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.

Apresenta um modelo multicorpos completo de um veículo comercial leve considerando a flexibilidade do quadro para estudos de dirigibilidade. O modelo de multicorpos foi desenvolvido utilizando o software MSC.ADAMS e inclui a suspensão primária, a cabine, o sistema de esterçamento, o trem de força, o modelo do pneu e um quadro flexível. O comportamento direcional, a dirigibilidade e a interação veículo/pavimento são os fatores que definem o desempenho do veículo em relação à dinâmica lateral. Os parâmetros mais importantes considerando o comportamento lateral do veículo são: a velocidade longitudinal, a rigidez em curva do pneu, a elasticidade da suspensão e do sistema de esterçamento, a transferência lateral de carga, centro de rolamento e propriedades inerciais. Conseqüentemente, considerando a transferência lateral de carga, o uso do quadro flexível se mostra importante. O modelo completo foi validado com resultados experimentais. Típicas manobras para estudo de dirigibilidade foram simuladas, entre elas: curva de raio e velocidade constantes e manobras de dupla mudança de pista. Os resultados obtidos foram a aceleração lateral, a velocidade de guinada, o ângulo de deriva da trajetória, o ângulo de rolamento e o gradiente de esterçamento. Com a análise dos resultados, o veículo mostrou comportamentos diferentes em função da aceleração lateral. Em baixas acelerações laterais, o veículo apresenta um comportamento levemente sub-esterçante. Contudo, em acelerações laterais altas, o veículo se torna sobre-esterçante. Finalmente, uma análise no domínio da freqüência foi realizada e ambos modelos mostraram as mesmas características. / This dissertation presents a complete multibody model of a light commercial truck considering the frame flexibility for handling characteristics studies. The flexible multibody model was developed using MSC.ADAMS, and it includes a complete primary suspension, the cabin, the steering system, the powertrain, a tire model (Delft) and the flexible frame. The directional response behavior, the driveability and the vehicle/road interaction are the factors that define vehicle handling performance. The most important parameters concerning lateral behavior are: longitudinal velocity, tire cornering stiffness, suspension system elasticity, steering systems elasticity, lateral load transfer, roll center and inertial properties. Consequently, regarding lateral load transfer, the use of a flexible frame is very important. The complete model was validated with experimental results and for the purpose of vehicle analyses, typical standard handling maneuvers were undertaken including constant radius turn, constant velocity turn and double lane change. The results obtained were lateral acceleration, yaw rate, side slip angle, roll angle and the understeer gradient. Analyzing the results, the vehicle showed a changing behavior concerning steer. At low velocities and lateral accelerations, the vehicle is slightly understeer. However, at higher velocities and lateral accelerations, it becomes oversteer. Finally, a frequency domain analysis was undertaken using the simplified and the complete model and both models shown the same characteristics.

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.

Apresenta um modelo multicorpos completo de um veículo comercial leve considerando a flexibilidade do quadro para estudos de dirigibilidade. O modelo de multicorpos foi desenvolvido utilizando o software MSC.ADAMS e inclui a suspensão primária, a cabine, o sistema de esterçamento, o trem de força, o modelo do pneu e um quadro flexível. O comportamento direcional, a dirigibilidade e a interação veículo/pavimento são os fatores que definem o desempenho do veículo em relação à dinâmica lateral. Os parâmetros mais importantes considerando o comportamento lateral do veículo são: a velocidade longitudinal, a rigidez em curva do pneu, a elasticidade da suspensão e do sistema de esterçamento, a transferência lateral de carga, centro de rolamento e propriedades inerciais. Conseqüentemente, considerando a transferência lateral de carga, o uso do quadro flexível se mostra importante. O modelo completo foi validado com resultados experimentais. Típicas manobras para estudo de dirigibilidade foram simuladas, entre elas: curva de raio e velocidade constantes e manobras de dupla mudança de pista. Os resultados obtidos foram a aceleração lateral, a velocidade de guinada, o ângulo de deriva da trajetória, o ângulo de rolamento e o gradiente de esterçamento. Com a análise dos resultados, o veículo mostrou comportamentos diferentes em função da aceleração lateral. Em baixas acelerações laterais, o veículo apresenta um comportamento levemente sub-esterçante. Contudo, em acelerações laterais altas, o veículo se torna sobre-esterçante. Finalmente, uma análise no domínio da freqüência foi realizada e ambos modelos mostraram as mesmas características. / This dissertation presents a complete multibody model of a light commercial truck considering the frame flexibility for handling characteristics studies. The flexible multibody model was developed using MSC.ADAMS, and it includes a complete primary suspension, the cabin, the steering system, the powertrain, a tire model (Delft) and the flexible frame. The directional response behavior, the driveability and the vehicle/road interaction are the factors that define vehicle handling performance. The most important parameters concerning lateral behavior are: longitudinal velocity, tire cornering stiffness, suspension system elasticity, steering systems elasticity, lateral load transfer, roll center and inertial properties. Consequently, regarding lateral load transfer, the use of a flexible frame is very important. The complete model was validated with experimental results and for the purpose of vehicle analyses, typical standard handling maneuvers were undertaken including constant radius turn, constant velocity turn and double lane change. The results obtained were lateral acceleration, yaw rate, side slip angle, roll angle and the understeer gradient. Analyzing the results, the vehicle showed a changing behavior concerning steer. At low velocities and lateral accelerations, the vehicle is slightly understeer. However, at higher velocities and lateral accelerations, it becomes oversteer. Finally, a frequency domain analysis was undertaken using the simplified and the complete model and both models shown the same characteristics.