Virtual Cae

Leandro Garbin
Diretor Comercial

Vinicius Lima
Eng. Aplicações

VirtualCAE Serviços de Sistemas Ltda.
Rua Tiradentes, 160 – Sala 22
São Caetano do Sul - SP

+55 (11) 4229-1349
www.virtualcae.com.br

Dinâmica Veicular
• Introdução
• Sub-áreas de estudo:
 Dinâmica Longitudinal
 Dinâmica Vertical
 Dinâmica Lateral
• CarSim
 O que é CarSim?
• Classificação dos Veículos
 Veículos de passeio
 Veículos comerciais
 Veículos militares
• Normas e Testes:
 Normas internacionais
 Testes dinâmicos aplicados

• Simuladores
Leandro Garbin

Dinâmica Veicular
• Introdução
• Sub-áreas de estudo:
 Dinâmica Longitudinal
 Dinâmica Vertical
 Dinâmica Lateral
• CarSim
 O que é CarSim?
• Classificação dos Veículos
 Veículos de passeio
 Veículos comerciais
 Veículos militares
• Normas e Testes:
 Normas internacionais
 Testes dinâmicos aplicados

• Simuladores
Leandro Garbin

Introdução
A Dinâmica Veicular preocupa-se
com os estados de um veículo
automotor
sobre
o
solo.
Fundamentalmente são:
• Aceleração e frenagem;

• Oscilações verticais;
• Movimentos curvilíneos.
O comportamento dinâmico é
determinado através das forças
primárias:
• Contato com o solo;
• Gravidade;
• Aerodinâmica.

Leandro Garbin

Introdução

As direções, velocidades e
acelerações que caracterizam o
movimento de
um
veículo
possuem como base vetorial o
sistema de coordenadas móvel
convencionado pela SAE, cuja
origem se encontra fixa no CG do
veículo e acompanha seus
movimentos.
• Eixo x – Longitudinal;
• Eixo y – Lateral;
• Eixo z – Vertical;
• Rotação em x, p – Roll
• Rotação em y, q – Pitch
• Rotação em z, r – Yaw

É comum encontrar sistemas
diferentes, porém, nestes casos
os movimentos relativos a roll,
pitch e yaw devem ser mantidos
de acordo com o seu efeito sobre
o veículo segundo o sistema SAE.
Ex: A rolagem sempre tenderá
tombar o veículo lateralmente

Leandro Garbin

Introdução

Durante o movimento, ou mesmo
parado, um veículo está sob a
ação de forças. As principais são:
• Força Peso (W), levando em
conta
o
veículo,
carga
transportada e a inclinação do
solo;
• Forças Inerciais (W/g
devido a aceleração;
Equilibrando os momentos em
relação ao ponto A, temos:
W f L  DA ha 

W
ax h  Rhxhh  Rhzd h  Wh sin   Wc cos   0
g

*ax)

• Forças trativas (Fxf e Fxr),
resistivas (Rxf e Rxr) e normais
(Wf e Wr) no contato com o solo;
• Forças
aerodinâmicas
(Da)
quando imerso em um fluido em
movimento;

• Forças de reboque (Rhz e Rhx).
Leandro Garbin

Introdução

“As
principais
forças
que
controlam os movimentos de um
veículo são aplicadas em quatro
pontos do tamanho da palma da
sua mão”
Esta frase é comum entre
dinamistas e faz referência
quanto
a
importância
do
conhecimento das características
de um pneu.
Portanto, torna-se necessário ter
um bom entendimento em pneus
para se conhecer de dinâmica
veicular e vice versa.

Leandro Garbin

Introdução

A força na região de contato do
pneu com o solo não é pontual.
Assume uma distribuição não
uniforme cuja a resultante pode
gerar
diferentes
fenômenos
dinâmicos como:
• Resistência ao rolamento;
• Arraste pneumático;
• Torque de auto-alinhamento;
• Arraste por cambagem.
Tais fenômenos terão influência
em todos os outros parâmetros
de projeto de um veículo.

Leandro Garbin

Introdução

A força de atrito agindo na região
de contato com o solo é
desenvolvidas através de dois
mecanismo
primários
de
cisalhamento:
• Adesão:
surge
devido
a
interação intermolecular entre o
pneu e a superfície. Representa a
maior parcela da força de atrito,
porém, é muito prejudicada em
condições de pista molhada;

• Histerese: perda de energia por
deformação da borracha, abaixa
os níveis de tensão local. Pouco
prejudicada em pista molhada

Leandro Garbin

Introdução

O maior desafio em se prever o
comportamento dinâmico, em
função das forças que agem
sobre o pneu, está no fato de
existir muitos parâmetros neste
sistema como:
• Geometria e construção
pneu e do veículo;

do

• Carga vertical;
• Pressão de inflação;

• Velocidade
Alem de todos serem variáveis e
dependentes entre si, dependem
também de fatores externos
como o tempo, temperatura
entre outros.
Leandro Garbin

Dinâmica Veicular
• Introdução
• Sub-áreas de estudo:
 Dinâmica Longitudinal
 Dinâmica Vertical
 Dinâmica Lateral
• CarSim
 O que é CarSim?
• Classificação dos Veículos
 Veículos de passeio
 Veículos comerciais
 Veículos militares
• Normas e Testes:
 Normas internacionais
 Testes dinâmicos aplicados

• Simuladores
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Sub-área – Dinâmica Longitudinal
A
Dinâmica
Longitudinal
preocupa-se
em
prever
o
comportamento do veículo em
relação aos movimentos e forças
que agem na direção longitudinal
a via (eixo x). Fundamentalmente
acelerações e frenagens.
Para isso cobre principalmente os
aspectos referentes aos sistemas
de:
• Trem de força;
• Freios;
• Chassis (aerodinâmica);
• Suspensão (Transferência
carga longitudinal)

de

• Pneu (Capacidade trativa).
Leandro Garbin

Dinâmica Longitudinal

Basicamente
a
máxima
aceleração possível de um veículo
será limitada a dois fatores:
• Máxima potência do motor;
• Máxima tração nas rodas.
Em geral, em altas velocidade a
potência máxima do motor
limitará a aceleração, enquanto
que em baixas velocidades será a
capacidade de tração das rodas.

Leandro Garbin

Dinâmica Longitudinal

O
termo
responsável
pela
aceleração do veículo, em sua
forma condensada levará em
conta torque que sai do motor, a
relação
de
transmissão
combinada do trem de força, o
rendimento da transmissão e o
raio efetivo da roda.
Além disso, é somada a massa
total do veículo uma parcela de
massa equivalente às inércias de
rotação dos elementos do trem
de força.

( M  M r ).ax 

Te N tf tf
r

 Rx  Da  Rhx  W sin 

Leandro Garbin

Dinâmica Longitudinal

A tração no contato entre o pneu
e a roda limitará a máxima
aceleração do veículo segundo:

Fx  W
O peso W será função da própria
aceleração
que
causará
transferência
longitudinal
de
carga entre os eixos e do torque
no trem de força que causará
transferência transversal.

Leandro Garbin

Dinâmica Veicular
• Introdução
• Sub-áreas de estudo:
 Dinâmica Longitudinal
 Dinâmica Vertical
 Dinâmica Lateral
• CarSim
 O que é CarSim?
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 Veículos comerciais
 Veículos militares
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 Normas internacionais
 Testes dinâmicos aplicados

• Simuladores
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Sub-área – Dinâmica Vertical
A Dinâmica Vertical preocupa-se
em prever o comportamento do
veículo
em
relação
aos
movimentos e forças que agem
na direção perpendicular a via
(eixo z).
Para isso cobre principalmente os
aspectos referentes aos sistemas
de:
• Suspensão;

• Conforto;
• Trem de força (Vibrações);
• Solo (Rugosidade).

Leandro Garbin

Dinâmica Vertical

Um veículo trafega em uma
ampla faixa de velocidades, por
isso também está submetido a
um a ampla faixa de vibrações.
Esta área envolve o estudo de:

• Fontes de excitação;
• Resposta dinâmica do veículo;
• Percepção
passageiros.

e

conforto

dos

Leandro Garbin

Dinâmica Vertical

As fontes de excitação podem ser
provenientes varias formas:
• Rugosidade do solo;
• Rotação
pneus;

e

deformação

dos

• Rotação de eixos articulados,
ex: cardam;
• Motor.

Leandro Garbin

Dinâmica Vertical

As respostas dinâmicas do
veículo em relação ao seu
movimento vertical demandam
de muitos cálculos e análises
complexas, porém para um
estudo conceitual é geralmente
simplificado para um sistema de
“um quarto de carro”. Para a
massa
suspensa
podemos
escrever a seguinte equação de
movimento.

  C Z  K Z  C Z  K Z  F
MZ
s
s
s
u
s
u
b

Leandro Garbin

Dinâmica Vertical

O conforto e a percepção das
vibrações apesar de ser, de certa
forma, subjetivo é de extrema
importância, uma vez que
influencia a “qualidade” do
veículo.
Existem ainda, estudos diversos
que convergem em resultados e
normalizam
os
níveis
de
tolerância a vibração do corpo
humano. Tais estudos sugerem
que níveis de vibração entre 4Hz
e
8Hz
são
os
mais
desconfortáveis por entrarem em
ressonância
com
órgãos
abdominais, causando náuseas.

Leandro Garbin

Dinâmica Veicular
• Introdução
• Sub-áreas de estudo:
 Dinâmica Longitudinal
 Dinâmica Vertical
 Dinâmica Lateral
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 O que é CarSim?
• Classificação dos Veículos
 Veículos de passeio
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 Veículos militares
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 Normas internacionais
 Testes dinâmicos aplicados

• Simuladores
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Sub-área – Dinâmica Lateral
A Dinâmica Lateral preocupa-se
em prever o comportamento do
veículo
em
relação
aos
movimentos e forças que agem
na direção transversal a via (eixo
y) e seus efeitos quanto a
rolagem e deriva.
Para isso cobre principalmente os
aspectos referentes aos sistemas
de:
• Pneu (Rigidez lateral);
• Suspensão (Roll Center);
• Sistema de direção.

Leandro Garbin

Dinâmica Lateral

Em baixas velocidades os pneus
não estão sujeitos a grande
forças laterais por isso não
tendem a desviar a trajetória.
Nesta situação o raio de giro fica
definido como a distância do CG
até o cruzamento das projeções
dos eixos das rodas.
Para que isto ocorra sem que os
pneus arrastem, é necessário
uma exata geometria no sistema
de direção, conhecida como
Geometria de Ackerman, bem
como a utilização de um sistema
diferencial nos eixos traseiros.

Leandro Garbin

Dinâmica Lateral

Em velocidades mais elevadas,
porém,
os
pneus
sofrem
deformações em sua geometria,
dando origem a um desvio de
trajetória
que
pode
ser
representado pelo ângulo de
escorregamento do pneu.
Este ângulo pode ser relacionado
com a força lateral exercida sobre
o pneu:

Fy  C .
Desta forma Cα é definido como
a rigidez lateral do pneu.

Leandro Garbin

Dinâmica Lateral

A rigidez lateral é fortemente
influenciada por muitos fatores,
sendo sua relação com a carga
vertical um dos mais críticos.
A distribuição dinâmica de cargas
lateral e longitudinal podem
causar diferentes efeitos quanto
ao tipo de comportamento em
curvas:
• Neutro, o veículo
trajetória planejada;

segue

a

• Sub-esterçante, o veículo tende
a sair pelo lado oposto à curva.
• Sobre-esterçante, o veículo
tende a entrar para o centro da
curva.
Leandro Garbin

Dinâmica Veicular
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 Dinâmica Vertical
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 O que é CarSim?
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 Veículos militares
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 Testes dinâmicos aplicados

• Simuladores
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O que é CarSim?
CarSim é um simulador do
comportamento dinâmico de
veículos de corrida, passeio,
caminhões leves e veículos
utilitários.
É
utilizado
no
projeto,
desenvolvimento,
teste
e
planejamento
de
produtos
automotivos.
Produzido após décadas de
pesquisa e desenvolvimento,
possui modelos matemáticos
avançados que caracterizam um
veículo real com fidelidade.

Leandro Garbin

Dinâmica Veicular
• Introdução
• Sub-áreas de estudo:
 Dinâmica Longitudinal
 Dinâmica Vertical
 Dinâmica Lateral
• CarSim
 O que é CarSim?
• Classificação dos Veículos
 Veículos de passeio
 Veículos comerciais
 Veículos militares
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 Normas internacionais
 Testes dinâmicos aplicados

• Simuladores
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Veículos de Passeio
Os veículos de passeio são
classificados
segundo
seu
tamanho, peso e segmento.
Baseados nas normas européias,
muitos fabricantes de veículos
classificam seus veículos nas
classes:
• A – Mini;
• B – Econômico;
• C – Compacto;

• D – Médio;
• E – Médio Alto;
• F – Top (Luxo).

Leandro Garbin

Veículos de Passeio
Classe A - Mini
São pequenos Hatchback que
acomodam de 2 a 4 passageiros:
Exemplos:
• Ford Ka;

• Fiat 500;
• Smart fortwo;
• Renault Twingo.

Típico
Hatchback

CarSim
Hatchback

Entre eixos (mm)

2300 – 2400

2347

Massa (kg)

800 – 1000

830

Leandro Garbin

Veículos de Passeio
Classe B - Econômico
São
Hatchbacks
médios
e
pequenos
esportivos
que
acomodam de 4 a 5 passageiros:
Exemplos:
• Peugeot 206;
• VW Gol;
• GM Corsa;
• Fiat Palio;
• Renault Logan.
Typical
Hatchback

Typical sports
car

CarSim
Hatchback

CarSim
Sports car

Wheelbase (mm)

2400 – 2550

2300-2450

2600

2330

Mass (kg)

1000 – 1500

1000-1500

1111

1020

Leandro Garbin

Veículos de Passeio
Classe C - Compacto
São Hatchbacks grandes e
pequenas
minivans
que
acomodam de até 5 passageiros:
Exemplos:
• Peugeot 307
• VW Golf;
• Audi A3;
• Ford Focus;
• Fiat Bravo
Typical
Hatchback

Typical Minivan

CarSim
Hatchback

CarSim Minivan

Wheelbase (mm)

2550 – 2700

2500-2800

2578

2777

Mass (kg)

1200 – 1700

1000-1500

1274

1361
Leandro Garbin

Veículos de Passeio
Classe D - Médios
São pequenos SUV’s, minivans
maiores e sedans médios que
acomodam de até 6 passageiros:
Exemplos:
• GM Vectra;
• BMW Série 3;
• Audi A4;
• Ford Ecosport;
• Hyundai Tucson.
Typical
Minivan

Typical
Sedan

Typical
SUV

CarSim
Minivan

CarSim
Sedan

CarSim
SUV

Wheelbase
(mm)

2800-3000

2500-2800

2600-2800

3000

2776

2619

Mass (kg)

1600-2000

1200-1800

1600-2200

1837

1370

1429
Leandro Garbin

Veículos de Passeio
Classe E – Médio Alto
São sedans executivos e grandes
SUV’s.
Exemplos:
• Audi A6

• Ford Fusion;
• Mitsubishi Outlander;
• BMV X5.

Typical Sedan

Typical SUV

CarSim Sedan

CarSim SUV

Wheelbase (mm)

2800-2900

2800-3100

3048

2950

Mass (kg)

1600-2200

2000-2500

1833

1592

Leandro Garbin

Veículos de Passeio
Classe F – Top (Luxuoso)
São sedans executivos e grandes
SUV’s.
Exemplos:
• Audi A8

• BMW Serie 7;
• Mercedes-Benz Classe S;
• Maserati Quattroporte

Typical Sedan

CarSim Sedan

Wheelbase (mm)

2900 – 3500

3165

Mass (kg)

1900 – 3000

1823

Leandro Garbin

Dinâmica Veicular
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 Dinâmica Longitudinal
 Dinâmica Vertical
 Dinâmica Lateral
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 Normas internacionais
 Testes dinâmicos aplicados

• Simuladores
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Veículos Comerciais
Veículos comerciais possuem
uma infinidade de aplicações, por
isso são encontrados nas mais
diversas formas, tamanhos e
pesos.
Sua
classificação,
geralmente, é feita com base na
quantidade de eixos, quais são
eixos de tração, se possuem ou
não articulações e quais os tipos
de caçamba e a geometria da
Cabine.
Veículos mais comuns em relação
ao eixo:
• 6x2, 6x4, 6x6;
• 8x2, 8x4, 8x8.

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Veículos Comerciais
Possíveis Configurações
• Veículos Rígidos:

• Unidade tratora + Semi-trailer:

• Veículo Rígido+ Trailer:

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Veículos Comerciais
Possíveis Configurações
• Unidade Tratora + Semi-trailer + Trailer:

• Unidade Tratora+ Semi-trailer + Semi-trailer:

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 Dinâmica Vertical
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 Testes dinâmicos aplicados

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Veículos Militares
Veículos
militares
estão
submetidos aos ambientes mais
hostis possíveis. Sendo que
qualquer falha ou dificuldade
encontrada em transpassar um
terreno ou obstáculo signifique
grandes perdas.
Um veículo militar pode ser
encontrada nas mais variadas
formas,
tamanhos,
com
diferentes sistemas de direção,
tração, controles eletrônicos e em
geral
com
alta
tecnologia
embarcada.
Simulações
são
ferramentas
muito importantes, uma vez que
testes
experimentais
muitas
vezes são inviáveis
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Veículos Militares

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Normas Internacionais
Para
garantir
segurança
em
diversos aspectos referentes a
dinâmica veicular, existem no
mundo
diversas
normas
regulamentadoras de testes e
padrões de segurança veicular.
Simulações, ajudam a prever o
atendimento ou não as normas
ainda na etapa de projeto de um
produto.
Alguns dos testes são:
• Double Lane Change (ISO3888);
• Sine with Dwell (ECE13H);
• Understeer Test (ISO4138);

Leandro Garbin

Normas Internacionais

Double Lane Change
Consiste em uma manobra rápida
de mudança e retorno a faixa
original, simulando um desvio de
obstáculo repentino.
Nesta simulação testa-se um
veículo com ESC, Eletronic
Stability Control (Amarelo) e
outro sem (Vermelho).

Leandro Garbin

Normas Internacionais

Sine with Dwell
Consiste
em
consecutivas
manobras para se testar a
estabilidade do veículo após a
inserção de um sinal abrupto na
direção.
Com ESC (Amarelo);
Sem ESC (Vermelho);

Leandro Garbin

Normas Internacionais

Understeer Test
O
veículo
é
acelerado
gradualmente em uma curva de
raio constante (100 m), e
avaliado
quanto
ao
subesterçamento desenvolvido e o
desvio da trajetória.

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• Simuladores
Leandro Garbin

Simuladores
Engenheiros,
Pilotos
e
Desenvolvedores de sistemas de
controle podem “dirigir” seus
veículos ainda em fase de projeto
de seus itens e componentes
para realizar testes, sem a
necessidade de se construir um
protótipo real.
Por todo o mundo já existe
simuladores rodando com o
CarSim.

Leandro Garbin

Simuladores

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Simuladores

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