Conforto em veículos de passageiros com amortecimento assimétrico e não linearidade geométrica sob excitação harmônica e estocástica - Fernandes, Júlio César de Moraes [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2019)
O objetivo desse trabalho é realizar um estudo do comportamento dinâmico de sistemas de suspensão veicular que empregam amortecimento assimétrico incluindo não linearidade geométrica, com foco na melhoria do conforto para os passageiros, considerando o perfil da estrada harmônico e estocástico. Os veículos terrestres estão sujeitos às vibrações induzidas pela superfície em que se deslocam e o conforto para os passageiros e o contato entre a estrada e o pneu depende desses fatores. Na prática, os veículos precisam ser equipados com sistemas de suspensão para minimizar os efeitos das imperfeições da estrada, aumentando o seu conforto. Nesse contexto, a eficácia do sistema de suspensão pode ser avaliada observando a aceleração da massa suspensa, que está relacionada diretamente com o nível de conforto para os passageiros. O perfil vertical da estrada pode ser representado de diferentes formas e um perfil harmônico simples ou um perfil estocástico realista pode ser utilizado dependendo do objetivo. A norma ISO 8608:1995 especifica um método uniforme para caracterizar o perfil das ruas, rodovias e estradas não pavimentadas baseado na densidade espectral de potência. O perfil da estrada pode ser classificado dentro de uma classe de rugosidade de A a H, onde A representa uma estrada muito boa e H uma estrada muito acidentada. Neste trabalho, é apresentada a modelagem do perfil da estrada de acordo com a ISO 8608:1995 para diferentes classes de rugosidade. O perfil vertical é aproximado por uma função harmônica com sobreposição no número de ondas e o ângulo de fase é gerado aleatoriamente. Os modelos clássicos de 1⁄4 de carro de 1 e 2 graus de liberdade com amortecimento assimétrico incluindo não linearidade geométrica sob excitação harmônica e estocásticas são utilizados. Um método de otimização é aplicado para minimizar a aceleração RMS da massa suspensa em relação aos parâmetros geométricos e do índice de assimetria. As análises apresentam redução na aceleração RMS da massa suspensa dependendo da posição de montagem do conjunto mola amortecedor. É mostrado que o amortecimento assimétrico implica na variação dos tempos gastos durante os ciclos de extensão e compressão. Como resultado disso, é observado que existe um regime transiente dentro das fases de extensão e compressão e que a potência dissipada pelo amortecedor varia de acordo com a razão de assimetria. Através de um experimento utilizando excitação harmônica, é analisada a influência da geometria nas transmissibilidades de aceleração e deslocamento.

The objective of this work is to perform a study of the dynamic behavior of vehicle suspension systems that employ asymmetrical damping including geometrical nonlinearity, focusing on the improvement of comfort for the passenger, considering harmonic and stochastic road profiles. Ground vehicles are subject to the vibration induced by the surface on which they are moving and the passenger comfort and road-tire contact depend on these factors. In practice, vehicles need to be equipped with suspension systems to minimize the effects of road imperfections, increasing their comfort. In this context, the effectiveness of the suspension system can be measured by observing the acceleration of the sprung mass, which is directly related to the comfort level for the passengers. The vertical profile of the road can be represented in different ways and a simple harmonic or a realistic stochastic profile can be used depending on the purpose. ISO 8608:1995 specifies a uniform method for characterizing the profile of streets, highways and unpaved roads based on power spectral density. The road profile can be classified within a roughness class from A to H, where A represents a very good road and there is a very rough road. This work presents the modeling of the road profile according to ISO 8608:1995 for different roughness classes. The vertical profile is approximated by a harmonic function with overlap in the wavenumber and the phase angle is generated randomly. The classic quarter-car models with 1 and 2 degrees of freedom with asymmetrical damping including geometrical nonlinearity under harmonic and stochastic excitation are used. An optimization method is applied to minimize the RMS acceleration of the suspended mass in relation to the geometrical parameters and the asymmetry index. The analyses show a reduction in RMS mass acceleration depending on the mounting position of the damper spring assembly. It is shown that the asymmetrical damping implies in the variation of the times spent during the cycles of extension and compression. As a result, it is observed that there is a transient regime within the extension and compression phases and that the power dissipated by the damper varies according to the ratio of asymmetry. Through an experiment using harmonic excitation, the influence of geometry on acceleration and displacement transmissibility is analyzed.
Comfort in passenger vehicles with asymmetrical damping and geometrical nonlinearity under harmonic and stochastic excitation
Keywords: Amortecimento assimétrico; Não linearidade geométrica; Excitação estocástica; Sistema de suspensão; Asymmetrical damping; Geometrical nonlinearity; Stochastic excitation; Suspension system