Monday, October 31, 2011

Velomobile, prelúdio:

De início, e ainda em fase de ensaio, ficam aqui as primeiras fotos daquilo que supostamente viria a ser um velomobile 100% funcional. Fortemente influenciado no Quest (nomeadamente ao nível do dimensionamento, que é razoávelmente semelhante) e no WoodVM (que "apresentei" aqui e aqui, neste mesmo blog), tinha quase tudo para funcionar bem.

O processo foi uma sucessão de eliminação de opções, algumas das quais avançadas em posts anteriores. Pelo caminho tive que descartar uma série de hipóteses, incluindo uma que me era muito agradável, que era ter um  "leaning velomobile", acima de tudo por não me ter parecido uma solução prática, por excesso de complexidade e de peso. O resultado seria algo mais ou menos de acordo com as fotos dos ensaios que fiz - a base em contraplacado corresponde às medidas do quest, sem a parte frontal:










Optei por uma estrutura de chassis e cabine por oposição ao monocoque, acima de tudo por considerações práticas. Numa fase já mais avançada, terminei o que viria a ser o eixo dianteiro, uma peça fundamental em todo o conjunto e da qual dependeriam a geometria da direcção, a distribuição de carga do conjunto e consequentemente o comportamento dinâmico do veículo. Optei por dois ângulos de 20º, quer para a inclinação dos eixos de cada uma das rodas quer para o caster, o que me permitiria um ângulo "camber" de 5º negativos e uma folga de 5º para o caster, no limite. A distância interna é de 40,5 cm, que permitiria optar por ter a cabine por dentro ou por fora da estrutura do chassis.



Foi nesta fase que me apercebi de que o projecto não estava a caminhar  no bom sentido. Com efeito, para deixar a folga interna necessária à viragem da roda necessitaria de acrescentar uns bons centímetros à largura total da carenagem - o Quest é completamente fechado em redor das rodas. Ora, esse aumento necessário da largura (que no original provavelmente não ocorre (também) pelo facto de utilizar uma suspensão McPherson iria inviabilizar o projecto, dado que como alternativa teria que deixar as rodas dianteiras expostas, teria que alterar o dimensionamento da geometria e o resultado não estava de todo a agradar-me - ia terminar com uma largura de vias de cerca de um metro e uma largura total de 130 cms. Um submarino, portanto. Fora de questão.

Voltando atrás, às alternativas, fui buscar o corpo da LWB (que entretanto tenho utilizado para alguns experimentos, nomeadamente este que correu mal, mas que me deixou algumas idéias interessantes...


demasiado largo...




demasiado complexo e mal dimensionado...



e demasiado condenado ao fracasso mesmo na fase de ensaio, tal como comprovam as fotos. O corpo de uma leaning trike não é pêra doce de planear, e seguramente é coisa que não sai bem à primeira.


O princípio básico era interessante, a concretização foi muito má, até porque me decidi a um corte razoávelmente complexo, e o alinhamento correu mal. Mas o princípio era interessante, pelo que voltei à carga. E eis as fotos do actual ensaio que estou a fazer:


O mesmo eixo das fotos anteriores, aqui encurtado para uma largura mais aceitável, cerca de 63 cms de largura de vias, bastante mais simpática do que os números anteriores.


Uma perspectiva da roda traseira e do assento. Segundo as pesagens que fiz, e ainda com a estrutura em tosco, fico com 23+23 kg (frente) e 65 kg (traseira), o que será seguramente bastante bom em termos de tracção.




E pronto, para já é isto. Aparentemente vou seguir mesmo pelo "caminho das pedras", que passei este tempo todo a evitar: vou usar o chassis mais pesado (mas também o mais robusto e com suspensão), com o assento a uns bons 50 cms do solo (e também com a maior altura do chassis ao solo), com a distribuição de carga mais favorável e... o resto logo se vê.  Para já o sistema de direcção será por alavanca e cabo, mas ainda não faço a menor idéia de que modo irei controlar a inclinação do corpo, dadas as forças envolvidas e a ausência de realimentação. Mas estou a estudar o assunto...

Leaning, Tilting... Pendulos.

Já indiquei em posts anteriores alguns links para sites com informação sobre leaning trikes: http://jetrike.com/, para sistemas delta (neste caso com tracção e direcção dianteira); em http://www.fleettrikes.com/tilt%20steer%20tadpole.htm um exemplo de uma tadpole com um sistema de direcção que, pese embora a simplicidade e robustez do design, consegue bons desempenhos em situações não muito exigentes; no youtube um outro exemplo de implementação de um sistema simples que consegue responder parcialmente aos problemas levantados pelo modelo anterior. And so on, basta procurar, há diversas possibilidades que dão seguramente resposta a diferentes problemas. Para quem estiver empenhadamente interessado no assunto, pode encontrar aqui um apanhado de umas quantas patentes que englobarão seguramente os principais sistemas utilizados em diferentes configurações. Há de tudo para todos os gostos, e as combinações possíveis são quase infinitas. Durante o processo de maturação desta idéia estudei umas quantas possibilidades, nomeadamente a utilização de um sistema de direcção traseira (outro link aqui), a utilização de duas rodas dianteiras com trail negativo, etc etc etc. Acabei por voltar sempre às idéias mais simples e "tradicionais", que por aguma razão são tradicionais: porque funcionam. Soluções exóticas têm tendencialmente aplicações práticas muito restritas, e poderão ser (ou sair) bastante caras.


A grande maioria dos sistemas descritos na página das patentes do site jettrike.com tem um contra óbvio: um acréscimo brutal na complexidade - nem sempre acompanhado na mesma medida pela funcionalidade. Por outro lado, há sistemas menos complexos mas que acabam sempre por ter um ou outro ponto negativo não negligenciável: ou o raio de curva depende da inclinação do veículo (no caso do Zephyr, uma solução bastante simples e interessante), ou todo o sistema acaba por ser demasiado vulnerável às forças de travagem (como neste caso) ou acabam por ter uma largura de vias tal que não justifica o acréscimo da complexidade mecânica, ou são sistemas sem "realimentação". Em resumo, cada solução tem pontos fracos e pontos fortes, mais uma vez é uma questão de cedências ao que é efectivamente necessário. No caso do Zephyr o problema que se levanta é bastante óbvio: o raio da curva é directamente dependente da inclinação da trike, o que implica que, para uma determinada curva com um determinado raio apenas se consegue a inclinação óptima da trike a uma velocidade específica. O caso seguinte (um sistema patenteado por um senhor chamado Alan Maurer) consegue ultrapassar esta limitação recorrendo a uma implementação mecânica um pouco mais complexa, mas tem um contra bastante severo: a força de travagem aplicada às rodas dianteiras passa sempre para os controlos da direcção, o que podendo não ser mau em 99% dos casos, sê-lo-á seguramente nas situações limite.


Uma nota pessoal: Se o objectivo absoluto for a simplicidade e o baixo peso, a opção por um veículo deste tipo não é a mais acertada. A grande vantagem destes sistemas passa por conseguir um veículo com uma largura relativamente reduzida, uma altura razoável e com um comportamento dinâmico bastante similar ao de uma bicicleta. 


Para finalizar, deixo aqui mais alguns links com muita informação útil:
http://en.wikipedia.org/wiki/Bicycle_and_motorcycle_dynamics
http://en.wikipedia.org/wiki/Velomobile
http://en.wikipedia.org/wiki/Bicycle
http://en.wikipedia.org/wiki/Tilting_three_wheeler
http://en.wikipedia.org/wiki/Three-wheeled_car
http://en.wikipedia.org/wiki/Countersteering