Otimização de Peso e Ergonomia em Protótipos de Veículos Baja SAE

Resumo:

A pesquisa tem como objetivo desenvolver um protótipo de veículo Baja SAE, focado na redução de massa do chassi e na otimização da ergonomia do piloto, sem comprometer a rigidez estrutural e a segurança, e atendendo às restrições orçamentárias impostas por equipes com recursos limitados. A justificativa do estudo reside na necessidade de melhorar a relação peso-potência e o conforto do piloto, o que pode resultar em melhor desempenho nas competições off-road. As hipóteses testadas incluem a viabilidade de reduzir a massa do chassi por meio de otimizações geométricas e a adoção de materiais mais leves, além de ajustes ergonômicos que melhorem o conforto de pilotos de diferentes estaturas. Os procedimentos realizados incluem a análise geométrica inicial do chassi utilizando softwares CAD, seguida de simulações estruturais via Ansys para testar a rigidez e resistência sob cargas. A ergonomia foi avaliada por meio de simulações com manequins de diferentes percentis (1% feminino e 99% masculino), utilizando software CAD 3D para ajustar os ângulos de pilotagem e testar o conforto. Testes práticos foram realizados com pilotos para validar a ergonomia. Os resultados preliminares indicam que a redução de massa é viável sem comprometer a rigidez estrutural, e os ajustes ergonômicos melhoram significativamente o conforto do piloto. O projeto contribui ao fornecer uma solução que equilibra desempenho, segurança e custo, atendendo às exigências do regulamento Baja SAE e as demandas das competições off-road.

Palavras-chave:

Baja SAE, redução de massa, chassi, ergonomia, simulação estrutural, protótipo off-road, rigidez estrutural.

Justificativa:

**Justificativa:** A pesquisa é motivada pela necessidade de otimizar o desempenho de veículos Baja SAE em competições off-road, onde a redução de massa e a ergonomia são fatores decisivos. A redução do peso do chassi melhora a relação peso-potência, essencial para manobras em terrenos irregulares e provas de resistência, enquanto a ergonomia adequada garante o conforto e a eficiência do piloto. Entretanto, a adoção de materiais mais leves, embora vantajosa, é frequentemente inviabilizada pelos altos custos, exigindo soluções criativas dentro de orçamentos limitados. Portanto, a pesquisa é relevante ao propor alternativas viáveis de design e simulação que equilibram custo, segurança e desempenho, contribuindo para o aprimoramento técnico de equipes de engenharia automotiva.

Objetivo Geral:

Desenvolver um protótipo de veículo Baja SAE que reduza a massa do chassi, sem comprometer a rigidez estrutural, e otimize a ergonomia do piloto, atendendo às exigências do regulamento da competição e às restrições orçamentárias.

Objetivo Específico:

**Objetivos Específicos:** 1. Analisar as configurações geométricas do chassi para identificar possibilidades de redução de massa sem comprometer a rigidez estrutural. 2. Avaliar a viabilidade de diferentes materiais, levando em consideração custo e desempenho estrutural, para otimizar a relação peso-resistência. 3. Aplicar simulações estruturais e ergonômicas (usando software CAD e FEA) para validar o comportamento do chassi sob cargas de torção e impacto. 4. Otimizar a ergonomia do veículo, ajustando os ângulos de pilotagem para garantir o conforto e o desempenho do piloto, conforme os percentis exigidos pelo regulamento. 5. Propor soluções de design que atendam às restrições orçamentárias, mantendo a competitividade do protótipo em provas de resistência e manobrabilidade.

Questões Norteadoras:

Como é possível reduzir a massa do chassi de um veículo Baja SAE, mantendo sua rigidez estrutural e otimizando a ergonomia do piloto, dentro das restrições de custo e das normas técnicas da competição?

Hipótese:

**Hipóteses:** 1. É possível reduzir a massa do chassi de um veículo Baja SAE por meio da otimização de sua geometria e da redução de travamentos, sem comprometer a rigidez estrutural e a segurança do piloto. 2. A adoção de materiais mais leves, embora mais caros, pode ser compensada pela eficiência no desempenho, contribuindo para a melhoria da relação peso-potência do veículo. 3. A ergonomia do cockpit pode ser otimizada para pilotos de diferentes estaturas, ajustando os ângulos de pilotagem, o que resultará em um melhor desempenho nas competições devido ao aumento do conforto e redução do cansaço.

Metodologia:

**Metodologia:** Para testar as hipóteses e atingir os objetivos, a pesquisa será dividida em duas principais etapas: análise estrutural e análise ergonômica. 1. **Análise Estrutural e Redução de Massa:** - **Estudo inicial do chassi:** Será realizada uma análise geométrica do chassi utilizando software CAD (SolidWorks) para identificar componentes redundantes que possam ser eliminados ou otimizados, reduzindo o número de travamentos sem comprometer a integridade estrutural. - **Simulação de elementos finitos (FEA):** Após as modificações geométricas, serão realizadas simulações no software Ansys para avaliar o comportamento do chassi sob cargas de torção e impacto, garantindo a rigidez e a segurança do piloto. Serão analisados os esforços a que o chassi será submetido em provas de off-road. - **Avaliação de materiais:** Será feita uma análise comparativa de diferentes materiais com relação ao custo, resistência e peso, para identificar a viabilidade de adoção de materiais leves, mantendo o chassi dentro das restrições orçamentárias. 2. **Análise Ergonômica:** - **Estudo antropométrico:** Com base nos dados de percentis exigidos pelo regulamento Baja SAE, será feita uma análise de ergonomia usando software CAD 3D para ajustar o design do cockpit, considerando o conforto do piloto. O foco será ajustar ângulos de pilotagem (braços, pernas e tronco) e garantir a acessibilidade a todos os controles. - **Avaliação prática:** Será conduzido um teste prático com pilotos de diferentes estaturas (percentis 1% feminino e 99% masculino), que avaliarão o conforto e o desempenho do design ergonômico, utilizando o diagrama de Corlett e Manenica (1980) para medir o desconforto percebido. 3. **Validação Final:** - **Iteração de design:** Com base nos resultados das simulações e nos testes práticos, serão feitas correções no design do chassi e do cockpit, buscando o equilíbrio entre redução de massa, rigidez estrutural e conforto do piloto. O protótipo final será validado por meio de uma nova rodada de simulações e ajustes ergonômicos.

Referências:

**Fontes Bibliográficas:** 1. CORLETT, E. N.; MANENICA, I. *The effects and measurement of working postures*. Applied Ergonomics, v. 11, n. 1, p. 7-16, 1980. 2. DREYFUSS, Henry; TILLEY, Alvin R. *The measure of man and woman: human factors in design*. Whitney Library of Design, 1993. 3. SAE BRASIL. *Regulamento Administrativo e Técnico Baja SAE BRASIL*. São Paulo, 2024. 4. COSTA, Arthur Barroso et al. *Avaliação ergonômica de um veículo Baja*. Engenharia Mecânica: A influência de máquinas, ferramentas e motores no cotidiano do homem 2, [S.L.], p. 211-233, 2021. DOI: http://dx.doi.org/10.22533/at.ed.17321180617. 5. SANTOS, Adriana Borges dos. *Estudo ergonômico do veículo Baja da Universidade do Vale do Taquari UNIVATES*. Trabalho de Conclusão de Curso, 2016. 6. ZIZEMER, Vitor Augusto Schutt. *Análise da existência de informações para avaliação do benefício-custo de projetos ergonômicos*. Estudos de caso em empresas de médio e pequeno porte, 2014.

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