This study presents an analytical approach for the mechanics of the pneumatic tires and the vehicle dynamic simulation. Most of tire dynamic parameters in this study are derived by using the tire geometry rather than experimental data. For the tire dynamic properties, explicit formulations are derived analytically as functions of slip ratio, slip angle, camber angle, and other tire dynamic parameters. These formulations can be efficiently used for the general vehicle simulations of braking/traction and steering maneuvers with a varying camber angle at irregular terrains. For on-highway vehicle simulations, a conceptual sports car is modeled as a twenty-six degrees of freedom multi-body system, while the military 1/4 ton truck M151-A2 is modeled as a fourteen degrees of freedom multi-body system for off-highway vehicle simulations. To study vehicle ride comfort, stability, and maneuverability, numerous vehicle simulations are performed using the comprehensive tire model, steering, braking, traction, nonlinear suspension, and realistic irregular terrains. For these simulations, a general-purpose multi-body dynamic analysis code (named MBOSS) has been developed.

Orientador: Franco Giuseppe Dedini / Dissertação (mestrado profissional) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-16T17:28:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gasparini_RicardoFerreira_M.pdf: 3191496 bytes, checksum: 30659cea3db8d634961f1bb5d3fba1fa (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O principal objetivo deste trabalho é estudar a interação de veículos comerciais com o meio e a influência de suas características dinâmicas no consumo de combustível. O primeiro passo é o levantamento dos parâmetros influentes na modelagem para o desempenho veicular, seja este baseado em métodos de energia, seja baseado em métodos de forças. As relações do veículo com o ambiente serão tratadas como aspectos influentes e incluídas no modelo de desempenho. As simulações e a modelagem final foram implementadas no programa GTDrive, software comercial. Conhecendo essas interações entre veículo e meio, e a influência destas interações no consumo de combustível, deseja-se propor uma nova abordagem no desenvolvimento de projetos automotivos para futuras aplicações em veículos comerciais, visando a redução do consumo de combustível no Brasil / Abstract: The main focus of this work is the study of interaction between commercial vehicle and the environment and also the influence of their dynamic characteristics in the fuel consumption. The first step of this work is to analyze the types of vehicle dynamic modeling based on energy and based on forces (Newton). The relationship between the vehicle and it.senvironment will be considered as influent aspects and should be included into vehicle dynamic modeling. By understanding this relationships and their influence in the fuel consumption it is possible to propose an approach to develop new automotive projects for future commercial vehicle applications focus on fuel consumption and taking into account the Brazilian reality / Mestrado / Dinâmica / Mestre em Engenharia Automobilistica

M.Ing. (Electrical And Electronic Engineering) / In-vehicle Power Line Communication (PLC) is an emerging technology that can easily bene t the automotive industry by reducing the amount of wires (and hence cost, weight and complexity) for vehicle wire harnesses. The reduction in weight would also lead to less fuel consumption. This dissertation aims at taking the research of this technology a step towards fully understanding the vehicle's power line as a communication medium. We investigate the bit error characteristics of a readily available transceiver on the vehicle's power bus. To do so, we develop and perform bit error recording over the medium to get experimental results with the battery line under di ferent operating conditions. Using the rst set of these results, we parametrise di erent kinds of Markov models to see which one simulates the channel best. Using the preferred model, we then model the rest of the sets of results so that we can simulate the channel's bit error characteristics under these di erent conditions. Using these models, we demonstrate how these simulations can be used to evaluate the performance of di erent error detection and correction techniques. In particular, we evaluate the error detection mechanisms used in the popular in-vehicle Local Intercon- nect Network (LIN) protocol, in addition to some simple error correction techniques.

Orientador: Franco Giuseppe Dedini / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-17T08:38:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Raizer_Breno_M.pdf: 10875437 bytes, checksum: 61222da4aa96b2988de6a375663ef94f (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A aplicação de transmissões continuamente variáveis (CVT's) no mercado automotivo tem crescido ano após ano. Nesse sentido, o objetivo deste trabalho é criar um modelo matemático para avaliar o impacto das variações nos parâmetros geométricos no desempenho de CVT's Toroidais (T-CVT's) em aplicações automotivas. Estas variações permitem a verificação da influência dos parâmetros na vida útil, capacidade de torque e eficiência da transmissão para qualquer ciclo urbano. Novos parâmetros geométricos, relacionados ao com o sistema controle, foram adicionados ao modelo geométrico básico da T-CVT. O objetivo foi avaliar o efeito de escorregamento lateral (?Side-Slip?) juntamente com efeitos de ?Spin? e ?Slip? previstos pelo modelo de lubrificação elasto-hidrodinâmica (EHL) adotado. Os resultados indicam que qualquer desalinhamento dos rolos de potência tem um impacto negativo sobre o desempenho da transmissão toroidal. A metodologia apontou uma configuração otimizada de acordo com uma ponderação de objetivos que são desejáveis em uma transmissão automobilística (custo, durabilidade, eficiência) / Abstract: The automotive application of Continuously Variable Transmissions (CVT's) has been growing year after year. In this sense, the objective of this work is to develop a mathematical model to evaluate the impact of variations in geometric parameters on the Toroidal CVT's (T-CVT's) performance in automotive application. These variations allow a verification of its influence on the system lifetime, torque capacity and efficiency for any urban cycle. New geometric parameters, related to the control system, were added to the T-CVT's basic geometric model. The purpose was to evaluate the Side-Slip along with Spin and Slip effects predicted by the elasto-hydrodynamic lubrication model (EHL) adopted. The results indicate that any misalignment of the power-rollers has a negative impact on the performance of the toroidal transmission. The methodology pointed an optimal configuration according to a weighting of goals that are desirable in an automotive transmission (cost, durability, efficiency) / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Auteliano Antunes dos Santos Júnior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-16T15:41:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Idehara_AnneliseYuiko_M.pdf: 2161496 bytes, checksum: 55c604cc3cef545df951f0fbb8f2af19 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Este trabalho tem como objetivo a análise do fenômeno de vibração na direção longitudinal de árvore de manivelas em motores de combustão interna, o cálculo de esforços sobre o mancal e o cálculo dos deslocamentos causados pela dinâmica do virabrequim. Essa vibração é apontada como uma das causas de desgaste precoce dos componentes acoplados ao virabrequim e do próprio componente. Reduzir essa vibração contribui para o aumento da vida útil e eficiência. A formulação proposta para estudo da dinâmica da estrutura é o modelo de múltiplos graus de liberdade com massas e inércias concentradas. Para o cálculo dos esforços de reação dos mancais, a equação de Reynolds é resolvida por diferenças finitas. Além disso, o programa comercial Excite (AVL) é utilizado para aferir resultados e fazer comparações. Os resultados são apresentados para diferentes condições de operação em um virabrequim comercial. Analisa-se de forma simples o efeito da redução de massa de 5% e de 10%. Por fim, conclui-se que a árvore de manivelas simulada não apresenta desgaste por contato metal-metal. / Abstract: This paper aims to analyze the phenomenon of vibration in the longitudinal direction of the crankshaft in internal combustion engines, the calculation of loads on the bearing and the calculation of displacements caused by the dynamics of the crankshaft. This vibration is identified as a cause of premature wear of the components coupled to the crankshaft and the component itself. Reduction in this vibration contributes to increased efficiency and life service time. The proposed formulation to study the dynamics of the structure is the model of multiple degrees of freedom with concentrated masses and inertias. The Reynolds equation is solved by Finite Differences Method to calculate the supported load of the bearing. In addition, the commercial program Excite (AVL) is used to evaluete results and make comparison. The results are presented for different operating conditions in a commercial crankshaft. A simple analysis of a crankshaft mass reduction of 5% and 10% is done. Finally, a conclusion that the crankshaft does not present a metal-metal contact is done. / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: José Maria Campos dos Santos / Dissertação (mestrado profissional) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-19T06:05:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sica_MauricioRoselli_M.pdf: 6187406 bytes, checksum: eb76c3ee4e60cfc7e2fbff17dbb0b05b (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: As simulações físicas em laboratórios da indústria automotiva são realizadas utilizando informações colhidas de veículos que são submetidos a ciclos de testes em rotas urbanas. Medir as respostas em pontos específicos durante uma rota de teste, não significa conhecer as excitações a que o veículo esta sendo submetido, visto que este normalmente é composto por sistemas mecânicos não lineares. O objetivo deste trabalho é desenvolver um algoritmo que possibilite através dos dados de resposta medidos em campo, conhecer as excitações de entrada, contribuindo para a reprodução da rota de teste. A metodologia utilizada está baseada na obtenção de funções de resposta em freqüência, de modelos lineares simples e no desenvolvimento de sinais de entrada, capazes de reproduzir as mesmas respostas medidas nas rotas nos sistemas não lineares. O algoritmo desenvolvido foi avaliado com simulações em sistemas lineares e não lineares de um, dois e quatro graus de liberdade. Através dos sinais de resposta medidos em um sistema e, utilizando sinal de identificação tipo Schroeder, foi possível estimar as forças de excitação, com um erro menor do que 1,0% para sistemas de dois graus de liberdade lineares e não lineares. No caso de sistemas com quatro graus de liberdade este valor foi menor do que 1,5%, utilizando sinais de identificação do tipo multisseno. Discute-se a metodologia utilizada para a obtenção das funções de resposta em freqüência comparando-a com outras empregadas em equipamentos comerciais, bem como a influência de fatores no processo de convergência do algoritmo, como o grau de não linearidade, a qualidade do sinal medido e a importância da escolha do sinal para a identificação dos sistemas / Abstract: Laboratory simulation testing in the automotive industry is carried out considering information acquired from vehicle urban routes testing. Due to the non-linearity of the vehicle mechanical systems, the output measuring collected from routes on specific points, does not mean the knowledge of the input signal excitation which it is submitted. The present study focuses on the development of an iterative algorithm that knowing the output signals measured, it is able to search for the input excitations, so given subsidies to reproduce events of the urban route, with its load amplitude and its frequencies. The methodology is based on the frequency response function of simple linear models and on the development of input signal, which is capable to reproduce the same measured responses of non-linear system. The developed algorithm was validated with simulations on linear and non linear system with one, two and four degrees of freedom. Making use of the Schroeder identification signal, it was possible to estimate input forces with an error lower than 1,0%, for linear and non-linear systems with two degrees of freedom. In the case of four degrees of freedom the algorithm converges to estimate input force with a tolerance of error lower than 1,5%, using multissine identification signal. A discussion about the methodology used to obtain the frequency function response is carried out, comparing it with others found in commercial test equipments, as well the influence of some factors on the algorithm process of convergence, as the level of the non-linearity of the system, the quality of the acquisition of signal response and the importance of the correct choice of the input signal for the system identification / Mestrado / Dinâmica / Mestre em Engenharia Automobilistica

Orientador: Milton Dias Junior / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-27T02:12:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Simionatto_ViniciusGabrielSegala_D.pdf: 8460823 bytes, checksum: 3f1c69b6dfe1b24e67844c22ad4d181d (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Absorvedores de Vibração Pendulares Centrífugos (ou CPVAs) são uma tecnologia criada em 1911, que trouxe excelentes resultados na redução de vibração torcional de muitos sistemas. Porém, sua aplicação em trens de potência automotivos para redução de vibração no virabrequim tornou-se inviável ao final da década de 1940 pela existência de dampers viscosos à base de silicone, uma solução mais barata e com performance similar em certas aplicações. Contudo, a vibração torcional transmitida a transmissões manuais ou automatizadas, em certas velocidades críticas, pode gerar ruído em níveis inaceitáveis, e as soluções atuais para a atenuação deste tipo de vibração, em algumas aplicações, são ou pouco efetivas, como o atrito em discos de embreagem, ou muito custosas, como volantes de dupla massa. Por isso, neste trabalho busca-se a aplicação de absorvedores de vibração pendulares em um disco de embreagem de um trem de potência automotivo equipado com uma transmissão automatizada para a redução de vibração torcional na transmissão, reduzindo possivelmente o ruído de rattle. Para este fim, primeiramente testes são realizados no veículo em estudo para o levantamento de dados torcionais do trem de potência, e em seguida, um modelo linear torcional é proposto, para que a dinâmica torcional do trem de potência seja representada. Em seguida, uma análise extensiva dos principais tipos de CPVA é realizada. São realizadas análises lineares e não lineares em modelos com parâmetros adimensionais de um e dois rotores com pêndulos centrífugos, e nas análises não lineares, o Método de Múltiplas Escalas é utilizado; um método mais robusto e preciso do que o método que vem sendo utilizado nos principais trabalhos nesta área. Além disso, as análises são feitas considerando-se que os pêndulos possuem trajetória genérica, e ênfase é dada às trajetórias clássicas: circular, cicloide e epiciclóide. Com base nestas análises, duas metodologias de projeto de pêndulos centrífugos são propostas. Além disso, um protótipo de disco de embreagem com pêndulo é proposto. Então, baseando-se nas limitações do projeto, simulações são feitas utilizando o modelo proposto para o trem de potência e o modelo não linear do pêndulo. As primeiras simulações são feitas obedecendo as limitações do projeto, que propiciam um pequeno raio de instalação do pêndulo e permitem que ele possua massa muito menor do que o valor ideal. Estas simulações mostram que, neste caso o pêndulo se torna instável e ineficaz. Nas simulações seguintes, as limitações de projeto são desprezadas e ambos os projetos de pêndulo são testados. Com maior inércia, o absorvedor pendular é capaz de reduzir substancialmente a vibração torcional na transmissão sem que seja necessário introduzir atrito no disco de embreagem. Contudo, pêndulos com maior inércia podem comprometer a vida útil dos sincronizadores da transmissão, e por isso estudos devem ser realizados para verificar este efeito colateral / Abstract: Centrifugal Pendulum Vibration Absorbers (or CPVAs) are a technology which dates back to 1911, and which has brought excellent results on the reduction of torsional vibrations in many systems. Its application in automotive powertrains for the reduction of vibration on the crankshaft became impracticable by the second half of the 1940s due to the existence of silicone based viscous dampers, a cheaper solution that had similar performance in many applications. However, torsional vibration transmitted to manual or semi-automatic gearboxes may cause unacceptable noise in some critical speeds, and the current solutions for the mitigation of this kind of vibration are, in some cases, either not effective, as torsional friction in clutch disks, or too expensive, as dual mass flywheels. For this reason, in this work, the use of centrifugal pendulum vibration absorbers on a clutch disk of a vehicle powertrain equipped with a semi-automatic gearbox is studied, aiming at reducing torsional vibration at the gearbox, leading to possible reduction of rattle noise. For this means, firstly tests are performed on the vehicle under investigation in order to obtain torsional data from its powertrain, and a linear torsional model of it is proposed next, so that the torsional dynamics of the powertrain can be represented. Then, an extensive analysis of the main types of CPVA are performed. Linear and nonlinear analyses are made in models with dimensionless parameters composed by one of two rotors and centrifugal pendulums. For the nonlinear analyses, the Method of Multiple Scales is used; a more robust and precise method than the one which has been used on the main literature in this area. Besides, the analyses are performed considering general-path pendulums and emphasis is given to the classical paths: circular, cycloid and epicycloid. Based on these analyses, two design techniques for CPVAs are proposed. Furthermore, a prototype of a clutch disk with pendulum absorbers is proposed. Then, based on project limitations, simulations are performed using the powertrain model and the nonlinear model of the CPVA. The first simulations are performed taking into consideration the project limitations, which allow a small radius for pinning the pendulum and also for a small mass of the pendulum bob, much lower than the ideal value. These simulations show that, in this case, the pendulum becomes unstable and ineffective. On the forthcoming simulations, project limitations are neglected and both pendulum design techniques are tested. With higher inertia, the pendulum absorbers are capable of providing a substantial reduction on the amplitude of vibration of the gearbox without the need for adding torsional friction to the clutch disk. However, pendulum bobs with high inertia may harm the service life of the gearbox¿s synchronizers, and further studies must be performed to evaluate this side effect / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

This thesis presents a new nonlinear automobile dynamical model and investigates the possibility of automobile dynamic control with wheel torque utilizing this model. The model has been developed from first principles by applying classical mechanics. Inputs to the model are the four independent wheel torques, while the steer angles at each wheel are specified as independent time-varying signals. In this way, consideration of a variety of steering system architectures, including rear-wheel steer, is possible, and steering introduces time-varying structure into the vehicle model. The frictional contact at the wheel-road interface is modeled by use of the LuGre dynamic friction model. Extensions to the existing two-dimensional LuGre friction model are derived and the steady-state of the friction model is compared to existing static friction models. Simulation results are presented to validate the model mathematics and to explore automobile behavior in a variety of scenarios. Vehicle control with wheel torque is explored using the theory of input-output linearization for multi-input multi-output systems. System relative degree is analyzed and use of steady-state LuGre friction in a control design model is shown to give rise to relative degree singularities when no wheel slip occurs. Dynamic LuGre friction does not cause such singularities, but instead has an ill-defined nature under the same no-slip condition. A method for treating this ill-defined condition is developed, leading to the potential for the system to have relative degree. Longitudinal velocity control and combined longitudinal and angular vehicle velocity control are demonstrated in simulation using input-output linearization, and are shown to produce improved vehicle response as compared to the open-loop behavior of the automobile. Robustness of the longitudinal velocity control to friction model parameter variation is explored and little impact to the controller's ability to track the desired trajectory is observed.

This work presents an investigation into the parameter estimation of suspension components and the vertical motions of wheeled vehicles from experimental data. The estimation problems considered were for suspension dampers, a single wheel station and a full vehicle. Using conventional methods (gradient-based (GB), Downhill Simplex (DS)) and stochastic methods (Genetic Algorithm (GA) and Differential Evolution (DE)), three major problems were encountered. These were concerned with the ability and consistency of finding the global optimum solution, time consumption in the estimation process, and the difficulties in setting the algorithm's control parameters. To overcome these problems, a new technique named the discrete variable Hybrid Differential Evolution (dvHDE) method is presented. The new dvHDE method employs an integer-encoding technique and treats all parameters involved in the same unified way as discrete variables, and embeds two mechanisms that can be used to deal with convergence difficulties and reduce the time consumed in the optimisation process. The dvHDE algorithm has been validated against the conventional GB, DS and DE techniques and was shown to be more efficient and effective in all but the simplest cases. Its robustness was demonstrated by its application to a number of vehicle related problems of increasing complexity. These include case studies involving parameter estimation using experimental data from tests on automotive dampers, a single wheel station and a full vehicle. The investigation has shown that the proposed dvHDE method, when compared to the other methods, was the best for finding the global optimum solutions in a short time. It is recommended for nonlinear vehicle suspension models and other similar systems.

Orientador: Douglas Eduardo Zampieri / Dissertação (mestrado profissional) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-16T17:15:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Iezzo_Robson_M.pdf: 14243942 bytes, checksum: 83221821a509c9fb6d274ca3cca67895 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Neste trabalho é realizado o desenvolvimento de um sistema de suspensão semi-ativo adaptativo com baixo custo de implementação, quando comparado aos sistemas semi-ativos atualmente disponíveis no mercado. Para isto, foi caracterizado um sistema de amortecimento passivo variável controlado remotamente (com dispositivo seletivo alocado no painel do veículo), o qual está atualmente em desenvolvimento pela empresa. A arquitetura desse sistema, prevendo atuadores eletrônicos e central eletrônica de processamento com interface e coleta de informações da rede CAN, foi concebida para, através da definição de uma lógica de controle, transformá-lo em um sistema de suspensão semi-ativo com custo competitivo. Procedeu-se investigando e estabelecendo parâmetros de controle e sinais existentes nos subsistemas dos veículos modernos para alimentação de uma lógica matricial de controle. Identificados os sinais possíveis de se utilizar na alimentação dessas matrizes, foram realizadas diversas simulações em software de dinâmica veicular para verificação dos parâmetros de controle definidos, assim como do comportamento dinâmico do veículo, com o objetivo de otimizar o compromisso entre conforto e estabilidade. Com base neste processo, foram estabelecidas matrizes lógicas de comando aos amortecedores eletrônicos as quais, através da identificação do nível dos parâmetros recebidos do veículo e da atitude do motorista ao volante, definem automaticamente qual a melhor curva de amortecimento a ser empregada, dentro de um universo discreto de curvas, para uma dada condição de utilização do veículo. O resultado deste trabalho busca viabilizar a aplicação de sistemas inteligentes de suspensão no mercado automobilístico nacional, o qual é atualmente composto em 100% por sistemas de suspensão passivos. / Abstract: This work is dedicated to develop an adaptive semi-active suspension system at a low cost of implementation, when compared to semi-active systems currently available. For that was characterized a passive damping system variable remotely controlled (with a selective device allocated on the panel of the vehicle), which is currently under development by the company. The architecture of this system, providing electronic actuators and electronic control unit interface and gathering information from the CAN network was designed for, by setting a control logic, transform it into a semi-active suspension system at a competitive cost. The work proceeded investigating and establishing parameters and existing signals in the subsystems of modern vehicles to feed a logical matrix of control. Identified the possible signals available to using on the mentioned matrix, several simulations were carried out in a vehicle dynamics software in order to check the applicability of those control parameters defined, as well as the dynamic behavior of the vehicle with the goal of optimizing the balance between ride and handling. Based on this process were established a set of logical matrix to command the electronic dampers which, by identifying the level of the parameters received from the vehicle and the attitude of the driver at the steering wheel, define automatically the best damping curve to be used, within an universe of discrete curves, for a given driving condition. The result of this work aims to become viable the application of intelligent suspension systems in domestic automotive market which is nowadays composed by 100% of passive suspension systems. / Mestrado / Dinâmica / Mestre em Engenharia Automobilistica