engenharia automotiva

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Alessandra Castro Taveira
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1 Fundamentos de Dinâmica Veicular Aula 3 Desempenho em aceleração Professor Jorge Luiz Erthal jlerthal@utfpr.edu.br Realização: Curso de Especilização em Engeharia Automotiva Parceria:

2 Fundamentos de Dinâmica Veicular Aula 03 Desempenho em aceleração Realização: Parceria: Força a trativa Limites da aceleração Potência do motor Iteração pneu-pista Nesta aula Aceleração limitada pela potência Curvas do motor Trem de força Aceleração limitada pela tração Limites da tração Exemplo numérico 1

motor Iteração pneu-pista Nesta aula Aceleração limitada pela potência

3 Aceleração limitada pela potência Aceleração limitada pela 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 motor Gasolina Diesel 2

4 Exemplo 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) Bancada dinamométrica Bancada dinamométrica Bancada4.pdf 3

intercooler (vermelho / 4) http://www2.uol.com.br/bestcars/cp-jeep.htm Bancada dinamométrica http://www.scielo.

5 M. a = F x Fx ax = M P = F. v x x W = M. g x Efeito da velocidade na capacidade de aceleração P Fx = vx W M = g ax g = P v. W x M.a x = F x a Relação peso/potência Elementos primários rios do trem de força 4

6 Força a trativa Força a trativa Força a trativa x velocidade 5

7 Força a trativa x velocidade Torque no motor Força trativa nas rodas Transmissão Relação de marchas Mapa de consumo específico 6

8 Aceleração limitada pela tração Aceleração limitada pela 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 devido ao torque do motor 7

9 Reações do torque de acionamento sobre o chassi Peso no eixo trativo Carga estática Carga dinâmica (aceleração) Transferência lateral (torque de acionamento) Cargas sobre o veículo Transferência lateral devido ao torque de acionamento A tração é limitada pela roda menos carregada 8

(torque de acionamento) Cargas sobre o veículo Transferência lateral

10 Transferência lateral devido ao torque de acionamento Transferência lateral devido ao torque de acionamento Transferência lateral devido ao torque de acionamento 9

11 Transferência lateral devido ao torque de acionamento Transferência lateral devido ao torque de acionamento Limites de tração 10

12 Limites de tração Limites de tração Variação da aceleração com a posição do CG para veículos com tração dianteira e traseira Exemplos Aceleração limitada pela potência: Arquivo: Mathcad-aceleracao_potencia_metrico.pdf Aceleração limitada pela tração: Arquivo: Mathcad - aceleracao_tracao_metrico.pdf 11

limitada pela potência: Arquivo: Mathcad-aceleracao_potencia_metrico.

13 Dica Curso sobre dinâmica veicular: ME 485/585 Vehicle Design Referência utilizada nesta aula Gillespie, Thomas D.. FUNDAMENTALS OF VEHICLE DYNAMICS. Warrendale: SAE,

htm Referência utilizada nesta aula Gillespie, Thomas D.

14 Fundamentos de Dinâmica Veicular Prof. Jorge Luiz Erthal Aceleração limitada pela potência Exemplo 1 Tem-se as seguintes informações sobre o motor e os componentes do trem de força de um carro de passageiros: 1 - Dados do motor: Inércia do motor: I e := 0.09kg m 2 Curva de torque do motor: rotação torque n := rpm T 3200 e := curva de torque: Nm T e 150 Nm n rpm 2 - Dados da caixa de marchas: Inércias rotacionais: relações de marcha: rendimentos: I t := kg m 2 N t := 1.83 η t := aceleracao_potencia_metrico.xmcd 21/10/ de 4

15 Fundamentos de Dinâmica Veicular Prof. Jorge Luiz Erthal 3 - Dados da transmissão final (diferencial): Inércia do diferencial: I d := 0.136kg m 2 Relação de transmissão: N f := 2.92 Eficiência final: η f := 0.99 Inércias de duas rodas trativas: I w := 2.486kg m 2 Rodas: 175/65 R14 82 H Aceleração : a x := 0 m sec 2 a) Obter a curva de potência do motor. Potência P e := T e n ( ) I w = lbf sec 2 in 200 P e hp n rpm b) Calcular a inércia efetiva do trem de força para todas as marchas Combinação das relações da caixa e do diferencial relações combinadas: rendimentos combinados: N tf := N t N f η tf := η t η f N tf = η tf = ( 14in mm 0.65) Raio das rodas: r := r = m 2 Indexação para cada marcha: j := Inércia efetiva: I ef I j e + I tj N 2 2 := tf + I j d N f + I w I ef = m 2 kg aceleracao_potencia_metrico.xmcd 21/10/ de 4

Potência P e := T e n ( ) I w = 22.003 lbf sec 2 in 200 P e hp 150 100 50 0 0 1.5 10 3 310 3 4.

16 Fundamentos de Dinâmica Veicular Prof. Jorge Luiz Erthal Tem-se uma forma mais compreensível quando a inércia rotativa é representada pela massa efetiva ou pelo peso efetivo: I ef Massa efetiva: M ef := Peso efetivo: W ef := M ef g r M ef = kg W ef = N Supondo que o veículo tenha um peso W := 11kN, a inércia rotativa corresponde a um W ef W 1 ef 5 acréscimo de = % no peso na primeira marcha e = % na quinta W W marcha. c) Calcular a máxima força trativa e a velocidade correspondente, para cada marcha, desprezando-se as inércias. n Velocidade da roda: n rj := v := rn N j rj (j varia de 1 a 5) tf j T e N tf η j tf j 2 2 a Força trativa: F xj ( I r e + I t ) N tf + I d N f + I x := w para a x = 0 r 2 A força trativa máxima coincide com o ponto de torque máximo (ponto número 10 do grafico) F xmaxj := max F xj F xmax = N F x1 F x2 F x3 F x4 F x marcha 1 marcha 2 marcha 3 marcha 4 marcha v 1 km h, v 2 km h, v 3 km h, v 4 km h, v 5 km h aceleracao_potencia_metrico.xmcd 21/10/ de 4

478.376 4.691 10 3 192.805 1.891 10 3 M ef = 99.66 kg W ef = N 977.329 69.976 686.232 55.327 542.

17 Fundamentos de Dinâmica Veicular Prof. Jorge Luiz Erthal Aceleração limitada pela tração Exemplo 1 Obter a aceleração limitada pela tração para um veículo com tração traseira com e sem travamento do diferencial, numa pista com atrito moderado. As informações necessárias são as seguintes: Peso dianteira: W f := 9341N traseira: W r := 8229N total: W := W f + W r W = N Altura do CG: h := 0.533m Distância entre eixos: L := 2.743m Coeficiente de atrito: μ := 0.62 Bitola: t := 1.5m Relação no diferencial: N f := 2.9 Tamanho do pneu: r := 0.583m Rigidez de rolamento: dianteira: K Φf := 1559 Nm traseira: K deg Φr := 380 Nm deg a) Cálculos iniciais: W r Posição do centro de gravidade: b := L W b = m Rigidez de rolamento: K Φ := K Φf + K Φr K Φ = Massa total do veículo: M := W M = kg g Nm deg b) eixo traseiro sólido sem travamento do diferencial: Wb μ L F xmaxs := F h 1 L μ 2 μ r K xmaxs = N Φf + N f t K Φ F xmaxs a xs := a M xs = m s 2 c) eixo traseiro sólido com travamento do diferencial: Wb μ L F xmaxc := F h xmaxc = N 1 L μ F xmaxc a xc := a M xc = m s 2 a xs g a xc g = = 0.33 aceleracao_tracao_metrico.xmcd 17/10/ de 4

moderado. As informações necessárias são as seguintes: Peso dianteira: W f := 9341N traseira: W r := 8229N total: W := W f + W r W = 1.757 10 4 N Altura do CG: h := 0.

18 Fundamentos de Dinâmica Veicular Prof. Jorge Luiz Erthal Exemplo 2 Obter o desempenho limitado pela tração de um veículo com tração dianteira nas mesmas condições do exemplo anterior. Os dados essenciais são: Pesos: dianteira: W f := 8674N traseira: W r := 5115N total: W := W f + W r W = N Altura do CG: h := 0.483m Distância entre eixos: L := 2.667m Coeficiente de atrito: μ := 0.62 Bitola: t := 1.524m Relação do diferencial: N f := 3.7 Tamanho dos pneus: r := 0.583m Rigidez de rolagem: dianteira: K Φf := 1288 Nm traseira: K deg Φr := 840 Nm deg a) cálculos iniciais: W r b := L b = m W c := L b c = m K Φ := K Φf + K Φr K Φ = M := W M = kg g b) eixo dianteiro com suspensão independente: Nm deg Wc μ L F xmaxd := F h xmaxd = N 1 + L μ F xmaxd a xd := a M xd = m s 2 a xd g = aceleracao_tracao_metrico.xmcd 17/10/ de 4

667m Coeficiente de atrito: μ := 0.62 Bitola: t := 1.524m Relação do diferencial: N f := 3.7 Tamanho dos pneus: r := 0.

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