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

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Basilio, Julio Cesar de Castro
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade do Estado do Rio de Janeiro; Centro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de Engenharia; Brasil; UERJ; Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
• Palavras-chave em Português: Mechanical engineering; Strength of materials; Cars - Springs and suspension; Human comfort; Traffic Safety; MATLAB (Computer program); Genetic algorithms; Engenharia mecânica; Resistência de materiais; Automóveis - Molas e suspensão; Conforto humano; Segurança no trânsito; MATLAB (Programa de computador); Algorítmos genéticos; ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOS
• Link de acesso: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/17143

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.