Análise de Vibração Veicular

Análise de vibração veicular

Felipe R. Furlin, Marcos V. M. Machado, Oscar E. Spiller Jr., Rômulo H. Bissani

1. RESUMO

Este trabalho tem como objetivo principal estudar e analisar o comportamento vibracional de um veículo de passeio em condições cotidianas de operação. Para toda a fundamentação deste trabalho foram utilizados conhecimentos e experiências adquiridas na disciplina de Vibrações mecânicas, bem como, a utilização do software Matlab para a apresentação e desenvolvimento dos resultados obtidos.

1. INTRODUÇÃO

Com o aumento das tecnologias relacionado a veículos de passeio e veículos em geral, bem como, o aumento do poder de compra da população, o uso de automóveis para o deslocamento das pessoas e uso para trabalho já se tornou parte do dia-a-dia e vem crescendo cada vez mais. Por esta razão, montadoras vêm desenvolvendo veículos mais seguros e confortáveis.

O uso de sistemas de amortecimento desses veículos não ficara de fora de todo conjunto de construção, logo, também se criaram melhorias para essas responsabilidades. Porém para se desenvolver um aumento tecnológico nessa área é necessário fazer um estudo e entender quais são as principais variáveis presentes em um sistema que pode ser complexo, mas com a possibilidade de um aumento significativo no conforto e segurança de um veiculo automotor.

Portanto, para entender o funcionamento vibracional de um carro em operações normais de uso, se faz necessário obter um conhecimento prévio teórico e pratico no qual é adquirido na disciplina de Vibrações Mecânicas. Essas experiências foram desenvolvidas em projetos de 3, 4 e 5 graus de liberdade realizados no Matlab, sendo possível modelar de forma mais assertiva um sistema de amortecimento veicular.

Logo, o objetivo geral deste trabalho é determinar o deslocamento e comportamento das variáveis ao longo da locomoção do carro sendo: Deslocamento dos amortecedores, banco, pneus e chassis.

Acredita-se ter uma importância valiosa esse estudo, já que, a mobilidade está diretamente relacionada com a rotina das pessoas.

1. MATERIAIS E MÉTODOS

Para ser realizado um modelamento de sistema assertivo, primeiramente deve-se entender o comportamento de um veiculo em pleno funcionamento na situação desejada. Mas para se ter sucesso neste passo, deve-se definir condições de contorno e escolha do equipamento utilizado. A seguir será descrito o objeto de estudo e os dados de entrada utilizados:

Veículo: Fiat Uno Mille Fire Flex 2006

Comprimento total: 3,820 m

Comprimento entre eixos: 2,376 m

Distância do motorista até centro massa: 0,5 m

Distância do rodado traseiro até centro massa: 1,1805 m;

Distância do rodado dianteiro até centro massa: 1,1805 m;

Massa do Motorista: 80 kg;

Massa do carro: 683,8 kg;

Massa das rodas traseiras: 60,6 kg;

Massa das rodas dianteiras: 60,6 kg;

Rigidez do banco do motorista: 10000 N/m;

Rigidez das suspensões traseiras: 76164 N/m;

Rigidez das suspensões dianteiras: 36538 N/m;

Rigidez dos pneus traseiros: 214100 N/m;

 Rigidez dos pneus dianteiros: 137480 N/m;

[pic 1]

Fig 1: Fiat Uno Mille Fire Flex 2006

Com os dados de entrada já disponíveis, o próximo passo é criar o diagrama de todo o sistema e observar o comportamento de forças e disposição de cada componente da montagem. A seguir, será mostrado os diagramas correspondentes do sistema.

A força exercida nos pneus tem relação com a passagem do veículo com o quebra molas e estão exemplificadas a seguir.

[pic 2]

Fig. 2: Modelo quebra molas

Neste exemplo temos o comprimento do quebra-molas que é de Lb = 2 metros e uma altura de H = 0,1 metro. A velocidade do veículo foi arbitrada em Vv = 40 km/h = 11,11 m/s.

Para determinar o movimento então foram usadas as seguintes equações:

[pic 3]

[pic 4]

Sendo assim considerando na roda dianteira a posição inicial de 0,1 m e na velocidade inicial de 1,11 m/s.

Abaixo é apresentado o modelo representativo do sistema vibratório para o veículo.

[pic 5]

Fig. 3: Diagrama do modelo (Uno)

Equações da rigidez das molas:

FK1 = K1*(x4 - xC)

FK2 = K2*(x2)

FK3 = K3*(x3)

FKA = KA*(xA - x2)

FKB = KB*(xB - x3)

A partir do modelo, podemos definir as coordenadas dependentes e independentes do sistema e o diagrama de corpo livre para os componentes do sistema.

[pic 6]

Fig. 4: Diagrama dos deslocamentos

xA = x1 - a*(th)

xB = x1 + b*(th)

xC = x1 + c*(th)

Coordenadas dependentes: xA, xB, xC.

Coordenadas independentes: x1, x2, x3, x4, th.

Diagrama de corpo livre da massa m1:

[pic 7]

eq1 = - FKA - FKB + FK1 - m1*A1

eq5 = + FKA*a - FKB*b + FK1*c - I1*Ath

Diagrama de corpo livre da massa m2:

[pic 8]

eq2 = FKA - FK2 - m2*A2

Diagrama de corpo livre da massa m3:

[pic 9]

eq3 = + FKB - FK3 - m3*A3

Diagrama de corpo livre da massa m4:

[pic 10]

eq4 = - FK1 - m4*A4

[pic 11]

1. RESULTADOS

Após ser escrito o algoritmo do sistema – modelo de vibração com 5 graus de liberdade - no Software Matlab contendo todas as informações necessárias para os cálculos, isto é, massa, rigidez, relações geométricas e equações, é possível se obter gráficos específicos de cada ponto de interesse analisado.