fundamentos de dinamica veicular 04-2012

Curso de Especilização em Engeharia Automotiva Realização: Parceria:

engenharia automotiva

Fundamentos de Dinâmica Veicular Professor Jorge Luiz Erthal Email: [email protected]

Aula Data Conteúdo1 24/04/2012 Introdução à dinâmica do veículo

Apresentação da disciplina; Introdução à dinâmica de veículos.Abordagem fundamental para modelagem. Cargas dinâmicas nos eixos.

2 08/05/2012 Características dos pneusConstrução; propriedades (tração e curva)Transmissão de força pneu-pista. Fórmula de Pacejka

3 15/05/2012 Dinâmica longitudinal: desempenho em aceleraçãoAceleração limitada pela potênciaAceleração limitada pela tração

4 22/05/2012 Dinâmica longitudinal: desempenho em aceleraçãoResistências ao movimentoDiagrama de desempenho

5 29/05/2012 Dinâmica longitudinal: desempenho em frenagemEquações básicas, forças de frenagem; tipos de freiosRequisitos para desempenho em frenagem

6 05/06/2012 Dinâmica vertical (Ride )Molas e amortecedores; fontes de excitaçãoPropriedades de resposta do veículo (isolamento, rigidez). Percepção.

7 12/06/2012 Dinâmica lateral (Handling )Comportamento em curva (geometria de Ackerman; efeito sub e sobredirecional)Efeitos da suspensão (rolagem, cambagem, esterçamento)

8 19/06/2012 SuspensõesTipos de suspensão, características cinemáticasEfeito anti-mergulho e anti-rolagem

9 26/06/2012 Sistemas de direçãoGeometria do sistema de direção. Erros (convergência e rolagem)Efeitos (razão de esterçamento, subesterçamento, estabilidade na frenagem)

10 03/07/2012 CapotamentoModelo quase-estático (rígido e flexível)Fator de estabilidade estática. Efeitos transitórios.

Fundamentos de Dinâmica Veicular

Programa

FDV-TURMA3 17/4/2012

1

engenhariaautomotiva

Realização: Parceria:

Fundamentos de Fundamentos de Dinâmica VeicularDinâmica Veicular

Prof. Jorge Luiz ErthalProf. Jorge Luiz [email protected]@ufpr.br

2

engenhariaautomotiva Nesta aulaNesta aula

• Apresentação da disciplina• Introdução à dinâmica de

veículos

3


Fundamentos de Dinâmica Fundamentos de Dinâmica VeicularVeicular

• Objetivo:

Familiarização com os conceitos fundamentais da dinâmica veicular e aplicação em modelos simplificados.

4

engenhariaautomotiva ProgramaPrograma

• Introdução à dinâmica do veículo• Características dos pneus• Dinâmica longitudinal (aceleração e

frenagem)• Dinâmica vertical• Dinâmica lateral• Suspensão• Sistema de direção• Capotamento

5

engenhariaautomotiva EstratEstratéégiagia

• Embasamento teórico• Aplicação em exemplos genéricos

–Ferramentas computacionais (Matlab e Mathcad)

–Memoriais de cálculo–Gráficos de desempenho

• Palestras sobre temas envolvendo o conteúdo do curso

6

engenhariaautomotiva AvaliaAvaliaççãoão

• Trabalho em equipe de, no máximo, três componentes.

• Tema: análide de alguns parâmetros de desempenho de um veículo a ser escolhido (automóvel, ônibus ou caminhão).

• Forma: relatório eletrônico.

7

engenhariaautomotiva ComunicaComunicaççãoão

• Página do curso–Acesso ao material do curso–Envio da tarefa–Dúvidas

• [email protected]

8

engenhariaautomotiva HorHoráário das aulasrio das aulas

22:4021:00N2

21:0020:40Intervalo

20:4019:00N1

9


Sessão de CinemaSessão de CinemaAround the Corner 1937

How Differential Steering Works09:30 min

http://www.youtube.com/watch?v=yYAw79386WI

Eaton Locking Differential Demonstrationhttp://www.youtube.com/watch?v=q-rQTHMVAuw

10


Sessão de CinemaSessão de CinemaEXACTLY how a car engine works - 3D animation !

05:02 minhttp://www.youtube.com/watch?v=FfTX88Sv4I8&feature=related

11

engenhariaautomotiva ProgramaProgramaçção nas datasão nas datas

• Plano de aulas

12

engenhariaautomotiva Referência bibliogrReferência bibliográáficafica

Gillespie, Thomas D.FUNDAMENTALS OF

VEHICLE DYNAMICS

Warrendale: SAE, 1992

13


Blundell, Mike e Harty,Damian.

THE MULTIBODY SYSTEMS PPROACH TO VEHICLE DYNAMICS

Butterworth-Heinemann, 2004

14


Dixon, J.C..TIRES,

SUSPENSION, AND HANDLING

Warrendale: SAE, 1996

15


Jazar, Reza N..VEHICLE DYNAMICS:

Theory andapplication

Berlin: Springer, 2008

16


Nicolazzi, Lauro C., Rosa, E. e Leal, L.C.M..

UMA INTRODUÇÃO ÀMODELAGEM QUASE-ESTÁTICA DE VEÍCULOS AUTOMOTORES DE RODAS

Florianópolis: Publicação interna do Departamento de Engenharia Mecânica da UFSC, 2001

17


Milliken, W.F. e Milliken, D.L..

RACE CAR VEHICLE DYNAMICS

Warrendale: SAE International, 1995

18


Reimpell, J., Stoll, H. e Beltzler, J.W.

THE AUTOMOTIVE CHASSIS: ENGINEERING PRINCIPLES.

Warrendale: SAE International, 2001



Fundamentos de Dinâmica Fundamentos de Dinâmica VeicularVeicularAula 01Aula 01

IntroduIntroduçção ão ààDinâmica do VeDinâmica do Veíículoculo


• Introdução à dinâmica de veículos• Abordagem fundamental para

modelagem• Cargas dinâmicas nos eixos


IntroduIntroduçção ão àà Dinâmica de Dinâmica de VeVeíículosculos

Dinâmica de veículos:•Navios•Aviões•Veículos guiados (trens)•Veículos com pneus

Enfoque diversificado e extenso

Neste curso: veículos com pneus (automóveis, ônibus e caminhões)



Desempenho:•Aceleração•Fenagem•Dirigibilidade (handling)•Conforto (ride)

Forças dominantes: produzidas pelo contato entre os pneus e a pista



Empírico x Analítico:

Empírico

•Tentativa e erro (experiência)•Fatores de influência (Quais? Como?)•Profundo conhecimento mecânico•Sentimento (feeling)•Custo




Analítico

•Baseado em leis da Física•Equações algébricas ou diferenciais•Propriedades do fenômeno de interesse•Identificação dos fatores importantes (forma e condições de operação)•Capacidade preditiva (antecipação de mudanças)•Realidade aproximada•Conhecimento das hipóteses




•Tendência de crescimento do uso dos métodos analíticos (computadores) •Solução de problemas insolúveis no passado•Entendimento de sistemas complexos•Investigação de formas de melhorar o desempenho•Constatação da importância de propriedades específicas•Ferramentas computacionais confiáveis (programas genéricos e dedicados)

engenhariaautomotiva ModelagemModelagem

Forma de abordagem e convenções:

•Massa concentrada o CG para estudos de aceleração/frenagem e dirigibilidade•Massas separadas para análise de conforto (massa suspensa e não-suspensa)•Corpos rígidos (exceto as molas)



•Sistema de coordenadas local•Longitudinal•Lateral•Vertical•Rolagem (roll)•Arfagem (pitch)•Guinada (yaw)



•Sistema de coordenadas global•Longitudinal•Lateral•Vertical•Ângulo de avanço (ψ)•Ângulo de curso (ν)•Ângulo de deslizamento (β)



•Segunda Lei de Newton

engenhariaautomotiva Cargas sobre o veCargas sobre o veíículoculo


Cargas sobre Cargas sobre o veo veíículoculo

W = m.g peso do veículo atuando no CGW/g. ax força inercial devido à aceleração ax

Wf e Wr forças dinâmicas normais à pistaFxf e Fxr forças trativasRxf e Rxr resistências ao rolamentoDA força de arrasto aerodinâmico, atuando no

centro aerodinâmico (ha)Rhz e Rhx forças no engate



engenhariaautomotiva ExemplosExemplos

Exemplo 1 – Cálculo do Centro de Gravidade

Exemplo 2 – Cálculo da distribuição de carga

Exemplo 3 – Desempenho em rampa

engenhariaautomotiva Cargas sobre o veCargas sobre o veíículoculo

Exemplo 3




CaracterCaracteríísticas dos Pneussticas dos Pneus


• Construção• Designação• Mecanismo da geração de força• Propriedades trativas• Fórmula de Pacejka• Palestra: Seleção de Pneu


ConstruConstruççãoão

Diagonal RadialCARCAÇA

BANDA DE RODAGEM





Diagonal Radial1.Carcaça

• Função estrutural• Lonas impregnadas com borracha• Cinta (radial): rigidez na direção tangencial

2.Banda de rodagem• Transmissão das forças do pneu para o solo• Drenagem (aquaplanagem)


Tipos de carcaTipos de carcaççaa


CaracterCaracteríísticas dos pneus sticas dos pneus radiaisradiais

1.Vantagens• Maior durabilidade• Menor resistência ao rolamento• Maior conforto em altas velocidades• Melhor absorção de forças laterais• Maior estabilidade direcional• Menor sensibilidade à aquaplanagem

2.Desvantagens• Menos confortável em baixas velocidades• Maior custo


Comportamento da rigidez Comportamento da rigidez com a velocidadecom a velocidade


Comportamento da rigidez Comportamento da rigidez com a cargacom a carga


Dimensões caracterDimensões caracteríísticassticas

B-largura nominalD-diâmetro externod-diâmetro do aroH-altura


DesignaDesignaççãoão

1.Tamanho (B,d)2.Série (H/B)

• 80/70/65/60/55/50/...3.Capacidade de carga4.Velocidade limite5.Tipo de carcaça


Capacidade de cargaCapacidade de carga


Velocidade limiteVelocidade limite


VelocidadeVelocidadelimitelimite


175/70 R13 80 Q

Largura B = 175mmDiâmetro do aro d = 13”Relação H/B = 0.70Diâmetro externo

D = 13*25,4+2*0,7*175D = 575,2 mm

Tipo de carcaça = RadialCapacidade de carga = 4414 NVelocidade limite = 160 km/h

ExemploExemplo


ExemploExemplo


Coeficiente de atritoCoeficiente de atrito


VariaVariaçção da aderência ão da aderência durante uma chuva fracadurante uma chuva fraca


Mecanismo de geraMecanismo de geraçção de ão de forforççaa



ForForçça longitudinala longitudinal


Ambos dependem de algum escorregamento para existir.


Atrito por adesão•Contato intermolecular•Sensível à água

Atrito por histerese•Deformação da borracha•Menos sensível à água


Mecanismo de geraMecanismo de geraçção ão de forde forççaa

CARGA VERTICAL

FORÇA DE ATRITO

ESCORREGAMENTORELATIVO

Pneu

Direção do movimentoComprimento

do contato


EscorregamentoEscorregamento


VariaVariaçção do coeficiente de ão do coeficiente de atrito com o escorregamentoatrito com o escorregamento

Fx µ W⋅

ABS


VariaVariaçção do coeficiente de ão do coeficiente de atrito com o escorregamentoatrito com o escorregamento

TESTE DE SEGURANÇA ONIBUS VOLVO_PARTE1

http://www.youtube.com/watch?v=SdNeeAEWoBI&NR=1


Coeficiente de atrito para Coeficiente de atrito para alguns tipos de pistaalguns tipos de pista


VariVariááveis que afetam o veis que afetam o coeficiente de atritocoeficiente de atrito

•Carga normal no pneu (>)•Diminui com o aumento da carga

•Pressão (>)•Aumenta com a pressão

•Superfície da pista (>)•ASTM Standard Method E-274 •Reboque com uma das rodas travadas (“skid tester”)•Skid number 81 = coef. de atrito 0,81

•Velocidade (>)•Diminui com a velocidade•Em pistas molhadas => aquaplanagem



Carga normal no pneu



Pressão do pneu


Coeficiente de escorregamento Coeficiente de escorregamento em diferentes velocidadesem diferentes velocidades



Aquaplanagem



Aquaplanagem



Desgaste

Teste a par pneus novos qual eixo.wmv

http://www.youtube.com/watch?v=Eqcpgk1VSH8&NR=1


•Desempenho de frenagem•Distância de parada.•Coeficiente de aderência ( ).•Dificuldade de se manter o coeficiente de aderência devido à transferência de carga.•O travamento das rodas é inevitável ( ).•Uso de sistemas assistidos (ABS).•Limitação em rampas

•Desempenho em tração•Limite de rampa.•Habilidade do motorista em não deixar patinar.•Necessidade do controle de tração.

Relevância sobre o Relevância sobre o desempenho do vedesempenho do veíículoculo

engenhariaautomotiva Comportamento lateralComportamento lateral

Geração das forças laterais:•Controlar a direção do veículo.•Gerar aceleração lateral em curvas ou mudança de pista.•Restringir forças externas (rajadas de vento, inclinação lateral da pista).

Obtenção:•Deslizamento lateral do pneu (deriva).•Inclinação lateral do pneu (cambagem).


ForForçça laterala lateral

Mecanismo de geraMecanismo de geraçção ão de forde forççaa

engenhariaautomotiva Deslizamento lateral (deriva)Deslizamento lateral (deriva)

Área de contatoRegião de deslizamento

Deriva

Direção do pneu

Direção do movimento

Braço do momento


Tyre slip angle

http://www.youtube.com/watch?v=W8UiE7yvO_M&NR=1


Atraso na geraçãoda força lateral

(prejudicial em pistas muito rugosas).



Influência da forInfluência da forçça normala normal


Influência da Influência da cambagemcambagem


Influência da forInfluência da forçça normala normal


Formatos tFormatos tíípicos das curvaspicos das curvas


ObtenObtençção experimentalão experimental


Teste de escorregamentoTeste de escorregamento

Tire Force Test

http://www.youtube.com/watch?v=nmo_dkNZIHM&NR=1


FFóórmula de rmula de PacejkaPacejka

Expressão matemática para as curvas, baseada em alguns dados experimentais.


FFóórmula de rmula de PacejkaPacejka


Realização:

Parceria:


Desempenho em Desempenho em aceleraçãoaceleração

engenhariaautomotiva Força trativaForça trativa

• Limites da aceleração –Potência do motor– Iteração pneu-pista


• Aceleração limitada pela potência–Curvas do motor–Trem de força

• Aceleração limitada pela tração–Limites da tração

• Exemplo numérico


Aceleração limitada Aceleração limitada pela potênciapela potência


Aceleração limitada Aceleração limitada pela potênciapela potência

• Hipóteses–A aceleração é decorrente da potência do

motor.–O atrito é suficiente grande para

transmitir a força trativa (o carro não patina)


Curvas do motorCurvas do motor

Gasolina Diesel


Exemplo de curvas do motorExemplo de curvas do motor

Curvas de potência (as mais altas) e de torque estimadas para o Jeep Willys 1948 modelo CJ3A

original (azul / 1); preparação aspirada (rosa / 2); aumento de capacidade cúbica (verde / 3); turbo a 0,8 kg/cm2 e intercooler (vermelho / 4)

http://www2.uol.com.br/bestcars/cp-jeep.htm


Bancada dinamométricaBancada dinamométrica

http://www.scielo.br/pdf/eagri/v28n1/a15v28n1.pdf


Bancada dinamométricaBancada dinamométrica

http://www.biodiesel.gov.br/docs/congressso2006/Outros/MontagemBancada4.pdf


Efeito da velocidade na Efeito da velocidade na capacidade de aceleraçãocapacidade de aceleração

g

WMgMW

v

PFvFP

M

Fa

FaM

xxxx

xx

xx

==

==

=

=

.

.

.

Wv

P

g

a

x

x

.=

M.ax=F x a


Relação peso/potênciaRelação peso/potência

http://carros.hsw.uol.com.br/cavalo-de-forca.htm


Elementos primários do trem Elementos primários do trem de forçade força


Força trativaForça trativa


Força trativaForça trativa


Força trativa x velocidadeForça trativa x velocidade


Força trativa x velocidadeForça trativa x velocidadeTorque no motor

Transmissão

Força trativa nas rodas


Relação de marchasRelação de marchas


Mapa de consumo específicoMapa de consumo específico


Aceleração limitada Aceleração limitada pela traçãopela tração


Aceleração limitada Aceleração limitada pela traçãopela tração

• Hipóteses–A aceleração é limitada pelo coeficiente

de atrito gerado entre o pneu e a pista.–Existe potência suficiente no motor.


Transferência lateral de carga Transferência lateral de carga devido ao torque do motordevido ao torque do motor


• Peso no eixo trativo–Carga estática–Carga dinâmica (aceleração)–Transferência lateral (torque de

acionamento)

Reações do torque de Reações do torque de acionamento sobre o chassiacionamento sobre o chassi


Cargas sobre Cargas sobre o veículoo veículo


A tração é limitada pela roda menos carregada

Transferência lateral devido Transferência lateral devido ao torque de acionamentoao torque de acionamento




Limites de traçãoLimites de tração





Variação da aceleração com a posição do CG para veículos com tração dianteira e traseira

engenhariaautomotiva ExemplosExemplos

Aceleração limitada pela potência:Arquivo: Mathcad-aceleracao_potencia_metrico.pdf

Aceleração limitada pela tração:Arquivo: Mathcad - aceleracao_tracao_metrico.pdf


DicaDica

Curso sobre dinâmica veicular:

ME 485/585 Vehicle Design

http://coen.boisestate.edu/reggert/ME485/ME485.htm


Referência utilizada nesta Referência utilizada nesta aulaaula

Gillespie, Thomas D.. FUNDAMENTALS OF VEHICLE DYNAMICS. Warrendale: SAE, 1992.



Fundamentos de Dinâmica Fundamentos de Dinâmica VeicularVeicularAula Aula 0404

Desempenho em Desempenho em aceleraaceleraççãoão


• Resistências ao movimento• Diagrama de desempenho• Exemplo numérico


Resistências ao movimentoResistências ao movimento


• Resistências ao movimentoQm - mecânicaQs - aclive (W.sinθ)QI - inércia (W/g ax)Rx - rolamentoDA - aerodinâmica


Resistência mecânicaResistência mecânica

t

mem

meemem

m

m

e

c

mec

v

PQ

PPPP

P

P

P

PP

)1.()1.(.

mecânica perdamecânico rendimento

motor no potênciacubo no potência

.

ηηη

η

η

−=

−=−=

=


Resistência ao acliveResistência ao aclive

θsin.WQs =

o

o

45%1008,21%40

a θ

θ ânguloa aclive

⇒⇒


Resistência de inResistência de inéérciarcia

( )

( )2

2

22I

2I

I

.05,0004,0 automóveis1..

. eequivalent inércia

.1....QQ

.Qrotação em massas

.Qo translaçãem massas

t

xI

ef

efxx

efxI

xef

x

N

aMQrM

I

rM

IaMa

r

IaMQ

ar

IaM

+=

+=

=⇒

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=+=′′+′=

=′′

=′

δ

δ

δ


Resistência ao rolamentoResistência ao rolamento

052,001500normais pneus

100.

rolamento de atrito de ecoeficient

cos..

2

==

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+=

⇒

=

b

,a

vbaf

f

WfR

r

r

rx θ


Resistência ao rolamentoResistência ao rolamento


Resistência aerodinâmicaResistência aerodinâmica

( )Hg mm 760 ;15 22557,1

ar do densidade frontal área

arrasto de ecoeficient

..21 dinâmica pressão

..

o3

2

Cm

kg

A

C

vq

ACqD

x

xA

=

⇒⇒

⇒

=⇒

=

ρ

ρ

ρ




ResistênciaResistênciaaerodinâmicaaerodinâmica




BalanBalançço de potênciaso de potências

( )

caaerodinâmi ...rolamento .cos..

inércia .1..aclive .sin.

cubo no potência ...

.

⇒=⇒=⇒+=⇒=

⇒==

+++=

vACqP

vWfP

vamP

vWP

vr

NTvFP

PPPPP

xA

rr

I

s

tftfexc

ArIsc

θδ

θ

η


Potência lPotência lííquidaquida

( )ArcL PPPP −−=

Veículo no plano com velocidade constante.


Potência lPotência lííquidaquida( )ArcL PPPP −−=


Potência lPotência lííquidaquida( )ArcL PPPP −−=


Possibilidade de vencer aclivesPossibilidade de vencer aclives

Wv

P

Wv

P

vWP

PP

L

L

L

sL

1.sin

1.sin

.sin.

maxmax ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=

=

==

θ

θ

θ


( )

( )

( )δ

δ

δ

+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

+==

1.1.

1.1.

.1..

maxmax Mv

Pa

Mv

Pa

vaMP

PP

Lx

Lx

xL

IL

Possibilidade de aceleraPossibilidade de aceleraççãoão


( )

( )

( )

10

i

1

1

00

00

01

e entre marcha de trocasde número marcha de trocacada para asto tempo

aatingit para tempo em e velocidad

)0( inicial tempo em e velocidad

..1.

..1.

1.1.

1

0

vvn

gt

vt

tv

tt

tv

ttdvP

vMt

dvP

vMdt

Mv

P

dt

dva

v

v

n

ii

L

L

Lx

⇒⇒⇒⇒

=⇒⇒

+++=

+=

+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛==

∫ ∑=

δ

δ

δ

Tempo de retomadaTempo de retomada



( )

marcha cada para sincremento de número marcha ésima-k na potência de curva marcha ésima-k na eequivalent inércia

e entre marca de trocasde número

..1.

10

11

1

1

⇒

⇒⇒⇒

+∆+= ∑∑∑==

+

=

S

P

vvn

tvP

vMt

kL

k

n

iii

S

i kL

in

kk

δ

δ



( ) ∑∑∑==

+

=

+∆+=n

iii

S

i kL

in

kk tv

P

vMt

11

1

1

..1. δ


ExemploExemplo

engenhariaautomotivaReferências utilizadas nesta aulaReferências utilizadas nesta aulaGillespie, Thomas D.. FUNDAMENTALS OF

VEHICLE DYNAMICS. Warrendale: SAE, 1992.

Nicolazzi, Lauro C., Rosa, E. e Leal, L.C.M.. UMA INTRODUÇÃO À MODELAGEM QUASE-ESTÁTICA DE VEÍCULOS AUTOMOTORES DE RODAS. Florianópolis: Publicação interna do Departamento de Engenharia Mecânica da UFSC, 2001.



Fundamentos de Dinâmica VeicularAula 05

Desempenho em Frenagem


Nesta aula

• Equações básicas• Forças de frenagem• Tipos de freios• Requisitos• Proporcionalidade• Exemplo


Referência utilizada nesta aula

Gillespie, Thomas D.. FUNDAMENTALS OF VEHICLE DYNAMICS. Warrendale: SAE, 1992. Capítulo 3.


Cargas sobre o veículo


Equações Básicas

aclive de ângulocoaerodinâmi arrasto

traseiroeixo no frenagem de força

dianteiro eixo no frenagem de forçalinear çãodesacelera

gravidade da aceleração veículodo peso

sin...

==

=

==−=

==

−−−−=−=

θ

θ

A

xf

xf

xx

Axrxfxx

D

F

F

aD

g

W

WDFFDg

WaM


Desaceleração constante

xxtxt

f

f

xxts

xt

fs

f

xtx

D

V

MF

VSD

MF

VVX

Vdt

dxV

D

V

MFV

t

MF

VVt

Vdt

dV

M

FD

.2.2.2

0 totalParadapercorrida distância

0 totalParadafrenagem de tempo

20

20

220

000

==−

=

=⇒⇒

=

==−

=

=⇒⇒

−==



⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ +=

=⇒

+=∑

b

b

f

bx

F

VCF

C

MSD

V

VCFF

20

2

.ln..2

0 totalParada

. ventodo Influência



( )

s

f

t

VM

t

EP

VVM

E

20

220

.2

.

totalparada a até dissipada Potência

.2

cinética energia da variação Trabalho

==

−=

=

356mmdisktest http://www.youtube.com/watch?v=_2u7udw1rVA



hpP

JE

st

hkmV

NW

hpP

JE

st

hkmV

NW

ss

175010.305,1

20/96

355900caminhão :2 Exemplo

29210.702,8

8/129

13340urbano veículo:1 Exemplo

7

0

5

0

==

===

==

===


Tipos de freios

How Disc Brakes Work http://www.youtube.com/watch?v=rgbDyJhBb4c&NR=1drum brake http://www.youtube.com/watch?v=WXxozXrWmZw&feature=related


Fator de Frenagem (freio de tambor)


Fator de Frenagem(freio de tambor)

BA

a

B

a

A

BBAA

AAaP

FF

nm

e

P

F

nm

e

P

F

NFNF

NmNnPeM

>

+=

−=

==

−+=∑

..

..

..

....

µµ

µµ

µµ

µ


Instabilidades

instabilidademais estável

sobreposição de 2 efeitos menor variação de torque


Atrito pneu-pista


Escorregamento(coeficiente de frenagem)

V

rVSlip

F

FBC

z

x

.entoEscorregam

frenagem de eCoeficient

ω−=

=

Pico Escorregamento


Exemplo


Exemplo


Exemplo


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 veículos com sistema de freio hidráulico.

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


Requisitos para Desempenho em Frenagem

FMVSS 105 - Condições de uso:

• 1a. eficácia• totalmente carregado• freio não amaciado• deve parar de 30 mph com 17 ft/s2

e de 60 mph com 18 ft/s2

• 2a. eficácia• 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

• ...


Proporção de Frenagem

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−==

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+==

−=

+=

xrsprpxmr

xfspfpxmf

xr

xf

Dg

W

L

hWWF

Dg

W

L

hWWF

Dg

W

L

hW

L

bW

Dg

W

L

hW

L

cW

....

....

frenagem de máxima Força

...

...

dianteiro eixo o para carga de ciaTransferên

µµ

µµ


Força de frenagem em função da desaceleração


Proporçãode

Frenagem

Lh

FLh

WF

Lh

FLh

WF

M

FFD

M

FFD

p

xfrsp

xmr

p

xrfsp

xmf

xfxmrx

xrxmfx

.1

..

.1

..

frenagem de máxima Força

eixo cada de limite no çãoDesacelera

µ

µ

µ

µ

+

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −

=

−

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

=

+=

+=


Força máxima de frenagem nos eixos


Força de frenagem para condições múltiplas de frenagem

Válvula proporcional• Ptimiza a distribuição

de frenagem entre os eixos

• Caminhões:• sensor de carga• de inércia• ABS


Sistema Anti-Bloqueio (ABS)


Exemplo


Exemplo


Exemplo



Exemplo


VVíídeosdeos• Freios ABS - teste Bosch

http://www.youtube.com/watch?v=ZP40PoAPDOM&playnext=1&list=PLC952005F967665B3&index=5

• Demonstração Sistema de travagem anti-bloqueio (ABS)

http://www.youtube.com/watch?v=gBdlgkf7NnE&feature=related

• Actros Active System Brake.wmv

http://www.youtube.com/watch?v=flgmZdqo3SI

• How Disc Brakes Work

http://www.youtube.com/watch?v=rgbDyJhBb4c&NR=1

• drum brake

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

• Volvo ESP 1 Bus

http://www.youtube.com/watch?v=L7oqIPj1QEc&feature=related


Referência relacionadaReferência relacionada

INFANTINI, M.B.. Variáveis de desempenho do sistema de freios. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Porto Alegre, 2008. Disponível 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 suspensão em "tandem" e com ABS. Dissertação de Mestrado. Escola de Engenhari ade São Carlos-USP. São Carlos, 2005. Disponível em: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18135/tde-16062008-083704/pt-br.php

GIORIA, G.S.. Influência da utilização do ABS na segurança veicular baseada na eficiência de frenagem e na probabilidade de travamento de roda. Dissertação de Mestrado. Escola de Engenharia de São Carlos-USP. São Carlos, 2008. Disponível em: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18149/tde-22102009-105940/pt-br.php

BREZOLIN, A.. Estudo de Geração de Trincas Térmicas em Discos de Freios de Veículos Comerciais. Dissertação de mestrado. Universidade de Caxias do Sul. Caxias do Sul, 2007. Disponível em http://tede.ucs.br/tde_arquivos/6/TDE-2007-05-25T123933Z-94/Publico/Dissertacao%20Andre%20Brezolin.pdf




Dinâmica Vertical(Ride)

engenhariaautomotiva Nesta aula

• Fontes de excitação• Propriedades da resposta do veículo

• Isolamento• Rigidez e • Amortecimento

• Palestra: "Escolha do amortecedor"Sala de Videoconferência




engenhariaautomotiva Fontes de excitação

1. Rugosidade da pista2. Montagem pneu/roda3. Excitação na transmissão4. Motor




1. Rugosidade da Pista

Densidade espectral típica de perfis de elevação da pista.




2. Montagem pneu e roda

a) Desbalanceamento de massab) Variações dimensionaisc) Variações na rigidez



Variação da força radial Equivalência com defeitos

Desbalanceamento de massa



Variação da força trativa devido à excentricidade da roda.




3. Excitação na transmissão

Transmissão da caixa para o diferencial

•Assimetria das peças rotativas•Excentricidade dos mancais•Retilineidade•Folgas•Deflexões


3. Excitação na transmissão

Cruzeta

)(sin).(sin1)cos(

22 θβθ

ωω

−=

i

o

engenhariaautomotiva 3. Excitação na transmissão

Mapeamento espectral das vibrações provenientes das irregularidades na transmissão e nas rodas.



engenhariaautomotiva 4. Motor•Processo cíclico•Torque variável•Massas em movimento•Vibrações em 6 direções

– 3 translações– 3 rotações

•As excitações variam com a configuração e número de cilindros

engenhariaautomotiva 4. Motor

Variação de torque na saída de um motor de 4 cilindros e 4 tempos.





Isolamento da Suspensão

Modelo 1/4 de carro


0,4) a (0,2 suspensão da ntoamortecime de ecoeficient ..4

ntoamortecime de razão 1

amortecida natural Frequênciamassa

natural Frequênciapneu do rigidez suspensão da rigidez

.rate)(rideeequivalent Rigidez

2

=

=

=

−=

=

=

==

+=

s

s

ss

s

snd

n

t

s

ts

ts

C

MK

C

MM

RR

K

K

KK

KKRR

ζ

ζζωω

ω




2

2

2

2

)..2(

.)..2(.

..2

.

...

estática Deflexão

f

gSD

Mf

gMSD

f

MKM

K

M

gM

K

gM

K

WSD

π

π

πω

ωω

ω

=

=

=

==

===Indicativo do limite inferior do isolamento de um sistema




suspensa-não massa a sobre força suspensa massa a sobre força

pista da todeslocamenZsuspensa-não massa da todeslocamen

suspensa massa da todeslocamen...).(..

.....

r

=====

+++=+++

++=++

w

b

u

wrtssutsusu

bususss

F

F

Z

Z

FZKZKZCZKKZCZm

FZKZCZKZCZM&&&&

&&&&




[ ]( )[ ] ( )[ ]

[ ]( )[ ] ( )[ ]

( )[ ] [ ]( )[ ] ( )[ ]

complexooperador //

/suspensa e suspensa-não massas as entre razão /

..1........21.

/

..1........

/

..1.........

2

1

3121

2221

4

324

3121

2221

4

322

3121

2221

4121

====

==+−++++−

++−=

+−++++−+

=

+−++++−+

=

j

MKK

MKK

MCC

Mm

CCKjKKKKK

CjKK

MF

Z

CCKjKKKKK

CjK

MF

Z

CCKjKKKKK

CKjKK

Z

Z

s

t

s

b

w

r

χωχωωχωχ

ωωωχ

ωχωωχωχωω

ωχωωχωχω

&&

&&

&&

&&



Resposta do modelo 1/4 de carro para as cargas da pista, da roda e da carroceria

engenhariaautomotiva Isolamento da

SuspensãoExemploDeterminar a rigidez equivalente da suspensão dianteira e traseira de um Mustang 5.0 sabendo-se que a rigidez do pneu éde 1198 lbf/in. A rigidez da suspensão dianteira vale 143 lbf/in e a traseira, 100 lbf/in.Estimar, também, as frequências naturais das duas suspensões quando os pneus dianteiros são carregados com 957 lbf e os traseiros com 730 lbf, cada um.Resp.: RRf = 127 lbf/in; RRr = 92,3 lbf/in; fnf = 1,14 Hz; fnr = 1,11 Hz


Rigidez da suspensão

Variação da aceleração em função da frequência natural da molaVeículos urbanos: 1 a 1,5 HzVeículos esportivos: 2 a 2,5 Hz


Amortecimento

Efeito do amortecimento no comportamento de isolamento da suspensão.Dissipação da energia inserida no sistema.


Amortecimento

Compressão Extensão(jounce, bump) (rebound

Fc

Fe

ce FF .3≈


Amortecimento

Comportamento das válvulas


Amortecimento

Controle do amortecimento

engenhariaautomotiva Referência utilizada nesta aula





Dinâmica Lateral(Handling)


Introdução

Comportamento em curva

• handling = dirigibilidade

• Sistema em malha fechada (closed-loop)

• Condutor observa e corrige o movimento

• Caracterização da combinação veículo-condutor

• Comportamento de resposta direcional

• Sistema em malha aberta (open-loop)

• Caracterização do veículo somente

• Gradiente de sub-esterçamento (understeer gradient)


Nesta aula

• Comportamento em resposta direcional• Curvas em baixa velocidade

• Curvas em alta velocidade

• Efeitos da suspensão

• Atividade prática


Nesta aula

• Comportamento em resposta direcional• Curvas em baixa velocidade• Curvas em alta velocidade

• Efeitos da suspensão



Curvas em baixa velocidade

22

tan22

tan

Ackerman de Ângulos

tR

Lt

R

L

tR

Lt

R

L

ii

oo

−≅⇒

−=

+≅⇒

+=

δδ

δδ



22

tan22

tan


tR

Lt

R

L

tR

Lt

R

L

ii

oo

−≅⇒

−=

+≅⇒

+=

δδ

δδ

•Geometria de Ackerman: torques de esterçamento aumentam com o ângulo → Reação natural•Geometria paralela: torques crescem inicialmente mas decrescem a partir de um certo ponto → Indesejável



Heavy combination vehicle stability and dynamicshttp://www.nzta.govt.nz/resources/heavy-learner/heavy-combination-vehicles/index.html



R

L=δ

δ pequeno é Quando)(BICICLETA

RODAS DUASDE MODELO



R

L

zzzz

R

LR

2

!6!4!21cos

séries em cosseno do Expansão

)cos(1.

necessário Espaço

2

642

=∆

−+−=

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ −=∆

K

∆


Nesta aula


• Curvas em alta velocidade• Efeitos da suspensão



DerivaDeriva (slip angle) - α


• Diferença entre a direção do movimento do veículo e a direção da roda

• Mola torcional

Deriva


Deriva

engenhariaautomotiva Força lateral (cornering force)

stiffness) (cornering grau

N lateral rigidez

linear menteaproximada ntocomportame 5 para

.o

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⇒

⇒<

=

α

α

α

α

C

CFy


• Depende de:– tamanho e tipo do pneu

– número de lonas

– ângulo das lonas

– largura da roda

– desenho dos canais

Rigidez lateral - Cα(cornering stiffness)


Rigidez lateral - Cα


Rigidez lateral - Cα


Coeficiente lateral - CCα

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⇒

==

N.grauN lateral ecoeficient

.

α

αα α

CC

F

F

F

CCC

z

y

z


Modelo de bicicleta


R

V

g

W

R

V

L

cMF

R

V

g

W

R

V

L

bMF

b

LF

b

cbF

b

cF

R

VM

b

cFF

cFbFMR

VMFFF

fyf

ryr

yryryr

yryf

yryfCG

yryfy

22

22

2

2

...

...

..1..

.

0..

.

==

==

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ +

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +=

=

=−=

=+=

∑∑

L

Modelo de bicicleta


(g) lateral aceleração (grau/g) gradient)r (understee toesterçamen-sub de gradiente

..180

...180

...

...

.180

.180

...

..

.....

2

22

22

22

→→

+=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−+=

−+=

−+=

=⇒=

=⇒=

y

y

r

r

f

f

r

r

f

f

rf

f

ff

fff

r

rr

rrr

a

K

aKR

L

Rg

V

C

W

C

W

R

L

RgC

VW

RgC

VW

R

L

R

L

RgC

VW

R

V

g

WC

RgC

VW

R

V

g

WC

πδ

πδ

πδ

ααπ

δ

αα

αα

αα

αα

αα

αα

Modelo de bicicleta


Comportamento neutro

traseirana e dianteira na idênticas derivas produzCG no lateral forçaA Ackerman de ângulo o é curva da ângulo O necessária é volanteno mudança Nenhuma

0

Neutro-1

..180.180

•••

=⇒=⇒=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

+=−+=

rfr

r

f

f

r

r

f

f

yrf

KC

W

C

W

C

W

C

WK

aKR

L

R

L

αα

παα

πδ

αα

αα


Comportamento sub-esterçante

traseira.a que do mais escorrega dianteiraA traseira.na que do dianteira namaior deriva produzCG no lateral forçaA

Ackerman. de o quemaior ser deve volantedo ângulo O

.. de valor o com e velocidada com aumenta volantedo ângulo O

0

esterçante-Sub-2

..180.180

•••

•

>⇒>⇒>

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

+=−+=

y

rfr

r

f

f

r

r

f

f

yrf

aK

KC

W

C

W

C

W

C

WK

aKR

L

R

L

αα

παα

πδ

αα

αα


Video From: http://www.esceducation.org/about_esc/how_esc_works/

Comportamento sub-esterçante


Comportamento sobre-esterçante

dianteira. a que do mais escorrega A traseira dianteira. na que do traseiranamaior deriva produzCG no lateral forçaA

Ackerman. de o quemenor ser deve volantedo ângulo O

.. de valor o com e velocidada com diminui volantedo ângulo O

0

esterçante-Sobre-3

..180.180

•••

•

<⇒<⇒<

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

+=−+=

y

rfr

r

f

f

r

r

f

f

yrf

aK

KC

W

C

W

C

W

C

WK

aKR

L

R

L

αα

παα

πδ

αα

αα


Video From: http://www.esceducation.org/about_esc/how_esc_works/

Comportamento sobre-esterçante


Mudança do ângulo de esterçamento com a velocidade

yrf aKR

L

R

L ..180.180+=−+=

παα

πδ


Velocidade caracterísica

K

gLV

Rg

VK

R

L

Rg

VK

R

L

R

L

aKR

L

car

car

car

y

..180

...180

...180.180.2

..180

2

2

π

π

ππ

πδ

=

=

+=

+=

Velocidade, de um veículo sub-esterçante, na qual se deve aplicar um ângulo de direção igual a duas vezes o ângulo de Ackerman.


Velocidade crítica

K

gLV

Rg

VK

R

L

Rg

VK

R

L

aKR

L

crit

crit

crit

y

..180

...180

...1800

..180

2

2

π

π

π

πδ

−=

−=

+=

+=Velocidade, de um veículo sobre-esterçante, na qual o veículo se orna instável.


Ganho de aceleração lateral

gL

VK

gL

V

a

aKR

L

y

y

..180.1

..180

..180

2

2

π

πδ

πδ

+=

+=

L

infinito. ao tendequando ,atingir até aumenta Ganho

)esterçante-(sobre 0neutro. o quemenor sempre é Ganho

)esterçante-(sub 0. a alproporcion Ganho

(neutro) 02

critV

K

K

V

K

<

>

=


gL

VKLV

r

aKR

LR

Vr

y

..180.1

..180

.180

2

π

δ

πδ

π

+=

+=

=

L

Ganho de velocidade de guindada


Ganho de velocidade de guindada

gL

VKLV

r

..180.1

2

π

δ +=

• Neutro: ganho proporcional à velocidade.• Sobre-esterçante: ganho infinito na velocidade crítica.• Sub-esterçante: aumenta até a velocidade característica e

depois cai.• Velocidade característica: maior resposta em guinada.


Ângulo de desvio lateral (β) a baixa velocidade (sideslip angle)

• O trilho da roda traseira é interno ao da roda dianteira.• Ângulo medido em algum ponto (CG) entre o eixo longitudinal

e a direção local do movimento.• β é positivo no sentido horário


Ângulo de desvio lateral (β) a alta velocidade

• A deriva traseira torna o ângulo de desvio negativo.


Ângulo de desvio lateral (β)

curva da raio do independe ...180

0, Para..

..180

...

.180

0

2

2

r

r

r

r

r

rr

r

W

CcgV

RgC

VW

R

c

RgC

VW

R

c

αβ

α

α

π

βπ

β

α

απ

β

=

=

−=

=

−=

=


Margem Estática

• Linha de esterçamento neutro: linha onde a força lateral não produz guinada.

L

eME =

esterçante-sobre 0 CG do frente à Linhaneutro 0 CG o sobre Linha

esterçante-sub 0 CG do atrás Linha

⇒<⇒⇒=⇒⇒>⇒

ME

ME

ME

• Veículos urbanos: +0,05 < ME < +0,07


Nesta aula


• Curvas em alta velocidade

• Efeitos da suspensão• Atividade prática


Efeitos da Suspensão

• Distribuição do momento de rolagem• Influência da cambagem• Esterçamento na rolagem• Esterçamento devido à força lateral• Torque alinhante• Força trativa


Distribuição do momento de rolagem

13601600830120053040015201600760800760800

total lat. força

totalpesoext. lat. forçaext. roda peso

int. lat. forçaint. roda peso

yyooyii FWFWFW



13601600830120053040015201600760800760800

total lat. força

totalpesoext. lat. forçaext. roda peso

int. lat. forçaint. roda peso

yyooyii FWFWFW

• A transferência de carga produzida pelo momento de rolagem altera a força lateral.

• As transferências podem ocorrer de forma diferente nos eixos dianteiro e traseiro.

• Maiores momentos de rolagem na dianteira contribuem para o sub-esterçamento.

• Maiores momentos de rolagem na traseira contribuem para o sobre-esterçamento.

• Influência na escolha das molas e das barras estabilizadoras.


Mecanismo que governa o momento de rolagem


Mecanismo que governa o momento de rolagem

2..21

tan

tan.2

.

tan.2

.

2.

2..

molas pelas produzido Momento

sKK

sKFF

sKFF

sF

sFKM

s

szzo

szzi

zozi

=

≅

+=

−=

+−==

φ

φ

φφ

φ

φ

φ

molas as entre distância mola cada de rigidez

suspensão da rolagem de rigidez

==

=

s

K

K

s

φ


Centro de rolagem

Centro de rolagem (roll center)

•Ponto imaginário sobre a carroceria em torno do qual ela rola pela aplicação de um momento puro.•Ponto onde a força lateral étransmitida do eixo para a carroceria.•Ponto sobre a carroceia em que a força lateral aplicada não produz nenhum ângulo de rolagem.


Transferência de carga

carroceria da rolagem de ângulo suspensão da rolagem de rigidez

bitola rolagem de centro do altura

lateral força interna roda na carga externa roda na carga

.2.

.2..2

0..2

.2

.

0

=

===

+====

∆=+=−

=−−+−

=∑

φ

φ

φ

φ

φ

φ

K

t

h

FFF

F

F

Ft

K

t

hFFF

KhFt

Ft

F

M

r

yoyiy

zi

zo

zr

yzizo

ryzozi

CR


Transferência de carga

zr

yzizo Ft

K

t

hFFF ∆=+=− .2

..2..2

φφ

parcela devido à aplicação da

força lateralparcela devido à rolagem do

veículo


Ângulo de rolagem

( )

1

2

1

2

1

1

2

1

rolagem de eixo

..

..

resulta

,.Sendo

..

pequenos muito e Para

cos.cos...sin..

todoum como veículodo depende momento do ãodistribuiçA

hWKKgR

VhW

KKMMM

gR

VhWM

hR

V

g

WhWM

MM

rf

rfrf

−+=

+=+=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+=

=∑

φφ

φφφφφ

φ

φ

φ

φ

φ

φ

εφ

εφφ


Taxa de rolagem (roll rate)

.g

7 a 3 de varia urbanos, veículosPara

..

:se- tem,.

...

Sendo

.por definida é rolagem de A taxa

1

1

1

2

1

grausR

hWKK

hWR

hWKKgR

VhW

da

dR

rf

rf

y

φ

φφφ

φφ

φ

φ

φ

−+=

−+=

=



rzrrrrf

rr

fzfffrf

ff

tFgR

VhW

hWKKgR

VhW

KM

tFgR

VhW

hWKKgR

VhW

KM

..

...

...

..

...

...

2

1

2

1

2

1

2

1

∆=+−+

=

∆=+−+

=

φφφφ

φφφφ


Inclusão da rigidez lateral

( )

( )

[ ]gR

VWFbCF

FFFFFF

FbFaFbFaF

FbFaCF

CF

zy

zzzizzzo

zizizozoy

zzy

y

.....2

resultando

Mas

.....:eixo mesmo um Para

....

.

22

22

2

=∆−=

∆−=∆+=

+++=

+=′=′

=

α

α

αα

α

α

α

α


Inclusão da rigidez lateral

[ ]

[ ]

gR

V

C

Fb

C

W

C

Fb

C

W

C

W

C

W

R

L

R

L

gR

VWFbCF

gR

VWFbCF

r

zr

r

r

f

zf

f

f

r

r

f

f

rf

rrzrryr

ffzffyf

....2.

..2..180

se-tem

.180que Lembrando

.....2

.....2

eixocada para izandoParticular

222

22

22

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ∆−

∆+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−+=

−+=

=∆−=

=∆−=

αααααα

α

α

πδ

ααπ

δ

α

α


Força de cambagem(Camber trust)


Cambagem: inclinação da roda para fora.

Picture From: http://www.caterpillar.com Picture From: http://www.motorcyclesafety.state.mn.us



carroceria da rolagem de ângulo carroceria à relativa cambagem

piso ao relativa cambagem

==

=

+=

φγ

γ

φγγ

b

g

bg



gR

V

aC

C

C

C

C

W

C

W

R

L

C

C

C

F

CCF

y

r

r

rf

f

f

r

r

f

f

y

y

......180

.

..

2

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡

∂∂

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

∂∂

−∂

∂+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−+=

−=

+=

φφγ

φγ

πδ

γα

γα

α

γ

α

γ

αα

α

γ

α

γα



Esterçamento de rolagem (roll steer)






Influência das forças trativas

gR

V

C

F

C

W

C

F

C

W

C

W

C

W

C

FRL

r

xr

r

r

f

xf

f

f

r

r

f

f

f

xf ....

1

.1802

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−−⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−+

+=

αααααα

α

πδ


Exemplo 1


Exemplo 1


Exemplo 2


Respostas

% 0,8 g)0,865- f)

graugrau/s 9,95 e)

g/grau 0,475 d)mph 268 c)grau/g 0,11 b)

9,6 ;4,8 ;2,4 ;0,96 a)1 Exemplo

o

oooo

grau/g 1,05 c)grau/g 10,5 b)

uin.lbf/gra 1606 a)2 Exemplo

engenhariaautomotiva Referência utilizada nesta aulaReferência utilizada nesta aula





Suspensões


Características primárias da suspensão

• Seguir o perfil da pista• Isolar a carroceria • Manter as rodas com o esterçamento e a

cambagem apropriados• Reagir aos esforços produzidas pelos pneus

• longitudinais (aceleração e frenagem)• laterais (força lateral)• torques de acionamento e frenagem


Características secundárias da suspensão

• Custo• Peso • Espaço ocupado• Fabricabilidade• Facilidade de montagem• ...


Caster


Cambagem


Inclinação do Pino Mestre


Convergência


Nesta aula

• Tipos de suspensão• Efeitos "anti-squat" e "anti-dive"• Centro de rolagem


Nesta aula



Tipos de suspensão

• Eixo rígido

• Independente


Eixo rígido

• O movimento de uma roda é transmitido para a outra

• Suspensão traseira de carros e caminhões / ônibus

• Suspensão dianteira de caminhões / ônibus


Eixo Rígido (Hotchkiss)

Molas semi-elípticas

Diferencial Articulação fixa Articulação

móvel


Quatro Elos (Four Link)

Braço inferior (controle longitudinal)

Braço superior (controle de frenagem, aceleração e

forças laterais)

Mola helicoidal


de Dion

Eixo rígido

Semi-eixos

Diferencial montado no chassi


Eixo rígido

(VALKENBURGH, 2000)


Independente

• O movimento de uma roda não afeta a outra.• Suspensão dianteira de carros e caminhões

/ ônibus leves.• Espaço para o motor.• Maior rigidez de rolagem.• Controle do centro de rolagem e da variação

da bitola.


Braços Longitudinais (Trailing Arms)

Molas de torção

Braço longitudinal

VWe

Prorsche


Duplo A (Short-Long Arm)


MacPherson


Multibraços (Multi-link)


Braços Longitudinais (Trailing Arms)


Braços Semi-oscilantes (Semi-trailing Arms)


Eixo Semi-Rígido (Swing-Axle)


Tipos de suspensão


Nesta aula



Forças agindo no eixo de tração


Forças agindo no eixo de tração

oscilante braço um de à eequivalent Relaçãod

e

F

F

x

z =

Ponto de reação virtual


Forças agindo no eixo de tração traseiro durante

aceleração


f

r

p

frrxp

K

K

L

h

L

h

d

e

L

h

Kd

e

KL

h

Ka

g

W

L

.

0 Para

.1.1.1...1

:arfagem de Ângulo

A pontoao relação em momentos de equilíbrio Do

+=

=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+−=

θ

θ

Ângulo de arfagem para eixo traseiro rígido


arfagem-anti de %100CG o e contato de ponto o entre Linha

veículosdos maioria 2,0

arfagem-anti de %50.5,0

aceleração a durantedefletir irá não traseirasuspensãoA

:parcela Primeira

⇒

⇒=

⇒=

=

d

eL

h

d

e

L

h

d

e



centros. entre distância da metade naCG do altura a até contato de ponto do Linha

.2

:) ndo(considera arfagem-anti Relação

nivelado. veículoomanter e dianteira suspensão da elevação acompensar

para sobe traseirasuspensãoA

.

:completa Expressão

L

h

d

e

KK

K

K

L

h

L

h

d

e

fr

f

r

=

≈

+=



f

r

p

frrxp

K

K

L

h

L

h

d

re

L

h

Kd

re

KL

h

Ka

g

W

L

.

0 Para

.1.1.1...1

:arfagem de Ângulo

A pontoao relação em momentos de equilíbrio Do

+=−

=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

−−=

θ

θ

Ângulo de arfagem para suspensão traseira independente


subida-anti Efeito

.

0 Para

.1.1.1...1

:arfagem de Ângulo

dianteira Tração

r

f

p

ffrxp

K

K

L

h

L

h

d

e

L

h

Kd

e

KL

h

Ka

g

W

L

−−=

=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++=

θ

θ

Ângulo de arfagem para eixo dianteiro rígido


subida-anti Efeito

.

0 Para

.1.1.1...1

:arfagem de Ângulo

dianteira Tração

r

f

p

ffrxp

K

K

L

h

L

h

d

re

L

h

Kd

re

KL

h

Ka

g

W

L

−−=−

=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

−+=

θ

θ

Ângulo de arfagem para suspensão dianteira

independente


Condições para anti-mergulho


Efeito anti-mergulho

( )dianteiro eixo no frenagem de força da fração

.1

traseiraSuspensão

.

dianteira Suspensão

=−

=

−=

ξξ

ξ

L

h

d

e

L

h

d

e

r

r

f

f


Exemplos




Nesta aula



Centro de rolagem de uma suspensão independente


Centro de rolagem

• Ponto em que as forças laterais são transmitidas para a massa suspensa.

• Ponto localizado no plano vertical transversal sobre os centros das rodas, em que as forças laterais aplicadas à massa suspensa não produzem rolagem.


Centro de rolagem e eixo de rolagem


Centro de rolagem de uma suspensão traseira tipo quatro elos


Centro de rolagem de uma suspensão traseira de três elos


Centro de rolagem de uma suspensão de quatro elos com

braços paralelos


Centro de rolagem de uma suspensão hotchkiss


Suspensão independente com braço oscilante positivo


Suspensão independente com braço oscilante negativo


Suspensão independente com elos horizontais


Suspensão independente com elos paralelos inclinados


Suspensão independente MacPherson


Suspensão independente de braços oscilantes (swing arms)

engenhariaautomotiva Referência utilizada nesta aula


VALKENBURGH, P. V. Race Car Engineering and Mechanics. Seal Beach: HP Books, 2000. ISBN 0-9617425-0-x.




Sistemas de Direção



Nesta aula

• Sistemas de direção• Cinemática do esterçamento• Erro de geometria• Forças e momentos• Influência da tração dianteira• Esterçamento nas quatro rodas



Nesta aula



Sistemas de direção

http://carros.hsw.uol.com.br/direcao-dos-carros2.htm




braço Pitman

caixa de engrenagem



http://carros.hsw.uol.com.br/direcao-dos-carros3.htm





http://sistema'sautomotivos.blogspot.com/2009/01/direo.html







Animação Técnica - Sistema de Direção do Veículo

http://www.youtube.com/watch?v=zE13huhOlBc



http://sistema'sautomotivos.blogspot.com/2009/01/direo.html

Dispositivos de segurança



Nesta aula


Cinemática do esterçamento




22

tan22

tan


tR

Lt

R

L

tR

Lt

R

L

ii

oo

−≅⇒

−=

+≅⇒

+=

δδ

δδ



1:36 atépesados veículos1:15spassageiro de veículos

: típicosValores

roda da ângulo o e volantedo ângulo o entre Relação

TOESTERÇAMEN DE RAZÃO

⇒⇒



Veículo com três eixos


Veículo com três eixos


Reboque com eixo



Nesta aula


Geometria ideal para uma suspensão independente


Ocorre divergência quando a suspensão trabalha

DIV CONV

Alterações na convergência(bump steer)


SOBRE

SUB

Erro na geometria para aumentar o sub-esterçamento


Geometria do esterçamento


oooo

oooo

5-015-10carros5-05-0caminhões

CasterMestre Pinoveículo

Cambagem e convergência são definidos de modo a ficarem em torno de 0o nas mais variadas condições

de funcionamento.

Geometria do esterçamento



Nesta aula


(força trativa)

(força lateral)

(força vertical)

(momento de resistênciaao rolamento)

(momento auto-alinhante)

(momento de tombamento)

Forças e momentos sobre uma roda


Momento produzido pela força vertical

( ) ( )

caster de ângulo toesterçamen de ângulo

mestre pino do ângulo terraà braço

rodas duas nas verticalforça ,rodas duas das totalmomento

cos.sin..sin.sin..caster do influênciamestre pino do influência

====

==

−++−=

νδλ

δνδλ

d

FF

M

dFFdFFM

zrzl

V

zrzlzrzlV 4444 34444 214444 34444 21


Momento produzido pela força vertical Influência do ângulo do pino-mestre


•O eixo se eleva (momento centralizador)•Não é afetado pela transferência de carga

( )4444 34444 21

mestre pino do influência

1 sin.sin.. δλdFFM zrzlV +−=

Momento produzido pela força vertical Influência do ângulo do pino-mestre


Momento produzido pela força vertical Influência do ângulo do caster


( )4444 34444 21

caster do influência

2 cos.sin.. δνdFFM zrzlV −=

•O eixo rola (um lado sobe e outro desce)•Sensível à transferência de carga

Momento produzido pela força vertical Influência do ângulo do caster


Momento produzido pela força lateral


Momento produzido pela força lateral

( ) νtan..rFFM yrylL −−=

•Pproduz um momento que tende a girar a roda para fora da curva.•Contribui para o aumento do comprtamento sub-esterçante.


Momento produzido pela força trativa


Momento produzido pela força trativa

( )dFFM xrxlT .−=

•Os momentos tendem a se equilibrar.•Sensível ao braço-à-terra (d).•Desbalanceamento:

•pneu vazio•problemas no freio•coeficientes de atrito diferentes


Momento produzido pelo torque alinhante

( ) 22cos. νλ ++= zrzlAT MMM

•Sempre agem de modo a resistir a qualquer movimento de giro.•Efeito sub-esterçante.


Modelo cinemático do sistema de direção


Modelo dinâmico do sistema de direção

( ) ( )( )

( )( ) 22cos.

.tan..

cos.sin..sin.sin..

direção da eixo no Momentos

νλ

νδνδλ

++=⇒−=⇒+−=⇒

−++−=⇒

zrzlATz

xrxlTx

yrylLy

zrzlzrzlVz

MMMM

dFFMF

rFFMF

dFFdFFMF


•Rigidez do sistema•Propriedades da caixa de direção

•razão de esterçamento•torque no volante

•Ângulos de Ackerman•Cadeia cinemática•Servomecanismo•Propriedades elásticas dos componentes•Resposta direcional (pneus)•Comportamento em curva

Modelo dinâmico do sistema de direção


Nesta aula



Influência da tração dianteira

Carregamento (forças e momentos) sobre o eixo de direção.


( )

( )[ ]

( )[ ]ζλ

ζλλν

ζλλν

++=

++=

=

++=

sin..

ndoSimplificasin.cos.cos..

se-tem.

Sendosin.cos.cos..

rdFM

rdFM

rFT

TdFM

xSA

xSA

xd

dxSA




•Numa curva, devido à rolagem,•ζext diminui•ζint aumenta•MSAext diminui•MSAint aumenta

Resultado: momento que se opõe ao ângulo de direção => sub-esterçamento

Magnitude do momento depende:•grau de rolagem da carroceria•diferença dos ângulos dos semi-eixos•diferença dos ângulos do pino-mestre

( )[ ]ζλ ++= sin.. rdFM xSA


Nesta aula



Acionamento:•mecânico•hidráulico•eletrônico

Esterçamento nas quatro rodas(baixas velocidades)


( )

( )

2/1%1003/1%50

em redução

1.

1..

.

R

LR

R

L

f

ffffr

fr

ξ

ξδ

ξδδξδδδ

δξδ

+=

=+=+=+

=

Esterçamento nas quatro rodas(baixas velocidades)


( )

( )

2/1%1003/1%50

em redução

1.

1..

.

R

LR

R

L

f

ffffr

fr

ξ

ξδ

ξδδξδδδ

δξδ

+=

=+=+=+

=

Esterçamento nas quatro rodas(velocidades acima de 30 km/h)


Aceleração lateral para diferentes sistemas de esterçamento nas 4 rodas


3000GT VR4 All Wheel Steering demohttp://www.youtube.com/watch?v=9c9dxEnYh3Y

Honda Prelude 4 Wheel Steeringhttp://www.youtube.com/watch?v=sldOdWYzW7U

Demonstração de sistemas de esterçamento nas 4 rodas



Jazar, Reza N.. VEHICLE DYNAMICS: THEORY AND APPLICATION. New York: Springer, 2008.

Referência utilizada para esta aula



Fundamentos de Dinâmica VeicularFundamentos de Dinâmica VeicularAula Aula 1010

CapotamentoCapotamento


• Modelo quase-estático rígido• Fator de estabilidade estática• Modelo quase-estático suspenso• Artigo

engenhariaautomotiva SeguranSeguranççaa

Mercedes A Class http://www.youtube.com/watch?v=Um-XlKerWvA&feature=related


ForForçças agindo sobre um as agindo sobre um veveíículo rculo ríígidogido


Estática) deEstabilida de(Fator SSF.2

0 Se

o)capotament do(limiar .

2

0 Se

neutra) e(velocidad 2.plana Estrada

..

.2

02

........

1

02

.cos....sin...

0

==

=

+=

=

=∴=⇒

−+=

=−+−

<<

=−+−

=∑

h

t

g

a

h

ht

g

a

F

g

agMF

h

tgM

Fh

t

g

a

tgMtFhgMhaM

tgMtFhgMhaM

M

y

y

zi

yzi

zi

y

ziy

ziy

o

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕϕ

Fator de Estabilidade Fator de Estabilidade EstEstáática tica

(ve(veíículo rculo ríígido)gido)

engenhariaautomotiva Fator de Estabilidade EstFator de Estabilidade Estááticatica


DeterminaDeterminaçção experimental ão experimental do SSFdo SSF


ForForçças agindo sobre um as agindo sobre um veveíículo suspensoculo suspenso


ForForçças agindo sobre um as agindo sobre um veveíículo suspensoculo suspenso

( )

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −+

=

=

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ −−−==∑

hh

Rh

t

g

a

aR

hht

gMhaMMo

r

y

y

rsys

1.1

1..2

(rad/g) Sendo

.2

....0

φ

φφ

φ

engenhariaautomotiva ArtigoArtigo

Hac, A.. Rollover Stability Index IncludingEffects of Suspension Design. SAE, 2002-01-0965, 2002

Apresentação

Artigo


VVíídeosdeosTestes especiais

Accident avoid

Volvo XC90 Rollover Test

Volvo truck rollover test 1

Volvo truck rollover test 2

Autonomous Driving Collection with STÄHLE ROBOTS.mov

2000 MCI 102-EL3 MotorCoach Rollover/Drop Test

BMW X5

burro da caminhonete

engenhariaautomotiva Referência para esta aulaReferência para esta aula


Hac, A.. Rollover Stability Index IncludingEffects of Suspension Design. SAE, 2002-01-0965, 2002

fundamentos de dinamica veicular 04-2012

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