Simulação e otimização de uma suspensão veicular considerando segurança e conforto do usuário em um perfil de estrada irregular

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Tipo do documento:	Dissertação
Título:	Simulação e otimização de uma suspensão veicular considerando segurança e conforto do usuário em um perfil de estrada irregular
Título(s) alternativo(s):	Simulation and optimization of a vehicle suspension considering safety and user comfort on a rough road proﬁle
Autor:	Basilio, Julio Cesar de Castro
Primeiro orientador:	Ribeiro, José Geraldo Telles
Primeiro coorientador:	Soeiro, Francisco José da Cunha Pires
Primeiro membro da banca:	Speranza Neto, Mauro
Segundo membro da banca:	Cunha Junior, Americo Barbosa da
Resumo:	Uma suspensão veicular passiva deve conciliar parâmetros que resultem em conforto e segurança para os usuários do veículo, entretanto, conforme apresentado neste estudo, essas características podem ser conflitantes. De acordo com a ISO 2631, o critério de conforto está relacionado à percepção humana da vibração resultante das oscilações no veículo, sendo a aceleração vertical da massa suspensa a maneira de mensurar o conforto. Literaturas científicas indicam que as irregularidades da estrada podem dificultar a capacidade de controle do veículo pelo motorista, pois oscilações maiores diminuem a força de contato entre o pneu e a pista, e consequentemente, diminuindo a dirigibilidade do veículo e a segurança do passeio. Para compreender melhor o comportamento de um sistema de suspensão, simulações foram realizadas no software Matlab®, através do desenvolvimento matemático de um modelo simplificado de um quarto do carro, com dois graus de liberdade (GDL). Como entrada para o sistema, um modelo matemático representando classes de perfis de estrada rodoviários foi implementado, visando aproximar as análises de situações reais. A rigidez e o amortecimento da suspensão foram analisados através de dois parâmetros do sistema conhecidos como: frequência natural não amortecida e taxa de amortecimento. Definidas as massas (suspensa e não suspensa) e a rigidez do pneu, as simulações no Matlab® confirmaram o conflito entre os critérios de conforto e segurança do usuário, evidenciando a necessidade de usar métodos de otimização para encontrar os valores ideais dos parâmetros de suspensão. Como os objetivos da otimização da suspensão são minimizar a aceleração do chassi para melhorar o conforto, e ao mesmo tempo, minimizar a força dinâmica da roda e a deflexão da suspensão, para melhorar a segurança, trata-se de um problema de otimização multiobjetivo. Sendo assim, o método utilizado foi o algoritmo genéticos (GA), mais especificamente o algoritmo NSGA-II, por ser amplamente utilizado em outros estudos e estar disponível entre as ferramentas de otimização do Matlab®. Os resultados das otimizações, principalmente quando focados no conforto e na segurança, apontam para valores de frequência natural igual a 1 Hz e de taxa de amortecimento igual a 0,2. Isso representa valores de rigidez e amortecimento da suspensão próximos a 10000 N/m e a 650 Ns/m, respectivamente. Além disso, os resultados mostram a influência da qualidade da estrada, da velocidade de percurso e da variação da massa suspensa sobre os critérios de conforto e de segurança.
Abstract:	Passive vehicle suspension should reconcile parameters that result in comfort and safety for vehicle users, however, as presented in this study, these characteristics may be conﬂicting. According to ISO 2631, the comfort criterion is related to the human perception of vibration resulting from oscillations in the vehicle, with sprung mass acceleration being the measure of comfort. Scientiﬁc literature indicates that road irregularities may hinder the driver’s ability to control the vehicle, as greater oscillations decrease the contact force between the tire and the track, and consequently, reduce vehicle handling and ride safety. To better understand the behavior of a suspension system, simulations were performed in software Matlab®, through mathematical development of a quarter car model, with two degrees of freedom (DOF). As input to the system, a mathematical model representing classes of road proﬁles was implemented, aiming to approximate the analysis of real situations. The stiﬀness and damping of the suspension were analyzed using two parameters of the system known as: undamped natural frequency and damping ratio. Deﬁned masses (sprung and unsprung) and tire stiﬀness, Matlab® simulations conﬁrmed the conﬂict between comfort and safety criteria, highlighting the need to use optimization methods to ﬁnd the ideal values of the suspension parameters. Since the goals of suspension optimization are to minimize vertical acceleration of the sprung mass to improve comfort, while minimizing dynamic wheel force and suspension deﬂection to improve safety, this is a multiobjective optimization problem. Thus, the method used was the genetic algorithm (GA), more speciﬁcally the NSGA-II algorithm, being widely used in other studies and be available between Matlab® optimization tools. The results of optimizations, especially when focused on comfort and safety, point to the natural frequency values equal to 1 Hz and damping ratio equal to 0,2. This represents suspension stiﬀness and damping values close to 10000 N/m and 650 Ns/m, respectively. In addition, the results show the inﬂuence of road quality, the travel speed and the sprung mass variation on the criteria of comfort and safety.
Palavras-chave:	Engenharia mecânica Resistência de materiais Automóveis - Molas e suspensão Conforto humano Segurança no trânsito MATLAB (Programa de computador) Algorítmos genéticos Mechanical engineering Strength of materials Cars - Springs and suspension Human comfort Traffic Safety MATLAB (Computer program) Genetic algorithms
Área(s) do CNPq:	ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOS
Idioma:	por
País:	Brasil
Instituição:	Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Sigla da instituição:	UERJ
Departamento:	Centro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de Engenharia
Programa:	Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
Citação:	BASILIO, Julio Cesar de Castro. Simulação e otimização de uma suspensão veicular considerando segurança e conforto do usuário em um perfil de estrada irregular. 2019. 162 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2019.
Tipo de acesso:	Acesso Aberto
URI:	http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/17143
Data de defesa:	26-Set-2019
Aparece nas coleções:	Mestrado em Engenharia Mecânica

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Dissertação - Julio Cesar de Castro Basilio - 2019 - Completo.pdf		5,99 MB	Adobe PDF	Baixar/Abrir Pré-Visualizar ×

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