aula4_parte1_conforto
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Dinâmica de Veículos
1/2013
Profa. Suzana Moreira Avila
CONFORTO
AULA 5_1
Conforto \u2013 \u201cride\u201d
\ufffd Veículos em alta velocidade experimentam um largo
espectro de vibrações.
\ufffd Estas são transmitidas aos passageiros, de forma
táctil visual ou audível.
\ufffd O termo \u201cride\u201d é em geral utilizado referenciando a
vibrações tácteis e visuais, enquanto que vibrações
audíveis são conhecidas como ruídos (\u201cnoise\u201d).
Conforto \u2013 \u201cride\u201d
\ufffd O espectro de vibrações pode ser subdividido em duas
categorias:
1. \u201cride\u201d \u2013 0-25 Hz
2. Ruído \u2013 25-20.000 Hz
\ufffd O limiar de 25 Hz é aproximadamente a menor
frequência audível, assim como o limite superior de
frequência comum em motores veiculares.
\ufffd 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 \u2013 \u201cride\u201d
\ufffd As vibrações de baixa freqüências são
manifestações comuns em veículos motorizados
com pneus de borracha.
\ufffd O estudo destes modos é uma área importante da
dinâmica de veículos.
\ufffd O veículo trata-se de um sistema dinâmico mas
somente desenvolve vibrações em resposta à fontes
de excitação.
\ufffd 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 \u2013 \u201cride\u201d
\ufffd 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 \u2013 \u201cride\u201d
Fontes de excitação
\ufffd Existem diversas formas pelas quais as vibrações
no veículo podem ser excitadas.
\ufffd Em geral elas recaem em duas classes:
irregularidades do terreno e fontes internas ao
veículo.
\ufffd Estas fontes internas advém de componentes
rotativos, tais como conjunto roda/pneu, direção e
motor.
Irregularidades do terreno
\ufffd 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.
\ufffd Estas irregularidades são descritas através dos altos e
baixos do perfil do terreno, ao longo do qual o veículo
passa.
\ufffd 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
\ufffd Uma das representações mais utilizadas é a função
de densidade espectral de potência (PSD).
Irregularidades do terreno
\ufffd A PSD para as propriedades de uma estrada em média
pode ser representado pela equação:
\ufffd \u3bd: número de onda (cycles/ft)
\ufffd GO= magnitude de rugosidade
= 1.25x105 para pistas ásperas
= 1.25x106 para pistas suaves
\u3bdO: número de onda de corte
= 0.05 para pistas betuminosas
=0.02 para pistas de concreto
( )2
2
2
1
)(
pi\u3bd
\u3bd
\u3bd
\u3bd
\uf8fa
\uf8fb
\uf8f9
\uf8ef
\uf8f0
\uf8ee
\uf8f7
\uf8f8
\uf8f6
\uf8ec
\uf8ed
\uf8eb+
=
O
O
z
G
G
Irregularidades do terreno
\ufffd A rugosidade de um terreno representa o desvio em
sua elevação à medida que o veículo se move ao
longo do terreno.
\ufffd Esta rugosidade age como um \u201cinput\u201d de
deslocamento vertical nas rodas, excitando assim
vibrações de percurso.
\ufffd A mais comum e significativa medida de vibrações é
a aceleração produzida pelas mesmas.
\ufffd Sendo assim, podemos ver a rugosidade como um
input de aceleração nas rodas.
Irregularidades do terreno
\ufffd Inicialmente uma velocidade do veículo no percurso
deve ser assumida para que a elevação do percurso
seja transformada em deslocamento ao longo do
tempo.
\ufffd 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
\ufffd 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.
\ufffd 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.
\ufffd Vista como um input de aceleração a rugosidade do
terreno apresenta maior magnitude para veículos
em frequências mais altas.
Irregularidades do terreno
\ufffd A atenuação pelo veículo deste input de alta
frequência é um aspecto importante do \u201cisolamento
do percurso\u201d obtido através do sistema de
suspensão comumente utilizado atualmente.
\ufffd Enxergando a rugosidade do terreno como um input
de aceleração o efeito primário da velocidade do
percurso pode ser notado de imediato.
\ufffd Para qualquer frequência temporal a amplitude do
input de aceleração irá aumentar com o quadrado
da velocidade.
Irregularidades do terreno
\ufffd Isso pode ser ilustrado considerando uma
representação senoidal da rugosidade:
\ufffd Zr = elevação do perfil do terreno
\ufffd A = Amplitude senoidal
\ufffd \u3bd = número de onda (cycles/ft)
\ufffd X = distância ao longo do percurso
)2sin( XAZr pi\u3c5=
Irregularidades do terreno
\ufffd Como a distância X é igual a velocidade V vezes o
tempo:
\ufffd Diferenciando-se duas vezes para obter a
aceleração obtem-se:
)2sin( VtAZr pi\u3c5=
)2sin()2( 2
..
VtAVZ r pi\u3c5pi\u3c5\u2212=
Irregularidades do terreno
\ufffd Assim, como uma aceleração o coeficiente da amplitude
contém a velocidade ao quadrado.
\ufffd De forma geral aumentando-se a velocidade causa um
aumento significativo na aceleração, conforme foi
mostrado no gráfico.
\ufffd Ainda que o input da rugosidade tenha sido considerado
somente como uma excitação vertical que irá excitar
movimentos de salto (bounce) e arfagem (pitch).
\ufffd 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
\ufffd A diferença da elevação entre o perfil direito e
esquerdo do terreno representa uma excitação de
rolagem (\u201croll\u201d) no veículo.
\ufffd O PSD para o input do deslocamento de rolagem é
tipicamente similar àquele da elevação como mostra
o gráfico.
Irregularidades do terreno
\ufffd 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
\ufffd Gillespie T.D., Fundamentals of Vehicle Dynamics, 
SAE, 1992