aula4_parte1_conforto

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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