A utilização de sistemas semi-ativos no controle de movimento e vibração vem crescendo muito nos últimos anos, e está se firmando como a opção mais econômica em muitas aplicações. Os sistemas de controle semi-ativos baseados em fluidos magneto-reológicos (MR) já são empregados no controle de vibrações desde máquinas de lavar a grandes pontes suspensas, e até mesmo no controle de vibração de edifícios sujeitos a abalos sísmicos. No controle de movimento, eles têm sido aplicados em aparelhos de fisioterapia, próteses de joelho humano e embreagens. No setor automobilístico, os sistemas semi-ativos são empregados em sistemas de controle da suspensão e sistemas anti-rolagem, e também no controle de sistemas de torque e tração. Visto a crescente importância dos sistemas de controle semi-ativo, este trabalho aborda este assunto dividindo-o em duas partes: a primeira, apresentada no volume 1, trata do projeto de atuadores magneto-reológicos e do seu modelamento dinâmico voltado para projetos de controle; e a segunda parte, apresentada no volume 2, trata de projeto de controladores para sistemas semi-ativos, mais especificamente voltados para o controle de suspensão veicular semi-ativa, buscando a melhoria do desempenho em conforto, segurança e dirigibilidade do veículo. Na primeira parte, a maior contribuição deste trabalho está em preencher uma lacuna na literatura no que diz respeito a uma técnica sistemática de projeto de atuadores magneto-reológicos e da forma mais adequada de sua representação dinâmica para projetos de controle, que é feita a partir de dados experimentais. Na segunda parte deste trabalho buscou-se desenvolver um sistema de controle economicamente viável para veículos utilitários (caminhonetes principalmente). Estes são os veículos que mais carecem de sistemas de suspensão capazes de atender a uma grande variedade de situações (variação de pista, variação de carga), e cujo mercado exige uma relação custo/benefício melhor que aquela dos mercados de carros de luxo, onde estes sistemas são empregados atualmente. Como resultados mais importantes deste trabalho têmse: uma proposição para o uso da lei de controle LQG/LTR em sistemas não estritamente próprios; um modelo de um veículo utilitário completo com sete graus de liberdade e capaz de representar as situações mais importantes do comportamento dinâmico deste tipo de veículo; o desenvolvimento de uma estratégia de controle robusto baseado na técnica LQG/LTR, adequada para trabalhar com atuadores semi-ativos, e que utiliza sensores de custo compatível com a aplicação. O sistema de controle proposto foi capaz de melhorar o desempenho em conforto e segurança, evitando situações de perda de aderência dos pneus e comportamentos dinâmicos indesejáveis destes veículos, que foi verificado experimentalmente e através de simulações em computador. / The application of semi-active systems to motion and vibration control has significantly grown during the last years, and it is becoming an economically viable option for several applications. Semi-active systems based on magneto-rheological (MR) fluids were applied to vibration control ranging from washing machines to suspended bridges, and also in vibration control of buildings under seismic tremors. Regarding the movement control, they have been used in gym apparati, human knee prosthesis and clutches. More specifically in the automotive industry, semi-active systems have been applied in suspension and anti-roll systems, and also in torque and traction control systems. This work treats this subject dividing it into two parts: the first one, presented in volume 1, deals with the design of semi-active actuators based on magneto-rheological fluids and dynamic modeling; and the second one, presented in volume 2, deals with the design of semi-active control for vehicular suspension systems. The control main objective is the performance improvement in comfort, safety and handling features of a vehicle. In the first part, the main contribution of this work is to fulfill a literature gap regarding a systematic procedure for design of magneto-rheological actuators and to find a better representation for the dynamic behavior regarding the control system development, which is done based on experimental data analysis. The second part of this work leaded with the development of a vehicular suspension system for utility vehicles (for SUVs, and mainly for light trucks), which need suspension systems able to face a great number of situations (road variation, load variation, etc.), and which present stability problems due to its high gravity center height. Important results of this work are: the development of a robust control strategy based on LQG/LTR techniques for non-strictly proper systems, the development of a dynamic model for light trucks and SUVs with seven degrees of freedom; the development of a robust control strategy based on the LQG/LTR synthesis, suit to work with semi-active actuators, and using sensors with costs compatible to the application. The proposed control system was able to improve the performance of comfort and safety, avoiding the loss of adherence between tires and the ground and other undesirable dynamic behaviors of these vehicles, that was verified experimentally and through computer simulations.

A presente dissertação visa analisar o desempenho na frenagem de um cavalo mecânico e semi-reboque que utiliza o sistema ABS (Antilock Braking System). Foi desenvolvido um modelo virtual de simulação utilizando a técnica dos sistemas multicorpos (Multibody System) do SimMechanics, um toolbox do Matlab/Simulink. No modelo virtual do veículo combinado foram considerados os parâmetros geométricos e mecânicos dos chassis, das suspensões, dos freios, contato pneu-pavimento e a válvula sensível à carga. São obtidas as forças normais dinâmicas no contato pneu pavimento quando o veículo está desacelerando de 20m/s até a parada completa, estas forças normais dinâmicas são entradas de uma sub-rotina em Simulink onde são calculadas as forças de frenagem, quando os freios tipo S carne são acionados. São realizadas simulações de frenagens em linha reta em pistas de média aderência (0,4) e alta aderência (0,8). As eficiências são obtidas quando o cavalo mecânico utiliza a configuração fixa de ABS tipo 6S/6M e o semi-reboque utiliza diversas configurações de ABS tipos: 2S/1M (e 4,6); 2S/2M (e 4,6); 4S/2M (e4); 4S/2M (e6); 4S/3M (e4); 4S/3M (e6); 4S/4M (e4) e 4S/4M (e6) e 6S/6M. O veículo é simulado também freando sem sistema ABS e a eficiência resultante comparada com as obtidas anteriormente. Os resultados são apresentados em figuras que mostram as forças normais dinâmicas ao pavimento, as aderências utilizadas pelos pneus e as eficiências atingidas pelas diversas configurações de ABS utilizadas no semi-reboque. Conclui-se de forma geral que configurações de ABS com mais sensores e válvulas moduladoras produzem uma eficiência maior e que a utilização de qualquer configuração de ABS como sistema complementar do sistema de freios de serviço, aumenta a eficiência de frenagem que é sempre superior ao do veículo sem sistema ABS. Esses resultados ajudam na preservação da dirigibilidade e estabilidade do veículo combinado, contribuindo assim na prevenção de acidentes de trânsito em situações de emergência. / This dissertation reports on the development of a simulation model for the analysis of the braking performance of tractor-semitrailer vehicles that use the ABS (Antilock Braking System). The model was developed using the virtual simulation technique of multibody systems with SimMechanics, a toolbox of Matlab/Simulink. In this simulation model the mechanical and geometrical parameters of the chassis, suspensions, brakes, adhesion coefficient, and load sensing valve were considered. When the vehicle is decelerating, the normal forces between the tire and road surface are obtained by the virtual model. These forces are the input of a subroutine in which the braking forces are calculated when the S Came brakes are triggered. Simulations of braking on straight line in road were made for average adhesion coefficient (0.4) and high adhesion coefficient (0.8). Efficiencies were obtained when the tractor used fixed ABS configuration of a 6S/6M type, and the semitrailer used the ABS type: 2S/lM (and 4.6); 2S/2M (and 4.6); 4S/2M (e4); 4S/2M (e6); 4S/3M (e4); 4S/3M (e6); 4S/4M (e4) and 4S/4M (e6) and 6S/6M. The results are presented in figures which show, the normal dynamic forces between tire and road, adhesions used by the tires and the efficiencies achieved by different ABS configurations installed in the semi-trailer. It is possible to conclude that in general ABS configurations with more sensors and modulating valves produce higher efficiency and the use of any configuration as a complementary system of the ABS brake system service increases the braking efficiency, which is always higher than that of a vehicle without ABS. The results help preserving the vehicle stability and maneuverability, preventing road accidents in emergency situations.

A utilização de sistemas semi-ativos no controle de movimento e vibração vem crescendo muito nos últimos anos, e está se firmando como a opção mais econômica em muitas aplicações. Os sistemas de controle semi-ativos baseados em fluidos magneto-reológicos (MR) já são empregados no controle de vibrações desde máquinas de lavar a grandes pontes suspensas, e até mesmo no controle de vibração de edifícios sujeitos a abalos sísmicos. No controle de movimento, eles têm sido aplicados em aparelhos de fisioterapia, próteses de joelho humano e embreagens. No setor automobilístico, os sistemas semi-ativos são empregados em sistemas de controle da suspensão e sistemas anti-rolagem, e também no controle de sistemas de torque e tração. Visto a crescente importância dos sistemas de controle semi-ativo, este trabalho aborda este assunto dividindo-o em duas partes: a primeira, apresentada no volume 1, trata do projeto de atuadores magneto-reológicos e do seu modelamento dinâmico voltado para projetos de controle; e a segunda parte, apresentada no volume 2, trata de projeto de controladores para sistemas semi-ativos, mais especificamente voltados para o controle de suspensão veicular semi-ativa, buscando a melhoria do desempenho em conforto, segurança e dirigibilidade do veículo. Na primeira parte, a maior contribuição deste trabalho está em preencher uma lacuna na literatura no que diz respeito a uma técnica sistemática de projeto de atuadores magneto-reológicos e da forma mais adequada de sua representação dinâmica para projetos de controle, que é feita a partir de dados experimentais. Na segunda parte deste trabalho buscou-se desenvolver um sistema de controle economicamente viável para veículos utilitários (caminhonetes principalmente). Estes são os veículos que mais carecem de sistemas de suspensão capazes de atender a uma grande variedade de situações (variação de pista, variação de carga), e cujo mercado exige uma relação custo/benefício melhor que aquela dos mercados de carros de luxo, onde estes sistemas são empregados atualmente. Como resultados mais importantes deste trabalho têmse: uma proposição para o uso da lei de controle LQG/LTR em sistemas não estritamente próprios; um modelo de um veículo utilitário completo com sete graus de liberdade e capaz de representar as situações mais importantes do comportamento dinâmico deste tipo de veículo; o desenvolvimento de uma estratégia de controle robusto baseado na técnica LQG/LTR, adequada para trabalhar com atuadores semi-ativos, e que utiliza sensores de custo compatível com a aplicação. O sistema de controle proposto foi capaz de melhorar o desempenho em conforto e segurança, evitando situações de perda de aderência dos pneus e comportamentos dinâmicos indesejáveis destes veículos, que foi verificado experimentalmente e através de simulações em computador. / The application of semi-active systems to motion and vibration control has significantly grown during the last years, and it is becoming an economically viable option for several applications. Semi-active systems based on magneto-rheological (MR) fluids were applied to vibration control ranging from washing machines to suspended bridges, and also in vibration control of buildings under seismic tremors. Regarding the movement control, they have been used in gym apparati, human knee prosthesis and clutches. More specifically in the automotive industry, semi-active systems have been applied in suspension and anti-roll systems, and also in torque and traction control systems. This work treats this subject dividing it into two parts: the first one, presented in volume 1, deals with the design of semi-active actuators based on magneto-rheological fluids and dynamic modeling; and the second one, presented in volume 2, deals with the design of semi-active control for vehicular suspension systems. The control main objective is the performance improvement in comfort, safety and handling features of a vehicle. In the first part, the main contribution of this work is to fulfill a literature gap regarding a systematic procedure for design of magneto-rheological actuators and to find a better representation for the dynamic behavior regarding the control system development, which is done based on experimental data analysis. The second part of this work leaded with the development of a vehicular suspension system for utility vehicles (for SUVs, and mainly for light trucks), which need suspension systems able to face a great number of situations (road variation, load variation, etc.), and which present stability problems due to its high gravity center height. Important results of this work are: the development of a robust control strategy based on LQG/LTR techniques for non-strictly proper systems, the development of a dynamic model for light trucks and SUVs with seven degrees of freedom; the development of a robust control strategy based on the LQG/LTR synthesis, suit to work with semi-active actuators, and using sensors with costs compatible to the application. The proposed control system was able to improve the performance of comfort and safety, avoiding the loss of adherence between tires and the ground and other undesirable dynamic behaviors of these vehicles, that was verified experimentally and through computer simulations.

A presente dissertação visa analisar o desempenho na frenagem de um cavalo mecânico e semi-reboque que utiliza o sistema ABS (Antilock Braking System). Foi desenvolvido um modelo virtual de simulação utilizando a técnica dos sistemas multicorpos (Multibody System) do SimMechanics, um toolbox do Matlab/Simulink. No modelo virtual do veículo combinado foram considerados os parâmetros geométricos e mecânicos dos chassis, das suspensões, dos freios, contato pneu-pavimento e a válvula sensível à carga. São obtidas as forças normais dinâmicas no contato pneu pavimento quando o veículo está desacelerando de 20m/s até a parada completa, estas forças normais dinâmicas são entradas de uma sub-rotina em Simulink onde são calculadas as forças de frenagem, quando os freios tipo S carne são acionados. São realizadas simulações de frenagens em linha reta em pistas de média aderência (0,4) e alta aderência (0,8). As eficiências são obtidas quando o cavalo mecânico utiliza a configuração fixa de ABS tipo 6S/6M e o semi-reboque utiliza diversas configurações de ABS tipos: 2S/1M (e 4,6); 2S/2M (e 4,6); 4S/2M (e4); 4S/2M (e6); 4S/3M (e4); 4S/3M (e6); 4S/4M (e4) e 4S/4M (e6) e 6S/6M. O veículo é simulado também freando sem sistema ABS e a eficiência resultante comparada com as obtidas anteriormente. Os resultados são apresentados em figuras que mostram as forças normais dinâmicas ao pavimento, as aderências utilizadas pelos pneus e as eficiências atingidas pelas diversas configurações de ABS utilizadas no semi-reboque. Conclui-se de forma geral que configurações de ABS com mais sensores e válvulas moduladoras produzem uma eficiência maior e que a utilização de qualquer configuração de ABS como sistema complementar do sistema de freios de serviço, aumenta a eficiência de frenagem que é sempre superior ao do veículo sem sistema ABS. Esses resultados ajudam na preservação da dirigibilidade e estabilidade do veículo combinado, contribuindo assim na prevenção de acidentes de trânsito em situações de emergência. / This dissertation reports on the development of a simulation model for the analysis of the braking performance of tractor-semitrailer vehicles that use the ABS (Antilock Braking System). The model was developed using the virtual simulation technique of multibody systems with SimMechanics, a toolbox of Matlab/Simulink. In this simulation model the mechanical and geometrical parameters of the chassis, suspensions, brakes, adhesion coefficient, and load sensing valve were considered. When the vehicle is decelerating, the normal forces between the tire and road surface are obtained by the virtual model. These forces are the input of a subroutine in which the braking forces are calculated when the S Came brakes are triggered. Simulations of braking on straight line in road were made for average adhesion coefficient (0.4) and high adhesion coefficient (0.8). Efficiencies were obtained when the tractor used fixed ABS configuration of a 6S/6M type, and the semitrailer used the ABS type: 2S/lM (and 4.6); 2S/2M (and 4.6); 4S/2M (e4); 4S/2M (e6); 4S/3M (e4); 4S/3M (e6); 4S/4M (e4) and 4S/4M (e6) and 6S/6M. The results are presented in figures which show, the normal dynamic forces between tire and road, adhesions used by the tires and the efficiencies achieved by different ABS configurations installed in the semi-trailer. It is possible to conclude that in general ABS configurations with more sensors and modulating valves produce higher efficiency and the use of any configuration as a complementary system of the ABS brake system service increases the braking efficiency, which is always higher than that of a vehicle without ABS. The results help preserving the vehicle stability and maneuverability, preventing road accidents in emergency situations.