Estudo de suspensão com atuador com rigidez variável para ganho de desempenho em veículos no teste normalizado de mudança de faixa dupla

Abstract

Um dos mais famosos testes para avaliar o comportamento de veículos é o teste normalizado de mudança de faixa dupla, que consiste, no veículo, em executar o desvio do aparecimento súbito de um obstáculo sem derrubar os cones presentes na pista. Geralmente vários veículos são reprovados nesse teste, porque, na etapa em que o motorista executa a manobra do teste, o pneu interno à curva perde o contato com o asfalto. Com essa perda de contato, o motorista perde o controle e acaba por atropelar alguns cones na pista, ou até tombar. Contudo, ao observar os veículos que são aprovados, suas principais características envolvem centro de gravidade mais próximos do solo e sistemas de suspensões mais precisos, como o Duplo ?A?. A partir disso, surgiu a possibilidade de utilizar esse sistema de suspensão nos veículos que são reprovados, para melhorar seu desempenho no teste. Entretanto, o problema de utilizar esse sistema em veículos de passeio refere-se ao aumento da frequência natural. Esse aumento prejudica os usuários do veículo, se forem expostos a certas faixas por mais de 2h. Um dos fatores que influência a frequência natural da suspensão é a rigidez de seus componentes. Assim, surgiu a necessidade de desenvolver um dispositivo capaz de variar a rigidez da suspensão ou seu comportamento, sem que exponha os usuários do veículo a frequências naturais prejudiciais. Já existem dispositivos com essa finalidade, mas possuem valor elevado para serem aplicados em todos os veículos. A sua aplicação restringe-se a veículos como superesportivos e esportivos de luxo. O atuador com amortecimento variável (AAV) é um desses dispositivos que é aplicado em sistemas de suspensão, no entanto seu custo de produção é elevado por utilizar líquidos com propriedades magneto-reológicas. Além do AAV, existe outro dispositivo que pode modificar a rigidez em vez do amortecimento, o qual é conhecido como atuador com rigidez variável (ARV) e possui menor custo de produção que o AAV por apresentar categorias que possuem componentes somente mecânicos. Todavia, o ARV ainda não é aplicado em sistemas de suspensão, por não se ter informações de quais categorias podem ser usadas. Através do método de Davies e com a sistemática para o desenvolvimento de um ARV, desenvolveu-se um modelo que descreva a dinâmica lateral do veículo durante a etapa em que ocorre a perda de contato do pneu no teste normalizado e um atuador capaz de melhorar o desempenho do veículo nessa etapa. O modelo desenvolvido demonstrou o comportamento exato do veículo até o ponto em que o pneu interno à curva perde o contato com o asfalto. Com o desenvolvimento do ARV e sua aplicação ao modelo, o veículo apresentou melhorias de comportamento e conseguiu completar a etapa do teste na qual ocorreria a perda de contato do pneu. Concluiu-se que tanto o modelo quando o ARV apresentara resultados que melhorara o comportamento do veículo, pois ele obteve mais tempo de contato do pneu interno à curva com o asfalto na etapa em que o motorista executa a manobra do teste.

Abstract: One of the most famous test to verify the performance of vehicles is the double lane change, where the vehicle dodges any unexpected obstacle without hitting cones in that lane. Generally several vehicles fail that test, because when the driver spins the steering wheel, the tire inside loses contact with the asphalt. With that, the driver loses control of the vehicle and ends up running over some cones in the lane, or even tip over. However, when looking at the approved vehicles, their main features involve: gravity center nearer the ground and more accurate systems of suspensions, like as the Double Wishbone. Hence, the possibility of using this system of suspension in the disapproved vehicles to improve the double lane change test performance has risen. However a problem with the use of this system in vehicles disapproved is the increase in the natural frequency that can harm passengers, if they are exposed to certain frequency ranges for more than 2 hours. One of the factors that influence the natural frequency of the suspension is the stiffness of its components. Therefore, there is a need for developing a device capable of varying the suspension properties and behaviour. However, these purposes already exist, which are the Variable Damping Actuator (VDA), where the Magneride is the most expensive and the most used. Therefore, its application is restricted to super sports and luxury sports cars. Beyond VDA, there is another that is device Variable Stiffness Actuator (VSA), with a lower cost of production and manufacturing. However, they don't have application in suspensions systems, because there is no information about which categories can be used. Through Davies method and a ARV development systematic, a model describing the lateral vehicle dynamics during the handling spin step in the normalized test and an actuator capable of improving vehicle performance were developed. The developed model demonstrate the exact behavior of the vehicle up to the point that the tire inside the curve loses contact with the asphalt. With the development of ARV and its application to the model, the vehicle presented improvements in performance and was able to complete the stage of the test where the loss of tire contact would occur. It was concluded that both the model and the ARV presented results that improved the vehicle's performance, as it resulted in a longer contact time between the tire inside the curve and the asphalt at the stage where the driver performs a handling of test.