Quais são os melhores métodos para medir e otimizar o centro de gravidade de veículos elétricos e híbridos?

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O centro de gravidade (CG) de um veículo é o ponto onde o peso do veículo é equilibrado em todas as direções. Isso afeta a estabilidade, o manuseio, o desempenho e a segurança do veículo. Os veículos elétricos e híbridos têm distribuição de peso e CG diferentes dos veículos convencionais, devido à presença de baterias, motores elétricos e outros componentes. Neste artigo, você vai aprender quais são os melhores métodos para medir e otimizar a CG de veículos elétricos e híbridos.

Principais especialistas neste artigo

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Chris Coker

Technical Specialist, Vehicle Dynamics Simulation - Enable Engineers to Produce Durable, Robust Products That Exceed…

1 Por que a CG é importante

O CG de um veículo influencia como ele se comporta na estrada, especialmente ao fazer curvas, frear ou acelerar. Um CG mais baixo e mais central melhora a agilidade, a capacidade de resposta e a estabilidade do veículo, pois reduz os movimentos de rolagem, inclinação e guinada da carroceria. Um CG mais alto e mais compensado aumenta o risco de capotamento, subviragem ou sobreviragem, pois cria mais forças laterais e longitudinais nos pneus e na suspensão. Portanto, é importante projetar e otimizar o CG de veículos elétricos e híbridos para alcançar as características de desempenho e segurança desejadas.

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2 Como medir a CG

Existem vários métodos para medir o CG de um veículo, dependendo do nível de precisão e complexidade exigido. Um dos métodos mais simples é usar um conjunto de balanças e uma plataforma nivelada para medir o peso e a altura de cada roda. Aplicando algumas equações de física básica, a localização do CG pode ser calculada a partir da distribuição de peso e das dimensões da distância entre eixos e da pista. Outro método é usar uma mesa de inclinação ou uma rampa para medir o ângulo em que o veículo começa a tombar. Conhecendo o peso e as dimensões do veículo, a altura CG pode ser determinada a partir do ângulo de inclinação. Um método mais avançado é usar um equipamento de teste cinemático e de conformidade, que pode medir a localização do CG e as características da suspensão do veículo sob várias condições de carregamento.

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Chris Coker

Technical Specialist, Vehicle Dynamics Simulation - Enable Engineers to Produce Durable, Robust Products That Exceed Performance Criteria
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K&C test rigs are not typically used to measure CG of vehicles. In the automotive industry, there are inertial rigs that can do this quite well, and calculate inertia as well.

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Chris Coker

Technical Specialist, Vehicle Dynamics Simulation - Enable Engineers to Produce Durable, Robust Products That Exceed Performance Criteria
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One thing I found helpful in making these kinds of measurements is ensuring you have enough resolution on your scales to get an accurate CG calculation. The weight transfer can be very subtle, and if you don't have enough resolution, you have to lift one vehicle very high. So, it's important to have good quality scales, with adequate resolution.

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3 Como otimizar CG

O CG de um veículo pode ser otimizado ajustando a massa e a posição dos componentes que afetam a distribuição de peso. Para veículos elétricos e híbridos, os principais componentes são a bateria, os motores elétricos e o tanque de combustível (se houver). A bateria é geralmente o componente mais pesado e volumoso, por isso sua localização tem um impacto significativo no CG. O ideal é que a bateria seja colocada o mais baixa e centralizada possível, para abaixar e equilibrar o CG. No entanto, isso pode não ser viável devido a restrições de embalagem, problemas de gerenciamento térmico ou requisitos de segurança contra colisões. Portanto, compensações e compromissos podem ser necessários para encontrar a localização ideal da bateria. Os motores elétricos também podem ser colocados em diferentes locais, como na frente, atrás ou no centro do veículo, ou em cada cubo de roda. A localização dos motores elétricos afeta não só o CG, mas também a configuração do trem de força e a distribuição de torque. O tanque de combustível, se presente, também pode ser movido ou redimensionado para otimizar o CG, mas isso pode afetar o alcance e a eficiência do veículo.

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4 Como testar o CG

O CG de um veículo pode ser testado através da realização de vários testes dinâmicos em uma pista ou um simulador. Esses testes podem avaliar como o CG afeta o manuseio, a estabilidade e o desempenho do veículo em diferentes cenários de condução. Alguns dos testes comuns são teste circular de estado estacionário, teste de slalom, teste de mudança de faixa, teste de freio e teste de aceleração. Esses testes podem medir parâmetros como aceleração lateral, taxa de guiada, ângulo de direção, distância de frenagem e tempo de aceleração, que podem indicar o comportamento do veículo e a resposta às entradas do motorista. Ao comparar os resultados do teste com as medições CG e os objetivos de projeto, a dinâmica do veículo pode ser analisada e melhorada.

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5 Como modelar CG

O CG de um veículo também pode ser modelado usando ferramentas de software e modelos matemáticos que simulam a dinâmica e cinemática do veículo. Essas ferramentas podem ajudar a projetar e otimizar o CG de veículos elétricos e híbridos nos estágios iniciais de desenvolvimento, antes de construir e testar protótipos físicos. Algumas das ferramentas de software que podem modelar o CG de veículos elétricos e híbridos são Adams Car, CarSim, Simulink e MATLAB. Essas ferramentas podem criar modelos virtuais dos componentes do veículo, como chassi, suspensão, pneus, bateria, motores elétricos e tanque de combustível, e atribuir-lhes propriedades de massa e posição. Em seguida, essas ferramentas podem executar simulações de vários cenários de condução, como curvas, frenagens ou acelerações, e gerar saídas como forças, momentos, velocidades, acelerações e trajetórias. Essas saídas podem ajudar a avaliar e otimizar o CG de veículos elétricos e híbridos.

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Michael Peck

Managing Director specializing in forensic technologies and vehicle dynamics
(editado)
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An insightful read about vehicle design considerations. There are other factors that need consideration, I.e. those that affect the drivers command and control over their vehicle. For example, and in simple terms, a polar moment that enables a vehicle to rotate efficiently around its centre of mass is generally a preserve of race cars. Whilst desirable in theory, highly efficient steering response has higher yaw rates that can be difficult for a ‘conventional’ driver to handle during evasive manoeuvres. It is equally the case that were mass is reduced at the front and rear of vehicles and is brought inboard of the axles, inertial damping characteristics are also reduced which is desirable for race vehicles but less so for road drivers.

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1 Por que a CG é importante

2 Como medir a CG

3 Como otimizar CG

4 Como testar o CG

5 Como modelar CG

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