Modelagem dinâmica de sistema automotivo: estudo de caso via testes de performance e falhas do Baja SAE

Abstract

Com o contínuo desenvolvimento e competitividade da indústria automotiva, tem-se a crescente necessidade de melhorias, tanto de durabilidade quanto de desempenho dos componentes e sistemas, sendo acompanhado da constante busca de menores prazos e custos possíveis, o que gera intenso desenvolvimento de modelos para testes. Neste trabalho são desenvolvidos modelos de dinâmica veicular através de modelagem dinâmica (1D) com o uso da metodologia fluxo de potência, no ambiente computacional AMESim. Essa metodologia é largamente utilizada para simulação de sistemas de várias áreas da engenharia, como hidráulica e pneumática, mas ainda é pouco utilizada na análise de veículos quando comparada com modelagens computacionais por Elementos Finitos (FEA) ou Multi Corpos, apesar de sua fundamentação teórica. No trabalho é realizada a construção de modelos de subsistemas de veículos da categoria universitária Baja SAE, utilizados como estudo de caso. Mais especificamente são estudados os sistemas de transmissão e suspensão, no intuito de representar situações reais de falhas e de desempenho adequado, ocorridas nos veículos da Equipe UFSC Baja SAE. A pesquisa também tem o objetivo de demonstrar os benefícios da modelagem 1D para simulação de sistemas automotivos, destacando essa alternativa como uma ferramenta pra aprimorar o projeto desde suas fases iniciais, fase de projeto preliminar do processo de desenvolvimento de produtos (PDP), diminuindo custos e tempo do projeto. Para contextualizar o trabalho, são apresentadas metodologias de desenvolvimento de produto, da área academia e do setor automotivo; a metodologia fluxo de potência é apresentada; seguida de uma descrição dos aspectos gerais da dinâmica veicular e de alguns dos subsistemas que compõe um automóvel; e por fim são apresentados os modelos propostos, juntamente com as hipóteses matemáticas, simplificações adotadas e resultados obtidos.<br>

Abstract : With increasing development and competitiveness of the automotive industry, there is a growing need for improvements both in durability and performance of components and systems, followed by a constant search for shorter terms and costs, which generates intense development of models for tests. In this work, dynamic models are developed by 1D modeling using power flow methodology in AMESim computing environment. This methodology is widely used for systems simulation in several areas of engineering, such as hydraulics and pneumatics, but despite its theoretical foundation, it has been less used in vehicles analysis compared to other computational modeling, such as finite elements (FEM) or Multibody Systems. This research presents the development of vehicle subsystems models, using Baja SAE competition vehicles as study case. Specifically transmission and suspension systems are studied in order to represent real situations of failures and adequate performance that occurred in vehicles of Team UFSC Baja SAE. The research also aims to demonstrate the benefits of 1D modeling for automotive systems simulation, highlighting it as one tool to enhance the design process since its early stages, preliminary design phase of the product development process (PDP), reducing costs and project time. To contextualize the work, product development methodologies are presented, both from academic area and automotive sector; the power flow methodology is presented followed by a description of the general aspects of vehicle dynamics and some of the subsystems that compose a car and finally the proposed models are presented, along with the mathematical assumptions, simplifications adopted and results.