Análise de vibrações de sistemas integrados para veículos elétricos

Abstract

A tecnologia motor in-wheel é uma das mais promissoras para aplicação em veículos elétricos, uma vez que o corpo do automóvel fica desprovido do motor e das transmissões. O problema surge quando o sistema motor in-wheel é montado nas jantes do veículo, adicionando uma grande massa à massa que não é amortecida pelo sistema de suspensão, quando deveria ter o mínimo de massa nesta localização. Este aumento de carga pode provocar um aumento das vibrações, bem como um aumento do desconforto do veículo aquando do seu funcionamento. Este trabalho descreve uma metodologia para análise dinâmica e otimização do sistema de suspensão de um veículo elétrico protótipo que utiliza a tecnologia motor in-wheel. Neste trabalho foi desenvolvido um modelo teórico de ¼ de carro com amortecimento do pneu a partir de um modelo existente mais simples. Realizou-se um estudo analítico comparativo de ambos modelos, bem como um estudo numérico onde foi utilizado o software de análise dinâmica LMS Virtual Lab. O modelo de ¼ de carro com amortecimento do pneu permite uma análise mais precisa do que o modelo mais simples. Este modelo também permite a validação do software de sistemas multicorpos dinâmicos complexos, o LMS Virtual Lab. Este software permite uma análise mais rápida, mais cuidada e eficaz do que o modelo em estudo, pois permite uma maior aproximação dos modelos numéricos aos modelos reais, através da incorporação de mais parâmetros, tais como dimensões, atritos, efeitos de inércia, etc., permitindo uma simulação muito mais próxima da realidade física. O sistema de suspensão foi otimizado em relação às vibrações e conforto dos passageiros do veículo (Ruído, Vibrações e Aspereza - NVH), comparando os valores da aceleração obtidos nas análises do LMS Virtual Lab com os valores de referência na Norma ISO 2631-1. O modelo numérico desenvolvido foi validado e as melhores características do sistema de suspensão foram otimizadas.

The motor in-wheel technology is one of the most promising technologies for application on electric vehicles, as the body of the car would be void of motors or transmissions. The problem arises when the motor in-wheel system is included within the rims of the tires, adding a large amount of mass to the unsprung mass; a location where one should have the least. This increase of load can lead to an increasing of vibrations as well as the increasing of harshness, which the system (wheels and chassis) suffers when in use. This work describes a methodology for dynamic analysis and optimization of an electric vehicle prototype suspension system using the motor in-wheel technology. In this work, a ¼ car theoretical model with tire damping was developed from an existent simpler model. A comparative analytical study of both models was done, as well as an equivalent numerical study, where the dynamic analysis software LMS Virtual Lab was used. The ¼ car model with the tire damping allows a more accurate analysis than the simpler one. This model also enables the validation of the complex dynamic multibody systems simulation software, the LMS Virtual Lab. This software allows a faster, more careful and effective analysis of the model in study than de simpler one, because it allows a better link between the numerical models to the physical ones, through the incorporation of more parameters, such as dimensions, friction, inertia effects, etc., making the simulation much more close to the physical reality. The suspension system was optimized in relation to the vibration and comfort of the car passengers (Noise, Vibration and Harchness – NVH) comparing the acceleration values obtained from the LMS Virtual Lab analysis to the referenced values in ISO 2631-1 Standard. The developed numerical model was validated and the best characteristics of the suspension system were determined.