Este trabalho desenvolve um estudo sobre a influência da rigidez da barra estabilizadora no ângulo de rolagem de uma suspensão dianteira de ônibus. A suspensão usada para este estudo faz parte de um veículo especial low entry, que é caracterizado por possuir um chassi rebaixado, permitindo aos usuários um acesso rápido e prático, sem necessidade do uso de escadas para ingressar no veículo. Atualmente não existem dados específicos na literatura sobre a influência da rigidez da barra estabilizadora no ângulo de rolagem da suspensão e tampouco informações sobre veículos low entry, que podem ser considerados, de certa forma, uma novidade. Deste modo, para alcançar o objetivo principal deste trabalho que é avaliar a influência da barra estabilizadora no ângulo de rolagem de veículos comerciais gerando uma relação entre a rigidez da barra e o ângulo de rolagem, é construído um modelo analítico e um numérico da suspensão, com e sem barra estabilizadora, verificando seu comportamento em ambos os casos. No modelo analítico foram usadas equações clássicas da literatura, sendo que estas não consideram todas as características da suspensão. Quanto ao modelo numérico, este é construído empregando o software ADAMS, no qual é possível detalhar com precisão todas as características da suspensão. Preliminarmente é obtido o valor do ângulo de rolagem da suspensão sem o uso da barra estabilizadora, sendo, então, realizado o mesmo cálculo contemplando o uso da barra e sua rigidez obtendo-se um novo valor para o ângulo de rolagem. Deste modo, é construído um gráfico do ângulo de rolagem da suspensão pela rigidez da barra estabilizadora, tanto para o modelo analítico quanto para o modelo numérico. Como resultado para o uso da barra estabilizadora, é obtida uma redução no ângulo de rolagem de aproximadamente 50%, tanto para o modelo analítico quanto para o modelo numérico, caracterizando uma influência muito grande da barra estabilizadora. O ângulo de rolagem no modelo numérico foi muito inferior ao do modelo analítico, devido ao primeiro conseguir reproduzir os elementos enrijecedores da suspensão que não são levados em consideração no modelo analítico. / This paper develops a study about the influence of the anti roll bar stiffness in the roll angle of a bus front suspension. The suspension used for this study is part of a special low entry vehicle, which is characterized by a lowered chassis, allowing users to get a quick and practical access, without requiring the use of stairs to enter the vehicle. Currently there are no specific data in the literature about the influence of the anti roll bar stiffness in the suspension roll angle and few information about low entry vehicles ass well, which may be considered somehow one innovation. Thus, to achieve the main objective of this work which is to evaluate the influence of the anti roll bar in the roll angle of the commercial vehicles generating a relationship between the anti roll bar stiffness and the roll angle, analytical and numerical models of the suspension were developed, with and without anti roll bar, checking their behavior in both cases. In the analytical model there were used classical equations of the literature, which do not consider all the suspension characteristics. The numerical model is constructed using the ADAMS software, which can accurately describe all the suspension characteristics. At first, it was obtained the value of suspension roll angle without using anti roll bar, then, performed the same calculation including the use of anti roll bar, resulting in a new roll angle value. After that, it was built a graphic of the suspension roll angle by anti roll bar stiffness for both analytical and numerical models. As a result, with the use of the anti roll bar, it was obtained a reduction in the roll angle of nearly 50% for both the analytical model and for the numerical model, representing a big influence in the anti roll bar. The roll angle of the numerical model was lower than the analytical model, due to the capacity of the first to reproduce the suspension stiffing elements that are not considered in the analytical model.

Este trabalho desenvolve um estudo sobre a influência da rigidez da barra estabilizadora no ângulo de rolagem de uma suspensão dianteira de ônibus. A suspensão usada para este estudo faz parte de um veículo especial low entry, que é caracterizado por possuir um chassi rebaixado, permitindo aos usuários um acesso rápido e prático, sem necessidade do uso de escadas para ingressar no veículo. Atualmente não existem dados específicos na literatura sobre a influência da rigidez da barra estabilizadora no ângulo de rolagem da suspensão e tampouco informações sobre veículos low entry, que podem ser considerados, de certa forma, uma novidade. Deste modo, para alcançar o objetivo principal deste trabalho que é avaliar a influência da barra estabilizadora no ângulo de rolagem de veículos comerciais gerando uma relação entre a rigidez da barra e o ângulo de rolagem, é construído um modelo analítico e um numérico da suspensão, com e sem barra estabilizadora, verificando seu comportamento em ambos os casos. No modelo analítico foram usadas equações clássicas da literatura, sendo que estas não consideram todas as características da suspensão. Quanto ao modelo numérico, este é construído empregando o software ADAMS, no qual é possível detalhar com precisão todas as características da suspensão. Preliminarmente é obtido o valor do ângulo de rolagem da suspensão sem o uso da barra estabilizadora, sendo, então, realizado o mesmo cálculo contemplando o uso da barra e sua rigidez obtendo-se um novo valor para o ângulo de rolagem. Deste modo, é construído um gráfico do ângulo de rolagem da suspensão pela rigidez da barra estabilizadora, tanto para o modelo analítico quanto para o modelo numérico. Como resultado para o uso da barra estabilizadora, é obtida uma redução no ângulo de rolagem de aproximadamente 50%, tanto para o modelo analítico quanto para o modelo numérico, caracterizando uma influência muito grande da barra estabilizadora. O ângulo de rolagem no modelo numérico foi muito inferior ao do modelo analítico, devido ao primeiro conseguir reproduzir os elementos enrijecedores da suspensão que não são levados em consideração no modelo analítico. / This paper develops a study about the influence of the anti roll bar stiffness in the roll angle of a bus front suspension. The suspension used for this study is part of a special low entry vehicle, which is characterized by a lowered chassis, allowing users to get a quick and practical access, without requiring the use of stairs to enter the vehicle. Currently there are no specific data in the literature about the influence of the anti roll bar stiffness in the suspension roll angle and few information about low entry vehicles ass well, which may be considered somehow one innovation. Thus, to achieve the main objective of this work which is to evaluate the influence of the anti roll bar in the roll angle of the commercial vehicles generating a relationship between the anti roll bar stiffness and the roll angle, analytical and numerical models of the suspension were developed, with and without anti roll bar, checking their behavior in both cases. In the analytical model there were used classical equations of the literature, which do not consider all the suspension characteristics. The numerical model is constructed using the ADAMS software, which can accurately describe all the suspension characteristics. At first, it was obtained the value of suspension roll angle without using anti roll bar, then, performed the same calculation including the use of anti roll bar, resulting in a new roll angle value. After that, it was built a graphic of the suspension roll angle by anti roll bar stiffness for both analytical and numerical models. As a result, with the use of the anti roll bar, it was obtained a reduction in the roll angle of nearly 50% for both the analytical model and for the numerical model, representing a big influence in the anti roll bar. The roll angle of the numerical model was lower than the analytical model, due to the capacity of the first to reproduce the suspension stiffing elements that are not considered in the analytical model.

Este trabalho desenvolve um estudo sobre a influência da rigidez da barra estabilizadora no ângulo de rolagem de uma suspensão dianteira de ônibus. A suspensão usada para este estudo faz parte de um veículo especial low entry, que é caracterizado por possuir um chassi rebaixado, permitindo aos usuários um acesso rápido e prático, sem necessidade do uso de escadas para ingressar no veículo. Atualmente não existem dados específicos na literatura sobre a influência da rigidez da barra estabilizadora no ângulo de rolagem da suspensão e tampouco informações sobre veículos low entry, que podem ser considerados, de certa forma, uma novidade. Deste modo, para alcançar o objetivo principal deste trabalho que é avaliar a influência da barra estabilizadora no ângulo de rolagem de veículos comerciais gerando uma relação entre a rigidez da barra e o ângulo de rolagem, é construído um modelo analítico e um numérico da suspensão, com e sem barra estabilizadora, verificando seu comportamento em ambos os casos. No modelo analítico foram usadas equações clássicas da literatura, sendo que estas não consideram todas as características da suspensão. Quanto ao modelo numérico, este é construído empregando o software ADAMS, no qual é possível detalhar com precisão todas as características da suspensão. Preliminarmente é obtido o valor do ângulo de rolagem da suspensão sem o uso da barra estabilizadora, sendo, então, realizado o mesmo cálculo contemplando o uso da barra e sua rigidez obtendo-se um novo valor para o ângulo de rolagem. Deste modo, é construído um gráfico do ângulo de rolagem da suspensão pela rigidez da barra estabilizadora, tanto para o modelo analítico quanto para o modelo numérico. Como resultado para o uso da barra estabilizadora, é obtida uma redução no ângulo de rolagem de aproximadamente 50%, tanto para o modelo analítico quanto para o modelo numérico, caracterizando uma influência muito grande da barra estabilizadora. O ângulo de rolagem no modelo numérico foi muito inferior ao do modelo analítico, devido ao primeiro conseguir reproduzir os elementos enrijecedores da suspensão que não são levados em consideração no modelo analítico. / This paper develops a study about the influence of the anti roll bar stiffness in the roll angle of a bus front suspension. The suspension used for this study is part of a special low entry vehicle, which is characterized by a lowered chassis, allowing users to get a quick and practical access, without requiring the use of stairs to enter the vehicle. Currently there are no specific data in the literature about the influence of the anti roll bar stiffness in the suspension roll angle and few information about low entry vehicles ass well, which may be considered somehow one innovation. Thus, to achieve the main objective of this work which is to evaluate the influence of the anti roll bar in the roll angle of the commercial vehicles generating a relationship between the anti roll bar stiffness and the roll angle, analytical and numerical models of the suspension were developed, with and without anti roll bar, checking their behavior in both cases. In the analytical model there were used classical equations of the literature, which do not consider all the suspension characteristics. The numerical model is constructed using the ADAMS software, which can accurately describe all the suspension characteristics. At first, it was obtained the value of suspension roll angle without using anti roll bar, then, performed the same calculation including the use of anti roll bar, resulting in a new roll angle value. After that, it was built a graphic of the suspension roll angle by anti roll bar stiffness for both analytical and numerical models. As a result, with the use of the anti roll bar, it was obtained a reduction in the roll angle of nearly 50% for both the analytical model and for the numerical model, representing a big influence in the anti roll bar. The roll angle of the numerical model was lower than the analytical model, due to the capacity of the first to reproduce the suspension stiffing elements that are not considered in the analytical model.

O objetivo do trabalho é melhorar o controle do comportamento dinâmico sob excitação vertical de um modelo veicular completo levando em consideração os três movimentos principais, de elevação (heave), balanço (pitch) e de rolagem (roll), em termos de aceleração. Com essa finalidade desenvolve-se a programação necessária para implementação de um modelo de veículo completo de 7 GDL no programa MATLAB® que interage com o sistema de controle ativo desenvolvido em diagrama de blocos no programa Simulink®. Em seguida, o desempenho do modelo é avaliado através de programas desenvolvidos de excitações de estrada com perfil senoidal e randômico. Os resultados obtidos mostram que o movimento da massa suspensa, em termos de aceleração, acima e abaixo do valor da frequência natural da roda pode ser diminuído pela filtragem dos coeficientes de mola e amortecimento através de um laço de controle interno, mais a utilização de amortecimento skyhook das velocidades de elevação, balanço e rolagem com um laço de controle externo. A atenuação das constantes de mola abaixo da frequência do corpo do veículo reduz as perturbações da estrada, mas podem bater nos limitadores do percurso da suspensão. / The aim of this work is to improve the control of the dynamic behavior under vertical excitation of a full vehicular model whilst taking into consideration the three main movements of heave, pitch and roll in terms of acceleration. With this goal in mind, the necessary programming was carried out for the implementation of a full vehicular model of 7 DOF using the software MATLAB® which interacts with the active control system developed via blocks diagram using the software Simulink®. Following on from that, the performance of the model is evaluated by means of programmes developed from road excitations with a sinusoidal and random profile. The results show that the motion of the sprung mass, in terms of acceleration, above and below the natural frequency of the wheel can be reduced by filtering the spring and damping coefficients through an internal control loop, plus the usage of skyhook damping of heave, pitch and roll velocities with an external control loop. The mitigation of the spring constants below the frequency of the body of the vehicle reduces the excitations of the road, but may strike against the path limiters of the suspension.

O objetivo do trabalho é melhorar o controle do comportamento dinâmico sob excitação vertical de um modelo veicular completo levando em consideração os três movimentos principais, de elevação (heave), balanço (pitch) e de rolagem (roll), em termos de aceleração. Com essa finalidade desenvolve-se a programação necessária para implementação de um modelo de veículo completo de 7 GDL no programa MATLAB® que interage com o sistema de controle ativo desenvolvido em diagrama de blocos no programa Simulink®. Em seguida, o desempenho do modelo é avaliado através de programas desenvolvidos de excitações de estrada com perfil senoidal e randômico. Os resultados obtidos mostram que o movimento da massa suspensa, em termos de aceleração, acima e abaixo do valor da frequência natural da roda pode ser diminuído pela filtragem dos coeficientes de mola e amortecimento através de um laço de controle interno, mais a utilização de amortecimento skyhook das velocidades de elevação, balanço e rolagem com um laço de controle externo. A atenuação das constantes de mola abaixo da frequência do corpo do veículo reduz as perturbações da estrada, mas podem bater nos limitadores do percurso da suspensão. / The aim of this work is to improve the control of the dynamic behavior under vertical excitation of a full vehicular model whilst taking into consideration the three main movements of heave, pitch and roll in terms of acceleration. With this goal in mind, the necessary programming was carried out for the implementation of a full vehicular model of 7 DOF using the software MATLAB® which interacts with the active control system developed via blocks diagram using the software Simulink®. Following on from that, the performance of the model is evaluated by means of programmes developed from road excitations with a sinusoidal and random profile. The results show that the motion of the sprung mass, in terms of acceleration, above and below the natural frequency of the wheel can be reduced by filtering the spring and damping coefficients through an internal control loop, plus the usage of skyhook damping of heave, pitch and roll velocities with an external control loop. The mitigation of the spring constants below the frequency of the body of the vehicle reduces the excitations of the road, but may strike against the path limiters of the suspension.

O objetivo do trabalho é melhorar o controle do comportamento dinâmico sob excitação vertical de um modelo veicular completo levando em consideração os três movimentos principais, de elevação (heave), balanço (pitch) e de rolagem (roll), em termos de aceleração. Com essa finalidade desenvolve-se a programação necessária para implementação de um modelo de veículo completo de 7 GDL no programa MATLAB® que interage com o sistema de controle ativo desenvolvido em diagrama de blocos no programa Simulink®. Em seguida, o desempenho do modelo é avaliado através de programas desenvolvidos de excitações de estrada com perfil senoidal e randômico. Os resultados obtidos mostram que o movimento da massa suspensa, em termos de aceleração, acima e abaixo do valor da frequência natural da roda pode ser diminuído pela filtragem dos coeficientes de mola e amortecimento através de um laço de controle interno, mais a utilização de amortecimento skyhook das velocidades de elevação, balanço e rolagem com um laço de controle externo. A atenuação das constantes de mola abaixo da frequência do corpo do veículo reduz as perturbações da estrada, mas podem bater nos limitadores do percurso da suspensão. / The aim of this work is to improve the control of the dynamic behavior under vertical excitation of a full vehicular model whilst taking into consideration the three main movements of heave, pitch and roll in terms of acceleration. With this goal in mind, the necessary programming was carried out for the implementation of a full vehicular model of 7 DOF using the software MATLAB® which interacts with the active control system developed via blocks diagram using the software Simulink®. Following on from that, the performance of the model is evaluated by means of programmes developed from road excitations with a sinusoidal and random profile. The results show that the motion of the sprung mass, in terms of acceleration, above and below the natural frequency of the wheel can be reduced by filtering the spring and damping coefficients through an internal control loop, plus the usage of skyhook damping of heave, pitch and roll velocities with an external control loop. The mitigation of the spring constants below the frequency of the body of the vehicle reduces the excitations of the road, but may strike against the path limiters of the suspension.

O presente trabalho implementa a otimização dos ganhos de um controle ativo com regulador linear quadrático (LQR), em um modelo veicular completo sujeito a um perfil de estrada proposto pela ISO 8608, para atenuação das acelerações RMS transmitidas para a carroceria e o assento do motorista. Dado que o ganho do controle LQR é formulado a partir das matrizes Q e R, o procedimento determina as matrizes ótimas do controle para a minimização das acelerações RMS transmitidas. O modelo é analisado no domínio do tempo por meio da formulação de espaço-estado, e o procedimento de otimização é avaliado pelo método dos algoritmos genéticos. Os parâmetros Q e R, que fornecem o melhor ganho para minimização do problema de otimização, reduzem em até 1000 vezes as acelerações RMS quando comparadas à situação sem atuação do controle. Após otimizar Q e R, são analisadas a influência nos demais graus de liberdade e as forças necessárias para os resultados obtidos. / This work aims to optimize the gains of an active control with linear quadratic regulator (LQR), applied in a full vehicle model subject to a random road surface profile proposed by ISO 8608, for reduction of RMS accelerations transmitted to the driver’s seat and the vehicle body. Since the gain of LQR control is formulated from the matrices Q and R, the procedure determines the optimal control matrices that minimize the RMS accelerations transmitted. The model is analyzed in the time domain through state-space formulation, and the optimization process evaluated by the method of genetic algorithms. The parameters Q and R, which provide the best gain for minimizing the optimization problem, reduce by up to 1000 times the RMS accelerations when compared to the situation without active control. Finally, after optimizing Q e R, are analyzed the influence to the other degrees of freedom and the forces necessary for the results obtained.

O presente trabalho implementa a otimização dos ganhos de um controle ativo com regulador linear quadrático (LQR), em um modelo veicular completo sujeito a um perfil de estrada proposto pela ISO 8608, para atenuação das acelerações RMS transmitidas para a carroceria e o assento do motorista. Dado que o ganho do controle LQR é formulado a partir das matrizes Q e R, o procedimento determina as matrizes ótimas do controle para a minimização das acelerações RMS transmitidas. O modelo é analisado no domínio do tempo por meio da formulação de espaço-estado, e o procedimento de otimização é avaliado pelo método dos algoritmos genéticos. Os parâmetros Q e R, que fornecem o melhor ganho para minimização do problema de otimização, reduzem em até 1000 vezes as acelerações RMS quando comparadas à situação sem atuação do controle. Após otimizar Q e R, são analisadas a influência nos demais graus de liberdade e as forças necessárias para os resultados obtidos. / This work aims to optimize the gains of an active control with linear quadratic regulator (LQR), applied in a full vehicle model subject to a random road surface profile proposed by ISO 8608, for reduction of RMS accelerations transmitted to the driver’s seat and the vehicle body. Since the gain of LQR control is formulated from the matrices Q and R, the procedure determines the optimal control matrices that minimize the RMS accelerations transmitted. The model is analyzed in the time domain through state-space formulation, and the optimization process evaluated by the method of genetic algorithms. The parameters Q and R, which provide the best gain for minimizing the optimization problem, reduce by up to 1000 times the RMS accelerations when compared to the situation without active control. Finally, after optimizing Q e R, are analyzed the influence to the other degrees of freedom and the forces necessary for the results obtained.

O presente trabalho implementa a otimização dos ganhos de um controle ativo com regulador linear quadrático (LQR), em um modelo veicular completo sujeito a um perfil de estrada proposto pela ISO 8608, para atenuação das acelerações RMS transmitidas para a carroceria e o assento do motorista. Dado que o ganho do controle LQR é formulado a partir das matrizes Q e R, o procedimento determina as matrizes ótimas do controle para a minimização das acelerações RMS transmitidas. O modelo é analisado no domínio do tempo por meio da formulação de espaço-estado, e o procedimento de otimização é avaliado pelo método dos algoritmos genéticos. Os parâmetros Q e R, que fornecem o melhor ganho para minimização do problema de otimização, reduzem em até 1000 vezes as acelerações RMS quando comparadas à situação sem atuação do controle. Após otimizar Q e R, são analisadas a influência nos demais graus de liberdade e as forças necessárias para os resultados obtidos. / This work aims to optimize the gains of an active control with linear quadratic regulator (LQR), applied in a full vehicle model subject to a random road surface profile proposed by ISO 8608, for reduction of RMS accelerations transmitted to the driver’s seat and the vehicle body. Since the gain of LQR control is formulated from the matrices Q and R, the procedure determines the optimal control matrices that minimize the RMS accelerations transmitted. The model is analyzed in the time domain through state-space formulation, and the optimization process evaluated by the method of genetic algorithms. The parameters Q and R, which provide the best gain for minimizing the optimization problem, reduce by up to 1000 times the RMS accelerations when compared to the situation without active control. Finally, after optimizing Q e R, are analyzed the influence to the other degrees of freedom and the forces necessary for the results obtained.

O presente trabalho otimizou os parâmetros concentrados do sistema de suspensão de um modelo de veículo completo, representando um automóvel de passeio que trafega a uma velocidade constante por um determinado perfil de pista previsto na norma ISO 8608, 1995, através da utilização de um algoritmo meta-heurístico de otimização multiobjetivo. Duas rotinas numérico-computacionais foram desenvolvidas, visando realizar tal otimização tanto no domínio do tempo quanto no domínio da frequência. A utilização de algoritmos meta-heurísticos vem ganhando espaço na otimização de sistemas mecânicos, proporcionando rapidez e precisão na obtenção de resultados ótimos. Ao se combinar um algoritmo de otimização a um modelo que represente satisfatoriamente um sistema mecânico, obtém-se uma ferramenta indicadora dos parâmetros de máxima eficiência do sistema, que pode ser utilizada em inúmeras aplicações. Pretendeu-se, com a integração de rotinas de análise dinâmica nos domínios do tempo e da frequência ao algoritmo genético de otimização multiobjetivo NSGA-II, desenvolvido por Deb et al., 2002, a obtenção de duas fronteiras ótimas de Pareto. Estas fronteiras consistem no conjunto de soluções não dominadas que minimizam as seguintes funções objetivo: o valor RMS ponderado da aceleração vertical do assento do motorista, o valor RMS da média do fator de amplificação dinâmica das quatro rodas do modelo e o máximo deslocamento relativo entre cada roda e a carroceria. O método proposto por Shinozuka e Jan, 1972, é utilizado para a obtenção do perfil de irregularidades da pista no domínio do tempo a partir das equações de densidade espectral de potência (PSD) que representam as diferentes classes de pavimentos. O método de Newmark, 1959, é utilizado para resolver a equação diferencial de movimento no domínio do tempo e obter a resposta dinâmica do modelo a tais irregularidades. O comportamento dinâmico do modelo de veículo no domínio da frequência foi obtido através da utilização da função de resposta em frequência (FRF) do modelo de veículo analisado. Os resultados demonstraram a capacidade de ambas as rotinas de análise dinâmica desenvolvidas de produzir resultados consistentes com os encontrados na literatura, bem como a capacidade dos algoritmos de otimização implementados de fornecer fronteiras ótimas de Pareto para os problemas propostos. / The proposed work optimized the concentrated parameters of a full-vehicle model’s suspension system, being that model representative of a passenger car which travels at a constant speed on a certain road profile provided by the ISO 8608, 1995, standard, using a multi-objective meta-heuristic optimization algorithm. Two numerical-computational routines were developed, seeking to perform said optimization for both the time and frequency domains. The use of meta-heuristic algorithms has been increasing in mechanical systems optimization, providing speed and accuracy in obtaining an optimal result. Combining an optimization algorithm with a model that satisfactorily represents a mechanical system yields a tool that indicates the system’s maximum efficiency parameters, which can be used in numerous applications. It was intended, with the integration of the dynamic analysis routines to the multi-objective genetic optimization algorithm NSGA-II, developed by Deb et al., 2002, the obtainment of two Pareto-optimal fronts. These fronts consist in the set of non-dominated solutions that minimize the following objective functions: the weighted RMS value of the driver’s seat vertical acceleration, the mean RMS value of the model wheel’s dynamic amplification factor, and the maximum relative displacement between each wheel and the body of the vehicle model. The method proposed by Shinozuka and Jan, 1972, is used to obtain the road irregularity profile in the time domain from the power spectral density (PSD) equations that represent the different pavement classes. The Newmark’s method (1959) is used to solve the differential motion equation in the time domain, in order to obtain the vehicle model’s responses to these irregularities. The dynamic behavior of the vehicle model in the frequency domain was obtained through the use of the frequency response function (FRF) of the analyzed model. The results showed the capacity of both the dynamic analysis routines developed in generating results that are consistent with those found in literature, as well as the capacity of the optimization algorithms implemented in providing Pareto optimal fronts to the proposed problems.