Otimização do projeto de suspensão de um veículo fórmula SAE utilizando simulação dinâmica em Python - Fortunato, Bruno Emanuel [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2025)
O projeto e otimização do sistema de suspensão são elementos críticos para a performance de veículos de competição, como o protótipo Fórmula SAE. O presente trabalho aborda a otimização do projeto de suspensão de um veículo Fórmula SAE por meio da criação e aplicação de um algoritmo de simulação dinâmica desenvolvido em linguagem Python. Inicialmente, estabelece o referencial teórico, cobrindo conceitos essenciais de Dinâmica Veicular, como o Centro Instantâneo ( Instant Center - IC ), o Centro de Rolagem (Roll Center - RC), Transferência de Carga e o Gradiente de Rolagem, todos cruciais para a cinemática e o setup da suspensão Duplo A (Double Wishbone). A metodologia empregou a modelagem do veículo como um sistema de Quatro Graus de Liberdade (4-DOF), representando os movimentos acoplados da massa suspensa (vertical e rolagem) e das massas não suspensas (vertical esquerda e direita). As Equações de Movimento foram derivadas a partir dos Diagramas de Corpo Livre (DCL) e reescritas no formalismo de Equações de Estado para viabilizar a resolução numérica por meio do método de Runge-Kutta de quarta ordem. Os resultados demonstram que o algoritmo desenvolvido permite a análise quantitativa e qualitativa dos parâmetros em tempo significativamente reduzido. A simulação da geometria (IC, RC, Ganho de Câmber) demonstrou uma economia de tempo de mais de 150 minutos em comparação aos métodos manuais ou assistidos por software CAD. Adicionalmente, a análise qualitativa das Equações de Movimento (4-DOF) confirmou a validade física do modelo, apresentando respostas esperadas a variações extremas de massa, rigidez e amortecimento. Conclui-se que o algoritmo estabelece um ponto de partida robusto para a otimização, acelerando o ciclo de projeto e a tomada de decisão da equipe.

The design and optimization of the suspension system are critical elements for the performance of competition vehicles, such as the Formula SAE prototype. This paper addresses the optimization of a Formula SAE vehicle suspension design through the creation and application of a dynamic simulation algorithm developed in the Python language. Initially, the study establishes a robust theoretical framework, covering essential concepts of Vehicle Dynamics, such as the Instant Center (IC), the Roll Center (RC), Load Transfer, and the Roll Gradient, which are all crucial for the kinematics and setup of the Double Wishbone suspension. The methodology employed modeled the vehicle as a Four Degrees of Freedom (4-DOF) system, representing the coupled movements of the sprung mass (vertical and roll) and the unsprung masses (vertical left and right). The Equations of Motion were derived from Free Body Diagrams (FBDs) and reformulated into the State-Space formalism to enable numerical resolution using the fourth-order Runge-Kutta method. The results demonstrate that the developed algorithm allows for the quantitative and qualitative analysis of parameters in significantly reduced time. The simulation of the geometry (IC, RC, Camber Gain) showed a time saving of over 150 minutes compared to manual or CAD-assisted methods. Additionally, the qualitative analysis of the 4-DOF Equations of Motion confirmed the physical validity of the model, exhibiting expected responses to extreme variations in mass, stiffness, and damping. It is concluded that the algorithm establishes a robust starting point for optimization, accelerating the design cycle and the team’s decision-making process.
Optimizing the suspension design of a formula SAE vehicle using dynamic simulation in Python
Keywords: Suspensão veicular; Fórmula SAE; Dinâmica veicular; Simulação; Otimização; Python; Vehicle suspension; Vehicle dynamics; Simulation; Optimization