SISTEMA DE AQUISIÇÃO E ANÃLI$E DE VIBRAÇÕES PARA

AVALIAÇÃO DO CONFORTO NO INTERIOR DE VEÍCULOS

Alcobia, J. O. P. J.’; Mateus, M. L. O. 52; Janicas, N.3; Silva, M. C. G.4

1 Equiparado a Prof. Adjunto; Dep. de Eng.a Mecânica - Instituto Superior de Engenharia de Coimbra2 Investigador; ADAI - Associação para o Desenvolvimento da Aerodinâmica Industrial

Aluno de Mestrado de Eng.a Mecânica - Universidade de CoimbraProf. Auxiliar; Dep. de Eng.a Mecânica - Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra

Ás vibrações são um dos diversos estímulos que podem contribuir para o desconforto

fisico de uma pessoa num veículo. Neste trabalho apresenta-se o desenvolvimento de um

sistema para efectuar a aquisição e tratamento das vibrações induzidas no corpo humano deforma a avaliar o conforto no interior de veículos de acordo com a norma ISO 2631/1. Osistema foi calibrado e comparado com outro verificando-se uma boa concordância entre

ambos. São reportados alguns resultados dos ensaios efectuados num veículo ligeiro de

passageiros com o objectivo de avaliar o conforto proporcionado pelo mesmo no que

às vibrações diz respeito.

1. INTRODUÇÃO

O principal objectivo do trabalho aquireportado foi o desenvolvimento de umsistema que permita a medição e otratamento de dados relativos às vibraçõesinduzidas no corpo humano de acordo coma norma ISO 2631/1 ou com outros critériosde avaliação. Descreve-se o equipamentodesenvolvido, a sua calibração e arealização de diversos testes efectuadoscom a finalidade de analisar afuncionalidade do mesmo.

2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS

2.1. Noção de conforto

O conforto que um indivíduo sente é oresultado da avaliação que o mesmo faz doambiente que o rodeia, a partir dasinformações recebidas dos seus órgãos dos

do sentidos. Assim, alguns factores que podemde contribuir para causar desconforto fisico ado uma pessoa num veículo são:

RESUMO

conforto em veículos de transporte depassageiros”, com a referênciaPOCTI/2000/EME/34266, financiado pelaFundação para a Ciência e Tecnologia.

Este trabalhoprojecto intituladouma metodologia

é parte integrante“Desenvolvimentopara avaliação

1

- Som (nível, frequência, duração, etc.);

- Vibração (magnitude, frequência,duração, ponto de contacto, etc.)

- Ltiz (lurninância, contraste, etc.);

- Aspectos ergonómicos (forma edimensões do assento, etc.);

- Cheiros e ftimos;

- Ambiente térmico (temperatura,humidade, velocidade do ar, etc.).

Se, por um lado, à noção de confortoestá associada uma sensação de “bem-estar”por outro, à noção de desconforto estáassociada uma sensação de “mal-estar”quecorresponde a irritação, aborrecimento,descontentamento.

O conceito de conforto tem um elevadograu de subjectividade, dada a grandevariabilidade a que estão sujeitas asrespostas de diferentes pessoas, podendo,inclusivamente, a mesma pessoa fazeravaliações não coincidentes de uma mesmasituação em diferentes momentos.

Quando se pretende analisar o confortode veículos, há que ter em conta diversosaspectos, tais como: a sua construção, omodo como este é operado, as expectativase sensações, quer dos condutores, quer dospassageiros, etc. As expectativas daspessoas dependem do próprio veículo emanálise pois, se por exemplo, umdeterminado nível de ruído num veículo de’trabalho é esperado, o mesmo já não sucedeem relação a um veículo ligeiro.

Atendendo ao aumento de mobilidadedas pessoas, uma grande parte do seu tempoé passada no interior de veículos, o que astomou mais críticas relativamente àscondições de conforto oferecidas pelosconstrutores. Associada à noção de confortoestá também a questão da segurançarodoviária, pois alguns estudos (Wyon,1992 e Mackie, 1974) revelam que numambiente mais confortável, o desempenhodos condutores é substancialmente superiorquando comparado com ambientes maisadversos.

As razões para que os factoresanteriormente referidos actuem como

estímulos de desconforto estão, sobretudo,relacionadas com o grau de expectativa dosindivíduos em relação a eles e com o modocomo as pessoas os identificam como umpotencial motivo que prejudique a suasaúde.

Qualquer condição ambiental pode,no entanto, ser caracterizada a partir de umconjunto de grandezas físicas mensuráveisque é o que, em última análise, é avaliadopêlo sistema sensorial do indivíduo. Porisso, as metodologias de análise, para cadaum dos aspectos parcelares que se podemconsiderar na avaliação do conforto, têmevoluído no sentido da criação de índicesbaseados nessas grandezas físicas,permitindo, deste modo, uma avaliaçãoobjectiva através do relacionamento daevolúção das grandezas em jogo com aresposta média da sensibilidade humana.

2.2. Vibrações no corpo humano

Considera-se que um corpo está emvibração quando o mesmo descreve ummovimento oscilatório relativamente a umaposição de referência. A quantificação donível de vibração induzida no corpohumano é feita a partir da raiz da médiaquadrática (RMS) do sinal colTespondenteao registo temporal da evolução daaceleração sentida pelo corpo. Estagrandeza, que se denomina como valorequivalente de aceleração aeq [ms2], quandoadimensionalizada relativamente a um valorde referência (correspondente normalmentea 106 ms2) e representada numa escalalogarítmica, é expressa em decibel (dB) (cfequação 1). O valor de referência usado naadimensionalização representa a aceleração•mínima à qual o corpo humano é sensível ea que corresponde um valor da aceleraçãoequivalente de zero decibel.

aeq (ms2)

aeq(dB)=201og10/ 2

aref ms(1)

O carácter mais ou menos impulsivo deurna dada vibração é analisado a partir dofactor de crista que é definido pela razão

2

entre o valor do pico máximo instantâneoda aceleração ponderada e o valorequivalente de aceleração durante o períodode medição. O factor de crista é um bomindicador da magnitude de choques de curtaduração, correspondendo, a valores maiselevados do factor de crista, vibrações maisimpulsivas. Por vezes, é também utilizadocomo um indicador do efeito maléficocontido na vibração em análise.

Quando se estuda o efeito das vibraçõesnas pessoas, há que ter em conta o facto deo corpo humano ser constituído por váriaspartes, com comportamentos diversos,quando solicitadas por fenómenosvibratórios. Deste modo, as sensações dedesconforto resultantes de vibrações,quando analisadas no seu efeito globaldependem, substancialmente, quer dosentido de aplicação, quer da frequência,dos estímulos que as originam. Outrosfactores a considerar na análise dasvibrações sofridas pelo corpo humano são,naturalmente, a intensidade da vibração emcausa e o tempo de exposição em que apessoa está sujeita a ela.

A figura 1 representa um modelobiomecânico que simula o corpo humano,no que diz respeito à sua resposta àsvibrações. Cada parte é substituída pelassuas equivalentes massa, unidade elástica eunidade amortecedora. Na figurarepresentam-se ainda as frequênciasnaturais típicas de cada órgão.

Os parâmetros a ter em conta para aanálise das vibrações no corpo humanoestão indicados na norma ISO 2631-parte 1.

A norma define os métodos de mediçãoa utilizar para vibraçõés periódicas,aleatórias e transitórias aplicadas a todo ocorpo humano, indicando os principaisfactores a combinar para a determinação donível de exposição às vibrações. A gama defrequências abrangida é de 0,5 a $0 Hz naanálise dos riscos de saúde, do conforto eda percepção das vibrações, e de 0,1 a 0,5Hz para avaliar o enjoo.

Esta parte da norma ISO 2631 aplica-se fíg 2 - Sistema de eixos utilizado pela norma ISO 2631às vibrações transmitidas ao conjunto do (1997), consoante a posição da pessoa em

corpo humano através da superficie de análise. Adapt. de norma ISO 2631 (1997)

Cabeça(modo axial)(20 - 30 Hz)

Ombros(4-5 Hz)

Parede do peito(50 -100 Hz)

Braço(5-10 Hz)

Uão- 50 Hz)

(20 - 90 Hz)

Mtebraço(16 - 30 Hz)

Coluna(modo axial)(10-12 Hz)

Pessoa em pé

Fig 1 - Modelo mecânico do corpo humano. Adapt. deBrüel & Kjr Technical Review (1989)

(ry)

Pessoa recostada Pessoa em pé

x

IE2LPessoa deitada

y

3

apoio, que podem ser os pés de umindivíduo de pé, o assento de uma pessoarecostada ou a superfície de suporte de umindivíduo deitado (cf. figura 2).

Tal como anteriormente foi referido, omodo como as vibrações afectam a saúde, oconforto, a percepção e o enjoo depende dasua frequência, sendo, por isso, utilizadosdiferentes factores de ponderação na análisedas mesmas. Diferentes eixos têmdiferentes factores de ponderação. A normadefine, em função dos três eixos ortogonais,dois factores de ponderação (Wk e Wd)

relativos à saúde, conforto e percepção.Outros factores de ponderação estãoconsagrados, nomeadamente para a situaçãode enjoo (wt) e para situações especiais comfactoies adicionais (w, we e wF).

No anexo A da referida normaapresentam-se as expressões matemáticasque permitem obter as curvas deponderação em função da frequência davibração. O corpo humano apresenta picosde sensibilidade em função da frequênciada vibração consoante a aceleração seja nadirecção z (4 - 10 Hz) ou nas direcções x ey(0,5-2Hz).

Para factores de crista superiores a novea norma indica outros métodos deavaliação, tais como: o método do RMSmóvel e o métódo da quarta potência dadose de vibração.

A análise do sinal da aceleração podeser feita através dum espectro de banda delargura constante ou de banda de larguraproporcional (e.g. terço de oitava) daaceleração não ponderada. Utilizndobandas de terço de oitava, a aceleraçãoponderada é determinada de acordo com aseguinte equação:

onde

aw =L(wiai)21 (2)

• a é a aceleração ponderada para umdeterminado eixo;

• w é o factor de ponderação para a iésima banda de terço de oitava;

• a é o RM$ da aceleração para a iésima banda de terço de oitava.

O valor da vibração total, determinado apartir do RMS da aceleração ponderada emcada uma das coordenadas ortogonais éobtido através da seguinte equação:

a1. = (ka + + ka )

onde:

(3)

• são as aceleraçõesponderadas para os eixos x, y, z,respectivamente;

• k, k, k são os factores deponderação em função do tipo deanálise pretendida.

O uso do valor da vibração total, a, érecomendado para efectuar a avaliação doconforto e da percepção.

Para a avaliação das vibraçõesrelativamente à saúde, deve-se considerarcada eixo de forma independente. NQstecaso, a avaliação do efeito das vibraçõesdeve ser feita para o eixo que apresentarmaior valor de aceleração ponderada. Noentanto, quando as vibrações em dois oumais eixos forem similares, o valor davibração total (a) deve ser usado paraestimar os riscos de saúde.

Na situação em que se enquadra otrabalho aqui reportado - conforto nointerior de veículos - é recomendadoutilizar o valor de as.. Na análise de umindivíduo num veículo de passageiros, nãoé, até à data, conclusiva a evidência quesuporte urna dependência da vibração emfunção do tempo no efeito do conforto.

Na norma são indicados valoresindicativos numa escala de desconforto (cf.tabela 1) que, de acordo com asexperiências realizadas até à data,correspondem a valores aproximados dasrespostas das pessoas em relação àsvibrações totais a que os indivíduos estãosujeitos em transportes públicos.

4

Tabela 1 - Escala de desconforto indicada na norma

Valores de a Escala de desconforto

< 0,315 não é desconfortável

0,315 a 0,63 ms2 um pouco desconfortável

0,5 a 1,0 ms2 razoavelmente desconfortável

0,8 a 1,6 ms2 desconfortável

1,25 a 2,5 ms2 muito desconfortável

> 2,0 ms2 extremamente desconfortável

3. SISTEMA DE AQUISIÇÃO EÁLISE DAS VIBRAÇÕES

3.1. Equipamento de aquisição econdicionamento

O sistema de aquisição, que seesquematiza na figura 3, baseia-se numcomputador pessoal portátil equipado comuma placa de conversão analógica-digitalPCMCIA à qual está ligado umcondicionador do sinal proveniente de umacelerómetro piezoeléctrico triaxial. O sinaladquirido é armazenado e posteriormentetratado com software desenvolvido para oefeito.

Nos testes efectuados, como elementossensores primários utilizaram-se doisacelerómetros piezoeléctricos triaxiaisBrüel & Kjer, do tipo 4322 designados porsensor A e B. As sensibilidades axiais deum destes sensores, de acordo com asespecificações do fabricante, estãoindicadas na tabela 2.

Tabela 2 - Sensibilidades do acelerómetro triaxialda Brüel & Kjer do tipo 4322 (sensor A).

Eixo x z UnidadesSensibilidade

de carga 1,001 1,008 1,0 14 pC/m&2(159,2 Hz)

Sensibilidadede carga 1,054 1,061 1,062 pC/ms2(1,25 Hz)

A saída do sensor é ligada a um sistemade condicionamento de sinal composto portrês canais iguais, cuja saída se destina a serligada à referida placa de aquisiçãoinstalada no computador. Cada canal dosistema de condicionamento é compostopor dois estágios distintos de amplificação.O estágio de entrada corresponde a umamplificador de carga, cuja função étransformar em tensão o sinal de cargacorrespondente à saída dos acelerómetros.Esta função é assegurada por um circuitointegrado do tipo AD 549, o qual possuiuma impedância de entrada da ordem de1013 2 e uma corrente de polarização deentrada, tipicamente, de 100 fÃ. O circuitoimplementado possui uma frequência decorte de 160 Hz, que é claramente superiorà frequência máxima do sinal que spretende analisar. A saídã do amplificadorde carga é ligado ao segundo estágio,constituído por um amplificador deinstrumentação de precisão, do tipo AD524. Para ser possível uma boa adaptaçãoda amplitude dos sinais de tensãocorrespondentes à vibração, é possívelseleccionar quatro valores de ganhodiferentes: 1, 10, 100 ou 1000. Para além doganho, é também possível regular o valordo desvio de zero na entrada e na saída,através de simples potenciómetrosmultipista.

Cada um dos três canais do sistema decondicionamento é alimentado por umconversor DC/DC cuja saída é de ± 15 volt,o que, para além de possibilitar aalimentação de energia dos circuitos decada canal,, garante um melhor isolamentoentre os três canais.

ISO 2631 (1997).

Placa ADCondicionador desinal de 3 canais

Acelerómetro triaxial

PC portátil

fig 3 — Esquema do sistema de aquisição.

5

Todo o conjunto, correspondente aostrês eixos, encontra-se montado nasrespectivas placas de circuito impresso,feitas em fibra “epoxy”, devidamenteencerradas no interior de uma caixametálica o que lhe confere uma elevadograu de imunidade a ruídos eléctricosinduzidos.

Destinando-se este sistema a serutilizado para a medição das vibrações nointerior de veículos pesados e ligeiros, épossível alimentá-lo directamente de umabateria ou de uma tomada do veículo, emvirtude de a sua alimentação poder ser feitacom uma tensão contínua compreendidaentre 9 e 2$ volt.

3.2. Programa de computador

Foi escrito um programa de computadorno programa comercial de desenvolvimentode aplicações Testpoint que permite aoutilizador controlar todos os parâmetrosrelevantes de aquisição, tais como: afrequência de vanimento dos canais, o íní

cio e o fim da aquisição, etc. Este programadivide-se em duas partes fundamentais:uma de aquisição e armazenamento do sinale outra de tratamento dos dados.

Para a aquisição e armazenamento dosinal eléctrico proveniente docondicionador de sinal é apenas necessárioatribuir um nome ao ficheiro onde serãoregistadas as leituras e definir a taxa deaquisição que deve ser escolhida comalgum cuidado. Na escolha da taxa deaquisição é necessário ter em conta oteorema de Nyquist, que diz que “a taxa deaquisição de um sistema que está a adquirirum sinal deve ter, uma frequência pelomenos dupla da frequência mais elevada doreferido sinal”. Para sinais de vibração nocorpo humano, uma frequência de aquisiçãode 160 amostras/segundo é suficiente, dadoque a gama de vibrações a considerar situa--se, de acordo com a norma ISO 2631, dos0,1 aos $0 Hz. Para além deste teoremadeve-se ter em conta o algoritmo daTransformada Rápida de Fourier (FFT),

VIBRAÇÕES Panet tratamento de dados

[Taxa aqwiço 1273 1 [ VI:uahzfj

Amostra

Total

_______________

Parcial Desde 11000 1

_______

Fig 4 - Visualização do painel de tratamento do sinal.

icheira de dado:

ma&dat - iIe

______

-

de resultados-

1!Lc \Micra5O File—.

0.0348 0.0483 0.261

esamento uanij Sair

____

a

‘Ix awy awz Situaço 1’ 1Saude

j Coníerto

j Percepç5o K [i ijRMS ponderado para o: 3 eixos

-

— -

Kz[i’

____________

Eixo y ‘Eixo z 3

0.267

t Eox:RMSnear: 0.243 0.243 0.343 0.485

6

utilizado para filtrar o sinal, que utilizaséies com a dimensão de potência de basedois (Bendat, 1997). Logo, se a série dedados a tratar não tiver esta dimensão, oalgoritmo de cálculo adiciona zeros atéalcançar uma dimensão correspondente aurna potência de base dois, o que alterará deforma considerável o resultado final.

Atendendo ao supra exposto, deve-seter em consideração o tempo de aquisição, eescolher, em função deste, urna taxa deaquisição que permita que os dadosrecolhidos tenham uma dimensão igual ouligeiramente inferior a uma potência debase dois.

Na figura 4 apresenta-se uma imagemda interface gráfica do programa detratamento de dados. Para proceder aotratamento, o utilizador tem de aceder aoficheiro de dados. Este ficheiro, quandogerado por urna aquisição deste programa,tem registado a data, a hora de início daleitura e a taxa de aquisição. Assim, deve-seobter a taxa de aquisição daquele ficheiro,pressionando o botão criado para o efeito.Em virtude da existência de dois sensoresprimários, cada um com diferentes rectas decalibração, no programa é possível definirqual dos acelerómetros foi utilizado naaquisição.

O utilizador pode ainda escolher asituação que pretende analisar (saúde,conforto ou percepção). Os factores deponderação estão, para cada caso, definidosno programa, podendo no entanto, outilizador definir outros valores. Caso sepretenda guardar os resultados, é necessárioatribuir o nome ao ficheiro de resultados.

Quando a amostra a tratar tem dimensãopequena, o erro no cálculo dos valoresponderados poderá ser elevado, nãofazêndo sentido o seu cálculo, podendo

• calcular-se simplesmente o valor de RM$• linear.

No programa desenvolvido é possívelvisualizar graficarnente os dados, o quepermite tomar urna decisão sobre adimensão da amostra que se quer tratar. Oprograma permite que se opte por fazer um

tratamento de toda a amostra ou apenas deuma parte seleccionada.

O processamento do sinal consiste emprimeiro lugar na leitura do ficheiro,separando o sinal de cada um dos três eixos.Este sinal, valor em tensão, é convertidopara uma valor de aceleração instantânea,através da recta de calibração determinadapara cada eixo, consoante o acelerórnetrodefinido pelo utilizador. A etapa seguinte, amais crítica e demorada, consiste em fazerpassar, para cada eixo, o sinal por filtros debanda passante iguais às bandas de terço deoitava. Corno entre 0,5 e 80 Hz há 23bandas de terço de oitava, obtêm-se 23 x 3sinais. Seguidamente é calculado o RMS dosinal de cada uma das bandas. Depois docálculo destes obtém-se a aceleraçãoponderada, para cada eixo, em função doRMS e do factor de ponderação de cadabanda. finalmente, calcula-se o valor davibração total, em função da aceleraçãoponderada de cada eixo e .dos factores deponderação.

Os valores da aceleração ponderada decada eixo e da vibração total sãoaprésentados pelo programa. Depois doprocessamento concluído, podem-se alteraros factores de multiplicação e/ou a situaçãoem análise.

3.3. Calibração do sistema

Para a calibração do sistema utilizou-seurna máquina de ensaios de fadiga (cffigura 5), onde era possível gerar ummovimento oscilatório de amplitude efrequência constantes, tendo-se obtido asrectas de calibração do sistema para os trêseixos ortogonais de cada um dos sensoresprimários.

A referida máquina permite, através deum LVDT (“Linear Variable DifferentialTransformer”), medir o deslocamentoimposto ao acelerómetro, previarnentefixado. O sinal seleccionado para calibrar osistema de aquisição foi o correspondente aum deslocamento harmónico simples.

7

Foram feitas leiturasfrequências de formaindependência do sistemafrequência de oscilação.

As frequênciasrespectivas amplitudesindicadas na tabela 3.

Frequência1 5 15 30[HzJ

2,5 1,5 0,75 0,152,0 1,2 0,60 0,12Amplitude1,5 0,9 0,45 0,09[mm]1,0 0,6 0,30 0,060,5 0,3 0,15 0,03

Convém referir que, apesarfrequências de utilização do sistema deacordo com a ISO 2631 serem de 0,5 a 80Hz, apenas foi possível utilizar nacalibração uma frequência máxima de 30Hz em função das características damáquina disponível.

Na figura 6 representam-se os sinais dassaídas em tensão do acelerómetro e doLVDT durante um dos ensaios decalibração realizados.

O sinal do LVDT é relativo aodeslocamento, enquanto que o sinal doacelerómetro é relativo à aceleração, pelo

que, como seria de esperar, os sinaisapresentam um desfasamento de 180°.

O processamento do sinal do LVDTconsistia em determinar a amplitude médiado sinal em tensão, converter estaamplitude, através do valor da sensibilidadeestática do LVDT (0,0 15 m!V), nocorrespondente valor de deslocamentomédio e obter o valor da aceleração linearmáxima.

Para o sinal do acelerómetro apenas sedeterminou a média das amplitudesmáximas do sinal em tensão, ou seja o picodo sinal.

Com os valores da aceleração linearmáxima imposta na máquina e da amplitudedo sinal do acelerómetro obtiveram-se asrectas de calibração para cada um doseixos. Na figura 7 está representada umadas rectas de calibração, no caso para o eixoy do sensor A.

Na tabela 4, apresentam-se os valoresda sensibilidade estática e do coeficiente decorrelação para os três eixos de ambos ossensores.

- Sensibilidade estática e factor decorrelação do sistema.

. Sensibilidade Factor deSensor Eixo estatica correlaçaox 1,057 0,999

A 1,070 0,997z 9,524 0,999x 1,039 0,999

B 1,075 0,999z 9,630 0,987

4. ENSAIOS EXPERIMENTAIS

Para testar o sistema efectuaram-seensaios comparativos com outro sistema deaquisição e análise de vibrações.

O sistema desenvolvido tem sidoutilizado em diversas medições no interiorde veículos, apresentando-se de seguida umcaso prático exemplificativo da suautilização.

Fig 5— Calibração para o eixo z do sensor A.

Em virtude dos acelerómetros tri-axiaisutilizados medirem as acelerações nas trêsdirecções ortogonais, calibraram-se cadaum dos seus eixos independentemente.

em diversasa testar aem relação à

utilizadas e asde oscilação estão

Tabela 3 — Frequências e amplitudes de calibração.Tabela 4

das

8

2 0.2

[Vi

1

o

—1

-2

[m/s2J8

7

6

5

4

3

2

oo

Fig 6 — Sinal do acelerómetro vs. sinal do LVDT.

1 2 3 4 5 6 7

Fig 7— Recta de calibração para o eixo y do sensor primário A.

[V]

0.1

0.0

-0.1

[VI

4.1. Teste comparativo

Efectuou-se um ensaio comparativo dosistema desenvolvido com um outro sistemabaseado num sonómetro Brüel & Kjer queanalisa as vibrações do corpo humano deacordo com a versão anterior (1985) danorma ISO 2631. Assim, no software dosistema desenvolvido pelos autores foramintroduzidos os factores de ponderação emfrequência que eram utilizados na versão de1985.

O objectivo deste ensaio foi verificar aconcordância da resposta dos dois sistemas.

acelerómetro (sensor A). Os valores daaceleração para cada eixo e ocorrespondente valor total foram adquiridose analisados através dos dois sistemas. Talcomo durante os ensaios realizados durantea calibração adquiriu-se o sinal do LVDT.da própria máquina por forma a confirmar osinal de aceleração imposto. O tempo deaquisição de cada uma das leituras foi devinte segundos.

As frequências e amplitudes impostas,bem como a aceleração total equivalenteobtida pelos dois sistemas de medida, estãoindicadas na tabela 5.

Da análise dos dados obtidos pode-severificar que existe uma boa concordância

- ---—-----------—----—-- —----—-- ••—•—-———— -0.2

0.0 0.7 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

____

Tempo [sinaIdoacerárnetro- - SindoLVDT

y=1.07xR2 = 0.9965

O ensaio foi realizadoensaios de fadiga, impondoe amplitude de oscilação

na máquina deuma frequência

constante ao

9

entre os valores medidos por ambos ossistemas de leitura.

Tabela 5— Resultados do ensaio comparativo.

Freq. Amplitude Aceleração Aceleração Dif.j] [mm] BK223 1 [ms] Sistema[ms2] jj_

101,04 2,22 2,33 4,70,54 1,15 1,20 4,2

1,73 1,29 1,21 6,60,87 0,65 0,61 6,6

4.2. Caso prático

A situação aqui apresentada diz respeitoà análise do conforto efectuada a umveículo ligeiro. Foram realizados diferentesensaios na viatura em questão,apresentando-se os resultados das seguintessituações: condução em estrada asfaltada a50 (4 velocidade), 90 e 120 kmlh (5

velocidade) e condução a 40 km/h (4

velocidade) em pavimento empedrado comdiversas irregularidades.

[m/s2]2.5

2

1.5

1

0.5

O

-0.5

—1

-1.5

-2

-2.5

Nos ensaios realizados, e de acordo coma norma ISO 2631, o sensor primário foicolocado entre o assento e o condutor daviatura.

Na figura $ está representada a evoluçãodurante dois segundos da aceleração para oeixo z do veículo a deslocar-se em estradaasfaltada à velocidade de 120 kmlh.

Na figura 9 apresentam-se as análisesespectrais do sinal de aceleração para asquatro situações estudadas. Pode-seobservar que é no pavimento de piorqualidade que surgem as componentes comfrequências mais elevadas.

Nas análises espectrais é visível aexistência de uma grande concentração dasvibrações medidas dentro da gama defrequências para as quais o corpo humanotem maior sensibilidade (4-10 Hz).

Na tabela 6, apresenta-se um resumo dotratamento dos dados para as quatrosituações aqui reportadas.

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0

Fig $ — Aceleração segundo o eixo z do veículo a uma velocidade de 90 km/h.

Tempo [s]

lo

0.5

0.45 -

0.4

0.35

0.3

0.25

0.2 -

0.15

0.1

0.05

o0.5 0.63 0.8 1 1.25 1.6 2 2.5 3.15 4 5 6.3 8 10 12.5 16 20 25 31.5 40 50 63 80

150 km/h D 90 kr&h O 120 km/h • Mau pavimento

Fig 9— Análise espectral das vibrações segundo o eixo z.

Tabela 6 — Valores da aceleração medida no veículo[ms2].

Ensaio Eixo x Eixo y Eixo z a

50 kmi’h 0,035 0,048 0,261 0,267

90 kmlh 0,087 0,107 0,606 0,62 1

120 km!h 0,106 0,137 0,755 0,774

Mau pav. 0,100 0,213 0,776 0,811

Como seria de esperar os valores dasvibrações vão sendo maiores à medida quea velocidade do veículo vai aumentando.Comparando os valores de aceleraçãoobtidos com os valores indicativos da tabela1 pode-se concluir que as vibraçõesinduzidas a 120 kmlh e no pavimento emmau estado sugerem a existência dedesconforto. O ensaio realizado a 50 km!h éo único que indica a inexistência dequalquer sensação de desconforto.

5. CONCLUSÕES

Descreveram-se os principais detalhesrelativos à construção de um sistema deaquisição e tratamento de sinais deaceleração cujo principal objectivo é o demedir as vibrações induzidas no corpohumano para, entre outras situações, avaliaro conforto no interior de veículos.

O sistema desenvolvido foi calibrado etestado num comparativo com outro sistemade aquisição e tratamento obtendo-se umaboa coerência entre os mesmos. Uma dasvantagens do sistema desenvolvido é aversatilidade que ele apresenta noprocessamento do sinal adquirido.

Foram apresentados alguns resultadosrelativos à utilização do sistema naavaliação das condições de conforto nummodelo de veículo ligeiro de transporte depassageiros.

fIITlÍddtií 1 1 ii 1 ii -11 -Ï ii j[iJJFrequência [HzJ

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AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem à Fundação paraa Ciência e a Tecnologia, pelo suportefinanceiro do presente trabalho através doprojêcto POCTI/2000/EME/34266, e aogrupo de Construções Mecânicas do DEMFCTUC, em especial ao Prof. ArnílcarRamalho, pela disponibilização da máquinade ensaios de fadiga.

BIBLIOGRAFIA

ISO 2631, Mechanical vibration and shock -

evalítation of hítman cxposíirc to wliole-bodyvibration, Geneva: International StandardOrganization, 1997.

150 263 1, Mechanical vibration and shock -

evatuation ofhuman exposure to whole-bodyvibration, Geneva: International StandardOrganization, 1985.

Bendat, J. 5., Random data - analysis andmeasurernent procedures, John Wiley &Sons, 1986 (ISBN: 0471-04000-2).

Wyon, David P., Driver vigitance: the effects ofcornpartrnent temperature, 5AE Paper920168, 1992.

Mackie, R.R., A studv of heat, noise andvibration in retation to driver performanceandphysiologica/ status, 1974.

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