Dinâmica Veicular

Prévia do material em texto

Leandro Garbin 
Diretor Comercial 
VirtualCAE Serviços de Sistemas Ltda. 
Rua Tiradentes, 160 – Sala 22 
São Caetano do Sul - SP 
+55 (11) 4229-1349 
www.virtualcae.com.br 
Vinicius Lima 
Eng. Aplicações 
Leandro Garbin 
• Introdução 
• Sub-áreas de estudo: 
 Dinâmica Longitudinal 
 Dinâmica Vertical 
 Dinâmica Lateral 
• CarSim 
 O que é CarSim? 
• Classificação dos Veículos 
 Veículos de passeio 
 Veículos comerciais 
 Veículos militares 
• Normas e Testes: 
 Normas internacionais 
 Testes dinâmicos aplicados 
• Simuladores 
Dinâmica Veicular 
Leandro Garbin 
• Introdução 
• Sub-áreas de estudo: 
 Dinâmica Longitudinal 
 Dinâmica Vertical 
 Dinâmica Lateral 
• CarSim 
 O que é CarSim? 
• Classificação dos Veículos 
 Veículos de passeio 
 Veículos comerciais 
 Veículos militares 
• Normas e Testes: 
 Normas internacionais 
 Testes dinâmicos aplicados 
• Simuladores 
Dinâmica Veicular 
Leandro Garbin 
A Dinâmica Veicular preocupa-se 
com os estados de um veículo 
automotor sobre o solo. 
Fundamentalmente são: 
• Aceleração e frenagem; 
• Oscilações verticais; 
• Movimentos curvilíneos. 
O comportamento dinâmico é 
determinado através das forças 
primárias: 
• Contato com o solo; 
• Gravidade; 
• Aerodinâmica. 
Introdução 
Leandro Garbin 
As direções, velocidades e 
acelerações que caracterizam o 
movimento de um veículo 
possuem como base vetorial o 
sistema de coordenadas móvel 
convencionado pela SAE, cuja 
origem se encontra fixa no CG do 
veículo e acompanha seus 
movimentos. 
• Eixo x – Longitudinal; 
• Eixo y – Lateral; 
• Eixo z – Vertical; 
• Rotação em x, p – Roll 
• Rotação em y, q – Pitch 
• Rotação em z, r – Yaw 
Introdução 
É comum encontrar sistemas 
diferentes, porém, nestes casos 
os movimentos relativos a roll, 
pitch e yaw devem ser mantidos 
de acordo com o seu efeito sobre 
o veículo segundo o sistema SAE. 
Ex: A rolagem sempre tenderá 
tombar o veículo lateralmente 
Leandro Garbin 
Durante o movimento, ou mesmo 
parado, um veículo está sob a 
ação de forças. As principais são: 
• Força Peso (W), levando em 
conta o veículo, carga 
transportada e a inclinação do 
solo; 
• Forças Inerciais (W/g *ax) 
devido a aceleração; 
• Forças trativas (Fxf e Fxr), 
resistivas (Rxf e Rxr) e normais 
(Wf e Wr) no contato com o solo; 
• Forças aerodinâmicas (Da) 
quando imerso em um fluido em 
movimento; 
• Forças de reboque (Rhz e Rhx). 
Introdução 
0cossin   WcWhdRhRha
g
W
hDLW hhzhhxxaAf
Equilibrando os momentos em 
relação ao ponto A, temos: 
Leandro Garbin 
“As principais forças que 
controlam os movimentos de um 
veículo são aplicadas em quatro 
pontos do tamanho da palma da 
sua mão” 
Esta frase é comum entre 
dinamistas e faz referência 
quanto a importância do 
conhecimento das características 
de um pneu. 
Portanto, torna-se necessário ter 
um bom entendimento em pneus 
para se conhecer de dinâmica 
veicular e vice versa. 
Introdução 
Leandro Garbin 
A força na região de contato do 
pneu com o solo não é pontual. 
Assume uma distribuição não 
uniforme cuja a resultante pode 
gerar diferentes fenômenos 
dinâmicos como: 
• Resistência ao rolamento; 
• Arraste pneumático; 
• Torque de auto-alinhamento; 
• Arraste por cambagem. 
Tais fenômenos terão influência 
em todos os outros parâmetros 
de projeto de um veículo. 
Introdução 
Leandro Garbin 
A força de atrito agindo na região 
de contato com o solo é 
desenvolvidas através de dois 
mecanismo primários de 
cisalhamento: 
• Adesão: surge devido a 
interação intermolecular entre o 
pneu e a superfície. Representa a 
maior parcela da força de atrito, 
porém, é muito prejudicada em 
condições de pista molhada; 
• Histerese: perda de energia por 
deformação da borracha, abaixa 
os níveis de tensão local. Pouco 
prejudicada em pista molhada 
Introdução 
Leandro Garbin 
O maior desafio em se prever o 
comportamento dinâmico, em 
função das forças que agem 
sobre o pneu, está no fato de 
existir muitos parâmetros neste 
sistema como: 
• Geometria e construção do 
pneu e do veículo; 
• Carga vertical; 
• Pressão de inflação; 
• Velocidade 
Alem de todos serem variáveis e 
dependentes entre si, dependem 
também de fatores externos 
como o tempo, temperatura 
entre outros. 
Introdução 
Leandro Garbin 
• Introdução 
• Sub-áreas de estudo: 
 Dinâmica Longitudinal 
 Dinâmica Vertical 
 Dinâmica Lateral 
• CarSim 
 O que é CarSim? 
• Classificação dos Veículos 
 Veículos de passeio 
 Veículos comerciais 
 Veículos militares 
• Normas e Testes: 
 Normas internacionais 
 Testes dinâmicos aplicados 
• Simuladores 
Dinâmica Veicular 
Leandro Garbin 
A Dinâmica Longitudinal 
preocupa-se em prever o 
comportamento do veículo em 
relação aos movimentos e forças 
que agem na direção longitudinal 
a via (eixo x). Fundamentalmente 
acelerações e frenagens. 
Para isso cobre principalmente os 
aspectos referentes aos sistemas 
de: 
• Trem de força; 
• Freios; 
• Chassis (aerodinâmica); 
• Suspensão (Transferência de 
carga longitudinal) 
• Pneu (Capacidade trativa). 
Sub-área – Dinâmica Longitudinal 
Leandro Garbin 
Basicamente a máxima 
aceleração possível de um veículo 
será limitada a dois fatores: 
• Máxima potência do motor; 
• Máxima tração nas rodas. 
Em geral, em altas velocidade a 
potência máxima do motor 
limitará a aceleração, enquanto 
que em baixas velocidades será a 
capacidade de tração das rodas. 
Dinâmica Longitudinal 
Leandro Garbin 
O termo responsável pela 
aceleração do veículo, em sua 
forma condensada levará em 
conta torque que sai do motor, a 
relação de transmissão 
combinada do trem de força, o 
rendimento da transmissão e o 
raio efetivo da roda. 
Além disso, é somada a massa 
total do veículo uma parcela de 
massa equivalente às inércias de 
rotação dos elementos do trem 
de força. 
Dinâmica Longitudinal 
 sin).( WRDR
r
NT
aMM hxax
tftfe
xr 
Leandro Garbin 
A tração no contato entre o pneu 
e a roda limitará a máxima 
aceleração do veículo segundo: 
 
O peso W será função da própria 
aceleração que causará 
transferência longitudinal de 
carga entre os eixos e do torque 
no trem de força que causará 
transferência transversal. 
Dinâmica Longitudinal 
WFx 
Leandro Garbin 
• Introdução 
• Sub-áreas de estudo: 
 Dinâmica Longitudinal 
 Dinâmica Vertical 
 Dinâmica Lateral 
• CarSim 
 O que é CarSim? 
• Classificação dos Veículos 
 Veículos de passeio 
 Veículos comerciais 
 Veículos militares 
• Normas e Testes: 
 Normas internacionais 
 Testes dinâmicos aplicados 
• Simuladores 
Dinâmica Veicular 
Leandro Garbin 
A Dinâmica Vertical preocupa-se 
em prever o comportamento do 
veículo em relação aos 
movimentos e forças que agem 
na direção perpendicular a via 
(eixo z). 
Para isso cobre principalmente os 
aspectos referentes aos sistemas 
de: 
• Suspensão; 
• Conforto; 
• Trem de força (Vibrações); 
• Solo (Rugosidade). 
 
Sub-área – Dinâmica Vertical 
Leandro Garbin 
Um veículo trafega em uma 
ampla faixa de velocidades, por 
isso também está submetido a 
um a ampla faixa de vibrações. 
Esta área envolve o estudo de: 
• Fontes de excitação; 
• Resposta dinâmica do veículo; 
• Percepção e conforto dos 
passageiros. 
Dinâmica Vertical 
Leandro Garbin 
As fontes de excitação podem ser 
provenientes varias formas: 
• Rugosidade do solo; 
• Rotação e deformação dos 
pneus; 
• Rotação de eixos articulados,ex: cardam; 
• Motor. 
Dinâmica Vertical 
Leandro Garbin 
As respostas dinâmicas do 
veículo em relação ao seu 
movimento vertical demandam 
de muitos cálculos e análises 
complexas, porém para um 
estudo conceitual é geralmente 
simplificado para um sistema de 
“um quarto de carro”. Para a 
massa suspensa podemos 
escrever a seguinte equação de 
movimento. 
Dinâmica Vertical 
bususss FZKZCZKZCZM 

Leandro Garbin 
O conforto e a percepção das 
vibrações apesar de ser, de certa 
forma, subjetivo é de extrema 
importância, uma vez que 
influencia a “qualidade” do 
veículo. 
Existem ainda, estudos diversos 
que convergem em resultados e 
normalizam os níveis de 
tolerância a vibração do corpo 
humano. Tais estudos sugerem 
que níveis de vibração entre 4Hz 
e 8Hz são os mais 
desconfortáveis por entrarem em 
ressonância com órgãos 
abdominais, causando náuseas. 
Dinâmica Vertical 
Leandro Garbin 
• Introdução 
• Sub-áreas de estudo: 
 Dinâmica Longitudinal 
 Dinâmica Vertical 
 Dinâmica Lateral 
• CarSim 
 O que é CarSim? 
• Classificação dos Veículos 
 Veículos de passeio 
 Veículos comerciais 
 Veículos militares 
• Normas e Testes: 
 Normas internacionais 
 Testes dinâmicos aplicados 
• Simuladores 
Dinâmica Veicular 
Leandro Garbin 
A Dinâmica Lateral preocupa-se 
em prever o comportamento do 
veículo em relação aos 
movimentos e forças que agem 
na direção transversal a via (eixo 
y) e seus efeitos quanto a 
rolagem e deriva. 
Para isso cobre principalmente os 
aspectos referentes aos sistemas 
de: 
• Pneu (Rigidez lateral); 
• Suspensão (Roll Center); 
• Sistema de direção. 
 
 
Sub-área – Dinâmica Lateral 
Leandro Garbin 
Em baixas velocidades os pneus 
não estão sujeitos a grande 
forças laterais por isso não 
tendem a desviar a trajetória. 
Nesta situação o raio de giro fica 
definido como a distância do CG 
até o cruzamento das projeções 
dos eixos das rodas. 
Para que isto ocorra sem que os 
pneus arrastem, é necessário 
uma exata geometria no sistema 
de direção, conhecida como 
Geometria de Ackerman, bem 
como a utilização de um sistema 
diferencial nos eixos traseiros. 
Dinâmica Lateral 
Leandro Garbin 
Em velocidades mais elevadas, 
porém, os pneus sofrem 
deformações em sua geometria, 
dando origem a um desvio de 
trajetória que pode ser 
representado pelo ângulo de 
escorregamento do pneu. 
Este ângulo pode ser relacionado 
com a força lateral exercida sobre 
o pneu: 
 
Desta forma Cα é definido como 
a rigidez lateral do pneu. 
Dinâmica Lateral 
 .CFy 
Leandro Garbin 
A rigidez lateral é fortemente 
influenciada por muitos fatores, 
sendo sua relação com a carga 
vertical um dos mais críticos. 
A distribuição dinâmica de cargas 
lateral e longitudinal podem 
causar diferentes efeitos quanto 
ao tipo de comportamento em 
curvas: 
• Neutro, o veículo segue a 
trajetória planejada; 
• Sub-esterçante, o veículo tende 
a sair pelo lado oposto à curva. 
• Sobre-esterçante, o veículo 
tende a entrar para o centro da 
curva. 
Dinâmica Lateral 
Leandro Garbin 
• Introdução 
• Sub-áreas de estudo: 
 Dinâmica Longitudinal 
 Dinâmica Vertical 
 Dinâmica Lateral 
• CarSim 
 O que é CarSim? 
• Classificação dos Veículos 
 Veículos de passeio 
 Veículos comerciais 
 Veículos militares 
• Normas e Testes: 
 Normas internacionais 
 Testes dinâmicos aplicados 
• Simuladores 
Dinâmica Veicular 
Leandro Garbin 
CarSim é um simulador do 
comportamento dinâmico de 
veículos de corrida, passeio, 
caminhões leves e veículos 
utilitários. 
É utilizado no projeto, 
desenvolvimento, teste e 
planejamento de produtos 
automotivos. 
Produzido após décadas de 
pesquisa e desenvolvimento, 
possui modelos matemáticos 
avançados que caracterizam um 
veículo real com fidelidade. 
 
 
O que é CarSim? 
Leandro Garbin 
• Introdução 
• Sub-áreas de estudo: 
 Dinâmica Longitudinal 
 Dinâmica Vertical 
 Dinâmica Lateral 
• CarSim 
 O que é CarSim? 
• Classificação dos Veículos 
 Veículos de passeio 
 Veículos comerciais 
 Veículos militares 
• Normas e Testes: 
 Normas internacionais 
 Testes dinâmicos aplicados 
• Simuladores 
Dinâmica Veicular 
Leandro Garbin 
Os veículos de passeio são 
classificados segundo seu 
tamanho, peso e segmento. 
Baseados nas normas européias, 
muitos fabricantes de veículos 
classificam seus veículos nas 
classes: 
• A – Mini; 
• B – Econômico; 
• C – Compacto; 
• D – Médio; 
• E – Médio Alto; 
• F – Top (Luxo). 
Veículos de Passeio 
Leandro Garbin 
São pequenos Hatchback que 
acomodam de 2 a 4 passageiros: 
Exemplos: 
• Ford Ka; 
• Fiat 500; 
• Smart fortwo; 
• Renault Twingo. 
Veículos de Passeio 
Classe A - Mini 
 
Típico 
Hatchback 
CarSim 
Hatchback 
Entre eixos (mm) 2300 – 2400 2347 
Massa (kg) 800 – 1000 830 
Leandro Garbin 
São Hatchbacks médios e 
pequenos esportivos que 
acomodam de 4 a 5 passageiros: 
Exemplos: 
• Peugeot 206; 
• VW Gol; 
• GM Corsa; 
• Fiat Palio; 
• Renault Logan. 
Veículos de Passeio 
Classe B - Econômico 
 
Typical 
Hatchback 
Typical sports 
car 
CarSim 
Hatchback 
CarSim 
Sports car 
Wheelbase (mm) 2400 – 2550 2300-2450 2600 2330 
Mass (kg) 1000 – 1500 1000-1500 1111 1020 
Leandro Garbin 
São Hatchbacks grandes e 
pequenas minivans que 
acomodam de até 5 passageiros: 
Exemplos: 
• Peugeot 307 
• VW Golf; 
• Audi A3; 
• Ford Focus; 
• Fiat Bravo 
Veículos de Passeio 
Classe C - Compacto 
 
Typical 
Hatchback Typical Minivan 
CarSim 
Hatchback CarSim Minivan 
Wheelbase (mm) 2550 – 2700 2500-2800 2578 2777 
Mass (kg) 1200 – 1700 1000-1500 1274 1361 
Leandro Garbin 
São pequenos SUV’s, minivans 
maiores e sedans médios que 
acomodam de até 6 passageiros: 
Exemplos: 
• GM Vectra; 
• BMW Série 3; 
• Audi A4; 
• Ford Ecosport; 
• Hyundai Tucson. 
Veículos de Passeio 
Classe D - Médios 
 
Typical 
Minivan 
Typical 
Sedan 
Typical 
SUV 
CarSim 
Minivan 
CarSim 
Sedan 
CarSim 
SUV 
Wheelbase 
(mm) 2800-3000 2500-2800 2600-2800 3000 2776 2619 
Mass (kg) 1600-2000 1200-1800 1600-2200 1837 1370 1429 
Leandro Garbin 
São sedans executivos e grandes 
SUV’s. 
Exemplos: 
• Audi A6 
• Ford Fusion; 
• Mitsubishi Outlander; 
• BMV X5. 
Veículos de Passeio 
Classe E – Médio Alto 
 Typical Sedan Typical SUV CarSim Sedan CarSim SUV 
Wheelbase (mm) 2800-2900 2800-3100 3048 2950 
Mass (kg) 1600-2200 2000-2500 1833 1592 
Leandro Garbin 
São sedans executivos e grandes 
SUV’s. 
Exemplos: 
• Audi A8 
• BMW Serie 7; 
• Mercedes-Benz Classe S; 
• Maserati Quattroporte 
Veículos de Passeio 
Classe F – Top (Luxuoso) 
 Typical Sedan CarSim Sedan 
Wheelbase (mm) 2900 – 3500 3165 
Mass (kg) 1900 – 3000 1823 
Leandro Garbin 
• Introdução 
• Sub-áreas de estudo: 
 Dinâmica Longitudinal 
 Dinâmica Vertical 
 Dinâmica Lateral 
• CarSim 
 O que é CarSim? 
• Classificação dos Veículos 
 Veículos de passeio 
 Veículos comerciais 
 Veículos militares 
• Normas e Testes: 
 Normas internacionais 
 Testes dinâmicos aplicados 
• Simuladores 
Dinâmica Veicular 
Leandro Garbin 
Veículos comerciais possuem 
uma infinidade de aplicações, por 
isso são encontrados nas mais 
diversas formas, tamanhos e 
pesos. Sua classificação, 
geralmente, é feita com base na 
quantidade de eixos, quais são 
eixos de tração, se possuem ou 
não articulações e quaisos tipos 
de caçamba e a geometria da 
Cabine. 
Veículos mais comuns em relação 
ao eixo: 
• 6x2, 6x4, 6x6; 
• 8x2, 8x4, 8x8. 
Veículos Comerciais 
Leandro Garbin 
• Veículos Rígidos: 
Veículos Comerciais 
Possíveis Configurações 
• Unidade tratora + Semi-trailer: 
• Veículo Rígido+ Trailer: 
Leandro Garbin 
• Unidade Tratora + Semi-trailer + Trailer: 
Veículos Comerciais 
Possíveis Configurações 
• Unidade Tratora+ Semi-trailer + Semi-trailer: 
Leandro Garbin 
• Introdução 
• Sub-áreas de estudo: 
 Dinâmica Longitudinal 
 Dinâmica Vertical 
 Dinâmica Lateral 
• CarSim 
 O que é CarSim? 
• Classificação dos Veículos 
 Veículos de passeio 
 Veículos comerciais 
 Veículos militares 
• Normas e Testes: 
 Normas internacionais 
 Testes dinâmicos aplicados 
• Simuladores 
Dinâmica Veicular 
Leandro Garbin 
Veículos militares estão 
submetidos aos ambientes mais 
hostis possíveis. Sendo que 
qualquer falha ou dificuldade 
encontrada em transpassar um 
terreno ou obstáculo signifique 
grandes perdas. 
Um veículo militar pode ser 
encontrada nas mais variadas 
formas, tamanhos, com 
diferentes sistemas de direção, 
tração, controles eletrônicos e em 
geral com alta tecnologia 
embarcada. 
Simulações são ferramentas 
muito importantes, uma vez que 
testes experimentais muitas 
vezes são inviáveis 
Veículos Militares 
Leandro Garbin 
Veículos Militares 
Leandro Garbin 
• Introdução 
• Sub-áreas de estudo: 
 Dinâmica Longitudinal 
 Dinâmica Vertical 
 Dinâmica Lateral 
• CarSim 
 O que é CarSim? 
• Classificação dos Veículos 
 Veículos de passeio 
 Veículos comerciais 
 Veículos militares 
• Normas e Testes: 
 Normas internacionais 
 Testes dinâmicos aplicados 
• Simuladores 
Dinâmica Veicular 
Leandro Garbin 
Para garantir segurança em 
diversos aspectos referentes a 
dinâmica veicular, existem no 
mundo diversas normas 
regulamentadoras de testes e 
padrões de segurança veicular. 
Simulações, ajudam a prever o 
atendimento ou não as normas 
ainda na etapa de projeto de um 
produto. 
Alguns dos testes são: 
• Double Lane Change (ISO3888); 
• Sine with Dwell (ECE13H); 
• Understeer Test (ISO4138); 
Normas Internacionais 
Leandro Garbin 
Consiste em uma manobra rápida 
de mudança e retorno a faixa 
original, simulando um desvio de 
obstáculo repentino. 
Nesta simulação testa-se um 
veículo com ESC, Eletronic 
Stability Control (Amarelo) e 
outro sem (Vermelho). 
Normas Internacionais 
Double Lane Change 
Leandro Garbin 
Consiste em consecutivas 
manobras para se testar a 
estabilidade do veículo após a 
inserção de um sinal abrupto na 
direção. 
Com ESC (Amarelo); 
Sem ESC (Vermelho); 
Normas Internacionais 
Sine with Dwell 
Leandro Garbin 
O veículo é acelerado 
gradualmente em uma curva de 
raio constante (100 m), e 
avaliado quanto ao sub-
esterçamento desenvolvido e o 
desvio da trajetória. 
Normas Internacionais 
Understeer Test 
Leandro Garbin 
• Introdução 
• Sub-áreas de estudo: 
 Dinâmica Longitudinal 
 Dinâmica Vertical 
 Dinâmica Lateral 
• CarSim 
 O que é CarSim? 
• Classificação dos Veículos 
 Veículos de passeio 
 Veículos comerciais 
 Veículos militares 
• Normas e Testes: 
 Normas internacionais 
 Testes dinâmicos aplicados 
• Simuladores 
Dinâmica Veicular 
Leandro Garbin 
Engenheiros, Pilotos e 
Desenvolvedores de sistemas de 
controle podem “dirigir” seus 
veículos ainda em fase de projeto 
de seus itens e componentes 
para realizar testes, sem a 
necessidade de se construir um 
protótipo real. 
Por todo o mundo já existe 
simuladores rodando com o 
CarSim. 
Simuladores 
Leandro Garbin 
Simuladores 
Leandro Garbin 
Simuladores