Bancada para observação dos fatores que influenciam o fenômeno shimmy

Bench for observing factors that influence shimmy phenomenon

CARVALHO, Áquila Chagas de; SANTICIOLLI, Fabio Mazzariol; MIRANDA, Matheus Henrique Rodrigues; ECKERT, Jony Javorski; SILVA, Ludmila Corrêa de Alkmin e; DEDINI, Franco Giuseppe

Trabalho completo:

Shimmy, também conhecido como wobble, é uma oscilação autoexcitada (geralmente com frequência entre 4 e 10 Hz) que ocorre em rodas, especialmente nas rodas dianteiras de motocicletas, trens de pouso de aeronaves e automóveis. Esse efeito é influenciado por grandezas físicas como a rigidez do garfo da motocicleta, o trail, o ângulo caster, a velocidade do sistema, a folga nos rolamentos da roda, as características do pneu, a altura do centro de massa, a inércia de rotação e a distância entre o centro de massa e o eixo da roda traseira. A energia necessária para sustentar a autoexcitação é fornecida pelas forças e momentos de reação entre o pneu e o solo. Este trabalho tem como objetivo estudar o fenômeno do shimmy, apresentar seu comportamento, demonstrá-lo em exemplos práticos e descrever as características do efeito, bem como as condições que favorecem sua atenuação ou agravamento. Para isso, utiliza-se uma bancada experimental em escala reduzida, com 5 graus de liberdade, na qual são alteradas grandezas físicas e observados seus efeitos sobre o shimmy. Como resultado deste estudo, com base em uma matriz de experimentos, análises de sensibilidade fornecem diretrizes para o projeto de um controle passivo do efeito shimmy.

Shimmy, also known as wobble, is a self-excited oscillation (usually with a frequency between 4 and 10 Hz) that occurs in wheels, especially the front wheels of motorcycles, aircraft landing gear, and automobiles. This effect is influenced by physical quantities such as motorcycle fork stiffness, trail, caster angle, system speed, wheel bearing clearance, tire characteristics, the center of mass height, rolling inertia, and the distance between the center of mass and the rear wheel axle. The energy required to sustain self-excitation is provided by the tire-ground reaction forces and moments exerted on the tire. This work aims to study the phenomenon of shimmy, presents its behavior, demonstrate it in practical examples, and describes the characteristics of the effect and the conditions for attenuating or aggravating the phenomenon. For this purpose, a small-scale experimental bench with 5 degrees of freedom is used, in which physical quantities are altered and their effects on shimmy are observed. As a result of this paper, based on a matrix of experiments, sensitivity analyses provide guidelines for the design of a passive control of the shimmy effect.

Palavras-chave: - -

DOI: 10.5151/simea2025-PAP119

Referências bibliográficas

• [1]
• [2] Rapson D, Muehlegger E. Global transportation decarbonization. Journal of economic perspectives. 2023;37(3):163–88.
• [3] Han J, Zhang J, He C, Lv C, Hou X, Ji Y. Distributed finite-time safety consensus control of vehicle platoon with senor and actuator failures. IEEE transaction vehicular technology. 2023 jan 1;72(1):162–75.
• [4] Da silva R R M R, Montenegro D P, Rodrigues G S, Lopes E D R. Tire-ground footprint area parameters estimation of a multiple contact points tire by finite element analysis. In 2021.
• [5] Miranda M H R, Silva L C de A, Eckert J J, Lourenço M A de M, Silva F L, Dedini F G. Development of a planar dynamics model for vehicles. In editora edgard blucher, ltda.; 2021. P. 463–74.
• [6] Ruan S, Zhang M, Yang S, Hu X, Nie H. Research on the stability and bifurcation characteristics of a landing gear himming dynamics system. Aerospace. 2024 feb 1;11(2):1–104.
• [7] Ruan S, Zhang M, Hong Y, Nie H. Influence of clearance and structural coupling parameters on shimmy stability of landing gear. The aeronautical journal. 2023 sep 6;127(1315):1591–622.
• [8] Giridharan V, Sivakumar S. Shimmy analysis of light weight aircraft nose wheel landing gear. In: vibroengineering procedia. Extrica; 2022. P. 8–15.
• [9] Lu H, Habib G, Wu X, Ren Y, Yan L. Application of nonlinear energy sink in suppressing wheel shimmy for advanced vehicle chassis design under independent wheel subsystems. Nonlinear dyn. 2024 sep 1;112(17):14907–23.
• [10] G. Becker, H. Fromm, H. Maruhn. Schwingungen in automobillenkungen (“shimmy”): bericht der versuchsanstalt für kraftfahrzeuge und des festigkeitslaboratoriums der technischen hochschule zu berlin. M krayn. 1931;
• [11] Bakker E, Nyborg L, Pacejka H B. Tyre modelling for use in vehicle dynamics studies. In 1987.
• [12] H. Pacejka. Tyre and vehicle dynamics. 2005.
• [13] Podgorski W A, Krauter A I, Rand R H, The wheel shimmy problem: its relationship to wheel and road irregularities. Vehicle system dynamics. 1975 mar 1;4(1):9–41.
• [14] Ruan S, Zhang M, Shi X, Liu X, Nie H. Stability analysis of shimmy under the consideration of tire pavement contact mechanics behavior. J sound vib. 2025 mar; 600: 118916.

Como citar:

CARVALHO, Áquila Chagas de; SANTICIOLLI, Fabio Mazzariol; MIRANDA, Matheus Henrique Rodrigues; ECKERT, Jony Javorski; SILVA, Ludmila Corrêa de Alkmin e; DEDINI, Franco Giuseppe; "Bancada para observação dos fatores que influenciam o fenômeno shimmy", p-619-626. In: Anais do XXXII Simpósio Internacional de Engenharia. São Paulo: Blucher, 2025.
ISSN 23577592, DOI 10.5151/simea2025-PAP119