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7/25/2019 ib1 Manoel

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ENG 1780 – INTEGRADORA BÁSICA I – 2013.2

A Engenharia das Corridas de Carro

Trabalho Individual

1310824 – MANOEL FELICIANO DA SILVA NETO

Leia com atenção as orientações a seguir,e principalmente os problemas propostos.

Este trabalho visa a aplicação dos conceitos de Física e as ferramentas de Cálculo eInformática para o tratamento de problemas relacionados aos veículos de terrestres

em geral, de competição em particular. Seu desenvolvimento ao longo do períododeverá ser realizado em 3 etapas:

1) Avaliação dos problemas e modelagem preliminar.Conclusão em 10/10;

2) Modelagem detalhada e análise inicial dos problemas.Conclusão em 12/11;

3) Simulação e análise dos resultados.Conclusão em 12/12.

Os resultados de todas as etapas deverão ser entregues na forma de relatório

escrito impresso, segundo o padrão utilizado na Introdução à Engenharia,contendo a descrição detalhada dos itens abordados. No relatório final, entreguena etapa (3) impresso e em arquivo Microsoft Word (.doc), cada item analisadoserá um Capítulo contendo os tópicos tratados. Os programas de computadordesenvolvidos para simulação e análise do problema proposto, deverão serentregues em meio magnético, juntamente com uma listagem do código e exemplosde aplicação.

Caso os dados fornecidos não sejam suficientes para a solução dos problemas,estime os valores não informados com base no seu bom senso e/ou consultereferências confiáveis, que deverão ser citadas no relatório. Não se esqueça derealizar a análise crítica dos resultados encontrados.

Alguns conceitos ou características de comportamento dos veículos que ainda nãotenham sido apresentados em aula, ou mesmo dúvidas a respeito dos problemas,deverão ser discutidos individualmente. Marque um horário para orientação atravésdo e-mail [email protected] .

Divirta-se ...

... e aprenda!!!



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1) Determine, com base nas forças aplicadas, as acelerações longitudinal e lateral associadas, ecompare com as fornecidas na figura. Estime, se possível, os momentos de rolagem, de arfageme de guinada. Determine se o veículo, nas condições mostradas tem tendência sobre-esterçante,neutra ou sub-esterçante, está freando ou acelerando, está em linha reta ou fazendo curva. Façaas hipóteses que considerar razoáveis.

Dados: Ferrari F1 2000Distância entre eixos: 3.075 mmComprimento total: 4.503 mmBitola dianteira: 1.457 mmBitola traseira: 1.416 mmLargura total: 1.798 mm Altura CG solo (estimada): 150 mmMassa: 612 kg (piloto + contra-pesos + combustível).Distribuição de peso (condição estática): 45% na dianteira



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2) Desenvolva uma expressão para determinação do centro de rolagem do chassi em função dageometria da suspensão. Faça as hipóteses que achar razoáveis.



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3) A figura mostra duas vistas da curva inclinada (banking ) do autódromo de Monza usada nosGrande Prêmios de Fórmula 1 até o início dos anos 60.

3.1) Desenvolva o modelo matemático que descreve a relação entre velocidade, aceleraçãolateral (normal), inclinação da pista, etc, para este tipo de condição.

Curva inclinada em Monza.

3.2 ) Na figura abaixo é mostrada uma pista de teste denominada “reta sem fim” ou “retainfinita” na qual o veículo percorre uma trajetória circular de raio constante, a umadeterminada velocidade, sem a necessidade de esterçamento nas rodas. Explique como epor que isto é possível. Mostre as relações que descrevem matematicamente este teste.

Pista de teste “reta infinita” do campo de provas deCruz Alta da GM em Indaiatuba SP.



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3.3) Discuta os comentários apresentados no site Best Cars a respeito de um teste realizadono Campo de Provas de Cruz Alta de Indaiatuba. Há alguma inconsistência Física? Osvalores numéricos são coerentes? É possível determinar (ou estimar) as inclinações das trêspistas referidas?

Campo de provas ou parque de diversões?

ouhttp://www2.uol.com.br/bestcars/testes/astra03-2.htm

O Campo de Provas da Cruz Alta, que a GMmantém em Indaiatuba, SP, é um daqueleslocais que todo entusiasta por automóveldeveria conhecer uma vez na vida.Considerado pela empresa um dos trêsmelhores do mundo, utilizar algumas de suaspistas ao volante de um bom carro é um

prazer que demora a ser esquecido.

Neste lançamento a GM utilizou um percursoatravés das pistas circular ("reta infinita") eD1. A primeira é um enorme círculo de 4,3 kmde extensão, construído com inclinação exatade modo a manter a direção do veículomesmo que o motorista solte o volante, graçasà compensação entre as forças centrífuga ecentrípeta. São três pistas, cada uma com suainclinação. Partindo da mais baixa, à direita,basta ganhar velocidade para que o carro"suba" para

a esquerda, alcançando seu topo (foto aolado) a cerca de 150 km/h. Só então é precisosegurar o volante para não chegar ao guard-rail . Desacelerando, o carro "desce" para aspistas à direita. A sensação de rodar perto de200 km/h na pista mais alta (na foto acima o Astra GSi), tendo à frente apenas asfalto e océu, é indescritível para os aficionados.

Mas a diversão não acabava por aí. Depois de

3,9 km, um desvio levava à D1, a pista detestes de durabilidade, composta porsituações muito variadas: piso ondulado,esburacado, de paralelepípedos, simulaçãode linha férrea e, claro, deliciosos trechossinuosos de bom asfalto, onde se podemconhecer os limites de estabilidade do carro.

A GM realmente caprichou neste evento emCruz Alta. Já estamos esperando o próximo.



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4) Determine as velocidades necessárias para um veículo percorrer as curvas das Figuras 4.1, 4.2 e4.3, considerando as forças indicadas. Por que não escorrega da lateral do Globo da Morte? Porque não cai no topo do Loop? Qual é o valor da altura h a partir da qual o veículo (carro daMontanha Russa) deve ser lançado para que provoque na posição superior do Loop uma forçana pista (trilho) igual ao peso?

Considere o veículo representado por uma massa pontual e na condição estacionária na curva,ou seja, velocidade constante.

Figura 4.1: Problema do “Globo da Morte” (Curva inclinanda com = 90o).

Figura 4.2: Problema do Loop (Montanha Russa).

Figura 4.3: Problema do Loop (Montanha Russa). Altura h para N = mg no topo.



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5) Considere o TESTE DE ACELERAÇÃO LATERAL, conhecido como SKID PAD (Figura 5.1) que visa determinar a aceleração lateral máxima do veículo (ou o coeficiente de aderência limítrofe), econsiste basicamente em percorrer uma trajetória circular plana, de raio prefixado, comvelocidade constante (pelo menos durante uma volta completa, a princípio), e no aumentocontínuo desta velocidade até que o raio da trajetória tenda a variar (ou varie de fato) exigindo

correção por parte do motorista (piloto, condutor) de maneira a manter o veículo dentro dotraçado circular.

Figura 5.1: Teste de Skid Pad .

Se o veículo for subesterçante (sai de frente – típico em veículos de passeio – perde aderência nasrodas dianteiras) a tendência é de aumentar o raio quando é atingido o limite de aderência. Se oveículo for sobresterçante (sai de traseira – típico de veículos esportivos de alto desempenho ou decompetição – perde aderência nas rodas traseiras) a tendência é diminuir o raio da trajetória.

Assim, conhecido o raio original (geralmente 55 m para carros de passeio) e a velocidade limite apartir da qual há a necessidade de correção no esterçamento para manter o traçado, tem-se

R

va limitemáx

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e adotando uma aproximação, a princípio, aceitável para o comportamento do veículo, pode-sedeterminar uma boa estimativa para o coeficiente de aderência, dada por

gR

v g a limite

máx

2

Deseja-se analisar O PROBLEMA TRANSIENTE (variação no tempo) ASSOCIADO À VARIAÇÃO(aumento ou diminuição) DO RAIO em uma trajetória curvilínea (Figura 5.2)

Quando o limite de aderência é ultrapassado, por exemplo em um teste de Skid Pad ou em uma

curva circular plana, o raio da trajetória tende a variar 21 R R . Sendo um veículo subesterçante:

21 R R . Sendo sobresterçante: 21

R R .



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5.1) Se 1 gRv mas 2

gRv como ocorre a transição 21 R R ? Proponha uma

formulação que possibilite simular e analisar o comportamento do veículo no movimento entre oscírculos. Faça simulações que comprovem tratamento modelo desenvolvido. Use um modelo simplespara o veículo (partícula orientada ...)

Considere a variação de velocidade, portanto a aceleração tangencial ...

Lembre-se que durante o deslizamento o coeficiente de atrito é o cinético d !

E também que a aceleração total é limitada pelo círculo de aderência!!

E que a curva de transição pode ser modelada por uma clotóide ...!!!

Mas será que é mesmo uma clotóide???

O Centro Instântaneo de Rotação permanece fixo durante o transiente??

Figura 5.2: Variação de raio em uma trajetória circular.

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