Desde os primeiros dias de corridas de automóveis, foram feitas tentativas de engenharia de carros que irão mais rápido e melhorará. A diferença entre ganhar e perder pode ser medida em fracções de um segundo. O excesso de peso pode resultar em tempos mais lentos, mas o ângulo do nariz do carro e a capacidade do carro de "furar" nas curvas também são críticas para o desempenho. As células de carga podem ajudar a otimizar o desempenho, e atualmente elas são utilizadas em toda a indústria automobilística de NASCAR para o IHRA.
Em termos simples, uma célula de carga é um sensor que utiliza tecnologia de strain gauge. Quando a força é aplicada, provoca deformação ou movimento que pode ser medido. Liberar a força também produz uma mudança mensurável. No entanto, as próprias células de carga são dispositivos mecânicos passivos e passíveis de serem ligados a um segundo dispositivo, como um computador ou uma tela digital, para produzir dados significativos.
Para entender como células de carga podem ser benéficas para carros de corrida, considere algumas leis básicas da física. A terceira lei de movimento de Newton afirma que, quando a força for aplicada, uma quantidade igual de força será gerada na direção oposta. Talvez o exemplo mais óbvio do mundo real com o qual a maioria das pessoas conheça o que acontece com os ocupantes de um carro durante a travagem de emergência, geralmente chamado de parada de pânico. À medida que o impulso do carro é preso, os corpos dos ocupantes continuam a avançar na velocidade anterior. Isso está de acordo com a segunda lei de Newton - que os objetos em movimento tendem a permanecer em movimento a menos que uma força externa seja encontrada. No entanto, uma vez que o impulso avançado dos ocupantes foi interrompido, seus corpos serão forçados para trás com a mesma força que avançaram.
A segunda lei da física envolvida com células de carga para corrida é o conceito de força centrípeta, ou interna. Considere os passageiros em um carro que faz uma curva à direita com uma alta velocidade. Durante o turno, eles sentirão que estão sendo movidos para a esquerda. Na realidade, seus corpos estão tentando continuar movendo-se em linha reta (a segunda lei de Newton), o que não é mais possível porque o próprio carro tomou uma nova direção.
Embora outras propriedades da física se apliquem, bem como a matemática por trás de fatores, como o ângulo de uma curva bancada em relação à velocidade, pouco se deve ganhar discutindo-os neste momento. Os dois exemplos apresentados são suficientes para entender o que acontece com um carro de corrida a altas velocidades e por que as células de carga podem ajudar os engenheiros a melhorar o desempenho. No entanto, talvez seja de notar que o centro de gravidade e o torque do eixo traseiro do carro desempenham papéis importantes para manter o nariz do carro baixo, o que, por sua vez, permite velocidades ligeiramente maiores.
As leis da física discutidas fornecem as pistas necessárias para entender por que os carros de corrida às vezes rodam ou deslizam lateralmente em curvas. As rodas se voltam, mas o chassi quer continuar em linha reta. Mesmo que o motorista mantenha o controle do veículo, milissegundos preciosos podem ser perdidos. Se o driver deve diminuir antes de entrar em um turno, ainda pode perder mais tempo.
Existe um problema diferente (mas relacionado) quando o carro encontra uma colisão no pavimento. Shocks e springs comprimem para mitigar o jarring, mas eles então se recuperam. Se o choque tiver sido severo, o rebote resultante pode forçar o nariz do carro ainda maior do que era antes do choque. Manter o nariz do carro colado na pista (figurativamente falando) tem sido um objetivo desde os primeiros dias de corrida, pois aumenta as velocidades.
As células de carga permitem aos engenheiros medir o peso suportado por cada pneu e o movimento de cada roda durante as operações reais. Os dados podem revelar como o chassi responde a várias velocidades, solavancos, travagem e voltas difíceis. Isso permite que os engenheiros façam alterações - às vezes mudanças extremamente pequenas - para melhorar o desempenho.
Um estudo de caso pode fornecer uma visão adicional. A equipe Cornell Racing FSAE usa células de carga para ajudar a otimizar o desempenho. A competição Formula SAE é realizada anualmente, com 140 escolas e 12 países representados. A equipe da Cornell coloca no top 10 praticamente todos os anos, e Cornell ganhou o campeonato mundial sete vezes.
A equipe escolheu as células de carga MLP-1k das Transducer Techniques para medir as forças exercidas em cada um dos cantos do carro e a célula de carga CSP-3k para medir as forças às quais o subestrutão do trem de transmissão foi submetido. Os dados coletados permitiram que a equipe aperfeiçoasse o sistema de suspensão, peças não retiradas e inúmeras zonas dentro do monopô composto. Também permitiu uma determinação precisa da vida de fadiga dos componentes do trem de transmissão. Como resultado, a equipe de design foi capaz de reduzir o peso das quatro áreas. (Uma entrevista em vídeo com três membros da equipe da Cornell está disponível clicando neste link.)
Embora os carros de corrida utilizem principalmente células de carga para sistemas de suspensão, os engenheiros estão atualmente usando ou testando células de carga para outras áreas. Muitos dragsters estão equipados com células de carga de barra rodada para medir as forças de lançamento exercidas na barra de roda. As células de carga podem medir a força exercida em uma mudança de marchas pelo motorista para ajudar a determinar como isso se relaciona com o desgaste da transmissão. Os freios são outra área que pode empregar células de carga, uma vez que freios em um carro de corrida respondem à pressão exercida pelo motorista em vez de viajar no pedal. Sem dúvida, os engenheiros de corrida continuarão a descobrir novos usos para células de carga para otimizar o desempenho.