dinamica de veiculos frenagem

DINMICA DE VECULOS

2/2015

Profa. Suzana Moreira Avila, DSc

Frenagem- Desempenho dos Freios -

Suzana Moreira Avila 1/2014

Cargas sobre o veculo

Plano da Aula

Equaes Bsicas

Foras de Frenagem

Tipos de Freios

Requisitos

Proporcionalidade

Exemplo

Equaes Bsicas

W peso do veculo

g acelerao da gravidade

Dx desacelerao linear (Dx = - ax)

Fxf fora de frenagem no eixo dianteiro

Fxr fora de frenagem no eixo traseiro

DA arrasto aerodinmico

ngulo de aclive

sin WDFFDg

WaM Axrxfxx

Desacelerao Constante

dt

dV

M

FD xtx

MF

VVt

frenagemdetempo

xt

foS

x

o

xt

oS

f

D

V

MF

Vt

Vtotalparada

0

x

o

xt

fo

f

D

V

MF

VVSD

Vtotalparada

22

0

22

MF

VVX

percorridadistncia

xt

fo

2

22

dt

dxV


2CVFF bx

b

ob

F

CVF

C

MSD

2

ln2

Influncia Aerodinmica

Parada Total Vf = 0


222

fo VVM

E

s

o

t

VM

t

EP

2

2

Trabalho variao de energia cintica

Potncia Dissipada at a Parada Total


Exemplo 1:Veculo Urbano

W = 13340N

Vo = 129km/h

ts = 8s

E = 8.702105J

P = 292 hp

Exemplo 2:Caminho

W = 355900N

Vo = 96km/h

ts = 20s

E = 1.305105J

P = 1750 hp

Tipos de Freios

Freio Tambor - https://www.youtube.com/watch?v=rgbDyJhBb4c&NR=1 Freio disco - https://www.youtube.com/watch?v=bnc3VnQ8kUY&feature=related

Freio a Disco

Freio a Disco

A maioria dos carros possui freio a disco nas rodas dianteiras;

Pina flutuante de pisto;

Sistema semelhante bicicleta;

Transforma energia cintica em calor gerado pelo atrito entre as pastilhas e o disco;

Carros com freio disco nas 4 rodas, tem freio de estacionamento acionado por mecanismo em separado.

Freio a Disco

Os freios a disco vm sendo cada vez mais utilizados em veculosrodovirios de grande porte uma vez que este tipo de freio proporcionamaior segurana, graas a sua maior eficincia de frenagem e maiorresistncia trmica. A prolongada vida til das pastilhas de freio e afacilidade de troca dos componentes significa uma reduo dos custos demanuteno, sendo essa uma importante vantagem para os proprietriosde veculos grandes e pesados.

Outro fato destacvel que os freios a disco esto mais expostos ao ar edissipam o calor mais rapidamente do que os freios de tambor, portanto,sendo mais eficazes em caso de sobreaquecimento e tambm nautilizao prolongada. Este um fator muito importante para a maioriados automveis de elevada potncia.

Na atualidade, a maioria dos veculos de passeios apresenta-se com freiosa disco nas rodas dianteiras (mais de 60%), podendo tambm serencontrados nas rodas traseiras e em alguns modelos especiais, nasquatro rodas, sendo os discos dianteiros geralmente ventilados. Muitostm sistema de freios misto - a disco na frente e a tambor atrs.

http://salaodocarro.com.br/como-funciona/freios-a-disco.html

Freio a Disco

http://salaodocarro.com.br/como-funciona/freios-a-disco.html

Freio a Tambor

Freio a Tambor

As sapatas exercem presso contra uma fonte giratria.

Geralmente utilizado nas rodas traseiras;

Tm a desvantagem de possuir mais peas e apresentar maior dificuldade no reparo do que os freios a disco;

Fabricao relativamente mais barata;

Mltipla funo: a funo primria de freio de servioe sua funo secundria de atuar como freio deestacionamento, tendo ainda uma funo terciria,servindo como freio de emergncia quando o veculoperde parcialmente ou totalmente o freio dianteiro;

Como funciona o Freio a Tambor

Um freio hidrulico de tambor consiste num tambor(conhecido comumente como panela), fabricadogeralmente de ferro fundido, tendo dentro dele duassapatas semicirculares que contm as lonas fixas aelas.

No passado, as lonas eram fabricadas em amianto,sendo atualmente normalmente construdas a partirde fibras sintticas e outros agentes como lato,palha de ao, grafite, resina, dentre outros.

No processo de frenagem, as lonas so empurradaspelos mbolos do cilindro da roda contra o tambor,gerando o atrito.


http://salaodocarro.com.br/como-funciona/freios-a-tambor.html


O tambor com o material de atrito, por sua vez, est ligado roda e gira concomitantemente com ela. Obviamente, seo tambor diminuir sua velocidade ou mesmo parar, omesmo acontecer roda.

O uso de duas sapatas proporciona melhor aproveitamentodo material de atrito dentro do tambor e ainda o equilbriodos esforos nos apoios. As sapatas so classificadas deduas maneiras, segundo o sentido de seu uso.

A sapata chamada de primria quando o sentido deaplicao da fora nela coincide com o sentido de rotaodo tambor, com uma tendncia de pux-la contra o tambor.Isto consequentemente melhora o contato da lona com otambor e aumentando o atrito (frenagem).


Por seu turno, a sapata secundria quando o sentidode aplicao da fora nela contrrio ao sentido dotambor, com uma tendncia de afastar-se do tambor,prejudicando o contato da lona com o tambor,reduzindo o atrito (frenagem).

Normalmente o freio a tambor instalado em cadaroda ou conjunto de rodas do veculo. Em geral, aeficincia de frenagem/travagem do sistema variaentre 15 30%. Quando os freios so novos e bemmantidos, a relao de frenagem aproximadamente60% dianteira e 40% traseira para veculos com traotraseira e 80% e 20% respectivamente nos veculos detrao dianteira.

Freio a Tambor Fator de Frenagem

O Fator de frenagem a vantagem mecnicaque pode ser utilizada em freios a tambor paraminimizar o esforo de atuao necessrio.


AAaP NmNnePM

AA NF BB NF

nm

e

P

F

A

A

nm

e

P

F

A

B

BA FF

Fator de frenagem maior com o aumento de


A sapata A (direita) a sapata principal; O momento produzido pela fora de frico na

sapata age rotacionando a mesma no sentidooposto ao tambor, aumentando assim a forade frico desenvolvida.

Sapata B (esquerda) a sapata de arrasto, afora de frico age reduzindo a fora deaplicao.

Instabilidades

Torque medido em um dinmometro inercial no laboratrio.

=

Fora de frenagem no solo.

Atrito Pneu-Pista

Atrito pneu-pista

A adeso superfcie vem dos vnculosintermoleculares entre a borracha e os agregados dasuperfcie da pista.

A componente de adeso maior em pistas secas, mas substancialmente reduzida com a presena de gua.Isso explica a perda de frico em pistas molhadas.

O mecanismo de histerese representa a perda deenergia na borracha medida que desliza sobre oagregado na pista.

Atrito pneu-pista

A frico por histerese no to afetada pelagua na superfcie da pista, desta forma melhortrao obtida em pistas molhadas com pneusconfeccionados com borrachas de alta histerese.

Tanto a adeso como a histerese dependem decerta forma na quantidade de escorregamentoque ocorre ao longo da interface pneu-pista

Atrito pneu-pista

O deslizamento definido como uma grandezaadimensional, como o percentual dedeslizamento na superfcie de contato:

r: raio efetivo de rotao d pneu

: velocidade angular da roda V: velocidade linear

100x1(%)Slip

V

r

Atrito Pneu-Pista

Coeficiente de Frenagem

Escorregamento

z

x

F

FBC

V

rVsx

Atrito pneu-pista

Sob condies tpicas de frenagem a foralongitudinal produzida pelo pneu varia com odeslizamento como mostra o grfico a seguir.

medida que o deslizamento aumenta a fora defrico cresce com uma inclinao que define apropriedade do pneu de rigidez longitudinal.

A rigidez longitudinal tende a ser menor quandoo pneu ainda novo.

Atrito pneu-pista

Atrito pneu-pista

Em uma superfcie seca, quando o deslizamento alcana 15 a 20 %, a fora de frico atinge seu valor mximo.

Depois deste ponto a fora comea a decair medida que o pneu tende a travar (100% de deslizamento).

A performance em superfcies mais deslizantes similar anterior com a diferena de atingir picos de fora de frico menores.

Exemplo

Requisitos para Desempenho em FrenagemFMVSS 105 - Condies de uso:

1 eficcia totalmente carregado freio no amaciado deve parar de 30 mph com 17 ft/s2 e

de 60 mph com 18 ft/s2

2 eficcia totalmente carregado freio amaciado deve parar de 30 mph com 17 ft/s2,

de 60 mph com 19 ft/s2, e de 80 mph com 18 ft/s2.

Requisitos para Desempenho em Frenagem

NHTSA - National Highway Traffic Safety Administration

FMVSS - Federal Motor Vehicle Safety Standard

FMVSS 105 - Requisitos para desempenho em frenagem para veculos com sistema de freio hidrulico.

FMVSS 121 - Requisitos para desempenho em frenagem para veculos com sistema de freio a ar.

Proporo de FrenagemTransferncia de carga para o eixo dianteiro

xr

xf

Dg

W

L

hW

L

bW

Dg

W

L

hW

L

cW

Fora Mxima de Frenagem

xrsprpxmr

xfspfpxmf

Dg

W

L

hWWF

Dg

W

L

hWWF

Proporo de Frenagem

A desacelerao por frenagem no veculo produto dado nvel de aplicao e do ganho dos freios antes dotravamento da roda ocorrer em um dos eixos.

O travamento reduz as foras de frenagem em um eixoe resulta na perda da capacidade de controlar oveculo.

reconhecido que o projeto ideal levar ambos oseixos at o ponto de travamento simultaneamente.

No entanto no possvel cobrir toda a margem decondies de operao do veculo.

Balancear as sadas dos freios nos eixos dianteiros etraseiros alcanado fazendo-se uma proporo dosfreios de acordo com o pico de foras de traopossveis.

Fora de Frenagem em funo da desacelerao

Proporo de FrenagemDesacelerao no limite de cada eixo

M

FFD

M

FFD xfxmrx

xrxmfx

Fora Mxima de Frenagem

Lh

g

W

L

hW

F

Lh

g

W

L

hW

F

p

rsp

xmr

p

fsp

xmf

11

Fora Mxima de Frenagem no eixos

Fora mxima de frenagem nos eixos

A fora de frenagem mxima do eixo dianteirodepende daquela no eixo traseiro atravs dadesacelerao e a transferncia de carga para frenteassociada, resultante da ao do freio traseiro;

O mesmo efeito se verifica no eixo traseiroreciprocamente;

Aumentando o coeficiente P ou a altura do CG eleva-se a inclinao das retas de fora de frenagem mxima;

Variando a condio de carga do veculo translada-se aorigem de cada linha no grfico.

O ponto de interseco dos limites do freio dianteiro e traseiro so:

= +

=

Uma tentativa em frear o veculo em um nvel

acima do limite da fora ir causar travamento da roda dianteira e o controle da direo ser perdido.


Da mesma forma um esforo de frenagem direita do limita do freio traseiro ir travar as rodas traseiras o que coloca o veculo em uma condio instvel.

A instabilidade tem implicaes de segurana e exige consideraes cuidadosas no projeto dos freios.


No grfico a desacelerao proporcional soma das foras de frenagem traseiras e dianteiras.

Uma linha de desacelerao constante pode ser traada unindo pontos com a mesma desacelerao. Ex.: 20 ft/s2

Usando a mesma escala nos dois eixos estas linhas tem inclinao de 45o.


Uma capacidade de desacelerao de 20 ft/s2 exigida em uma superfcie de 0.81,qualquer combinao de for;cas de frenagemtraseiras e dianteiras ir satisfazer a exignciadesde que recaia no tringulo delimitado pelalinha de desacelerao e as linhas de fora defrenagem mxima para a superfcie 0.81.


Brake proportioning

Descreve a relao entre as foras dianteiras e traseirasdeterminada pela presso aplicada em cada freio e oganho de cada um.

representado por uma linha no grfico comeando nasua origem e se extendendo para cima e para direita.

O maior desafio no projeto de um sistema de freios atarefa de selecionara proportioning ratio (a inclinaoda linha no grfico) que ir satisfazer todos os objetivosapesar das variabilidades na superfcie de atrito,distribuio de peso dianteiro/traseiro, altura do CG econdies de freio.

Ganho do freio

O fator determinante para o brakeproportioning o ganho dos freios utilizadonas rodas traseiras e dianteiras.

A fora de frenagem em rodasindividualmente pode ser descrita pelaequao:

==

Fora de Frenagem em Condies Mltiplas de Frenagem

Vlvula proporcional

Otimizar a distribuio de frenagem entre os eixos

Caminhes

sensor de carga

sensor de inrcia

ABS

Fora de Frenagem em Condies Mltiplas de Frenagem

Conseguir boa performanceem toda a gama de condies em que o veculo opera pode ser difcil.

Para alcanar todos os objetivos do projeto, um proportioningdesign tem de ser selecionado para passar em todos os tringulos mostrados na figura.

No se consegue com uma linha reta, isto uma proporo constante entre as foras traseiras e dianteiras.

Uma soluo incorporar uma vlvula no sistema hidrulico que muda a presso que vai para os freios traseiros em alguma poro da faixa de operao de presso.

Sistema Anti-Bloqueio (ABS)

Sistema antibloqueio ABSAnti-lock brake systems

Ao invs de tentar ajustar a proporodiretamente o ABS percebe que otravamento das rodas ocorre, libera os freiosmomentaneamente nas rodas travadas ereaplica o freio quando a roda volta a girarnovamente.

O conceito de ABS data dos anos 30 porm sse tornou realidade na prtica com aeletrnica disponvel nos veculos modernos.

Sistema antibloqueio ABSAnti-lock brake systems

Vantagens:

1. Tempo de parada menor;

2. Consegue-se mudar a trajetria enquanto ocarro freia.

O objetivo do ABS manter cada rodadoveculo operando perto do pico da curva -slippara cada pneu.

Exemplo

VideosFreios ABS - teste Boschhttp://youtu.be/ZP40PoAPDOM

Demonstrao Sistema de travagem anti-bloqueio (ABS)http://youtu.be/gBdlgkf7NnE

Actros Active System Brakehttp://youtu.be/flgmZdqo3SI

How Disc Brakes Workhttp://www.youtube.com/watch?v=rgbDyJhBb4c&NR=1

drum brakehttp://www.youtube.com/watch?v=WXxozXrWmZw&feature=related

Volvo ESP 1 Bushttp://www.youtube.com/watch?v=L7oqIPj1QEc&feature=related

Referncia RelacionadaINFANTINI, M.B.. Variveis de desempenho do sistema de freios. Dissertao de Mestrado.Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Porto Alegre, 2008. Disponvel em:http://www.lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/13947/000657467.pdf?sequence=1

POLITO, R.F.. Estudo do desempenho na frenagem de um bi-trem com suspenso em "tandem" ecom ABS. Dissertao de Mestrado. Escola de Engenharia de So Carlos-USP. So Carlos, 2005.Disponvel em:http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18135/tde-16062008-083704/ptbr.php

GIORIA, G.S.. Influncia da utilizao do ABS na segurana veicular baseadana eficincia de frenagem e na probabilidade de travamento de roda. Dissertao de Mestrado.Escola de Engenharia de So Carlos-USP. So Carlos,2008. Disponvel em: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18135/tde-16062008-083704/pt-br.php

BREZOLIN, A.. Estudo de Gerao de Trincas Trmicas em Discos de Freios de Veculos Comerciais.Dissertao de mestrado. Universidade de Caxias do Sul. Caxias do Sul, 2007. Disponvel em:http://www.ucs.br/ucs/tplPOSMateriais/posgraduacao/strictosensu/materiais/dissertacoes/dissertacao?identificador=94http://tede.ucs.br/tde_arquivos/6/TDE-2007-05-25T123933Z-94/Publico/Dissertacao%20Andre%20Brezolin.pdf

dinamica de veiculos frenagem

Documents