Identificação experimental da roda

Aug 27, 2023

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 16015 (2022) Citar este artigo

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Uma vez que a interação da roda com certos casos de terreno (asfalto, concreto) são conhecidos e bem descritos em caso de movimento direto e condições de curvas antiderrapantes e escorregadias, o caso dos veículos com rodas com direção derrapante precisa ser analisado. O deslizamento lateral para vários ângulos de ataque deve ser investigado. A principal área de interesse da pesquisa que é mostrada no projeto é o cálculo da demanda de energia de veículos de rodas com direção deslizante em várias condições de terreno. Certos casos de veículos totalmente elétricos com motores elétricos individuais por roda exigem uma avaliação precisa das forças longitudinais e laterais para executar a curva totalmente controlada. O suporte experimental projetado e desenvolvido pelos autores permite testar a interação roda-superfície para várias condições de terreno e diferentes direções de direção. Os dados de teste foram adquiridos para areia seca e molhada e pavimento de granito. Tração e forças laterais foram adquiridas e usadas para identificar os parâmetros do modelo de interação roda-solo para roda sem propulsão. Os resultados na forma de séries temporais incluindo forças longitudinais e laterais mostram a relação entre ângulo de ataque, carga e condições de superfície em termos de fenômenos de aderência e deslizamento que são essenciais para os cálculos da dinâmica da direção deslizante. Os resultados das medições são então usados ​​para o cálculo dos coeficientes das forças longitudinais e laterais em função do ângulo de ataque e da carga vertical. O teste foi realizado em ambiente natural, portanto, eles são afetados por condições mutáveis. Múltiplas execuções são usadas para eliminação dessa influência. Os experimentos descritos são uma parte do projeto que inclui a generalização dos resultados usando o modelo FEM validado por teste. O trabalho descrito não se destina a desenvolver novos modelos de interação solo-pneu, é focado no método de cálculo de esforço de tração numericamente eficiente para várias condições, incluindo modo passivo - roda sem propulsão.

Veículos todo-o-terreno, especialmente máquinas não tripuladas e autônomas, são otimizados para minimizar dimensões e peso. Como consequência, sistemas de transmissão e direção menos complexos são usados ​​no projeto de veículos não tripulados pequenos, médios e pesados. A solução mais comum são as suspensões elásticas e a direção deslizante usando motores de tração elétricos ou hidráulicos. No caso de veículos off-road com sistema de propulsão elétrica, o parâmetro vital é o volume do reservatório de energia. Para sistemas de propulsão elétrica com altas capacidades de sobrecarga, é vital avaliar o torque e a potência médios contínuos e também os parâmetros de desempenho máximo que permitirão ajustar corretamente a usina, o sistema de armazenamento de energia e os motores de propulsão. A análise adequada do consumo de energia em vários terrenos e a definição exata da missão permitirão otimizar o sistema de baterias, o que permitirá usar baterias de design modular configuradas de acordo com as demandas da missão. Para avaliar a demanda de energia é essencial criar o método numérico universal e rápido para a previsão do uso de energia.

O trabalho descrito neste artigo é parte do projeto focado no desenvolvimento de uma metodologia universal para projeto, otimização e análise de sistemas de propulsão modernos para diversos tipos de veículos e condições de terreno. Uma vez que o comportamento e o desempenho do veículo on-road são bem descritos, há uma falta de conhecimento acessível sobre o desempenho off-road de vários tipos de veículos. Os métodos de avaliação do esforço de tração são baseados em modelos teóricos complexos e muitas vezes inadequados, por um lado, e testes experimentais de certos tipos de veículos, por outro. A metodologia proposta neste trabalho é uma combinação de métodos experimentais, teóricos e numéricos que permitirão realizar o cálculo do esforço de tração rápido com precisão aceitável. O aspecto mais importante da pesquisa foi a previsão de forças laterais e longitudinais para roda sem propulsão. Conforme observado em pesquisas anteriores realizadas para veículos sobre esteiras, há possibilidade de recuperação de energia da via interna e, conforme será investigado em pesquisas posteriores, para veículos com rodas. O mais simples e o mais exigente em termos de torque gerado pelos motores elétricos será giro zero. No caso de várias curvas totalmente controladas, é vital investigar as forças de resistência para a roda sem propulsão para diferentes ângulos de ataque e calcular o possível nível de recuperação de energia.