Técnicas lineares de identificação de forças para sistemas automotivos

Trabalho de Conclusão de Curso (graduação)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Gama, 2017.O conhecimento das forças atuantes na suspensão de um automóvel de competição torna o acerto (setup) da suspensão do mesmo mais sistemático, menos dependente da habilidade do piloto em verbalizar como o carro está se comportando dinamicamente. Isto otimiza o tempo das equipes durante os treinos e testes. Devido à dificuldade e alto custo de se obter estas forças in loco, é oportuno a implementação de técnicas lineares de identificação de forças. O presente trabalho apresenta um modelo matemático overall capaz de analisar os seis graus de liberdade de um veículo (de acordo com a SAE) movido por forças externas. Este modelo, juntamente com uma técnica linear de identificação de forças, torna possível o conhecimento das constantes de rigidez generalizadas de um veículo. O modelo matemático proposto foi validado comparando as frequências naturais, de um sistema fictício, obtidas por ele com as frequências naturais obtidas por meio do método dos elementos finitos aplicado ao mesmo sistema fictício. Após a validação, um experimento computacional é realizado utilizando o modelo overall proposto com dados reais de um veículo. Os dados obtidos computacionalmente integrando a equação do movimento e prevendo as acelerações decorrentes a aplicação de uma força lateral são comparados com os dados obtidos por experimento feito em um veículo em situação de curva. Um problema inverso de identificação é apresentado, onde é possível a identificação dos coeficientes de rigidez generalizados tendo o conhecimento das acelerações atuantes no centro de gravidade do veículo. Durante o presente trabalho, uma breve discussão sobre os sistemas de suspensão, freios, body e motor é apresentada juntamente com as forças de operação dos mesmos. São também apresentadas algumas técnicas de modelagens de sistemas mecânicos restritas a sistemas lineares invariantes no tempo e as principais características de diversos métodos de identificação de forças.The knowledge of the actuating forces on race cars suspension make its setup more systematic, depending less on the ability of the driver on verbalizing how the car is comporting dynamic wise. That optimizes the team’s time during trainings and tests. Due to the difficulty and high cost of obtaining such forces in loco, it is opportune the implementation of linear techniques of force identification. This study presents a mathematical model capable of analyzing the vehicle’s six freedom degrees (according to SAE) due to external forces. That model, together with a linear technique of force identification, make possible the knowledge of the generalized stiffness constants of a vehicle. The proposed mathematical model was validated comparing the natural frequencies, of a fictional system, with the natural frequencies obtained by the finite element method of the same fictional system. After the validation, a computational experiment is performed using the overall model proposed with real data of a vehicle. The data obtained by computationally integrating the equation of motion and predicting the accelerations resulting from the application of a lateral force are compared with the data obtained by an experiment performed on a vehicle in a curve situation. An inverse problem of identification is presented, where it is possible to identify the generalized stiffness coefficients having knowledge of the accelerations acting in the center of gravity of the vehicle. During the present study, a brief discussion about the suspension, brakes, body and engine systems is presented together with their operational forces. Also presented are some mechanical modeling techniques restricted to time invariant linear systems and the main characteristics of several methods of force identification