Onde está o peso decide como o carro se comporta

Um carro é uma viga sobre dois apoios

Suba um eixo e depois o outro a uma báscula e o problema fica resolvido. O carro é uma viga rígida assente em dois apoios afastados de uma distância entre eixos, e a estática diz que a carga em cada apoio depende só da sua distância ao centro de gravidade. Tome momentos em relação ao eixo dianteiro: a carga do eixo traseiro vezes a distância entre eixos é igual ao peso total vezes a distância do eixo dianteiro ao centro de gravidade. Rearranjando, essa distância é simplesmente peso traseiro × distância entre eixos ÷ peso total.

Faça-o num veículo real. Um compacto de 1 500 kg com motor transversal põe 900 kg no eixo dianteiro e 600 kg no traseiro, com 2,70 m entre eixos. O centro de gravidade está a 600 × 2,70 ÷ 1500 = 1,08 m atrás das rodas dianteiras, ou seja a 1,62 m à frente das traseiras — e 1,08 ÷ 2,70 dá 40 %, exatamente a parte do eixo traseiro. Não é coincidência: a fração de distância entre eixos e a fração de massa são o mesmo número lido pelas duas pontas. Visto isso, a conta faz-se de cabeça.

O que a repartição estática compra mesmo

A aderência máxima de um pneu cresce com a carga que suporta, mas não em proporção: duplique a carga e o grip sobe menos do dobro. Só esse facto explica por que a repartição importa. Um eixo que leva 60 % da massa não pode dar 60 % da aderência — dá um pouco menos, e o eixo aliviado dá um pouco mais por quilograma do que a sua parte. A consequência é que um carro rende mais quando os dois eixos estão carregados de forma mais igual, e é por isso que se persegue o 50/50 e que existem os motores centrais.

Também explica o comportamento por defeito. Ponha 60 % da massa no eixo direcional e os pneus dianteiros atingem o limite antes dos traseiros; o carro abre a trajetória em vez de se atravessar. Isso é subviragem, e é escolhida de propósito porque é o modo de falha a que um condutor sem formação sobrevive: alivia o pé e o nariz volta a entrar. O outro modo, o eixo traseiro a soltar-se primeiro, exige uma correção que a maioria não tem. Nada disto diz se um carro é bom ou mau; diz que eixo satura primeiro, e isso decide-o a posição da massa.

Travar desloca a massa, e a quantidade é exata

Quando um carro desacelera, a força de travagem atua ao nível do solo enquanto a inércia atua no centro de gravidade, que está mais acima. O binário resultante vale a força vezes a altura do centro de gravidade. A distância entre eixos opõe-se-lhe, daí a transferência ΔW = m × a × h ÷ L: massa × desaceleração × altura do centro de gravidade, a dividir pela distância entre eixos. Repare no que falta: molas, amortecedores, pneus, repartição de travagem. Nenhum altera a transferência total. Molas mais macias deixam o nariz mergulhar mais, mas a carga que chega ao eixo dianteiro é a mesma.

Passe o carro de exemplo pela fórmula. A 0,8 g — uma travagem firme em piso seco — a transferência vale 1500 × 0,8 × 0,55 ÷ 2,70 = 244 kg. O eixo dianteiro passa de 900 para 1 144 kg e o traseiro de 600 para 356 kg. Em percentagem, o carro passa de 60/40 para 76/24 no tempo que o pedal leva a descer. O eixo traseiro perdeu 41 % da carga que tinha um segundo antes, e perdeu-a exatamente quando lhe pedem a sua parte da paragem. A tabela acima refaz a conta, do simples roçar do pedal à travagem de emergência.

Porque seria o eixo traseiro a bloquear

Um sistema de travões reparte o seu esforço entre os eixos numa proporção fixa, ou quase. A carga sobre os eixos não fica fixa: a tabela mostra-a a passar de 60/40 para 80/20 à medida que a desaceleração sobe. Algures nesse percurso os travões traseiros aplicam mais força do que os pneus traseiros aliviados conseguem transmitir, e as rodas traseiras bloqueiam. Um eixo traseiro bloqueado não tem aderência lateral nenhuma, por isso a traseira sai ao mínimo desvio. É por isso que o bloqueio traseiro é o caso perigoso e o dianteiro apenas o caso lento.

A regulamentação sabe-o. O Regulamento ONU n.º 13-H, com o qual os ligeiros de passageiros são homologados em travagem, exige que o eixo dianteiro atinja o limite de aderência antes do traseiro na gama útil de atrito da estrada, e o construtor tem de o demonstrar com curvas de utilização de aderência. Os carros conseguem-no com um repartidor ou, hoje universalmente, com repartição eletrónica a ler a velocidade de cada roda. Nada disso elimina a transferência; apenas desloca o esforço de travagem para a frente à medida que ela ocorre. E é por isso que carregar muito a mala altera o equilíbrio que o engenheiro de travões assumiu.

A mesma alavanca, de lado

A curva faz exatamente o mesmo ao largo da via em vez de ao longo da distância entre eixos: ΔW = m × a × h ÷ t, com t a largura da via. O carro de exemplo tem 1,55 m de via e o centro de gravidade a 0,55 m; a 0,8 g lateral transfere 1500 × 0,8 × 0,55 ÷ 1,55 = 426 kg das rodas interiores para as exteriores. O lado interior, que levava 750 kg parado, cai para 324 kg. Force até as rodas interiores não levarem nada e o carro está no limiar do capotamento; isso acontece a uma aceleração lateral de t ÷ 2h, aqui 1,55 ÷ 1,10 = 1,41 g.

Essa relação tem nome: o fator de estabilidade estática, e é o que as agências de segurança rodoviária calculam quando publicam notas de capotamento. Suba o centro de gravidade para 0,75 m, como num crossover alto, e com 1,60 m de via o fator cai para 1,07 g: uma manobra que o compacto se limitaria a deslizar pode pôr o veículo alto sobre duas rodas. Entre os dois eixos, além disso, a parte da transferência lateral que cada um assume depende da rigidez em rolamento de cada trem. Endureça a barra estabilizadora dianteira e o eixo dianteiro absorve mais, perde aderência mais cedo e o carro subvira mais. É a afinação de comportamento mais barata que existe, e é pura aritmética de alavanca.

Carga atrás do eixo traseiro alivia o dianteiro

Este é o resultado em que as pessoas se recusam a acreditar, e sai diretamente da alavanca. Coloque uma carga atrás do eixo traseiro e esse eixo passa a ser um apoio, com a carga de um lado e o carro todo do outro. Tome momentos em relação ao eixo traseiro: a massa acrescentada vezes a sua distância atrás do eixo tem de ser compensada por uma descida da carga dianteira vezes a distância entre eixos. Assim o eixo dianteiro perde P × d ÷ L, e o traseiro ganha a carga inteira mais essa mesma quantidade.

Os números: 100 kg de bagagem a 1,00 m atrás do eixo traseiro do carro de exemplo tiram 100 × 1,00 ÷ 2,70 = 37 kg ao eixo dianteiro e põem 137 no traseiro. O carro pesa agora 1 600 kg e a sua parte dianteira caiu de 60,0 % para 53,9 %. Seis pontos de equilíbrio deslocados por onde foi uma mala. A direção alivia, os pneus dianteiros têm menos carga para explorar, os faróis apontam mais alto, e nada disso estava no folheto.

A homologação europeia põe um chão. O Regulamento (UE) n.º 1230/2012 exige que, com o veículo carregado à sua massa máxima admissível, o eixo dianteiro suporte pelo menos 30 % dessa massa — e que, somando ainda a carga no engate, continue a suportar pelo menos 20 %. Esses dois números existem precisamente porque, de outro modo, um projetista poderia fazer um veículo cujo eixo dianteiro se esvazia à medida que se enche a traseira. São o enunciado regulamentar da conta acima.

A regra de carga que sai de tudo isto

Três termos decidem tudo o que ficou dito: a distância da massa aos eixos, a sua altura e o seu afastamento do eixo longitudinal. Portanto carregue pesado em baixo, carregue entre eixos e não atrás do traseiro, e coloque ao centro do veículo e não de um lado nem no tejadilho. Uma mala de tejadilho é o pior sítio para massa, não pelo peso mas pela altura: sobe h, que comanda ao mesmo tempo a transferência longitudinal e o limiar de capotamento.

E depois de carregar, verifique as duas coisas que decorrem da carga e não da bagagem. As pressões dos pneus devem passar aos valores «em carga» do pilar da porta, porque o acréscimo de carga por pneu é real e a pressão que suportava o carro vazio não suportará este. A afinação dos faróis deve ser corrigida, porque a carroçaria empinou e o feixe com ela. As duas coisas levam menos de cinco minutos e as duas estão na chapa do veículo ou no seu manual.

Perguntas frequentes

Como encontro o centro de gravidade do meu carro sem oficina?

A sua posição longitudinal só precisa de dois números que consegue em qualquer báscula pública: o peso por eixo e a distância entre eixos, que consta do documento do veículo. Distância atrás do eixo dianteiro = peso traseiro × distância entre eixos ÷ total. A altura é bem mais difícil: o método normalizado inclina ou levanta um eixo e volta a pesar, o que exige equipamento. Para o dia a dia, assuma mais ou menos a altura dos centros das rodas num carro baixo e bastante mais em qualquer veículo alto.

A repartição 50/50 é mesmo melhor?

Para o máximo de aderência combinada, sim: cargas iguais fazem os dois eixos trabalhar na mesma fração da sua capacidade. Mas não é grátis nem é a história toda. Na travagem a repartição vai para a frente venha de onde vier, por isso um 50/50 acaba carregado à frente precisamente quando importa; daí algumas propulsões nascerem ligeiramente carregadas atrás em repouso. E um carro com as massas nos extremos — motor à frente do eixo dianteiro, bagagem atrás do traseiro — pode ser perfeitamente 50/50 e responder devagar, porque a sua resistência a rodar é alta.

Um carro mais pesado transfere mais massa na travagem?

Em valor absoluto sim, porque a massa está na fórmula. Em valor relativo não: divida ΔW pela massa total e a massa cancela-se, ficando desaceleração × altura ÷ distância entre eixos. Dois carros com a mesma altura de centro de gravidade e a mesma distância entre eixos deslocam a mesma percentagem do seu peso à mesma desaceleração, pesem o que pesarem. Por isso as percentagens da tabela são idênticas para um carro de 1 500 kg e o seu equivalente em libras: são as mesmas proporções, independentes das unidades.

Porque é que o meu carro parece diferente com quatro pessoas?

Porque acrescentou cerca de um quinto da massa do veículo, a maior parte atrás do centro de gravidade e toda ela à altura do assento, não do piso. A parte do eixo traseiro sobe, o centro de gravidade recua e sobe, e com ele deslocam-se o limiar de capotamento e o equilíbrio de travagem. O carro inclinará mais, demorará mais a parar e dirigirá com menos tato. É também por isso que o pilar da porta traz dois conjuntos de pressões, e por isso existe o conjunto mais alto.

Uma suspensão mais dura reduz a transferência de carga?

Não. A transferência total é fixada pela massa, pela aceleração, pela altura do centro de gravidade e pela distância entre eixos ou pela via; as molas não aparecem. Molas mais duras reduzem quanto a carroçaria se move e com que rapidez a carga chega, o que muda o tato e a vivacidade, mas as cargas finais por eixo são as mesmas. As únicas formas reais de reduzir a transferência são baixar o centro de gravidade, alongar a distância entre eixos ou alargar a via: geometria, não amortecimento.