AV1 - Victor Schenk de Castro Silva - Oscilação Suspensão 2GDL

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UNIVERSIDADE DE TECNOLOGIA SENAI CIMATEC
ENGENHARIA AUTOMOTIVA
GRADUAÇÃO
VICTOR SCHENK DE CASTRO SILVA
VIBRAÇÃO E ACÚSTICA VEÍCULAR
Salvador
2019
VICTOR SCHENK DE CASTRO SILVA
VIBRAÇÃO E ACÚSTICA VEICULAR
Atividade desenvolvida para avaliação da matéria – Vibração e Acústica Veícular – do Curso de: Engenharia Automotiva, da Faculdade de Tecnologia SENAI Cimatec.
Orientador (a): Prof. Ubatan Miranda
	
Salvador
2019
INTRODUÇÃO
A suspensão de um veículo é considerada um sistema massa mola que trabalha sobre condições de compressão e extensão. Este comportamento é estudado através do um modelo ideal chamado de quarter-car, onde cada conjunto de suspensão de um veículo é apresentado de forma resumida à facilitar os tanto analiticamente como matematicamente os desenvolvimento da dinâmica veicular. O modelo quarter-car se faz satisfatório nos estudos de suspensões automotivas devido ao fato dele poder receber inputs de perfis de pista.
DESENVOLVIMENTO
NR-15 e Norma ISO 2631-1~5
As normas regulamentadoras de segurança e saúde do trabalho são documentos com força de lei que regem atividades e situações as quais colocam pessoas em exposição à algum tipo de situação de risco ou dano a saúde do mesmo. A NR-15 regulamenta atividades e operações insalubres, e com relação a vibração esta norma segue uma outra de âmbito internacional, a ISO 2631-1~5, que trata as frequências oscilatórias as quais o corpo humano pode ser submetido sem que sofra grandes problemas e danos. A norma internacional determina que para conforto e saúde o corpo humano deve ser exposto a vibrações que variam entre 1Hz e 80Hz.
Outros trabalhos também foram utilizados como base para a obtenção das frequências naturais relacionadas ao corpo humano. 
Tabela 1: Frequências naturais de partes do corpo humano
(Fonte – Caio Fraga da Luz)
PISTAS E VELOCIDADES ANALISADAS 
Para este estudo foram levados em conta quatro perfis de pista e três velocidades diferentes. A partir destes valores foram realizados cálculos que mostram se para cada perfil cruzado a cada velocidade a oscilação do veículo corresponde com os valores que são encontrados na norma ISO 2631 – 1~5.
FREQUÊNCIAS ENCONTRADAS
As frequências encontradas são calculadas a partida da velocidade do veículo e do comprimento de oscilação do perfil da pista.
Figura 1: Exemplo de Perfil de Pista
	
	A equação utilizada para obter-se estas frequências é a seguinte:
	Os perfis utilizados neste estudo foram a autoestrada e a fora de estrada (off-Road), mas uma breve análise, sobre outros dois comuns perfis de pista, foi realizada:
	Tipo de estrada
	h0 [mm]
	L [m]
	Autoestrada / Rodovia
	10 a 20
	10 a 15
	Estradas urbanas (betão betuminoso)
	10 a 20
	1,0 - 2,0
	Estradas de pavimento
	30 a 40
	0,15 - 0,30
	Fora da estrada
	50 - 70
	0,10 - 0,15
	Com estes valores os resultados de frequência encontrados para cada combinação de velocidade e pista são:
	Estrada/Rodovia
	Velocidade (km/h)
	Frequência
	Adequado (S/N)
	40km/h
	1,11Hz
	S
	60km/h
	1,66HZ
	S
	80km/h
	2,22Hz
	S
	Vias Urbanas
	Velocidade (km/h)
	Frequência
	Adequado (S/N)
	40km/h
	11Hz
	S
	60km/h
	16Hz
	S
	80km/h
	22Hz
	S
	Pavimento
	Velocidade (km/h)
	Frequência
	Adequado (S/N)
	40km/h
	74Hz
	S
	60km/h
	111Hz
	N
	80km/h
	148Hz
	N
	Fora de Estrada
	Velocidade (km/h)
	Frequência
	Adequado (S/N)
	40km/h
	111Hz
	N
	60km/h
	167HZ
	N
	80km/h
	222Hz
	N
CARACTERÍSTICAS DO VEÍCULO ESTUDADO
O carro escolhido para este estudo foi o modelo Ford Ka 2019 e suas características são as seguintes: 
Massa em cada conjunto: 1037kg (considerou-se 259,25 por conjunto de roda)
Constante de rigidez mola da suspensão: 23kN/m
Constante de amortecimento: 2757N.s/m
Constante de rigidez pneu Pirelli 175/65 R14: 200kN/m 
RESULTADOS E MODIFICAÇÕES SUGERIDAS
Os resultados encontrados durante a realização das simulações mostraram um desempenho e uma tendência semelhante ao que é encontrado em algumas literaturas. As linhas azuis dos gráficos a seguir representam o movimento da massa suspensa enquanto as linhas laranjas representa a massa não suspensa.
Autoestrada
Figura 2: Oscilação do Sistema de Suspensão (Estrada a 40km/h)
Figura 3: Oscilação do Sistema de Suspensão (Estrada a 60km/h)
Figura 4: Oscilação do Sistem de Suspensão (Estrada a 80km/h)
Off-Road
Figura 5: Oscilação do Sistema de Suspensão (Off-Road a 40km/h)
Figura 6:Oscilação do Sistema de Suspensão (Off-Road a 60km/h)
Figura 7:Oscilação do Sistema de Suspensão (Off-Road a 80km/h)
		Nota-se que com o aumento da frequência existe uma diminuição na amplitude da oscilação do veículo. Mostrando que mesmo em locais onde o perfil de pista possua uma altura maior, a oscilação terá curso menor se tivermos um comprimento de oscilação menor. A figura a seguir mostra como este estudo apresenta respostas consistentes, validando assim o programa em MatLab que foi adaptado a partir de outros programas encontrados durante a fase de pesquisa do trabalho.
Figura 8: Frequência x Amplitude
(Fonte: KAZ Techonologies)
		
	Como para condições de off-road o veículo simulado não atende as especificações de frenquencia relacionadas a saúde do corpo humano, a sugestão feita para amenizar os efeitos gerados pela alta oscilação é a instalação de molas de menor rigidez e de amortecedores com um maior coeficiente de amortecimento. 
CONCLUSÃO
Este trabalho mostra que análises de dinâmica veicular relacionadas a oscilação, perfil de pista e conforto e saúde de passageiros, são viáveis de serem feitas através de simples softwares de análises matemáticas. 
Os veículos em geral possuem características peculiares para cada tipo de condição de pista, mas este trabalho também valida que adaptações podem ser feitas para aliviar questões relacionadas aos feitos da frequência de oscilação do sistema de suspensão do veículo.
E por fim podemos trazer a confirmação de que a amplitude de oscilação diminui com o aumento da frequência de oscilação do sistema. Porém mesmo com uma amplitude menor, certos níveis de oscilação continuam a afetar a saúde de passageiro de veículos e que deve ser amenizada por configurações de suspensão que tenham este objetivo.
REFERÊNCIAS
https://www.brown.edu/Departments/Engineering/Courses/En4/notes_old/Forcedvibes/Forcedvibes.htmlf
https://x-engineer.org/automotive-engineering/chassis/vertical-dynamics/road-profile-mathematical-modeling-for-wheel-vertical-dynamics-simulation/
STEPHEN, K., “Simple Vibration Problems with MATLAB (and Some Help from MAPLE)”, Dezembro 2009
BARBOSA, R., “Vehicle Vibration Response Subjected to Longwave Measured Pavement Irregularity”, Fevereiro 2012