Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores - Major Automação. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Estágio realizado na Toyota Caetano Portugal, S.A. e orientado pelo Eng.º João Pedro Marques / Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Este trabalho apresenta um procedimento para a análise dinâmica da frenagem total de emergência de um veículo de dois eixos (4x2), considerando os efeitos do aumento da temperatura no sistema de freios. Um protótipo de ônibus urbano equipado com freios a disco foi utilizado nos ensaios em perímetro urbano e em pista de teste da TRW Automotive em Limeira- SP. O sistema de freios do veículo protótipo foi instrumentado com termopares em diversos de seus componentes, com sensores de velocidade e pressão, percorrendo um perímetro típico urbano com trânsito intenso na cidade de São Paulo. Os pontos críticos de aquecimento foram observados bem como sua tendência de aumento de temperatura no tempo. Paralelamente ao teste em perímetro urbano foi realizado um teste padrão de \"fade\" na pista da TRW Automotive, estendendo o ciclo de frenagens até se observar o aumento e estabilização da temperatura do sistema de freios. Simultaneamente aos testes de pista foi realizado um teste em dinamômetro inercial na Fras-Le, em Caxias do Sul- RS, para se obter a variação do fator de freio com a variação da temperatura do sistema de freios. Parte de um programa computacional em Matlab, que simula computacionalmente o veículo freando, foi desenvolvido, considerando os efeitos da temperatura do sistema de freios, durante frenagens totais de emergência, partindo de diferentes velocidades iniciais de frenagem. O sistema de freios em estudo mostrou-se capaz de simular a frenagem de um veículo em emergência mesmo estando em altas temperaturas, observadas no perímetro urbano. / One procedure for vehicle dynamics analysis during total emergency braking in a two axles vehicle (4x2) was showed. For this procedure the effect of increasing temperature in the brake system was considered. A bus (prototype) equipped with disc brake was used in two practical test when the bus go through: a urban rout (São Paulo city) an a TRW\'s test lane (Limeira-SP). Thermocouples were installed in several parts of the brake system as well as velocity and pressure sensors. Acquisitions of date were made during the intensive traffic of São Paulo city. Critical temperature points were observed as well as the raise temperature tendency with the time. Tests in an inertial dynamometer were also performed in Fras-Le company (Caxias do Sul- RS) to get the brake factor variation related to temperature variation of the brake system. Simulation using MatLab program to study the vehicle performance during braking was developed. In this simulation the effect of brake system temperature was considered. Two main conclusions could be obtained: MatLab model is a useful tool to study emergency braking considering the variation of brake system and the brake system studied was able to stop the vehicle in a emergency braking even under high temperature.

Este trabalho apresenta um procedimento para a análise dinâmica da frenagem total de emergência de um veículo de dois eixos (4x2), considerando os efeitos do aumento da temperatura no sistema de freios. Um protótipo de ônibus urbano equipado com freios a disco foi utilizado nos ensaios em perímetro urbano e em pista de teste da TRW Automotive em Limeira- SP. O sistema de freios do veículo protótipo foi instrumentado com termopares em diversos de seus componentes, com sensores de velocidade e pressão, percorrendo um perímetro típico urbano com trânsito intenso na cidade de São Paulo. Os pontos críticos de aquecimento foram observados bem como sua tendência de aumento de temperatura no tempo. Paralelamente ao teste em perímetro urbano foi realizado um teste padrão de \"fade\" na pista da TRW Automotive, estendendo o ciclo de frenagens até se observar o aumento e estabilização da temperatura do sistema de freios. Simultaneamente aos testes de pista foi realizado um teste em dinamômetro inercial na Fras-Le, em Caxias do Sul- RS, para se obter a variação do fator de freio com a variação da temperatura do sistema de freios. Parte de um programa computacional em Matlab, que simula computacionalmente o veículo freando, foi desenvolvido, considerando os efeitos da temperatura do sistema de freios, durante frenagens totais de emergência, partindo de diferentes velocidades iniciais de frenagem. O sistema de freios em estudo mostrou-se capaz de simular a frenagem de um veículo em emergência mesmo estando em altas temperaturas, observadas no perímetro urbano. / One procedure for vehicle dynamics analysis during total emergency braking in a two axles vehicle (4x2) was showed. For this procedure the effect of increasing temperature in the brake system was considered. A bus (prototype) equipped with disc brake was used in two practical test when the bus go through: a urban rout (São Paulo city) an a TRW\'s test lane (Limeira-SP). Thermocouples were installed in several parts of the brake system as well as velocity and pressure sensors. Acquisitions of date were made during the intensive traffic of São Paulo city. Critical temperature points were observed as well as the raise temperature tendency with the time. Tests in an inertial dynamometer were also performed in Fras-Le company (Caxias do Sul- RS) to get the brake factor variation related to temperature variation of the brake system. Simulation using MatLab program to study the vehicle performance during braking was developed. In this simulation the effect of brake system temperature was considered. Two main conclusions could be obtained: MatLab model is a useful tool to study emergency braking considering the variation of brake system and the brake system studied was able to stop the vehicle in a emergency braking even under high temperature.

Este trabalho apresenta uma metodologia para caracterizar em regime quase-estático de forças, o comportamento dinâmico de um veículo de passageiros compacto, a fim de determinar sua condição de estabilidade, inerente aos parâmetros adotados durante o desenvolvimento de seu projeto, através de uma manobra normalizada. Apresenta e discute os dados obtidos através da medição das grandezas físicas que caracterizam este comportamento dinâmico e sua evolução, imposta pela variação de um dos parâmetros que influenciam seu equilíbrio, a rigidez lateral de um de seus pneumáticos através da variação de sua pressão, tanto no eixo dianteiro quanto ao eixo traseiro. Avalia esta evolução através da caracterização teórica de seu comportamento sub ou sobre-esterçante e a compara com os resultados obtidos subjetivamente pela avaliação da sensação do condutor, realizada por profissionais especializados da indústria automobilística. Finalmente busca uma conclusão, propondo o balanceando do comportamento dinâmico esperado para o veículo com sua resposta aos testes subjetivos, a fim de que o projeto de novos veículos possa apresentar características e condições de segurança que melhor se adéqüem a forma de dirigir do motorista comum. / This study presents a methodology to characterize under quasi-static condition of forces, the dynamic behavior of a compact passenger vehicle to determine its condition of stability, inherent to the parameters used in the development of the project through a standardized maneuver. It presents and discusses the data obtained through the measurement of physical quantities that characterize its dynamic behavior and the evolution of this behavior, imposed by a variation in one of the parameters that influence their balance, the lateral rigidity of one of its tires by its pressure variation, in both the front and rear axles. Assesses these evolution through the theoretical characterization of the under or oversteer behavior and compares it with the results subjectively assessed by the driver feeling, held by professional evaluators of the auto industry. Finally search for a conclusion, offering the balance of the dynamic behavior expected for the vehicle with its response to subjective tests, aiming that the design of new vehicles may present safety and design characteristics that best suit the common driver way to drive.

Este trabalho apresenta uma metodologia para caracterizar em regime quase-estático de forças, o comportamento dinâmico de um veículo de passageiros compacto, a fim de determinar sua condição de estabilidade, inerente aos parâmetros adotados durante o desenvolvimento de seu projeto, através de uma manobra normalizada. Apresenta e discute os dados obtidos através da medição das grandezas físicas que caracterizam este comportamento dinâmico e sua evolução, imposta pela variação de um dos parâmetros que influenciam seu equilíbrio, a rigidez lateral de um de seus pneumáticos através da variação de sua pressão, tanto no eixo dianteiro quanto ao eixo traseiro. Avalia esta evolução através da caracterização teórica de seu comportamento sub ou sobre-esterçante e a compara com os resultados obtidos subjetivamente pela avaliação da sensação do condutor, realizada por profissionais especializados da indústria automobilística. Finalmente busca uma conclusão, propondo o balanceando do comportamento dinâmico esperado para o veículo com sua resposta aos testes subjetivos, a fim de que o projeto de novos veículos possa apresentar características e condições de segurança que melhor se adéqüem a forma de dirigir do motorista comum. / This study presents a methodology to characterize under quasi-static condition of forces, the dynamic behavior of a compact passenger vehicle to determine its condition of stability, inherent to the parameters used in the development of the project through a standardized maneuver. It presents and discusses the data obtained through the measurement of physical quantities that characterize its dynamic behavior and the evolution of this behavior, imposed by a variation in one of the parameters that influence their balance, the lateral rigidity of one of its tires by its pressure variation, in both the front and rear axles. Assesses these evolution through the theoretical characterization of the under or oversteer behavior and compares it with the results subjectively assessed by the driver feeling, held by professional evaluators of the auto industry. Finally search for a conclusion, offering the balance of the dynamic behavior expected for the vehicle with its response to subjective tests, aiming that the design of new vehicles may present safety and design characteristics that best suit the common driver way to drive.

O comportamento da dinâmica lateral de veículos automotivos com esterçamento nas quatro rodas é estudado com o auxílio de uma ferramenta computacional de modelagem e simulação de sistemas multicorpos. São utilizadas duas estratégias de controle do esterçamento das rodas traseiras para a avaliação de suas principais características. Uma das estratégias esterça as rodas traseiras em função do ângulo de esterçamento do volante, e a outra esterça as rodas traseiras em função do ângulo de esterçamento do volante e da velocidade longitudinal do veículo. O teste utilizado para as análises é a entrada degrau de esterçamento, onde é avaliada a resposta transitória e de regime da aceleração lateral, da velocidade de guinada e do ângulo de rolagem dos veículos. Os resultados das simulações mostram que os veículos com esterçamento nas quatro rodas têm o tempo de resposta da velocidade de guinada maior, e da aceleração lateral e do ângulo de rolagem menores que o veículo convencional. Também apresentam uma diminuição no ganho da aceleração lateral, da velocidade de guinada e do ângulo de rolagem. Além disso apresentam uma característica subesterçante mais acentuada. Essas características são mais evidentes no veículo com estratégia de controle função do esterçamento do volante. Os resultados obtidos correspondem ao comportamento dos veículos com esterçamento nas quatro rodas apresentado na literatura. / The lateral dynamic behavior of the automotive vehicles is studied with the aid of a computational tool for multibody systems modeling and simulation. Two rear wheel steering control strategies are used for evaluation of the main four wheel steering characteristics. One strategy steer the rear wheels as a function of the steering wheel angle, and the other one, steer the rear wheels as a function of the steering wheel angle and the speed. The steer step input is the test used, where the lateral acceleration, the yaw rate and the roll angle transient and stead state response are evaluated. The simulation results show that the four wheel steering vehicles have a slower yaw rate time response, and a fast lateral acceleration and roll angle time response than the conventional vehicle. Also four wheel vehicles show a reduction in lateral acceleration, yaw rate a.nd roll angle gain. Moreover they are more understeer than the conventional vehicle. These characteristics are particularly more evident on the vehicle with steer dependent system. The obtained results correspond with four wheel steering vehicles behavior founded in literature.

O comportamento da dinâmica lateral de veículos automotivos com esterçamento nas quatro rodas é estudado com o auxílio de uma ferramenta computacional de modelagem e simulação de sistemas multicorpos. São utilizadas duas estratégias de controle do esterçamento das rodas traseiras para a avaliação de suas principais características. Uma das estratégias esterça as rodas traseiras em função do ângulo de esterçamento do volante, e a outra esterça as rodas traseiras em função do ângulo de esterçamento do volante e da velocidade longitudinal do veículo. O teste utilizado para as análises é a entrada degrau de esterçamento, onde é avaliada a resposta transitória e de regime da aceleração lateral, da velocidade de guinada e do ângulo de rolagem dos veículos. Os resultados das simulações mostram que os veículos com esterçamento nas quatro rodas têm o tempo de resposta da velocidade de guinada maior, e da aceleração lateral e do ângulo de rolagem menores que o veículo convencional. Também apresentam uma diminuição no ganho da aceleração lateral, da velocidade de guinada e do ângulo de rolagem. Além disso apresentam uma característica subesterçante mais acentuada. Essas características são mais evidentes no veículo com estratégia de controle função do esterçamento do volante. Os resultados obtidos correspondem ao comportamento dos veículos com esterçamento nas quatro rodas apresentado na literatura. / The lateral dynamic behavior of the automotive vehicles is studied with the aid of a computational tool for multibody systems modeling and simulation. Two rear wheel steering control strategies are used for evaluation of the main four wheel steering characteristics. One strategy steer the rear wheels as a function of the steering wheel angle, and the other one, steer the rear wheels as a function of the steering wheel angle and the speed. The steer step input is the test used, where the lateral acceleration, the yaw rate and the roll angle transient and stead state response are evaluated. The simulation results show that the four wheel steering vehicles have a slower yaw rate time response, and a fast lateral acceleration and roll angle time response than the conventional vehicle. Also four wheel vehicles show a reduction in lateral acceleration, yaw rate a.nd roll angle gain. Moreover they are more understeer than the conventional vehicle. These characteristics are particularly more evident on the vehicle with steer dependent system. The obtained results correspond with four wheel steering vehicles behavior founded in literature.

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