Universidade de Brasília - UnB
Faculdade UnB Gama - FGA
Curso de Engenharia Automotiva
PROJETO CONCEITUAL DE UM VEÍCULO PARA
TODO TERRENO
Autor: Pedro Henrique Dalvi
Orientador: Henrique Gomes de Moura
Brasília, DF
2015
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TCC, ENVOLVENDO TIPOS DE QUADRICICULO, Resumos de Mecânica
TCC, ENVOLVENDO TIPOS DE QUADRICICULO
Tipologia: Resumos
2023
1 / 81
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Faculdade UnB Gama - FGA
Curso de Engenharia Automotiva
PROJETO CONCEITUAL DE UM VEÍCULO PARA
TODO TERRENO
Autor: Pedro Henrique Dalvi
Orientador: Henrique Gomes de Moura
Brasília, DF
PEDRO HENRIQUE DALVI
PROJETO CONCEITUAL DE UM VEÍCULO PARA TODO TERRENO
Monografia submetida ao curso de graduação em Engenharia Automotiva da Universidade de Brasília, como requisito parcial para obtenção do Título de Bacharel em Engenharia Automotiva. Orientador: Prof. Dr. Henrique Gomes de Moura
Brasília, DF 2015
PROJETO CONCEITUAL DE UM VEÍCULO PARA TODO TERRENO
Pedro Henrique Dalvi
Monografia submetida como requisito parcial para obtenção do Título de Bacharel em Engenharia Automotiva da Faculdade UnB Gama - FGA, da Universidade de Brasília, em 09/07/2015 apresentada e aprovada pela banca examinadora abaixo assinada:
Prof. Dr. Henrique Gomes de Moura, UnB/ FGA Orientador
Prof. Me. Mário Andrade, UnB/ FGA Membro Convidado
Prof. Me Saleh Barbosa Kalil, UnB/ FGA Membro Convidado
Brasília, DF 2015
“E aqueles que foram vistos dançando
foram julgados insanos por aqueles
que não podiam escutar a música.”
Friedrich Nietzsche
RESUMO
Para o desenvolvimento de novos produtos, o projetista utiliza de informações tais como necessidades do consumidor, mercado existente, observações sobre o meio e demais produtos similares, bem como pesquisas aplicadas para a concretização de uma ideia ou conceito. Dentro desse cenário altamente abrangente também se encaixam requisitos técnicos indispensáveis para a implementação das soluções de engenharia, adotadas para promover as funcionalidades desse novo produto. Este trabalho de conclusão de curso tem como objetivo desenvolver um projeto conceito de um veículo todo terreno (conhecido pela sigla inglesa ATV), monoposto, destinado ao lazer, que possua, como diferencial, uma suspensão e cambagem que atuem tanto de forma passiva quanto de forma ativa, comandada manualmente, promovendo um melhor controle e sensação de integração com o veículo por parte do piloto. Ferramentas para elaboração, análise e gestão de projetos serão utilizadas para identificar as principais necessidades, os requisitos técnicos, sistemas e subsistemas incorporados à solução, bem como novos dispositivos que se façam necessários ao veículo. Espera-se, portanto, como resultado final desse trabalho a definição das etapas iniciais de um projeto conceitual veicular que compreenda a caracterização e proposições técnicas suficientes para etapas futuras de prototipagem física, testes e validação.
Palavras-chave: Projeto. Conceito. Todo terreno. Veículo.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Eixo de coordenadas e os momentos possíveis em cada direção....... Figura 2 – Exemplo de suspensão mola e amortecedor (montagem tradicional).. Figura 3 – Camber de uma suspensão vista de frente........................................... Figura 4 – Exemplo de simulação no software Catia V5........................................ Figura 5 – Três etapas básicas: pré-concepcão, concepção e pós-concepção..... Figura 6 – Desdobramentos mínimos obrigatórios................................................. Figura 7 – Espaço para os desdobramentos auxiliares......................................... Figura 8 – DMAIC................................................................................................... Figura 9 – Estrutura da matriz QFD....................................................................... Figura 10 – Modelo impresso por prototipagem rápida.......................................... Figura 11 – ATV utilitário GRIZZLY 700 SE........................................................... Figura 12 – ATV esportivo YFM 700R.................................................................... Figura 13 – Honda ATC90...................................................................................... Figura 14 – Honda ATC200E Big Red................................................................... Figura 15 – Suzuki QuadRunner LT125................................................................. Figura 16 – Suzuki LT250R QuadRacer................................................................ Figura 17 – Honda FourTrax TRX350 4x4............................................................. Figura 18 – Quadski............................................................................................... Figura 19 – Honda TRX 420 Fourtrax.................................................................... Figura 20 – Yamaha YFM 700R............................................................................. Figura 21 – Polaris Sportsman 570 EFI................................................................. Figura 22 – Can-am Renegade X xc…………………………………………………. Figura 23 – Disposição das metodologias do projeto.............................................
LISTA DE QUADROS
Quadro 1. Análise comparativa dos veículos similares........................................ Quadro 2. Matriz de planejamento da qualidade requerida................................. Quadro 3. Matriz de planejamento da qualidade requerida................................. Quadro 4. Planejamento da qualidade desejada, classificados por prioridade.. Quadro 5. Priorização dos requisitos de projeto; parte central da matriz QFD... Quadro 6. Relação entre requisitos de projeto..................................................... Quadro 7. Ordem dos requisitos de projeto por prioridade.................................. Quadro 8. Cronograma........................................................................................
SUMÁRIO
- 1 INTRODUÇÃO - 1.1 APRESENTAÇÃO - 1.2 PROBLEMA - 1.3 JUSTIFICATIVA............................................................................................ - 1.4 OBJETIVOS.................................................................................................. - 1.4.1 Objetivo geral - 1.4.2 Objetivos específicos............................................................................... - 1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO - 2 REVISÃO DE LITERATURA.................................................................................. - 2.1 DESIGN........................................................................................................... - 2.2 DESIGN INDUSTRIAL.................................................................................... - 2.2.1 Projeto conceitual - 2.3 ENGENHARIA AUTOMOTIVA........................................................................ - 2.3.1 Dinâmica veicular - 2.3.2 Suspensão - 2.3.3 Direção - 2.4 FERRAMENTAS COMPUTACIONAIS APLICADAS AO PROJETO............... - 2.5 MÉTODOS PARA SIMULAÇÃO DE SISTEMAS............................................ - 3 METODOLOGIA..................................................................................................... - 3.1 MD3E - MÉTODO DE DESDOBRAMENTO EM 3 ETAPAS........................... - 3.2 DMAIC.......................................................................................................... - 3.2.1 QFD............................................................................................................. - 3.3 CAD/CAAE................................................................................................... - 3.4 PROTOTIPAGEM RÁPIDA..........................................................................
- 4 CONTEXTUALIZAÇÃO......................................................................................... - 4.1 NOMENCLATURA E TIPOS DE VEÍCULOS TODO TERRENO.................... - 4.2 PÚBLICO-ALVO - 4.4 COMÉRCIO DE VEÍCULOS TODO TERRENO NO BRASIL - 4.5 ANÁLISE DIACRÔNICA.................................................................................. - 4.5 AMBIENTE FORA-DE-ESTRADA...................................................................
- 5 ANÁLISE DE VEÍCULOS SIMILARES - 45.1 INTRODUÇÃO - 5.2 HONDA TRX 420 FOURTRAX....................................................................... - 5.3 YAMAHA YFM 700R - 5.4 POLARIS SPORTSMAN 570 EFI - 5.5 CAN-AM RENEGADE X XC - 5.6 COMPARATIVO
- 6 NECESSIDADES E REQUISITOS......................................................................... - 6.1 DISPOSIÇÃO DAS METODOLOGIAS DE PROJETO - 6.2 DEFINIÇÃO DO PROJETO (DMAIC) - 6.3 CARACTERIZAÇAO DO PROJETO............................................................... - 6.4 LEVANTAMENTO DE REQUISITOS DO USUÁRIO...................................... - 6.5 PLANEJAMENTO DA QUALIDADE REQUERIDA......................................... - 6.6 LEVANTAMENTO DE REQUISITOS DE PROJETO...................................... - 6.7 MATRIZ QFD.................................................................................................. - 6.8 RELAÇÃO ENTRE REQUISITOS DE PROJETO........................................ - 7 ELABORAÇÃO DO PROJETO CONCEITUAL.....................................................
7.1 PRÉ-CONCEPÇÃO ........................................................................................ 60
7.1.1 Planejamento do projeto.......................................................................... 60 7.1.2 Análise do problema ................................................................................ 62 7.1.3 Atributos do produto ................................................................................ 62 7.2 CONCEPÇÃO ................................................................................................ 62 7.2.1 Caminhos criativos .................................................................................. 62 7.2.2 Geração de alternativas .......................................................................... 66 7.2.3 Seleção e adequação .............................................................................. 69 8 CONSIDERAÇÕES FINAIS DO MÓDULO I........................................................... 9 RESULTADO DA CONCEPÇÃO DO PROJETO ...................................................... 9.1 SELEÇÃO DA ALTERNATIVA............................................................................ 9.2 CONSTRUÇÃO DO MODELO CAD................................................................... 9.3 DESENHOS TÉCNICOS .................................................................................... 9.4 PÓS-CONCEPÇÃO............................................................................................. 9.4.1 Sub-sistemas/componentes ........................................................................ 9.4.2 Processos produtivos .................................................................................. 9.4.3 Mercado ...................................................................................................... 10 ELETRÔNICA EMBARCADA.................................................................................. 10.1 SISTEMAS COM POTENCIAL DE UTILIZAÇÃO............................................... 11 ANÁLISE TÉCNICA................................................................................................. 11.1 ANÁLISE DE ERGONOMIA............................................................................. 11.2 ANÁLISE DE CUSTO DE TECNOLOGIA ....................................................... 11.3 ANÁLISE DE TENSÃO PARA A ESTRUTURA.................................................. 12 PROTOTIPAGEM RÁPIDA ..................................................................................... 12.1 INTRODUÇÃO................................................................................................... 12.2 ESTEREOLITOGRAFIA.................................................................................. 13 CONSIDERAÇÕES FINAIS ..................................................................................... REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS.......................................................................... ANEXOS....................................................................................................................
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1.4. OBJETIVOS
1.4.1. Objetivo geral Projetar um veículo todo terreno que possibilite mais conectividade com o piloto, possibilitando um maior controle dos sistemas do veículo, utilizando suspensões ativas e independentes nas quatro rodas para vencer de forma mais eficiente e prazerosa os desafios submetidos à categoria.
1.4.2 Objetivos específicos
Os objetivos do trabalho estão divididos em dois módulos, o primeiro módulo para o TCC1 e o segundo para o TCC2.
Módulo I Definir a metologia de realização do projeto Contextualizar o veículo todo terreno e seu ambiente de atuação Elencar as necessidades e requisitos do projeto Análise de projetos conceituais Análise de viabilidade Seleção de equipamentos e materiais Gerar as alternativas de conceitos Módulo II Definir o conceito a ser desenvolvido Prototipagem virtual (CAD 3D) Definir os componetes e sistemas eletrônicos com potencial de utilização no veículo Análises de níveis de tensão para a estrutura, ergonômicas e de custos Prototipagem rápida
1.5. ESTRUTURA DO TRABALHO No módulo I é feito uma introdução da proposta a ser desenvolvida, embasada em um referencial teórico, para que seja realizada a contextualização do projeto. Após a definição do método a ser utilizado para elaboração do trabalho, é estabelecido um comparativo entre modelos similares à proposta, a fim de levantar as necessidades e requisitos a serem trabalhados para o início das etapas de pré- concepção e concepção do projeto conceitual.
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Através do resultado da concepção da proposta, no módulo II, é escolhida a alternativa final para a modelagem 3D seguido do desfecho da elaboração pela etapa de pós-concepção. Neste módulo, também é realizado análises tecnológicas, ergonômicas e estruturais do modelo, sendo finalizado com a geração de um protótipo em escala reduzida.
2. REVISÃO DE LITERATURA
2.1 DESIGN O significado do termo design, através de sua origem do latim, “ designiu ”, é intento, intenção, plano, projeto, propósito e pode ser definido como a concepção de um projeto, um planejamento ou o projeto de um produto criativo. De acordo com Bürdek (2006) design é uma atividade relacionada a conceitos de criatividade, senso de invenção, fantasia cerebral e de inovação técnica, logo, o processo de design pode ser associado a um tipo de ato cerebral.
“Um processo criativo ele é, sem dúvida. A configuração não se dá em um ambiente vazio, onde se brinca livremente com cores, formas e matérias. Cada objeto de design é o resultado de um processo de desenvolvimento, cujo andamento é determinado por condições e decisões – e não apenas por configuração. Os desenvolvimentos socioeconômicos, tecnológicos e especialmente os culturais, mas também os fundamentos históricos e as condições de produção técnica tem papel importante, assim como os fatores ergonômicos ou ecológicos com seus interesses políticos e as exigências artístico-experimentais. Lidar com o design significa sempre refletir as condições sob as quais ele foi estabelecido e visualizá-la em seus produtos”. (BÜRDEK, 2006, p. 225)
Segundo Baxter (1998), a criatividade é o coração do design, em todos os estágios do projeto, pela inovação agregada, torna mais excitante e desafiador o trabalho do designer.
2.2 DESIGN INDUSTRIAL
2.2.1 Projeto conceitual O projeto conceitual é a fase inicial no processo de projetar um produto. São criadas soluções para um determinado problema ou proposição. De acordo com
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acelerações. Os esforços são originados por dois fenômenos: forças e momentos (BARBIERI, 2011).
A dinâmica veicular pode ser dividida em três áreas: Lateral: estuda a estabilidade e o comportamento do veículo em condições de esterçamento em baixa, ou alta velocidade. Contempla o movimento lateral (y), e as rotações em torno de z ( yaw ) ou guinadas do veículo. Esse movimento pode ser provocado pelas forças laterais aplicadas na carroceria, ou pela ação dos ventos (GILLESPIE, 1992) e em torno de x ( roll ) ou rolagem. Vertical: estuda os movimentos verticais (z) e as rotações em torno de x ( roll ) e y ( pitch ) ou arfagem, decorrentes das irregularidades da pista. Levando-se em consideração para essa área, a segurança e o conforto. Longitudinal: estuda os movimentos longitudinais (x) e as rotações em torno de (y), em função dos torques aplicados durante a aceleração, ou na frenagem do veículo. São considerados os desempenhos em aceleração e frenagem, e a capacidade de vencer rampas.
Figura 1 – Eixo de coordenadas e os momentos possíveis em cada direção. Fonte: GILLESPIE, 1992. Outros conceitos importantes de serem definidos para o trabalho são os de massa suspensa, massa não suspensa e centro de gravidade.
A massa suspensa é definida como todas as massas que estão sobre o sistema de suspensão do veículo, isto é, toda a carroceria e seus componentes internos. A massa não suspensa é o somatório das massas de todos os componentes que estão ligados à suspensão, que não são suportados diretamente
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por ela, ou seja, os pneus, as rodas, os eixos, os freios e o próprio sistema de suspensão (JAZAR, 2008).
Centro de gravidade (C.G.) é um ponto geométrico e imaginário no qual é considerada a aplicação da força da gravidade e das demais forças que fazem parte do sistema dinâmico do veículo. No estudo das dinâmicas laterais e longitudinais é considerado que todas as massas estão concentradas no C.G., com propriedades inerciais adequadas. Na análise da dinâmica vertical, usualmente é necessário dividir os veículos em massa suspensa e massa não suspensa (GILLESPIE, 1992). É importante frisar que a posição do C.G. varia de veículo para veículo nas três coordenadas (x, y, z), isto é: pode estar mais próximo do eixo dianteiro, ou do eixo traseiro (direção “x”); pode estar mais próximo do lado esquerdo, ou do lado direito do veículo (direção “y”); e ainda pode estar mais próximo, ou mais afastado do solo (direção “z”). A representação do C.G. é identificada na Fig. (1).
2.3.2 Suspensão O projeto de uma suspensão deve ser definido fundamentalmente para filtrar as acelerações verticais impostas pelas peculiaridades do terreno onde se está trafegando, resultando em uma redução das amplitudes de vibração da massa suspensa e um ganho na percepção de conforto. A suspensão deverá garantir, também, o desempenho e a segurança do veículo (PERSEGUIM, 2006). Sendo composta, de forma generalizada, por um conjunto mola e amortecedor (Fig. 2).
Figura 2 – Exemplo de suspensão – mola e amortecedor (montagem tradicional).
O sistema de suspensão pode ser classificado de acordo com a presença ou não de fontes adicionais de energia em: passivos, semi-ativos e ativos (ANDRADE, 2002):