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2010-002-01 PE Relatório de Projeto - Veículo Tipo Fora-de-Estrada Mini Baja André Luiz Rocha D’ Oliveira, Breno Moreira Costa, Ronaldo Horácio Cumplido Neto Universidade Federal de Viçosa EQUIPE UFVbaja Universidade Federal de Viçosa Minas Gerais, Brasil Copyright © 2007 Society of Automotive Engineers, Inc.

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Page 1: Relatório+SAE+UFVbaja

2010-002-01 PE

Relatório de Projeto - Veículo Tipo Fora-de-Estrada Mini Baja

André Luiz Rocha D’ Oliveira, Breno Moreira Costa, Ronaldo Horácio Cumplido Neto Universidade Federal de Viçosa

EQUIPE UFVbaja – Universidade Federal de Viçosa

Minas Gerais, Brasil

Copyright © 2007 Society of Automotive Engineers, Inc.

Page 2: Relatório+SAE+UFVbaja

2010-002-01PE

Relatório de Projeto - Veículo Tipo Fora-de-Estrada Mini Baja

André Luiz Rocha D’ Oliveira, Breno Moreira Costa, Ronaldo Horácio Cumplido Neto Universidade Federal de Viçosa

Copyright © 2007 Society of Automotive Engineers, Inc.

1 - RESUMO:

O projeto Baja SAE é uma competição entre Instituições de Ensino Superior que desafia estudantes de engenharia a

projetar e desenvolver veículos de competição monopostos

off-road, denominados mini-bajas.

Em 1995, a SAE Brasil introduziu essa competição no país,

tornando-se, desde então, uma das mais importantes

atividades extracurriculares para estudantes de engenharia.

Em 2008 foi criada a equipe de Mini Baja da Universidade

Federal de Viçosa (UFV), a UFVbaja Pererecas. A equipe

nasceu da iniciativa de alunos da primeira turma de

Engenharia Mecânica da Universidade Federal de Viçosa

em parceria com o Departamento de Engenharia Agrícola. Além de alunos da Eng. Mecânica e Agrícola, fazem parte

da equipe graduandos de Engenharia Elétrica e Engenharia

de Produção, que ajudam a fazer do UFVbaja um time

multidisciplinar e robusto, com conhecimentos específicos

em todas as áreas necessárias para a execução do projeto.

A UFV é considerada uma das melhores instituições de

ensino do Brasil e de Minas Gerais. A universidade tem

como missão exercer ação integrada das atividades de

ensino, pesquisa e extensão. Desta forma, a equipe Mini

Baja UFV, possui grande relevância e contribuição para

uma formação acadêmica ampla dos alunos envolvidos com

o projeto.

Com este intuito, a equipe visa utilizar metodologias de

projeto específicas, que enfatizam as necessidades práticas

e teóricas existentes em qualquer atividade de engenharia.

Além disso, a ideologia adotada pelos membros da equipe

se baseia no princípio da interdisciplinaridade, ou seja, é

notável a necessidade de várias áreas do conhecimento

científico para a realização do projeto.

Assim, a UFVbaja Pererecas desenvolveu uma metodologia

de projeto específica, visando a união da teoria com a

prática e um profundo estudo das diversas áreas

tecnológicas envolvidas na competição. Com isso, as metas

da equipe podem ser concluídas e seus objetivos

alcançados.

2 - INTRODUÇÃO:

A equipe UFVbaja Pererecas é composta por alunos

graduandos dos cursos de engenharias mecânica, elétrica, agrícola e produção da Universidade Federal de Viçosa,

totalizando 20 membros oficiais. Para a formação da

equipe, visou-se focar em alunos que possuíssem um perfil

dinâmico e empreendedor, preparado para trabalhar com

diversas equipes e áreas do conhecimento. Além disso,

sempre compreendendo a importância da atividade para o

meio acadêmico e sua formação como profissional.

Para as etapas do desenvolvimento conceitual do projeto,

primeiramente dividiu-se o veículo mini-baja em áreas e

sistemas distintos. Assim, para cada sistema, formaram-se

grupos específicos, encarregados das melhores soluções de projeto para as respectivas áreas do veículo. Isso foi

possível adotando metodologias de projeto, utilizadas no

meio acadêmico e mercadológico.

Para o desenvolvimento técnico e preliminar do projeto,

foram usadas algumas ferramentas e métodos de

engenharia. Softwares matemáticos, como o MATLAB® da

empresa MATHWORKS® por exemplo, foram utilizados

para obtenção de alguns resultados. Além deste, o CAD

SolidWorks® foi escolhido por apresentar as plataformas

de simulações de forças estáticas, dinâmicas e outras, fornecendo resultados que possibilitaram validar o projeto

no que diz respeito à sua eficiência e confiabilidade

mecânica. Assim, a equipe visou adotar uma metodologia

capaz de fornecer as técnicas necessárias para projetar um

veículo seguro, eficiente e de alta confiabilidade.

Page 3: Relatório+SAE+UFVbaja

3 - OBJETIVOS:

Os objetivos do protótipo mini-baja da equipe UFVbaja

Pererecas são que este atenda todos os requisitos de

segurança e performance automotiva proposto pela SAE.

Em outras palavras, o veículo deve ser capaz de superar

obstáculos decorrentes de diversos tipos de terreno, sendo

eficiente e resistente estruturalmente. Deve suportar vários

tipos de esforços provenientes das distintas condições de

trabalho que podem ser impostas pelo usuário, sendo seguro e eficaz. Assim, sendo um produto com características

mercadológicas desejadas para consumidores em geral.

Além disso, o projeto visa a interação de alunos graduandos

de engenharia com atividades práticas e dinâmicas,

fornecendo experiência e uma visão ampla do cotidiano de

um profissional desta área.

4 - METODOLOGIA CONCEITUAL:

O projeto da equipe UFVbaja seguiu todas as etapas de

projeto, desde a fase conceitual até a fabricação do

protótipo. A metodologia utilizada no projeto foi proposta

por Pahl et al, 2005, com as etapas apresentadas no

Apêndice 1 - figura A.1.

Antes de iniciar a fase conceitual, a equipe foi dividida em

seis sub-equipes técnicas, sendo estas as seguintes:

Estrutura e Acabamento; Suspensão, Direção e Rodado;

Transmissão e Motor; Freios e Acionamentos; Eletrônica,

Instrumentação e Comunicação; Gestão e Marketing.

Inicialmente, cada sub-equipe realizou uma pesquisa na

literatura (livros técnicos e artigos) para adquirir um

embasamento técnico sobre as respectivas áreas estipuladas.

Através disso, reuniram-se informações suficientes para a

elaboração de uma lista de requisitos, na qual foram

expostas a maioria das características do veículo, como

geometria, material, cinemática e ergonomia. Além disso,

foi possível a observação de certas variáveis que, ao longo

da fase conceitual, tiveram que ser determinadas para o

andamento do projeto.

Através dessa lista, após discussões para o clareamento e

otimização das funções, foi possível determinar uma

estrutura de funções, na qual o protótipo foi reduzido a

“problemas”. Assim, para o desenvolvimento do projeto,

princípios de solução foram elaborados para que as funções

fossem atendidas, de acordo com as necessidades de cada

sub-equipe. A figura 1 representa este processo

esquematicamente.

Figura 1: Utilização de princípios para funções “problemas”.

Com todas as informações em mãos foi construída uma

matriz morfológica, que informa as funções e os possíveis

princípios de solução encontrados.

Assim, após finalizado a montagem da matriz morfológica,

deu-se início a próxima fase do projeto conceitual, que é a

criação de variantes de solução.

Nessa fase, foram estabelecidas doze variações de veículos

mini-bajas. Em cada variação, podiam-se perceber

características predominantes diferentes (alguns eram

extremamente ousados em seus princípios de solução, e

outros eram conservadores).

Após o estabelecimento dessas variantes, restava avaliá-las,

determinando a concepção final do protótipo UFVbaja

Pererecas.

Porém, para a avaliação dessas variantes, foi necessário definir uma árvore de critérios, representada no Apêndice 1

- figura A.2 que seria baseada em parâmetros definidos pela

equipe e exigidos pelo regulamento da competição Baja

SAE Brasil.

As variantes foram analisadas em três principais

características – Eficiência, Confiabilidade e Segurança –

sendo essas subdividas em outros itens. Para todos os itens

foram atribuídos pesos, de acordo com sua importância no

projeto. Assim, após a definição da árvore e a avaliação das

variantes, aquela que obteve a maior pontuação foi definida

como variante final, ou seja, aquela que representa as melhores configurações para o veículo baja.

Com o conceito definido, finalizou-se a fase conceitual do

projeto, passando-se para a fase de projeto preliminar.

Nesta, começam a serem definidas as características de

finalização e construção propriamente ditas das funções do

protótipo.

FUNÇÃO – “PROBLEMA”

SOLUÇÃO

PRINCÍPIO

Page 4: Relatório+SAE+UFVbaja

5 – SISTEMAS DO VEÍCULO:

De acordo com a metodologia, foi possível determinar cada

área do veículo de acordo com suas funções e necessidades

conceituais. Para o desenvolvimento da fase preliminar do

projeto, foram desenvolvidos, então, os sistemas do veículo.

São eles:

5.1 - Transmissão e Motor:

O sistema de transmissão escolhido para este protótipo é

composto por um motor Briggs and Stratton de 10hp (motor

padrão), uma CVT (Transmissão de Variação Continua) de

polias expansivas, representada na figura 2, e uma redução

secundária, feita através de uma caixa de engrenagens

cilíndricas de dentes retos.

A partir da escolha do sistema citado, partiu-se para um

detalhado estudo dos seus componentes.

Figura 2: Representação de uma CVT.

As características do motor necessárias ao projeto, como

curvas de torque por giro e desenhos técnicos do mesmo,

foram estudadas visando auxiliar a construção e distribuição dos componentes do power train (conjunto dos

elementos que transmitem potência do motor), assim como

a eficiência deste sistema.

A partir da escolha da CVT como parte do sistema de

transmissão do veiculo, foi feito um estudo das

características físicas e de funcionamento deste mecanismo.

Para isso, alguns artigos e teses acadêmicas foram

analisados para estimar as relações de transmissão da CVT.

Assim, foi possível estabelecer a redução secundária de

acordo com a CVT, já que a redução total do carro foi estipulada visando que este atingisse velocidades altas e que

possuísse, também, tração e torque necessários em baixas

velocidades.

A figura 3 mostra uma configuração conceitual do power

train estabelecido para o protótipo.

Figura 3: Desenho esquemático do Power train.

A partir das características estabelecidas, foi possível

calcular a relação de transmissão secundaria da seguinte

forma: primeiramente a velocidade teórica máxima

desejada do veiculo v é estabelecida e, como é conhecido

o conjunto roda/pneu do veiculo, conseqüentemente é

conhecido o raio deformado, ou de rolagem, do veículo

dR . Logo, a partir da equação 1 , pode-se calcular a

velocidade angular rw da roda.

(1)

A velocidade angular de saída no eixo do motor mw para

esta velocidade teórica é conhecida, sendo de 3800rpm

(limitação imposta pelo regulamento da competição). Sabendo a relação de redução da CVT, pode-se calcular a

velocidade angular na polia movida da CVT pw pela

equação 2.

(2)

Assim, é possível calcular a relação secundaria pela

equação 3.

(3)

Com este resultado, partimos para o dimensionamento das

engrenagens em função dos diâmetros primitivos

necessários das mesmas. De fato, para que não haja falhas mecânicas na caixa, foi determinadas as forças existentes

nos contatos de engrenamento, em função do torque

necessário existente nas rodas. O material adotado para as

engrenagens foi o aço SAE 8620 e alguns dos critérios

adotados foram: flexão nos dentes, fadiga e durabilidade

superficial. Com isso, garante-se a confiabilidade desejada

do sistema em função dos esforços e solicitações existentes.

Page 5: Relatório+SAE+UFVbaja

5.2 - Suspensão, Direção e Rodado:

De acordo com as etapas do projeto conceitual do Mini-

baja, foi eleito, tanto para suspensão dianteira quanto para a

traseira, o tipo de amortecedor duplo A (braços triangulares

sobrepostos). Essa escolha apresenta vantagens como alta

resistência, fácil cálculo do movimento das rodas e a não

necessidade do conjunto mola-amortecedor como elemento

estrutural, eliminando o risco de flambagem do mesmo. A

figura 4 mostra a configuração deste tipo de amortecedor, utilizado nas rodas dianteiras do veículo. Os amortecedores

e molas são personalizados, feitos sob encomenda pela

Offlimits, empresa parceira da equipe UFVbaja Pererecas.

Figura 4: Suspensão dianteira tipo duplo A.

A geometria e posicionamento dos braços da suspensão foi

otimizada através de uma rotina no programa MATLAB®,

da empresa MATHWORKS®. Essa rotina foi desenvolvida

na Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, 2006 e

está disponível em domínio público, sendo modificada pela

equipe UFVbaja Pererecas de forma a atender os requisitos

de nosso projeto. Como dados de entradas, usa-se a

características do veículo, como peso, bitola, comprimento

entre outros. Os cálculos realizados controlam as medidas

dos braços, fixação na manga de eixo e no chassi, de forma

que a variação de bitola e cambagem estejam dentro de um

intervalo pré-estabelecido. No Apêndice 2 - figura A.3 encontra-se o diagrama exibido pela rotina usada para a

geometria otimizada da suspensão.

Uma das modificações feitas na rotina foi o fato do

programa garantir que os braços estejam o mais próximos

de serem paralelos, ou seja, de pólo infinito. Desta forma

consegue-se uma boa altura entre o assoalho do veículo

(300 mm) e o solo, além de um baixo roll center,

diminuindo a rolagem do bólido em curvas.

Foi certificado também, que a inclinação do pino mestre (KPI) ficasse dentro de um valor de 4° a 9°, reduzindo o

momento produzido nas rodas dianteiras pela resistência a

rolagem dos pneus. Para nosso sistema, a inclinação do

pino mestre foi de 4, 693°.

Outro parâmetro relevante é o ângulo de caster, gerado na

fixação dos braços de suspensão no chassi. Para o mesmo,

foi escolhido o valor de 12°±30’.

A manga de eixo foi concebida com o desenho simétrico ao

plano horizontal, assim, sendo possível intercambiar essa peça para todas as rodas. Para as rodas traseiras, as juntas

esféricas serão substituídas por juntas que permitam apenas

um grau de liberdade. Serão usados dois rolamento cônicos

para que haja resistência a esforços axiais, além de

retentores de rolamento. A configuração da manga de eixo

está representada na figura 5.

Figura 5: Vista explodida da manga de eixo do veículo.

É importante ressaltar que o braço de direção será fixo em

uma peça móvel. Desta forma, em projetos futuros, será

possível mudar a geometria da direção sem substituir a

manga de eixo.

Em relação aos materiais escolhidos, o cubo será feito de aço SAE 4340 e a manga de eixo de alumínio 6160.

Pelo bom desempenho, baixo custo e facilidade de

fabricação, a caixa de direção do veículo será formada por

um conjunto pinhão-cremalheira. A mesma será

posicionada atrás do eixo dianteiro do veículo, com as

respectivas dimensões do pino de direção, do braço e do

ângulo entre eles. A figura 6 mostra a caixa de direção do

veículo.

Figura 6: Caixa de direção do veículo.

Page 6: Relatório+SAE+UFVbaja

Para obrigar o braço de direção a fazer o mesmo arco que as

bandejas da suspensão quando estes estiverem trabalhando,

(minimizando esforços sofridos pelo volante), o pino de

direção será paralelo à roda e ortogonal ao pino mestre. O

braço da direção ficará em um espaço entre as balanças da

suspensão duplo A, o que torna a direção mais leve, além

de possibilitar que a caixa de direção fique mais próxima do

eixo dianteiro. A cremalheira terminará em um ponto

situado no mesmo eixo onde serão colocados os pontos de

fixação das bandejas da direção.

Tanto para a cremalheira como para o pinhão foram feitas

verificações para critérios de falha sob flexão, fadiga e

desgaste. Os componentes obtiveram respostas satisfatórias

e resistirão bem aos esforços solicitantes.

5.3 - Freios e Acionamentos:

Mecanismos de frenagem possuem o objetivo de reduzir

progressivamente a velocidade de um veículo, ou fazê-lo parar travando as quatro rodas, e/ou conservá-lo imóvel se

já estiver parado.

O sistema de freios do veículo mini-baja foi desenvolvido

para travar as quatro rodas usando o tipo de freio a disco.

Na solução, foi adotado, no eixo dianteiro, um disco em

cada roda, e no eixo traseiro apenas um disco. A pinça,

pastilha e disco, foram calculados devido às características

globais do carro. Após isso, foi feita uma pesquisa de

mercado, onde foram encontradas peças semelhantes às

dimensionadas, sendo tais já utilizadas em veículos tipo ATV – All-Terrain vehicle. Assim, pela facilidade em se

encontrar essas peças no mercado, as mesmas foram

adotadas.

As pinças são supridas por dois cilindros mestres simples

da Wilwood®, com ¾’’ de polegada de furo de saída. Os

dois cilindros mestres são utilizados para aumentar a

segurança do sistema de freios (como exigido no

regulamento). Assim, a falha de um componente não

implica que o sistema falhe de modo geral. Outro fator que

implicou na escolha desse componente foi o tamanho, peso

e a facilidade de montagem nos pedais.

Na saída dos cilindros, consta uma válvula de pressão

residual, que regula o fluxo de fluido de freio, permitindo

regulagem de vazão do mesmo para as pinças, sendo a

maior frenagem no sistema dianteiro.

Os cilindros-mestre são montados nos pedais em um

esquema de alavanca na sua haste. Com isso, a força

exercida pelo piloto é multiplicada por quatro vezes ao

chegar ao cilindro mestre, sendo necessário menor esforço

do condutor para parar o veículo.

O projeto do pedal foi feito com o intuito de se obter vida

infinita para a peça. Com o auxilio de um rotina no

MATLAB®, produzida pelos membros da equipe UFVbaja,

foi possível caracterizar a matéria-prima (aço ANSI 1020)

através do tipo de processo mecânico utilizado. Assim, foi

possível definir a curva SN, necessária para fazer os

cálculos de fadiga no SolidWorks®. Além do teste de

fadiga, também foi realizado o teste estático, supondo uma

situação máxima, onde o pedal seria solicitado ao extremo.

Para a distribuição de pressão no sistema de frenagem,

foram utilizados tubos flexíveis de Teflon PTFE,

envolvidos por uma malha de aço inoxidável. Esse tubo é extremamente resistente à temperatura e sua malha de aço

inox lhe permite baixas perdas de pressão durante a

frenagem.

5.4 - Estrutura e Acabamento:

Foram feitos estudos ergonômicos e de resistência para o

projeto da estrutura do veículo. Em termos ergonômicos,

analisar a relação homem máquina tem sua importância

devido às condições em que o veículo será submetido. Condições severas de uso carecem de uma preocupação

maior com o piloto, pois este pode sofrer conseqüências

caso esta relação não esteja adequada.

O veículo baja proposto pelo nosso projeto passou por uma

análise ergonômica detalhada, enquadrando-se às normas

de ergonomia automotiva e ao regulamento da competição

Baja SAE. A definição da disposição do condutor do

veículo se deu partindo-se do SgRP (Seating Reference

Point – Apêndice 3 - figura A.4), ponto este definido sobre

o quadril do modelo antropométrico que abrange 95% da população. Identificou-se, então, a categoria em que o

veículo se encontra, analisada pela altura do banco. De fato

percebe-se que quanto mais baixo mais esportivo e quanto

mais alto maior será o caráter utilitário do veículo. De

forma análoga, outros pontos propostos pelo modelo foram

utilizados para estipular a posição dos pedais, da coluna de

direção, curso do banco etc., sendo possível determinar as

principais dimensões necessárias do habitáculo (em mm),

mostradas na figura 7.

A partir dos requisitos ergonômicos e dos requisitos de

segurança (impostos pelo regulamento da competição), foi desenvolvido um chassi de forma a garantir boa relação

entre rigidez, resistência e peso da estrutura, chegando-se à

uma massa total de 37 kg. Além dos aspectos estruturais

foram considerados também aspectos referentes à

fabricação da estrutura, evitando-se acúmulo de juntas

soldadas em poucos pontos, reduzindo e padronizando as

dobras. A figura 8 mostra a configuração final da gaiola

(estrutura) do veículo mini-baja.

Page 7: Relatório+SAE+UFVbaja

Figura 7: Dimensões do habitáculo do piloto.

O tubo selecionado para a fabricação da estrutura é um tubo

de aço SAE 1020 que apresenta uma densidade mássica

linear cerca de 30% menor que a do tubo mínimo proposto pelo regulamento (1018).

Figura 8: Estrutura desenvolvida para o veículo.

Os elementos estruturais foram escolhidos por meio de

cálculo da rigidez flexional e pela resistência a flexão do

material. A tabela 1 mostra os valores obtidos pelas

equações 4 e 5 que representam a resistência à flexão e a rigidez flexional, respectivamente, além das dimensões para

cada tubo de aço.

c

ISM

y

f

(4)

IE (5)

Tabela 1: Parâmetros dos tubos de aços 1018 e 1020.

Características

AISI

1018

AISI

1020

Módulo de Young (E) 205 GPa 205

GPa

Limite de escoamento

(Sy)

370 MPa 393MPa

Diâmetro Externo

(mm)

25,4 31,75

Espessura de

parede(mm)

3,05 1,60

Momento de Inércia

(m4)

1,362 x

10-8

1,699x

10-8

Produto E x I (N x

m2)

2792,28 3540,1

Momento Fletor (N x

m)

396,829 424,24

Optou-se por analisar a estrutura quanto a cargas estáticas

equivalentes sob diferentes condições de solicitação. As

condições adotadas foram as seguintes: Impacto frontal,

impacto lateral, capotamento frontal, impacto sobre duas

rodas, solicitação estática sobre quatro rodas e rigidez

torcional. As simulações foram executas com o auxílio do

pacote Simulation contido no software SolidWorks®. Os resultados encontram-se no Apêndice 3 - figuras A.5 a A.10

e, de fato, comprovam a alta confiabilidade e resistência da

estrutura.

5.5 – Eletrônica:

O veículo possui um sistema eletrônico de instrumentação

com a utilização de diversos sensores para a aquisição de

dados, tornando possível medir e monitorar as seguintes

variáveis:

Velocidade;

Rotação do motor;

Temperatura do motor;

Nível de combustível;

Quilometragem percorrida pelo veículo;

Tempo de funcionamento do motor;

Posição do freio.

O processamento dessas informações é feito através de um

circuito microcontrolado (composto pelo Microchip

PIC16F877A), que envia esses dados para os mostradores localizados no painel do veículo, permitindo ao piloto

visualizar as condições de funcionamento. Além disso, o

sistema de telemetria envia, por ondas de radiofreqüência,

as informações para os membros da equipe nos boxes, onde

são mostradas em displays em um painel alimentado por

Page 8: Relatório+SAE+UFVbaja

rede elétrica ou baterias. Esse painel possui função de

comunicação com o computador através da conexão USB,

no qual, por meio de um software, é possível acessar,

armazenar e gerar gráficos em tempo real dos dados na tela

do computador. A função de armazenamento dos dados

proporciona a equipe futuros estudos de comportamento e

possíveis melhoramentos no veículo. A figura 9 apresenta

um fluxograma simplificado do processo.

No circuito de instrumentação eletrônica, são utilizados os seguintes sensores: Sensor de pressão analógico

(combustível); Sensor de pressão on/off (freio); Sensor de

temperatura analógico; Sensores indutivos digitais

(velocidade e rotação).

Figura 9: Fluxograma da transmissão de dados do veículo.

Esses sensores são conectados ao microcontrolador

PIC16F877A, que por sua vez processa os dados obtidos e

os envia para os mostradores do veículo e para a

transmissão sem fio.

A escolha do microcontrolador PIC16F877A foi baseada no

fato desse componente conter os recursos exigidos pelo

sistema, como: conversores analógico/digital, entradas digitais, comunicações seriais, interrupções e memória

EEPROM, além de ser de fácil acesso, baixo custo e

reprogramável.

Para a realização das tarefas específicas do

microcontrolador, é necessário a criação de um firmware. É

nesse firmware que estão as configurações de

funcionamento específicas da eletrônica do UFVbaja. A

linguagem de programação utilizada foi a “C”, utilizando o

programa CCS Compiler.

Nos painéis, tanto do veículo quanto dos boxes, são

utilizados LED’s e displays de cristal líquido. Esses

dispositivos são de fácil visualização e de baixo consumo

de energia. Nesses displays são mostrados em tempo real

os valores de velocidade, rotação, temperatura do motor,

nível de combustível, quilometragem e tempo de

funcionamento do motor do veículo. A interface no

computador (conexão USB) foi desenvolvida no programa

MATLAB® e possui um executável (.exe).

No sistema de Telemetria, é utilizado um par de

transceptores digitais presentes no veículo e nos boxes que

comunicam entre si por radiofreqüência através do

protocolo ZigBee. As informações enviadas aos boxes são

recebidas e recebem tratamento por outro circuito

microcontrolado que faz a comunicação com o painel dos

boxes e com o computador através da porta USB.

Além do circuito eletrônico de instrumentação e telemetria,

há também mais dois sistemas elétricos independentes no

veículo: para a luz de freio e o circuito de controle de funcionamento do motor (Kill Switches), esquematizados

no Apêndice 4 - figuras A.11 e A12. Para o sistema elétrico

do freio optou-se por utilizar LED’s em vez de lâmpadas

incandescentes, devido seu baixo consumo de energia e

melhor efeito visual. São 10 LED’s brancos ligados em

paralelo, cada um com seu respectivo resistor limitador de

corrente. Por cima dos LED’s brancos são adicionados

filtros ópitcos de cor vermelha. Para o controle de

funcionamento do motor do veículo, são utilizadas duas

chaves normalmente abertas (kill switches tipo soco:

apertar para travar e girar para destravar). Essas duas chaves são ligadas em paralelo, de forma que pressionando

qualquer uma delas, o motor do veículo é desligado. Um

desses botões ficará localizado no painel interno e o outro

no lado externo do veículo.

6 - RESULTADOS:

Á partir da metodologia utilizada foi possível adotar as

melhores soluções de projeto para cada função do veículo

(transmitir potência, controlar movimento, absorver

impacto etc.). A tabela 2 resume as principais características do protótipo em função de cada sistema.

Com as soluções desenvolvidas e garantindo uma

construção eficiente dos sistemas elaborados, o veículo da

equipe UFVbaja Pererecas possui a confiabilidade e

segurança necessárias para um bom desempenho na

competição baja SAE.

Page 9: Relatório+SAE+UFVbaja

Tabela 2: Configurações desenvolvidas para os sistemas do

veículo.

PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS

TRANSMISSÃO E MOTOR

Motor Briggs and Stratton, 10

HP (definido por

regulamento)

Sistema de transmissão

CVT e Caixa de Engrenagens

SUSPENSÃO, DIREÇÃO E RODADO

Suspensão dianteira e

traseira

Tipo duplo A

FREIOS E ACIONAMENTOS

Cilindro mestre Duas unidades tipo

simples

Disco de freio Três unidades – 2

dianteiras e 1 traseira

Fluido Tipo DOT 5.1

ESTRUTURA E ACABAMENTO

Material selecionado SAE 1020

7 - CONCLUSÃO:

Seguindo a metodologia adotada, e tendo o auxílio de softwares e CAD’s de engenharia, foi possível desenvolver

o protótipo da equipe UFVbaja Pererecas. O mesmo atende

a todos os requisitos de segurança, sendo capaz de vencer

diversos tipos de obstáculos e esforços, sendo eficiente e

competitivo. Além disso, o protótipo se enquadra nas

normas de ergonomia automotiva existentes.

O projeto ainda trouxe benefícios acadêmicos e profissionais para os alunos envolvidos, visto que este

possui como base a interdisciplinaridade, promovendo o

crescimento profissional dos membros da equipe.

8 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:

1 - Behar, M. "Defying Gravity." Scientific American. vol.

286, No. 3 (Março de 2002): 32 - 4.

2 - Peacock, B., Karwowski, W. Automotive Ergonomics.

CRC, 1993.

3 - Linder, A., Avery , M. et al. Change of Velocity and Pulse Characteristics in Rear Impacts. Folksam Research,

Sweden, No. 285 – 2002.

4 - Gillespie, T. D. (Thomas D.), Fundamentals of Vehicle

Dynamics, Warrendale, PA: Society of Automotive

Engineers, c1992.

5 - Nicolazzi, L. C. (Lauro C.), Uma Introdução à

Modelagem Quase-Estática de Veiculos Automotores de

Rodas, Florianópolis, SC; Universidade Federal de Santa

Catarina, UFSC, 2008

6 - Fernandes, M. A. , Estudo em Sistemas de Direção

Veicular, São Paulo, SP. Escola Politecnica da

Universidade Federal de São Paulo, 2005

7 - PEREIRA, F. Microcontroladores PIC:

Programação em C.São Paulo: Érica, 2007;

8 - Manual: Microchip. PIC16F87XA

Datasheet. USA: Microchip, 2001;

9 - SHIGLEY, J.E; MISCHKE, C.R; BUDYNAS, R.G.

Mechanical Engineering Design. 7th Edition, McGraw –

Hill Professional.

10 - http://ruralwillys.tripod.com/ - acesso em 01/11/09.

Page 10: Relatório+SAE+UFVbaja

9 - APÊNDICE:

9.1 – Apêndice 1:

Figura A.1: Etapas da metodologia definida por Pahl et. al. 2005

Figura A.2: Árvore de Critérios

Page 11: Relatório+SAE+UFVbaja

9.2 – Apêndice 2:

9.3 – Apêndice 3:

Figura A.3: Diagrama exibido pela rotina em MATLAB para a geometria da suspensão

Figura A.4: Modelo ergonômico de referência utilizada no projeto. Fonte: PEACOCK et. al. 1993

Page 12: Relatório+SAE+UFVbaja

Figura A.5: Distribuição de tensão sobre a estrutura para a

condição de capotamento frontal.

Figura A.7: Deslocamento da estrutura para a condição de

carregamento de torção.

Figura A.9: Distribuição de tensão sobre a estrutura para a

simulação de impacto sobre duas rodas.

Figura A.6: Deslocamento da estrutura para a condição de

carregamento estático sobre quatro rodas.

Figura A.8: Distribuição de tensão sobre a estrutura para a condição de impacto frontal.

Figura A.10: Distribuição de tensão sobre a estrutura para a

simulação de impacto lateral.

Page 13: Relatório+SAE+UFVbaja

9.4 – Apêndice 4:

Figura A.11: Diagrama esquemático do circuito da Luz de freios.

Figura A.12: Diagrama esquemático do circuito de controle do motor (Kill Switches).