Modelagem Dinâmica e Análise de Sistema de Suspensão de Protótipo Automotivo Ultra Eficiente

Abstract

A engenharia contemporânea busca a otimização de processos, novas tecnologias, soluções inovadoras e, principalmente, a economia de recursos, visando sustentabilidade ambiental. Ou seja, fazer mais gastando menos. Nesse contexto, a eficiência se torna algo primordial, independentemente da área em questão. No ramo da engenharia automotiva este cenário não poderia ser diferente: carros de Fórmula 1 cada vez consumindo menos combustível, pessoas com preferência aos veículos urbanos mais econômicos e pesquisas sobre novas fontes de energia são apenas alguns dos vários exemplos que ressaltam a importância da eficiência energética. Nestas circunstâncias, universidades de todo o mundo já participam da criação de novos automóveis sob o tema em questão. É o caso da equipe Eficem da Universidade Federal de Santa Catarina, Campus Joinville, a qual tem como objetivo concepção de protótipos automotivos ultra eficientes para a participação em competições nacionais e internacionais, como a Shell Eco-marathon. Como cada detalhe do protótipo é importante para que se atinja a máxima eficiência energética possível, vários parâmetros do veículo são estudados, a fim de que sejam desenvolvidas novas tecnologias e que haja o aprimoramento do projeto. Portanto, este trabalho buscou realizar a modelagem dinâmica e análise do uso de um sistema de suspensão em um protótipo automotivo ultra eficiente, visando o emprego de tecnologias tradicionais para o consequente aumento de sua eficiência energética. Para isso, foi desenvolvida a modelagem de um protótipo exemplar nas seguintes configurações: um modelo original (sem suspensão) e um modelo proposto (com suspensão), validados através do CAD de um dos projetos da equipe Eficem. Assim, por meio do programa Matlab, foi possível efetuar diversas análises nas principais áreas da dinâmica veicular sobre os modelos criados, como variação da altura do centro de gravidade, variação da massa suspensa, efeitos de roll e pitch e possíveis capotamentos em curvas, simulados no circuito oficial adotado nas provas da Shell Eco-marathon. Dentre todos, os resultados mais significativos foram os obtidos nas análises de capotamento, os quais apontaram uma redução de mais de 50% na força agindo sobre o pneu nos trechos mais críticos do trajeto com a presença do sistema de suspensão. Também foi realizada uma avaliação do gasto energético recorrente das frenagens na entrada de cada uma das quatro principais curvas do circuito para ambos os modelos, necessárias para que o veículo possa executar todo o trajeto sem que ocorra capotamento. Nestas situações, o modelo com suspensão apresentou uma economia de energia de quase 40% quando comparado ao modelo original, comprovando que a inclusão de um sistema de suspensão dianteiro em protótipos automotivos ultra eficientes contribui diretamente para o aumento da sua eficiência energética

Contemporary engineering seeks the optimization of processes, new technologies, unusual solutions and, mainly, the saving of resources, aiming at environmental sustainability. That is, do more while spending less. In this context, efficiency becomes paramount, regardless of the area. In the field of automotive engineering, this scenario could not be different: Formula 1 cars consuming less and less fuel, people with a preference for more economical urban vehicles and research on new energy sources are just some of the several examples that highlight the importance of efficiency energy. In these circumstances, universities around the world are already participating in the creation of new cars under this theme. This is the case of the Eficem team at the Federal University of Santa Catarina, Joinville Campus, which aims to design, develop and build ultra-efficient automotive prototypes for participation in national and international competitions, such as Shell Eco-marathon. As each detail of the prototype is important aiming to achieve the maximum possible energy efficiency, several parameters of the vehicle are studied, in order to develop new technologies and improve the project. Therefore, this work sought to carry out the dynamic modeling and analysis of the use of a suspension system in an ultra-efficient automotive prototype, aiming at the use of traditional technologies for the consequent increase in its energy efficiency. Hence, the modeling of an exemplary prototype was developed in the following configurations: an original model (without suspension) and a proposed model (with suspension), validated through the CAD of one of the Eficem team projects. Thus, through the Matlab software, it was possible to carry out various analyzes in the main areas of vehicle dynamics on the models created, such as variation in the height of the center of gravity, variation in the suspended mass, roll and pitch effects and possible overturns in curves, simulated on the official circuit adopted in the Shell Eco-marathon events. Among all, the most significant results were obtained in the rollover analysis, which indicated a reduction of more than 50% in the force acting on the tire in the most critical sections of the route with the presence of the suspension system. An assessment was also made of the recurrent energy expenditure of the braking at the entrance of each of the four main curves of the circuit for both models, necessary for the vehicle to be able to run the entire route without overturning. In these situations, the suspension model showed an energy saving of almost 40% when compared to the original model, proving that the inclusion of a front suspension system in ultra-efficient automotive prototypes directly contributes to increasing its energy efficiency