[pt] Este trabalho tem como objetivo apresentar um ambiente computacional integrado para a simulação e visualização tridimensional da dinâmica de veículos, o SVDV. O ambiente está dividido em três módulos: interface gráfica, simulação e visualização gráfica. O módulo de interface, desenvolvido em Visual Basic, gerencia os bancos de dados e serve como ligação entre os módulos de simulação e visualização gráfica. O módulo de simulação permite a inclusão de diferentes modelos de dinâmica de veículos, estando disponíveis atualmente modelos em Matlab/Simulink, Visual C++ e MS Excel. O módulo de visualização gráfica faz uso da poderosa linguagem de programação Maxscript, que emprega scripts do 3D Studio Max (3DS Max). Com esta linguagem é possível incluir inúmeros efeitos de iluminação, texturização e modelagem, disponíveis no 3DS Max, garantindo um elevado grau de realismo na visualização da simulação. / [en] This work presents na integrated computational system for the simulation and visualization of vehicular dynamics, SVDV. The system is divided in three modules: graphics interface, simulation and graphics visualization. The interface module, developed in Visual Basic, manages the databases and behaves as a link between the simulation and visualization modules. The simulation module allows the inclusion of different vehicular dynamics models. At the present stage there are models developed in Matlab/Simulink, Visual C++ and MS Excel. The graphics visualization module makes use of the powerful Maxscript programming language, a script language from 3D Studio Max (3DS Max). Hence, it is possible to incorporate a variety of illumination and texture effects and also modeling techniques from 3DS Max, thus guaranteeing a realistic visualization.

O objetivo do trabalho é melhorar o controle do comportamento dinâmico sob excitação vertical de um modelo veicular completo levando em consideração os três movimentos principais, de elevação (heave), balanço (pitch) e de rolagem (roll), em termos de aceleração. Com essa finalidade desenvolve-se a programação necessária para implementação de um modelo de veículo completo de 7 GDL no programa MATLAB® que interage com o sistema de controle ativo desenvolvido em diagrama de blocos no programa Simulink®. Em seguida, o desempenho do modelo é avaliado através de programas desenvolvidos de excitações de estrada com perfil senoidal e randômico. Os resultados obtidos mostram que o movimento da massa suspensa, em termos de aceleração, acima e abaixo do valor da frequência natural da roda pode ser diminuído pela filtragem dos coeficientes de mola e amortecimento através de um laço de controle interno, mais a utilização de amortecimento skyhook das velocidades de elevação, balanço e rolagem com um laço de controle externo. A atenuação das constantes de mola abaixo da frequência do corpo do veículo reduz as perturbações da estrada, mas podem bater nos limitadores do percurso da suspensão. / The aim of this work is to improve the control of the dynamic behavior under vertical excitation of a full vehicular model whilst taking into consideration the three main movements of heave, pitch and roll in terms of acceleration. With this goal in mind, the necessary programming was carried out for the implementation of a full vehicular model of 7 DOF using the software MATLAB® which interacts with the active control system developed via blocks diagram using the software Simulink®. Following on from that, the performance of the model is evaluated by means of programmes developed from road excitations with a sinusoidal and random profile. The results show that the motion of the sprung mass, in terms of acceleration, above and below the natural frequency of the wheel can be reduced by filtering the spring and damping coefficients through an internal control loop, plus the usage of skyhook damping of heave, pitch and roll velocities with an external control loop. The mitigation of the spring constants below the frequency of the body of the vehicle reduces the excitations of the road, but may strike against the path limiters of the suspension.

O objetivo do trabalho é melhorar o controle do comportamento dinâmico sob excitação vertical de um modelo veicular completo levando em consideração os três movimentos principais, de elevação (heave), balanço (pitch) e de rolagem (roll), em termos de aceleração. Com essa finalidade desenvolve-se a programação necessária para implementação de um modelo de veículo completo de 7 GDL no programa MATLAB® que interage com o sistema de controle ativo desenvolvido em diagrama de blocos no programa Simulink®. Em seguida, o desempenho do modelo é avaliado através de programas desenvolvidos de excitações de estrada com perfil senoidal e randômico. Os resultados obtidos mostram que o movimento da massa suspensa, em termos de aceleração, acima e abaixo do valor da frequência natural da roda pode ser diminuído pela filtragem dos coeficientes de mola e amortecimento através de um laço de controle interno, mais a utilização de amortecimento skyhook das velocidades de elevação, balanço e rolagem com um laço de controle externo. A atenuação das constantes de mola abaixo da frequência do corpo do veículo reduz as perturbações da estrada, mas podem bater nos limitadores do percurso da suspensão. / The aim of this work is to improve the control of the dynamic behavior under vertical excitation of a full vehicular model whilst taking into consideration the three main movements of heave, pitch and roll in terms of acceleration. With this goal in mind, the necessary programming was carried out for the implementation of a full vehicular model of 7 DOF using the software MATLAB® which interacts with the active control system developed via blocks diagram using the software Simulink®. Following on from that, the performance of the model is evaluated by means of programmes developed from road excitations with a sinusoidal and random profile. The results show that the motion of the sprung mass, in terms of acceleration, above and below the natural frequency of the wheel can be reduced by filtering the spring and damping coefficients through an internal control loop, plus the usage of skyhook damping of heave, pitch and roll velocities with an external control loop. The mitigation of the spring constants below the frequency of the body of the vehicle reduces the excitations of the road, but may strike against the path limiters of the suspension.

O objetivo do trabalho é melhorar o controle do comportamento dinâmico sob excitação vertical de um modelo veicular completo levando em consideração os três movimentos principais, de elevação (heave), balanço (pitch) e de rolagem (roll), em termos de aceleração. Com essa finalidade desenvolve-se a programação necessária para implementação de um modelo de veículo completo de 7 GDL no programa MATLAB® que interage com o sistema de controle ativo desenvolvido em diagrama de blocos no programa Simulink®. Em seguida, o desempenho do modelo é avaliado através de programas desenvolvidos de excitações de estrada com perfil senoidal e randômico. Os resultados obtidos mostram que o movimento da massa suspensa, em termos de aceleração, acima e abaixo do valor da frequência natural da roda pode ser diminuído pela filtragem dos coeficientes de mola e amortecimento através de um laço de controle interno, mais a utilização de amortecimento skyhook das velocidades de elevação, balanço e rolagem com um laço de controle externo. A atenuação das constantes de mola abaixo da frequência do corpo do veículo reduz as perturbações da estrada, mas podem bater nos limitadores do percurso da suspensão. / The aim of this work is to improve the control of the dynamic behavior under vertical excitation of a full vehicular model whilst taking into consideration the three main movements of heave, pitch and roll in terms of acceleration. With this goal in mind, the necessary programming was carried out for the implementation of a full vehicular model of 7 DOF using the software MATLAB® which interacts with the active control system developed via blocks diagram using the software Simulink®. Following on from that, the performance of the model is evaluated by means of programmes developed from road excitations with a sinusoidal and random profile. The results show that the motion of the sprung mass, in terms of acceleration, above and below the natural frequency of the wheel can be reduced by filtering the spring and damping coefficients through an internal control loop, plus the usage of skyhook damping of heave, pitch and roll velocities with an external control loop. The mitigation of the spring constants below the frequency of the body of the vehicle reduces the excitations of the road, but may strike against the path limiters of the suspension.

Este trabalho trata da aplicação de técnicas de identificação de sistemas dinâmicos a ensaios com veículos submarinos não tripulados ou com modelos em escala auto-propelidos de veículos submarinos. Complementa-se, desta forma as investigações que vêm sendo realizadas no Laboratório de Veículos Não Tripulados, LVNT, voltadas à estimativa de parâmetros hidrodinâmicos de veículos autônomos submarinos, AUVs. Estas têm utilizado os métodos pertencentes a outras classes de abordagens para a estimativa de modelos de manobras para veículos submarinos como os métodos CFD e ASE (de BARROS, et. al., 2004, 2006, 2008a, 2008b; de BARROS e DANTAS, 2012). Outras atribuições deste trabalho dizem respeito à compreensão e desenvolvimento na modelagem linear da dinâmica de manobra de veículos submarinos, teoria e implementação de métodos de identificação de sistemas aplicados a resultados de ensaios com modelos auto-propelidos. As atividades de estudo foram divididas de acordo com os temas relativos à dinâmica de veículos submarinos, conceitos físicos envolvidos nas derivadas hidrodinâmicas de estabilidade, técnicas de identificação de sistemas e aspectos tecnológicos e experimentais da utilização de ensaios com modelos auto-propelidos. As atividades voltadas ao atendimento de tais metas envolveram, durante o programa de pesquisa, estudos de modelos analíticos, simulação numérica do movimento, realização de experimentos em piscina e campo com um AUV, e a implementação de ferramentas numéricas de análise de dados e estimação de parâmetros de manobra. / This paper is related to the application of techniques for identifying dynamic systems testing scale models of underwater vehicles or even unmanned underwater vehicles in real scale. Complementing in this way the investigations that have been conducted in the Laboratory of Unmanned Vehicles, LVNT, aimed to estimate the hydrodynamic parameters of autonomous underwater vehicles, AUVs. They have used the methods belonging to the three other classes mentioned (of Barros, et. Al., 2004, 2006, 2008a, 2008b; Barros and the DANTAS, 2012). Other tasks of this work relates to the understanding and development in modeling linear dynamic manoeuvring underwater vehicles, theory and implementation of identification methods applied to systems test results with self-propelled models. The study activities were divided according to themes related to the dynamics of underwater vehicles, physical concepts derived in the hydrodynamic stability, system identification techniques and technological aspects and experimental trials with use of self-propelled models. The activities aimed at meeting those goals involved during the research program, studies of analytical models, numerical simulation of the movement, performing experiments with a swimming pool and AUV, and implementation of numerical tools for data analysis and parameter estimation maneuver.

Características de dirigibilidade de um veículo automotivo foram estudadas com o auxílio de uma ferramenta computacional para simulação de sistemas multicorpos integrado a um controle de estabilidade direcional virtual. O modelo do veículo simplificado utilizado, de três graus de liberdade, proporciona o cálculo em tempo real das grandezas utilizadas para o controle de atitude de veículos, como velocidade em guinada e ângulo de deriva. Por isso, sua utilização como modelo de referência. O controle desenvolvido se mostrou bastante confiável e suficientemente simples. Os resultados mostraram boa aproximação através de uma avaliação subjetiva do comportamento do veículo. Finalmente, pode ser observado que o uso de ferramentas com uma interface amigável com o usuário proporcionam tempos de desenvolvimento mais curtos e estudos paramétricos mais fáceis, possibilitando ao projetista alcançar as características desejadas do veículo com custos muito menores / Handling characteristics of an automotive vehicle were studied with the aid of a computational tool for mutibody system simulation integrated to a virtual directional stability control. The simplified vehicle model used, a three degrees of freedom model, makes possible the real time calculus of the parameters used in the yaw active control systems, like yaw rate and vehicle sideslip angle. Due to that, the use of it as a reference model. The developed control strategy is enough credible and sufficiently simple. Results showed good agreement through the subjective vehicle evaluation. Finally, it can be observed that the use of a tool with a user friendly interface makes development times shorter and parametric studies easier, enabling the designer to achieve the desired vehicle characteristics control much less costly

Este trabalho trata da aplicação de técnicas de identificação de sistemas dinâmicos a ensaios com veículos submarinos não tripulados ou com modelos em escala auto-propelidos de veículos submarinos. Complementa-se, desta forma as investigações que vêm sendo realizadas no Laboratório de Veículos Não Tripulados, LVNT, voltadas à estimativa de parâmetros hidrodinâmicos de veículos autônomos submarinos, AUVs. Estas têm utilizado os métodos pertencentes a outras classes de abordagens para a estimativa de modelos de manobras para veículos submarinos como os métodos CFD e ASE (de BARROS, et. al., 2004, 2006, 2008a, 2008b; de BARROS e DANTAS, 2012). Outras atribuições deste trabalho dizem respeito à compreensão e desenvolvimento na modelagem linear da dinâmica de manobra de veículos submarinos, teoria e implementação de métodos de identificação de sistemas aplicados a resultados de ensaios com modelos auto-propelidos. As atividades de estudo foram divididas de acordo com os temas relativos à dinâmica de veículos submarinos, conceitos físicos envolvidos nas derivadas hidrodinâmicas de estabilidade, técnicas de identificação de sistemas e aspectos tecnológicos e experimentais da utilização de ensaios com modelos auto-propelidos. As atividades voltadas ao atendimento de tais metas envolveram, durante o programa de pesquisa, estudos de modelos analíticos, simulação numérica do movimento, realização de experimentos em piscina e campo com um AUV, e a implementação de ferramentas numéricas de análise de dados e estimação de parâmetros de manobra. / This paper is related to the application of techniques for identifying dynamic systems testing scale models of underwater vehicles or even unmanned underwater vehicles in real scale. Complementing in this way the investigations that have been conducted in the Laboratory of Unmanned Vehicles, LVNT, aimed to estimate the hydrodynamic parameters of autonomous underwater vehicles, AUVs. They have used the methods belonging to the three other classes mentioned (of Barros, et. Al., 2004, 2006, 2008a, 2008b; Barros and the DANTAS, 2012). Other tasks of this work relates to the understanding and development in modeling linear dynamic manoeuvring underwater vehicles, theory and implementation of identification methods applied to systems test results with self-propelled models. The study activities were divided according to themes related to the dynamics of underwater vehicles, physical concepts derived in the hydrodynamic stability, system identification techniques and technological aspects and experimental trials with use of self-propelled models. The activities aimed at meeting those goals involved during the research program, studies of analytical models, numerical simulation of the movement, performing experiments with a swimming pool and AUV, and implementation of numerical tools for data analysis and parameter estimation maneuver.

[pt] Foi desenvolvido neste trabalho um conjunto de procedimentos computacionais com o objetivo de estudar o comportamento da dinâmica de veículos terrestres. Utilizando recursos de armazenamento em banco de dados, programas de simulação de modelos dinâmicos e geração de animações gráficas são possível analisar o comportamento dos veículos, representados por modelos matemáticos consagrados ou que estejam sendo desenvolvidos. A característica mais importante da estrutura computacional implementada neste trabalho é o conceito de modularidade, ou seja, diversos modelos dinâmicos podem ser empregados e simulados, a partir da alteração ou adaptação de alguns módulos, sem que seja necessário modificar a estrutura computacional desenvolvida. O ambiente de banco de dados pode armazenar os parâmetros de veículos e pneus, além da descrição da pista e da trajetória a ser percorrida. O objetivo é que todas as inofrmações pertinentes ao estudo da dinâmica de veículos estejam contidas neste banco de dados, e que futuramente ele s torne um ponto de referencia para consultas diversas nesta área. Já o ambiente de animação gráfica permite representar a trajetória real percorrida pelo veículo, que depende de suas características dinâmicas, e os seus movimentos típicos, como as rotações em torno do eixo lateral e longitudinal, além de possibilitar a visualização do contexto no qual o veículo está inserido e o acompanhamento do percurso através de câmeras localizadas em posições escolhidas pelo usuário. / [en] It has been developed a set of computacional procedures with the objective of studying the synamic behavior of ground vehicles. By using database resources, dynamic simulation models and graphic animation generation it is possible to abnalyze vehicles behavior, represented by well known mathematical models or new ones. The most important charateristic about the developed computacional enviromment it is modulatity, which means that many different dynamics models can be employed and simulated with the daptation of some modules, without beng necessary to modify the main structure. The database environment can store the vehicles and tires parameters, and the track and tragetory description. The main obejective is to store on the database all the concerned information necessary to the study of vehicles dynamic. The graphical animation environment displays the simulated vehicle trajectory, which depends on vehicle dynamic characteristics and is typical movements, as the rotation around the lateral (pitch) and longitudinal axis. The graphical animation environment is also important to allow the visualization od the context where the vehicles are inserted, not mentioning the path tracking through video cameras pre configured by the user.

[pt] Este trabalho apresenta uma abordagem de modelagem de sistemas dinâmicos, em conjunção com uma nova proposta de controladores embarcados para veículos automotores. Nesta nova proposta, além de ser possível modificar o controle aplicado à dinâmica veicular, por intermédio da habilitação e desligamento sucessivos de controladores locais específicos, também é possível modificar a complexidade do modelo dinâmico do automóvel, fazendo-o se comportar o mais próximo possível de como o homem o percebe: em partes e com complexidades diferentes à medida que se alteram as situações operacionais. Esta abordagem aproxima o veículo do conceito de homeostase empregado nas ciências médicas, que determina o funcionamento normal do corpo humano. Ela reconhece a capacidade de um controlador hierarquizado de alto nível determinar doses de ações de controle para situações críticas distintas conseguindo, com isso, restabelecer uma condição de estabilidade local que, por consequência, tende a garantir a estabilidade global do veículo. Este trabalho apresenta as considerações teóricas e o princípio dos desenvolvimentos para a obtenção do Controlador Homeostático, junto com simulações e aplicações em casos particulares. / [en] This work presents a technique for modeling dynamic systems together with a new proposal for the design and development of embedded controllers for automotive systems. In this new approach not only is it possible to modify the applied controller to vehicle dynamics by simply enabling or disabling successive specific local controllers, but it is also possible to change complexity of the dynamic model of the car. With this approach the designer makes the vehicle behave closer to what is perceived by humans: a vehicle in parts and with different complexities as operational situations may change. This approach approximates the vehicle to the homeostasis concept, employed in medical sciences, which determines the normal behavior of the human body. It recognizes the ability of a high level hierarchical controller to determine small control actions for critical specific scenarios. By that the controller reestablishes local stability and, as a direct consequence, ensures global stability of the vehicle. This work presents theoretical considerations and the initial developments in order to achieve the Homeostatic Controller. It also presents simulations and applications to specific cases.

[pt] Neste trabalho são apresentados modelos para a dinâmica vertical e para a dinâmica lateral de veículos terrestres e desenvolve-se um procedimento para o aclopamento desses modelos. A simulação computacional é empregada para a análise e comparação do desempenho de veículos com suspensão convencional e ativa, quanto à dirigibilidade e estabilidade em curva. É realizado um estudo sobre a influencia dos parâmetros típicos dessas suspensões no comportamento das principais variáveis que caracterizam a dinâmica dos veículos, utilizando dados reais. / [en] In this work models of vertical and lateral vehicle dynamics are presented. A procedure to couple them is also developed. A numerical simulation is applied to analyze and compare the performance between a vehicle with a conventional suspension and another with an active suspension. An analysis, based on real data, of how some chacteristic parameters of those suspensions influence the behavior of the main variables that characterize the vehicle dynamics is also performed.