[pt] A sub-divisão de um veículo em módulos é muito útil quando
se quer
estudar o comportamento dinâmico de um determinado
subsistema e sua
influência nos demais componentes. Em alguns casos, devido
ao tipo de
tratamento empregado para descrever os elementos, não se
consegue perceber de
que modo as variáveis inerentes a um subsistema interagem
com as demais, e, por
conseguinte, os subsistemas entre si. A abordagem modular
baseada no fluxo de
potência permite uma melhor identificação das relações de
causa e efeito entre
subsistemas, uma vez que se pode definir, de forma clara e
consistente, quem são
as variáveis de entrada e de saída de cada componente ou
módulo, e,
conseqüentemente, seus acoplamentos. Neste tipo de
tratamento, aplicado aos
sistemas mecânicos, uma vez estabelecida a cinemática de um
subsistema, podese
obter as relações entre os esforços que seus componentes
produzem uns sobre
os outros, a partir da caracterização da potência
transmitida através dos seus
diversos elementos. Este trabalho apresenta um procedimento
semi-analítico de
equacionamento modular aplicado à modelagem e integração
dos sistemas de
suspensão e direção de veículos terrestres, no qual as
variáveis de entrada e saída
indicam o fluxo de potência entre os elementos de todo o
sistema. Tal abordagem
tem como base a técnica dos Grafos de Ligação, empregada em
sistemas
multidomínio em geral, e usa alguns conceitos da
metodologia dos
Transformadores Cinemáticos, normalmente aplicada aos
sistemas multicorpos. A
partir da definição da geometria dos mecanismos em questão,
encontram-se as
matrizes que representam os vínculos cinemáticos entre seus
elementos, das quais
o funcionamento dos sistemas integrados pode ser simulado e
analisado, e
informações necessárias aos seus projetos determinadas. As
equações (malhas)
algébricas que existem em mecanismos com estrutura
cinemática fechada são
analiticamente resolvidas, evitando deste modo modelos
matemáticos com
equações diferenciais e algébricas simultâneas. Das
relações cinemáticas, o
modelo dinâmico (matrizes de inércia, rigidez e
amortecimento, etc) é obtido, e
novamente informações essenciais à análise e síntese dos
sistemas podem ser
determinadas. O comportamento no tempo desses modelos pode
ser encontrado
por um método de integração de equações diferenciais
qualquer. Adota-se o
Simulink/MatLab® para representar o modelo assim
desenvolvido em diagrama
de blocos, e conseqüentemente simulá-lo. Através deste
tratamento, cada bloco da
implementaçao em Simulink/MatLab® contém o correspondente
modelo analítico
de um único módulo, cujo estabelecimento depende das
características dinâmicas
do sistema que se deseja analisar. A vantagem de adotar tal
representação,
baseada no fluxo de potência, consiste no fato de que um
módulo pode ser
substituído por outro, descritivo de um elemento ou
subsistema com a mesma
função, porém com configuração física distinta, e,
conseqüentemente, modelo
matemático específico, sem qualquer alteração nos demais
componentes do
sistema. Este procedimento está sendo adotado para
modelagem dos diversos
sistemas veiculares, como os de suspensão, direção,
transmissão e freios, e
também os pneus, inseridos em um chassi, incluindo os graus
de liberdade
desejados do veículo, todos descritos de forma modular semi-
analítica através da
mesma abordagem, empregando a técnica de modelagem mais
apropriada para
representá-los. / [en] The sub-division of a vehicle in modules is very useful
when we want to
study the dynamical behavior of a certain sub-system and
its influence in other
components. In some cases, due to the type of treatment
employed to describe the
dynamic behavior of the elements, we don`t get to notice
the way that inherent
variables in a sub-system interacts with the others, and,
consequently, the subsystems
amongst themselves. The modular approach based on the power
flow
allows a better identification of the causal relationships
among sub-systems, once
it can define, in clear and consistent way, what are the
input and output variables
of each component or module, and, consequently, their
couplings. In this type of
treatment applied to the mechanical systems, once
established the kinematics of a
sub-system, it can be obtained the relationships among the
efforts that their
components produce on the other ones, from the
characterization of the power
transmitted through their several elements. This paper
presents a semi-analytical
procedure of modular modeling applied to the suspension and
steering systems of
a ground vehicle, in which the input and output variables
indicate the power flow
among the elements of the whole system. Such approach has
as base the Bond
Graphs technique, used in multidomain systems in general,
and uses some
concepts of the Kinematic Transformers methodology, usually
applied to the
multibody systems. From the mechanisms geometry, the
matrices that represent
the kinematics links between its elements are found, the
operation of the
integrated systems can be simulated and analyzed, and
information about its
design can be obtained. The algebraic loops (equations)
inherent to mechanisms
with closed kinematic structure are solved analytically,
and there is not a
mathematical model with simultaneous algebraic and
differential equations. From
the kinematic relations, the dynamic model (inertial,
stiffness and damping
matrices) is obtained, and again essential information to
the systems analysis and
synthesis can be determined. The models time behavior can
be found by any
differential equations integration method. The
Simulink/Matlab is adopted to
represent the model developed by block diagrams, and
consequently to simulate it.
Through this treatment, each block in the Simulink/Matlab
implementation
contains the correspondent analytical model of a single
module, whose
establishment depends on the dynamic characteristics of the
system to be
analyzed. The advantage of adopting such representation,
based on the power
flow, consists in the fact that a module can be substituted
for other, descriptive of
an element or sub-system with the same function, however
with different physical
configuration, and, consequently, specific mathematical
model, without any
alteration in the other components of the system. This
procedure is being adopted
for modeling all vehicular systems, like the suspension,
steering, transmission and
brakes systems, and also the tires, inserted in the
chassis, including the desired
degrees of freedom of the vehicle, all described in a semi-
analytical modular way
by the same approach, using the most appropriate modeling
technique to represent
them.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:12403 |
| Date | 27 October 2008 |
| Creators | RICARDO TEIXEIRA DA COSTA NETO |
| Contributors | MAURO SPERANZA NETO, MAURO SPERANZA NETO |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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