Estudo sobre a dinâmica lateral de veículos de passeio das classes SUV e Sedan

Abstract

Esse trabalho apresenta um estudo sobre a dinâmica lateral de veículos automotivos. Quando submetidos a grandes ângulos de esterçamento e altas velocidades, os automóveis podem se aproximar de uma condição de capotamento. Foram reconstruídos dois modelos matemáticos, disponíveis na literatura, que buscam avaliar a dinâmica lateral de automóveis. As modelagens contam com três graus de liberdade, sendo esses, a guinada da carroceria, o rolamento da carroceria e o deslocamento lateral do veículo. O primeiro modelo utiliza uma abordagem linear para os pneus do veículo, enquanto o segundo modelo usa um conceito não linear. Inicialmente, o estudo busca demonstrar a diferença entre as duas abordagens de pneus. Posteriormente, utilizando o modelo de três graus de liberdade com formulação não linear de pneus, foram realizados três estudos: a análise da capacidade do modelo em representar o comportamento dinâmico de um veículo, comparando-se os resultados simulados com dados experimentais contidos na literatura; a análise do impacto da altura do centro de gravidade do veículo em sua dinâmica lateral; e a comparação entre o comportamento de duas classes de veículos (i.e. Sport Utility Vehicle (SUV) e Sedan) mantidas na mesma manobra e velocidade. Os resultados demonstraram que o modelo de três graus de liberdade com abordagem linear de pneus não consegue prever bem o comportamento da dinâmica lateral de um automóvel, para grandes ângulos de esterçamento. O sistema de três graus de liberdade com formulação não linear de pneus conseguiu representar de forma satisfatória as tendências observadas em testes experimentais. Ao variar a altura do centro de gravidade do automóvel foi notado que a estabilidade do veículo em curva é alterada drasticamente. Por fim, a comparação entre as duas classes de automóveis, submetidas às mesmas condições dinâmicas, demonstrou que o SUV é consideravelmente mais instável do que o Sedan.

In this work will be presented an automotive vehicle dynamics study. When automotive vehicles experience large steer angles and high velocities, they could approach a rollover condition. Two mathematical models available in the literature will be presented in this work, these models try to evaluate the vehicle lateral dynamics. The modeling utilizes three degrees of freedom represented by the yaw, roll and lateral motions. The first model introduces a linear tire dynamics approach, while the second modeling uses a non-linear formulation. Initially, the study seeks to demonstrate the difference between both tire models. Posteriorly, three studies were performed using the non-linear model with three degrees of freedom: the analysis of the model capability to represent the vehicle dynamics behavior, comparing the simulated results with experimental data available in the literature; the impact analysis of the vehicle center of gravity height; and the comparison of the behavior of two classes of vehicles (i.e. Sport Utility Vehicle (SUV) and Sedan) held at the same maneuver and velocity. The results demonstrate that the model with three degrees of freedom and linear tire formulation cannot predict well the lateral dynamics behavior of an automobile, with large steer wheel angles. The system with three degrees of freedom and nonlinear tire approach was able to represent the vehicle tendencies observed in practical experiments. When the automobile center of gravity was modified it was noticed that the vehicle stability was changed dramatically. Lastly, the comparison between two classes of automobile, upon the same dynamic conditions, demonstrates that the SUV is considerably more instable than the Sedan class.