Entre as etapas do desenvolvimento de automóveis pode-se apontar a definição das características de suas suspensões. A fase de definição da suspensão pode ser dividida dentro do seguinte cenário: a escolha de um determinado tipo de suspensão, os pontos (geometria) e quais os valores de rigidez/amortecimento para todo o sistema irá resultar em um comportamento dinâmico desejado para o veículo, bem como a viabilidade de produção. Além disso, o entendimento da interação entre os parâmetros de suspensão, é crucial para a otimização do desempenho. Este trabalho pretende propor um método para aperfeiçoar a fase de \"tuning\" da suspensão, com foco principal no conforto. O veículo considerado é um caminhão comercial, e entre os seus parâmetros considerados estão rigidezes de molas da cabine e suspensão, amortecimento da suspensão de cabine e curvas do amortecedor da suspensão primária. O modelo virtual do veículo foi desenvolvido em ambiente ADAMS, o qual, previamente à otimização, foi validado contra dados experimentais. Métricas foram especialmente desenvolvidas levando em consideração aspectos subjetivos de conforto veicular, para dessa forma eliminar a variabilidade entre as avaliações subjetivas e análises das simulações. Os resultados mostraram expressivas melhorias no conforto e através de dados experimentais essas melhorias foram confirmadas. / Among the development phases of an automotive vehicle one can point out the definition of the characteristics of its suspensions. Suspension definition phase can be understood as the following scenario: given a suspension type, which hard points (geometric) and what values of stiffness/damping for the whole system will result in a desired dynamic behavior for the vehicle as well as production feasibility. Moreover, understanding the iteration among the suspension parameters, even considering just the tuning ones, is crucial for performance optimization. This work intends to propose a method for vehicle tuning characteristics optimization, having as a target the ride comfort. The vehicle considered here is a commercial truck, and among its parameters one considers cabin and suspension springs, cabin dampers and suspension damper curves. A vehicle model was developed in ADAMS environment and prior to the optimization the vehicle was validated against experimental data. Metrics were specially developed to take into account subjective aspects of ride, and, in this way, eliminating the gap between subjective evaluations and simulations analysis. Results showed improvements in ride comfort. The resulting setup was measured and the improvements were confirmed with experimental data.

Sistemas dinâmicos ferroviários são modelados levando-se em consideração as forças de contato roda trilho. As equações de movimento são fortemente influenciadas pela determinação dessas forças, o que requer o conhecimento da mecânica de contato, ferramenta imprescindível na previsão do comportamento de uma composição ferroviária. O rodeiro é responsável por receber as excitações na forma de irregularidades e imperfeições da via e transferi-la para a suspensão primária. A proposta dessa dissertação consiste em realizar simulações no domínio do tempo, da resposta do comportamento dinâmico do rodeiro ferroviário de 2 graus de liberdade. O modelo matemático equivalente é desenvolvido. A rigidez de contato e a conicidade são linearizados em torno de um ponto de operação, próximo ao centro da via. É apresentada a influência da velocidade na estabilidade para o modelo linearizado e para a conicidade variando de 0.1 a 1.0. Os respectivos modos de vibrar também são apresentados. Em seguida, o modelo matemático não linear do rodeiro ferroviário é gerado por software especializado na criação de sistemas de multicorpos, VAMPIRE, que permite a criação das equações de movimento através da topologia do sistema. O modelo é criado seguindo a proposta do benchmarck apresentada pela International Association of Vehicle System Dynamics (IAVSD). O rodeiro recebe uma força lateral crescente que se estabiliza em 20kN. O rodeiro é excitado com a aplicação de outra força lateral a uma taxa de 50kN/s até o descarrilamento. As forças longitudinais, laterais que aparecem no contato, o ângulo do plano de contato, ângulo de yaw e afastamento lateral são comparados com o benchmarck e outros autores. / Railway dynamics systems are modeled regarding the creep forces between wheel-rail. The equations of movement are strongly influenced by these forces, what requests the knowledge of the theory in mechanical of contact, necessary tool to foresee the behavior of a railway vehicle. The wheelset is responsible by receiving the perturbations of irregularities and transfer them to the primary suspension. A railway vehicle is composed by primary and secondary suspensions. The proposal is based on performing simulations in the time domain, dynamic mresponse of a railway wheelset of two degrees of freedom. The mathematical model is developed. The stiffness of contact and conicity are linearized around an operation point, near to track center. The influence of speed is determined to linearized model and to a range of 0.1 to 1.0 in the conicity. The eigenvectors are presented. In the following, the non linear model of the wheelset is generated using a specialized package of multi body system, VAMPIRE. The package creates equations of movement after the generation of the topology. The non linear mathematical model are defined by the benchmark proposed by International Association of Vehicle System Dynamics (IAVSD). The wheelset is submitted to 20kN at the rail level. In a second case, the wheelset is submitted to a rate of 50kN/s of lateral force until derailing. The determined longitudinal and lateral forces on contact, yaw angle and displacement of the center of gravity of the wheelset, contact angle are compared with the benchmark results and other authors.

Este trabalho apresenta um mecanismo alternativo para suspensões veiculares traseiras, com mobilidade igual a três, de arquitetura paralela e assimétrico, com três cadeias cinemáticas ativas distintas. O mecanismo é capaz de variar simultaneamente os ângulos de cambagem e de esterçamento das rodas traseiras do veículo, além de atuar sobre a rolagem da massa suspensa. Aplicando-se métodos de síntese de mecanismos paralelos, obtiveram-se topologias de mecanismos de suspensão com estrutura cinemática paralela e, por meio de um critério sistemático, selecionou-se uma estrutura cinemática que atendeu aos três movimentos independentes no espaço tridimensional, desejados para o mecanismo. Um modelo cinemático e outro cinetoestático foram desenvolvidos para verificar a adequação do mecanismo à aplicação veicular. Três análises são apresentadas para avaliar o potencial do mecanismo paralelo sintetizado em aplicações veiculares: análise de desempenho, análise de viabilidade e análise cinemática. Na análise de desempenho, constatou-se que, a atuação do mecanismo sobre os ângulos de cambagem e de esterçamento das rodas traseiras, bem como a atuação sobre a rolagem da massa suspensa trazem benefícios sobre o comportamento dinâmico do veículo, quando comparado com o desempenho dinâmico de um veículo com suspensão convencional. Por meio da análise de viabilidade, determinou-se o curso, a velocidade, a força e a potência demandada pelo sistema de atuação, onde se observou que a atuação do mecanismo pode ser obtida a partir de atuadores comerciais. Nas análises de desempenho e viabilidade o comportamento dinâmico do veículo foi simulado em três manobras distintas: curva de raio constante em regime permanente, dupla mudança de faixa e manobra do anzol (fishhook), empregando uma cosimulação entre os programas CarSim e MATLAB/SIMULINK. Pela análise cinemática, percebeu-se que não há configurações singulares dentro do espaço de trabalho especificado para o mecanismo. O espaço de trabalho disponível atende ao especificado para a aplicação proposta do mecanismo e os erros que os ângulos de cambagem e de esterçamento possam apresentar, devido à imprecisão no posicionamento dos atuadores ou às tolerâncias inerentes ao processo de fabricação das peças do mecanismo, não comprometem os ganhos no comportamento dinâmico que o veículo com o mecanismo proposto apresentou nas simulações da análise de desempenho. / This work introduces an alternative three-degree-of-freedom mechanism for automotive rear suspensions, capable to adjust simultaneously the camber, toe and roll angles. Topologically, the mechanism is parallel and asymmetric with three distinct active kinematic chains. The mechanism is able to adjust the camber, toe and roll angles simultaneously. After applying the methods to perform synthesis of mechanisms, the architecture candidates were ranked in accordance with some proposed indices. Two mathematical models are developed: the kinematic and kinetostatic ones. In order to evaluate how promising this mechanism is, three analyses are conducted: a performance analysis, a feasibility analysis and a kinematic analysis. The obtained results have shown the capability of the mechanism actuation to improve vehicle handling performance, when compared to a car equipped with a conventional suspension system. Moreover, the mechanism feasibility analysis has shown that the actuators stroke, velocity and force can be obtained by using standard hydraulic or eletromechanical actuators. The evaluation was based on three maneuvers: a steady-state cornering, a fishhook and a double lane change. Regarding to the kinematic analysis, three considerations were made. First, there is not singular configuration inside the workspace. Second, the available workspace can attend the camber and rear steer angles stroke. Third, the vehicle dynamic behavior is not affected by the errors due to the manufacturing tolerance and actuators position inaccuracy.

Sistemas dinâmicos ferroviários são modelados levando-se em consideração as forças de contato roda trilho. As equações de movimento são fortemente influenciadas pela determinação dessas forças, o que requer o conhecimento da mecânica de contato, ferramenta imprescindível na previsão do comportamento de uma composição ferroviária. O rodeiro é responsável por receber as excitações na forma de irregularidades e imperfeições da via e transferi-la para a suspensão primária. A proposta dessa dissertação consiste em realizar simulações no domínio do tempo, da resposta do comportamento dinâmico do rodeiro ferroviário de 2 graus de liberdade. O modelo matemático equivalente é desenvolvido. A rigidez de contato e a conicidade são linearizados em torno de um ponto de operação, próximo ao centro da via. É apresentada a influência da velocidade na estabilidade para o modelo linearizado e para a conicidade variando de 0.1 a 1.0. Os respectivos modos de vibrar também são apresentados. Em seguida, o modelo matemático não linear do rodeiro ferroviário é gerado por software especializado na criação de sistemas de multicorpos, VAMPIRE, que permite a criação das equações de movimento através da topologia do sistema. O modelo é criado seguindo a proposta do benchmarck apresentada pela International Association of Vehicle System Dynamics (IAVSD). O rodeiro recebe uma força lateral crescente que se estabiliza em 20kN. O rodeiro é excitado com a aplicação de outra força lateral a uma taxa de 50kN/s até o descarrilamento. As forças longitudinais, laterais que aparecem no contato, o ângulo do plano de contato, ângulo de yaw e afastamento lateral são comparados com o benchmarck e outros autores. / Railway dynamics systems are modeled regarding the creep forces between wheel-rail. The equations of movement are strongly influenced by these forces, what requests the knowledge of the theory in mechanical of contact, necessary tool to foresee the behavior of a railway vehicle. The wheelset is responsible by receiving the perturbations of irregularities and transfer them to the primary suspension. A railway vehicle is composed by primary and secondary suspensions. The proposal is based on performing simulations in the time domain, dynamic mresponse of a railway wheelset of two degrees of freedom. The mathematical model is developed. The stiffness of contact and conicity are linearized around an operation point, near to track center. The influence of speed is determined to linearized model and to a range of 0.1 to 1.0 in the conicity. The eigenvectors are presented. In the following, the non linear model of the wheelset is generated using a specialized package of multi body system, VAMPIRE. The package creates equations of movement after the generation of the topology. The non linear mathematical model are defined by the benchmark proposed by International Association of Vehicle System Dynamics (IAVSD). The wheelset is submitted to 20kN at the rail level. In a second case, the wheelset is submitted to a rate of 50kN/s of lateral force until derailing. The determined longitudinal and lateral forces on contact, yaw angle and displacement of the center of gravity of the wheelset, contact angle are compared with the benchmark results and other authors.

Entre as etapas do desenvolvimento de automóveis pode-se apontar a definição das características de suas suspensões. A fase de definição da suspensão pode ser dividida dentro do seguinte cenário: a escolha de um determinado tipo de suspensão, os pontos (geometria) e quais os valores de rigidez/amortecimento para todo o sistema irá resultar em um comportamento dinâmico desejado para o veículo, bem como a viabilidade de produção. Além disso, o entendimento da interação entre os parâmetros de suspensão, é crucial para a otimização do desempenho. Este trabalho pretende propor um método para aperfeiçoar a fase de \"tuning\" da suspensão, com foco principal no conforto. O veículo considerado é um caminhão comercial, e entre os seus parâmetros considerados estão rigidezes de molas da cabine e suspensão, amortecimento da suspensão de cabine e curvas do amortecedor da suspensão primária. O modelo virtual do veículo foi desenvolvido em ambiente ADAMS, o qual, previamente à otimização, foi validado contra dados experimentais. Métricas foram especialmente desenvolvidas levando em consideração aspectos subjetivos de conforto veicular, para dessa forma eliminar a variabilidade entre as avaliações subjetivas e análises das simulações. Os resultados mostraram expressivas melhorias no conforto e através de dados experimentais essas melhorias foram confirmadas. / Among the development phases of an automotive vehicle one can point out the definition of the characteristics of its suspensions. Suspension definition phase can be understood as the following scenario: given a suspension type, which hard points (geometric) and what values of stiffness/damping for the whole system will result in a desired dynamic behavior for the vehicle as well as production feasibility. Moreover, understanding the iteration among the suspension parameters, even considering just the tuning ones, is crucial for performance optimization. This work intends to propose a method for vehicle tuning characteristics optimization, having as a target the ride comfort. The vehicle considered here is a commercial truck, and among its parameters one considers cabin and suspension springs, cabin dampers and suspension damper curves. A vehicle model was developed in ADAMS environment and prior to the optimization the vehicle was validated against experimental data. Metrics were specially developed to take into account subjective aspects of ride, and, in this way, eliminating the gap between subjective evaluations and simulations analysis. Results showed improvements in ride comfort. The resulting setup was measured and the improvements were confirmed with experimental data.

Nos dias de hoje, a simulação dinâmica de veículos metroviários tem sido um importante método de análise e verificação, tanto no âmbito de projeto, como na engenharia de manutenção. Os pacotes de simulação disponíveis no mercado são altamente desenvolvidos e podem ser adaptados para os mais diversos cenários. O presente trabalho tem por objetivo demonstrar a funcionalidade destes programas, fundamentando a teoria por trás de seu algoritmo computacional, de maneira a expandir a fronteira de conhecimento nas engenharias de projeto e de manutenção. Para isso, são efetuados dois estudos de caso: passagem de veículo em região de abertura de bitola em curva de raio constante; passagem de veículo em sequencia de curvas reversas. Sendo assim, esta dissertação apresenta uma visão geral sobre o estado da arte na simulação da interação veículo e via permanente. / Nowadays, the dynamic simulation of metro vehicles have been an important method of analysis and verification in design engineering as in maintenance engineering. The simulation packages available are highly developed and can be adapted for different scenarios. This paper aims to demonstrate the functionality of these programs, supporting the theory behind its computational algorithm, in order to expand the frontier of knowledge in the national design and maintenance engineerings. For this, two case studies are made of: modelling flexible permanent way; modelling AMVs and crossings; passing vehicle in a region with gauge opening on a constant radius curve; passing a vehicle sequence of reverse curves. Thus, this dissertation presents an overview of the state of the art in the simulation of the interaction vehicle and permanent way of metro.

O aumento no número de veículos tem levado a um exagerado aumento das colisões. Para diminuir a quantidade e a gravidade dos acidentes, a segurança veicular passou a ser um ponto determinante na concepção de um automóvel. Dentre as principais frentes de estudo da segurança veicular está a redução da energia cinética transmitida aos ocupantes quando de uma colisão. Neste caso, os projetos de veículos empregam absorvedores de impacto, também conhecidos pelo termo em inglês crash box, para absorver a energia cinética do impacto em energia de deformação da estrutura. Este estudo tem por objetivo avaliar o desempenho dos absorvedores de energia mais comuns na literatura e na indústria. A avaliação ocorre por meio de simulações numéricas usando o método dos elementos finitos e por considerações teóricas de várias medidas de eficiência. Uma vez identificados os absorvedores de melhor desempenho ao impacto, estes são considerados como base para análises paramétricas de forma e material de modo a se aumentar sua eficiência. / The increase in vehicle production has lead to an increase in the number os colisions. To reduce the amount and severity of accident vehicle safety became an important issue in automobile design. Among the main vehicle safety researches is the reduction in the kinectic energy transmitted to the occupants in a colision event. Impact absorbers or crash boxes transform the impact kinectic energy into plastic deformation. This research aims to asses the performance of the most common energy absorbers used in the industry. The assesment is done trough numerical simulations by finite element analysis and trough theoretical approaches using different effciency measures. The most successful absorbers are used as basis for optimizing its shape and material usage.

Este trabalho apresenta um mecanismo alternativo para suspensões veiculares traseiras, com mobilidade igual a três, de arquitetura paralela e assimétrico, com três cadeias cinemáticas ativas distintas. O mecanismo é capaz de variar simultaneamente os ângulos de cambagem e de esterçamento das rodas traseiras do veículo, além de atuar sobre a rolagem da massa suspensa. Aplicando-se métodos de síntese de mecanismos paralelos, obtiveram-se topologias de mecanismos de suspensão com estrutura cinemática paralela e, por meio de um critério sistemático, selecionou-se uma estrutura cinemática que atendeu aos três movimentos independentes no espaço tridimensional, desejados para o mecanismo. Um modelo cinemático e outro cinetoestático foram desenvolvidos para verificar a adequação do mecanismo à aplicação veicular. Três análises são apresentadas para avaliar o potencial do mecanismo paralelo sintetizado em aplicações veiculares: análise de desempenho, análise de viabilidade e análise cinemática. Na análise de desempenho, constatou-se que, a atuação do mecanismo sobre os ângulos de cambagem e de esterçamento das rodas traseiras, bem como a atuação sobre a rolagem da massa suspensa trazem benefícios sobre o comportamento dinâmico do veículo, quando comparado com o desempenho dinâmico de um veículo com suspensão convencional. Por meio da análise de viabilidade, determinou-se o curso, a velocidade, a força e a potência demandada pelo sistema de atuação, onde se observou que a atuação do mecanismo pode ser obtida a partir de atuadores comerciais. Nas análises de desempenho e viabilidade o comportamento dinâmico do veículo foi simulado em três manobras distintas: curva de raio constante em regime permanente, dupla mudança de faixa e manobra do anzol (fishhook), empregando uma cosimulação entre os programas CarSim e MATLAB/SIMULINK. Pela análise cinemática, percebeu-se que não há configurações singulares dentro do espaço de trabalho especificado para o mecanismo. O espaço de trabalho disponível atende ao especificado para a aplicação proposta do mecanismo e os erros que os ângulos de cambagem e de esterçamento possam apresentar, devido à imprecisão no posicionamento dos atuadores ou às tolerâncias inerentes ao processo de fabricação das peças do mecanismo, não comprometem os ganhos no comportamento dinâmico que o veículo com o mecanismo proposto apresentou nas simulações da análise de desempenho. / This work introduces an alternative three-degree-of-freedom mechanism for automotive rear suspensions, capable to adjust simultaneously the camber, toe and roll angles. Topologically, the mechanism is parallel and asymmetric with three distinct active kinematic chains. The mechanism is able to adjust the camber, toe and roll angles simultaneously. After applying the methods to perform synthesis of mechanisms, the architecture candidates were ranked in accordance with some proposed indices. Two mathematical models are developed: the kinematic and kinetostatic ones. In order to evaluate how promising this mechanism is, three analyses are conducted: a performance analysis, a feasibility analysis and a kinematic analysis. The obtained results have shown the capability of the mechanism actuation to improve vehicle handling performance, when compared to a car equipped with a conventional suspension system. Moreover, the mechanism feasibility analysis has shown that the actuators stroke, velocity and force can be obtained by using standard hydraulic or eletromechanical actuators. The evaluation was based on three maneuvers: a steady-state cornering, a fishhook and a double lane change. Regarding to the kinematic analysis, three considerations were made. First, there is not singular configuration inside the workspace. Second, the available workspace can attend the camber and rear steer angles stroke. Third, the vehicle dynamic behavior is not affected by the errors due to the manufacturing tolerance and actuators position inaccuracy.

O objetivo deste trabalho é estudar a influência da rigidez do quadro na dirigibilidade de um veículo de competição fórmula SAE (protótipo E2-M, da equipe EESC-USP) em ambiente multicorpos com o software Adams/Car. Um modelo contendo os subsistemas de suspensão, direção, pneumático, powertrain, barra estabilizadora e quadro foi construído em ambiente multicorpos com componentes modelados como corpos rígidos. Posteriormente foram elaborados três modelos de quadros flexíveis com diferentes valores de rigidez torcional para substituir o quadro rígido. Estes foram obtidos através da análise modal com o auxílio do método dos elementos finitos. Para comparação da dinâmica lateral dos modelos, típicas manobras do estudo de dirigibilidade foram consideradas tais como rampsteer, step-steer e single lane change. Os resultados obtidos foram de aceleração lateral e velocidade de guinada. Pelas condições avaliadas, pode-se concluir que a rigidez torcional de um quadro para o protótipo E2-M pode estar entre 700 e 1500 N.m/o. Essa variação de rigidez representou 5 kg de massa no quadro. Porém deve-se fazer uma avaliação modal com a massa suspensa calibrada para verificar se não existe acoplamento de modos e freqüências com outros subsistemas. / This dissertation is intended to study the influence of frame stiffness in handling of a Formula SAE vehicle (E2-M prototype from EESC-USP Formula SAE team) in multibody with Adams/Car software. A model containing the subsystems of suspension, steering, tires, powertrain, frame and stabilizing bar was built considering rigid bodies. Subsequently, three models of flexible frames were developed with different values of torsional stiffness to replace the rigid frame. They were obtained through modal analysis with the aid of finite element method. For the handling investigation, maneuvers such as ramp-steer, step-steer and single lane change were considered. The results evaluated were lateral acceleration and yaw velocity. According to results, the torsional stiffness for the E2-M prototype can be between 700 and 1500 Nm/o. But an eigenvalue analyses is also necessary to verify if there is no coupling of modes of the calibrated sprung mass with other subsystems.

A aplicação do método de elementos finitos como ferramenta de análise vem crescendo na indústria ao longo dos anos, sendo que uma das áreas em desenvolvimento corresponde ao estudo de impacto e avaliação de resistência ao choque. O objetivo deste trabalho é avaliar a eficiência da defensa metálica maleável simples utilizada nas rodovias do Brasil, no que diz respeito à capacidade de conter um veículo desgovernado de 2000 quilogramas a 100 quilômetros por hora, através da simulação numérica pelo método dos elementos finitos. Para possibilitar a execução das análises, são realizados ensaios experimentais de corpos de prova retirados de um dos componentes da defensa metálica para a caracterização do material. Além disso, são desenvolvidas simplificações no modelo para permitir a realização de análises com baixo custo computacional. A partir do modelo elaborado, são avaliados os comportamentos de impacto na defensa metálica maleável simples em diversas condições de instalação encontradas em vias brasileiras com grande volume de veículos, incluindo-se condições inadequadas. As avaliações indicam que a defensa é incapaz de reter o veículo, ocorrendo o rompimento dos parafusos que unem as lâminas. As defensas em condições irregulares de manutenção apresentam resultados mais catastróficos, colocando mais risco aos ocupantes e pedestres. Por fim, é recomendada a elevação da classe do parafuso para 5.8, permitindo que a defensa retenha o veículo do teste 3-11 do NCHRP Report 350. / The application of Finite Element Method as an analysis tool in industry has been increasing over the years, so that one of the development areas corresponds to the study of impact and crashworthiness. The objective of this work is to assess the efficiency of a guardrail model used on Brazilian roads, with respect to the ability of containing a runaway vehicle of 2 ton at 100 miles per hour, through numerical simulation using finite element analysis. Experimental tests of samples taken from a component of the guardrail are performed to enable material characterization for the analysis. Furthermore, model simplifications are developed to permit the analysis with low computational cost. The impact behaviors are evaluated in various guardrail installation conditions found on high movement roads, including some inadequate ones. The analysis show that the guardrail is unable to retain the vehicle, shearing the W-beam splice bolts. The irregular maintenance condition guardrails present more catastrophic results, endangering even more the occupants and the pedestrians. Finally, it is recommended that the bolts are upgraded to 5.8, enabling the vehicle retention under test 3-11 of NCHRP Report 350.