Análise de vibração integrada do sistema para veículos elétricos

Universidade do Minho

Análise de Vibrações de Sistemas Integrados

para Veículos Elétricos

(Dissertação de Mestrado em Eng. Mecânica)

por

Humberto Filipe da Costa Gonçalves (Nº48301)

Realizado em: Lab. Ensaio de Materiais do DEM/UM

Orientador(es): José Meireles (UM/DEM), Jorge Martins (UM/DEM

Departamento de Eng. Mecânica

Universidade do Minho

Guimarães, Dezembro de 2012

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RESUMO

A tecnologia motor in-wheel é uma das mais promissoras para aplicação em veículos

elétricos, uma vez que o corpo do automóvel fica desprovido do motor e das transmissões. O

problema surge quando o sistema motor in-wheel é montado nas jantes do veículo, adicionando

uma grande massa à massa que não é amortecida pelo sistema de suspensão, quando deveria

ter o mínimo de massa nesta localização. Este aumento de carga pode provocar um aumento

das vibrações, bem como um aumento do desconforto do veículo aquando do seu

funcionamento.

Este trabalho descreve uma metodologia para análise dinâmica e otimização do sistema

de suspensão de um veículo elétrico protótipo que utiliza a tecnologia motor in-wheel. Neste

trabalho foi desenvolvido um modelo teórico de ¼ de carro com amortecimento do pneu a partir

de um modelo existente mais simples. Realizou-se um estudo analítico comparativo de ambos

modelos, bem como um estudo numérico onde foi utilizado o software de análise dinâmica LMS

Virtual Lab.

O modelo de ¼ de carro com amortecimento do pneu permite uma análise mais precisa

do que o modelo mais simples. Este modelo também permite a validação do software de

sistemas multicorpos dinâmicos complexos, o LMS Virtual Lab. Este software permite uma

análise mais rápida, mais cuidada e eficaz do que o modelo em estudo, pois permite uma maior

aproximação dos modelos numéricos aos modelos reais, através da incorporação de mais

parâmetros, tais como dimensões, atritos, efeitos de inércia, etc., permitindo uma simulação

muito mais próxima da realidade física.

O sistema de suspensão foi otimizado em relação às vibrações e conforto dos passageiros

do veículo (Ruído, Vibrações e Aspereza - NVH), comparando os valores da aceleração obtidos

nas análises do LMS Virtual Lab com os valores de referência na Norma ISO 2631-1. O modelo

numérico desenvolvido foi validado e as melhores características do sistema de suspensão foram

otimizadas.

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ABSTRACT

The motor in-wheel technology is one of the most promising technologies for application on

electric vehicles, as the body of the car would be void of motors or transmissions. The problem

arises when the motor in-wheel system is included within the rims of the tires, adding a large

amount of mass to the unsprung mass; a location where one should have the least. This increase

of load can lead to an increasing of vibrations as well as the increasing of harshness, which the

system (wheels and chassis) suffers when in use.

This work describes a methodology for dynamic analysis and optimization of an electric

vehicle prototype suspension system using the motor in-wheel technology. In this work, a ¼ car

theoretical model with tire damping was developed from an existent simpler model. A

comparative analytical study of both models was done, as well as an equivalent numerical study,

where the dynamic analysis software LMS Virtual Lab was used.

The ¼ car model with the tire damping allows a more accurate analysis than the simpler

one. This model also enables the validation of the complex dynamic multibody systems

simulation software, the LMS Virtual Lab. This software allows a faster, more careful and effective

analysis of the model in study than de simpler one, because it allows a better link between the

numerical models to the physical ones, through the incorporation of more parameters, such as

dimensions, friction, inertia effects, etc., making the simulation much more close to the physical

reality.

The suspension system was optimized in relation to the vibration and comfort of the car

passengers (Noise, Vibration and Harchness – NVH) comparing the acceleration values obtained

from the LMS Virtual Lab analysis to the referenced values in ISO 2631-1 Standard. The

developed numerical model was validated and the best characteristics of the suspension system

were determined.

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AGRADECIMENTOS

Como seria de esperar, os meus agradecimentos serão para todos os intervenientes que

colaboraram duma