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Faculdade de Tecnologia de Garça “Deputado Julio Julinho Marcondes de Moura”
CURSO DE TECNOLOGIA EM MECATRÕNICA INDUSTRIAL
ANTONIO DIEGO DE AZEVEDO
GABRIEL FALCO LEMOS
ACELERADOR AUTOMÁTICO DE VEÍCULOS
Garça
2015
Faculdade de Tecnologia de Garça “Deputado Julio Julinho Marcondes de Moura”
CURSO DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL
ANTONIO DIEGO DE AZEVEDO
GABRIEL FALCO LEMOS
ACELERADOR AUTOMÁTICO DE VEÍCULOS
Artigo Cientifico apresentado à Faculdade de Tecnologia de Garça – FATEC, como requisito para conclusão de curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial, examinado pela seguinte comissão de professores. Data de aprovação:___/___/___
Prof. Dr. Ulysses de Barros Fernandes FATEC-GARÇA
Prof.
Garça
2015
ACELERADOR AUTOMÁTICO DE VEÍCULOS
Antonio Diego de Azevedo¹ [email protected]
Gabriel Falco Lemos [email protected]
Prof. Dr. Ulysses de Barros Fernandes²
Resumo: O objetivo do trabalho de pesquisa é automatizar a largada dos veículos movidos a combustão, sendo capaz de reduzir o consumo de combustível. O protótipo desenvolvido funciona sempre em primeira marcha, e possui controle da aceleração em função da inclinação do automóvel. Utilizando um acelerômetro (para detectar o ângulo em que o carro se encontra), um sensor fim de curso detecta se o veículo encontra-se em primeira marcha e um servomotor 180º faz a movimento do pedal de aceleração de forma automática. A aceleração automática faz com que a quantidade de combustível utilizado para a largada do carro seja otimizada, e ocorre na intensidade ideal assim que o condutor engata a primeira marcha. E por fim, a velocidade com que é liberada a embreagem é proporcional a aceleração do automóvel. Estando o dispositivo acionado, pode-se optar pelo desligamento do mesmo, onde o sistema será interrompido e os mecanismos voltam a ser operados normalmente pelo condutor. Palavras-chaves: Aceleração. Largada. Primeira Marcha. Abstract: The goal is to automate the start of the combustion - powered vehicles, being able to reduce the fuel consumption. The prototype works in the first gear, and has control of the acceleration due to the car's inclination. Using an accelerometer (to detect the angle which the car is positioned), an end stroke sensor detects if the vehicle is in first gear and a 180 degrees servomotor automatically moves the acceleration pedal. The automatic acceleration makes the amount of fuel used to starting the car is optimized and it occurs in the ideal
intensity as soon as the driver shift to the first gear. Finally, the speed at the clutch is proportionally released to the vehicle acceleration. When the device is activated, you can choose shutting it down, so the system will stop and the mechanics are again normally operated by the driver. Key-Word: Acceleration. Start. First Gear.
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1 INTRODUÇÃO
Com os avanços na área da tecnologia, os quais ocorrem a todo instante, seja
no campo das telecomunicações, na área industrial, da saúde, automobilística, entre
outras. Surge também a necessidade de aprimorar equipamentos e processos seja
para maior conforto ou maior produção e eficiência.
Com ênfase no campo automobilístico, ainda existem vários procedimentos
que podem ser melhorados com o intuito de aumentar sua eficácia. Um exemplo é o
caso da largada do veiculo, procedimento que exige maior gasto de combustível e
que varia de acordo com a experiência do motorista, além da situação em que é
encontrado, estando o carro em terrenos íngremes.
De acordo com Goldemberg (2000, p 04)
Para melhorar a eficiência e reduzir as emissões do setor de transportes deve-se: melhorar a eficiência do motor aumentando o desempenho com o qual a energia do combustível é convertida em trabalho útil para mover o automóvel. A eficiência do motor é o produto de dois fatores: eficiência térmica que reflete quando a energia de combustível é convertida em trabalho para mover o motor e o veículo; e a eficiência mecânica que representa a fração deste trabalho que é transmitida pelo motor ao veículo.
Atualmente, nas grandes cidades vem ocorrendo um elevado crescimento na
frota de veículos à combustão, junto com o crescimento de carros tem a elevação de
emissão de poluentes no meio ambiente. Além do fato que maioria dos motorista
não mantém uma manutenção preventiva dos seus carros, sendo assim, ocorre o
aumento de poluentes emitidos, ainda assim levando em consideração que passam
grande parte do seu dia em enormes congestionamentos que em alguns casos
chegam a ter dezenas de quilômetros. Assim é necessário por várias vezes parar
totalmente o veiculo e dar largada no mesmo.
Também deve ser levada em consideração a responsabilidade da
administração pública, o que já ocorre em algumas regiões metropolitanas
brasileiras. Quando os congestionamentos do pico da manhã começam a se
prolongar de maneira assustadora, podendo, em alguns anos, se encontrar com os
picos da tarde, isso resulta em travamento das principais rodovias, com graves
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consequências para a qualidade de vida dos cidadãos, associadas a enormes
prejuízos econômicos e sociais.
É evidente o crescimento dos congestionamentos devido ao aumento da frota
de veículos, conforme já citado. Este crescimento nas cidades pesquisadas é
espantoso, de acordo com dados do DETRAN, conforme tabela 1
:
Tabela 1 - Crescimento da frota de veículos.
Fonte: Denatran (Dados Dez/2015)
Logo, de acordo com as estatísticas, o congestionamento só tende a
aumentar com equivalência a quantidade de automóveis, sendo assim torna-se
crucial a utilização de estratégias com o intuito de diminuir as consequências dos
grandes engarrafamentos, tais como: poluição por meio dos gases emitidos e
também o consumo de combustível.
Assim, torna-se necessário a elaboração de um dispositivo com capacidade
de dosar o consumo de combustível. Este, por sua vez utiliza recursos mecatrônicos,
permitindo regular a aceleração até mesmo considerando o ângulo de inclinação.
Sabe-se que o maior consumo de combustível está justamente na largada do
automóvel. Segundo Lopes (2003), uma providência para reduzir essa despesa é
quantificar com precisão o consumo de combustível.
Na largada a maioria dos motoristas costumam dar arrancadas bruscas, para
economizar combustível o ideal é não acelerar mais do que o necessário (G1 – 2015).
Estado
São Paulo
Rio de Janeiro
Belo Horizonto
Brasília
Curitiba
Goiânia
Fortaleza
Porto Alegre
Salvador
Recife
832,1 mil
819,2 mil
635,6 mil
Ranking - Número de Carros
Frota de Veículos
7,2 milhõs
2,5 milhões
1,6 milhões
1,5 milhões
1,4 milhões
1 milhão
964,7 mil
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1.1 Objetivo geral:
O protótipo tem como objetivo relevante a maior economia de combustível e o
menor desgaste ao condutor na utilização de seu carro.
1.2 Objetivos específicos:
Utilização da quantidade ideal de combustível durante a largada do veículo.
Melhor desempenho do condutor em relação a utilização do veículo, pois enquanto o
dispositivo estiver acionado o condutor terá maior facilidade quanto á manobras em
terrenos íngremes.
2 Desenvolvimento:
Para desenvolvimento do protótipo foi necessário aprofundamento teórico em
relação aos dispositivos: servomotor 180º e acelerômetro, já que estes dois
componentes atuando em conjunto são de extrema importância para o bom
funcionamento de todo o processo.
Na programação, mostrou-se necessário aprofundamento teórico sobre o
microcontrolador Atmega328, que foi utilizado no protótipo. Este dispositivo utiliza a
Linguagem C em sua programação, e de acordo com as pesquisas realizadas, conclui-
se que a sua participação no projeto era viável devido a facilidade de sua programação.
Dificuldades na elaboração do projeto:
Dosar a aceleração ideal para o respectivo ângulo de inclinação do carro (na
subida, a aceleração é maior e na descida, menor).
Minimizar o consumo de combustível na largada do carro injetando somente a
quantidade necessária.
2.1 Referencial teórico:
2.1.1 Servomotor 180º:
De acordo com Maxwell (2010) os servomotores de posição são motores
utilizados com frequência em controles remotos de aeromodelos, automodelos e
outros veículos radiocontrolados. Por este motivo, podem ser encontrados no
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comércio com facilidade, e podem ser de grande valia em aplicações de automação
e robótica.
Os servomotores são semelhantes aos motores de passo, além do fato de
possuírem um sistema interno que verifica a posição de entrada com a posição de saída
e um motor de corrente continua. Em sua maioria, os servomotores giram apenas 180
graus, mas podem ser modificados para girarem 360 graus.
A utilização no protótipo é de realizar a movimentação do pedal de aceleração, de
acordo com a programação do microcontrolador.
Figura demonstrando internamente como é um servo motor:
Figura 1 - Servomotor.
Fonte: Laboratório de Garagem.
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2.1.2 Acelerômetro:
Figura 2 - acelerômetro utilizado.
Fonte: Os autores.
Também mostrou se necessário a utilização de um acelerômetro, dispositivo com
capacidade de medir a aceleração de um corpo calculando qualquer forca exercida
sobre ele e também ângulos de inclinações.
De acordo com Prada (2009) um acelerômetro nada mais é que um
dispositivo capaz de medir a aceleração sobre objetos. Ao invés de posicionar
diversos dinamômetros (instrumento que faz medição de forças) em vários lugares
do objeto, um único acelerômetro já é capaz de calcular qualquer força exercida
sobre ele.
Nos carros, o acelerômetro exerce uma importante função ao controle de
estabilidade ao calcular as forças em que o veículo está sendo submetido, além de
auxiliar na orientação do GPS. Além de mais barato, o instrumento ocupa dimensões
muito menores, sendo encontrado com frequência em celulares e computadores
portáteis.
Os acelerômetros dos aparelhos eletrônicos geralmente são compostos por
molas de silício e corrente elétrica, onde as molas registram a oscilação na corrente
elétrica para registrar os dados.
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Este dispositivo faz a leitura da angulação em que o veiculo se encontra, o que é
de grande relevância para que ocorra a dosagem ideal de combustível necessário
aumentando a eficácia da aceleração.
2.1.3 Sensor fim de curso:
Na elaboração do protótipo, foi necessário a utilização de um sensor fim de
curso que possui a função de indicar a ocorrência de determinada ação mecânica
em seu elemento atuador parte mecânica de um dispositivo alcança seu campo
máximo de movimentação, evitando problemas no processo, atuando em modo
liga/desliga como uma chave comutadora, este sensor detecta quando uma
Sensor utilizado:
Figura 3: sensor fim de curso (chave)
Fonte: www.newtoncbraga.com.br (2014).
2.1.4 Microcontrolador Atmega 328:
Este dispositivo faz uso da Linguagem C em sua programação e o compilador
utilizado na plataforma do Atmega328 é o AVR/GCC. Será responsável pelo
direcionamento dos processos que ocorrerá durante o funcionamento do protótipo.
Exemplo: leitura do sinal do sensor fim de curso quando engatada a primeira
marcha, e o acionamento do servomotor para a aceleração do veículo de acordo
com a angulação apontada pelo acelerômetro.
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Figura 4: Atmega 328.
Fonte: Os autores.
‘
Figura 5 – Descrição dos terminais.
Fonte: www.sparkfun.com (2008).
Estudo comparativo:
Para a elaboração do projeto, foi levado em consideração a possibilidade de
fazer uso de um medidor de combustível (boia) que calcularia a angulação do
veículo de acordo com a movimentação e sua resistência interna.
Porém, a instabilidade do funcionamento deste tipo de medidor é muito
grande, mesmo nas aplicações em tanques de automóveis este dispositivo não é de
confiança já que suas leituras não são precisas, isso o torna inviável na aplicação do
protótipo que necessita de grande precisão.
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2.2 METODOLOGIA DO PROTÓTIPO
O protótipo tem como principio, o funcionamento apenas quando o veículo
estiver em primeira marcha, e quando acionado, pode-se optar pelo desligamento do
mesmo, onde todos os sistemas do dispositivo serão interrompidos e os
mecanismos voltam a ser operados normalmente pelo condutor.
Quando a marcha for engatada para a saída do veiculo, o movimento será
reconhecido por um sensor fim de curso que se encontra instalado de maneira
específica na caixa de câmbio do automóvel. Neste momento o acelerômetro faz a
leitura da angulação em que o veículo se encontra, obtendo assim dados
necessários para que a força da aceleração seja ideal, injetando a quantidade
específica de combustível.
Todo o procedimento, desde o sinal enviado pelo sensor fim de curso, a
leitura de inclinação pelo acelerômetro e o acionamento automático do pedal de
aceleração, é controlado por um microcontrolador ATMEGA328 com a utilização de
um programa elaborado para gerenciar todo o processo.
Quando o veículo estiver parado em primeira marcha e o condutor soltar
bruscamente a embreagem, o sistema será cortado automaticamente, fazendo com
que evite a derrapagem de pneus e a colisão contra possíveis veículos e objetos à
sua frente.
Montagem do sistema de aceleração automática
O sensor fim de curso tem um papel muito importante no projeto, pois ele que
irá realizar a leitura do câmbio do carro quando a primeira marcha for engatada.
Possui também o funcionamento como chave de liga/desliga que permite que
o condutor acione ou não o dispositivo de aceleração automática no momento da
largada
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Servomotor 180°. Seu funcionamento no protótipo é de movimentar o pedal
de aceleração automaticamente, na mesma medida em que a embreagem é
desativada.
Figura 6 - angulação servomotor 180º
Fonte: www.servocity.com (2015).
.
Imagens do protótipo de acordo com o desenvolvimento:
Figura 7 – Estrutura (base).
Fonte: Os autores.
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Como demonstrado na Figura 7, a estrutura do protótipo é por tubos de aço
(metalon).
Figura 8 – Estrutura (base para haste que representa o câmbio)
Fonte: Os autores
De acordo com a Figura 8, foi elaborado uma “base” para a haste que
representa o câmbio de marcha, já também com o “caminho” para acionamento das
marchas.
Figura 9 – Estrutura demonstrando o “caminho” para acionamento das marchas
Fonte: Os autores
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A figura 9 demonstra o caminho que a haste percorre para acionar as marchas.
Figura 10 – Haste (com mola em seu interior).
Fonte: Os autores.
Figura 11 – Estrutura, com pedais representando embreagem (lado esquerdo) e
acelerador (lado direito).
Fonte: Os autores.
Os pedais (embreagem e acelerador) são demonstrados na Figura 11 na base
do protótipo.
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Figura 12 – Estrutura (haste com “cabeçote”).
Fonte: Os autores.
Figura 13 – Estrutura, haste já com cabeçote no “caminho” que é percorrido para
acionamento das marchas.
Fontes: Os autores.
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2.3 Resultados:
Os resultados mostraram-se eficientes, já que o objetivo de calcular a
aceleração de acordo com a inclinação do veículo foi alcançado. Assim pode-se
utilizar somente a quantidade de combustível necessária para uma movimentação
do veículo.
Um obstáculo encontrado no decorrer da elaboração do protótipo, foi o de
tornar a movimentação do pedal de aceleração proporcional à medida em que a
embreagem é desativada.
2.4 Discussões:
De acordo com o problema de pesquisa abordado (congestionamento de
veículos), mostra-se evidente a necessidade de procedimentos que agridam cada
vez menos o meio ambiente, logo, a elaboração de métodos que evitem o
lançamento de gases na atmosfera tem sido de extrema importância atualmente.
3 Considerações finais:
Com este projeto foi possível tornar a utilização dos automóveis ainda mais
eficiente e econômica, além do fato de englobar a necessidade de procedimentos
que evitem o aumento da poluição causada pelo aumento da frota de veículos.
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4 Referencias:
Arduino e Cia, Ligando acelerômetro MMA 7361 no arduino. Disponível em: <http://www.arduinoecia.co/m./br//2013/09/ligando-acelerometro-mma7361-no-arduino.html>. Acesso em 05/08/2015 Denis Marum, Habitos do Motorista que fazem o carro beber mais. Disponìvel em:<
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em 22/08/2015
Frota de veículos cresce 126,5% em dez anos. Disponível em <http://diariodonordeste.verdesmares.com.br/cadernos/cidade/frota-de-veiculos-cresce-125-6-em-dez-anos-1.1221981>. Acesso em 15/12/2015.
