Este documento apresenta uma introdução à dinâmica veicular. Aborda três aspectos principais: segurança ativa, conforto do motorista e satisfação em dirigir. Discutem-se conceitos como dinâmica longitudinal, vertical e transversal, além de forças que atuam no veículo, como peso, inércia e aerodinâmica. Também são apresentados modelos matemáticos e sistemas de coordenadas utilizados para modelar a dinâmica veicular.
3. Introdução à Dinâmica Veicular
Desempenho:
Aceleração
Frenagem
Dirigibilidade (handling)
Conforto (ride)
Forças dominantes:
produzidas pelo contato entre
os pneus e a pista
4. Introdução à Dinâmica Veicular
• Compreende a interação entre:
- Motorista
- Veículo
- Carga
- Meio Ambiente
Vamos abordar três aspectos principais:
- Segurança Ativa
- Conforto do Motorista e Ocupantes
- Satisfação em Dirigir
5. Introdução à Dinâmica Veicular
Envolve vários aspectos do conhecimento
humano:
- - Mecânica Clássica
- - Física e Química
- Eletrônica
- Psicologia e Comunicações
Utiliza diversas ferramentas de engenharia:
- Avaliações Subjetivas
- Medições Objetivas
- Testes Laboratoriais e em Veículo
- Simulações de Dinâmica Veicular
6. Introdução à Dinâmica Veicular
Motorista
Interage com o veículo de várias maneiras:
- Volante de Direção (Dinâmica Transversal)
- Pedal do Acelerador (Dinâmica Longitudinal)
- Pedal do Freio
- Embreagem e/ou Alavanca de Cambio
7. Introdução à Dinâmica Veicular
Motorista
O Veículo proporciona diversas respostas e informações:
- Vibrações (Longitudinais, Verticais e Transversais)
- Ruídos (Motor, Transmissão, Chassis, Pneus)
- Instrumentos (Velocidade, Rotação Motor,
Temperaturas, etc.)
8. Introdução à Dinâmica Veicular
Motorista
O ambiente também influencia o motorista:
- Clima
- Condições do Trânsito
- Tipo de piso e estado de conservação das
estradas.
9. Introdução à Dinâmica Veicular
Cargas
Veículos transportam passageiros e carga. Estes
carregamentos modificam suas características
dinâmicas. Em muitas condições isto pode ocorrer de
forma significativa:
- Mudanças de peso, inércia e altura do CG (Centro de
Gravidade)
- Comportamento dinâmico da própria carga – líquidos,
cargas vivas, etc.
10. Introdução à Dinâmica Veicular
Meio Ambiente
O meio ambiente afeta tanto o veículo quanto o
motorista:
- Veículo
- Condições da Estrada (Irregularidades, Atrito, Gradientes,
Traçado, etc.)
Ar (Resistência Aerodinâmica, Ventos
Laterais)
- Motorista Clima, Visibilidade
11. Conceitos Básicos
Dinâmica veicular é a parte primária da engenharia
baseada na mecânica clássica focada em veículos
suportados por rodas e pneus.
-Tem interação com:
- Motorista ou condutor;
-Veículo;
- Forças que regem o movimento.
Detalhando:
- Ação de segurança e conforto.
- Redução do impacto com a superfície de contato.
12. Objetivos
Aplicação dos conceitos básicos de dinâmica:
- Vertical
- Lateral
- Longitudinal
Equacionamento de métodos analíticos para
determinação de conforto e desempenho.
Terminologia utilizada em dinâmica veicular.
Influência da suspensão na dinâmica vertical e na
dinâmica lateral.
Geometria dos sistemas envolvidos na suspensão.
15. Sistemas de Coordenadas
Modelos matemáticos baseados nas leis de NEWTON
O objetivo é descrever as relações de esforços que atuam em um
sistema em relação a um referencial inercial, para tanto se faz
necessário a adoção de um sistema de coordenadas.
- COORDENADAS GLOBAIS: Expressa as grandezas do movimento
no referencial inercial (FIXO).
- COORDENADAS LOCAIS: Expressa as grandezas de movimento
em um referencial local (PRESO AO VEÍCULO).
Embora as grandezas possam ser expressas em referenciais locais,
elas são definidas em relação ao referencial inercial ou absoluto.
17. DINÂMICA LONGITUDINAL
- MOVIMENTAÇÃO DO VEÍCULO NO EIXO LONGITUDINAL
- RELACIONADA COM PERFORMANCE E SEGURANÇA
- ACELERAÇÃO E RETOMADA DE VELOCIDADE,
VELOCIDADE MÁXIMA E CAPACIDADE DE SUBIDA EM
RAMPAS (“POWER TRAIN”)
- CAPACIDADE DE DESACELERAÇÃO E ESTABILIDADE EM
FRENAGEM (SISTEMA DE FREIOS)
18. DINÂMICA VERTICAL
- ACELERAÇÕES E DESACELERAÇÕES NO EIXO VERTICAL,
DEVIDAS A SOLICITAÇÕES DO PISO
- RELACIONADA COM O NÍVEL DE CONFORTO DO VEÍCULO
- PRINCIPAL SISTEMA ENVOLVIDO – SUSPENSÃO
- OUTROS FATORES IMPORTANTES – RIGIDEZ DO CHASSIS,
BANCOS, COXINS DE MOTOR E TRANSMISSÃO
- EM VEÍCULOS PESADOS, TAMBÉM AS SUSPENSÕES DE
BANCO E DE CABINE
19. DINÂMICA TRANSVERSAL
-COMPORTAMENTO EM CURVAS E MANOBRAS DE EMERGENCIA,
ESTABILIDADE DIRECIONAL
-IMPORTANTE EM TERMOS DE SEGURANÇA ATIVA, CONFIANÇA
NO VEÍCULO E SATISFAÇÃO EM DIRIGIR
-PRINCIPAIS SISTEMAS ENVOLVIDOS - SUSPENSÃO E DIREÇÃO
- OUTROS FATORES IMPORTANTES – TIPO DE TRAÇÃO, RIGIDEZ
ESTRUTURAL, AERODINÂMICA E DISTRIBUIÇAO DE MASSA DO
VEÍCULO
20. Modelagem
Forma de abordagem e convenções:
Sistema de coordenadas local
Longitudinal
Lateral
Vertical
Rolagem (roll)
Arfagem (pitch)
Guinada (yaw)
21. Forma de abordagem e convenções:
Sistema de coordenadas global
Longitudinal
Lateral
Vertical
Ângulo de avanço (ψ)
Ângulo de curso (ν)
Ângulo de deslizamento (β)
Modelagem
24. W = m·g peso do veículo atuando no CG
W/g·ax força inercial devido à aceleração ax
Wf e Wr forças dinâmicas normais à pista
Fxf e Fxr forças trativas
Rxf e Rxr resistências ao rolamento
DA força de arrasto aerodinâmico,
atuando no centro aerodinâmico (ha)
Rhz e Rhx forças no engate
Cargas Dinâmicas
28. Exercício
Localize o centro de gravidade (posição entre eixos, a2 e a1, e altura h) de um
veículo automotivo. Em posição horizontal, um veículo de comprimento l = 230 cm
aplica Fz1 = 9565N no eixo dianteiro e Fz2 = 10435N no eixo traseiro. Ao elevá-lo
num pistão até atingir angulação de 30ºgraus, conforme a Figura, a distribuição de
força se altera para Fz1 = Fz2 = 10KN. O raio da roda R = 30 cm. Assume-se a
gravidade g = 10m/s², roda indeformável. Determine a altura h e a posição dos eixos
de roda (a2 e a1) deste veículo.
29. Referências
GillespieT.D., Fundamentals ofVehicle Dynamics, SAE, 1992
Rodrigues C.Apostila do Curso de Suspensão e Direção
da FEI.
Franco, J. Notas de aula do Curso de DinâmicaVeicular da
AEA.