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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.3.2014.tde-24032015-100712
Document
Author
Full name
Fernando Malvezzi
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2014
Supervisor
Committee
Coelho, Tarcisio Antonio Hess (President)
Barbosa, Roberto Spinola
Costa Neto, Alvaro
Fleury, Agenor de Toledo
Martins, Daniel
Title in Portuguese
Novas abordagens para o desenvolvimento de suspensões veiculares: o emprego de mecanismos paralelos.
Keywords in Portuguese
Dinâmica veicular
Mecanismo de suspensão automotiva
Mecanismo paralelo
Síntese de mecanismos
Abstract in Portuguese
Este trabalho apresenta um mecanismo alternativo para suspensões veiculares traseiras, com mobilidade igual a três, de arquitetura paralela e assimétrico, com três cadeias cinemáticas ativas distintas. O mecanismo é capaz de variar simultaneamente os ângulos de cambagem e de esterçamento das rodas traseiras do veículo, além de atuar sobre a rolagem da massa suspensa. Aplicando-se métodos de síntese de mecanismos paralelos, obtiveram-se topologias de mecanismos de suspensão com estrutura cinemática paralela e, por meio de um critério sistemático, selecionou-se uma estrutura cinemática que atendeu aos três movimentos independentes no espaço tridimensional, desejados para o mecanismo. Um modelo cinemático e outro cinetoestático foram desenvolvidos para verificar a adequação do mecanismo à aplicação veicular. Três análises são apresentadas para avaliar o potencial do mecanismo paralelo sintetizado em aplicações veiculares: análise de desempenho, análise de viabilidade e análise cinemática. Na análise de desempenho, constatou-se que, a atuação do mecanismo sobre os ângulos de cambagem e de esterçamento das rodas traseiras, bem como a atuação sobre a rolagem da massa suspensa trazem benefícios sobre o comportamento dinâmico do veículo, quando comparado com o desempenho dinâmico de um veículo com suspensão convencional. Por meio da análise de viabilidade, determinou-se o curso, a velocidade, a força e a potência demandada pelo sistema de atuação, onde se observou que a atuação do mecanismo pode ser obtida a partir de atuadores comerciais. Nas análises de desempenho e viabilidade o comportamento dinâmico do veículo foi simulado em três manobras distintas: curva de raio constante em regime permanente, dupla mudança de faixa e manobra do anzol (fishhook), empregando uma cosimulação entre os programas CarSim e MATLAB/SIMULINK. Pela análise cinemática, percebeu-se que não há configurações singulares dentro do espaço de trabalho especificado para o mecanismo. O espaço de trabalho disponível atende ao especificado para a aplicação proposta do mecanismo e os erros que os ângulos de cambagem e de esterçamento possam apresentar, devido à imprecisão no posicionamento dos atuadores ou às tolerâncias inerentes ao processo de fabricação das peças do mecanismo, não comprometem os ganhos no comportamento dinâmico que o veículo com o mecanismo proposto apresentou nas simulações da análise de desempenho.
Title in English
New approaches to the development of vehicle suspensions: the utilization of parallel mechanisms.
Keywords in English
Automotive suspension
Mechanism synthesis
Parallel mechanism
Vehicle dynamics
Abstract in English
This work introduces an alternative three-degree-of-freedom mechanism for automotive rear suspensions, capable to adjust simultaneously the camber, toe and roll angles. Topologically, the mechanism is parallel and asymmetric with three distinct active kinematic chains. The mechanism is able to adjust the camber, toe and roll angles simultaneously. After applying the methods to perform synthesis of mechanisms, the architecture candidates were ranked in accordance with some proposed indices. Two mathematical models are developed: the kinematic and kinetostatic ones. In order to evaluate how promising this mechanism is, three analyses are conducted: a performance analysis, a feasibility analysis and a kinematic analysis. The obtained results have shown the capability of the mechanism actuation to improve vehicle handling performance, when compared to a car equipped with a conventional suspension system. Moreover, the mechanism feasibility analysis has shown that the actuators stroke, velocity and force can be obtained by using standard hydraulic or eletromechanical actuators. The evaluation was based on three maneuvers: a steady-state cornering, a fishhook and a double lane change. Regarding to the kinematic analysis, three considerations were made. First, there is not singular configuration inside the workspace. Second, the available workspace can attend the camber and rear steer angles stroke. Third, the vehicle dynamic behavior is not affected by the errors due to the manufacturing tolerance and actuators position inaccuracy.
 
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Fc_MALVEZZI.pdf (44.66 Kbytes)
Publishing Date
2015-03-24
 
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