Simulação de ângulos de deriva e dinâmica veicular lateral utilizando modelo de quatro rodas com restrições geométricas e cinemáticas

Abstract

Em dinâmica veicular simular ou estimar forças nos pneus, além do comportamento do veículo, são temas chave para o estudo de dinâmica lateral e para o desenvolvimento de software avançado para auxílio ao condutor. Neste trabalho é desenvolvido um método de estimar as características em curvas de um veículo usando modelagem quase estática. A base dessa modelagem é o trabalho apresentado por Vieira et al. (2012), em que é apresentado um novo modelo de veículo em curva, que relaciona a geometria e a cinemática para desenvolver restrições matemáticas entre os ângulos de deriva nos pneus, sendo então possível analisar um veículo com menos graus de liberdade. Este trabalho relaciona o ângulo que o motorista impõe às rodas e os ângulos de deriva de dois pneus para então calcular os ângulos de deriva dos demais pneus. Como a obtenção de valores para os ângulos de deriva em tempo real é difícil e custosa, é necessário aplicar modelos de pneus com o intuito de fornecer ao modelo de Vieira et al. (2012) as variáveis referidas. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de dois modelos de pneus, um linear e outro não linear, ambos baseados em curvas dos trabalhos Bakker et al. (1987) e Pacejka (2005). Como a variável de saída dos modelos de pneus são as derivas, os parâmetros de entrada devem ser as forças normais e laterais nos pneus. Calculando as forças de inércia em um veículo em curva, é possível estimar as forças laterais nos pneus, além das forças normais ao aplicar um modelo de transferência de carga lateral. A aplicação do método desenvolvido se deu através de comparação com outros trabalhos semelhantes, utilizando o mesmo veículo como base e verificando as diferenças nos resultados. Complementando, também foram analisados dois comportamentos distintos de veículos, o subesterçante e o sobre-esterçante, verificando a diferença entre os raios de curva real e o desejado pelo motorista. Com essa análise, o método desenvolvido pode ser utilizado em sistemas de auxílio do condutor e em simulações em tempo real.<br>

Abstract : Simulating or estimating tire forces and vehicle behavior are key points to lateral dynamics and driver assistance software. This work presents a method to estimate the cornering characteristics of a vehicle using the Vieira et al. (2012), a quasi-static mathematical model that consists of a constraint between the slip angles and steering angle when the vehicle makes a turn, comparing the desired and the actual turning radius. This model is based on a four-wheel vehicle model, although, has the same degrees of freedom as the single-track model (bicycle model). Herein is applied the Vieira et al. (2012) model, relating the steering angle and the sideslip angle of two tires to calculate the sideslip angles for the remaining tires. As the measurement of sideslip angle is complicated and costly, this work applies two tire models, a linear and a non-linear models, based on the data available in Bakker et al. (1987) and Pacejka (2005). Defining the sideslip angle as the output parameter, the models require the normal and lateral forces on the tire as inputs. Integrating a simple load transfer model to determine the normal forces on a tire and a method to calculate the lateral forces on the tires, this allows estimating the vehicle behavior and the actual radius of the turn, relying on smaller amount of degrees of freedom. Two distinct vehicle behaviors were simulated, understeering and oversteering, presenting the difference between the actual and desired radii. The results are also compared to published papers on the subject. Considering this, the presented process can be very useful for driver assistance software or real time simulations.