismo que causa esta tendência é ilustrado claramente pelas rodas dianteiras de um carrinho de supermercado. Quando o carrinho é empurrado para frente, a linha central do pino mestre puxa a roda, e como a roda está sendo "puxada" ela tende a seguir o pino mestre. A força que faz com que a roda siga a linha central é proporcional à distância entre a linha central e o contato da roda com o solo, quanto maior a distância, maior a força.

Se a linha central está acertada exatamente na vertical, ou seja, sua linha central coincide com o contato do pneu com o solo o Caster é 0 e não é gerada a força que "puxa" a roda.

A linha central de direção inclinada (Caster) tem um outro efeito importante na geometria da suspensão. Como a roda gira sobre uma linha central inclinada, a roda ganha a curvatura enquanto é girada, ou seja nas curvas. Este efeito é visualizado melhor imaginando um caso irreal extremo onde a linha central estaria na horizontal, quando fosse feita uma curva a roda mudaria sua inclinação em relação a pista (tirei o efeito do Camber negativo e positivo, veja cambagem abaixo). Este efeito causa um Camber negativo na parte externa da roda e Camber positivo na parte interna. Estas mudanças no Camber geralmente são favoráveis para fazer curvas, embora seja possível ter muito Camber e prejudicar o desempenho. Não há circunstâncias em que o caster negativo seja melhor.

Ajustes de caster adequados devem variar com cada pista e piloto individualmente. Quanto mais caster positivo maior será a percepção das forças sentidas pelo carro. Mais caster também irá aumentar o esforço necessário para virar o volante e irá permitir que você tome melhores decisões na pista sobre como está a dirigibilidade do carro. Porém muito caster positivo também tem as suas desvantagens.

Um outro elemento que deve ser considerado é o balanço do caster. Quando as configurações de caster forem diferentes para os pneus dianteiros seu volante irá tender a puxar para o lado com a menor quantidade de caster. Em pistas em que se está sempre fazendo curvas para a esquerda, você poderia querer uma configuração mais alta de caster na dianteira direita que na dianteira esquerda. Este caster adicional na direita irá fazer com que o carro puxe para esquerda ao entrar nas curvas, o que facilitará a entrada. (Isto é válido para carros reais onde deve-se aplicar uma força ao volante para fazer as curvas, mas podemos considerar parcialmente para nossos carrinhos)

Quanto maior a diferença entre os lados, mais facilmente o carro fará as curvas, porém diferenças muito grandes irão tirar alguma sensibilidade do carro e irão fazer com que você tenha um desconforto maior durante as retas, pois será necessário segurar o volante ainda mais para a direita. Em geral será melhor trabalhar com configurações de caster mais altas em uma pista curta com curvas apertadas que em uma pista longa com grandes retas e curvas lentas.

A maioria dos carros não são sensíveis aos ajustes do Caster. Porém, é importante assegurar-se de que o Caster seja o mesmo em ambos os lados do carro para evitar puxar para um lado. Enquanto grandes ângulos de Caster servem para melhorar a estabilidade em linha reta, causam também um aumento no esforço para virar. Três a cinco graus de Caster positivo são a escala típica dos ajustes. Use ângulos menores para veículos mais pesados para facilitar a virada do volante.

O que é CAMBER ou Cambagem?

Camber é o ângulo vertical da roda quando você olha o carro pela frente ou por trás. Se as rodas apontarem para o chassis o Camber é negativo, se apontarem para fora o Camber é positivo. A força que o pneu pode desenvolver em uma curva é altamente dependente de seu ângulo relativo à superfície da pista, e portanto o Camber tem o principal efeito sobre a estabilidade (grip) de uma carro na curva. Ajustes apropriados de cambagem são cruciais para se conseguir velocidade máxima nas curvas. Quando a cambagem é ajustada corretamente ela permite a toda a superfície do pneu aderir à pista, maximizando o uso da área de contato do pneu ao fazer-se curvas em altas velocidades. Ajustes de cambagem são utilizados para manter a maior aderência possível da superfície do pneu com as curvas da pista.

É interessante notar que tipicamente um pneu desenvolve sua força máxima em curva em um ângulo de Camber negativo pequeno, em torno do 1/2 grau neg.

Para melhorar a performance do pneu na curva os engenheiros que desenham a suspensão assumem que o pneu sempre está operando com uma ligeira cambagem negativa.

Esta pode ser uma tarefa muito difícil, uma vez que, quando o carro entra na curva a suspensão deve deflexionar um pouco verticalmente. Se pensarmos que a roda está conectada ao chassi por diversas ligações que devem se mover para permitir todos os movimentos da roda a mesma está sujeita a mudanças de posição quando a suspensão move para cima e para baixo.

Por esta razão, quanto mais a roda deflexionar de sua posição original (estática), mais difícil é manter um ângulo ideal de cambagem.

É importante entender a distinção entre o Camber relativo à pista, e o Camber relativo ao carro. Para manter o Camber ideal relativo à pista, a suspensão deve ser projetada de modo que o Camber da roda relativo ao carro se torne cada vez mais negativa quando a suspensão subir (deflexão para cima).

A ilustração abaixo mostra como isto funciona. Se a suspensão fosse projetada para não criar nenhuma alteração no Camber o eixo central deveria induzir ao Camber positivo da roda em relação a pista. Assim, para evitar o efeito do eixo central, a suspensão deve ser projetada de modo que puxe para dentro o alto da roda (ganhar mais Camber negativo) quando é deflexionada para cima.

Ao manter o ângulo ideal do Camber durante todo o curso da suspensão sabemos que o pneu se está operando com boa eficiência. A maioria das suspensões independentes são projetadas de modo que o Camber varie enquanto a roda sobe e desce. Faça um teste rápido para comprovar isto: Olhe seu carro de frente na bancada, veja que existe um pequeno Camber, agora levante o braço de suspensão com a mão. Note que a tendência da roda é continuar reta.

O Camber que nós ajustamos quando nós alinhamos o carro não é tipicamente o que é visto quando o carro está em uma curva! Entretanto é a única maneira que temos para fazer ajustes no Camber.

Nas competições é necessário ajustar o Camber em condições estáticas, ou seja, com o carro na bancada, então testar na pista e fazer alterações na cambagem até que seja atingida a condição ideal.

A melhor maneira de determinar a cambagem ideal é medir a temperatura da superfície dos pneus (bordas externas e internas) imediatamente depois de completar algumas voltas na pista em alta velocidade. Em geral é desejável ter a borda interna do pneu ligeiramente mais quente que a borda externa. Figura: (Superior Esquerda) Camber Positivo: A parte inferior dos pneus estão mais próximas que a parte superior. (Superior Direita) Camber Negativo: A parte superior dos pneus estão mais próximas que a parte inferior. (Centro) Quando a suspensão não altera o Camber durante a deflexão. Isto causa uma condição de extrema Cambagem positiva quando o carro está fazendo a curva (note na figura central direita). Os pneus perdem o contato com o solo. (Inferior) A suspensão altera o Camber durante a deflexão. Note que os pneus tendem a ficar em contato com o solo.

Acertar os ângulos dinâmicos de cambagem é uma das técnicas ninja do acerto de suspensão.

E não acaba por aqui... o setup de um carro envolve também: barras estabilizadoras, amortecedores e molas, diferenciais, down-stop, pneus, etc...

Testar é importante!

Os fabricantes de carros sempre recomendam configurações de TOE, Caster e Camber. Eles chegaram a estes números depois de testes exaustivos. Porém os objetivos dos fabricantes provavelmente são diferentes dos nossos, competidores. E o que funciona bem em uma determinada pista de corrida pode não ser bom em outra pista.

Então as configurações apropriadas são melhor determinadas por você através de testes. E a melhor maneira de fazê-lo é: Pista-Bancada-Pista-Bancada-Pista-Bancada-etc...

*Escrito por Cristiano Gimenes - RCMasters