Hermenêutica é um termo que se refere ao ato de interpretar dados. Assim, talvez seja possível inferir que a análise de dados de carros de corrida é a hermenêutica do comportamento do veículo. Na análise de dados de carros de corrida o objetivo é compreender o comportamento do veículo para reduzir o ΔT. Consequentemente, isto é utilizado para responder a algumas questões e fazer comparações com outros pilotos, carros e voltas. Normalmente na área de automobilismo o profissional responsável pela aquisição de dados é o “data analysis guy” ou apenas DAG. O engenheiro de corrida e o DAG normalmente ocupam posições diferentes. O primeiro trata do driver, enquanto o DAG é responsável pela análise do banco de dados. Frequentemente, a telemetria é chamada de dado que está sendo analisado, mas são os dados vistos ao vivo nos monitores, enquanto o carro está correndo. No campo das corridas, os sistemas de aquisição de dados são baseados em seis parâmetros, rotações do motor (RPM), velocidade do veículo, posição do acelerador, ângulo de direção, acelerações laterais e longitudinais (Gy e Gx, respectivamente). Este artigo propõe uma breve introdução sobre os sistemas de aquisição de dados adotados em carros de corrida e seus princípios.

O que é análise de dados?

A principal dificuldade do analista de aquisição de dados é a capacidade de converter uma linguagem subjetiva ou imprecisa em medidas quantitativas. O motorista já teve esse trabalho no passado, pois não existia nenhum sistema de aquisição de dados. Hoje em dia, o seu papel foi reduzido a apenas conduzir o mais rápido possível. A Figura 1 ilustra a pirâmide que descreve o caminho usual da análise de dados. Tudo começa com informações ou dados brutos, que são apenas números. Porém, quando esses dados são considerados dentro de um contexto, eles se tornam uma informação. Estes são basicamente dados estruturados ou organizados. Quando a informação ganha um significado, ela se torna um conhecimento, que trata de acontecimentos passados. Portanto, isso gera um insight, que se torna uma sabedoria. Como sempre existe um propósito, isso finalmente se torna uma decisão. O ponto mais importante é ter consciência em qual degrau dessa pirâmide está a análise. Portanto, os dados brutos sem um contexto adequado são apenas uma coleção de dados. O contexto é necessário para explicar os dados.

Quebrando a informação

Handling é um termo frequentemente usado em muitas áreas do automobilismo. Nas corridas, o manejo é essencialmente guinada, dinâmica lateral e equilíbrio. Portanto, é um termo que se refere à dinâmica do veículo nas curvas. Os dados vêm de pistas e/ou simuladores. Este último é um gerador de dados. O driver aciona o simulador e os dados são registrados virtualmente. O simulador, ou drive-on-the-loop, não é apenas uma ferramenta para avaliar diferentes ajustes e configurações, é também uma fonte de dados que geralmente é difícil de medir em testes de pista. Por exemplo, ângulos de deslizamento, cargas nas rodas (cargas verticais) e força de aderência dos pneus. Todos esses são parâmetros interessantes e muito difíceis de medir no ambiente real. A análise de dados não é simulação, mas sim a interpretação e avaliação dos dados. Além disso, trata-se de uma síntese, pois a análise dos dados busca quebrar as informações em pequenos pedaços para proporcionar um melhor entendimento. A síntese é o oposto da análise, procura derivar grandes detalhes de pequenos dados. Por exemplo, quando o processo procura números, é analítico, quando procura um comportamento ou um parâmetro final, é síntese. A análise de dados é a compreensão de eventos passados através de padrões e sinais.

Dinâmica do veículo

A análise de dados trata da quantidade de informações que vem da dinâmica do veículo. A Figura 2 ilustra as três principais análises: condução, manuseio e desempenho. É possível notar que em todos eles há algum grau de rolagem. Estes são geralmente os efeitos da transferência de carga. Na verdade, isso também se deve ao fato de cada roda ser medida de forma independente. Assim, as diferenças entre rodas do mesmo eixo ocorrem devido ao rolamento. Portanto, o rolamento pode ser considerado uma espécie de dinâmica de acoplamento, pois sem o rolamento essas manobras seriam completamente desacopladas, independentes.

Influência do peso

Outro aspecto importante para a dinâmica do veículo é o peso. Esta é uma grande preocupação em termos de rigidez, estrutura e design. O are refere-se aos efeitos no downforce e no arrasto. Os pneus são a interface, mas também o que preocupa os dinamicistas dos veículos. Assim, o veículo fica sujeito ao seu peso e às forças aerodinâmicas e o pneu desenvolve aderência em função destas (Figura 3). A função do dinamicista veicular é levar em consideração o design, a aerodinâmica, o trem de força e os pneus para gerar o máximo de aderência. Isso significa que para uma determinada massa é gerada a quantidade máxima de aceleração. O melhor dinamicista veicular é capaz de extrair a aceleração máxima de uma determinada massa, um veículo, pois a aderência (Figura 3) é uma força, esta é aplicada a uma massa torna-se aceleração. Conseqüentemente, corrida é a geração da quantidade máxima de aceleração para uma determinada massa. A dificuldade de uma corrida é o seu comportamento hiperestático devido aos seus quatro pontos de contato. A segunda dificuldade é o meio de contato, os pneus são altamente não lineares. A terceira é que esta não linearidade varia com a temperatura. A última dificuldade é a pista, que nunca é a mesma.

Normalmente, para carros não aerodinâmicos, a aceleração lateral (Gy) está na mesma ordem de grandeza do coeficiente de atrito. A razão é que a carga vertical (Fz) é igual ao peso do veículo. Num carro com aerodinâmica, Gy é igual, mas a aderência lateral (Fy) é diferente (Figura 4). Estes são os tempos de atrito que o veículo carrega, que são as cargas aerodinâmicas (A) e o peso (W) juntos. Assim, a aceleração lateral é descrita pela expressão vista na Figura 4. É superior a 1, portanto superior ao coeficiente de atrito (μ). Portanto, a aderência resiste apenas à massa, a força descendente é uma força física sem peso. Esta é a razão pela qual a força descendente é necessária para atingir altas acelerações laterais.

Modelo de bicicleta

O modelo de veículo mais comum utilizado para análise de dados é o modelo de bicicleta, conforme visto na Figura 5. Uma das principais equações é a do ângulo de deslizamento lateral:

β = (b/R) – α_r

O ângulo de deslizamento lateral, além do quociente b/R, está relacionado apenas ao ângulo de deslizamento traseiro. O ângulo de deslizamento lateral é a rotação do carro em torno de seu centro de gravidade (CoG). Portanto, β é uma função apenas de αr. A segunda equação principal é o ângulo do volante. Além de seu valor constante L/R, é uma função da diferença entre os ângulos de deslizamento dianteiro e traseiro:

δ = (L/R) + α_f – α_r

β e δ são parâmetros do carro, enquanto αf e αr são parâmetros do pneu. O modelo da bicicleta pode ser descrito em termos de ângulos de deslizamento ou em termos de direção e ângulos de deslizamento lateral. Se for possível medir αf e αr, então são obtidos os ângulos de direção e de deslizamento lateral. Por outro lado, se forem medidos os ângulos de direção e de deslizamento lateral, então serão encontrados os ângulos de deslizamento. Estes consideram que os pressupostos são o modelo de bicicleta e os movimentos de estado estacionário. A diferença entre os ângulos de deslizamento dianteiro e traseiro é o equilíbrio do carro. Normalmente isso é definido como subviragem e sobreviragem, estes são um equilíbrio estável e instável, respectivamente. Conseqüentemente, subviragem e sobreviragem referem-se a estágios de equilíbrio, portanto o equilíbrio do carro é julgado em termos de estados estacionários.

Não é possível detectar subviragem pela entrada de direção δ. Na verdade, isso é percebido pelo gráfico da Figura 7. Uma relação importante é aquela da aceleração lateral, destacada na Figura 7. Esta é a velocidade multiplicada pela soma da derivada do ângulo de deslizamento lateral e da taxa de guinada. Como está sendo considerada uma série de movimentos em estado estacionário, a derivada do ângulo de deslizamento lateral é zero. Conseqüentemente, a aceleração lateral é contabilizada apenas pela taxa de guinada vezes a velocidade do veículo. Nesta equação, a velocidade e a taxa de guinada podem ser medidas por sensores, o que significa que é possível calcular a derivada do ângulo de deslizamento lateral. A integral deste parâmetro resulta no ângulo de deslizamento lateral. Assim, o gráfico visto na Figura 6 pode ser construído. Num evento de canto, os valores destes parâmetros variam conforme visto na Figura 7.

Antes de entrar no canto, a taxa de escorregamento lateral é igual a zero, portanto sua integral também é zero. Na extremidade do canto, a taxa de escorregamento lateral é zero novamente. Porém, se a integral for feita desde a entrada do canto até o final, é possível obter o valor residual de cada canto. Assim, uma estimativa crítica do ângulo de deslizamento lateral pode ser obtida e, portanto, dos ângulos de deslizamento do pneu. O modelo de bicicleta é definido como uma série de movimentos em estado estacionário devido às características de leveza dos carros de corrida. Os efeitos transitórios referem-se aos efeitos de inércia, portanto, às acelerações de guinada e às acelerações longitudinais. Como os carros de corrida são leves, os efeitos inerciais são reduzidos. Portanto, é possível aproximar cada sequência de movimento como uma série de estados estacionários. No entanto, existem algumas situações para carros de corrida que podem ser definidas como transitórias. São eles o giro da roda, o giro do veículo e quando o carro sai da pista. A razão é que a dinâmica dos veículos de corrida lida com movimentos de baixa frequência para reduzir os efeitos transitórios. Isto é possível porque os carros de corrida são leves. Mais massa significa mais aceleração e tempo para o carro mudar de velocidade. Para automóveis de estrada, esta suposição não pode ser feita, uma vez que a massa é maior.

Referências

• Este artigo foi escrito com base nas notas de aula escritas durante as palestras de Dinâmica Aplicada de Veículos ministradas na Dallara Accademy;
• Segers. J. Analisys Tequiniques for Racecar Data Acquisition, 1° Edição. Warrendale, PA. SAE International. 2008.