A utilização de motores elétricos diretamente nos cubos de roda é uma alternativa de propulsão para um veiculo elétrico ou híbrido muito interessante, pois não necessita do uso de sistemas complexos de transmissão, tornando o conjunto mecânico muito mais simples e, consequentemente, reduzindo a sua massa, atritos e custos. Entretanto, a adição dos motores nas rodas causa o incremento da massa não suspensa, e isto irá afetar o comportamento de dirigibilidade do veículo. Dessa forma, com ajuda da ferramenta de multicorpos, será identificado o que ocorrerá devido ao acréscimo de massa compatível com os motores elétricos de última geração. Para isto, uma série de análises comparativas será realizada, com modelos de veículos baseados na técnica de multicorpos, para o caso de um carro de passeio compacto. Primeiramente, uma análise modal comparando um carro convencional aos carros com a utilização dos motores, no eixo traseiro ou no dianteiro, e uma posterior avaliação das frequências obtidas. Em sequência, também foram realizadas manobras padrão com o modelo de veículo completo e foram observadas maiores influências nos resultados das análises em regime transiente, como a manobra de troca de faixa e a manobra do anzol (\"fishhook\"). Com a ajuda destes resultados, foi possível identificar que as instalações dos motores elétricos nos cubos traseiros causam uma menor influência negativa no desempenho de dirigibilidade, quando comparado com o caso instalado no eixo dianteiro. Através de uma otimização realizada com a ajuda de uma análise de sensibilidade das variáveis do sistema (D.O.E.), baseada na manobra do anzol, foi possível identificar que alterações nas molas, amortecedores e barra estabilizadora são capazes de mitigar os efeitos indesejáveis causados pelo incremento de massa não suspensa. / The electric motors directly in wheel hubs usage is an alternative of propulsion for a electric or hybrid vehicle, since it does not need the use of complex systems of transmission, making the mechanical assembly simpler and, consequently, reducing its mass , frictions and costs. However, the addition of the motors in the wheels causes an increase unsprung mass, and this will affect the vehicle handlings behavior. In that way, with the assistance of the multibody tool, it will be identified the consequences of mass addition, compatible with the moderns electric motors of. In this work, a series of comparative analyzes will be carried out, with vehicle models based on multibody techniques, in the situation of a compact car. First, a modal analysis comparing a conventional car to with the vehicle using hub driven motors, in rear or front axle, and an evaluation of the obtained frequencies. In the sequence, standard maneuvers were also performed with the complete vehicle model, and greater influences were observed in the transient analysis results, such as lane change and fishhook maneuver. With help of these results, it was possible to identify; that the installation of the electric motors in the rear hubs causes a smaller negative influence on the handling performance when compared to the case installed on the front axle. Through an optimization performed with the aid of a system variable sensitivity analysis (D.O.E.) based on the fish hook maneuver, it was possible to identify thtat changes on springs, shock absorbers and stabilizer bar are able to mitigate the undesirable effects caused by the increase of unsprung mass.

Este trabalho obtém as frequências naturais e seus respectivos modos de vibrar da massa suspensa e não suspensa de um veículo comercial através de um programa computacional desenvolvido em MatLab Simulink. As rodas do veículo são excitadas no modelo teórico com sinais harmônicos de frequência continuamente variável de 0 a 40 Hz e de 0 a 4 Hz, faixas que contém as frequências naturais da massa suspensa e não suspensa. As frequências naturais foram obtidas analisando-se a amplitude máxima das forças normais nos pneus, ângulo de arfagem e rolamento da massa suspensa e outras variáveis (respostas do veículo à excitação imposta na roda dianteira esquerda). A roda esquerda dianteira do veículo foi excitada em laboratório com movimento harmônico aleatório cujo power spectral density mostra uma faixa relativamente plana na faixa de 0 a 22 Hz. As frequências naturais foram obtidas analisando-se o PSD da resposta do veículo medida nos eixos e na massa suspensa. As frequências naturais da massa suspensa e não suspensa obtidas teoricamente foram comparadas com as obtidas no ensaio em laboratório. O conhecimento das frequências naturais da massa suspensa e não suspensa é o primeiro passo para a análise do ride do veículo. Os resultados práticos e teóricos mostraram-se próximos mostrando que o programa computacional desenvolvido em MatLab Simulink é uma opção para o projeto e otimização da suspensão de veículos comerciais. / This study has the natural frequencies and its respective ways of vibration the lifted mass and not lifted of a commercial vehicle through a computerized program developed at MatLab Simulink. The wheels of this vehicle are excited on the theoretic model with harmonic frequency signals continuously variable from 0 to 40 Hz and from 0 to 4 Hz, ranges that have the natural frequencies of the lifted mass and not lifted. These natural frequencies were obtained by analyses of the maximum amplitude of the normal strength on the tires, pitch angle, riding of the lifted mass and variables (reaction of the vehicle to the excitement stressed on the front left wheel). The front left wheel was excited in lab in harmonic random motion of which the power spectral density shows a range reasonable steady at the range of 0 to 22 Hz. The natural frequencies were obtained by the analyses of the PSD the reaction of the vehicle measured on the axels and the lifted mass. The natural frequencies of the lifted and not lifted mass theoretically obtained were compared with the ones obtained at the lab. The data on the natural frequencies of the lifted and not lifted mass is the first step to the analyses of the ride of the vehicle. The practical and theoretical results appear to close showing that the computerized program developed at the MatLab Simulink is an option for the project and suspension upgrades on commercial vehicles.

A utilização de plataformas HIL (Hardware-in-the-loop) tem aumentado dentro do processo de desenvolvimento de ECU\'s em indústrias do ramo automotivo. A principal justificativa para tal aumento é a utilização da metodologia de desenvolvimento baseada em modelo, a qual integra a técnica HIL como um de seus principais pilares, possibilitando redução no tempo e custos de desenvolvimento de uma ECU. Quando aplicada a validação de sistemas de controle de freios, a simulação HIL possui vital importância, pois permite a prévia visualização de efeitos diretamente relacionados à dinâmica veicular, os quais somente podiam ser analisados através da realização de testes em pistas. No entanto, os benefícios da simulação HIL não se restringem somente as aplicações industriais. A possibilidade de análise dos efeitos produzidos por um módulo eletrônico de controle através de simulações cria um campo para a utilização da técnica HIL como uma ferramenta efetiva no ensino de sistemas eletrônicos veiculares. Neste trabalho demonstra-se a implementação de uma plataforma HIL ABS para aplicações didáticas. Esta plataforma é implementada incluindo o uso de um circuito elétrico para emulação de cargas e aquisição de sinais, de uma interface com entradas e saídas reconfiguráveis, de uma ECU ABS e de um computador de simulação, o qual executa os softwares de manipulação de dados e de simulação de dinâmica veicular. Os resultados obtidos através de simulações realizadas com a plataforma desenvolvida são comparados com resultados de testes reais, validando desta forma o modelo proposto. / The HIL (Hardware-in-the-loop) platforms utilization has increased within the development process of ECUs in the automotive industry. The main reason for this increase is the usage of the model based development methodology, which integrates the HIL technique as one of its main pillars, allowing a reduction in the time and costs of developing an ECU. When applied to the validation of brake control systems, HIL simulation has a vital importance, since it allows a prior visualization of effects directly related to the vehicle dynamics, which could only be analyzed by performing track tests. However, the benefits of HIL simulation are not only restricted to the industrial applications. The possibility of analyzing the effects produced by an electronic control module through simulations creates a field for the use of the HIL technique as an effective tool for teaching vehicular electronic systems. This work demonstrates the implementation of an ABS HIL platform for didactic applications. This platform is implemented including the usage of an electrical circuit for loads emulation and signals acquisition, an interface with reconfigurable inputs and outputs, an ABS ECU and a simulation computer, which runs the data manipulation and vehicle dynamic simulation softwares. The results obtained through the performed simulations with the developed platform are compared with actual test results, validating therefore the proposed model.

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.

O presente trabalho apresenta uma proposta de desenvolvimento e aplicação de um programa de simulação computacional usando o software MatLab/Simulink 6.0 como ferramenta de Engenharia Automotiva, aplicando-a para o estudo do desempenho de veículos comerciais rodoviários (caminhonetes, caminhões e ônibus) em movimentos acelerados e em regime permanente. O programa de simulação considera o motor mapeado em torque e consumo específico e o sistema de transmissão do eixo do motor às rodas motrizes e se conecta a outro programa de simulação existente e desenvolvido no Laboratório de Computação Veicular da EESC-USP. Para as simulações foram utilizados os dados de um veículo comercial característico submetido a várias situações de movimento acelerado em pista horizontal e inclinada, quando foram obtidos dados importantes como consumo médio e instantâneo do veículo para cada um dos cenários previstos. Outros dados como os espaços percorridos, as velocidades, as acelerações, as rotações do eixo do motor, o escorregamento parcial dos pneumáticos e outros são apresentados neste trabalho. Adicionalmente, o programa de simulação mostra potencial de uso nas fases de projeto, desenvolvimento e otimização dos veículos comerciais, podendo reduzir custos com a diminuição dos prazos e testes necessários para a avaliação do desempenho do veículo em pista de provas. Apresenta também potencial de aplicação na melhor especificação do veículo a ser comprado pelo frotista considerando as condições específicas do seu uso. / This work presents a development and application proposal of a simulation program using the software Matlab/Simulink 6.0 as an Automotive Enginnering tool, applying it for the study of the commercial vehicles performance in accelerated and uniform movement. The simulation program considers the engine maps of specific fuel consumption and torque curves and also the transmission system between the engine and the tractive wheels. The simulation program connects itself with another simulation program developed in the EESC-USP Vehicle Computation Laboratory. For the simulations were used the data of a characteristic commercial vehicle submited to various situations on horizontal and inclinated roads, when were taken relevant data like average and instant fuel consumption for each predicted scene. This work also presents vehicle operational data as engine speed, covered spaces, longitudinal velocities and accelerations, adherence and relative slip of the wheels and others. The simulation program shows a hugh potential use in the optimization, development and project phases of commercial vehicles, allowing saving of time and financial resources. The simulation program shows also a potential application in the best vehicle specification to be bought by the client considering the specific conditions of its use.

O método aqui desenvolvido, bem como as aplicações feitas ao estudo de sistemas clássicos da dinâmica não-linear, tiveram por objetivo construir uma ferramenta adequada à descrição das características globais de fenômenos complexos da dinâmica não-linear. Uma característica típica da descrição probabilística do comportamento dinâmico de um sistema é sua expressão em termos da evolução temporal da função densidade de probabilidade dos estados, que é governada por uma equação diferencial linear, em contraste com a descrição temporal convencional, utilizada em dinâmica não-linear. Enquanto esta última, comumente dita determinística, exibe fenômenos tais como instabilidades, bifurcações, sensibilidade a condições iniciais etc, a descrição probabilística se manifesta, quando o sistema dinâmico detém propriedades de ergodicidade, em uma evolução não-reversível da função densidade de probabilidade em direção a um estado final invariante, mais especificamente tendendo ao equilíbrio global de um sistema linear. Este trabalho visa a aplicação da teoria probabilística da evolução de densidades de probabilidade em um problema de capotamento de veículos. Para isso, a teoria é descrita por meio de seus fundamentos e aplicada primeiramente em modelos clássicos da dinâmica não-linear, que, por serem bem estudados, podem comprovar a validade, bem como a extensão dessa forma de análise. / The method developed in this work, as well as its application in classical non-linear dynamics systems, had the main purpose of building a suitable tool in describing global complex phenomena of non-linear dynamics. A typical feature of the probabilistic approach of dynamics systems behavior is the ability to express it as a temporal probability density function evolution in terms of a linear evolution equation, which is ruled by a linear differential equation, as opposed to the regular temporal description used in non-linear dynamics. While the aforementioned description, also called deterministic, may face a variety of phenomena such as instabilities, bifurcation, high sensibility to initial conditions etc, in the probabilistic approach, as long as the dynamic system enjoys some ergodic properties, the probability density function will be driven irreversibly to a final invariant state, towards a global equilibrium of a linear system. This work consists in the application of probabilistic theory of density evolution in the problem of vehicle rollover subject to a certain maneuver. In order to accomplish that, all theory described is firstly applied to classical problems of nonlinear dynamics, since they have many established results, and as such, can validate and extend this sort of analysis for any dynamic system.

A busca por formas mais eficientes quanto ao arrasto aerodinâmico de veículos rodoviários resultou recentemente em uma maior quantidade de pesquisas para compreensão do escoamento sobre o veículo quando este apresenta um ângulo de escorregamento aerodinâmico diferente de zero. O presente trabalho apresenta o desenvolvimento de uma metodologia para análise linear de estabilidade do modelo dinâmico do veículo sob manobras de baixa severidade e considerando carregamentos aerodinâmicos. Um modelo dinâmico não-linear simplificado foi também desenvolvido utilizando dados de um veículo típico visando à comparação entre as metodologias. Ensaios experimentais em túnel de vento e simulações de fluidodinâmica computacional foram realizados utilizando-se uma geometria simplificada de um veículo visando à obtenção de valores dos carregamentos aerodinâmicos de força lateral e momento de guinada e à compreensão dos mecanismos de formação dos carregamentos aerodinâmicos. Os resultados obtidos mostram uma boa correlação entre os modelos linear e não-linear e relevante influência dos carregamentos aerodinâmicos de força lateral e momento de guinada na estabilidade estática do sistema. / The research for more efficient shapes regarding road vehicles aerodynamic drag resulted recently in an improved number of researches aiming at the understanding of the flow field over the vehicle when it has an aerodynamic slip angle different of zero. This work presents the development of a methodology for linear stability analysis of a vehicle dynamic model under low severity maneuvers and considering aerodynamic loads. A non-linear dynamic model has also been developed with information from a typical vehicle for comparison between the methodologies. Wind tunnel testing and computational fluid dynamics simulation have been carried out with simplified vehicle geometry in order to measure the aerodynamic side force and yawing moment and provide information for the understanding of the mechanisms generating the aerodynamic loads. The results show a good correlation between the linear and non-linear models and a relevant influence of the aerodynamic side force and yawing moment on the static stability of the system.

O trabalho desenvolvido tem como objetivo avaliar a influência da rigidez estrutural no comportamento dinâmico do veículo baseando-se em manobra de raio constante em condição quase estática e análise de sensibilidade através de simulação numérica computacional. São apresentados dois modelos para avaliar a transferência de carga lateral do veículo quando sujeito à aceleração lateral (manobra de raio constante), um modelo completo de veículo elaborado em ambiente multicorpos tendo a carroceria e o sub-chassi modelados como corpos flexíveis, e outro modelo analítico com a consideração da rigidez torcional (obtida de modelo de elementos finitos) da estrutura. Com o modelo analítico atendendo o nível de correlação necessário para o propósito deste trabalho, discute-se neste ponto as variações na transferência de carga devido à rigidez torcional da estrutura. Em seguida, com o intuito de abranger, além do parâmetro de transferência de carga lateral, quais comportamentos do veículo são afetados pela sua rigidez estrutural, é proposta a utilização do método de engenharia robusta para a identificação das condições externas que geram diferentes resultados de comportamento dinâmico do veículo com a variação da rigidez estrutural. Este estudo permite identificar manobras ou situações nas quais as considerações de flexibilidade estrutural num modelo multicorpos, ou mesmo numa condição física real, são relevantes e podem afetar a segurança, dirigibilidade e o conforto do veículo. / The work aims to evaluate the influence of structural stiffness on the dynamic behavior of the vehicle based on a constant radius maneuver in a quasi-static condition and a sensitivity analysis through computer numerical simulation. Two models were developed to evaluate the lateral load transfer of the vehicle when subjected to lateral acceleration (constant radius maneuver), a complete vehicle built in multibody environment with the body and the sub-chassis modeled as flexible bodies, and an analytical model with consideration of structure torsional stiffness (obtained from finite element model). With the analytical model presenting the required correlation for the purpose of this paper, we discuss, at this point, the lateral load transfer variations due to torcional structural stiffness. Then, in order to cover, in addition to lateral load transfer, how the vehicle behavior is affected by its structural stiffness, the robust engineering method is considered for identifying the external conditions that generate different dynamic behavior results for the variation of structural stiffness. This study allows us to identify maneuvers or situations in which considerations of structural flexibility in multibody model, or even in a real physical condition, are relevant and can affect the safety, ride and handling of the vehicle.

The present study has the objective of evaluating the effect of lubricant features on the friction coefficient by using three different lubricants (two synthetics and one mineral), which are used in automotive transmissions. In order to perform experiments, it was used a ball-on-disc system. The disc was manufactured with the same mechanical properties as transmission gears and the ball was made of 52100 SAE steel. The test parameters were defined based on a dynamic analysis conducted using \"ISOCAD\" which takes into account the geometry of the gear and vehicle dynamics (applied force and speed) during the tribological experiments. In order to set the temperature parameter, the lubricant testing temperature of a standard fuel economy was used. Experiments were conducted in two different lubrication conditions: i (starved) and ii (fully flooded). After the parameters were defined, it was possible to calculate the oil film thickness and, thus define the lubrication regime reached in each condition. Mixed and/or boundary lubrication was obtained in all the tests. Results showed the relationship between the speed and the specific oil film using a Khonsari and Masjedi formulation (2014), which takes into account the effect of surface roughness and, it is based on Downson and Higginson\'s (1981) formulation. The chemical analysis of the lubricant showed a relationship between friction coefficient and the additives used in lubricants. These results also showed the oil performance under different temperatures, speeds and loads. The best results were obtained for a synthetic lubricant. / O presente estudo tem o objetivo de avaliar o efeito de propriedades dos lubrificantes sobre o coeficiente de atrito. Para tanto foram testados três lubrificantes diferentes (dois sintéticos e um mineral), que são utilizados em transmissões automotivas. Os experimentos foram conduzidos utilizando um sistema tribológico denominado \"ball-on-disc\". Os discos foram fabricados com as mesmas propriedades mecânicas das engrenagens de transmissão, já as esferas foram fabricadas com aço SAE 52100. Os parâmetros de teste foram definidos com base na análise dinâmica conduzida utilizando o software \"ISOCAD\", que leva em conta a geometria da engrenagem e a dinâmica do veículo (força aplicada e velocidade) durante os ensaios tribológicos. Para definir os parâmetros de temperatura, foram utilizadas as mesmas temperaturas encontradas durante o ensaio de economia de combustível padronizado. Experimentos foram realizados em duas condições de lubrificação diferentes: i) fornecimento limitado de lubrificante, ou \"Starved\" e ii) condição de lubrificação imersa, ou \"Fully flooded\". Depois dos parâmetros definidos, foi possível calcular a espessura de filme de óleo, de forma a definir o regime de lubrificação alcançado em cada condição. Lubrificação mista e limítrofe foi obtida todas as condições de testes. Os resultados mostraram a relação entre a velocidade e o filme de óleo específico usando uma formulação de Khonsari e Masjedi (2014), que leva em conta o efeito da rugosidade da superfície e baseia-se na formulação de Downson e Higginson (1981). A análise química do lubrificante mostrou que existe uma relação entre o coeficiente de atrito e os aditivos utilizados nos lubrificantes. Estes resultados também mostram o desempenho dos lubrificantes em diferentes temperaturas, velocidades e cargas. Os melhores resultados foram obtidos para um lubrificante sintético.

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