Vinicius Lima Eng. Aplicações. +55 (11) Leandro Garbin Diretor Comercial

Transcrição

1 Diretor Comercial Vinicius Lima Eng. Aplicações VirtualCAE Serviços de Sistemas Ltda. Rua Tiradentes, 160 Sala 22 São Caetano do Sul - SP +55 (11)

2 Dinâmica Veicular Introdução Sub-áreas de estudo: CarSim Dinâmica Longitudinal Dinâmica Vertical Dinâmica Lateral O que é CarSim? Classificação dos Veículos Veículos de passeio Veículos comerciais Veículos militares Normas e Testes: Normas internacionais Testes dinâmicos aplicados Simuladores

4 Introdução A Dinâmica Veicular preocupa-se com os estados de um veículo automotor sobre o solo. Fundamentalmente são: Aceleração e frenagem; Oscilações verticais; Movimentos curvilíneos. O comportamento dinâmico é determinado através das forças primárias: Contato com o solo; Gravidade; Aerodinâmica.

5 Introdução As direções, velocidades e acelerações que caracterizam o movimento de um veículo possuem como base vetorial o sistema de coordenadas móvel convencionado pela SAE, cuja origem se encontra fixa no CG do veículo e acompanha seus movimentos. Eixo x Longitudinal; Eixo y Lateral; Eixo z Vertical; Rotação em x, p Roll Rotação em y, q Pitch Rotação em z, r Yaw É comum encontrar sistemas diferentes, porém, nestes casos os movimentos relativos a roll, pitch e yaw devem ser mantidos de acordo com o seu efeito sobre o veículo segundo o sistema SAE. Ex: A rolagem sempre tenderá tombar o veículo lateralmente

6 Introdução Durante o movimento, ou mesmo parado, um veículo está sob a ação de forças. As principais são: Força Peso (W), levando em conta o veículo, carga transportada e a inclinação do solo; Forças Inerciais (W/g *ax) devido a aceleração; Equilibrando os momentos em relação ao ponto A, temos: Forças trativas (Fxf e Fxr), resistivas (Rxf e Rxr) e normais (Wf e Wr) no contato com o solo; W L D h f A a W g a h R x hx h h R hz d h Whsin Wccos 0 Forças aerodinâmicas (Da) quando imerso em um fluido em movimento; Forças de reboque (Rhz e Rhx).

7 Introdução As principais forças que controlam os movimentos de um veículo são aplicadas em quatro pontos do tamanho da palma da sua mão Esta frase é comum entre dinamistas e faz referência quanto a importância do conhecimento das características de um pneu. Portanto, torna-se necessário ter um bom entendimento em pneus para se conhecer de dinâmica veicular e vice versa.

8 Introdução A força na região de contato do pneu com o solo não é pontual. Assume uma distribuição não uniforme cuja a resultante pode gerar diferentes fenômenos dinâmicos como: Resistência ao rolamento; Arraste pneumático; Torque de auto-alinhamento; Arraste por cambagem. Tais fenômenos terão influência em todos os outros parâmetros de projeto de um veículo.

9 Introdução A força de atrito agindo na região de contato com o solo é desenvolvidas através de dois mecanismo primários de cisalhamento: Adesão: surge devido a interação intermolecular entre o pneu e a superfície. Representa a maior parcela da força de atrito, porém, é muito prejudicada em condições de pista molhada; Histerese: perda de energia por deformação da borracha, abaixa os níveis de tensão local. Pouco prejudicada em pista molhada

10 Introdução O maior desafio em se prever o comportamento dinâmico, em função das forças que agem sobre o pneu, está no fato de existir muitos parâmetros neste sistema como: Geometria e construção do pneu e do veículo; Carga vertical; Pressão de inflação; Velocidade Alem de todos serem variáveis e dependentes entre si, dependem também de fatores externos como o tempo, temperatura entre outros.

12 Sub-área Dinâmica Longitudinal A Dinâmica Longitudinal preocupa-se em prever o comportamento do veículo em relação aos movimentos e forças que agem na direção longitudinal a via (eixo x). Fundamentalmente acelerações e frenagens. Para isso cobre principalmente os aspectos referentes aos sistemas de: Trem de força; Freios; Chassis (aerodinâmica); Suspensão (Transferência de carga longitudinal) Pneu (Capacidade trativa).

13 Dinâmica Longitudinal Basicamente a máxima aceleração possível de um veículo será limitada a dois fatores: Máxima potência do motor; Máxima tração nas rodas. Em geral, em altas velocidade a potência máxima do motor limitará a aceleração, enquanto que em baixas velocidades será a capacidade de tração das rodas.

14 Dinâmica Longitudinal O termo responsável pela aceleração do veículo, em sua forma condensada levará em conta torque que sai do motor, a relação de transmissão combinada do trem de força, o rendimento da transmissão e o raio efetivo da roda. Além disso, é somada a massa total do veículo uma parcela de massa equivalente às inércias de rotação dos elementos do trem de força. Te Ntf tf ( M M r ). ax Rx Da Rhx W r sin

15 Dinâmica Longitudinal A tração no contato entre o pneu e a roda limitará a máxima aceleração do veículo segundo: F x W O peso W será função da própria aceleração que causará transferência longitudinal de carga entre os eixos e do torque no trem de força que causará transferência transversal.

17 Sub-área Dinâmica Vertical A Dinâmica Vertical preocupa-se em prever o comportamento do veículo em relação aos movimentos e forças que agem na direção perpendicular a via (eixo z). Para isso cobre principalmente os aspectos referentes aos sistemas de: Suspensão; Conforto; Trem de força (Vibrações); Solo (Rugosidade).

18 Dinâmica Vertical Um veículo trafega em uma ampla faixa de velocidades, por isso também está submetido a um a ampla faixa de vibrações. Esta área envolve o estudo de: Fontes de excitação; Resposta dinâmica do veículo; Percepção e conforto dos passageiros.

19 Dinâmica Vertical As fontes de excitação podem ser provenientes varias formas: Rugosidade do solo; Rotação e deformação dos pneus; Rotação de eixos articulados, ex: cardam; Motor.

20 Dinâmica Vertical As respostas dinâmicas do veículo em relação ao seu movimento vertical demandam de muitos cálculos e análises complexas, porém para um estudo conceitual é geralmente simplificado para um sistema de um quarto de carro. Para a massa suspensa podemos escrever a seguinte equação de movimento. MZ C Z s K s Z C Z s u K s Z u F b

21 Dinâmica Vertical O conforto e a percepção das vibrações apesar de ser, de certa forma, subjetivo é de extrema importância, uma vez que influencia a qualidade do veículo. Existem ainda, estudos diversos que convergem em resultados e normalizam os níveis de tolerância a vibração do corpo humano. Tais estudos sugerem que níveis de vibração entre 4Hz e 8Hz são os mais desconfortáveis por entrarem em ressonância com órgãos abdominais, causando náuseas.

23 Sub-área Dinâmica Lateral A Dinâmica Lateral preocupa-se em prever o comportamento do veículo em relação aos movimentos e forças que agem na direção transversal a via (eixo y) e seus efeitos quanto a rolagem e deriva. Para isso cobre principalmente os aspectos referentes aos sistemas de: Pneu (Rigidez lateral); Suspensão (Roll Center); Sistema de direção.

24 Dinâmica Lateral Em baixas velocidades os pneus não estão sujeitos a grande forças laterais por isso não tendem a desviar a trajetória. Nesta situação o raio de giro fica definido como a distância do CG até o cruzamento das projeções dos eixos das rodas. Para que isto ocorra sem que os pneus arrastem, é necessário uma exata geometria no sistema de direção, conhecida como Geometria de Ackerman, bem como a utilização de um sistema diferencial nos eixos traseiros.

25 Dinâmica Lateral Em velocidades mais elevadas, porém, os pneus sofrem deformações em sua geometria, dando origem a um desvio de trajetória que pode ser representado pelo ângulo de escorregamento do pneu. Este ângulo pode ser relacionado com a força lateral exercida sobre o pneu: F y C. Desta forma Cα é definido como a rigidez lateral do pneu.

26 Dinâmica Lateral A rigidez lateral é fortemente influenciada por muitos fatores, sendo sua relação com a carga vertical um dos mais críticos. A distribuição dinâmica de cargas lateral e longitudinal podem causar diferentes efeitos quanto ao tipo de comportamento em curvas: Neutro, o veículo segue a trajetória planejada; Sub-esterçante, o veículo tende a sair pelo lado oposto à curva. Sobre-esterçante, o veículo tende a entrar para o centro da curva.

28 O que é CarSim? CarSim é um simulador do comportamento dinâmico de veículos de corrida, passeio, caminhões leves e veículos utilitários. É utilizado no projeto, desenvolvimento, teste e planejamento de produtos automotivos. Produzido após décadas de pesquisa e desenvolvimento, possui modelos matemáticos avançados que caracterizam um veículo real com fidelidade.

30 Veículos de Passeio Os veículos de passeio são classificados segundo seu tamanho, peso e segmento. Baseados nas normas européias, muitos fabricantes de veículos classificam seus veículos nas classes: A Mini; B Econômico; C Compacto; D Médio; E Médio Alto; F Top (Luxo).

31 Veículos de Passeio Classe A - Mini São pequenos Hatchback que acomodam de 2 a 4 passageiros: Exemplos: Ford Ka; Fiat 500; Smart fortwo; Renault Twingo. Típico Hatchback CarSim Hatchback Entre eixos (mm) Massa (kg)

32 Veículos de Passeio Classe B - Econômico São Hatchbacks médios e pequenos esportivos que acomodam de 4 a 5 passageiros: Exemplos: Peugeot 206; VW Gol; GM Corsa; Fiat Palio; Renault Logan. Typical Hatchback Typical sports car CarSim Hatchback CarSim Sports car Wheelbase (mm) Mass (kg)

33 Veículos de Passeio Classe C - Compacto São Hatchbacks grandes e pequenas minivans que acomodam de até 5 passageiros: Exemplos: Peugeot 307 VW Golf; Audi A3; Ford Focus; Fiat Bravo Typical Hatchback Typical Minivan CarSim Hatchback CarSim Minivan Wheelbase (mm) Mass (kg)

34 Veículos de Passeio Classe D - Médios São pequenos SUV s, minivans maiores e sedans médios que acomodam de até 6 passageiros: Exemplos: GM Vectra; BMW Série 3; Audi A4; Ford Ecosport; Hyundai Tucson. Typical Minivan Typical Sedan Typical SUV CarSim Minivan CarSim Sedan CarSim SUV Wheelbase (mm) Mass (kg)

35 Veículos de Passeio Classe E Médio Alto São sedans executivos e grandes SUV s. Exemplos: Audi A6 Ford Fusion; Mitsubishi Outlander; BMV X5. Typical Sedan Typical SUV CarSim Sedan CarSim SUV Wheelbase (mm) Mass (kg)

36 Veículos de Passeio Classe F Top (Luxuoso) São sedans executivos e grandes SUV s. Exemplos: Audi A8 BMW Serie 7; Mercedes-Benz Classe S; Maserati Quattroporte Typical Sedan CarSim Sedan Wheelbase (mm) Mass (kg)

38 Veículos Comerciais Veículos comerciais possuem uma infinidade de aplicações, por isso são encontrados nas mais diversas formas, tamanhos e pesos. Sua classificação, geralmente, é feita com base na quantidade de eixos, quais são eixos de tração, se possuem ou não articulações e quais os tipos de caçamba e a geometria da Cabine. Veículos mais comuns em relação ao eixo: 6x2, 6x4, 6x6; 8x2, 8x4, 8x8.

39 Veículos Comerciais Possíveis Configurações Veículos Rígidos: Unidade tratora + Semi-trailer: Veículo Rígido+ Trailer:

40 Veículos Comerciais Possíveis Configurações Unidade Tratora + Semi-trailer + Trailer: Unidade Tratora+ Semi-trailer + Semi-trailer:

42 Veículos Militares Veículos militares estão submetidos aos ambientes mais hostis possíveis. Sendo que qualquer falha ou dificuldade encontrada em transpassar um terreno ou obstáculo signifique grandes perdas. Um veículo militar pode ser encontrada nas mais variadas formas, tamanhos, com diferentes sistemas de direção, tração, controles eletrônicos e em geral com alta tecnologia embarcada. Simulações são ferramentas muito importantes, uma vez que testes experimentais muitas vezes são inviáveis

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45 Normas Internacionais Para garantir segurança em diversos aspectos referentes a dinâmica veicular, existem no mundo diversas normas regulamentadoras de testes e padrões de segurança veicular. Simulações, ajudam a prever o atendimento ou não as normas ainda na etapa de projeto de um produto. Alguns dos testes são: Double Lane Change (ISO3888); Sine with Dwell (ECE13H); Understeer Test (ISO4138);

46 Normas Internacionais Double Lane Change Consiste em uma manobra rápida de mudança e retorno a faixa original, simulando um desvio de obstáculo repentino. Nesta simulação testa-se um veículo com ESC, Eletronic Stability Control (Amarelo) e outro sem (Vermelho).

47 Normas Internacionais Sine with Dwell Consiste em consecutivas manobras para se testar a estabilidade do veículo após a inserção de um sinal abrupto na direção. Com ESC (Amarelo); Sem ESC (Vermelho);

48 Normas Internacionais Understeer Test O veículo é acelerado gradualmente em uma curva de raio constante (100 m), e avaliado quanto ao subesterçamento desenvolvido e o desvio da trajetória.

50 Simuladores Engenheiros, Pilotos e Desenvolvedores de sistemas de controle podem dirigir seus veículos ainda em fase de projeto de seus itens e componentes para realizar testes, sem a necessidade de se construir um protótipo real. Por todo o mundo já existe simuladores rodando com o CarSim.

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