Engenharia de Controle e Automação

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DESENVOLVIMENTO DE SIMULADORES DE MOVIMENTO

PARA ANÁLISE E VISUALIZAÇÃO DA DINÂMICA DE VEÍCULOS

Aluno: Johannes Ney Moser Orientador: Mauro Speranza Neto

1. Introdução

O projeto baseia-se no desenvolvimento de um simulador de movimento com

três graus de liberdade (roll, pitch e yaw). Este projeto surgiu em 2010 com o intuito de

motivar mais alunos para a habilitação em Engenharia de Controle e Automação, mas

que por sua vez possui grande interseção com a Engenharia Mecânica. Foram

construídos 2 Simuladores desde o início do projeto. O simulador, apesar de não incluir

todos os movimentos de um veículo real, emprega os mesmos conceitos básicos e

dispositivos dos equivalentes com os 6 graus de liberdade, com limitacoes, porém com

amplitude suficiente de modo a possibilitar as principais sensacoes associadas ao

veiculo.

2. Objetivo

O objetivo do projeto é desenvolver a partir da integração dos componentes

eletromecânicos e/ou pneumático-mecânicos um simulador para ser empregado em

testes e demonstrações no Laboratório de Controle e Automação. Um ramo na indústria,

especificamente a relacionada com os veículos terrestres, tem sido na atualidade foco de

grandes desenvolvimentos e estudos com diversos fins, quer seja para fornecer veículos

de corridas muito velozes e softificados, ou para brindar ao usuário de todos os dias

com conforto e segurança no ato de conduzir ou ainda para permitir o transporte de

mercadorias e outros bens que necessitam ser movimentados de um lugar para a outro.

Este foi um outro motivo pelo qual decidimos desenvolver este projeto. Os

simuladores são sistemas mecatrônicos que produzem as principais atitudes e

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movimentos de um veículo, comandado pelos mesmos elementos do sistema real, ou

seja conseguem reproduzir em laboratório as imperfeições das estradas pelas quais

circulam diariamente os veículos, para desta maneira testá-los em condições

semelhantes as encontradas em uma estrada real. As estruturas são acionadas por

atuadores elétricos e controladas eletronicamente através de 4 servossistemas, sobre as

quais são montadas as cabines, fuselagem, ou carroceria dos veículos, que passam a

possuir os mesmos movimentos de um veículo real, sem riscos ou temor de acidentes,

pois seus movimentos são limitados mecanicamente. Os mecanismos com diversos

graus de liberdade, são capazes de reproduzir os ângulos de atitude – rolagem, arfagem

e guinada (respectivamente roll, pitch e yaw)(Figura 1), e os deslocamentos lineares –

lateral, vertical e longitudinal, com limitações, porém com amplitude suficiente de

modo a possibilitar as principais características do veículo real em condições normais de

operação, e até em algumas situações consideradas de risco, como a perda de

sustentação em aeronaves, ou o início da capotagem em veículos terrestres.

Figura 1: Atitudes de uma aeronave.

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3. Metodologia

Inicialmente foram estudados simuladores já desenvolvidos. Foram analisados

diversos tipos de sistemas para a movimentação do simulador, como por exemplo

atuadores, motores no eixo ou motores com atuação indireta a partir de correias. Após

esse processo foi desenvolvida um concepção inicial em SolidWorks, que além disso

simulou a estrutura em diversas situações, mostrando sua capacidade de movimentação.

Adotou-se o sistema com motores atuando diretamente no eixo. Foi construído um

primeiro simulador, em que sua estrutura era composta por tubos circulares de alumínio

e conexões de PVC, que apresentavam grandes folgas e flexões por conta da

incompatibilidade das conexões com os tubos e da pouca rigidez dos tubos de alumínio.

Este Simulador mostrou que apesar das folgas o conceito da estrutura é boa, o que fez o

segundo simulador ter o mesmo esqueleto de estrutura.

Com isso foi desenvolvido um segundo simulador que apresentava uma maior

rigidez em sua estrutura, agora composta por perfis de alumínio da BOSCH. (Figura 2)

Este perfil BOSCH é muito utilizado em indústrias como estrutura, pois apresenta alta

resistência e facilidade de se fixar um ao outro. Sua movimentação é feita, como no

primeiro simulador, por motores aplicados diretamente no eixo. As conexões de 90

graus são reforçadas com cantoneiras fornecidas também pela BOSCH. As conexões

angulares na estrutura do movimento de pitch foi reforçada com placas de alumínio. As

Figuras 3 a 5 ilustram o segundo simulador desenvolvido.

Figura 2 – Perfil BOSCH 45x45

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Figura 3 – Simulador inteiro em SolidWorks

Figura 4 – Estrutura de movimento de Pitch

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Figura 5 – Simulador montado no Laboratório de Desenvolvimento de Controle

O segundo Simulador também apresentou algumas falhas na sua estrutura, fazendo

ela fletir em alguns pontos críticos. Nestes pontos de junção, onde houve falhas, foram

criadas pecas de alumínio para servirem como reforços. Estes reforços vão deixar a

estrutura mais resistente. Na estrutura de roll as longas vigas apresentaram flexões que

foram contornadas com o reforço de alumínio (Figura 6).

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Figura 6 - Estrutura de movimento de Roll

4. Conclusões

Com as estruturas de pitch, roll e yaw montadas foram iniciados os testes de

validação e integração com os elementos de controle. O motor e os componentes de

controle escolhidos tiveram um desempenho bastante satisfatório. A integração com o

programa de simulação virtual também respondeu de acordo com o desejado, mas ainda

exige aprimoramento. Verificou-se porém que a estrutura de pitch ainda necessitava de

reforços. Ainda está se trabalhando neste item.

Referências

1 - ALBUQUERQUE, A. N. Desenvolvimento de um simulador vertical com atuação pneumática. Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. Departamento de Engenharia Mecânica. Seminário de Iniciação Científica. Orientadores: MEGGIOLARO, M. A.; SPERANZA NETO., M. Agosto de 2009.

2 - ALBUQUERQUE, A. N. Estratégias não convencionais de controle aplicadas a simuladores de movimentos. Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. Departamento de Engenharia Mecânica. Dissertação de Mestrado. Orientador: MEGGIOLARO, M. A. Agosto de 2012.