Este trabalho utiliza a técnica de modelagem de sistemas multicorpos para analisar o comportamento dinâmico de um vagão ferroviário de carga, trafegando sobre via tangente com desnivelamento transversal periódico. O estudo exibe a modelagem dos principais vínculos deste sistema, como o contato entre o prato e o pião, molas helicoidais e sistema de amortecimento de atrito seco da suspensão primária. A modelagem do contato entre o prato e o pião sugerida, é baseada em um modelo de elastic foundation, e utiliza a característica geométrica dos corpos em contato. O modelo dinâmico de atrito desenvolvido possui atuação bidirecional, sendo utilizado nos elementos dissipativos da suspensão. A matriz de rigidez das molas helicoidais da suspensão primária é obtida utilizando o Triedro de Frenet-Serret e o Segundo Teorema de Castigliano. O modelo matemático, confeccionado com a ferramenta de modelagem ADAMS/Rail, é composto por 90 corpos rígidos e uma caixa flexível e possui 210 graus de liberdade. A comparação dos resultados obtidos na identificação modal experimental e nas análises do modelo comprovou que as hipóteses adotadas na modelagem são aceitáveis, reforçando a utilização dos modelos multicorpos na análise dinâmica do veículo guiado. A variação da velocidade de tráfego do veículo, sobre diferentes comprimentos de irregularidade da via, proporcionou os resultados para confecção dos mapas de resposta dinâmica. Esses mapas foram traçados para o ângulo rolagem, alívio das forças no contato roda-trilho e razão L/V no rodeiro de ataque, e identificaram as regiões mais sensíveis para a rolagem harmônica. A rolagem e torção da caixa foram identificados como os movimentos principais do veículo, quando em tráfego em via com desnivelamento transversal periódico. O conjunto de prato e pião gasto aumentou a faixa de velocidade indicada como crítica para a rolagem, piorando os resultados para velocidades mais baixas. O aumento do amortecimento da suspensão primária, por meio da inclinação do lenoir link, diminuiu os valores de rolagem e do alívio em comparação ao caso nominal. A utilização do ampara-balaço de contato constante propiciou a diminuição do ângulo de rolagem, alívio das forças e da razão L/V do rodeiro na região de ressonância. O aumento do amortecimento deste vínculo, devido à mola elastomérica, proporcionou resultados ainda melhores e indicou que a alteração das características da suspensão secundária pode reduzir a amplitude do movimento de rolagem harmônica. A metodologia de análise do comportamento dinâmico proposta, através dos mapas de resposta, pode auxiliar na determinação das faixas críticas de velocidade de um vagão ferroviário de carga, no tráfego em vias cujas características típicas das irregularidades são conhecidas. Empresas do setor ferroviário podem aplicar este método no projeto de novos vagões, bem como no estudo da velocidade crítica de determinada frota já em operação. / This study uses the multibody system modeling techniques to analyze the dynamic behavior of a railway freight wagon, traveling over tangent track with periodic cross level defect. The study shows the modeling of the main links of the system, as the center plate contact, helical springs and dry friction damper. The suggested modeling of the center plate contact is based on an elastic foundation model, and uses the geometric characteristic of these bodies. The dynamic friction model developed is bidirectional, being used in the dissipative suspension elements. The stiffness matrix of the helical springs is obtained using the Frenet-Serret trihedral and the Second Castigliano Theorem. The mathematical model, developed with the software ADAMS/Rail, is composed of 90 rigid bodies and a flexible car body and has 210 degrees of freedom. A comparison of results obtained in experimental modal identification and analysis of the mathematical model showed that the assumptions made in modeling are acceptable, reinforcing the use of multibody models in dynamic analysis of rail vehicles. The traffic speed variation on different lengths of track irregularity provided the results to make the dynamic response maps. These maps were drawn to roll angle, vertical force in the wheel-rail contact and wheelset L/V and identified the most sensitive regions to harmonic roll. The roll and torsion of the car body were identified as the main movements of the vehicle, when traveling over tangent track with periodic cross level defect. The use of worn center plate increased the critical speed range to the roll motion and decreases the performance for slower speeds. The increase in the damping of the primary suspension, through the lenoir link inclination, decreased the rolling angle and wheel lift in comparison to the nominal case. The use of constant contact side bearer reduced the roll angle and wheelset L/V ratio and increased the vertical load on wheels in the resonance region. The use of elastomeric side bearer provided even better results indicating that changes of the secondary suspension characteristics can minimize the movement of harmonic roll. The methodology for analyzing the dynamic behavior, through the proposed response maps, can assist in determining the critical speed ranges of a railway freight wagon running over a track whose typical irregularities characteristics are known. Companies in the rail industry can apply this method in the design of new cars, and study the critical velocity of a given railway fleet already in operation.

Este trabalho utiliza a técnica de modelagem de sistemas multicorpos para analisar o comportamento dinâmico de um vagão ferroviário de carga, trafegando sobre via tangente com desnivelamento transversal periódico. O estudo exibe a modelagem dos principais vínculos deste sistema, como o contato entre o prato e o pião, molas helicoidais e sistema de amortecimento de atrito seco da suspensão primária. A modelagem do contato entre o prato e o pião sugerida, é baseada em um modelo de elastic foundation, e utiliza a característica geométrica dos corpos em contato. O modelo dinâmico de atrito desenvolvido possui atuação bidirecional, sendo utilizado nos elementos dissipativos da suspensão. A matriz de rigidez das molas helicoidais da suspensão primária é obtida utilizando o Triedro de Frenet-Serret e o Segundo Teorema de Castigliano. O modelo matemático, confeccionado com a ferramenta de modelagem ADAMS/Rail, é composto por 90 corpos rígidos e uma caixa flexível e possui 210 graus de liberdade. A comparação dos resultados obtidos na identificação modal experimental e nas análises do modelo comprovou que as hipóteses adotadas na modelagem são aceitáveis, reforçando a utilização dos modelos multicorpos na análise dinâmica do veículo guiado. A variação da velocidade de tráfego do veículo, sobre diferentes comprimentos de irregularidade da via, proporcionou os resultados para confecção dos mapas de resposta dinâmica. Esses mapas foram traçados para o ângulo rolagem, alívio das forças no contato roda-trilho e razão L/V no rodeiro de ataque, e identificaram as regiões mais sensíveis para a rolagem harmônica. A rolagem e torção da caixa foram identificados como os movimentos principais do veículo, quando em tráfego em via com desnivelamento transversal periódico. O conjunto de prato e pião gasto aumentou a faixa de velocidade indicada como crítica para a rolagem, piorando os resultados para velocidades mais baixas. O aumento do amortecimento da suspensão primária, por meio da inclinação do lenoir link, diminuiu os valores de rolagem e do alívio em comparação ao caso nominal. A utilização do ampara-balaço de contato constante propiciou a diminuição do ângulo de rolagem, alívio das forças e da razão L/V do rodeiro na região de ressonância. O aumento do amortecimento deste vínculo, devido à mola elastomérica, proporcionou resultados ainda melhores e indicou que a alteração das características da suspensão secundária pode reduzir a amplitude do movimento de rolagem harmônica. A metodologia de análise do comportamento dinâmico proposta, através dos mapas de resposta, pode auxiliar na determinação das faixas críticas de velocidade de um vagão ferroviário de carga, no tráfego em vias cujas características típicas das irregularidades são conhecidas. Empresas do setor ferroviário podem aplicar este método no projeto de novos vagões, bem como no estudo da velocidade crítica de determinada frota já em operação. / This study uses the multibody system modeling techniques to analyze the dynamic behavior of a railway freight wagon, traveling over tangent track with periodic cross level defect. The study shows the modeling of the main links of the system, as the center plate contact, helical springs and dry friction damper. The suggested modeling of the center plate contact is based on an elastic foundation model, and uses the geometric characteristic of these bodies. The dynamic friction model developed is bidirectional, being used in the dissipative suspension elements. The stiffness matrix of the helical springs is obtained using the Frenet-Serret trihedral and the Second Castigliano Theorem. The mathematical model, developed with the software ADAMS/Rail, is composed of 90 rigid bodies and a flexible car body and has 210 degrees of freedom. A comparison of results obtained in experimental modal identification and analysis of the mathematical model showed that the assumptions made in modeling are acceptable, reinforcing the use of multibody models in dynamic analysis of rail vehicles. The traffic speed variation on different lengths of track irregularity provided the results to make the dynamic response maps. These maps were drawn to roll angle, vertical force in the wheel-rail contact and wheelset L/V and identified the most sensitive regions to harmonic roll. The roll and torsion of the car body were identified as the main movements of the vehicle, when traveling over tangent track with periodic cross level defect. The use of worn center plate increased the critical speed range to the roll motion and decreases the performance for slower speeds. The increase in the damping of the primary suspension, through the lenoir link inclination, decreased the rolling angle and wheel lift in comparison to the nominal case. The use of constant contact side bearer reduced the roll angle and wheelset L/V ratio and increased the vertical load on wheels in the resonance region. The use of elastomeric side bearer provided even better results indicating that changes of the secondary suspension characteristics can minimize the movement of harmonic roll. The methodology for analyzing the dynamic behavior, through the proposed response maps, can assist in determining the critical speed ranges of a railway freight wagon running over a track whose typical irregularities characteristics are known. Companies in the rail industry can apply this method in the design of new cars, and study the critical velocity of a given railway fleet already in operation.

As futuras utilizações de sistemas de controle em automóveis seguirão a tendência de integração, através do desenvolvimento de sistemas de controle integrados capazes de coordenar as ações dos vários subsistemas que compõem o veículo. Esta coordenação e integração requerem que as integrações entre os subsistemas sejam levadas em conta já nos primeiros estágios de projeto, levando ao desenvolvimento de modelos completos de veículos. Neste sentido, o comportamento dinâmico de um veículo de quatro rodas é analisado através de técnicas de modelagem de sistemas multicorpos utilizando-se o programa ADAMS. Posteriormente, são gerados modelos lineares obtidos através do Jacobiano das equações do modelo original, resultando em uma gama de equações na forma de espaço de estados. O modelo linearizado é então submetido a vários tipos de simulações e os resultados são comparados às respostas do modelo não linear de modo a validar as aproximações lineares em diferentes condições de operação do veículo. São também desenvolvidos dois sistemas de controle de suspensão baseados em técnicas de controle ótimo como duas diferentes abordagens: um controlador skyhook que foi implementado no modelo não linear desenvolvido no ADAMS e um controle de suspensão baseado em um controlador RLQ (Regulador Linear Quadrático), com realimentação de saída que utiliza os modelos linearizados na forma de espaço de estados, sendo este último implementado através da co-simulação ADAMS/Matlab. O sistema de controle de suspensão desenvolvido é um primeiro passo na tentativa de projeto de um sistema de controle integrado do movimento. / Future applications of control in automotive vehicles will follow a trend towards system integration, leading ultimately to the development of integrated vehicle control systems capable of coordinating the action of the various subsystems. The coordination and integration of automotive vehicle subsystems require the interaction amongst the various subsystems to be taken into consideration at the control design stages, resulting in full vehicle models. Therefore, a nonlinear 10 degree of freedom model is obtained through MBS modelling techniques present in ADAMS package software. Then, a linear model is obtained by linearization of the system equations through the Jacobian facility also present in ADAMS. The resulting linearised models are simulated and their response are compared to the previous non-linear one in order to validate the linear approximations. This work also presents two distincts suspension control systems based in optimal control theory: a skyhook controler designed at ADAMS (with the non-linear vehicle model) and a LQR (Linear Quadratic Regulator) with output feedback based on the state space linear vehicle model. This last one was designed through ADAMS/Matlab co-simulation facilities. This designed suspension control is a first attempt to future developments of integrated vehicle control.

A utilização de sistemas de controle para estabilidade de conjuntos de barras para pulverizadores agrícolas é uma tendência devida principalmente aos problemas ambientais e de custo. Neste trabalho, o comportamento dinâmico de um pulverizador de arrasto é analisado através de um modelo não linear, obtido através de técnicas de modelagem de sistemas multicorpos utilizando-se o programa ADAMS. Foram utilizadas duas estratégias de controle PID e \"fuzzy\" a partir de medidas obtidas com fusão de sensores. A estratégia de controle clássica PID foi desenvolvida e implementada no modelo não linear no ADAMS através de ferramentas internas existentes no programa. Já a estratégia \"fuzzy\" foi desenvolvida e implementada no modelo não linear no ADAMS através da técnica de co-simulação ADAMS/Matlab. O comportamento dos sistemas de controle foi investigado através de simulação computacional. Foram testados alguns tipos de entradas (entrada degrau, entrada harmônica, entrada randômica e entrada randômica com descontinuidades bruscas). Em todas as simulações os resultados obtidos com os sistemas de controles ativos mostraram melhor estabilidade do conjunto de barras. Entre as leis de controle implementadas (PID e \"fuzzy\") não houve grandes diferenças entre as oscilações da barra exceto na entrada do tipo randômica com descontinuidades bruscas. Neste caso a lei de controle \"fuzzy\" apresentou uma grande melhoria com boa atenuação das oscilações do conjunto de barras quando comparadas com a aplicação do sistema de controle PID. / The use of active control systems for stability of booms in agricultural sprayers trend is mainly due to the environmental and costs question. In this work, the dynamic behavior of a trailed sprayer is analyzed using a nonlinear model, obtained through techniques of modeling multibody systems using the ADAMS. It is used two active control strategies, PID classical control and fuzzy, with measured data from sensor fusion. The classical PID control strategy was developed and implemented in a nonlinear model on ADAMS software using existing tools built into the program. Fuzzy was another strategy developed and implemented in the nonlinear model on ADAMS software using a technique of co-simulation ADAMS/Matlab. The behavior of control systems was investigated through computer simulation. It was tested some types of inputs (step input, harmonic input, random input and random input with abrupt discontinuities). All simulations data obtained from the applications of active systems showed better stability for boom assembly. Among the implemented two active control laws (PID and \"fuzzy\") there were no significant differences between the oscillations attenuation of the boom, except with the random input with abrupt discontinuities. wherein this case the application of the active control \"fuzzy\" strategy developed better stability on boom than the application of PID control.

A utilização de sistemas de controle para estabilidade de conjuntos de barras para pulverizadores agrícolas é uma tendência devida principalmente aos problemas ambientais e de custo. Neste trabalho, o comportamento dinâmico de um pulverizador de arrasto é analisado através de um modelo não linear, obtido através de técnicas de modelagem de sistemas multicorpos utilizando-se o programa ADAMS. Foram utilizadas duas estratégias de controle PID e \"fuzzy\" a partir de medidas obtidas com fusão de sensores. A estratégia de controle clássica PID foi desenvolvida e implementada no modelo não linear no ADAMS através de ferramentas internas existentes no programa. Já a estratégia \"fuzzy\" foi desenvolvida e implementada no modelo não linear no ADAMS através da técnica de co-simulação ADAMS/Matlab. O comportamento dos sistemas de controle foi investigado através de simulação computacional. Foram testados alguns tipos de entradas (entrada degrau, entrada harmônica, entrada randômica e entrada randômica com descontinuidades bruscas). Em todas as simulações os resultados obtidos com os sistemas de controles ativos mostraram melhor estabilidade do conjunto de barras. Entre as leis de controle implementadas (PID e \"fuzzy\") não houve grandes diferenças entre as oscilações da barra exceto na entrada do tipo randômica com descontinuidades bruscas. Neste caso a lei de controle \"fuzzy\" apresentou uma grande melhoria com boa atenuação das oscilações do conjunto de barras quando comparadas com a aplicação do sistema de controle PID. / The use of active control systems for stability of booms in agricultural sprayers trend is mainly due to the environmental and costs question. In this work, the dynamic behavior of a trailed sprayer is analyzed using a nonlinear model, obtained through techniques of modeling multibody systems using the ADAMS. It is used two active control strategies, PID classical control and fuzzy, with measured data from sensor fusion. The classical PID control strategy was developed and implemented in a nonlinear model on ADAMS software using existing tools built into the program. Fuzzy was another strategy developed and implemented in the nonlinear model on ADAMS software using a technique of co-simulation ADAMS/Matlab. The behavior of control systems was investigated through computer simulation. It was tested some types of inputs (step input, harmonic input, random input and random input with abrupt discontinuities). All simulations data obtained from the applications of active systems showed better stability for boom assembly. Among the implemented two active control laws (PID and \"fuzzy\") there were no significant differences between the oscillations attenuation of the boom, except with the random input with abrupt discontinuities. wherein this case the application of the active control \"fuzzy\" strategy developed better stability on boom than the application of PID control.

As futuras utilizações de sistemas de controle em automóveis seguirão a tendência de integração, através do desenvolvimento de sistemas de controle integrados capazes de coordenar as ações dos vários subsistemas que compõem o veículo. Esta coordenação e integração requerem que as integrações entre os subsistemas sejam levadas em conta já nos primeiros estágios de projeto, levando ao desenvolvimento de modelos completos de veículos. Neste sentido, o comportamento dinâmico de um veículo de quatro rodas é analisado através de técnicas de modelagem de sistemas multicorpos utilizando-se o programa ADAMS. Posteriormente, são gerados modelos lineares obtidos através do Jacobiano das equações do modelo original, resultando em uma gama de equações na forma de espaço de estados. O modelo linearizado é então submetido a vários tipos de simulações e os resultados são comparados às respostas do modelo não linear de modo a validar as aproximações lineares em diferentes condições de operação do veículo. São também desenvolvidos dois sistemas de controle de suspensão baseados em técnicas de controle ótimo como duas diferentes abordagens: um controlador skyhook que foi implementado no modelo não linear desenvolvido no ADAMS e um controle de suspensão baseado em um controlador RLQ (Regulador Linear Quadrático), com realimentação de saída que utiliza os modelos linearizados na forma de espaço de estados, sendo este último implementado através da co-simulação ADAMS/Matlab. O sistema de controle de suspensão desenvolvido é um primeiro passo na tentativa de projeto de um sistema de controle integrado do movimento. / Future applications of control in automotive vehicles will follow a trend towards system integration, leading ultimately to the development of integrated vehicle control systems capable of coordinating the action of the various subsystems. The coordination and integration of automotive vehicle subsystems require the interaction amongst the various subsystems to be taken into consideration at the control design stages, resulting in full vehicle models. Therefore, a nonlinear 10 degree of freedom model is obtained through MBS modelling techniques present in ADAMS package software. Then, a linear model is obtained by linearization of the system equations through the Jacobian facility also present in ADAMS. The resulting linearised models are simulated and their response are compared to the previous non-linear one in order to validate the linear approximations. This work also presents two distincts suspension control systems based in optimal control theory: a skyhook controler designed at ADAMS (with the non-linear vehicle model) and a LQR (Linear Quadratic Regulator) with output feedback based on the state space linear vehicle model. This last one was designed through ADAMS/Matlab co-simulation facilities. This designed suspension control is a first attempt to future developments of integrated vehicle control.