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Dinâmica de Veículos 1/2013 Profa. Suzana Moreira Avila CONFORTO AULA 5_1 Conforto – “ride” � Veículos em alta velocidade experimentam um largo espectro de vibrações. � Estas são transmitidas aos passageiros, de forma táctil visual ou audível. � O termo “ride” é em geral utilizado referenciando a vibrações tácteis e visuais, enquanto que vibrações audíveis são conhecidas como ruídos (“noise”). Conforto – “ride” � O espectro de vibrações pode ser subdividido em duas categorias: 1. “ride” – 0-25 Hz 2. Ruído – 25-20.000 Hz � O limiar de 25 Hz é aproximadamente a menor frequência audível, assim como o limite superior de frequência comum em motores veiculares. � No entanto, os diferentes tipos de vibração estão em geral inter relacionados, o que dificulta considerá-los de forma separada. O ruído costuma estar presente quando baixas freqüências são excitadas. Conforto – “ride” � As vibrações de baixa freqüências são manifestações comuns em veículos motorizados com pneus de borracha. � O estudo destes modos é uma área importante da dinâmica de veículos. � O veículo trata-se de um sistema dinâmico mas somente desenvolve vibrações em resposta à fontes de excitação. � As propriedades da resposta dinâmica determinam a magnitude e a direção das vibrações impostas ao compartimento de passageiros e o nível de percepção das mesmas pelos ocupantes. Conforto – “ride” � O entendimento deste tópico se resume ao estudo de três principais tópicos: 1. Fontes de excitação; 2. Formulação básica da resposta do veículo á vibração; 3. Percepção humana e tolerância às vibrações. Conforto – “ride” Fontes de excitação � Existem diversas formas pelas quais as vibrações no veículo podem ser excitadas. � Em geral elas recaem em duas classes: irregularidades do terreno e fontes internas ao veículo. � Estas fontes internas advém de componentes rotativos, tais como conjunto roda/pneu, direção e motor. Irregularidades do terreno � As irregularidades no terreno compreendem tudo desde buracos resultantes de falhas no pavimento até desvios aleatórios presentes devido aos limites de precisão para construção e manutenção da estrada. � Estas irregularidades são descritas através dos altos e baixos do perfil do terreno, ao longo do qual o veículo passa. � Os perfis do terreno se encaixam na categoria geral de sinais aleatórios de banda larga, podem ser descritos pelo próprio perfil ou por suas propriedades estatísticas. Irregularidades do terreno � Uma das representações mais utilizadas é a função de densidade espectral de potência (PSD). Irregularidades do terreno � A PSD para as propriedades de uma estrada em média pode ser representado pela equação: � ν: número de onda (cycles/ft) � GO= magnitude de rugosidade = 1.25x105 para pistas ásperas = 1.25x106 para pistas suaves νO: número de onda de corte = 0.05 para pistas betuminosas =0.02 para pistas de concreto ( )2 2 2 1 )( piν ν ν ν + = O O z G G Irregularidades do terreno � A rugosidade de um terreno representa o desvio em sua elevação à medida que o veículo se move ao longo do terreno. � Esta rugosidade age como um “input” de deslocamento vertical nas rodas, excitando assim vibrações de percurso. � A mais comum e significativa medida de vibrações é a aceleração produzida pelas mesmas. � Sendo assim, podemos ver a rugosidade como um input de aceleração nas rodas. Irregularidades do terreno � Inicialmente uma velocidade do veículo no percurso deve ser assumida para que a elevação do percurso seja transformada em deslocamento ao longo do tempo. � Em seguida, este pode ser diferenciado uma vez para obtenção da velocidade, e mais uma vez para obtenção da aceleração de input nas rodas. Irregularidades do terreno Irregularidades do terreno � A conversão de frequência espacial (cycles/foot) para frequência temporal (Hz) é obtida multiplicando o número de onda pela velocidade do veículo em ft/s. � Nota-se que o espectro de aceleração tem uma amplitude constante para baixas frequências, mas cresce rapidamente a partir de 1 Hz, de tal forma que atinge alta magnitude a 10 Hz. � Vista como um input de aceleração a rugosidade do terreno apresenta maior magnitude para veículos em frequências mais altas. Irregularidades do terreno � A atenuação pelo veículo deste input de alta frequência é um aspecto importante do “isolamento do percurso” obtido através do sistema de suspensão comumente utilizado atualmente. � Enxergando a rugosidade do terreno como um input de aceleração o efeito primário da velocidade do percurso pode ser notado de imediato. � Para qualquer frequência temporal a amplitude do input de aceleração irá aumentar com o quadrado da velocidade. Irregularidades do terreno � Isso pode ser ilustrado considerando uma representação senoidal da rugosidade: � Zr = elevação do perfil do terreno � A = Amplitude senoidal � ν = número de onda (cycles/ft) � X = distância ao longo do percurso )2sin( XAZr piυ= Irregularidades do terreno � Como a distância X é igual a velocidade V vezes o tempo: � Diferenciando-se duas vezes para obter a aceleração obtem-se: )2sin( VtAZr piυ= )2sin()2( 2 .. VtAVZ r piυpiυ−= Irregularidades do terreno � Assim, como uma aceleração o coeficiente da amplitude contém a velocidade ao quadrado. � De forma geral aumentando-se a velocidade causa um aumento significativo na aceleração, conforme foi mostrado no gráfico. � Ainda que o input da rugosidade tenha sido considerado somente como uma excitação vertical que irá excitar movimentos de salto (bounce) e arfagem (pitch). � Com este propósito os pontos do perfil do terreno nas trilhas das rodas direita e esquerda são tomados com um valor médio antes do processamento para obter o PSD. Irregularidades do terreno � A diferença da elevação entre o perfil direito e esquerdo do terreno representa uma excitação de rolagem (“roll”) no veículo. � O PSD para o input do deslocamento de rolagem é tipicamente similar àquele da elevação como mostra o gráfico. Irregularidades do terreno � Excitações típicas de rolagem características da rugosidade do terreno são normalmente apresentadas normalizando a amplitude de rolamento (diferença) pela amplitude vertical (média) em cada número de onda do PSD, de forma que a excitação de rolamento é vista como uma relação à excitação vertical presente na pista. Referências � Gillespie T.D., Fundamentals of Vehicle Dynamics, SAE, 1992
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