Sistema de Suspenso Veicular Otimizado porMeio de um Controle Eletromecnico do

Conjunto Mola e AmortecedorJos Vitor Mendes da Silva Oliveira

j.vitor.oliveira88@gmail.comFER

Luan Jnior Silva da Cunhaluanjunior_cunha@hotmail.com

FER

Rodrigo Dias Valenterodrigo.valente84@gmail.com

FER

Yuri Franklin Machado De Abreuyuri.fr@ig.com.br

FER

Resumo:O sistema de suspenso de um veculo diretamente responsvel por filtrar as aceleraesimpostas pelas imperfeies dos pavimentos e de outras fontes de excitaes, alm de garantirestabilidade, dirigibilidade e performance. Esse sistema vem sendo aperfeioado continuadamente, etornou-se tema de grande interesse de engenheiros e projetistas devido a sua grande amplitude epossibilidades de configuraes. Este trabalho prope um projeto de controle eletromecnico paraotimizar o sistema de suspenso de um veiculo, resultando em uma melhora significativa com relao performance, sem abrir mo dos compromissos de conforto e segurana. O projeto proposto baseia-se napossibilidade de selecionar estgios de pr-carga das molas, e no controle do fluxo do fludo doamortecedor por meio de vlvulas solenoides durante a realizao de curvas. Alguns conceitosfundamentais da dinmica veicular sero abordados, para o embasamento do projeto. Os parmetros e osresultados sero demonstrados e comprovados atravs de testes experimentais, e comparaes commodelos matemticos utilizados em softwares de simulao virtual.

Palavras Chave: Suspenses - Vlvulas solenoides - Dinmica veicular - Simulao virtual -

1. INTRODUO

As estradas dos sculos XVIII e XIX no dispunham de infraestrutura adequada e, por

este motivo, os construtores de carruagens passaram a equipar os seus produtos com sistemas

de suspenso, que inicialmente utilizavam feixes de molas para ambos os eixos do veculo,

devido simplicidade na manufatura e baixo custo (BARRETO, 2005).

Posteriormente as suspenses de feixes de molas passaram a ser utilizadas apenas nos

eixos traseiros dos veculos, e iniciou-se a aplicao de molas helicoidais nos eixos dianteiros.

O sistema de suspenso veicular conhecido atualmente, que composto basicamente por um

conjunto de mola e amortecedor, comeou a ser estudado e desenvolvido desde o princpio da

fabricao de automveis, com o intuito de tornar o veculo mais confortvel e seguro para os

passageiros (CRIVELLARO, 2008).

A partir da dcada de 70 deu-se o incio s pesquisas sobre sistemas de suspenso

ativa, inovando completamente a rea da dinmica veicular. A proposta desse novo sistema de

suspenso aumentaria o desempenho, o desempenho do veculo, o conforto, e a segurana dos

passageiros (ALVES, 1998).

Aps a dcada de 90, com o auxlio do computador, os sistemas de suspenso

passaram a ser analisados mais detalhadamente. possvel avaliar as caractersticas da

suspenso e seus componentes atravs de softwares de anlises de sistemas multi-corpos e em

modelos 3D computadorizados. Alm disso, possvel tambm verificar as respostas do

sistema atravs de estudo do modelo matemtico de veculo completo (BARRETO, 2005).

Atualmente o sistema de suspenso vem sendo de grande interesse de diversas reas da

engenharia. A necessidade de melhorar a segurana, o conforto e desempenho o que

impulsiona o desenvolvimento tecnolgico de suspenses, pois os veculos deixaram de ser

usados esporadicamente e passaram a fazer parte do nosso cotidiano (ANDRADE, 2002).

1.1. SITUAO PROBLEMA O conjunto de mola e amortecedor cria problemas de reduo da fora de atrito entre o

pneu e o solo, pois absorve a fora peso produzida pela massa do veiculo, que deveria ser

direcionada para as rodas, e possibilita a transferncia de carga para as rodas externas durante

as curvas e em mudanas de trajetrias, diminuindo a aderncia das rodas internas. Esses

efeitos so ocasionados pelo movimento de rolagem da carroceria.

Tais caractersticas conflitam com outra caracterstica da suspenso, que garantir

uma aderncia suficiente no contato entre o pneu e o pavimento. Assim, h a dificuldade de se

manter um compromisso entre os parmetros de conforto e desempenho, pois eles so

inversamente proporcionais. Desta forma o condutor deve se adaptar aos nveis de conforto

estipulados pelos projetos dos fabricantes de automveis, sem ter a possibilidade de selecionar

uma configurao que torne o veiculo mais adequado ao seu desejo.

A limitao dos fabricantes de automveis no quesito conforto estabelecida pelo alto

custo de sistemas de suspenses mais sofisticados e a demanda de mo-de-obra especializada

para os eventuais reparos. Esses fatos fazem com que seja inviabilizada a aplicao de tais

sistemas em veculos populares.

1.2. OBJETIVO

O objetivo deste trabalho elaborar, desenvolver e implementar um controle

eletromecnico de baixo custo em um sistema de suspenso veicular, que tem como finalidade

otimizar o comportamento dinmico do veculo, proporcionando maior estabilidade e

segurana em curvas e em mudanas bruscas de trajetria, por meio da controle da rolagem da

carroceria, e aumentando o conforto dos ocupantes, pela possibilidade de selecionar estgios

de pr-carga das molas. O dispositivo de controle atuar nas calibraes das foras impostas

ao veculo pelos elementos de mola e amortecedor. Este dispositivo poder ser aplicado em

qualquer tipo de veculo.

1.3. JUSTIFICATIVA

A produo deste trabalho apoia-se na necessidade de desenvolver um compromisso

entre os parmetros de conforto, estabilidade, e dirigibilidade em um veculo, visto que

atualmente a exigncia dos consumidores cada vez maior.

Diversas desvantagens podem ser encontradas em sistemas de suspenso ativas,

embora a aplicao, em termos tericos, seja bastante eficiente. O sistema ativo tem alto custo

quando comparado com os sistemas passivos e a tecnologia empregada demanda gastos de

manuteno e baixa confiabilidade. O parmetro de segurana seriamente levado em

considerao nos sistemas de suspenso ativa, pois qualquer falha que ocorrer poder

desestabilizar completamente o veculo.

Por outro lado, os sistemas semi-ativos so mais confiveis e possuem maior robustez,

mas tambm apresentam desvantagens em sua utilizao. O funcionamento desse sistema

pode gerar solavancos, que so ocasionados pelo funcionamento dos componentes aplicados,

ocasionando em desconforto aos usurios do veculo (CRIVELLARO, 2008).

Os fatos apresentados inviabilizam a utilizao de sistemas de suspenso semi-ativa,

ou ativa. Desta forma fica evidenciada a necessidade de se desenvolver um dispositivo que

no seja de alto custo de aquisio, no necessite de mo-de-obra especializada, nem aumente

o desconforto durante o seu funcionamento, e que garanta conforto e segurana aos ocupantes

dos veculos.

1.4. METODOLOGIA

O desenvolvimento do controle eletromecnico proposto inicia-se por uma pesquisa da

literatura para identificar quais contribuies outros pesquisadores j fizeram melhoria do

comportamento dinmico de um veculo, e quais so as principais limitaes encontradas em

outros projetos de sistemas de suspenso.

Em seguida, realizada uma fundamentao com os principais conceitos que so

utilizados no desenvolvimento deste trabalho. Tambm h um tpico sobre o sistema que

proposto por este trabalho e como ocorre o seu funcionamento.

Adicionalmente, realiza-se uma modelagem matemtica utilizando dados de um

veculo escolhido pelos autores, para entender o seu comportamento dinmico sem a

implementao do projeto proposto. Posteriormente os dados que este trabalho prope so

inseridos no modelo matemtico, visando identificar quais sero os efeitos causados pela

utilizao dos componentes que fazem parte do novo projeto. Os resultados obtidos so

expressos atravs de grficos, para facilitar a comparao entre a utilizao ou no do controle

eletromecnico da suspenso. O programa utilizado para a modelagem matemtica o

Matlab/Simulink da Mathworks.

Por fim ser realizada uma comprovao experimental utilizando um veculo equipado

com os componentes eletromecnicos propostos.

2. FUNDAMENTAO

O desenvolvimento do controle de uma suspenso uma tarefa complexa, sobretudo

pela quantidade de parmetros que devem ser atendidos, para que haja um bom desempenho

(ANDRADE, 2002).

As caractersticas desejveis de um sistema de suspenso so (ANDRADE, 2002):

Isolar a massa suspensa dos impactos produzidos pelas imperfeies das estradas;

Reduzir a perda de aderncia entre o pneu e o solo;

Garantir o contato dos pneus com o solo em todas as quatro rodas.

Em diversas situaes essas caractersticas so contraditrias, ou subjetivas, ou no

so conhecidas em um sistema de suspenso convencional sob todas as condies de

operao. As caractersticas desejveis podem ser estudadas atravs de modelos matemticos

lineares, ou no lineares, e simulaes com diferentes nveis de complexidade de um sistema

de suspenso veicular.

2.1. DINMICA VEICULAR

A dinmica veicular, de forma geral, trata da relao entre o veculo e o ambiente onde

est se trafegando, e aos comandos impostos pelo condutor, de acordo com a sua necessidade.

So estudados os movimentos dos corpos que compem um veculo, e os esforos que os

originam. Os movimentos so divididos em: posies, velocidades e aceleraes. Os esforos

so originados por dois fenmenos: foras e momentos (BARBIERI, 2011).

Na Figura 1 so mostradas as interaes na dinmica veicular. Esta figura permite

entender que o motorista influenciado por entradas (sensaes do veculo, como a

estabilidade, a necessidade de acelerar ou freiar, etc.) e distrbios (sensaes fisiolgicas,

cansao, estresse, sono, etc.). O motorista atua diretamente no sistema de direo e no sistema

de freio/trao, aps o crebro processar as informaes das entradas e dos distrbios. O

sistema de direo capaz de fornecer um feedback ao motorista atravs da sensibilidade no

volante, informando se o carro possui boa dirigibilidade e se est estvel. Esses dois sistemas

influenciam no comportamento dinmico do veculo. O veculo tambm sofre distrbios

externos (imperfeies do pavimento, lombadas, buracos, etc.), alm das influncias dos

sistemas de direo e freio/trao, e tambm fornece feedback ao condutor atravs de

mudanas de posies, velocidades e aceleraes, que so sentidas na carroceria.

Figura 1: Interaes na Dinmica Veicular Fonte: BARBIERI, 2011.

O estudo proposto por esse trabalho considera o eixo de coordenadas (direes x, y e

z) da SAE, que pode ser visto na Figura 2. A diferena deste eixo de coordenadas para o eixo

de coordenadas cartesiano a inverso do sentido do eixo z, ou seja, o eixo da SAE adota a

direo z com o sentido para baixo, enquanto o eixo cartesiano adota a direo z com o

sentido para cima.

A dinmica veicular comumente dividida em trs reas:

Lateral: estuda a estabilidade e o comportamento do veculo em condies de esteramento em baixa, ou alta velocidade. Envolve o movimento lateral (y), e as

rotaes em torno de z (yaw) e x (roll).

Vertical: estuda os movimentos verticais (z) e as rotaes em torno de x (roll) e y (pitch), em funo das irregularidades da pista. Nessa rea a segurana e o

conforto so levados em considerao.

Longitudinal: estuda os movimentos longitudinais (x) e as rotaes em torno de (y), em funo dos torques aplicados durante a acelerao, ou durante a

frenagem do veculo. So considerados os desempenhos em acelerao e

frenagem, e a capacidade de vencer rampas.

Figura 2: Eixo de coordenadas e os momentos possveis em cada direo Fonte: GILLESPIE, 1992.

2.2. SUSPENSES

O projeto de uma suspenso deve ser definido basicamente para filtrar as aceleraes

verticais impostas pelas caractersticas da pista onde se est trafegando, resultando em uma

reduo das amplitudes de vibrao da massa suspensa (ganho na percepo de conforto).

Alm disso, a suspenso dever garantir o desempenho e a segurana do veculo

(PERSEGUIM, 2006). A suspenso composta, de forma generalizada, por um conjunto

mola e amortecedor.

O sistema de suspenso pode ser classificado de acordo com a presena ou no de

fontes adicionais de energia em: passivos, semi-passivos e ativos (ANDRADE, 2002):

Suspenso passiva: um sistema convencional de fontes no controladas de energia, tais como molas e amortecedores.

Suspenso semi-ativa: controla o fator de amortecimento, que pode ser varivel de acordo com as necessidades e cargas que atual sobre o sistema.

Suspenso ativa: caracterizada pela substituio dos componentes passivos por atuadores e sensores.

2.3. MOLAS

Molas so elementos mecnicos elsticos flexveis. Elas so utilizadas para exercer

foras, dar flexibilidade, e armazenar ou absorver energia mecnica. Generalizando, as molas

so classificadas como de fio, planas, ou de formato especial.

De acordo com Shigley et al. (2004, p.490):

As molas de fio incluem as molas helicoidais de fio redondo e quadrado, feitas para resistir e defletir sob cargas de trao, compresso e toro. As

molas planas incluem os tipos de viga em balano e elpticos, as molas de potncia (...), e arruelas de molas planas (...).

A rigidez de uma mola, que tambm conhecida como rate, basicamente a razo

entre uma determinada quantidade de fora que deve ser aplicada para comprimir a mola em

uma unidade de deslocamento.

No veculo avaliado so utilizadas molas helicoidais de compresso (Figura 3) com 18

espiras de fio redondo com 8 mm de espessura. O rate de amortecimento dessas molas de 25

N/mm. Outros veculos, principalmente caminhes e nibus, utilizam molas do tipo feixe de

molas (Figura 4).

Figura 3: Molas helicoidais Fonte: FREITAS JR; 2011.

Figura 4: Feixe de molas Fonte: DIXON, 2007.

2.3.1 FUNO DA MOLA NO RIDE

Perseguim (2006) buscou o entendimento das influncias dos elementos de uma

suspenso na dinmica do veculo relativa ao ride. O ride definido pelo autor como um

sistema que transforma as excitaes de entrada no veculo em sensaes subjetivas relativas

a conforto para o motorista. Aps ter analisado tais influncias, ele apresentou novas mtricas

para avaliao da dinmica veicular no ride.

A mola tem como funo principal armazenar toda a energia brusca proveniente da

transposio de algum obstculo pelo veculo, sem transmitir toda essa energia para a massa

suspensa, e evitar deslocamentos severos na mesma (PERSEGUIM, 2006).

2.4. AMORTECEDOR

Segundo Dixon (2007, p.3), os amortecedores so classificados em duas categorias:

os de atrito seco com elementos slidos, e os hidrulicos com elementos fludos (traduo livre dos autores). Essas categorias apresentam ainda outras sub-categorias:

a) Atrito seco com elementos slidos:

i. Discos deslizantes: Opera com dois braos mecnicos, funcionando

similarmente a uma tesoura. conhecida como scissor (Figura 5).

ii. Cinta enrolada em torno de blocos: Conhecido como snubber (Figura 5).

b) Hidrulico com elementos fludos:

i. Com alavanca: Utiliza uma alavanca para operar uma palheta. Conhecido

como lever-arm (Figura 6).

ii. Telescpico: Podem ser de tubo simples, ou tubo duplo. Conhecido como

telescopic (Figura 6).

Atualmente, os amortecedores mais utilizados so os hidrulicos telescpicos.

Figura 5: Amortecedor scissor ( esquerda) e amortecedor snubber ( direita) Fonte: DIXON, 2007.

Figura 6: Amortecedor lever-arm ( esquerda) e amortecedor telescpico ( direita) Fonte: DIXON, 2007.

O veculo estudado utiliza um amortecedor hidrulico telescpico de dupla ao, que

utiliza nitrognio industrial como fludo de trabalho. O coeficiente de amortecimento desse

dispositivo de 1500 Ns/m.

2.4.1 FUNO DO AMORTECEDOR NO RIDE

De acordo com Gillespie (1992, p.156), ao contrrio do que o nome diz, o amortecedor no amortece os impactos provenientes das imperfeies da pista. A suspenso

como um todo responsvel por amortecer os impactos, e cabe ao amortecedor apenas

dissipar a energia acumulada no sistema (traduo livre dos autores).

2.5. MASSA SUSPENSA E MASSA NO SUSPENSA

A massa suspensa [sprung mass] definida como todas as massas que esto sobre o

sistema de suspenso do veculo, ou seja, toda a carroceria e seus itens internos. A massa no

suspensa [unsprung mass] o somatrio das massas de todos os componentes que esto

ligados suspenso, mas no so suportados diretamente por ela, ou seja, os pneus, as rodas,

os eixos, os freios e o prprio sistema de suspenso (JAZAR, 2008).

2.6. CENTRO DE GRAVIDADE

Centro de gravidade (C.G.) um ponto geomtrico e imaginrio onde considerada a

aplicao da fora da gravidade e das demais foras que fazem parte do sistema dinmico do

veculo. Para o estudo das dinmicas laterais e longitudinais considera-se que todas as massas

esto concentradas do no C.G., com propriedades inerciais adequadas. Na anlise da dinmica

vertical, normalmente necessrio dividir os veculos em massa suspensa e massa no

suspensa (GILLESPIE, 1992). importante frisar que a posio do C.G. varia de veculo para

veculo nas trs coordenadas (x, y, z), ou seja: pode estar mais prximo do eixo dianteiro, ou

do eixo traseiro (direo x); pode estar mais prximo do lado esquerdo, ou do lado direito do veculo (direo y); e ainda pode estar mais prximo, ou mais afastado do solo (direo z). A representao do C.G. pode ser identificada na Figura 2.

2.7. BOUNCE, PITCH, YAW E ROLL O bounce corresponde ao movimento vertical puro, determinado somente pela

dinmica vertical. Este movimento pode ser facilmente percebido da seguinte forma: quando

uma pessoa escolhe o nibus como meio de transporte e senta no banco que fica sobre uma

das rodas, esta pessoa ser impulsionada para cima e depois para baixo toda vez que a roda

passar por uma imperfeio do pavimento. O movimento de bounce gera vibraes e

frequncias internas nos rgos dos humanos. A tolerncia na direo vertical depende da

regio analisada: na cavidade abdominal, de 4 a 8 Hz; na cabea, de 10 a 20 Hz (BARBIERI,

2011).

O pitch corresponde ao movimento de acoplamento das dinmicas vertical e

longitudinal. Ele tambm facilmente percebido utilizando o exemplo citado anteriormente,

porm ao invs de sentar prximo a uma das rodas, deve-se sentar prximo ao meio do

nibus: o passageiro sentir um efeito gangorra toda vez que o nibus passar por uma imperfeio da pista. O movimento de pitch provoca vibraes na massa no suspensa,

resultando tambm em frequncias internas nos rgos dos seres humanos, desta forma

aumentando o desconforto. A tolerncia de frequncia que o homem suporta no sentido

longitudinal de 1 a 2 Hz. A tolerncia longitudinal bem menor do que na direo vertical

(BARBIERI, 2011).

O yaw denominado como o movimento que o veculo realiza em torno do eixo z, ou seja, so as guinadas do veculo. Esse movimento pode ser provocado pelas foras laterais

aplicadas na carroceria, ou pela ao dos ventos (GILLESPIE, 1992).

O movimento de roll basicamente o acoplamento das dinmicas vertical e lateral. A

rolagem de um veculo percebida nas curvas em velocidade mdia ou alta, pois o condutor e

os passageiros so impulsionados contra as portas do veculo. O roll acontece atravs do roll

axis, e medido em unidade angular. Esta representado na Figura 7 pelo ngulo (BARBIERI, 2011).

Figura 7: Movimento de roll.

2.8. ROLL CENTER E ROLL AXIS

O roll center [centro de rolagem] da suspenso dianteira, ou da suspenso traseira o

centro de rotao da massa suspensa com relao ao solo, ou seja, o ponto onde as foras

laterais so aplicadas no veculo durante as curvas. O roll axis [eixo de rolagem] do chassis de

um veculo, e obtido a partir da ligao dos pontos do roll center da suspenso dianteira e da

suspenso traseira (JAZAR, 2008).

A rolagem da massa suspensa acontece devido atuao de uma fora centrfuga, que

produzida durante uma curva, principalmente no C.G. A intensidade desse momento de

rolagem depende basicamente do rate da mola da suspenso, e da distncia entre o roll axis e

o C.G. (comprimento da alavanca produzida). O roll center influencia diretamente na

dirigibilidade, no conforto dos ocupantes e na segurana do veculo (BAUER, 2000).

2.9. CONFORTO

Segundo Crivellaro (2008, p.203.):

Algum debate existe para definir qual caracterstica do movimento as pessoas acham desagradvel. Deslocamento no um problema. Se fosse, a sensao de subir degraus produziria desconforto, o que no ocorre, muito embora o esforo para isso seja desconfortvel. Da mesma forma, a velocidade no desconfortvel, como evidenciada por pilotos que operam jatos a velocidades superiores a Mach 1, com nenhum efeito danoso.

O mesmo no pode ser dito com relao variao brusca na intensidade e na direo

da acelerao aplicada no veculo e em seus ocupantes (CRIVELLARO, 2008).

O sistema de suspenso o principal responsvel por isolar as frequncias de vibrao

que so transmitidas aos passageiros, pois absorvem os impactos e as irregularidades da

superfcie do solo. Por isso importante uma correta seleo do tipo das molas e dos

amortecedores a serem utilizados no veculo.

A determinao de conforto pode ser objetiva, ou subjetiva. Alm da configurao das

molas e dos amortecedores, a percepo de conforto influenciada por diversos fatores que

no se relacionam diretamente com o sistema de suspenso, como: se o assento ergonmico,

a temperatura do habitculo, a ventilao, o espao do interior do veculo, se h apoio para os

braos e mos, o nvel dos rudos acsticos, etc (GILLESPIE, 1992).

Existem muitas divergncias entre os pesquisadores com relao determinao de

nveis de conforto veicular, visto que cada pessoa reage de uma forma. Duas normas so

bastante utilizadas para mensurar e garantir o conforto: ISO 2631 e SAE J1490.

A norma ISO 2631 busca facilitar avaliao e comparao de dados dentro da cincia

das vibraes, para posterior determinao dos nveis aceitveis de exposio do corpo

humano a esses efeitos. Ela abrange todos os tipos de veculos (areos, terrestres e aquticos),

e mquinas industriais ou de agricultura. A limitao dessa norma est na amplitude da

frequncia em que o sistema em estudo est submetido, permitindo anlises em frequncias de

1 a 80 Hz (INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDZATION, 1978).

A norma SAE J1409 comenta as desvantagens da utilizao de mtodos subjetivos

para a avaliao dos nveis de exposio vibraes, e recomenda a utilizao de

acelermetros que sejam capazes de medir a vibrao nas direes vertical (eixo z) e longitudinal (eixo x). Ela utilizada apenas nos estudos de vibraes em veculos, e no faz relacionamento entre as respostas objetivas e subjetivas, nem recomenda limites aceitveis de

exposio s vibraes, ou seja, uma norma que instrui mtodos de como se obter os valores

de vibraes de forma adequada (SOCIETY OF AUTOMOTIVE ENGINEERS, 2011).

2.10. ESTABILIDADE E DIRIGIBILIDADE

O sistema de suspenso deve garantir um balanceamento entre os critrios de conforto

e uma boa estabilidade/dirigibilidade, isto faz com que o trabalho de projetistas e engenheiros

seja bastante complexo.

A dirigibilidade de um automvel um produto das interaes entre o pavimento, o

veculo e o ambiente (VIEIRA, 2011), podendo ser entendida como capacidade do veculo

sair de um movimento em regime permanente e atingir outro movimento. A estabilidade

definida por Barbieri (2011, p.40) como a tendncia decrescente das amplitudes do movimento perturbado de um veculo, aps algum tempo do trmino da perturbao.

Os termos cornering e handling so comumente encontrados em literaturas no idioma

ingls. O cornering trata das grandezas fsicas e da capacidade mecnica e dinmica do

veculo, abordando os parmetros de uma forma mais objetiva. O handling aborda as

sensaes do motorista com relao ao pavimento e ao comportamento do veculo, ou seja,

trata da parte subjetiva do estudo (BARBIERI, 2011).

3. SISTEMA PROPOSTO

Devido a uma limitao no sistema de suspenso veicular em que o mesmo no

consegue se adaptar a mais de um tipo de aplicao, esse estudo tende a aprimorar o

desempenho e a segurana de qualquer veculo utilizando uma vlvula solenoide como meio

para criar uma obstruo do fluxo do fluido de trabalho do amortecedor, enrijecendo o

amortecedor quando auto acionado em situaes de curva ou manobras.

Esse projeto composto por um comando fixado na coluna de direo, que atuar no

controle das vlvulas solenoides, restringindo o fluxo do fludo de trabalho do amortecedor,

de acordo com o sentido das curvas realizadas. Alm disto, tambm dotado de servo-

motores que so acoplados a uma relao coroa e engrenagem sem fim, com a finalidade de

enrijecer ou expandir as molas de acordo com a seleo do condutor.

3.1. APLICAO DO PROJETO

A SAE Internacional [Sociedade de Engenheiros da Mobilidade] uma entidade que

cria regulamentaes, realiza congressos, oferece cursos e palestras, alm de promover

diversos eventos para estimular os profissionais e os estudantes de graduao em Engenharia

no Brasil atravs da sua filial SAE Brasil.

Um desses eventos o MiniBAJA SAE, que consiste na concepo e desenvolvimento

de um veculo de competio monoposto e off-road, para a realizao de provas dinmicas

(acelerao, conforto, suspention & traction, enduro, etc.) e provas estticas (apresentao do

projeto, avaliao de segurana do veculo, avaliao do sistema de abastecimento, etc.).

O veculo utilizado no desenvolvimento deste trabalho participa do evento MiniBAJA

SAE. Essa escolha se deu devido complexidade do seu projeto, e a exigncia de que altas

performances sejam alcanadas nas rigorosas provas dinmicas durante as competies.

Outros motivos tambm justificam a escolha desse veculo para a implementao e

teste do sistema proposto:

1) Disponibilidade do veculo na instituio onde este trabalho est sendo desenvolvido. O veculo denominado como AEDBaja, e pertence a Faculdade de

Engenharia de Resende.

2) Necessidade de utilizar recursos que demandem baixo investimento e pouca mo-de-obra, visto que essas so algumas das premissas do evento MiniBAJA

SAE, alm de diversas limitaes tcnicas serem impostas pelas regulamentaes

da competio, como as definies de construo do veculo que devem ser

obedecidas para garantir a segurana dos ocupantes, impossibilidade de alterao

do sistema de exausto do motor, etc.

3.2. FUNCIONAMENTO DO SISTEMA

Por intermdio de dois interruptores (um para comprimir e outro para expandir a mola)

fixados ao painel do veculo e um rel pr-temporizado, o condutor poder escolher entre trs

tipos de configuraes pr-determinadas da rigidez da mola. A informao gerada pelo

interruptor enviada ao servo-motor que iniciar o movimento rotacional no limitador

superior da mola durante o perodo de tempo pr-determinado pelo rel. Por ter um contato

rosqueado com o corpo do amortecedor, o mesmo ir comprimir ou expandir a mola,

resultando em uma alterao no rate. Este dispositivo dever ser acionado apenas com o

veiculo parado, j que exige um atraso para realizar o trabalho completo de compresso e

expanso da mola, alm de requerer um acionamento manual do condutor. A Figura 8

apresenta o esquema eltrico do equipamento que controla a pr-carga das molas.

Figura 8: Esquema eltrico das configuraes de rigidez das molas - Fonte: Os prprios autores

Quando o interruptor de subida da mola acionado, energiza o rel temporizador pr-

ajustado. A tenso positiva ir energizar o rel RL1. Os contatos deste rel, que esto

normalmente abertos, se fecharo e polarizaro o motor no sentido de rotao anti-horrio.

Ao acionar o interruptor de descida da mola, o rel temporizador pr-ajustado ir

energizar com uma tenso positiva o rel RL2. Os contatos deste rel, que esto normalmente

abertos, se fecharo e polarizaro o motor no sentido de rotao horrio.

O outro dispositivo funcionar por meio de vlvulas solenoides, que um componente

eletromecnico, responsvel por restringir ou liberar a passagem do fludo atravs de controle

eltrico, que sero controladas atravs de um conjunto de pistas de contato situados na coluna

de direo, o que garante alta robustez e rapidez da entrada de informao no sistema. O

dispositivo entra em ao quando o condutor esterar o volante para qualquer lado. Desta

forma a vlvula solenoide aplicada no amortecedor do lado externo curva dever entrar em

ao, tornando o sistema mais rgido, atravs da obstruo instantnea da passagem do fludo

entre o seu corpo e o cilindro de expanso. O mesmo dever acontecer quando o volante for

esterado para o outro lado. A vlvula solenoide, devido ao seu retorno por mola, retornar

para a posio aberta no momento em que o volante se alinhar. A Figura 9 demonstra o

esquema eltrico de funcionamento das vlvulas solenoides.

Figura 9: Esquema eltrico das configuraes de rigidez dos amortecedores - Fonte: Os prprios autores.

4. SIMULAO

4.1 MODELO

Na Figura 10 apresenta-se um modelo para uma anlise de coerncia de resultados

proposto na bibliografia JAZAR (2008) que utiliza o mtodo de Newton-Euler para as

equaes diretas de movimento de um veculo completo implementado em

MATLAB/SIMULINK.

Figura 10: Modelo de veiculo completo em ambiente SIMULINK - Fonte: Os prprios autores

A simulao feita a partir de um veiculo que se encontra estvel e realiza uma

converso para a esquerda de 3 metros de raio uma velocidade de 5m/s (aproximadamente

20km/h).

4.2 ANALISE

As Figuras 11, 12 e 13 apresentam os deslocamentos de roll e as foras transmitidas ao solo do lado direto dos trs modelos, que apresentam os mesmos parmetros, apresentados

na Tabela 1, porm se diferenciando pela sua aplicao, em que temos a situao atual, onde a

suspenso no possui nenhum tipo de dispositivo, a situao proposta por esse trabalho em

que adicionamos as vlvulas solenoides em cada um dos amortecedores do veiculo e a

situao considerada como ideal para o Baja, que por ser um veiculo de competio off road,

se torna interessante a capacidade do mesmo em perder o a fora de contato com as rodas

traseiras.

Dados Valor Unidade

Carga eixo dianteiro 130 kg

Carga eixo traseiro 150 kg

Critrio de carregamento 2,5 g

ngulo do amortecedor dianteiro 35 graus

ngulo do amortecedor traseiro 50 graus

Curso amortecedor dianteiro 110 mm

Curso amortecedor traseiro 110 mm

Frao de amortecimento 0,6 -

Tabela 1: Dados utilizados no Matlab/Simulink.

0 5 10 15-10000

-8000

-6000

-4000

-2000

0

2000

Forca Transmitida pela Suspenso Dianteira LD

Tempo (s)

Forc

a (N

)

Modelo Atual

Modelo proposto

Baja

Figura 11: Fora transmitida pela suspenso dianteira LD - Fonte: Os prprios autores

0 5 10 15-5000

-4000

-3000

-2000

-1000

0

1000

2000

3000

Forca Transmitida pela Suspenso Traseira LD

Tempo (s)

Forc

a (N

)

Modelo Atual

Modelo proposto

Baja

Figura 12: Fora transmitida pela suspenso traseira LD - Fonte: Os prprios autores

[H1] Comentrio: A tabela no pode surgir do nada. Precisa ser chamada no texto.

0 5 10 15-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2

Movimento angular (Roll)

Tempo (s)

Des

loca

men

to A

ngul

ar (r

ad)

Modelo Atual

Modelo proposto

Baja

Figura 13: Movimento angular (Roll) - Fonte: Os prprios autores

Pode se observar comparando os resultados obtidos no grfico da Figura 11 uma

aproximao entre o modelo proposto e o modelo sugerido ao Baja quanto ao pico das foras

transmitida ao solo pelo pneu dianteiro do lado direito, mantendo-se mais altas que no modelo

que representa o veculo atual, durante o intervalo da curva, o que proporciona uma maior

fora normal, evitando o escorregamento lateral.

No grfico da Figura 12 que mostra as foras transmitidas ao solo pelo pneu traseiro

do lado direito, o modelo proposto, devido sua configurao tambm apresenta um pico de

fora de maior amplitude no incio da simulao que se mantm mais alta que os demais

modelos at o trmino da curva, o que somados aos efeitos vistos na Figura 11, proporcionam

uma reduo no deslocamento angular de rolagem do veculo, conforme o grfico da Figura

13, o que resulta em um maior conforto e estabilidade.

5. CONCLUSES

O modelo evidenciou que o desenvolvimento do dispositivo ir contribuir

significativamente no controle dos parmetros que influenciam na dinmica de um sistema de

suspenso reduzindo a rolagem [roll] do veculo durante uma curva, o que resultar em uma

maior fora de contato entre o pneu e o pavimento, possibilitando obter ganhos que atendem

tanto as condies de rideling, como de handling.

O veculo prottipo est em fase de desenvolvimento, e posteriormente sero

realizados testes experimentais para comparao com o modelo virtual, e comprovao da

funcionalidade do projeto proposto por este trabalho.

6. REFERNCIAS ALVES, Paulo S. L. Anlise comparativa do desempenho de uma suspenso veicular considerando

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