Engenharia Mecânica

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Otimização do consumo de combustível em comboio de veículos sujeito a percursos envolvendo relevo e curvas
(2024) Oliveira, Rafael Velho de
Segundo as projeções de órgãos internacionais, como as Nações Unidas (UN), e sites de dados estatísticos, como STATISTA, a tendência é que a população mundial cresça, e com isso ocorra também o crescimento da frota mundial de veículos. Dessa forma, a consequência desse crescimento é o aumento da produção dos gases de efeito estufa, principalmente no segmento de transporte, que utiliza veículos pesados. Com isso, faz-se necessário buscar formas alternativas para reduzir essa produção de gases de efeito estufa e melhorar a eficiência do sistema atual, uma vez que não é possível expandir a malha rodoviária. Para alcançar esse objetivo, diversos estudos estão sendo desenvolvidos. Uma das soluções é a adoção da estratégia de comboio, um método de otimização do perfil de velocidade que funciona de forma colaborativa, na qual veículos trafegam em pequenas distâncias entre si promovendo uma redução no consumo, uma vez que diminui a resistência do ar para o caminhão seguidor. No presente trabalho foi considerado a inclusão de veículos que não possuem a tecnologia necessária para formar comboios de forma autônoma, e por isso esses veículos recebem sugestões de velocidades baseadas no cálculo utilizando uma estratégia de controle ótimo. Além disso, o comportamento preditivo do motorista também pode auxiliar na redução do consumo, e por isso foi incluído a dinâmica lateral considerando dois fenômenos comuns em veículos pesados: escorregamento e tombamento. Dessa forma, o motorista tem que se adaptar a elevações e a um trecho em curva que possui uma aceleração máxima lateral considerando o tombamento de um caminhão. Pelos resultados obtidos foi possível concluir que a estratégia proposta influencia o comportamento dinâmico lateral do veículo e seu consumo, reduzindo-o principalmente em percursos com alta variação de inclinação e com curvas. Além disso, em consequência da redução do consumo, é reduzido a emissão dos gases poluentes
Ride assist:
(2023-11-30) Siva, Felipe Saturnino; Andrade, João Victor; Teixeira Júnior, Marcos; Nascimento, Matheus; Ronqui, Mayara Tome; Libório, Paulo Henrique Gonçalves; Queiroz, Thomaz Vitali de
De acordo com o Relatório Mundial Sobre a Deficiência, documento publicado pela Organização Mundial da Saúde em 2011, cerca de 15% da população mundial vive com algum tipo de deficiência. Entretanto, há significante falta de consciência e informação científica acerca do tema, ao considerar que quase todas as pessoas terão alguma deficiência temporária ou permanente em algum momento de suas vidas e, com o passar do tempo, enfrentarão dificuldades cada vez maiores com a funcionalidade de seus corpos. Pessoas com deficiência costumam sofrer exclusão de atividades cotidianas, tendo sua qualidade de vida e bem-estar prejudicados. Deste modo, a equipe Ride Assist desenvolverá o projeto de um Sistema de Propulsão Auxiliar em Bicicleta para Pessoas com Mobilidade Reduzida, focado em um caso de uso específico em que há dificuldade de manutenção do pedalar em determinada posição do pedivela. O projeto contribuirá para a obtenção de maior autonomia desses indivíduos e para a evolução da eco mobilidade, visando habilitar mais pessoas a utilizarem a bicicleta não só para o lazer, mas também como meio de transporte. O dispositivo de tecnologia assistiva será desenvolvido para o caso de uso descrito, adaptado a uma bicicleta comum de mercado, através do estudo da cinemática e dinâmica do conjunto homem-bicicleta, caracterizando um sistema de controle de malha fechada. Para isso, serão utilizados recursos do Centro de Laboratórios Mecânicos (CLM) do Centro Universitário FEI e softwares comerciais de Engenharia e Design Assistidos por Computador (CAD e CAE).
Ambiente de otimização dinâmica e simulação para obtenção de perfis de velocidade ótimos de veículos pesados com calibração simplificada
(2023) Barbosa, Pedro Muniz
Uma quantidade significativa de combustível fóssil consumido e poluentes emitidos em todo o mundo pode ser atrelada ao transporte em modal rodoviário. Além disso, o combustível sempre foi uma das principais parcelas em relação à precificação dos transportes de cargas e com isso, a economia dele se tornou um dos pilares para o desenvolvimento de novas tecnologias veiculares. A ecocondução, que consiste em conduzir o veículo visando condições de alta eficiência energética, tem sido amplamente estudada nos últimos anos devido aos seus possíveis benefícios na redução do consumo de combustível e emissão de poluentes. Uma das frentes de estudo da ecocondução é a otimização de perfis de velocidade, que se traduz em, através de um problema de controle ótimo, minimizar o consumo de combustível de uma rota tendo como variável de controle a velocidade do veículo. Boa parte das montadoras de veículos pesados já possuem soluções que buscam economizar combustível através desta estratégia, porém, tais soluções só são introduzidas no mercado através de veículos novos. Devido à alta idade média dos veículos rodoviários no Brasil e ao constante aumento dela, métodos que sejam também aplicáveis para esta frota já existente poderiam auxiliar no aumento da eficiência energética dela mais rapidamente. Neste trabalho é proposto um ambiente computacional baseado em otimização dinâmica e simulação numérica rigorosa para minimização do consumo de combustível em veículos pesados, através da otimização de perfis de velocidade em trajetos rodoviários que seja de aplicação genérica, ou seja, aplicável em qualquer marca ou modelo de veículo e que não necessite em sua calibração dados altamente custosos a serem obtidos, como fazem as soluções já existentes disponibilizadas por algumas montadoras. A metodologia utilizada consiste em definir um modelo de consumo de combustível de elevada exatidão e de fácil calibração, um modelo de dinâmica veicular que abrange os principais parâmetros de movimento do veículo, elaborar e resolver o problema de controle ótimo e por fim, verificar o desempenho da solução em um ambiente de simulação dinâmica que aborda diversos aspectos dimensionais e cinemáticos do veículo e do trajeto através do programa TruckSim. Os resultados mostraram, nos cenários de estudo, que tal solução tem capacidade de reduzir 8,32% em média do consumo de combustível de um caminhão quando comparado a um perfil de velocidade constante
Coordenação ótima de comboios baseada em sistema de sugestão de perfil cinemático
(2022) Dal Bon Tonetto, Paulo Eduardo
Órgãos internacionais como United States Environmental Protection Agency (EPA) e European Environment Agency (EEA) relatam que há tendência de crescimento das emissões dos veículos pesados para os próximos anos. Uma das possíveis explicações para isto é o fato de existir uma projeção indicando que a demanda pelo frete de carga continuará crescendo no mundo inteiro. A busca por novas tecnologias para reduzir as emissões de gases de efeito estufa no segmento de transporte, especialmente para os veículos pesados, torna-se necessária, e a dificuldade para expandir a malha rodoviária faz buscar novas estratégias para otimizar o sistema atual visando uma melhora na eficiência energética. Para atingir tal meta, diversas frentes de estudo estão sendo exploradas. A estratégia do comboio de caminhões, na qual os veículos trafegam com pequenas distâncias entre si promovendo uma economia de combustível, vem mostrando que é uma opção viável na prática, reduzindo o consumo, os custos operacionais e a emissão de gases poluentes, sendo que o método de otimização do perfil de velocidade de forma colaborativa pode auxiliar ainda mais na economia. No presente trabalho os efeitos da inclusão de veículos que não dispõem da tecnologia necessária para a formação de comboio de forma autônoma serão estudados. Na formação, um veículo não autônomo recebe sugestões de velocidades que são calculadas através de uma estratégia de controle ótimo. Foi possível concluir que em média para o perfil ótimo de velocidade os veículos seguidores são 26,9% mais econômicos que um veículo trafegando sozinho utilizando somente a estratégia de controle de cruzeiro. Os veículos seguidores utilizando a estratégia de sugestão apresentam a mesma diferença percentual (26,9%). Portanto a inclusão de veículos HDV na formação do comboio se mostrou eficiente na economia, sendo que o consumo dos seguidores não é afetado e o do líder pouco se altera comparado com a estratégia de controle de cruzeiro
Controle preditivo aplicado à fase de aproximação na formação de comboios veiculares
(2022) Batista, Flávio José Bento
A automação veicular, possui diversos desenvolvimentos que compõe o chamado sistema avançado de assistência ao condutor, (ADAS - Advanced Driver Assistance System), e caminham para a direção autônoma. Um elemento crucial à evolução do ADAS, é o controle da dinâmica longitudinal veícular, realizada pelo sistema de controle de cruzeiro adaptativo (ACC - Adaptive Cruise Control), amplamente utilizado em veículos de passeio e comerciais, com intuito de aumentar a segurança, conforto e economia de combustível à viagem. Sua função é, manter determinada velocidade de cruzeiro e, na presença de veículo lento a frente, adaptar sua velocidade, controlando a distância entre os veículos e formar um comboio com segurança, evitando acidentes e erros de condução. Existem três momentos básicos com o ACC, velocidade de cruzeiro (controle de velocidade), comboio formado (controle de distância) e a fase de aproximação de formação de comboio, no qual ocorrem trocas entre estes controladores. A revisão da literatura indica, que esse gerenciamento de controladores pode ser feito de diversas formas, visando requisitos diversos. O presente trabalho, desenvolve um controlador preditivo baseado em modelo (MPC - Model Predictive Control) para um ACC, com requisitos de consumo de combustível, segurança e conforto em viagem, incluídos explicitamente na fase de projeto e não apenas constatados a posteriori, utilizando-se das propriedades do método de Controle Ótimo, intrínsecas ao MPC. Aplicando em sua formulação, as equações levantadas, referentes a consumo, segurança e conforto. Com atenção a fase de aproximação, o MPC proposto, foi simulado e analisado perante outros dois métodos com este foco, obtendo um bom desempenho em consumo, segurança e conforto, respeitando as restrições impostas em projeto e sem negligenciar um requisito em prol de outro. O controlador concebido, também foi posto à prova em outros cenários, com situações comuns de acontecer em uma rodovia. O algoritmo do MPC, foi refinado durante todas estas simulações, obtendo comportamento que satisfez as restrições de projeto na maioria das situações impostas. No entanto, ocorreram eventos de instabilidades para a segurança do sistema veícular, por parte do algoritmo idealizado, expondo frentes de pesquisa para a continuidade deste trabalho. Por fim, os resultados apresentados pelo MPC projetado, foram alcançados, inserindo na fase de projeto os requisitos de consumo, segurança e conforto, obtendo boa performance, quando comparado as técnicas estudadas
NEOVECTIS
(2022-06-20) Pontes, Arthur Caravieri; Xavier, Ayra Christina Santos Laurindo; De Almeida, Bruno Sobral Coelho; Matiuci, Enrico Steinle; Beraldini, Gabriel Batistioli; Celino, Gabriel José; Araujo, Luiz Henrique Marques; Inserra, Matheus Gasparetto; Bessa, Vinicius Guimarães
Conforme dados levantados no Censo de 2010 pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), cerca de 45 milhões de pessoas possuem algum tipo de deficiência no Brasil. Ademais, 7% da população brasileira possui algum tipo de dificuldade para se movimentar. Já em escala mundial, apenas uma em cada dez pessoas possui acesso aos equipamentos assistivos que necessitam. Diante do exposto, o NEOVECTIS traz uma nova visão ao projeto VECTIS, incluindo melhorias e maior viabilidade financeira. Em acréscimo, importante ressaltar o objetivo, qual seja construir um dispositivo modular para auxiliar a propulsão das cadeiras de rodas, consistindo em duas alavancas que, ao serem empurradas, transmitem movimento ao eixo das rodas. Referida mudança faz-se necessária para preservar as musculaturas da região do ombro do cadeirante. Com o intuito de dar continuidade ao projeto Vectis, pretende-se otimizar os seguintes mecanismos: sistema de freio, conjunto de alavancas e acoplamento. Para o sistema de freio, será preciso empregar componentes mais eficazes, sem comprometer a estética e modularidade. No conjunto de alavancas, as melhorias envolvem: (i) alteração da geometria para empregar materiais mais leves sem comprometer sua eficiência mecânica; (ii) adição de um sistema de contrabalanceamento, a fim de deixar a alavanca em posição estável, na hipótese de ser solta pelo cadeirante; e (iii) permissão de manobras e deslocamento em marcha ré. Por fim, no acoplamento propõe-se a otimização de componentes com o objetivo de reduzir o peso e a largura.
MOVE
(2021-12-05) Diniz, Rodrigo Hernanes Bezerra; Sastre, Rafaela Grecco; Molena, Alyson Junior; Silva, Gustavo Vale da; Cava, Rafael da Silva; Camargo, Matheus Silva; Gouvea, Matheus Oliveira
O desenvolvimento econômico de uma nação traz consigo a necessidade do aprimoramento de áreas intrínsecas ao dia a dia de diversas empresas. Nesse sentido, atrelada ao consumo de 12,7% do PIB brasileiro, sendo 6,8% custos de transporte, a logística é certamente um dos pontos que requerem tal aperfeiçoamento. Ademais, o modal rodoviário é o mais representativo no Brasil, o que evidencia a atenção que deve ser direcionada a esse setor. Esforços aplicados a gestão e manutenção das frotas certamente são importantes para tornar as empresas mais competitivas. No entanto, um dos principais gastos relacionados ao transporte rodoviário é o consumo de combustível, que nos últimos anos vem apresentando taxas de crescimento consideráveis. Por consequência, o transporte de cargas está em constante evolução, e uma tendência para o setor é o Platooning, que é um método de condução em que há a ligação de dois ou mais caminhões em comboio, que seguem de perto uns aos outros a uma distância definida, utilizando tecnologias de conectividade entre si, permitindo desta forma viajarem em sincronia. O veículo da frente atua como líder, desta forma se ele freia todos os outros caminhões também realizam a frenagem, o que resulta em menor consumo de combustível e maior segurança, pois os caminhões se aproximam em velocidade constante com menos frenagens e acelerações. Tendo em vista o quão promissor pode ser o Platooning, o projeto Move tem como propósito avaliar o comportamento fluidodinâmico nos caminhões organizados em comboio. E a partir disso, otimizar seu desempenho com a utilização de apêndices aerodinâmicos em diferentes configurações de formato, posição e fixação.
Projeto VECTIS
(2021-06-23) Nunes, Giovanni Ricci; Menegati, Guilherme Feliscino; De Oliveira, Guilherme Tavano; Brandão, Isabella Rotta; Borges, Italo Ventura Saddi; Da Silva, Rafael Vazquez Alves; Trigueirinho, Vinícius Moreno
Atualmente no mundo, mais de um bilhão de pessoas precisam de algum tipo de tecnologia assistiva. Dentre elas, setenta e cinco milhões de pessoas precisam de cadeiras de rodas, cento e cinquenta milhões de pessoas precisam de algum tipo de dispositivo para auxílio na locomoção e trinta e cinco milhões de pessoas precisam de próteses. No entanto, a cada dez pessoas que necessitam de algum tipo de dispositivo assistivo, somente uma tem acesso, tendo o alto custo dos equipamentos como principal fator impeditivo. Estima-se que até 2030 haverá dois bilhões de pessoas que necessitem de alguma assistência tecnológica. Tendo em vista a situação atual e previsões futuras, o projeto VECTIS tem como objetivo primário contribuir para que tecnologias assistivas eficientes e baratas cheguem para toda a população. O projeto VECTIS tem como objetivo: idealizar, projetar e simular um dispositivo modular de auxílio na propulsão em cadeira de rodas através de duas alavancas que transmitem movimento ao eixo das rodas, onde o usuário empurra as alavancas e gera torque para locomoção. Isso torna a transmissão de força mais eficiente, pois o torque gerado pelo braço de alavanca é maior do que acelerar diretamente com as mãos nas rodas. A alavanca gera, também, maiores ou menores esforços, dependendo de onde o usuário segura para realizar o movimento. É importante ressaltar que o baixo custo é muito importante para o sucesso do projeto, visto que o principal fator de inacessibilidade da população a dispositivos assistivos é o alto custo. Como objetivo secundário, visamos algum tipo de parceria com o sistema único de saúde brasileiro (SUS), para assistir o maior número de pessoas.
Estudo da minimização do consumo de combustível em comboio de veículos pesados por meio da otimização dos perfis de velocidade
(2020) Nanni, Bruno Baeta
Dados apresentados por órgãos ambientais de vários países apontam para um crescimento da emissão de gases responsáveis pelo efeito estufa. Nesse contexto, o segmento de transporte aparece como um dos principais contribuidores, tendo destaque os números relacionados aos veículos pesados. A situação fica ainda mais preocupante quando projeções indicam o aumento da demanda do transporte de carga em sistemas rodoviários para as próximas décadas. Diante deste cenário, torna-se necessária a busca por novas soluções que promovam uma melhora da eficiência do segmento. Para atingir tal meta diversas frentes de estudo estão sendo exploradas. Dentre elas, está a estratégia do comboio de caminhões, no qual os veículos trafegam com pequenas distâncias entre si com o objetivo de diminuir o arrasto aerodinâmico. Deste modo, há uma redução do consumo de combustível, dos custos operacionais e da emissão de gases poluentes. Outra alternativa é o método de otimização do perfil de velocidade de acordo com as restrições do trajeto (tempo, distância, semáforos, velocidade e topografias). No presente trabalho propõe-se estudar, justamente, a otimização do perfil de velocidade em comboios de caminhões, analisando os efeitos que esta abordagem conjunta proporciona para o consumo de combustível. Diversas simulações foram realizadas para verificar esta questão, considerando diferentes cenários, comboios e trajetos. Os resultados obtidos indicam que a estratégia proposta promove uma melhora da eficiência do consumo de combustível dos veículos pesados analisados e, consequentemente, contribui para a redução da emissão de gases poluentes
Sistema de controle de tração aplicado a um fórmula SAE elétrico
(2019) Coura, J. B.

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