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Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
Implementaccedilatildeo de um sistema interno de comunicaccedilatildeo para veiacuteculos eleacutectricos
Hugo Alexandre Diegues Lopes
VERSAtildeO PROVISOacuteRIA (34)
Dissertaccedilatildeo realizada no acircmbito do Mestrado Integrado em Engenharia Electroteacutecnica e de Computadores Major Telecomunicaccedilotildees
Proponente Eng Carlos Pinho Orientador Prof Dr Joseacute Ruela
09-02-2010
ii
copy Hugo Alexandre Diegues Lopes 2010
iii
Resumo
Com o contiacutenuo aumento da penetraccedilatildeo das novas tecnologias de comunicaccedilatildeo no dia-a-
dia das pessoas temos assistido cada vez mais agrave necessidade dos veiacuteculos suportarem uma
gestatildeo centralizada dos novos elementos com vista a darem resposta aos novos estilos de vida
e paradigmas introduzidos nomeadamente pelos veiacuteculos eleacutectricos O aparecimento dos
veiacuteculos eleacutectricos pelas suas caracteriacutesticas actuais limitaccedilotildees de mobilidade e necessidade
de novos sistemas electroacutenicos aparecem como beneficiadores principais da adopccedilatildeo das
novas tecnologias desde as que satildeo usadas para tornarem o veiacuteculo eleacutectrico mais leve
atraveacutes de uma melhor gestatildeo da energia quer as tecnologias usadas para aumentar a
seguranccedila na estrada atraveacutes da comunicaccedilatildeo em tempo real entre veiacuteculos e entre veiacuteculos e
a infra-estrutura
Este trabalho aborda o desenvolvimento de um protocolo de gestatildeo das comunicaccedilotildees
internas dos veiacuteculos focada particularmente no veiacuteculo eleacutectrico de forma a facilitar a
gestatildeo das comunicaccedilotildees e em uacuteltima anaacutelise tornar os veiacuteculos eleacutectricos mais eficientes a
vaacuterios niacuteveis
Este trabalho faz um estudo dos desenvolvimentos tecnoloacutegicos que levaram agrave produccedilatildeo
em serie dos veiacuteculos eleacutectricos na actualidade dos desafios que se colocam a este tipo de
veiacuteculos nomeadamente a performance autonomia e recarregamento ateacute agraves tecnologias de
comunicaccedilatildeo e as formas de gestatildeo que satildeo o foco principal deste projecto
Palavras-chave Rede inter-veicular Rede intra-veicular Veiacuteculo eleacutectrico
v
Abstract
With the increasing penetration of new communication technologies in humanrsquos daily life
we have witnesses the need of a centralized management entity controlling all these new
components in order to enable the support of the new paradigms and life-style in particular
in Electric Vehicles The emergence of electric vehicles with their current features limited
mobility and need for new electronic systems and communication capabilities appear as the
main promoter of the adoption of new technologies not only to make the electric vehicle
lighter through better energy management but also to improve security in the road through
real-time communication between vehicles and between vehicles and infrastructure
This work addresses the development of a protocol to manage vehicles internal
communications specially oriented for electric vehicles in order to facilitate the
communications management and make these vehicles more efficient
This work makes a study of the technologic development that led to the actual
ldquowidespread productionrdquo of electric vehicles the challenges placed by these vehicles
regarding performance autonomy battery recharging and communications management that
are the main focus of this project
Key words Electric Vehicle Inter vehicular networks Intra vehicular networks
vii
Iacutendice
Capiacutetulo 1 1
Introduccedilatildeo 1 11 - Problema 2
12 - Objectivos 3
13 - Enquadramento 3
14 - Tecnologias 3
Capiacutetulo 2 5
Estado da arte 5 21 - Revoluccedilatildeo tecnoloacutegica para os carros eleacutectricos e overview dos mesmos -
constituiccedilatildeo interna 5
22 - Desafios actuais dos carros eleacutectricos - Performance vs gestatildeo do consumo e
autonomia 6
221 - Veiacuteculos com extensatildeo de autonomia 6 222 - Ultra-condensadores 7 223 - Carregamento 7 224 - Locais de carregamento 8
23 - Tecnologias de comunicaccedilatildeo 8
231 - WLAN 8 232 - InVANET 9 233 - Banda Larga Moacutevel 10 234 - Bluetoothtrade 10 235 - Sensores sem fios 10
24 - Consoacutercios 11
241 - Car 2 Car 11 242 - Coopers 12
25 - Sistemas de gestatildeo inovadores para gerir os diversos tipos de comunicaccedilatildeo 12
251 - CAN 12 252 - LIN bus 13 253 - Infotainment 13
26 - Conclusatildeo 13
Capiacutetulo 3 15
Plano de trabalho 15 31 - Requisitos 15
32 - Cenaacuterios de teste 15
viii - Introduccedilatildeo
viii
33 - Ferramentas 15
34 - Arquitectura 16
35 - Trabalho futuro 18
36 - Conclusatildeo 18
Capiacutetulo 4 21
Anexos 21 41 - Diagrama de Gantt do projecto 22
ix
Lista de figuras
Ilustraccedilatildeo 21ndash Relaccedilatildeo pesoenergia para baterias e geraccedilatildeo termodinacircmica 7
Ilustraccedilatildeo 22 ndash Sistema de In-Vehicle Infotainment da Intel 13
Ilustraccedilatildeo 31 ndash Arquitectura do sistema a desenvolver 17
Ilustraccedilatildeo 32 ndash Moacutedulos do sistema 18
xi
Lista de tabelas
Tabela 21 ndash Comparaccedilatildeo de veiacuteculos combustatildeo interna e eleacutectricos 5
Tabela 22 ndash Tabela resumo dos vaacuterios protocolos da norma 80211 9
Tabela 23 ndash Comparaccedilatildeo de velocidades das vaacuterias tecnologias de Banda Larga Moacutevel 10
Tabela 24 ndash Comparaccedilatildeo das normas de sensores sem fios 11
xiii
Abreviaturas e Siacutembolos
Lista de abreviaturas CAN Controller area network
EMC Electromagnetic compatibility
EV Electrical vehicle
GPRS General Packet radio service (25G)
GPS Global Positioning System
HSDPA High-Speed Downlink Packet Access
IC Internal combustion engine
InVANET Intelligent vehicular ad hoc network
LAN Local area network
LTE Long Term Evolution (quarta geraccedilatildeo moacutevel)
OBD On-Board Diagnostic designa um sistema de auto-diagnoacutestico disponiacutevel na
maioria dos veiacuteculos automoacuteveis que circulam actualmente nas estradas e
obrigatoacuterio na Europa e nos Estados Unidos para todos os veiacuteculos produzidos
desde 1996
PHEV Plug-in hybrid electric vehicle
RAM Random Access Memory
TIC Tecnologias de Informaccedilatildeo e Comunicaccedilatildeo
UMTS Universal Mobile Telecommunication System (3G)
VANET Vehicular Ad-Hoc Network
WLAN wireless local area network
Capiacutetulo 1
Introduccedilatildeo
No inicio do seacuteculo XX o uso de veiacuteculos eleacutectricos era mais frequente do que o uso dos
veiacuteculos a gasolina uma vez que nessa altura o desempenho dos veiacuteculos eleacutectricos era
superior agrave dos seus rivais Contudo a tecnologia dos veiacuteculos eleacutectricos da altura natildeo oferecia
autonomia suficiente para fazer viagens inter-cidades (autonomia de 50 km) o que levou agrave
quebra do interesse nesta tecnologia e o seu desenvolvimento foi quase nulo durante dezenas
de anos [1] Devido aos elevados custos das baterias dos veiacuteculos eleacutectricos [2] e agrave
maturidade dos veiacuteculos a gasolina que passaram a poder ser produzidos em massa com um
custo razoaacutevel fez com que estes dominassem o mercado
Apesar de serem desenvolvidos veiacuteculos eleacutectricos haacute 150 anos desde o iniacutecio do seacuteculo
XX natildeo existe uma grande aceitaccedilatildeo pelo puacuteblico em geral Actualmente esta situaccedilatildeo estaacute a
mudar devido a questotildees ambientais ao aumento do preccedilo do petroacuteleo e agrave dependecircncia
energeacutetica deste
Em 1999 apareceu o primeiro veiacuteculo hiacutebrido o Honda INSIGHT [3] Estes veiacuteculos tecircm um
menor consumo energeacutetico devido ao aproveitamento e utilizaccedilatildeo de energia eleacutectrica com a
mesma autonomia dos automoacuteveis movidos a combustiacuteveis foacutesseis podem ainda aproveitar a
energia da travagem para carregar as baterias Os veiacuteculos hiacutebridos mais recentes jaacute podem
carregar as baterias ligando o carro a uma tomada eleacutectrica satildeo os chamados plug-in hybrid
electric vehicle (PHEV) Para o utilizador um veiacuteculo hiacutebrido funciona de maneira igual ao
automoacutevel movido a combustiacutevel foacutessil o que faz com que actualmente os veiacuteculos hiacutebridos
sejam os veiacuteculos de estrada com baterias mais vendidos
Existe uma procura cada vez maior a alternativas ao veiacuteculo movido a combustiacuteveis
foacutesseis Com o grande investimento nacional em energias renovaacuteveis e ao facto de
actualmente o custo por quiloacutemetro de um veiacuteculo eleacutectrico ser aproximadamente trecircs vezes
menor ao custo por quiloacutemetro de um veiacuteculo a petroacuteleo o veiacuteculo eleacutectrico surge num
contexto favoraacutevel
2 - Introduccedilatildeo
Como o veiacuteculo eleacutectrico natildeo polui (no local onde circula - podendo existir poluiccedilatildeo
associada agrave geraccedilatildeo de electricidade utilizada para carregar as suas baterias) este diminui a
poluiccedilatildeo nas cidades e nas vias de comunicaccedilatildeo Devido ao grande investimento nacional em
energias renovaacuteveis que representam cerca de um terccedilo do total da energia eleacutectrica
produzida e ao aumento dos paineacuteis solares instalados em habitaccedilotildees [4] o impacto
ambiental do carregamento de veiacuteculos eleacutectricos tem o potencial para ser muito menor do
que nos veiacuteculos convencionais podendo em alguns casos ser mesmo nulo
Nas uacuteltimas deacutecadas vaacuterias marcas desenvolveram protoacutetipos de veiacuteculos eleacutectricos mas
nenhum chegou a ser produzido em seacuterie O actual preccedilo do petroacuteleo o seu pico ocorrido a
meio do ano de 2008 e a capacidade tecnoloacutegica associada ao desenvolvimento das baterias
(nomeadamente no aumento da energia por peso e a diminuiccedilatildeo do tempo de
recarregamento) justificam o lanccedilamento comercial dos veiacuteculos eleacutectricos
11 - Problema
Ao niacutevel das novas tecnologias em particular das Tecnologias de Informaccedilatildeo e
Comunicaccedilatildeo (TIC) assiste-se a uma contiacutenua penetraccedilatildeo em todos os sectores e que
recentemente se comeccedila a assistir tambeacutem nos automoacuteveis (desde os GPS sistemas matildeos
livres leitor de DVD) mesmo as iniciativas de promoccedilatildeo de comunicaccedilatildeo ldquocar-to-car
comunicationsrdquo [5] que procuram aumentar a seguranccedila dos condutores entram nesta
tendecircncia Actualmente ocorrem muitos acidentes que poderiam ser evitados se existisse um
sistema de comunicaccedilatildeo nos veiacuteculos O congestionamento tambeacutem poderia beneficiar de um
sistema deste tipo
Existe um problema econoacutemico e ambiental devido ao petroacuteleo Por outro lado os
veiacuteculos eleacutectricos satildeo (haacute muitos anos) uma alternativa aos veiacuteculos tradicionais sendo que
agora temos tecnologia mais desenvolvida (directa e indirectamente ligada ao veiacuteculo) e
parece existir vontade poliacutetica Ainda que os veiacuteculos eleacutectricos actuais apresentem
limitaccedilotildees de autonomia e novos sistemas eleacutectricoselectroacutenicos que necessitam de um
sistema de gestatildeo eficiente estes podem beneficiar dos desenvolvimentos das
TICs para ultrapassar estes desafios
Assim dado o actual contexto e a introduccedilatildeo dos veiacuteculos eleacutectricos que se apresentam
como potenciais beneficiadores das TICs este trabalho procura desenvolver um sistema de
gestatildeo interno ao veiacuteculo que seja capaz de colaborar na gestatildeo destes diversos tipos de
comunicaccedilatildeo que ocorrem nos veiacuteculos (ie comunicaccedilatildeo entre elementos internos ao
veiacuteculo e comunicaccedilatildeo de elementos internos com externos) particularmente orientado ao
contexto de veiacuteculo eleacutectrico de forma a facilitar a sua adopccedilatildeo e colaborar no aumento da
sua mobilidade
3
12 - Objectivos
Desenvolver um sistema de gestatildeo de comunicaccedilatildeo para veiacuteculos eleacutectricos baseado em
tecnologias adequadas ao contexto Este deve controlar e monitorizar o fluxo de energia
entre ceacutelulas acumuladoras baterias motores e o circuito eleacutectrico deve comunicar com o
computador do utilizador quando estaacute estacionado em casa e deve conseguir utilizar diversas
tecnologias de forma a permitir o acesso agrave Internet quer para comunicar ao utilizador o
estado das baterias quer para disponibilizar acesso a conteuacutedos A informaccedilatildeo recolhida deve
ainda ser armazenada para poder ser transmitida para elementos externos quando tal for
necessaacuteriodesejado
13 - Enquadramento
O principal problema dos Veiacuteculos Eleacutectricos (ldquoElectric Vehiclesrdquo ndash EV) eacute o armazenamento
de energia devido ao custo e relaccedilatildeo pesopotencia das baterias ser alto Para minimizar este
problema eacute necessaacuterio um sistema de gestatildeo para controlar o fluxo de energia Este sistema
deve estar preparado para aceitar diversos tipos de componentes que aumentem a autonomia
e o desempenho do veiacuteculo tais como ultra-condensadores extensatildeo de autonomia com motor
a combustatildeo troca de baterias paineacuteis solares etc
Um veiacuteculo eleacutectrico eacute alimentado pela energia eleacutectrica armazenada nele Para mover
um veiacuteculo deste tipo eacute necessaacuterio pelo menos um motor eleacutectrico Estes novos componentes
necessitam de uma boa gestatildeo para o veiacuteculo eleacutectrico se tornar uma alternativa aos veiacuteculos
a combustatildeo ldquoThe battery bank controller and motor must have excellent efficiency
adequate capacity and low weight along with regenerative compatibilityrdquo [6]
Com a necessidade de integrar as vaacuterias tecnologias existentes no veiacuteculo e outras que
fazem parte do dia-a-dia das pessoas (GPS telemoacuteveis serviccedilos de ligaccedilatildeo agrave Internet etc) e
tambeacutem as novas tecnologias necessaacuterias agrave operaccedilatildeo de um veiacuteculo eleacutectrico surge a
necessidade da criaccedilatildeo de um sistema que os interligue permitindo assim uma gestatildeo mais
eficaz e com mais funcionalidades
14 - Tecnologias
As tecnologias que vatildeo ser abordadas satildeo CAN redes de sensores sem fios Internet
atraveacutes de protocolos Wi-Fi (80211) e UMTS e ainda comunicaccedilatildeo entre veiacuteculos (inVANET)
Estas tecnologias iratildeo ser abordadas em detalhe no proacuteximo capiacutetulo
Capiacutetulo 2
Estado da arte
Neste capiacutetulo apresentam-se as inovaccedilotildees tecnoloacutegicas que levaram ao aparecimento dos
veiacuteculos eleacutectricos os problemas actuais destes veiacuteculos os seus componentes e formas de os
gerir
Um dos principais factores que justificam um sistema de comunicaccedilatildeo que interligue todo
o veiacuteculo eacute o facto de nos uacuteltimos anos muitos sistemas mecacircnicos terem vindo a evoluir para
electroacutenicos Os componentes mecacircnicos natildeo possibilitavam uma gestatildeo centralizada os
componentes electroacutenicos aleacutem de funcionarem melhor podem interagir resultando em novas
funcionalidades e numa maior eficiecircncia
21 - Revoluccedilatildeo tecnoloacutegica para os carros eleacutectricos e overview
dos mesmos - constituiccedilatildeo interna
Os principais factores que contribuem para o desenvolvimento de carros eleacutectricos satildeo os
veiacuteculos eleacutectricos natildeo poluem no seu funcionamento e como satildeo mais eficientes satildeo mais
ecoloacutegicos o custo por km eacute menor e diminuem a dependecircncia energeacutetica de outros paiacuteses
Na tabela seguinte podemos observar as principais diferenccedilas entre os dois tipos de
veiacuteculos [6]
Tabela 21 ndash Comparaccedilatildeo de veiacuteculos combustatildeo interna e eleacutectricos
Feature Electric vehicles IC Engine vehicles
Prime mover Electric motor IC engine
Powered by Charged battery ultra
capacitors Diesel Petrol
Self weight High due to battery bank Low as compared to EV
Power Transmission Both mechanical as well
as electrical Mechanical
6 - Estado da arte
Braking system Regenerative braking Friction braking
Efficiency High Low
Eco friendly Yes No
Initial cost High Average
Running cost Low Very high
As diferenccedilas entre os dois tipos de veiacuteculos na perspectiva do utilizador satildeo tempo de
carregamento um custo de deslocaccedilatildeo menor mas um custo do veiacuteculo mais elevado - este
custo poderaacute vir a baixar caso sejam criados benefiacutecios fiscais para este tipo de veiacuteculos
Os veiacuteculos eleacutectricos vatildeo beneficiar da tecnologia actual dos veiacuteculos hiacutebridos que jaacute satildeo
produzidos em massa Os dois tipos de veiacuteculos tecircm pontos em comum pelo menos um motor
eleacutectrico baterias para o alimentar e um sistema de travagem regenerativa
22 - Desafios actuais dos carros eleacutectricos - Performance vs
gestatildeo do consumo e autonomia
Os requisitos para uma bateria ideal satildeo grande densidade de energia (menor peso) alta
potecircncia longa vida eficiecircncia de cargadescarga eficiecircncia a qualquer temperatura auto-
descarga miacutenima baixa resistecircncia de entrada sem memoacuteria alto grau de seguranccedila boa
fiabilidade baixo custo e reciclaacutevel [7] Como as baterias ideais natildeo existem nos pontos
seguintes satildeo apresentadas soluccedilotildees para lidar com as limitaccedilotildees das baterias
221 - Veiacuteculos com extensatildeo de autonomia
Actualmente existem veiacuteculos eleacutectricos que tecircm uma extensatildeo de autonomia fornecida
por um motor de combustatildeo como eacute o caso do Chevrolet Volt [8] Estes veiacuteculos funcionam
como EV durante a duraccedilatildeo das baterias Posteriormente recorrem agrave energia eleacutectrica
produzida pelo motor de combustatildeo usado como gerador mesmo assim este processo eacute mais
eficiente que usar o motor a combustatildeo para mover o veiacuteculo Devido ao motor a combustatildeo
natildeo ser usado para mover o veiacuteculo natildeo precisa de ter tanta cilindrada como os presentes nos
veiacuteculos hiacutebridos tendo a vantagem de ser mais pequeno e mais leve
7
Ilustraccedilatildeo 21ndash Relaccedilatildeo pesoenergia para baterias e geraccedilatildeo termodinacircmica
A figura acima [9] justifica a presenccedila de um motor a combustatildeo para gerar electricidade
num veiacuteculo eleacutectrico No iniacutecio da linha da energia termodinacircmica podemos observar o peso
adicional devido ao motor mas este natildeo eacute desvantajoso porque a quantidade de energia por
peso da gasolina eacute bastante maior do que a das baterias Apesar da relaccedilatildeo pesoenergia nas
baterias ser inferior ao pesoenergia da gasolina eacute mais econoacutemico carregar as baterias e eacute
possiacutevel aproveitar a energia das travagens
222 - Ultra-condensadores
Os ultra-condensadores satildeo uma nova tecnologia que permite armazenar vinte vezes mais
energia que um condensador normal O objectivo principal dos ultra-condensadores nos
veiacuteculos eleacutectricos eacute o de permitir maiores travagens e aceleraccedilotildees com perdas de energia
miacutenimas devido a este conseguir carregar e descarregar muito mais rapidamente que uma
bateria Os ultra-condensadores natildeo perdem desempenho ao carregar e descarregar durando
toda a vida uacutetil do veiacuteculo sendo por isso mais ecoloacutegicos que as baterias [10]
223 - Carregamento
Devido agrave elevada potecircncia necessaacuteria para carregar um veiacuteculo eleacutectrico (que pode ser
ligado e desligado da rede eleacutectrica rapidamente) e devido agraves fontes de energia renovaacuteveis
fornecerem energia irregularmente os veiacuteculos eleacutectricos devem ter a capacidade de
poderem ser usados como geradores em determinados momentos (ie fornecerem energia agrave
rede para a estabilizar ou satisfazer picos de procura)
Uma soluccedilatildeo para aproveitar melhor as energias renovaacuteveis eacute armazenar o excesso de
energia gerado por estas durante a noite e injecta-la durante o dia diminuindo assim a
utilizaccedilatildeo de combustiacuteveis foacutesseis Este meacutetodo eacute tambeacutem vantajoso para o utilizador uma
vez que a energia durante o dia eacute mais cara do que agrave noite
8 - Estado da arte
Um problema que poderaacute existir devido aos diferentes custos da electricidade ao longo do
dia eacute um nuacutemero excessivo de veiacuteculos comeccedilarem a carregar simultaneamente no momento
de transiccedilatildeo de hora de cheio para vazio Uma soluccedilatildeo eacute proposta por Fumiko Koyanagi no
paper A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles
[11] que se baseia em criar diversas zonas eleacutectricas com comeccedilo da hora de vazio a horas
diferentes
224 - Locais de carregamento
Existem actualmente trecircs meacutetodos para carregar um EV ou PHEV
Carregamento raacutepido este tipo natildeo eacute o mais eficiente em termos energeacuteticos
mas permite carregar o veiacuteculo entre 20 a 30 minutos [12] (este valor tende a
diminuir com o avanccedilo da tecnologia) O utilizador poderaacute optar por natildeo
carregar totalmente o veiacuteculo neste caso o tempo de carregamento eacute menor
Este tipo de carregamento seraacute feito em estaccedilotildees de carregamento
Carregamento lento eacute mais eficiente que o carregamento raacutepido mas
demora mais tempo a carregar o veiacuteculo Como natildeo eacute expectaacutevel que o
utilizador do veiacuteculo espere no veiacuteculo ateacute que ele carregue este tipo de
carregamento estaacute a ser pensado para locais onde que o utilizador permaneccedila
por um ldquolongordquo periacuteodo de tempo como em casa trabalho parques de
estacionamento puacuteblico hoteacuteis e centros comerciais
Troca de baterias eacute tatildeo raacutepido como abastecer um veiacuteculo normal este tipo
eacute o adequado a veiacuteculos de emergecircncia e a veiacuteculos que permaneccedilam pouco
tempo parados [13]
Em Portugal jaacute existem 100 pontos de carregamento e estatildeo previstos 1300 em 2011 [14]
ldquoA entidade Gestora Mobi-E integraraacute as vaacuterias empresas Comercializadoras da Mobilidade
Eleacutectrica e asseguraraacute que o abastecimento pode ser efectuado em qualquer ponto existente
no paiacutes de forma a garantir uma rede aberta universal e focada no utilizadorrdquo [14]
23 - Tecnologias de comunicaccedilatildeo
Os veiacuteculos futuros no qual se pode inserir os EVs devem poder estar ligados agrave Internet
para oferecer conteuacutedos multimeacutedia aos ocupantes do veiacuteculo reservar lugares em estaccedilotildees
de carregamento usar o GPS para calcular o melhor caminho com base em informaccedilatildeo do
tracircnsito em tempo real aumentar a seguranccedila nas estradas e transferir dados do utilizador
recorrendo quer a comunicaccedilatildeo entre veiacuteculos quer com infra-estrutura etc
231 - WLAN
Uma wireless local area network nomeadamente as normas 80211 permitem uma ligaccedilatildeo
de banda larga agrave Internet (eg ao automoacutevel e a dispositivos moacuteveis do utilizador) No caso
de uma rede WLAN numa estaccedilatildeo de carregamento o condutor pode deixar o carro a carregar
e ver no seu telemoacutevel o estado das baterias O automoacutevel tambeacutem poderaacute ligar-se a redes
WLAN jaacute existentes e usar esta tecnologia para comunicar com os outros veiacuteculos Como a
tecnologia WLAN eacute amplamente usada os seus equipamentos satildeo de baixo custo Actualmente
9
existe uma empresa que disponibiliza no mercado norte-americano um serviccedilo que usa
Internet UMTS para disponibilizar Internet por WLAN dentro e num raio a volta do veiacuteculo
[15]
Frequecircncias usadas na norma 80211
5GHz ndash Em locais que a gama dos 24GHz esteja sobrelotada o protocolo 80211a pode ser
mais raacutepido que os protocolos 80211g e 80211n devido a haver menores interferecircncias No
entanto esta frequecircncia sofre uma maior atenuaccedilatildeo quando existem obstaacuteculos Os veiacuteculos
devem estar preparados para se ligarem nestas duas gamas de frequecircncias para o caso de uma
das gamas estar sobrelotada
24GHz - Nesta gama existem os protocolos 80211b 80211g e 80211n o 80211b eacute o
protocolo com maior alcance mas uma rede a funcionar em 80211g ou 80211n transita
automaticamente para 80211b caso o sinal seja fraco pelo que a rede deve estar
configurada para se ligar por g ou n O 80211n tem a vantagem de usar a tecnologia MIMO
que usa vaacuterias antenas para aumentar a qualidade do sinal sem aumentar nem a potecircncia nem
a largura de banda
58GHz ndash O protocolo 80211p ainda natildeo existe em fase final mas permite aos veiacuteculos
usar uma frequecircncia exclusiva e funcionar numa inVANET que eacute descrita no ponto seguinte
Este protocolo como estaacute vocacionado para veiacuteculos em movimento consegue estabelecer
ligaccedilotildees mais rapidamente e tem um menor tempo de atraso que os protocolos descritos
anteriormente
Tabela 22 ndash Tabela resumo dos vaacuterios protocolos da norma 80211
Norma 80211 Velocidade maacutexima
(Mbps) Existente no mercado Frequecircncias (GHz)
a 54 Sim 5
b 11 Sim 24
g 54 Sim 24
n 600 Sim 24
p Natildeo 58
O protocolo ideal a adoptar nesta fase seria o 80211n uma vez que eacute o mais raacutepido e
suporta tecnologia MIMO (que permite uma maior resistecircncia a interferecircncias) Caso este natildeo
esteja disponiacutevel deve-se usar o 80211g se houver interferecircncia com outras redes vizinhas
deve ser usado o 80211a Quando o protocolo 80211p estiver disponiacutevel este deve ser a
escolha principal jaacute que usa uma frequecircncia exclusiva este protocolo eacute indicado para o uso
em estrada devido aos veiacuteculos estarem em movimento
232 - InVANET
Uma wireless ad hoc network eacute uma rede sem fios descentralizada ou seja natildeo existe um
ou mais APrsquos a que todos os clientes se ligam Estas redes natildeo satildeo tatildeo fiaacuteveis devido agraves
colisotildees no acesso ao meio a situaccedilatildeo piora em situaccedilotildees moacuteveis em que as tabelas de
encaminhamento estatildeo sempre a mudar Para reduzir estes problemas foi criada uma
10 - Estado da arte
Vehicular Ad-Hoc Network (VANET) que eacute uma forma de rede moacutevel ad-hoc vocacionada para
o uso em veiacuteculos
Uma Intelligent vehicular ad hoc network (InVANET) eacute uma implementaccedilatildeo de uma VANET
vocacionada para a seguranccedila nas estradas Para diminuir os acidentes nas estradas esta rede
propotildee a troca de paracircmetros entre veiacuteculos proacuteximos ou entre veiacuteculos e a infra-estrutura
tais como mudanccedila de velocidade mudanccedila de faixa de rodagem e condiccedilotildees da via Outros
cenaacuterios de seguranccedila visados por esta rede satildeo o controlo do congestionamento e informar a
poliacutecia em casos de roubo ou fuga do local do acidente [16]
233 - Banda Larga Moacutevel
Tabela 23 ndash Comparaccedilatildeo de velocidades das vaacuterias tecnologias de Banda Larga Moacutevel
Tecnologia Velocidade maacutexima de download
GPRS (25G) 2368 kbits
UMTS (3G) 384 kbits
HSDPA (35G) 216 Mbits
A velocidade de 216 Mbits do HSPDA refere-se agrave velocidade maacutexima em Portugal o
HSPDA estaacute disponiacutevel na maior parte dos centros urbanos existe cobertura por UMTS em
praticamente todo o territoacuterio nacional Ao sair de uma aacuterea coberta por HSDPA eacute feito
handhover automaticamente para GPRS ou UMTS
Jaacute existem protoacutetipos para a utilizaccedilatildeo da quarta geraccedilatildeo moacutevel em automoacuteveis [17] que
permite aos ocupantes do veiacuteculo uma Internet mais raacutepida e a possibilidade de trabalhar em
nuvem
234 - Bluetoothtrade
O Bluetooth eacute uma tecnologia sem fios usada para ligar telemoacuteveis entre si e ligar
dispositivos a telemoacuteveis e a computadores Em alguns veiacuteculos esta tecnologia jaacute estaacute
implementada permitindo fornecer um serviccedilo de matildeos livres
Esta tecnologia poderaacute ser usada para comunicaccedilatildeo entre o veiacuteculo e a estaccedilatildeo de
carregamento transferir dados de ligar vaacuterios tipos de dispositivos moacuteveis do utilizador
235 - Sensores sem fios
Os sensores sem fios podem permitir diminuir o peso complexidade e custo do sistema de
sensores tambeacutem permitem colocar sensores em locais de difiacutecil acesso por cabo (por
exemplo pressatildeo dos pneus) Esta rede de sensores necessita ter baixa latecircncia e alta
fiabilidade natildeo sendo orientada para elevadas taxas de transmissatildeo de dados nem periacuteodos
de actividade elevados Protocolos possiacuteveis para uma rede de sensores sem fios no veiacuteculo
ZigBeetrade - Eacute um protocolo da camada de rede e aplicaccedilatildeo para criar uma rede infra-
estruturada de sensores sem fios O ZigBee fornece uma simples e confiaacutevel rede sem
fios multi-salto com a capacidade de suportar vaacuterias aplicaccedilotildees em simultacircneo
UWB - Eacute um sistema raacutedio de baixas emissotildees para curto alcance de alta velocidade
RFID ndash Eacute um protocolo sem fios para a identificaccedilatildeo de uma pessoa ou objecto
Existem identificadores passivos que natildeo precisam de bateria e que tem um alcance
de alguns centiacutemetros e activos que necessitam de uma fonte de energia que podem
comunicar ate alguns metros
11
A tabela seguinte [18] faz uma comparaccedilatildeo de possiacuteveis normas de comunicaccedilatildeo para
sensores sem fios
Tabela 24 ndash Comparaccedilatildeo das normas de sensores sem fios
O sistema RFID soacute seraacute uacutetil como identificador do veiacuteculo (eg estaccedilatildeo de abastecimento)
mas caso exista um sistema WLAN este seraacute preferiacutevel para identificar o veiacuteculo O ZigBee e o
UWB satildeo os mais indicados para uma rede de sensores mas devido ao tempo menor de
inicializaccedilatildeo e menor consumo energeacutetico a tecnologia ZigBee seraacute preferiacutevel
24 - Consoacutercios
241 - Car 2 Car
Este consoacutercio [5] tem como objectivo criar uma norma para um sistema de comunicaccedilotildees
cooperativo inter-veiacuteculos e entre veiacuteculos e infra-estrutura a funcionar numa banda de
frequecircncias livres e exclusivas para estas aplicaccedilotildees Este sistema eacute importante para prevenir
os acidentes o congestionamento e comunicar com estaccedilotildees de abastecimento
12 - Estado da arte
Este sistema eacute especialmente uacutetil em situaccedilotildees de baixa visibilidade para os veiacuteculos
prioritaacuterios e para avisar antecipadamente quando um veiacuteculo tem as luzes de emergecircncia
ligadas ou haacute obras No caso de um acidente que bloqueie a estrada o sistema poderaacute avisar
com antecedecircncia suficiente para o GPS calcular uma rota alternativa
Este sistema pode usar trecircs tipos de comunicaccedilatildeo [19]
IEEE 80211p
IEEE 80211abgn
GPRS ou UMTS
242 - Coopers
CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety eacute um consoacutercio que visa fornecer aos
veiacuteculos e condutores informaccedilatildeo em tempo real sobre o estado da via de maneira a
aumentar a seguranccedila na estrada [20] o objectivo do consoacutercio eacute rdquo To define develop and
test new safety related services equipment and applications using two way communication
between road infrastructure and vehicles from a traffic management perspective COOPERS
will build upon existing equipment and infrastructure as far as possible to incorporate bi-
directional infrastructure-vehicle links as an open standardised wireless communication
technology The role of motorway operators in offering and retrieving safety relevant and
traffic management information for specific road segments on European motorways based on
infrastructure and in-vehicle data will be investigatedrdquo [21] O sistema incorpora um
receptor GPS estaacute ligado ao CAN e comunica por WLAN e UMTSGPRS
25 - Sistemas de gestatildeo inovadores para gerir os diversos tipos
de comunicaccedilatildeo
Actualmente haacute um grande nuacutemero de funccedilotildees automoacuteveis controladas por computador O
uso de um cabo dedicado a cada dispositivo com o nuacutemero crescente de sistemas deixa de ser
praacutetico
251 - CAN
Uma soluccedilatildeo eacute o uso de redes LAN que permite a multiplexaccedilatildeo dos dados Com esta
soluccedilatildeo eacute possiacutevel[22] Reduzir o nuacutemero de cabos
Reduzir o custo e o peso
Melhorar a fiabilidade e facilitar a instalaccedilatildeo
Partilhar os dados recolhidos dos sensores por vaacuterios dispositivos
Alterar ou adicionar funccedilotildees por software
Detectar e corrigir erros causados por interferecircncia electromagneacutetica
As mensagens que circulam na rede CAN tecircm um valor numeacuterico que indica a prioridade
da mensagem isto permite tratar informaccedilatildeo criacutetica sem atraso A versatilidade do CAN
permite controlar vaacuterios tipos de dispositivos num veiacuteculo
13
252 - LIN bus
O Local Interconnect Network (LIN) bus eacute uma alternativa mais barata e simples ao CAN Pode
ser usada em subsistemas natildeo criacuteticos que nem precisem de comunicaccedilatildeo em tempo real nem
altas velocidades
253 - Infotainment
Esta plataforma interliga trecircs aacutereas
Entretimento nos bancos traseiros
RaacutedioCD e navegaccedilatildeo
Comunicaccedilatildeo interna e externa
Ilustraccedilatildeo 22 ndash Sistema de In-Vehicle Infotainment da Intel
A plataforma da Intel [23] permite num soacute hardware juntar vaacuterias tecnologias que
normalmente se apresentam separadas num automoacutevel
26 - Conclusatildeo
Actualmente assiste-se a introduccedilatildeo contiacutenua de veiacuteculos totalmente eleacutectricos no
mercado ainda que com autonomias substancialmente inferiores aos veiacuteculos a combustiacuteveis
foacutesseis Os veiacuteculos ldquoeleacutectricosrdquo mais vendidos actualmente satildeo os veiacuteculos hiacutebridos que
podem carregar as baterias com as travagens e usam um motor eleacutectrico como suporte em
momentos concretos (eg a velocidades abaixo dos 50 kmh eou para fornecer potecircncia
extra ao motor de combustatildeo em momentos de forte aceleraccedilatildeo etc - a estrateacutegia varia de
fabricante para fabricante) Os veiacuteculos hiacutebridos satildeo mais econoacutemicos que os veiacuteculos movidos
14 - Estado da arte
somente a motor de combustatildeo e continuam a beneficiar do motor a gasolina para aumentar
a sua autonomia ndash eacute como se procurassem o melhor dos dois mundos Alguns destes veiacuteculos jaacute
podem ser carregados pela rede eleacutectrica que para pequenas distancias se comportam como
veiacuteculos totalmente eleacutectricos
Capiacutetulo 3
Plano de trabalho
31 - Requisitos
Requisitos funcionais
Quando disponiacutevel Internet por WLAN o sistema deve desligar o HSPDAUMTS
Devem aparecer no ecratilde LCD as informaccedilotildees recebidas do exterior sobre
seguranccedila na estrada em que o veiacuteculo se encontre
O veiacuteculo deve enviar informaccedilotildees sobre o estado do piso aos veiacuteculos que se
encontram atraacutes
O sistema deve ter alojado um Web site com informaccedilotildees sobre o estado do
veiacuteculo (nomeadamente do estado das baterias)
Requisitos de performance
Quando for recebida uma mensagem importante do exterior esta deve aparecer
no LCD em menos de 100ms
32 - Cenaacuterios de teste
Tempo desde um acidente agrave frente do veiculo ateacute ser recebida a informaccedilatildeo e
informado o condutor Este teste verifica
Numa rede a ser usada toda a sua capacidade com vaacuterios veiacuteculos medir o tempo
desde que ocorre um acidente ateacute o condutor ser informado Este cenaacuterio serve para avaliar a
qualidade do QoS
Visualizaccedilatildeo sem falhas de um viacutedeo em streaming
Duraccedilatildeo das baterias em vaacuterios cenaacuterios
33 - Ferramentas
Actualmente estatildeo a ser testadas diversas tecnologias para diversos fins havendo a
possibilidade de alteraccedilatildeo ao longo do desenvolvimento do trabalho
O Matlab pode ser usado para simular a duraccedilatildeo das baterias
16 - Plano de trabalho
Linux ndash possiacutevel ambiente de teste (e g no caso de se usar um router) No final do
trabalho poderaacute ser criado um DVD com Linux e o sistema desenvolvido para instalar num mini
PC a colocar no veiacuteculo
VMware ndash possiacutevel software de virtualizaccedilatildeo que permite definir a velocidade do
processador e a quantidade de memoacuteria RAM sendo assim possiacutevel testar o desempenho do
sistema num ambiente com as caracteriacutesticas do mini PC a ser colocado no veiacuteculo
Para a programaccedilatildeo vai ser usado CC++ devido a ser uma linguagem leve caso seja
necessaacuterio programar o router Para o desenvolvimento do sistema a ser instalado no mini PC
vai ser usada a linguagem java usando o SDK eclipse O java apesar de ser um pouco mais
lento que o C++ eacute muito mais adequado para a programaccedilatildeo com sockets e tem um melhor
tratamento de erros
O servidor apache vai ser usado para a criaccedilatildeo de uma paacutegina Web no veiacuteculo a qual soacute
tem acesso quem o utilizador quiser Esta paacutegina disponibiliza informaccedilatildeo diversa sobre o
veiacuteculo nomeadamente o estado das baterias e transferir dados tais como filmes e fazer
configuraccedilotildees ao veiacuteculo
34 - Arquitectura
A figura em baixo ilustra uma possiacutevel arquitectura para o sistema proposto
17
Mini PC
Router UMTS
Switch
Dispositivos moacuteveis do utilizador LCD nos
bancos traseiros
Dispositivos para os
passageiros
LCD na consola
central
Dispositivos para o
condutor
GPS
Internet CAN
CT
Sensores natildeo
incluiacutedos no CAN
CasaEstaccedilatildeo de
carregamento
Ilustraccedilatildeo 31 ndash Arquitectura do sistema a desenvolver
Para este sistema funcionar soacute precisa do mini PC ao qual estaacute ligado um switch (o switch
poderaacute estar incorporado noutro componente como o router ou o AP) O sistema funciona de
forma escalaacutevel podendo funcionar sem qualquer um dos outros componentes
18 - Plano de trabalho
Sistema
principal
Comunicaccedilatildeo
Sensores
Ligaccedilatildeo ao
CAN
WLAN
UMTS
sem fios
com fios
EV
powertrain
CAN
Controlador do motor baterias e ultra-condensador
Infotainment
Servidor Web
Ilustraccedilatildeo 32 ndash Moacutedulos do sistema
O sistema vai ser escalaacutevel permitindo adicionarremoveralterar moacutedulos facilitando
assim a compatibilidade com novas tecnologias
35 - Trabalho futuro
O ldquoanexo 41 - Diagrama de Gantt do projectordquo mostra a planificaccedilatildeo para a dissertaccedilatildeo
Nos dias seguintes agrave entrega deste relatoacuterio vatildeo ser definidos objectivos semanais para a
dissertaccedilatildeo O primeiro moacutedulo a ser desenvolvido seraacute o do Web site atraveacutes do qual seraacute
possiacutevel monitorizar o estado das baterias e fazer algumas configuraccedilotildees ao veiacuteculo
36 - Conclusatildeo
As actuais barreiras agrave adopccedilatildeo de veiacuteculos eleacutectricos satildeo a autonomia a relaccedilatildeo
pesoenergia e o custo das baterias A dissertaccedilatildeo poderaacute abordar o fluxo de energia entre os
componentes do veiacuteculo e a integraccedilatildeo dos componentes eleacutectricoselectroacutenicos existentes
actualmente e os novos necessaacuterios agrave operaccedilatildeo de um EV
A melhor maneira de aumentar a autonomia de um EV eacute usar um motor termodinacircmico a
gerar electricidade quando a energia das baterias acabar esta soluccedilatildeo em comparaccedilatildeo com a
19
adiccedilatildeo de mais baterias eacute mais econoacutemica resulta num menor peso para o veiacuteculo e eacute
possiacutevel abastecer o veiacuteculo como um veiacuteculo com motor a combustatildeo interna
A inclusatildeo de um ultra-condensador permite melhorar a capacidade de absorccedilatildeo de
energia numa travagem aumentar a aceleraccedilatildeo do veiacuteculo e aumentar o tempo de vida das
baterias
Os novos veiacuteculos deveratildeo ter um sistema de comunicaccedilatildeo inVANET para comunicaccedilatildeo
entre eles e com a infra-estrutura para aumentar a seguranccedila e diminuir o congestionamento
das estradas
O uso de uma plataforma de infotainment permite reduzir o hardware presente no veiacuteculo
integrando vaacuterias tecnologias multimeacutedia
Os novos sensores a colocar no veiacuteculo soacute seratildeo sem fio caso natildeo seja possiacutevel liga-los por
fios (eg sensores de pressatildeo nos pneus) devido a possiacuteveis interferecircncias e atrasos na
comunicaccedilatildeo
O sistema CAN pode funcionar em paralelo ao sistema a desenvolver garantindo assim
tempos de resposta garantidamente baixos em aacutereas criacuteticas do sistema
Capiacutetulo 4
Anexos
41 - Diagrama de Gantt do projecto
Referecircncias
1 Situ L Electric Vehicle Development The Past Present amp Future 2001 2 SCHALLENBERG RH Prospects for the Electric Vehicle A Historical Perspective 1980 3 Motor H Honda Introduces the INSIGHT a Hybrid Car that Offers the Worlds Lowest
Fuel Consumption for a Mass-Produced Gasoline-Powered Vehicle 1999 [cited 2010 0802] Available from httpworldhondacomnews19994990906chtml
4 Craveiro C Investimento em paineacuteis solares ascende a 167 milhotildees 2010 [cited 2010 01-02] Available from httpwwwenergiasrenovaveiscomDetalheNoticiasaspID_conteudo=357ampID_area=8
5 Car 2 Car Communication Consortium 2008 [cited 2010 0602] Available from httpwwwcar-to-carorg
6 Gulhane V MR Tarambale and YP Nerkar A Scope for the Research and Development Activities on Electric Vehicle Technology in Pune City in Electric and Hybrid Vehicles 2006 ICEHV 06 IEEE Conference on 2006
7 Affanni A et al Battery Choice and Management for New-Generation Electric Vehicles 2005 8 Motors G Volt 2010 [cited 2010 0302] Available from
httpwwwchevroletcompagesopendefaultfuturevoltdo 9 SCHMIDHOFER A G ZHANG and H WEISS RANGE EXTENDER OPTIMISATION FOR
ELECTRICAL VEHICLES 2004 10 Juan W Dixon MOaEW Regenerative Braking for an Electric Vehicle Using
Ultracapacitors and a Buck-Boost Converter 11 Koyanagi F A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles 1998 12 INTELI Mobilidade Eleacutectrica 2010 [cited 2010 0902] Available from
httpwwwmobi-eptmobilidadehtml 13 Place B Battery switch stations support for long distance road trips 2010 [cited
2010 0902] Available from httpwwwbetterplacecomsolutioncharging 14 Portuguesa GdR Lanccedilada rede nacional de carregamento para Veiacuteculos Eleacutectricos
2009 [cited 2010 0802] Available from httpwwwportugalgovptptGC17GovernoMinisteriosMEIDocumentosPages20090629_MEI_Doc_Mobilidade_Electricaaspx
15 Mobile A autonet mobile 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwautonetmobilecom
24 - Referecircncias
16 Saravanan K AT and KRameshbabu A Middleware Architectural Framework for Vehicular Safety over VANET 2009
17 Ltd B-S LTE Connected Car 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwngconnectorgecosystemconnected-carhtm
18 Ahmed M et al Intra-vehicular Wireless Networks 19 CAR 2 CAR Communication Consortium Manifesto 2007 20 Coopers CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety 2008 [cited 2010 0802] 21 Froumltscher A and M Boumlhm Co-operative Systems for Intelligent Road Safety 2007 22 Chaari L N Masmoudi and L Kamoun Electronic control in electric vehicle based on
CAN network in Systems Man and Cybernetics 2002 IEEE International Conference on 2002
23 Corporation I In-Vehicle Infotainment [cited 2010 03-02] Available from httpwwwintelcomdesignembeddedinfotainmentindexhtm
ii
copy Hugo Alexandre Diegues Lopes 2010
iii
Resumo
Com o contiacutenuo aumento da penetraccedilatildeo das novas tecnologias de comunicaccedilatildeo no dia-a-
dia das pessoas temos assistido cada vez mais agrave necessidade dos veiacuteculos suportarem uma
gestatildeo centralizada dos novos elementos com vista a darem resposta aos novos estilos de vida
e paradigmas introduzidos nomeadamente pelos veiacuteculos eleacutectricos O aparecimento dos
veiacuteculos eleacutectricos pelas suas caracteriacutesticas actuais limitaccedilotildees de mobilidade e necessidade
de novos sistemas electroacutenicos aparecem como beneficiadores principais da adopccedilatildeo das
novas tecnologias desde as que satildeo usadas para tornarem o veiacuteculo eleacutectrico mais leve
atraveacutes de uma melhor gestatildeo da energia quer as tecnologias usadas para aumentar a
seguranccedila na estrada atraveacutes da comunicaccedilatildeo em tempo real entre veiacuteculos e entre veiacuteculos e
a infra-estrutura
Este trabalho aborda o desenvolvimento de um protocolo de gestatildeo das comunicaccedilotildees
internas dos veiacuteculos focada particularmente no veiacuteculo eleacutectrico de forma a facilitar a
gestatildeo das comunicaccedilotildees e em uacuteltima anaacutelise tornar os veiacuteculos eleacutectricos mais eficientes a
vaacuterios niacuteveis
Este trabalho faz um estudo dos desenvolvimentos tecnoloacutegicos que levaram agrave produccedilatildeo
em serie dos veiacuteculos eleacutectricos na actualidade dos desafios que se colocam a este tipo de
veiacuteculos nomeadamente a performance autonomia e recarregamento ateacute agraves tecnologias de
comunicaccedilatildeo e as formas de gestatildeo que satildeo o foco principal deste projecto
Palavras-chave Rede inter-veicular Rede intra-veicular Veiacuteculo eleacutectrico
v
Abstract
With the increasing penetration of new communication technologies in humanrsquos daily life
we have witnesses the need of a centralized management entity controlling all these new
components in order to enable the support of the new paradigms and life-style in particular
in Electric Vehicles The emergence of electric vehicles with their current features limited
mobility and need for new electronic systems and communication capabilities appear as the
main promoter of the adoption of new technologies not only to make the electric vehicle
lighter through better energy management but also to improve security in the road through
real-time communication between vehicles and between vehicles and infrastructure
This work addresses the development of a protocol to manage vehicles internal
communications specially oriented for electric vehicles in order to facilitate the
communications management and make these vehicles more efficient
This work makes a study of the technologic development that led to the actual
ldquowidespread productionrdquo of electric vehicles the challenges placed by these vehicles
regarding performance autonomy battery recharging and communications management that
are the main focus of this project
Key words Electric Vehicle Inter vehicular networks Intra vehicular networks
vii
Iacutendice
Capiacutetulo 1 1
Introduccedilatildeo 1 11 - Problema 2
12 - Objectivos 3
13 - Enquadramento 3
14 - Tecnologias 3
Capiacutetulo 2 5
Estado da arte 5 21 - Revoluccedilatildeo tecnoloacutegica para os carros eleacutectricos e overview dos mesmos -
constituiccedilatildeo interna 5
22 - Desafios actuais dos carros eleacutectricos - Performance vs gestatildeo do consumo e
autonomia 6
221 - Veiacuteculos com extensatildeo de autonomia 6 222 - Ultra-condensadores 7 223 - Carregamento 7 224 - Locais de carregamento 8
23 - Tecnologias de comunicaccedilatildeo 8
231 - WLAN 8 232 - InVANET 9 233 - Banda Larga Moacutevel 10 234 - Bluetoothtrade 10 235 - Sensores sem fios 10
24 - Consoacutercios 11
241 - Car 2 Car 11 242 - Coopers 12
25 - Sistemas de gestatildeo inovadores para gerir os diversos tipos de comunicaccedilatildeo 12
251 - CAN 12 252 - LIN bus 13 253 - Infotainment 13
26 - Conclusatildeo 13
Capiacutetulo 3 15
Plano de trabalho 15 31 - Requisitos 15
32 - Cenaacuterios de teste 15
viii - Introduccedilatildeo
viii
33 - Ferramentas 15
34 - Arquitectura 16
35 - Trabalho futuro 18
36 - Conclusatildeo 18
Capiacutetulo 4 21
Anexos 21 41 - Diagrama de Gantt do projecto 22
ix
Lista de figuras
Ilustraccedilatildeo 21ndash Relaccedilatildeo pesoenergia para baterias e geraccedilatildeo termodinacircmica 7
Ilustraccedilatildeo 22 ndash Sistema de In-Vehicle Infotainment da Intel 13
Ilustraccedilatildeo 31 ndash Arquitectura do sistema a desenvolver 17
Ilustraccedilatildeo 32 ndash Moacutedulos do sistema 18
xi
Lista de tabelas
Tabela 21 ndash Comparaccedilatildeo de veiacuteculos combustatildeo interna e eleacutectricos 5
Tabela 22 ndash Tabela resumo dos vaacuterios protocolos da norma 80211 9
Tabela 23 ndash Comparaccedilatildeo de velocidades das vaacuterias tecnologias de Banda Larga Moacutevel 10
Tabela 24 ndash Comparaccedilatildeo das normas de sensores sem fios 11
xiii
Abreviaturas e Siacutembolos
Lista de abreviaturas CAN Controller area network
EMC Electromagnetic compatibility
EV Electrical vehicle
GPRS General Packet radio service (25G)
GPS Global Positioning System
HSDPA High-Speed Downlink Packet Access
IC Internal combustion engine
InVANET Intelligent vehicular ad hoc network
LAN Local area network
LTE Long Term Evolution (quarta geraccedilatildeo moacutevel)
OBD On-Board Diagnostic designa um sistema de auto-diagnoacutestico disponiacutevel na
maioria dos veiacuteculos automoacuteveis que circulam actualmente nas estradas e
obrigatoacuterio na Europa e nos Estados Unidos para todos os veiacuteculos produzidos
desde 1996
PHEV Plug-in hybrid electric vehicle
RAM Random Access Memory
TIC Tecnologias de Informaccedilatildeo e Comunicaccedilatildeo
UMTS Universal Mobile Telecommunication System (3G)
VANET Vehicular Ad-Hoc Network
WLAN wireless local area network
Capiacutetulo 1
Introduccedilatildeo
No inicio do seacuteculo XX o uso de veiacuteculos eleacutectricos era mais frequente do que o uso dos
veiacuteculos a gasolina uma vez que nessa altura o desempenho dos veiacuteculos eleacutectricos era
superior agrave dos seus rivais Contudo a tecnologia dos veiacuteculos eleacutectricos da altura natildeo oferecia
autonomia suficiente para fazer viagens inter-cidades (autonomia de 50 km) o que levou agrave
quebra do interesse nesta tecnologia e o seu desenvolvimento foi quase nulo durante dezenas
de anos [1] Devido aos elevados custos das baterias dos veiacuteculos eleacutectricos [2] e agrave
maturidade dos veiacuteculos a gasolina que passaram a poder ser produzidos em massa com um
custo razoaacutevel fez com que estes dominassem o mercado
Apesar de serem desenvolvidos veiacuteculos eleacutectricos haacute 150 anos desde o iniacutecio do seacuteculo
XX natildeo existe uma grande aceitaccedilatildeo pelo puacuteblico em geral Actualmente esta situaccedilatildeo estaacute a
mudar devido a questotildees ambientais ao aumento do preccedilo do petroacuteleo e agrave dependecircncia
energeacutetica deste
Em 1999 apareceu o primeiro veiacuteculo hiacutebrido o Honda INSIGHT [3] Estes veiacuteculos tecircm um
menor consumo energeacutetico devido ao aproveitamento e utilizaccedilatildeo de energia eleacutectrica com a
mesma autonomia dos automoacuteveis movidos a combustiacuteveis foacutesseis podem ainda aproveitar a
energia da travagem para carregar as baterias Os veiacuteculos hiacutebridos mais recentes jaacute podem
carregar as baterias ligando o carro a uma tomada eleacutectrica satildeo os chamados plug-in hybrid
electric vehicle (PHEV) Para o utilizador um veiacuteculo hiacutebrido funciona de maneira igual ao
automoacutevel movido a combustiacutevel foacutessil o que faz com que actualmente os veiacuteculos hiacutebridos
sejam os veiacuteculos de estrada com baterias mais vendidos
Existe uma procura cada vez maior a alternativas ao veiacuteculo movido a combustiacuteveis
foacutesseis Com o grande investimento nacional em energias renovaacuteveis e ao facto de
actualmente o custo por quiloacutemetro de um veiacuteculo eleacutectrico ser aproximadamente trecircs vezes
menor ao custo por quiloacutemetro de um veiacuteculo a petroacuteleo o veiacuteculo eleacutectrico surge num
contexto favoraacutevel
2 - Introduccedilatildeo
Como o veiacuteculo eleacutectrico natildeo polui (no local onde circula - podendo existir poluiccedilatildeo
associada agrave geraccedilatildeo de electricidade utilizada para carregar as suas baterias) este diminui a
poluiccedilatildeo nas cidades e nas vias de comunicaccedilatildeo Devido ao grande investimento nacional em
energias renovaacuteveis que representam cerca de um terccedilo do total da energia eleacutectrica
produzida e ao aumento dos paineacuteis solares instalados em habitaccedilotildees [4] o impacto
ambiental do carregamento de veiacuteculos eleacutectricos tem o potencial para ser muito menor do
que nos veiacuteculos convencionais podendo em alguns casos ser mesmo nulo
Nas uacuteltimas deacutecadas vaacuterias marcas desenvolveram protoacutetipos de veiacuteculos eleacutectricos mas
nenhum chegou a ser produzido em seacuterie O actual preccedilo do petroacuteleo o seu pico ocorrido a
meio do ano de 2008 e a capacidade tecnoloacutegica associada ao desenvolvimento das baterias
(nomeadamente no aumento da energia por peso e a diminuiccedilatildeo do tempo de
recarregamento) justificam o lanccedilamento comercial dos veiacuteculos eleacutectricos
11 - Problema
Ao niacutevel das novas tecnologias em particular das Tecnologias de Informaccedilatildeo e
Comunicaccedilatildeo (TIC) assiste-se a uma contiacutenua penetraccedilatildeo em todos os sectores e que
recentemente se comeccedila a assistir tambeacutem nos automoacuteveis (desde os GPS sistemas matildeos
livres leitor de DVD) mesmo as iniciativas de promoccedilatildeo de comunicaccedilatildeo ldquocar-to-car
comunicationsrdquo [5] que procuram aumentar a seguranccedila dos condutores entram nesta
tendecircncia Actualmente ocorrem muitos acidentes que poderiam ser evitados se existisse um
sistema de comunicaccedilatildeo nos veiacuteculos O congestionamento tambeacutem poderia beneficiar de um
sistema deste tipo
Existe um problema econoacutemico e ambiental devido ao petroacuteleo Por outro lado os
veiacuteculos eleacutectricos satildeo (haacute muitos anos) uma alternativa aos veiacuteculos tradicionais sendo que
agora temos tecnologia mais desenvolvida (directa e indirectamente ligada ao veiacuteculo) e
parece existir vontade poliacutetica Ainda que os veiacuteculos eleacutectricos actuais apresentem
limitaccedilotildees de autonomia e novos sistemas eleacutectricoselectroacutenicos que necessitam de um
sistema de gestatildeo eficiente estes podem beneficiar dos desenvolvimentos das
TICs para ultrapassar estes desafios
Assim dado o actual contexto e a introduccedilatildeo dos veiacuteculos eleacutectricos que se apresentam
como potenciais beneficiadores das TICs este trabalho procura desenvolver um sistema de
gestatildeo interno ao veiacuteculo que seja capaz de colaborar na gestatildeo destes diversos tipos de
comunicaccedilatildeo que ocorrem nos veiacuteculos (ie comunicaccedilatildeo entre elementos internos ao
veiacuteculo e comunicaccedilatildeo de elementos internos com externos) particularmente orientado ao
contexto de veiacuteculo eleacutectrico de forma a facilitar a sua adopccedilatildeo e colaborar no aumento da
sua mobilidade
3
12 - Objectivos
Desenvolver um sistema de gestatildeo de comunicaccedilatildeo para veiacuteculos eleacutectricos baseado em
tecnologias adequadas ao contexto Este deve controlar e monitorizar o fluxo de energia
entre ceacutelulas acumuladoras baterias motores e o circuito eleacutectrico deve comunicar com o
computador do utilizador quando estaacute estacionado em casa e deve conseguir utilizar diversas
tecnologias de forma a permitir o acesso agrave Internet quer para comunicar ao utilizador o
estado das baterias quer para disponibilizar acesso a conteuacutedos A informaccedilatildeo recolhida deve
ainda ser armazenada para poder ser transmitida para elementos externos quando tal for
necessaacuteriodesejado
13 - Enquadramento
O principal problema dos Veiacuteculos Eleacutectricos (ldquoElectric Vehiclesrdquo ndash EV) eacute o armazenamento
de energia devido ao custo e relaccedilatildeo pesopotencia das baterias ser alto Para minimizar este
problema eacute necessaacuterio um sistema de gestatildeo para controlar o fluxo de energia Este sistema
deve estar preparado para aceitar diversos tipos de componentes que aumentem a autonomia
e o desempenho do veiacuteculo tais como ultra-condensadores extensatildeo de autonomia com motor
a combustatildeo troca de baterias paineacuteis solares etc
Um veiacuteculo eleacutectrico eacute alimentado pela energia eleacutectrica armazenada nele Para mover
um veiacuteculo deste tipo eacute necessaacuterio pelo menos um motor eleacutectrico Estes novos componentes
necessitam de uma boa gestatildeo para o veiacuteculo eleacutectrico se tornar uma alternativa aos veiacuteculos
a combustatildeo ldquoThe battery bank controller and motor must have excellent efficiency
adequate capacity and low weight along with regenerative compatibilityrdquo [6]
Com a necessidade de integrar as vaacuterias tecnologias existentes no veiacuteculo e outras que
fazem parte do dia-a-dia das pessoas (GPS telemoacuteveis serviccedilos de ligaccedilatildeo agrave Internet etc) e
tambeacutem as novas tecnologias necessaacuterias agrave operaccedilatildeo de um veiacuteculo eleacutectrico surge a
necessidade da criaccedilatildeo de um sistema que os interligue permitindo assim uma gestatildeo mais
eficaz e com mais funcionalidades
14 - Tecnologias
As tecnologias que vatildeo ser abordadas satildeo CAN redes de sensores sem fios Internet
atraveacutes de protocolos Wi-Fi (80211) e UMTS e ainda comunicaccedilatildeo entre veiacuteculos (inVANET)
Estas tecnologias iratildeo ser abordadas em detalhe no proacuteximo capiacutetulo
Capiacutetulo 2
Estado da arte
Neste capiacutetulo apresentam-se as inovaccedilotildees tecnoloacutegicas que levaram ao aparecimento dos
veiacuteculos eleacutectricos os problemas actuais destes veiacuteculos os seus componentes e formas de os
gerir
Um dos principais factores que justificam um sistema de comunicaccedilatildeo que interligue todo
o veiacuteculo eacute o facto de nos uacuteltimos anos muitos sistemas mecacircnicos terem vindo a evoluir para
electroacutenicos Os componentes mecacircnicos natildeo possibilitavam uma gestatildeo centralizada os
componentes electroacutenicos aleacutem de funcionarem melhor podem interagir resultando em novas
funcionalidades e numa maior eficiecircncia
21 - Revoluccedilatildeo tecnoloacutegica para os carros eleacutectricos e overview
dos mesmos - constituiccedilatildeo interna
Os principais factores que contribuem para o desenvolvimento de carros eleacutectricos satildeo os
veiacuteculos eleacutectricos natildeo poluem no seu funcionamento e como satildeo mais eficientes satildeo mais
ecoloacutegicos o custo por km eacute menor e diminuem a dependecircncia energeacutetica de outros paiacuteses
Na tabela seguinte podemos observar as principais diferenccedilas entre os dois tipos de
veiacuteculos [6]
Tabela 21 ndash Comparaccedilatildeo de veiacuteculos combustatildeo interna e eleacutectricos
Feature Electric vehicles IC Engine vehicles
Prime mover Electric motor IC engine
Powered by Charged battery ultra
capacitors Diesel Petrol
Self weight High due to battery bank Low as compared to EV
Power Transmission Both mechanical as well
as electrical Mechanical
6 - Estado da arte
Braking system Regenerative braking Friction braking
Efficiency High Low
Eco friendly Yes No
Initial cost High Average
Running cost Low Very high
As diferenccedilas entre os dois tipos de veiacuteculos na perspectiva do utilizador satildeo tempo de
carregamento um custo de deslocaccedilatildeo menor mas um custo do veiacuteculo mais elevado - este
custo poderaacute vir a baixar caso sejam criados benefiacutecios fiscais para este tipo de veiacuteculos
Os veiacuteculos eleacutectricos vatildeo beneficiar da tecnologia actual dos veiacuteculos hiacutebridos que jaacute satildeo
produzidos em massa Os dois tipos de veiacuteculos tecircm pontos em comum pelo menos um motor
eleacutectrico baterias para o alimentar e um sistema de travagem regenerativa
22 - Desafios actuais dos carros eleacutectricos - Performance vs
gestatildeo do consumo e autonomia
Os requisitos para uma bateria ideal satildeo grande densidade de energia (menor peso) alta
potecircncia longa vida eficiecircncia de cargadescarga eficiecircncia a qualquer temperatura auto-
descarga miacutenima baixa resistecircncia de entrada sem memoacuteria alto grau de seguranccedila boa
fiabilidade baixo custo e reciclaacutevel [7] Como as baterias ideais natildeo existem nos pontos
seguintes satildeo apresentadas soluccedilotildees para lidar com as limitaccedilotildees das baterias
221 - Veiacuteculos com extensatildeo de autonomia
Actualmente existem veiacuteculos eleacutectricos que tecircm uma extensatildeo de autonomia fornecida
por um motor de combustatildeo como eacute o caso do Chevrolet Volt [8] Estes veiacuteculos funcionam
como EV durante a duraccedilatildeo das baterias Posteriormente recorrem agrave energia eleacutectrica
produzida pelo motor de combustatildeo usado como gerador mesmo assim este processo eacute mais
eficiente que usar o motor a combustatildeo para mover o veiacuteculo Devido ao motor a combustatildeo
natildeo ser usado para mover o veiacuteculo natildeo precisa de ter tanta cilindrada como os presentes nos
veiacuteculos hiacutebridos tendo a vantagem de ser mais pequeno e mais leve
7
Ilustraccedilatildeo 21ndash Relaccedilatildeo pesoenergia para baterias e geraccedilatildeo termodinacircmica
A figura acima [9] justifica a presenccedila de um motor a combustatildeo para gerar electricidade
num veiacuteculo eleacutectrico No iniacutecio da linha da energia termodinacircmica podemos observar o peso
adicional devido ao motor mas este natildeo eacute desvantajoso porque a quantidade de energia por
peso da gasolina eacute bastante maior do que a das baterias Apesar da relaccedilatildeo pesoenergia nas
baterias ser inferior ao pesoenergia da gasolina eacute mais econoacutemico carregar as baterias e eacute
possiacutevel aproveitar a energia das travagens
222 - Ultra-condensadores
Os ultra-condensadores satildeo uma nova tecnologia que permite armazenar vinte vezes mais
energia que um condensador normal O objectivo principal dos ultra-condensadores nos
veiacuteculos eleacutectricos eacute o de permitir maiores travagens e aceleraccedilotildees com perdas de energia
miacutenimas devido a este conseguir carregar e descarregar muito mais rapidamente que uma
bateria Os ultra-condensadores natildeo perdem desempenho ao carregar e descarregar durando
toda a vida uacutetil do veiacuteculo sendo por isso mais ecoloacutegicos que as baterias [10]
223 - Carregamento
Devido agrave elevada potecircncia necessaacuteria para carregar um veiacuteculo eleacutectrico (que pode ser
ligado e desligado da rede eleacutectrica rapidamente) e devido agraves fontes de energia renovaacuteveis
fornecerem energia irregularmente os veiacuteculos eleacutectricos devem ter a capacidade de
poderem ser usados como geradores em determinados momentos (ie fornecerem energia agrave
rede para a estabilizar ou satisfazer picos de procura)
Uma soluccedilatildeo para aproveitar melhor as energias renovaacuteveis eacute armazenar o excesso de
energia gerado por estas durante a noite e injecta-la durante o dia diminuindo assim a
utilizaccedilatildeo de combustiacuteveis foacutesseis Este meacutetodo eacute tambeacutem vantajoso para o utilizador uma
vez que a energia durante o dia eacute mais cara do que agrave noite
8 - Estado da arte
Um problema que poderaacute existir devido aos diferentes custos da electricidade ao longo do
dia eacute um nuacutemero excessivo de veiacuteculos comeccedilarem a carregar simultaneamente no momento
de transiccedilatildeo de hora de cheio para vazio Uma soluccedilatildeo eacute proposta por Fumiko Koyanagi no
paper A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles
[11] que se baseia em criar diversas zonas eleacutectricas com comeccedilo da hora de vazio a horas
diferentes
224 - Locais de carregamento
Existem actualmente trecircs meacutetodos para carregar um EV ou PHEV
Carregamento raacutepido este tipo natildeo eacute o mais eficiente em termos energeacuteticos
mas permite carregar o veiacuteculo entre 20 a 30 minutos [12] (este valor tende a
diminuir com o avanccedilo da tecnologia) O utilizador poderaacute optar por natildeo
carregar totalmente o veiacuteculo neste caso o tempo de carregamento eacute menor
Este tipo de carregamento seraacute feito em estaccedilotildees de carregamento
Carregamento lento eacute mais eficiente que o carregamento raacutepido mas
demora mais tempo a carregar o veiacuteculo Como natildeo eacute expectaacutevel que o
utilizador do veiacuteculo espere no veiacuteculo ateacute que ele carregue este tipo de
carregamento estaacute a ser pensado para locais onde que o utilizador permaneccedila
por um ldquolongordquo periacuteodo de tempo como em casa trabalho parques de
estacionamento puacuteblico hoteacuteis e centros comerciais
Troca de baterias eacute tatildeo raacutepido como abastecer um veiacuteculo normal este tipo
eacute o adequado a veiacuteculos de emergecircncia e a veiacuteculos que permaneccedilam pouco
tempo parados [13]
Em Portugal jaacute existem 100 pontos de carregamento e estatildeo previstos 1300 em 2011 [14]
ldquoA entidade Gestora Mobi-E integraraacute as vaacuterias empresas Comercializadoras da Mobilidade
Eleacutectrica e asseguraraacute que o abastecimento pode ser efectuado em qualquer ponto existente
no paiacutes de forma a garantir uma rede aberta universal e focada no utilizadorrdquo [14]
23 - Tecnologias de comunicaccedilatildeo
Os veiacuteculos futuros no qual se pode inserir os EVs devem poder estar ligados agrave Internet
para oferecer conteuacutedos multimeacutedia aos ocupantes do veiacuteculo reservar lugares em estaccedilotildees
de carregamento usar o GPS para calcular o melhor caminho com base em informaccedilatildeo do
tracircnsito em tempo real aumentar a seguranccedila nas estradas e transferir dados do utilizador
recorrendo quer a comunicaccedilatildeo entre veiacuteculos quer com infra-estrutura etc
231 - WLAN
Uma wireless local area network nomeadamente as normas 80211 permitem uma ligaccedilatildeo
de banda larga agrave Internet (eg ao automoacutevel e a dispositivos moacuteveis do utilizador) No caso
de uma rede WLAN numa estaccedilatildeo de carregamento o condutor pode deixar o carro a carregar
e ver no seu telemoacutevel o estado das baterias O automoacutevel tambeacutem poderaacute ligar-se a redes
WLAN jaacute existentes e usar esta tecnologia para comunicar com os outros veiacuteculos Como a
tecnologia WLAN eacute amplamente usada os seus equipamentos satildeo de baixo custo Actualmente
9
existe uma empresa que disponibiliza no mercado norte-americano um serviccedilo que usa
Internet UMTS para disponibilizar Internet por WLAN dentro e num raio a volta do veiacuteculo
[15]
Frequecircncias usadas na norma 80211
5GHz ndash Em locais que a gama dos 24GHz esteja sobrelotada o protocolo 80211a pode ser
mais raacutepido que os protocolos 80211g e 80211n devido a haver menores interferecircncias No
entanto esta frequecircncia sofre uma maior atenuaccedilatildeo quando existem obstaacuteculos Os veiacuteculos
devem estar preparados para se ligarem nestas duas gamas de frequecircncias para o caso de uma
das gamas estar sobrelotada
24GHz - Nesta gama existem os protocolos 80211b 80211g e 80211n o 80211b eacute o
protocolo com maior alcance mas uma rede a funcionar em 80211g ou 80211n transita
automaticamente para 80211b caso o sinal seja fraco pelo que a rede deve estar
configurada para se ligar por g ou n O 80211n tem a vantagem de usar a tecnologia MIMO
que usa vaacuterias antenas para aumentar a qualidade do sinal sem aumentar nem a potecircncia nem
a largura de banda
58GHz ndash O protocolo 80211p ainda natildeo existe em fase final mas permite aos veiacuteculos
usar uma frequecircncia exclusiva e funcionar numa inVANET que eacute descrita no ponto seguinte
Este protocolo como estaacute vocacionado para veiacuteculos em movimento consegue estabelecer
ligaccedilotildees mais rapidamente e tem um menor tempo de atraso que os protocolos descritos
anteriormente
Tabela 22 ndash Tabela resumo dos vaacuterios protocolos da norma 80211
Norma 80211 Velocidade maacutexima
(Mbps) Existente no mercado Frequecircncias (GHz)
a 54 Sim 5
b 11 Sim 24
g 54 Sim 24
n 600 Sim 24
p Natildeo 58
O protocolo ideal a adoptar nesta fase seria o 80211n uma vez que eacute o mais raacutepido e
suporta tecnologia MIMO (que permite uma maior resistecircncia a interferecircncias) Caso este natildeo
esteja disponiacutevel deve-se usar o 80211g se houver interferecircncia com outras redes vizinhas
deve ser usado o 80211a Quando o protocolo 80211p estiver disponiacutevel este deve ser a
escolha principal jaacute que usa uma frequecircncia exclusiva este protocolo eacute indicado para o uso
em estrada devido aos veiacuteculos estarem em movimento
232 - InVANET
Uma wireless ad hoc network eacute uma rede sem fios descentralizada ou seja natildeo existe um
ou mais APrsquos a que todos os clientes se ligam Estas redes natildeo satildeo tatildeo fiaacuteveis devido agraves
colisotildees no acesso ao meio a situaccedilatildeo piora em situaccedilotildees moacuteveis em que as tabelas de
encaminhamento estatildeo sempre a mudar Para reduzir estes problemas foi criada uma
10 - Estado da arte
Vehicular Ad-Hoc Network (VANET) que eacute uma forma de rede moacutevel ad-hoc vocacionada para
o uso em veiacuteculos
Uma Intelligent vehicular ad hoc network (InVANET) eacute uma implementaccedilatildeo de uma VANET
vocacionada para a seguranccedila nas estradas Para diminuir os acidentes nas estradas esta rede
propotildee a troca de paracircmetros entre veiacuteculos proacuteximos ou entre veiacuteculos e a infra-estrutura
tais como mudanccedila de velocidade mudanccedila de faixa de rodagem e condiccedilotildees da via Outros
cenaacuterios de seguranccedila visados por esta rede satildeo o controlo do congestionamento e informar a
poliacutecia em casos de roubo ou fuga do local do acidente [16]
233 - Banda Larga Moacutevel
Tabela 23 ndash Comparaccedilatildeo de velocidades das vaacuterias tecnologias de Banda Larga Moacutevel
Tecnologia Velocidade maacutexima de download
GPRS (25G) 2368 kbits
UMTS (3G) 384 kbits
HSDPA (35G) 216 Mbits
A velocidade de 216 Mbits do HSPDA refere-se agrave velocidade maacutexima em Portugal o
HSPDA estaacute disponiacutevel na maior parte dos centros urbanos existe cobertura por UMTS em
praticamente todo o territoacuterio nacional Ao sair de uma aacuterea coberta por HSDPA eacute feito
handhover automaticamente para GPRS ou UMTS
Jaacute existem protoacutetipos para a utilizaccedilatildeo da quarta geraccedilatildeo moacutevel em automoacuteveis [17] que
permite aos ocupantes do veiacuteculo uma Internet mais raacutepida e a possibilidade de trabalhar em
nuvem
234 - Bluetoothtrade
O Bluetooth eacute uma tecnologia sem fios usada para ligar telemoacuteveis entre si e ligar
dispositivos a telemoacuteveis e a computadores Em alguns veiacuteculos esta tecnologia jaacute estaacute
implementada permitindo fornecer um serviccedilo de matildeos livres
Esta tecnologia poderaacute ser usada para comunicaccedilatildeo entre o veiacuteculo e a estaccedilatildeo de
carregamento transferir dados de ligar vaacuterios tipos de dispositivos moacuteveis do utilizador
235 - Sensores sem fios
Os sensores sem fios podem permitir diminuir o peso complexidade e custo do sistema de
sensores tambeacutem permitem colocar sensores em locais de difiacutecil acesso por cabo (por
exemplo pressatildeo dos pneus) Esta rede de sensores necessita ter baixa latecircncia e alta
fiabilidade natildeo sendo orientada para elevadas taxas de transmissatildeo de dados nem periacuteodos
de actividade elevados Protocolos possiacuteveis para uma rede de sensores sem fios no veiacuteculo
ZigBeetrade - Eacute um protocolo da camada de rede e aplicaccedilatildeo para criar uma rede infra-
estruturada de sensores sem fios O ZigBee fornece uma simples e confiaacutevel rede sem
fios multi-salto com a capacidade de suportar vaacuterias aplicaccedilotildees em simultacircneo
UWB - Eacute um sistema raacutedio de baixas emissotildees para curto alcance de alta velocidade
RFID ndash Eacute um protocolo sem fios para a identificaccedilatildeo de uma pessoa ou objecto
Existem identificadores passivos que natildeo precisam de bateria e que tem um alcance
de alguns centiacutemetros e activos que necessitam de uma fonte de energia que podem
comunicar ate alguns metros
11
A tabela seguinte [18] faz uma comparaccedilatildeo de possiacuteveis normas de comunicaccedilatildeo para
sensores sem fios
Tabela 24 ndash Comparaccedilatildeo das normas de sensores sem fios
O sistema RFID soacute seraacute uacutetil como identificador do veiacuteculo (eg estaccedilatildeo de abastecimento)
mas caso exista um sistema WLAN este seraacute preferiacutevel para identificar o veiacuteculo O ZigBee e o
UWB satildeo os mais indicados para uma rede de sensores mas devido ao tempo menor de
inicializaccedilatildeo e menor consumo energeacutetico a tecnologia ZigBee seraacute preferiacutevel
24 - Consoacutercios
241 - Car 2 Car
Este consoacutercio [5] tem como objectivo criar uma norma para um sistema de comunicaccedilotildees
cooperativo inter-veiacuteculos e entre veiacuteculos e infra-estrutura a funcionar numa banda de
frequecircncias livres e exclusivas para estas aplicaccedilotildees Este sistema eacute importante para prevenir
os acidentes o congestionamento e comunicar com estaccedilotildees de abastecimento
12 - Estado da arte
Este sistema eacute especialmente uacutetil em situaccedilotildees de baixa visibilidade para os veiacuteculos
prioritaacuterios e para avisar antecipadamente quando um veiacuteculo tem as luzes de emergecircncia
ligadas ou haacute obras No caso de um acidente que bloqueie a estrada o sistema poderaacute avisar
com antecedecircncia suficiente para o GPS calcular uma rota alternativa
Este sistema pode usar trecircs tipos de comunicaccedilatildeo [19]
IEEE 80211p
IEEE 80211abgn
GPRS ou UMTS
242 - Coopers
CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety eacute um consoacutercio que visa fornecer aos
veiacuteculos e condutores informaccedilatildeo em tempo real sobre o estado da via de maneira a
aumentar a seguranccedila na estrada [20] o objectivo do consoacutercio eacute rdquo To define develop and
test new safety related services equipment and applications using two way communication
between road infrastructure and vehicles from a traffic management perspective COOPERS
will build upon existing equipment and infrastructure as far as possible to incorporate bi-
directional infrastructure-vehicle links as an open standardised wireless communication
technology The role of motorway operators in offering and retrieving safety relevant and
traffic management information for specific road segments on European motorways based on
infrastructure and in-vehicle data will be investigatedrdquo [21] O sistema incorpora um
receptor GPS estaacute ligado ao CAN e comunica por WLAN e UMTSGPRS
25 - Sistemas de gestatildeo inovadores para gerir os diversos tipos
de comunicaccedilatildeo
Actualmente haacute um grande nuacutemero de funccedilotildees automoacuteveis controladas por computador O
uso de um cabo dedicado a cada dispositivo com o nuacutemero crescente de sistemas deixa de ser
praacutetico
251 - CAN
Uma soluccedilatildeo eacute o uso de redes LAN que permite a multiplexaccedilatildeo dos dados Com esta
soluccedilatildeo eacute possiacutevel[22] Reduzir o nuacutemero de cabos
Reduzir o custo e o peso
Melhorar a fiabilidade e facilitar a instalaccedilatildeo
Partilhar os dados recolhidos dos sensores por vaacuterios dispositivos
Alterar ou adicionar funccedilotildees por software
Detectar e corrigir erros causados por interferecircncia electromagneacutetica
As mensagens que circulam na rede CAN tecircm um valor numeacuterico que indica a prioridade
da mensagem isto permite tratar informaccedilatildeo criacutetica sem atraso A versatilidade do CAN
permite controlar vaacuterios tipos de dispositivos num veiacuteculo
13
252 - LIN bus
O Local Interconnect Network (LIN) bus eacute uma alternativa mais barata e simples ao CAN Pode
ser usada em subsistemas natildeo criacuteticos que nem precisem de comunicaccedilatildeo em tempo real nem
altas velocidades
253 - Infotainment
Esta plataforma interliga trecircs aacutereas
Entretimento nos bancos traseiros
RaacutedioCD e navegaccedilatildeo
Comunicaccedilatildeo interna e externa
Ilustraccedilatildeo 22 ndash Sistema de In-Vehicle Infotainment da Intel
A plataforma da Intel [23] permite num soacute hardware juntar vaacuterias tecnologias que
normalmente se apresentam separadas num automoacutevel
26 - Conclusatildeo
Actualmente assiste-se a introduccedilatildeo contiacutenua de veiacuteculos totalmente eleacutectricos no
mercado ainda que com autonomias substancialmente inferiores aos veiacuteculos a combustiacuteveis
foacutesseis Os veiacuteculos ldquoeleacutectricosrdquo mais vendidos actualmente satildeo os veiacuteculos hiacutebridos que
podem carregar as baterias com as travagens e usam um motor eleacutectrico como suporte em
momentos concretos (eg a velocidades abaixo dos 50 kmh eou para fornecer potecircncia
extra ao motor de combustatildeo em momentos de forte aceleraccedilatildeo etc - a estrateacutegia varia de
fabricante para fabricante) Os veiacuteculos hiacutebridos satildeo mais econoacutemicos que os veiacuteculos movidos
14 - Estado da arte
somente a motor de combustatildeo e continuam a beneficiar do motor a gasolina para aumentar
a sua autonomia ndash eacute como se procurassem o melhor dos dois mundos Alguns destes veiacuteculos jaacute
podem ser carregados pela rede eleacutectrica que para pequenas distancias se comportam como
veiacuteculos totalmente eleacutectricos
Capiacutetulo 3
Plano de trabalho
31 - Requisitos
Requisitos funcionais
Quando disponiacutevel Internet por WLAN o sistema deve desligar o HSPDAUMTS
Devem aparecer no ecratilde LCD as informaccedilotildees recebidas do exterior sobre
seguranccedila na estrada em que o veiacuteculo se encontre
O veiacuteculo deve enviar informaccedilotildees sobre o estado do piso aos veiacuteculos que se
encontram atraacutes
O sistema deve ter alojado um Web site com informaccedilotildees sobre o estado do
veiacuteculo (nomeadamente do estado das baterias)
Requisitos de performance
Quando for recebida uma mensagem importante do exterior esta deve aparecer
no LCD em menos de 100ms
32 - Cenaacuterios de teste
Tempo desde um acidente agrave frente do veiculo ateacute ser recebida a informaccedilatildeo e
informado o condutor Este teste verifica
Numa rede a ser usada toda a sua capacidade com vaacuterios veiacuteculos medir o tempo
desde que ocorre um acidente ateacute o condutor ser informado Este cenaacuterio serve para avaliar a
qualidade do QoS
Visualizaccedilatildeo sem falhas de um viacutedeo em streaming
Duraccedilatildeo das baterias em vaacuterios cenaacuterios
33 - Ferramentas
Actualmente estatildeo a ser testadas diversas tecnologias para diversos fins havendo a
possibilidade de alteraccedilatildeo ao longo do desenvolvimento do trabalho
O Matlab pode ser usado para simular a duraccedilatildeo das baterias
16 - Plano de trabalho
Linux ndash possiacutevel ambiente de teste (e g no caso de se usar um router) No final do
trabalho poderaacute ser criado um DVD com Linux e o sistema desenvolvido para instalar num mini
PC a colocar no veiacuteculo
VMware ndash possiacutevel software de virtualizaccedilatildeo que permite definir a velocidade do
processador e a quantidade de memoacuteria RAM sendo assim possiacutevel testar o desempenho do
sistema num ambiente com as caracteriacutesticas do mini PC a ser colocado no veiacuteculo
Para a programaccedilatildeo vai ser usado CC++ devido a ser uma linguagem leve caso seja
necessaacuterio programar o router Para o desenvolvimento do sistema a ser instalado no mini PC
vai ser usada a linguagem java usando o SDK eclipse O java apesar de ser um pouco mais
lento que o C++ eacute muito mais adequado para a programaccedilatildeo com sockets e tem um melhor
tratamento de erros
O servidor apache vai ser usado para a criaccedilatildeo de uma paacutegina Web no veiacuteculo a qual soacute
tem acesso quem o utilizador quiser Esta paacutegina disponibiliza informaccedilatildeo diversa sobre o
veiacuteculo nomeadamente o estado das baterias e transferir dados tais como filmes e fazer
configuraccedilotildees ao veiacuteculo
34 - Arquitectura
A figura em baixo ilustra uma possiacutevel arquitectura para o sistema proposto
17
Mini PC
Router UMTS
Switch
Dispositivos moacuteveis do utilizador LCD nos
bancos traseiros
Dispositivos para os
passageiros
LCD na consola
central
Dispositivos para o
condutor
GPS
Internet CAN
CT
Sensores natildeo
incluiacutedos no CAN
CasaEstaccedilatildeo de
carregamento
Ilustraccedilatildeo 31 ndash Arquitectura do sistema a desenvolver
Para este sistema funcionar soacute precisa do mini PC ao qual estaacute ligado um switch (o switch
poderaacute estar incorporado noutro componente como o router ou o AP) O sistema funciona de
forma escalaacutevel podendo funcionar sem qualquer um dos outros componentes
18 - Plano de trabalho
Sistema
principal
Comunicaccedilatildeo
Sensores
Ligaccedilatildeo ao
CAN
WLAN
UMTS
sem fios
com fios
EV
powertrain
CAN
Controlador do motor baterias e ultra-condensador
Infotainment
Servidor Web
Ilustraccedilatildeo 32 ndash Moacutedulos do sistema
O sistema vai ser escalaacutevel permitindo adicionarremoveralterar moacutedulos facilitando
assim a compatibilidade com novas tecnologias
35 - Trabalho futuro
O ldquoanexo 41 - Diagrama de Gantt do projectordquo mostra a planificaccedilatildeo para a dissertaccedilatildeo
Nos dias seguintes agrave entrega deste relatoacuterio vatildeo ser definidos objectivos semanais para a
dissertaccedilatildeo O primeiro moacutedulo a ser desenvolvido seraacute o do Web site atraveacutes do qual seraacute
possiacutevel monitorizar o estado das baterias e fazer algumas configuraccedilotildees ao veiacuteculo
36 - Conclusatildeo
As actuais barreiras agrave adopccedilatildeo de veiacuteculos eleacutectricos satildeo a autonomia a relaccedilatildeo
pesoenergia e o custo das baterias A dissertaccedilatildeo poderaacute abordar o fluxo de energia entre os
componentes do veiacuteculo e a integraccedilatildeo dos componentes eleacutectricoselectroacutenicos existentes
actualmente e os novos necessaacuterios agrave operaccedilatildeo de um EV
A melhor maneira de aumentar a autonomia de um EV eacute usar um motor termodinacircmico a
gerar electricidade quando a energia das baterias acabar esta soluccedilatildeo em comparaccedilatildeo com a
19
adiccedilatildeo de mais baterias eacute mais econoacutemica resulta num menor peso para o veiacuteculo e eacute
possiacutevel abastecer o veiacuteculo como um veiacuteculo com motor a combustatildeo interna
A inclusatildeo de um ultra-condensador permite melhorar a capacidade de absorccedilatildeo de
energia numa travagem aumentar a aceleraccedilatildeo do veiacuteculo e aumentar o tempo de vida das
baterias
Os novos veiacuteculos deveratildeo ter um sistema de comunicaccedilatildeo inVANET para comunicaccedilatildeo
entre eles e com a infra-estrutura para aumentar a seguranccedila e diminuir o congestionamento
das estradas
O uso de uma plataforma de infotainment permite reduzir o hardware presente no veiacuteculo
integrando vaacuterias tecnologias multimeacutedia
Os novos sensores a colocar no veiacuteculo soacute seratildeo sem fio caso natildeo seja possiacutevel liga-los por
fios (eg sensores de pressatildeo nos pneus) devido a possiacuteveis interferecircncias e atrasos na
comunicaccedilatildeo
O sistema CAN pode funcionar em paralelo ao sistema a desenvolver garantindo assim
tempos de resposta garantidamente baixos em aacutereas criacuteticas do sistema
Capiacutetulo 4
Anexos
41 - Diagrama de Gantt do projecto
Referecircncias
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ELECTRICAL VEHICLES 2004 10 Juan W Dixon MOaEW Regenerative Braking for an Electric Vehicle Using
Ultracapacitors and a Buck-Boost Converter 11 Koyanagi F A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles 1998 12 INTELI Mobilidade Eleacutectrica 2010 [cited 2010 0902] Available from
httpwwwmobi-eptmobilidadehtml 13 Place B Battery switch stations support for long distance road trips 2010 [cited
2010 0902] Available from httpwwwbetterplacecomsolutioncharging 14 Portuguesa GdR Lanccedilada rede nacional de carregamento para Veiacuteculos Eleacutectricos
2009 [cited 2010 0802] Available from httpwwwportugalgovptptGC17GovernoMinisteriosMEIDocumentosPages20090629_MEI_Doc_Mobilidade_Electricaaspx
15 Mobile A autonet mobile 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwautonetmobilecom
24 - Referecircncias
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17 Ltd B-S LTE Connected Car 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwngconnectorgecosystemconnected-carhtm
18 Ahmed M et al Intra-vehicular Wireless Networks 19 CAR 2 CAR Communication Consortium Manifesto 2007 20 Coopers CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety 2008 [cited 2010 0802] 21 Froumltscher A and M Boumlhm Co-operative Systems for Intelligent Road Safety 2007 22 Chaari L N Masmoudi and L Kamoun Electronic control in electric vehicle based on
CAN network in Systems Man and Cybernetics 2002 IEEE International Conference on 2002
23 Corporation I In-Vehicle Infotainment [cited 2010 03-02] Available from httpwwwintelcomdesignembeddedinfotainmentindexhtm
iii
Resumo
Com o contiacutenuo aumento da penetraccedilatildeo das novas tecnologias de comunicaccedilatildeo no dia-a-
dia das pessoas temos assistido cada vez mais agrave necessidade dos veiacuteculos suportarem uma
gestatildeo centralizada dos novos elementos com vista a darem resposta aos novos estilos de vida
e paradigmas introduzidos nomeadamente pelos veiacuteculos eleacutectricos O aparecimento dos
veiacuteculos eleacutectricos pelas suas caracteriacutesticas actuais limitaccedilotildees de mobilidade e necessidade
de novos sistemas electroacutenicos aparecem como beneficiadores principais da adopccedilatildeo das
novas tecnologias desde as que satildeo usadas para tornarem o veiacuteculo eleacutectrico mais leve
atraveacutes de uma melhor gestatildeo da energia quer as tecnologias usadas para aumentar a
seguranccedila na estrada atraveacutes da comunicaccedilatildeo em tempo real entre veiacuteculos e entre veiacuteculos e
a infra-estrutura
Este trabalho aborda o desenvolvimento de um protocolo de gestatildeo das comunicaccedilotildees
internas dos veiacuteculos focada particularmente no veiacuteculo eleacutectrico de forma a facilitar a
gestatildeo das comunicaccedilotildees e em uacuteltima anaacutelise tornar os veiacuteculos eleacutectricos mais eficientes a
vaacuterios niacuteveis
Este trabalho faz um estudo dos desenvolvimentos tecnoloacutegicos que levaram agrave produccedilatildeo
em serie dos veiacuteculos eleacutectricos na actualidade dos desafios que se colocam a este tipo de
veiacuteculos nomeadamente a performance autonomia e recarregamento ateacute agraves tecnologias de
comunicaccedilatildeo e as formas de gestatildeo que satildeo o foco principal deste projecto
Palavras-chave Rede inter-veicular Rede intra-veicular Veiacuteculo eleacutectrico
v
Abstract
With the increasing penetration of new communication technologies in humanrsquos daily life
we have witnesses the need of a centralized management entity controlling all these new
components in order to enable the support of the new paradigms and life-style in particular
in Electric Vehicles The emergence of electric vehicles with their current features limited
mobility and need for new electronic systems and communication capabilities appear as the
main promoter of the adoption of new technologies not only to make the electric vehicle
lighter through better energy management but also to improve security in the road through
real-time communication between vehicles and between vehicles and infrastructure
This work addresses the development of a protocol to manage vehicles internal
communications specially oriented for electric vehicles in order to facilitate the
communications management and make these vehicles more efficient
This work makes a study of the technologic development that led to the actual
ldquowidespread productionrdquo of electric vehicles the challenges placed by these vehicles
regarding performance autonomy battery recharging and communications management that
are the main focus of this project
Key words Electric Vehicle Inter vehicular networks Intra vehicular networks
vii
Iacutendice
Capiacutetulo 1 1
Introduccedilatildeo 1 11 - Problema 2
12 - Objectivos 3
13 - Enquadramento 3
14 - Tecnologias 3
Capiacutetulo 2 5
Estado da arte 5 21 - Revoluccedilatildeo tecnoloacutegica para os carros eleacutectricos e overview dos mesmos -
constituiccedilatildeo interna 5
22 - Desafios actuais dos carros eleacutectricos - Performance vs gestatildeo do consumo e
autonomia 6
221 - Veiacuteculos com extensatildeo de autonomia 6 222 - Ultra-condensadores 7 223 - Carregamento 7 224 - Locais de carregamento 8
23 - Tecnologias de comunicaccedilatildeo 8
231 - WLAN 8 232 - InVANET 9 233 - Banda Larga Moacutevel 10 234 - Bluetoothtrade 10 235 - Sensores sem fios 10
24 - Consoacutercios 11
241 - Car 2 Car 11 242 - Coopers 12
25 - Sistemas de gestatildeo inovadores para gerir os diversos tipos de comunicaccedilatildeo 12
251 - CAN 12 252 - LIN bus 13 253 - Infotainment 13
26 - Conclusatildeo 13
Capiacutetulo 3 15
Plano de trabalho 15 31 - Requisitos 15
32 - Cenaacuterios de teste 15
viii - Introduccedilatildeo
viii
33 - Ferramentas 15
34 - Arquitectura 16
35 - Trabalho futuro 18
36 - Conclusatildeo 18
Capiacutetulo 4 21
Anexos 21 41 - Diagrama de Gantt do projecto 22
ix
Lista de figuras
Ilustraccedilatildeo 21ndash Relaccedilatildeo pesoenergia para baterias e geraccedilatildeo termodinacircmica 7
Ilustraccedilatildeo 22 ndash Sistema de In-Vehicle Infotainment da Intel 13
Ilustraccedilatildeo 31 ndash Arquitectura do sistema a desenvolver 17
Ilustraccedilatildeo 32 ndash Moacutedulos do sistema 18
xi
Lista de tabelas
Tabela 21 ndash Comparaccedilatildeo de veiacuteculos combustatildeo interna e eleacutectricos 5
Tabela 22 ndash Tabela resumo dos vaacuterios protocolos da norma 80211 9
Tabela 23 ndash Comparaccedilatildeo de velocidades das vaacuterias tecnologias de Banda Larga Moacutevel 10
Tabela 24 ndash Comparaccedilatildeo das normas de sensores sem fios 11
xiii
Abreviaturas e Siacutembolos
Lista de abreviaturas CAN Controller area network
EMC Electromagnetic compatibility
EV Electrical vehicle
GPRS General Packet radio service (25G)
GPS Global Positioning System
HSDPA High-Speed Downlink Packet Access
IC Internal combustion engine
InVANET Intelligent vehicular ad hoc network
LAN Local area network
LTE Long Term Evolution (quarta geraccedilatildeo moacutevel)
OBD On-Board Diagnostic designa um sistema de auto-diagnoacutestico disponiacutevel na
maioria dos veiacuteculos automoacuteveis que circulam actualmente nas estradas e
obrigatoacuterio na Europa e nos Estados Unidos para todos os veiacuteculos produzidos
desde 1996
PHEV Plug-in hybrid electric vehicle
RAM Random Access Memory
TIC Tecnologias de Informaccedilatildeo e Comunicaccedilatildeo
UMTS Universal Mobile Telecommunication System (3G)
VANET Vehicular Ad-Hoc Network
WLAN wireless local area network
Capiacutetulo 1
Introduccedilatildeo
No inicio do seacuteculo XX o uso de veiacuteculos eleacutectricos era mais frequente do que o uso dos
veiacuteculos a gasolina uma vez que nessa altura o desempenho dos veiacuteculos eleacutectricos era
superior agrave dos seus rivais Contudo a tecnologia dos veiacuteculos eleacutectricos da altura natildeo oferecia
autonomia suficiente para fazer viagens inter-cidades (autonomia de 50 km) o que levou agrave
quebra do interesse nesta tecnologia e o seu desenvolvimento foi quase nulo durante dezenas
de anos [1] Devido aos elevados custos das baterias dos veiacuteculos eleacutectricos [2] e agrave
maturidade dos veiacuteculos a gasolina que passaram a poder ser produzidos em massa com um
custo razoaacutevel fez com que estes dominassem o mercado
Apesar de serem desenvolvidos veiacuteculos eleacutectricos haacute 150 anos desde o iniacutecio do seacuteculo
XX natildeo existe uma grande aceitaccedilatildeo pelo puacuteblico em geral Actualmente esta situaccedilatildeo estaacute a
mudar devido a questotildees ambientais ao aumento do preccedilo do petroacuteleo e agrave dependecircncia
energeacutetica deste
Em 1999 apareceu o primeiro veiacuteculo hiacutebrido o Honda INSIGHT [3] Estes veiacuteculos tecircm um
menor consumo energeacutetico devido ao aproveitamento e utilizaccedilatildeo de energia eleacutectrica com a
mesma autonomia dos automoacuteveis movidos a combustiacuteveis foacutesseis podem ainda aproveitar a
energia da travagem para carregar as baterias Os veiacuteculos hiacutebridos mais recentes jaacute podem
carregar as baterias ligando o carro a uma tomada eleacutectrica satildeo os chamados plug-in hybrid
electric vehicle (PHEV) Para o utilizador um veiacuteculo hiacutebrido funciona de maneira igual ao
automoacutevel movido a combustiacutevel foacutessil o que faz com que actualmente os veiacuteculos hiacutebridos
sejam os veiacuteculos de estrada com baterias mais vendidos
Existe uma procura cada vez maior a alternativas ao veiacuteculo movido a combustiacuteveis
foacutesseis Com o grande investimento nacional em energias renovaacuteveis e ao facto de
actualmente o custo por quiloacutemetro de um veiacuteculo eleacutectrico ser aproximadamente trecircs vezes
menor ao custo por quiloacutemetro de um veiacuteculo a petroacuteleo o veiacuteculo eleacutectrico surge num
contexto favoraacutevel
2 - Introduccedilatildeo
Como o veiacuteculo eleacutectrico natildeo polui (no local onde circula - podendo existir poluiccedilatildeo
associada agrave geraccedilatildeo de electricidade utilizada para carregar as suas baterias) este diminui a
poluiccedilatildeo nas cidades e nas vias de comunicaccedilatildeo Devido ao grande investimento nacional em
energias renovaacuteveis que representam cerca de um terccedilo do total da energia eleacutectrica
produzida e ao aumento dos paineacuteis solares instalados em habitaccedilotildees [4] o impacto
ambiental do carregamento de veiacuteculos eleacutectricos tem o potencial para ser muito menor do
que nos veiacuteculos convencionais podendo em alguns casos ser mesmo nulo
Nas uacuteltimas deacutecadas vaacuterias marcas desenvolveram protoacutetipos de veiacuteculos eleacutectricos mas
nenhum chegou a ser produzido em seacuterie O actual preccedilo do petroacuteleo o seu pico ocorrido a
meio do ano de 2008 e a capacidade tecnoloacutegica associada ao desenvolvimento das baterias
(nomeadamente no aumento da energia por peso e a diminuiccedilatildeo do tempo de
recarregamento) justificam o lanccedilamento comercial dos veiacuteculos eleacutectricos
11 - Problema
Ao niacutevel das novas tecnologias em particular das Tecnologias de Informaccedilatildeo e
Comunicaccedilatildeo (TIC) assiste-se a uma contiacutenua penetraccedilatildeo em todos os sectores e que
recentemente se comeccedila a assistir tambeacutem nos automoacuteveis (desde os GPS sistemas matildeos
livres leitor de DVD) mesmo as iniciativas de promoccedilatildeo de comunicaccedilatildeo ldquocar-to-car
comunicationsrdquo [5] que procuram aumentar a seguranccedila dos condutores entram nesta
tendecircncia Actualmente ocorrem muitos acidentes que poderiam ser evitados se existisse um
sistema de comunicaccedilatildeo nos veiacuteculos O congestionamento tambeacutem poderia beneficiar de um
sistema deste tipo
Existe um problema econoacutemico e ambiental devido ao petroacuteleo Por outro lado os
veiacuteculos eleacutectricos satildeo (haacute muitos anos) uma alternativa aos veiacuteculos tradicionais sendo que
agora temos tecnologia mais desenvolvida (directa e indirectamente ligada ao veiacuteculo) e
parece existir vontade poliacutetica Ainda que os veiacuteculos eleacutectricos actuais apresentem
limitaccedilotildees de autonomia e novos sistemas eleacutectricoselectroacutenicos que necessitam de um
sistema de gestatildeo eficiente estes podem beneficiar dos desenvolvimentos das
TICs para ultrapassar estes desafios
Assim dado o actual contexto e a introduccedilatildeo dos veiacuteculos eleacutectricos que se apresentam
como potenciais beneficiadores das TICs este trabalho procura desenvolver um sistema de
gestatildeo interno ao veiacuteculo que seja capaz de colaborar na gestatildeo destes diversos tipos de
comunicaccedilatildeo que ocorrem nos veiacuteculos (ie comunicaccedilatildeo entre elementos internos ao
veiacuteculo e comunicaccedilatildeo de elementos internos com externos) particularmente orientado ao
contexto de veiacuteculo eleacutectrico de forma a facilitar a sua adopccedilatildeo e colaborar no aumento da
sua mobilidade
3
12 - Objectivos
Desenvolver um sistema de gestatildeo de comunicaccedilatildeo para veiacuteculos eleacutectricos baseado em
tecnologias adequadas ao contexto Este deve controlar e monitorizar o fluxo de energia
entre ceacutelulas acumuladoras baterias motores e o circuito eleacutectrico deve comunicar com o
computador do utilizador quando estaacute estacionado em casa e deve conseguir utilizar diversas
tecnologias de forma a permitir o acesso agrave Internet quer para comunicar ao utilizador o
estado das baterias quer para disponibilizar acesso a conteuacutedos A informaccedilatildeo recolhida deve
ainda ser armazenada para poder ser transmitida para elementos externos quando tal for
necessaacuteriodesejado
13 - Enquadramento
O principal problema dos Veiacuteculos Eleacutectricos (ldquoElectric Vehiclesrdquo ndash EV) eacute o armazenamento
de energia devido ao custo e relaccedilatildeo pesopotencia das baterias ser alto Para minimizar este
problema eacute necessaacuterio um sistema de gestatildeo para controlar o fluxo de energia Este sistema
deve estar preparado para aceitar diversos tipos de componentes que aumentem a autonomia
e o desempenho do veiacuteculo tais como ultra-condensadores extensatildeo de autonomia com motor
a combustatildeo troca de baterias paineacuteis solares etc
Um veiacuteculo eleacutectrico eacute alimentado pela energia eleacutectrica armazenada nele Para mover
um veiacuteculo deste tipo eacute necessaacuterio pelo menos um motor eleacutectrico Estes novos componentes
necessitam de uma boa gestatildeo para o veiacuteculo eleacutectrico se tornar uma alternativa aos veiacuteculos
a combustatildeo ldquoThe battery bank controller and motor must have excellent efficiency
adequate capacity and low weight along with regenerative compatibilityrdquo [6]
Com a necessidade de integrar as vaacuterias tecnologias existentes no veiacuteculo e outras que
fazem parte do dia-a-dia das pessoas (GPS telemoacuteveis serviccedilos de ligaccedilatildeo agrave Internet etc) e
tambeacutem as novas tecnologias necessaacuterias agrave operaccedilatildeo de um veiacuteculo eleacutectrico surge a
necessidade da criaccedilatildeo de um sistema que os interligue permitindo assim uma gestatildeo mais
eficaz e com mais funcionalidades
14 - Tecnologias
As tecnologias que vatildeo ser abordadas satildeo CAN redes de sensores sem fios Internet
atraveacutes de protocolos Wi-Fi (80211) e UMTS e ainda comunicaccedilatildeo entre veiacuteculos (inVANET)
Estas tecnologias iratildeo ser abordadas em detalhe no proacuteximo capiacutetulo
Capiacutetulo 2
Estado da arte
Neste capiacutetulo apresentam-se as inovaccedilotildees tecnoloacutegicas que levaram ao aparecimento dos
veiacuteculos eleacutectricos os problemas actuais destes veiacuteculos os seus componentes e formas de os
gerir
Um dos principais factores que justificam um sistema de comunicaccedilatildeo que interligue todo
o veiacuteculo eacute o facto de nos uacuteltimos anos muitos sistemas mecacircnicos terem vindo a evoluir para
electroacutenicos Os componentes mecacircnicos natildeo possibilitavam uma gestatildeo centralizada os
componentes electroacutenicos aleacutem de funcionarem melhor podem interagir resultando em novas
funcionalidades e numa maior eficiecircncia
21 - Revoluccedilatildeo tecnoloacutegica para os carros eleacutectricos e overview
dos mesmos - constituiccedilatildeo interna
Os principais factores que contribuem para o desenvolvimento de carros eleacutectricos satildeo os
veiacuteculos eleacutectricos natildeo poluem no seu funcionamento e como satildeo mais eficientes satildeo mais
ecoloacutegicos o custo por km eacute menor e diminuem a dependecircncia energeacutetica de outros paiacuteses
Na tabela seguinte podemos observar as principais diferenccedilas entre os dois tipos de
veiacuteculos [6]
Tabela 21 ndash Comparaccedilatildeo de veiacuteculos combustatildeo interna e eleacutectricos
Feature Electric vehicles IC Engine vehicles
Prime mover Electric motor IC engine
Powered by Charged battery ultra
capacitors Diesel Petrol
Self weight High due to battery bank Low as compared to EV
Power Transmission Both mechanical as well
as electrical Mechanical
6 - Estado da arte
Braking system Regenerative braking Friction braking
Efficiency High Low
Eco friendly Yes No
Initial cost High Average
Running cost Low Very high
As diferenccedilas entre os dois tipos de veiacuteculos na perspectiva do utilizador satildeo tempo de
carregamento um custo de deslocaccedilatildeo menor mas um custo do veiacuteculo mais elevado - este
custo poderaacute vir a baixar caso sejam criados benefiacutecios fiscais para este tipo de veiacuteculos
Os veiacuteculos eleacutectricos vatildeo beneficiar da tecnologia actual dos veiacuteculos hiacutebridos que jaacute satildeo
produzidos em massa Os dois tipos de veiacuteculos tecircm pontos em comum pelo menos um motor
eleacutectrico baterias para o alimentar e um sistema de travagem regenerativa
22 - Desafios actuais dos carros eleacutectricos - Performance vs
gestatildeo do consumo e autonomia
Os requisitos para uma bateria ideal satildeo grande densidade de energia (menor peso) alta
potecircncia longa vida eficiecircncia de cargadescarga eficiecircncia a qualquer temperatura auto-
descarga miacutenima baixa resistecircncia de entrada sem memoacuteria alto grau de seguranccedila boa
fiabilidade baixo custo e reciclaacutevel [7] Como as baterias ideais natildeo existem nos pontos
seguintes satildeo apresentadas soluccedilotildees para lidar com as limitaccedilotildees das baterias
221 - Veiacuteculos com extensatildeo de autonomia
Actualmente existem veiacuteculos eleacutectricos que tecircm uma extensatildeo de autonomia fornecida
por um motor de combustatildeo como eacute o caso do Chevrolet Volt [8] Estes veiacuteculos funcionam
como EV durante a duraccedilatildeo das baterias Posteriormente recorrem agrave energia eleacutectrica
produzida pelo motor de combustatildeo usado como gerador mesmo assim este processo eacute mais
eficiente que usar o motor a combustatildeo para mover o veiacuteculo Devido ao motor a combustatildeo
natildeo ser usado para mover o veiacuteculo natildeo precisa de ter tanta cilindrada como os presentes nos
veiacuteculos hiacutebridos tendo a vantagem de ser mais pequeno e mais leve
7
Ilustraccedilatildeo 21ndash Relaccedilatildeo pesoenergia para baterias e geraccedilatildeo termodinacircmica
A figura acima [9] justifica a presenccedila de um motor a combustatildeo para gerar electricidade
num veiacuteculo eleacutectrico No iniacutecio da linha da energia termodinacircmica podemos observar o peso
adicional devido ao motor mas este natildeo eacute desvantajoso porque a quantidade de energia por
peso da gasolina eacute bastante maior do que a das baterias Apesar da relaccedilatildeo pesoenergia nas
baterias ser inferior ao pesoenergia da gasolina eacute mais econoacutemico carregar as baterias e eacute
possiacutevel aproveitar a energia das travagens
222 - Ultra-condensadores
Os ultra-condensadores satildeo uma nova tecnologia que permite armazenar vinte vezes mais
energia que um condensador normal O objectivo principal dos ultra-condensadores nos
veiacuteculos eleacutectricos eacute o de permitir maiores travagens e aceleraccedilotildees com perdas de energia
miacutenimas devido a este conseguir carregar e descarregar muito mais rapidamente que uma
bateria Os ultra-condensadores natildeo perdem desempenho ao carregar e descarregar durando
toda a vida uacutetil do veiacuteculo sendo por isso mais ecoloacutegicos que as baterias [10]
223 - Carregamento
Devido agrave elevada potecircncia necessaacuteria para carregar um veiacuteculo eleacutectrico (que pode ser
ligado e desligado da rede eleacutectrica rapidamente) e devido agraves fontes de energia renovaacuteveis
fornecerem energia irregularmente os veiacuteculos eleacutectricos devem ter a capacidade de
poderem ser usados como geradores em determinados momentos (ie fornecerem energia agrave
rede para a estabilizar ou satisfazer picos de procura)
Uma soluccedilatildeo para aproveitar melhor as energias renovaacuteveis eacute armazenar o excesso de
energia gerado por estas durante a noite e injecta-la durante o dia diminuindo assim a
utilizaccedilatildeo de combustiacuteveis foacutesseis Este meacutetodo eacute tambeacutem vantajoso para o utilizador uma
vez que a energia durante o dia eacute mais cara do que agrave noite
8 - Estado da arte
Um problema que poderaacute existir devido aos diferentes custos da electricidade ao longo do
dia eacute um nuacutemero excessivo de veiacuteculos comeccedilarem a carregar simultaneamente no momento
de transiccedilatildeo de hora de cheio para vazio Uma soluccedilatildeo eacute proposta por Fumiko Koyanagi no
paper A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles
[11] que se baseia em criar diversas zonas eleacutectricas com comeccedilo da hora de vazio a horas
diferentes
224 - Locais de carregamento
Existem actualmente trecircs meacutetodos para carregar um EV ou PHEV
Carregamento raacutepido este tipo natildeo eacute o mais eficiente em termos energeacuteticos
mas permite carregar o veiacuteculo entre 20 a 30 minutos [12] (este valor tende a
diminuir com o avanccedilo da tecnologia) O utilizador poderaacute optar por natildeo
carregar totalmente o veiacuteculo neste caso o tempo de carregamento eacute menor
Este tipo de carregamento seraacute feito em estaccedilotildees de carregamento
Carregamento lento eacute mais eficiente que o carregamento raacutepido mas
demora mais tempo a carregar o veiacuteculo Como natildeo eacute expectaacutevel que o
utilizador do veiacuteculo espere no veiacuteculo ateacute que ele carregue este tipo de
carregamento estaacute a ser pensado para locais onde que o utilizador permaneccedila
por um ldquolongordquo periacuteodo de tempo como em casa trabalho parques de
estacionamento puacuteblico hoteacuteis e centros comerciais
Troca de baterias eacute tatildeo raacutepido como abastecer um veiacuteculo normal este tipo
eacute o adequado a veiacuteculos de emergecircncia e a veiacuteculos que permaneccedilam pouco
tempo parados [13]
Em Portugal jaacute existem 100 pontos de carregamento e estatildeo previstos 1300 em 2011 [14]
ldquoA entidade Gestora Mobi-E integraraacute as vaacuterias empresas Comercializadoras da Mobilidade
Eleacutectrica e asseguraraacute que o abastecimento pode ser efectuado em qualquer ponto existente
no paiacutes de forma a garantir uma rede aberta universal e focada no utilizadorrdquo [14]
23 - Tecnologias de comunicaccedilatildeo
Os veiacuteculos futuros no qual se pode inserir os EVs devem poder estar ligados agrave Internet
para oferecer conteuacutedos multimeacutedia aos ocupantes do veiacuteculo reservar lugares em estaccedilotildees
de carregamento usar o GPS para calcular o melhor caminho com base em informaccedilatildeo do
tracircnsito em tempo real aumentar a seguranccedila nas estradas e transferir dados do utilizador
recorrendo quer a comunicaccedilatildeo entre veiacuteculos quer com infra-estrutura etc
231 - WLAN
Uma wireless local area network nomeadamente as normas 80211 permitem uma ligaccedilatildeo
de banda larga agrave Internet (eg ao automoacutevel e a dispositivos moacuteveis do utilizador) No caso
de uma rede WLAN numa estaccedilatildeo de carregamento o condutor pode deixar o carro a carregar
e ver no seu telemoacutevel o estado das baterias O automoacutevel tambeacutem poderaacute ligar-se a redes
WLAN jaacute existentes e usar esta tecnologia para comunicar com os outros veiacuteculos Como a
tecnologia WLAN eacute amplamente usada os seus equipamentos satildeo de baixo custo Actualmente
9
existe uma empresa que disponibiliza no mercado norte-americano um serviccedilo que usa
Internet UMTS para disponibilizar Internet por WLAN dentro e num raio a volta do veiacuteculo
[15]
Frequecircncias usadas na norma 80211
5GHz ndash Em locais que a gama dos 24GHz esteja sobrelotada o protocolo 80211a pode ser
mais raacutepido que os protocolos 80211g e 80211n devido a haver menores interferecircncias No
entanto esta frequecircncia sofre uma maior atenuaccedilatildeo quando existem obstaacuteculos Os veiacuteculos
devem estar preparados para se ligarem nestas duas gamas de frequecircncias para o caso de uma
das gamas estar sobrelotada
24GHz - Nesta gama existem os protocolos 80211b 80211g e 80211n o 80211b eacute o
protocolo com maior alcance mas uma rede a funcionar em 80211g ou 80211n transita
automaticamente para 80211b caso o sinal seja fraco pelo que a rede deve estar
configurada para se ligar por g ou n O 80211n tem a vantagem de usar a tecnologia MIMO
que usa vaacuterias antenas para aumentar a qualidade do sinal sem aumentar nem a potecircncia nem
a largura de banda
58GHz ndash O protocolo 80211p ainda natildeo existe em fase final mas permite aos veiacuteculos
usar uma frequecircncia exclusiva e funcionar numa inVANET que eacute descrita no ponto seguinte
Este protocolo como estaacute vocacionado para veiacuteculos em movimento consegue estabelecer
ligaccedilotildees mais rapidamente e tem um menor tempo de atraso que os protocolos descritos
anteriormente
Tabela 22 ndash Tabela resumo dos vaacuterios protocolos da norma 80211
Norma 80211 Velocidade maacutexima
(Mbps) Existente no mercado Frequecircncias (GHz)
a 54 Sim 5
b 11 Sim 24
g 54 Sim 24
n 600 Sim 24
p Natildeo 58
O protocolo ideal a adoptar nesta fase seria o 80211n uma vez que eacute o mais raacutepido e
suporta tecnologia MIMO (que permite uma maior resistecircncia a interferecircncias) Caso este natildeo
esteja disponiacutevel deve-se usar o 80211g se houver interferecircncia com outras redes vizinhas
deve ser usado o 80211a Quando o protocolo 80211p estiver disponiacutevel este deve ser a
escolha principal jaacute que usa uma frequecircncia exclusiva este protocolo eacute indicado para o uso
em estrada devido aos veiacuteculos estarem em movimento
232 - InVANET
Uma wireless ad hoc network eacute uma rede sem fios descentralizada ou seja natildeo existe um
ou mais APrsquos a que todos os clientes se ligam Estas redes natildeo satildeo tatildeo fiaacuteveis devido agraves
colisotildees no acesso ao meio a situaccedilatildeo piora em situaccedilotildees moacuteveis em que as tabelas de
encaminhamento estatildeo sempre a mudar Para reduzir estes problemas foi criada uma
10 - Estado da arte
Vehicular Ad-Hoc Network (VANET) que eacute uma forma de rede moacutevel ad-hoc vocacionada para
o uso em veiacuteculos
Uma Intelligent vehicular ad hoc network (InVANET) eacute uma implementaccedilatildeo de uma VANET
vocacionada para a seguranccedila nas estradas Para diminuir os acidentes nas estradas esta rede
propotildee a troca de paracircmetros entre veiacuteculos proacuteximos ou entre veiacuteculos e a infra-estrutura
tais como mudanccedila de velocidade mudanccedila de faixa de rodagem e condiccedilotildees da via Outros
cenaacuterios de seguranccedila visados por esta rede satildeo o controlo do congestionamento e informar a
poliacutecia em casos de roubo ou fuga do local do acidente [16]
233 - Banda Larga Moacutevel
Tabela 23 ndash Comparaccedilatildeo de velocidades das vaacuterias tecnologias de Banda Larga Moacutevel
Tecnologia Velocidade maacutexima de download
GPRS (25G) 2368 kbits
UMTS (3G) 384 kbits
HSDPA (35G) 216 Mbits
A velocidade de 216 Mbits do HSPDA refere-se agrave velocidade maacutexima em Portugal o
HSPDA estaacute disponiacutevel na maior parte dos centros urbanos existe cobertura por UMTS em
praticamente todo o territoacuterio nacional Ao sair de uma aacuterea coberta por HSDPA eacute feito
handhover automaticamente para GPRS ou UMTS
Jaacute existem protoacutetipos para a utilizaccedilatildeo da quarta geraccedilatildeo moacutevel em automoacuteveis [17] que
permite aos ocupantes do veiacuteculo uma Internet mais raacutepida e a possibilidade de trabalhar em
nuvem
234 - Bluetoothtrade
O Bluetooth eacute uma tecnologia sem fios usada para ligar telemoacuteveis entre si e ligar
dispositivos a telemoacuteveis e a computadores Em alguns veiacuteculos esta tecnologia jaacute estaacute
implementada permitindo fornecer um serviccedilo de matildeos livres
Esta tecnologia poderaacute ser usada para comunicaccedilatildeo entre o veiacuteculo e a estaccedilatildeo de
carregamento transferir dados de ligar vaacuterios tipos de dispositivos moacuteveis do utilizador
235 - Sensores sem fios
Os sensores sem fios podem permitir diminuir o peso complexidade e custo do sistema de
sensores tambeacutem permitem colocar sensores em locais de difiacutecil acesso por cabo (por
exemplo pressatildeo dos pneus) Esta rede de sensores necessita ter baixa latecircncia e alta
fiabilidade natildeo sendo orientada para elevadas taxas de transmissatildeo de dados nem periacuteodos
de actividade elevados Protocolos possiacuteveis para uma rede de sensores sem fios no veiacuteculo
ZigBeetrade - Eacute um protocolo da camada de rede e aplicaccedilatildeo para criar uma rede infra-
estruturada de sensores sem fios O ZigBee fornece uma simples e confiaacutevel rede sem
fios multi-salto com a capacidade de suportar vaacuterias aplicaccedilotildees em simultacircneo
UWB - Eacute um sistema raacutedio de baixas emissotildees para curto alcance de alta velocidade
RFID ndash Eacute um protocolo sem fios para a identificaccedilatildeo de uma pessoa ou objecto
Existem identificadores passivos que natildeo precisam de bateria e que tem um alcance
de alguns centiacutemetros e activos que necessitam de uma fonte de energia que podem
comunicar ate alguns metros
11
A tabela seguinte [18] faz uma comparaccedilatildeo de possiacuteveis normas de comunicaccedilatildeo para
sensores sem fios
Tabela 24 ndash Comparaccedilatildeo das normas de sensores sem fios
O sistema RFID soacute seraacute uacutetil como identificador do veiacuteculo (eg estaccedilatildeo de abastecimento)
mas caso exista um sistema WLAN este seraacute preferiacutevel para identificar o veiacuteculo O ZigBee e o
UWB satildeo os mais indicados para uma rede de sensores mas devido ao tempo menor de
inicializaccedilatildeo e menor consumo energeacutetico a tecnologia ZigBee seraacute preferiacutevel
24 - Consoacutercios
241 - Car 2 Car
Este consoacutercio [5] tem como objectivo criar uma norma para um sistema de comunicaccedilotildees
cooperativo inter-veiacuteculos e entre veiacuteculos e infra-estrutura a funcionar numa banda de
frequecircncias livres e exclusivas para estas aplicaccedilotildees Este sistema eacute importante para prevenir
os acidentes o congestionamento e comunicar com estaccedilotildees de abastecimento
12 - Estado da arte
Este sistema eacute especialmente uacutetil em situaccedilotildees de baixa visibilidade para os veiacuteculos
prioritaacuterios e para avisar antecipadamente quando um veiacuteculo tem as luzes de emergecircncia
ligadas ou haacute obras No caso de um acidente que bloqueie a estrada o sistema poderaacute avisar
com antecedecircncia suficiente para o GPS calcular uma rota alternativa
Este sistema pode usar trecircs tipos de comunicaccedilatildeo [19]
IEEE 80211p
IEEE 80211abgn
GPRS ou UMTS
242 - Coopers
CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety eacute um consoacutercio que visa fornecer aos
veiacuteculos e condutores informaccedilatildeo em tempo real sobre o estado da via de maneira a
aumentar a seguranccedila na estrada [20] o objectivo do consoacutercio eacute rdquo To define develop and
test new safety related services equipment and applications using two way communication
between road infrastructure and vehicles from a traffic management perspective COOPERS
will build upon existing equipment and infrastructure as far as possible to incorporate bi-
directional infrastructure-vehicle links as an open standardised wireless communication
technology The role of motorway operators in offering and retrieving safety relevant and
traffic management information for specific road segments on European motorways based on
infrastructure and in-vehicle data will be investigatedrdquo [21] O sistema incorpora um
receptor GPS estaacute ligado ao CAN e comunica por WLAN e UMTSGPRS
25 - Sistemas de gestatildeo inovadores para gerir os diversos tipos
de comunicaccedilatildeo
Actualmente haacute um grande nuacutemero de funccedilotildees automoacuteveis controladas por computador O
uso de um cabo dedicado a cada dispositivo com o nuacutemero crescente de sistemas deixa de ser
praacutetico
251 - CAN
Uma soluccedilatildeo eacute o uso de redes LAN que permite a multiplexaccedilatildeo dos dados Com esta
soluccedilatildeo eacute possiacutevel[22] Reduzir o nuacutemero de cabos
Reduzir o custo e o peso
Melhorar a fiabilidade e facilitar a instalaccedilatildeo
Partilhar os dados recolhidos dos sensores por vaacuterios dispositivos
Alterar ou adicionar funccedilotildees por software
Detectar e corrigir erros causados por interferecircncia electromagneacutetica
As mensagens que circulam na rede CAN tecircm um valor numeacuterico que indica a prioridade
da mensagem isto permite tratar informaccedilatildeo criacutetica sem atraso A versatilidade do CAN
permite controlar vaacuterios tipos de dispositivos num veiacuteculo
13
252 - LIN bus
O Local Interconnect Network (LIN) bus eacute uma alternativa mais barata e simples ao CAN Pode
ser usada em subsistemas natildeo criacuteticos que nem precisem de comunicaccedilatildeo em tempo real nem
altas velocidades
253 - Infotainment
Esta plataforma interliga trecircs aacutereas
Entretimento nos bancos traseiros
RaacutedioCD e navegaccedilatildeo
Comunicaccedilatildeo interna e externa
Ilustraccedilatildeo 22 ndash Sistema de In-Vehicle Infotainment da Intel
A plataforma da Intel [23] permite num soacute hardware juntar vaacuterias tecnologias que
normalmente se apresentam separadas num automoacutevel
26 - Conclusatildeo
Actualmente assiste-se a introduccedilatildeo contiacutenua de veiacuteculos totalmente eleacutectricos no
mercado ainda que com autonomias substancialmente inferiores aos veiacuteculos a combustiacuteveis
foacutesseis Os veiacuteculos ldquoeleacutectricosrdquo mais vendidos actualmente satildeo os veiacuteculos hiacutebridos que
podem carregar as baterias com as travagens e usam um motor eleacutectrico como suporte em
momentos concretos (eg a velocidades abaixo dos 50 kmh eou para fornecer potecircncia
extra ao motor de combustatildeo em momentos de forte aceleraccedilatildeo etc - a estrateacutegia varia de
fabricante para fabricante) Os veiacuteculos hiacutebridos satildeo mais econoacutemicos que os veiacuteculos movidos
14 - Estado da arte
somente a motor de combustatildeo e continuam a beneficiar do motor a gasolina para aumentar
a sua autonomia ndash eacute como se procurassem o melhor dos dois mundos Alguns destes veiacuteculos jaacute
podem ser carregados pela rede eleacutectrica que para pequenas distancias se comportam como
veiacuteculos totalmente eleacutectricos
Capiacutetulo 3
Plano de trabalho
31 - Requisitos
Requisitos funcionais
Quando disponiacutevel Internet por WLAN o sistema deve desligar o HSPDAUMTS
Devem aparecer no ecratilde LCD as informaccedilotildees recebidas do exterior sobre
seguranccedila na estrada em que o veiacuteculo se encontre
O veiacuteculo deve enviar informaccedilotildees sobre o estado do piso aos veiacuteculos que se
encontram atraacutes
O sistema deve ter alojado um Web site com informaccedilotildees sobre o estado do
veiacuteculo (nomeadamente do estado das baterias)
Requisitos de performance
Quando for recebida uma mensagem importante do exterior esta deve aparecer
no LCD em menos de 100ms
32 - Cenaacuterios de teste
Tempo desde um acidente agrave frente do veiculo ateacute ser recebida a informaccedilatildeo e
informado o condutor Este teste verifica
Numa rede a ser usada toda a sua capacidade com vaacuterios veiacuteculos medir o tempo
desde que ocorre um acidente ateacute o condutor ser informado Este cenaacuterio serve para avaliar a
qualidade do QoS
Visualizaccedilatildeo sem falhas de um viacutedeo em streaming
Duraccedilatildeo das baterias em vaacuterios cenaacuterios
33 - Ferramentas
Actualmente estatildeo a ser testadas diversas tecnologias para diversos fins havendo a
possibilidade de alteraccedilatildeo ao longo do desenvolvimento do trabalho
O Matlab pode ser usado para simular a duraccedilatildeo das baterias
16 - Plano de trabalho
Linux ndash possiacutevel ambiente de teste (e g no caso de se usar um router) No final do
trabalho poderaacute ser criado um DVD com Linux e o sistema desenvolvido para instalar num mini
PC a colocar no veiacuteculo
VMware ndash possiacutevel software de virtualizaccedilatildeo que permite definir a velocidade do
processador e a quantidade de memoacuteria RAM sendo assim possiacutevel testar o desempenho do
sistema num ambiente com as caracteriacutesticas do mini PC a ser colocado no veiacuteculo
Para a programaccedilatildeo vai ser usado CC++ devido a ser uma linguagem leve caso seja
necessaacuterio programar o router Para o desenvolvimento do sistema a ser instalado no mini PC
vai ser usada a linguagem java usando o SDK eclipse O java apesar de ser um pouco mais
lento que o C++ eacute muito mais adequado para a programaccedilatildeo com sockets e tem um melhor
tratamento de erros
O servidor apache vai ser usado para a criaccedilatildeo de uma paacutegina Web no veiacuteculo a qual soacute
tem acesso quem o utilizador quiser Esta paacutegina disponibiliza informaccedilatildeo diversa sobre o
veiacuteculo nomeadamente o estado das baterias e transferir dados tais como filmes e fazer
configuraccedilotildees ao veiacuteculo
34 - Arquitectura
A figura em baixo ilustra uma possiacutevel arquitectura para o sistema proposto
17
Mini PC
Router UMTS
Switch
Dispositivos moacuteveis do utilizador LCD nos
bancos traseiros
Dispositivos para os
passageiros
LCD na consola
central
Dispositivos para o
condutor
GPS
Internet CAN
CT
Sensores natildeo
incluiacutedos no CAN
CasaEstaccedilatildeo de
carregamento
Ilustraccedilatildeo 31 ndash Arquitectura do sistema a desenvolver
Para este sistema funcionar soacute precisa do mini PC ao qual estaacute ligado um switch (o switch
poderaacute estar incorporado noutro componente como o router ou o AP) O sistema funciona de
forma escalaacutevel podendo funcionar sem qualquer um dos outros componentes
18 - Plano de trabalho
Sistema
principal
Comunicaccedilatildeo
Sensores
Ligaccedilatildeo ao
CAN
WLAN
UMTS
sem fios
com fios
EV
powertrain
CAN
Controlador do motor baterias e ultra-condensador
Infotainment
Servidor Web
Ilustraccedilatildeo 32 ndash Moacutedulos do sistema
O sistema vai ser escalaacutevel permitindo adicionarremoveralterar moacutedulos facilitando
assim a compatibilidade com novas tecnologias
35 - Trabalho futuro
O ldquoanexo 41 - Diagrama de Gantt do projectordquo mostra a planificaccedilatildeo para a dissertaccedilatildeo
Nos dias seguintes agrave entrega deste relatoacuterio vatildeo ser definidos objectivos semanais para a
dissertaccedilatildeo O primeiro moacutedulo a ser desenvolvido seraacute o do Web site atraveacutes do qual seraacute
possiacutevel monitorizar o estado das baterias e fazer algumas configuraccedilotildees ao veiacuteculo
36 - Conclusatildeo
As actuais barreiras agrave adopccedilatildeo de veiacuteculos eleacutectricos satildeo a autonomia a relaccedilatildeo
pesoenergia e o custo das baterias A dissertaccedilatildeo poderaacute abordar o fluxo de energia entre os
componentes do veiacuteculo e a integraccedilatildeo dos componentes eleacutectricoselectroacutenicos existentes
actualmente e os novos necessaacuterios agrave operaccedilatildeo de um EV
A melhor maneira de aumentar a autonomia de um EV eacute usar um motor termodinacircmico a
gerar electricidade quando a energia das baterias acabar esta soluccedilatildeo em comparaccedilatildeo com a
19
adiccedilatildeo de mais baterias eacute mais econoacutemica resulta num menor peso para o veiacuteculo e eacute
possiacutevel abastecer o veiacuteculo como um veiacuteculo com motor a combustatildeo interna
A inclusatildeo de um ultra-condensador permite melhorar a capacidade de absorccedilatildeo de
energia numa travagem aumentar a aceleraccedilatildeo do veiacuteculo e aumentar o tempo de vida das
baterias
Os novos veiacuteculos deveratildeo ter um sistema de comunicaccedilatildeo inVANET para comunicaccedilatildeo
entre eles e com a infra-estrutura para aumentar a seguranccedila e diminuir o congestionamento
das estradas
O uso de uma plataforma de infotainment permite reduzir o hardware presente no veiacuteculo
integrando vaacuterias tecnologias multimeacutedia
Os novos sensores a colocar no veiacuteculo soacute seratildeo sem fio caso natildeo seja possiacutevel liga-los por
fios (eg sensores de pressatildeo nos pneus) devido a possiacuteveis interferecircncias e atrasos na
comunicaccedilatildeo
O sistema CAN pode funcionar em paralelo ao sistema a desenvolver garantindo assim
tempos de resposta garantidamente baixos em aacutereas criacuteticas do sistema
Capiacutetulo 4
Anexos
41 - Diagrama de Gantt do projecto
Referecircncias
1 Situ L Electric Vehicle Development The Past Present amp Future 2001 2 SCHALLENBERG RH Prospects for the Electric Vehicle A Historical Perspective 1980 3 Motor H Honda Introduces the INSIGHT a Hybrid Car that Offers the Worlds Lowest
Fuel Consumption for a Mass-Produced Gasoline-Powered Vehicle 1999 [cited 2010 0802] Available from httpworldhondacomnews19994990906chtml
4 Craveiro C Investimento em paineacuteis solares ascende a 167 milhotildees 2010 [cited 2010 01-02] Available from httpwwwenergiasrenovaveiscomDetalheNoticiasaspID_conteudo=357ampID_area=8
5 Car 2 Car Communication Consortium 2008 [cited 2010 0602] Available from httpwwwcar-to-carorg
6 Gulhane V MR Tarambale and YP Nerkar A Scope for the Research and Development Activities on Electric Vehicle Technology in Pune City in Electric and Hybrid Vehicles 2006 ICEHV 06 IEEE Conference on 2006
7 Affanni A et al Battery Choice and Management for New-Generation Electric Vehicles 2005 8 Motors G Volt 2010 [cited 2010 0302] Available from
httpwwwchevroletcompagesopendefaultfuturevoltdo 9 SCHMIDHOFER A G ZHANG and H WEISS RANGE EXTENDER OPTIMISATION FOR
ELECTRICAL VEHICLES 2004 10 Juan W Dixon MOaEW Regenerative Braking for an Electric Vehicle Using
Ultracapacitors and a Buck-Boost Converter 11 Koyanagi F A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles 1998 12 INTELI Mobilidade Eleacutectrica 2010 [cited 2010 0902] Available from
httpwwwmobi-eptmobilidadehtml 13 Place B Battery switch stations support for long distance road trips 2010 [cited
2010 0902] Available from httpwwwbetterplacecomsolutioncharging 14 Portuguesa GdR Lanccedilada rede nacional de carregamento para Veiacuteculos Eleacutectricos
2009 [cited 2010 0802] Available from httpwwwportugalgovptptGC17GovernoMinisteriosMEIDocumentosPages20090629_MEI_Doc_Mobilidade_Electricaaspx
15 Mobile A autonet mobile 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwautonetmobilecom
24 - Referecircncias
16 Saravanan K AT and KRameshbabu A Middleware Architectural Framework for Vehicular Safety over VANET 2009
17 Ltd B-S LTE Connected Car 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwngconnectorgecosystemconnected-carhtm
18 Ahmed M et al Intra-vehicular Wireless Networks 19 CAR 2 CAR Communication Consortium Manifesto 2007 20 Coopers CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety 2008 [cited 2010 0802] 21 Froumltscher A and M Boumlhm Co-operative Systems for Intelligent Road Safety 2007 22 Chaari L N Masmoudi and L Kamoun Electronic control in electric vehicle based on
CAN network in Systems Man and Cybernetics 2002 IEEE International Conference on 2002
23 Corporation I In-Vehicle Infotainment [cited 2010 03-02] Available from httpwwwintelcomdesignembeddedinfotainmentindexhtm
v
Abstract
With the increasing penetration of new communication technologies in humanrsquos daily life
we have witnesses the need of a centralized management entity controlling all these new
components in order to enable the support of the new paradigms and life-style in particular
in Electric Vehicles The emergence of electric vehicles with their current features limited
mobility and need for new electronic systems and communication capabilities appear as the
main promoter of the adoption of new technologies not only to make the electric vehicle
lighter through better energy management but also to improve security in the road through
real-time communication between vehicles and between vehicles and infrastructure
This work addresses the development of a protocol to manage vehicles internal
communications specially oriented for electric vehicles in order to facilitate the
communications management and make these vehicles more efficient
This work makes a study of the technologic development that led to the actual
ldquowidespread productionrdquo of electric vehicles the challenges placed by these vehicles
regarding performance autonomy battery recharging and communications management that
are the main focus of this project
Key words Electric Vehicle Inter vehicular networks Intra vehicular networks
vii
Iacutendice
Capiacutetulo 1 1
Introduccedilatildeo 1 11 - Problema 2
12 - Objectivos 3
13 - Enquadramento 3
14 - Tecnologias 3
Capiacutetulo 2 5
Estado da arte 5 21 - Revoluccedilatildeo tecnoloacutegica para os carros eleacutectricos e overview dos mesmos -
constituiccedilatildeo interna 5
22 - Desafios actuais dos carros eleacutectricos - Performance vs gestatildeo do consumo e
autonomia 6
221 - Veiacuteculos com extensatildeo de autonomia 6 222 - Ultra-condensadores 7 223 - Carregamento 7 224 - Locais de carregamento 8
23 - Tecnologias de comunicaccedilatildeo 8
231 - WLAN 8 232 - InVANET 9 233 - Banda Larga Moacutevel 10 234 - Bluetoothtrade 10 235 - Sensores sem fios 10
24 - Consoacutercios 11
241 - Car 2 Car 11 242 - Coopers 12
25 - Sistemas de gestatildeo inovadores para gerir os diversos tipos de comunicaccedilatildeo 12
251 - CAN 12 252 - LIN bus 13 253 - Infotainment 13
26 - Conclusatildeo 13
Capiacutetulo 3 15
Plano de trabalho 15 31 - Requisitos 15
32 - Cenaacuterios de teste 15
viii - Introduccedilatildeo
viii
33 - Ferramentas 15
34 - Arquitectura 16
35 - Trabalho futuro 18
36 - Conclusatildeo 18
Capiacutetulo 4 21
Anexos 21 41 - Diagrama de Gantt do projecto 22
ix
Lista de figuras
Ilustraccedilatildeo 21ndash Relaccedilatildeo pesoenergia para baterias e geraccedilatildeo termodinacircmica 7
Ilustraccedilatildeo 22 ndash Sistema de In-Vehicle Infotainment da Intel 13
Ilustraccedilatildeo 31 ndash Arquitectura do sistema a desenvolver 17
Ilustraccedilatildeo 32 ndash Moacutedulos do sistema 18
xi
Lista de tabelas
Tabela 21 ndash Comparaccedilatildeo de veiacuteculos combustatildeo interna e eleacutectricos 5
Tabela 22 ndash Tabela resumo dos vaacuterios protocolos da norma 80211 9
Tabela 23 ndash Comparaccedilatildeo de velocidades das vaacuterias tecnologias de Banda Larga Moacutevel 10
Tabela 24 ndash Comparaccedilatildeo das normas de sensores sem fios 11
xiii
Abreviaturas e Siacutembolos
Lista de abreviaturas CAN Controller area network
EMC Electromagnetic compatibility
EV Electrical vehicle
GPRS General Packet radio service (25G)
GPS Global Positioning System
HSDPA High-Speed Downlink Packet Access
IC Internal combustion engine
InVANET Intelligent vehicular ad hoc network
LAN Local area network
LTE Long Term Evolution (quarta geraccedilatildeo moacutevel)
OBD On-Board Diagnostic designa um sistema de auto-diagnoacutestico disponiacutevel na
maioria dos veiacuteculos automoacuteveis que circulam actualmente nas estradas e
obrigatoacuterio na Europa e nos Estados Unidos para todos os veiacuteculos produzidos
desde 1996
PHEV Plug-in hybrid electric vehicle
RAM Random Access Memory
TIC Tecnologias de Informaccedilatildeo e Comunicaccedilatildeo
UMTS Universal Mobile Telecommunication System (3G)
VANET Vehicular Ad-Hoc Network
WLAN wireless local area network
Capiacutetulo 1
Introduccedilatildeo
No inicio do seacuteculo XX o uso de veiacuteculos eleacutectricos era mais frequente do que o uso dos
veiacuteculos a gasolina uma vez que nessa altura o desempenho dos veiacuteculos eleacutectricos era
superior agrave dos seus rivais Contudo a tecnologia dos veiacuteculos eleacutectricos da altura natildeo oferecia
autonomia suficiente para fazer viagens inter-cidades (autonomia de 50 km) o que levou agrave
quebra do interesse nesta tecnologia e o seu desenvolvimento foi quase nulo durante dezenas
de anos [1] Devido aos elevados custos das baterias dos veiacuteculos eleacutectricos [2] e agrave
maturidade dos veiacuteculos a gasolina que passaram a poder ser produzidos em massa com um
custo razoaacutevel fez com que estes dominassem o mercado
Apesar de serem desenvolvidos veiacuteculos eleacutectricos haacute 150 anos desde o iniacutecio do seacuteculo
XX natildeo existe uma grande aceitaccedilatildeo pelo puacuteblico em geral Actualmente esta situaccedilatildeo estaacute a
mudar devido a questotildees ambientais ao aumento do preccedilo do petroacuteleo e agrave dependecircncia
energeacutetica deste
Em 1999 apareceu o primeiro veiacuteculo hiacutebrido o Honda INSIGHT [3] Estes veiacuteculos tecircm um
menor consumo energeacutetico devido ao aproveitamento e utilizaccedilatildeo de energia eleacutectrica com a
mesma autonomia dos automoacuteveis movidos a combustiacuteveis foacutesseis podem ainda aproveitar a
energia da travagem para carregar as baterias Os veiacuteculos hiacutebridos mais recentes jaacute podem
carregar as baterias ligando o carro a uma tomada eleacutectrica satildeo os chamados plug-in hybrid
electric vehicle (PHEV) Para o utilizador um veiacuteculo hiacutebrido funciona de maneira igual ao
automoacutevel movido a combustiacutevel foacutessil o que faz com que actualmente os veiacuteculos hiacutebridos
sejam os veiacuteculos de estrada com baterias mais vendidos
Existe uma procura cada vez maior a alternativas ao veiacuteculo movido a combustiacuteveis
foacutesseis Com o grande investimento nacional em energias renovaacuteveis e ao facto de
actualmente o custo por quiloacutemetro de um veiacuteculo eleacutectrico ser aproximadamente trecircs vezes
menor ao custo por quiloacutemetro de um veiacuteculo a petroacuteleo o veiacuteculo eleacutectrico surge num
contexto favoraacutevel
2 - Introduccedilatildeo
Como o veiacuteculo eleacutectrico natildeo polui (no local onde circula - podendo existir poluiccedilatildeo
associada agrave geraccedilatildeo de electricidade utilizada para carregar as suas baterias) este diminui a
poluiccedilatildeo nas cidades e nas vias de comunicaccedilatildeo Devido ao grande investimento nacional em
energias renovaacuteveis que representam cerca de um terccedilo do total da energia eleacutectrica
produzida e ao aumento dos paineacuteis solares instalados em habitaccedilotildees [4] o impacto
ambiental do carregamento de veiacuteculos eleacutectricos tem o potencial para ser muito menor do
que nos veiacuteculos convencionais podendo em alguns casos ser mesmo nulo
Nas uacuteltimas deacutecadas vaacuterias marcas desenvolveram protoacutetipos de veiacuteculos eleacutectricos mas
nenhum chegou a ser produzido em seacuterie O actual preccedilo do petroacuteleo o seu pico ocorrido a
meio do ano de 2008 e a capacidade tecnoloacutegica associada ao desenvolvimento das baterias
(nomeadamente no aumento da energia por peso e a diminuiccedilatildeo do tempo de
recarregamento) justificam o lanccedilamento comercial dos veiacuteculos eleacutectricos
11 - Problema
Ao niacutevel das novas tecnologias em particular das Tecnologias de Informaccedilatildeo e
Comunicaccedilatildeo (TIC) assiste-se a uma contiacutenua penetraccedilatildeo em todos os sectores e que
recentemente se comeccedila a assistir tambeacutem nos automoacuteveis (desde os GPS sistemas matildeos
livres leitor de DVD) mesmo as iniciativas de promoccedilatildeo de comunicaccedilatildeo ldquocar-to-car
comunicationsrdquo [5] que procuram aumentar a seguranccedila dos condutores entram nesta
tendecircncia Actualmente ocorrem muitos acidentes que poderiam ser evitados se existisse um
sistema de comunicaccedilatildeo nos veiacuteculos O congestionamento tambeacutem poderia beneficiar de um
sistema deste tipo
Existe um problema econoacutemico e ambiental devido ao petroacuteleo Por outro lado os
veiacuteculos eleacutectricos satildeo (haacute muitos anos) uma alternativa aos veiacuteculos tradicionais sendo que
agora temos tecnologia mais desenvolvida (directa e indirectamente ligada ao veiacuteculo) e
parece existir vontade poliacutetica Ainda que os veiacuteculos eleacutectricos actuais apresentem
limitaccedilotildees de autonomia e novos sistemas eleacutectricoselectroacutenicos que necessitam de um
sistema de gestatildeo eficiente estes podem beneficiar dos desenvolvimentos das
TICs para ultrapassar estes desafios
Assim dado o actual contexto e a introduccedilatildeo dos veiacuteculos eleacutectricos que se apresentam
como potenciais beneficiadores das TICs este trabalho procura desenvolver um sistema de
gestatildeo interno ao veiacuteculo que seja capaz de colaborar na gestatildeo destes diversos tipos de
comunicaccedilatildeo que ocorrem nos veiacuteculos (ie comunicaccedilatildeo entre elementos internos ao
veiacuteculo e comunicaccedilatildeo de elementos internos com externos) particularmente orientado ao
contexto de veiacuteculo eleacutectrico de forma a facilitar a sua adopccedilatildeo e colaborar no aumento da
sua mobilidade
3
12 - Objectivos
Desenvolver um sistema de gestatildeo de comunicaccedilatildeo para veiacuteculos eleacutectricos baseado em
tecnologias adequadas ao contexto Este deve controlar e monitorizar o fluxo de energia
entre ceacutelulas acumuladoras baterias motores e o circuito eleacutectrico deve comunicar com o
computador do utilizador quando estaacute estacionado em casa e deve conseguir utilizar diversas
tecnologias de forma a permitir o acesso agrave Internet quer para comunicar ao utilizador o
estado das baterias quer para disponibilizar acesso a conteuacutedos A informaccedilatildeo recolhida deve
ainda ser armazenada para poder ser transmitida para elementos externos quando tal for
necessaacuteriodesejado
13 - Enquadramento
O principal problema dos Veiacuteculos Eleacutectricos (ldquoElectric Vehiclesrdquo ndash EV) eacute o armazenamento
de energia devido ao custo e relaccedilatildeo pesopotencia das baterias ser alto Para minimizar este
problema eacute necessaacuterio um sistema de gestatildeo para controlar o fluxo de energia Este sistema
deve estar preparado para aceitar diversos tipos de componentes que aumentem a autonomia
e o desempenho do veiacuteculo tais como ultra-condensadores extensatildeo de autonomia com motor
a combustatildeo troca de baterias paineacuteis solares etc
Um veiacuteculo eleacutectrico eacute alimentado pela energia eleacutectrica armazenada nele Para mover
um veiacuteculo deste tipo eacute necessaacuterio pelo menos um motor eleacutectrico Estes novos componentes
necessitam de uma boa gestatildeo para o veiacuteculo eleacutectrico se tornar uma alternativa aos veiacuteculos
a combustatildeo ldquoThe battery bank controller and motor must have excellent efficiency
adequate capacity and low weight along with regenerative compatibilityrdquo [6]
Com a necessidade de integrar as vaacuterias tecnologias existentes no veiacuteculo e outras que
fazem parte do dia-a-dia das pessoas (GPS telemoacuteveis serviccedilos de ligaccedilatildeo agrave Internet etc) e
tambeacutem as novas tecnologias necessaacuterias agrave operaccedilatildeo de um veiacuteculo eleacutectrico surge a
necessidade da criaccedilatildeo de um sistema que os interligue permitindo assim uma gestatildeo mais
eficaz e com mais funcionalidades
14 - Tecnologias
As tecnologias que vatildeo ser abordadas satildeo CAN redes de sensores sem fios Internet
atraveacutes de protocolos Wi-Fi (80211) e UMTS e ainda comunicaccedilatildeo entre veiacuteculos (inVANET)
Estas tecnologias iratildeo ser abordadas em detalhe no proacuteximo capiacutetulo
Capiacutetulo 2
Estado da arte
Neste capiacutetulo apresentam-se as inovaccedilotildees tecnoloacutegicas que levaram ao aparecimento dos
veiacuteculos eleacutectricos os problemas actuais destes veiacuteculos os seus componentes e formas de os
gerir
Um dos principais factores que justificam um sistema de comunicaccedilatildeo que interligue todo
o veiacuteculo eacute o facto de nos uacuteltimos anos muitos sistemas mecacircnicos terem vindo a evoluir para
electroacutenicos Os componentes mecacircnicos natildeo possibilitavam uma gestatildeo centralizada os
componentes electroacutenicos aleacutem de funcionarem melhor podem interagir resultando em novas
funcionalidades e numa maior eficiecircncia
21 - Revoluccedilatildeo tecnoloacutegica para os carros eleacutectricos e overview
dos mesmos - constituiccedilatildeo interna
Os principais factores que contribuem para o desenvolvimento de carros eleacutectricos satildeo os
veiacuteculos eleacutectricos natildeo poluem no seu funcionamento e como satildeo mais eficientes satildeo mais
ecoloacutegicos o custo por km eacute menor e diminuem a dependecircncia energeacutetica de outros paiacuteses
Na tabela seguinte podemos observar as principais diferenccedilas entre os dois tipos de
veiacuteculos [6]
Tabela 21 ndash Comparaccedilatildeo de veiacuteculos combustatildeo interna e eleacutectricos
Feature Electric vehicles IC Engine vehicles
Prime mover Electric motor IC engine
Powered by Charged battery ultra
capacitors Diesel Petrol
Self weight High due to battery bank Low as compared to EV
Power Transmission Both mechanical as well
as electrical Mechanical
6 - Estado da arte
Braking system Regenerative braking Friction braking
Efficiency High Low
Eco friendly Yes No
Initial cost High Average
Running cost Low Very high
As diferenccedilas entre os dois tipos de veiacuteculos na perspectiva do utilizador satildeo tempo de
carregamento um custo de deslocaccedilatildeo menor mas um custo do veiacuteculo mais elevado - este
custo poderaacute vir a baixar caso sejam criados benefiacutecios fiscais para este tipo de veiacuteculos
Os veiacuteculos eleacutectricos vatildeo beneficiar da tecnologia actual dos veiacuteculos hiacutebridos que jaacute satildeo
produzidos em massa Os dois tipos de veiacuteculos tecircm pontos em comum pelo menos um motor
eleacutectrico baterias para o alimentar e um sistema de travagem regenerativa
22 - Desafios actuais dos carros eleacutectricos - Performance vs
gestatildeo do consumo e autonomia
Os requisitos para uma bateria ideal satildeo grande densidade de energia (menor peso) alta
potecircncia longa vida eficiecircncia de cargadescarga eficiecircncia a qualquer temperatura auto-
descarga miacutenima baixa resistecircncia de entrada sem memoacuteria alto grau de seguranccedila boa
fiabilidade baixo custo e reciclaacutevel [7] Como as baterias ideais natildeo existem nos pontos
seguintes satildeo apresentadas soluccedilotildees para lidar com as limitaccedilotildees das baterias
221 - Veiacuteculos com extensatildeo de autonomia
Actualmente existem veiacuteculos eleacutectricos que tecircm uma extensatildeo de autonomia fornecida
por um motor de combustatildeo como eacute o caso do Chevrolet Volt [8] Estes veiacuteculos funcionam
como EV durante a duraccedilatildeo das baterias Posteriormente recorrem agrave energia eleacutectrica
produzida pelo motor de combustatildeo usado como gerador mesmo assim este processo eacute mais
eficiente que usar o motor a combustatildeo para mover o veiacuteculo Devido ao motor a combustatildeo
natildeo ser usado para mover o veiacuteculo natildeo precisa de ter tanta cilindrada como os presentes nos
veiacuteculos hiacutebridos tendo a vantagem de ser mais pequeno e mais leve
7
Ilustraccedilatildeo 21ndash Relaccedilatildeo pesoenergia para baterias e geraccedilatildeo termodinacircmica
A figura acima [9] justifica a presenccedila de um motor a combustatildeo para gerar electricidade
num veiacuteculo eleacutectrico No iniacutecio da linha da energia termodinacircmica podemos observar o peso
adicional devido ao motor mas este natildeo eacute desvantajoso porque a quantidade de energia por
peso da gasolina eacute bastante maior do que a das baterias Apesar da relaccedilatildeo pesoenergia nas
baterias ser inferior ao pesoenergia da gasolina eacute mais econoacutemico carregar as baterias e eacute
possiacutevel aproveitar a energia das travagens
222 - Ultra-condensadores
Os ultra-condensadores satildeo uma nova tecnologia que permite armazenar vinte vezes mais
energia que um condensador normal O objectivo principal dos ultra-condensadores nos
veiacuteculos eleacutectricos eacute o de permitir maiores travagens e aceleraccedilotildees com perdas de energia
miacutenimas devido a este conseguir carregar e descarregar muito mais rapidamente que uma
bateria Os ultra-condensadores natildeo perdem desempenho ao carregar e descarregar durando
toda a vida uacutetil do veiacuteculo sendo por isso mais ecoloacutegicos que as baterias [10]
223 - Carregamento
Devido agrave elevada potecircncia necessaacuteria para carregar um veiacuteculo eleacutectrico (que pode ser
ligado e desligado da rede eleacutectrica rapidamente) e devido agraves fontes de energia renovaacuteveis
fornecerem energia irregularmente os veiacuteculos eleacutectricos devem ter a capacidade de
poderem ser usados como geradores em determinados momentos (ie fornecerem energia agrave
rede para a estabilizar ou satisfazer picos de procura)
Uma soluccedilatildeo para aproveitar melhor as energias renovaacuteveis eacute armazenar o excesso de
energia gerado por estas durante a noite e injecta-la durante o dia diminuindo assim a
utilizaccedilatildeo de combustiacuteveis foacutesseis Este meacutetodo eacute tambeacutem vantajoso para o utilizador uma
vez que a energia durante o dia eacute mais cara do que agrave noite
8 - Estado da arte
Um problema que poderaacute existir devido aos diferentes custos da electricidade ao longo do
dia eacute um nuacutemero excessivo de veiacuteculos comeccedilarem a carregar simultaneamente no momento
de transiccedilatildeo de hora de cheio para vazio Uma soluccedilatildeo eacute proposta por Fumiko Koyanagi no
paper A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles
[11] que se baseia em criar diversas zonas eleacutectricas com comeccedilo da hora de vazio a horas
diferentes
224 - Locais de carregamento
Existem actualmente trecircs meacutetodos para carregar um EV ou PHEV
Carregamento raacutepido este tipo natildeo eacute o mais eficiente em termos energeacuteticos
mas permite carregar o veiacuteculo entre 20 a 30 minutos [12] (este valor tende a
diminuir com o avanccedilo da tecnologia) O utilizador poderaacute optar por natildeo
carregar totalmente o veiacuteculo neste caso o tempo de carregamento eacute menor
Este tipo de carregamento seraacute feito em estaccedilotildees de carregamento
Carregamento lento eacute mais eficiente que o carregamento raacutepido mas
demora mais tempo a carregar o veiacuteculo Como natildeo eacute expectaacutevel que o
utilizador do veiacuteculo espere no veiacuteculo ateacute que ele carregue este tipo de
carregamento estaacute a ser pensado para locais onde que o utilizador permaneccedila
por um ldquolongordquo periacuteodo de tempo como em casa trabalho parques de
estacionamento puacuteblico hoteacuteis e centros comerciais
Troca de baterias eacute tatildeo raacutepido como abastecer um veiacuteculo normal este tipo
eacute o adequado a veiacuteculos de emergecircncia e a veiacuteculos que permaneccedilam pouco
tempo parados [13]
Em Portugal jaacute existem 100 pontos de carregamento e estatildeo previstos 1300 em 2011 [14]
ldquoA entidade Gestora Mobi-E integraraacute as vaacuterias empresas Comercializadoras da Mobilidade
Eleacutectrica e asseguraraacute que o abastecimento pode ser efectuado em qualquer ponto existente
no paiacutes de forma a garantir uma rede aberta universal e focada no utilizadorrdquo [14]
23 - Tecnologias de comunicaccedilatildeo
Os veiacuteculos futuros no qual se pode inserir os EVs devem poder estar ligados agrave Internet
para oferecer conteuacutedos multimeacutedia aos ocupantes do veiacuteculo reservar lugares em estaccedilotildees
de carregamento usar o GPS para calcular o melhor caminho com base em informaccedilatildeo do
tracircnsito em tempo real aumentar a seguranccedila nas estradas e transferir dados do utilizador
recorrendo quer a comunicaccedilatildeo entre veiacuteculos quer com infra-estrutura etc
231 - WLAN
Uma wireless local area network nomeadamente as normas 80211 permitem uma ligaccedilatildeo
de banda larga agrave Internet (eg ao automoacutevel e a dispositivos moacuteveis do utilizador) No caso
de uma rede WLAN numa estaccedilatildeo de carregamento o condutor pode deixar o carro a carregar
e ver no seu telemoacutevel o estado das baterias O automoacutevel tambeacutem poderaacute ligar-se a redes
WLAN jaacute existentes e usar esta tecnologia para comunicar com os outros veiacuteculos Como a
tecnologia WLAN eacute amplamente usada os seus equipamentos satildeo de baixo custo Actualmente
9
existe uma empresa que disponibiliza no mercado norte-americano um serviccedilo que usa
Internet UMTS para disponibilizar Internet por WLAN dentro e num raio a volta do veiacuteculo
[15]
Frequecircncias usadas na norma 80211
5GHz ndash Em locais que a gama dos 24GHz esteja sobrelotada o protocolo 80211a pode ser
mais raacutepido que os protocolos 80211g e 80211n devido a haver menores interferecircncias No
entanto esta frequecircncia sofre uma maior atenuaccedilatildeo quando existem obstaacuteculos Os veiacuteculos
devem estar preparados para se ligarem nestas duas gamas de frequecircncias para o caso de uma
das gamas estar sobrelotada
24GHz - Nesta gama existem os protocolos 80211b 80211g e 80211n o 80211b eacute o
protocolo com maior alcance mas uma rede a funcionar em 80211g ou 80211n transita
automaticamente para 80211b caso o sinal seja fraco pelo que a rede deve estar
configurada para se ligar por g ou n O 80211n tem a vantagem de usar a tecnologia MIMO
que usa vaacuterias antenas para aumentar a qualidade do sinal sem aumentar nem a potecircncia nem
a largura de banda
58GHz ndash O protocolo 80211p ainda natildeo existe em fase final mas permite aos veiacuteculos
usar uma frequecircncia exclusiva e funcionar numa inVANET que eacute descrita no ponto seguinte
Este protocolo como estaacute vocacionado para veiacuteculos em movimento consegue estabelecer
ligaccedilotildees mais rapidamente e tem um menor tempo de atraso que os protocolos descritos
anteriormente
Tabela 22 ndash Tabela resumo dos vaacuterios protocolos da norma 80211
Norma 80211 Velocidade maacutexima
(Mbps) Existente no mercado Frequecircncias (GHz)
a 54 Sim 5
b 11 Sim 24
g 54 Sim 24
n 600 Sim 24
p Natildeo 58
O protocolo ideal a adoptar nesta fase seria o 80211n uma vez que eacute o mais raacutepido e
suporta tecnologia MIMO (que permite uma maior resistecircncia a interferecircncias) Caso este natildeo
esteja disponiacutevel deve-se usar o 80211g se houver interferecircncia com outras redes vizinhas
deve ser usado o 80211a Quando o protocolo 80211p estiver disponiacutevel este deve ser a
escolha principal jaacute que usa uma frequecircncia exclusiva este protocolo eacute indicado para o uso
em estrada devido aos veiacuteculos estarem em movimento
232 - InVANET
Uma wireless ad hoc network eacute uma rede sem fios descentralizada ou seja natildeo existe um
ou mais APrsquos a que todos os clientes se ligam Estas redes natildeo satildeo tatildeo fiaacuteveis devido agraves
colisotildees no acesso ao meio a situaccedilatildeo piora em situaccedilotildees moacuteveis em que as tabelas de
encaminhamento estatildeo sempre a mudar Para reduzir estes problemas foi criada uma
10 - Estado da arte
Vehicular Ad-Hoc Network (VANET) que eacute uma forma de rede moacutevel ad-hoc vocacionada para
o uso em veiacuteculos
Uma Intelligent vehicular ad hoc network (InVANET) eacute uma implementaccedilatildeo de uma VANET
vocacionada para a seguranccedila nas estradas Para diminuir os acidentes nas estradas esta rede
propotildee a troca de paracircmetros entre veiacuteculos proacuteximos ou entre veiacuteculos e a infra-estrutura
tais como mudanccedila de velocidade mudanccedila de faixa de rodagem e condiccedilotildees da via Outros
cenaacuterios de seguranccedila visados por esta rede satildeo o controlo do congestionamento e informar a
poliacutecia em casos de roubo ou fuga do local do acidente [16]
233 - Banda Larga Moacutevel
Tabela 23 ndash Comparaccedilatildeo de velocidades das vaacuterias tecnologias de Banda Larga Moacutevel
Tecnologia Velocidade maacutexima de download
GPRS (25G) 2368 kbits
UMTS (3G) 384 kbits
HSDPA (35G) 216 Mbits
A velocidade de 216 Mbits do HSPDA refere-se agrave velocidade maacutexima em Portugal o
HSPDA estaacute disponiacutevel na maior parte dos centros urbanos existe cobertura por UMTS em
praticamente todo o territoacuterio nacional Ao sair de uma aacuterea coberta por HSDPA eacute feito
handhover automaticamente para GPRS ou UMTS
Jaacute existem protoacutetipos para a utilizaccedilatildeo da quarta geraccedilatildeo moacutevel em automoacuteveis [17] que
permite aos ocupantes do veiacuteculo uma Internet mais raacutepida e a possibilidade de trabalhar em
nuvem
234 - Bluetoothtrade
O Bluetooth eacute uma tecnologia sem fios usada para ligar telemoacuteveis entre si e ligar
dispositivos a telemoacuteveis e a computadores Em alguns veiacuteculos esta tecnologia jaacute estaacute
implementada permitindo fornecer um serviccedilo de matildeos livres
Esta tecnologia poderaacute ser usada para comunicaccedilatildeo entre o veiacuteculo e a estaccedilatildeo de
carregamento transferir dados de ligar vaacuterios tipos de dispositivos moacuteveis do utilizador
235 - Sensores sem fios
Os sensores sem fios podem permitir diminuir o peso complexidade e custo do sistema de
sensores tambeacutem permitem colocar sensores em locais de difiacutecil acesso por cabo (por
exemplo pressatildeo dos pneus) Esta rede de sensores necessita ter baixa latecircncia e alta
fiabilidade natildeo sendo orientada para elevadas taxas de transmissatildeo de dados nem periacuteodos
de actividade elevados Protocolos possiacuteveis para uma rede de sensores sem fios no veiacuteculo
ZigBeetrade - Eacute um protocolo da camada de rede e aplicaccedilatildeo para criar uma rede infra-
estruturada de sensores sem fios O ZigBee fornece uma simples e confiaacutevel rede sem
fios multi-salto com a capacidade de suportar vaacuterias aplicaccedilotildees em simultacircneo
UWB - Eacute um sistema raacutedio de baixas emissotildees para curto alcance de alta velocidade
RFID ndash Eacute um protocolo sem fios para a identificaccedilatildeo de uma pessoa ou objecto
Existem identificadores passivos que natildeo precisam de bateria e que tem um alcance
de alguns centiacutemetros e activos que necessitam de uma fonte de energia que podem
comunicar ate alguns metros
11
A tabela seguinte [18] faz uma comparaccedilatildeo de possiacuteveis normas de comunicaccedilatildeo para
sensores sem fios
Tabela 24 ndash Comparaccedilatildeo das normas de sensores sem fios
O sistema RFID soacute seraacute uacutetil como identificador do veiacuteculo (eg estaccedilatildeo de abastecimento)
mas caso exista um sistema WLAN este seraacute preferiacutevel para identificar o veiacuteculo O ZigBee e o
UWB satildeo os mais indicados para uma rede de sensores mas devido ao tempo menor de
inicializaccedilatildeo e menor consumo energeacutetico a tecnologia ZigBee seraacute preferiacutevel
24 - Consoacutercios
241 - Car 2 Car
Este consoacutercio [5] tem como objectivo criar uma norma para um sistema de comunicaccedilotildees
cooperativo inter-veiacuteculos e entre veiacuteculos e infra-estrutura a funcionar numa banda de
frequecircncias livres e exclusivas para estas aplicaccedilotildees Este sistema eacute importante para prevenir
os acidentes o congestionamento e comunicar com estaccedilotildees de abastecimento
12 - Estado da arte
Este sistema eacute especialmente uacutetil em situaccedilotildees de baixa visibilidade para os veiacuteculos
prioritaacuterios e para avisar antecipadamente quando um veiacuteculo tem as luzes de emergecircncia
ligadas ou haacute obras No caso de um acidente que bloqueie a estrada o sistema poderaacute avisar
com antecedecircncia suficiente para o GPS calcular uma rota alternativa
Este sistema pode usar trecircs tipos de comunicaccedilatildeo [19]
IEEE 80211p
IEEE 80211abgn
GPRS ou UMTS
242 - Coopers
CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety eacute um consoacutercio que visa fornecer aos
veiacuteculos e condutores informaccedilatildeo em tempo real sobre o estado da via de maneira a
aumentar a seguranccedila na estrada [20] o objectivo do consoacutercio eacute rdquo To define develop and
test new safety related services equipment and applications using two way communication
between road infrastructure and vehicles from a traffic management perspective COOPERS
will build upon existing equipment and infrastructure as far as possible to incorporate bi-
directional infrastructure-vehicle links as an open standardised wireless communication
technology The role of motorway operators in offering and retrieving safety relevant and
traffic management information for specific road segments on European motorways based on
infrastructure and in-vehicle data will be investigatedrdquo [21] O sistema incorpora um
receptor GPS estaacute ligado ao CAN e comunica por WLAN e UMTSGPRS
25 - Sistemas de gestatildeo inovadores para gerir os diversos tipos
de comunicaccedilatildeo
Actualmente haacute um grande nuacutemero de funccedilotildees automoacuteveis controladas por computador O
uso de um cabo dedicado a cada dispositivo com o nuacutemero crescente de sistemas deixa de ser
praacutetico
251 - CAN
Uma soluccedilatildeo eacute o uso de redes LAN que permite a multiplexaccedilatildeo dos dados Com esta
soluccedilatildeo eacute possiacutevel[22] Reduzir o nuacutemero de cabos
Reduzir o custo e o peso
Melhorar a fiabilidade e facilitar a instalaccedilatildeo
Partilhar os dados recolhidos dos sensores por vaacuterios dispositivos
Alterar ou adicionar funccedilotildees por software
Detectar e corrigir erros causados por interferecircncia electromagneacutetica
As mensagens que circulam na rede CAN tecircm um valor numeacuterico que indica a prioridade
da mensagem isto permite tratar informaccedilatildeo criacutetica sem atraso A versatilidade do CAN
permite controlar vaacuterios tipos de dispositivos num veiacuteculo
13
252 - LIN bus
O Local Interconnect Network (LIN) bus eacute uma alternativa mais barata e simples ao CAN Pode
ser usada em subsistemas natildeo criacuteticos que nem precisem de comunicaccedilatildeo em tempo real nem
altas velocidades
253 - Infotainment
Esta plataforma interliga trecircs aacutereas
Entretimento nos bancos traseiros
RaacutedioCD e navegaccedilatildeo
Comunicaccedilatildeo interna e externa
Ilustraccedilatildeo 22 ndash Sistema de In-Vehicle Infotainment da Intel
A plataforma da Intel [23] permite num soacute hardware juntar vaacuterias tecnologias que
normalmente se apresentam separadas num automoacutevel
26 - Conclusatildeo
Actualmente assiste-se a introduccedilatildeo contiacutenua de veiacuteculos totalmente eleacutectricos no
mercado ainda que com autonomias substancialmente inferiores aos veiacuteculos a combustiacuteveis
foacutesseis Os veiacuteculos ldquoeleacutectricosrdquo mais vendidos actualmente satildeo os veiacuteculos hiacutebridos que
podem carregar as baterias com as travagens e usam um motor eleacutectrico como suporte em
momentos concretos (eg a velocidades abaixo dos 50 kmh eou para fornecer potecircncia
extra ao motor de combustatildeo em momentos de forte aceleraccedilatildeo etc - a estrateacutegia varia de
fabricante para fabricante) Os veiacuteculos hiacutebridos satildeo mais econoacutemicos que os veiacuteculos movidos
14 - Estado da arte
somente a motor de combustatildeo e continuam a beneficiar do motor a gasolina para aumentar
a sua autonomia ndash eacute como se procurassem o melhor dos dois mundos Alguns destes veiacuteculos jaacute
podem ser carregados pela rede eleacutectrica que para pequenas distancias se comportam como
veiacuteculos totalmente eleacutectricos
Capiacutetulo 3
Plano de trabalho
31 - Requisitos
Requisitos funcionais
Quando disponiacutevel Internet por WLAN o sistema deve desligar o HSPDAUMTS
Devem aparecer no ecratilde LCD as informaccedilotildees recebidas do exterior sobre
seguranccedila na estrada em que o veiacuteculo se encontre
O veiacuteculo deve enviar informaccedilotildees sobre o estado do piso aos veiacuteculos que se
encontram atraacutes
O sistema deve ter alojado um Web site com informaccedilotildees sobre o estado do
veiacuteculo (nomeadamente do estado das baterias)
Requisitos de performance
Quando for recebida uma mensagem importante do exterior esta deve aparecer
no LCD em menos de 100ms
32 - Cenaacuterios de teste
Tempo desde um acidente agrave frente do veiculo ateacute ser recebida a informaccedilatildeo e
informado o condutor Este teste verifica
Numa rede a ser usada toda a sua capacidade com vaacuterios veiacuteculos medir o tempo
desde que ocorre um acidente ateacute o condutor ser informado Este cenaacuterio serve para avaliar a
qualidade do QoS
Visualizaccedilatildeo sem falhas de um viacutedeo em streaming
Duraccedilatildeo das baterias em vaacuterios cenaacuterios
33 - Ferramentas
Actualmente estatildeo a ser testadas diversas tecnologias para diversos fins havendo a
possibilidade de alteraccedilatildeo ao longo do desenvolvimento do trabalho
O Matlab pode ser usado para simular a duraccedilatildeo das baterias
16 - Plano de trabalho
Linux ndash possiacutevel ambiente de teste (e g no caso de se usar um router) No final do
trabalho poderaacute ser criado um DVD com Linux e o sistema desenvolvido para instalar num mini
PC a colocar no veiacuteculo
VMware ndash possiacutevel software de virtualizaccedilatildeo que permite definir a velocidade do
processador e a quantidade de memoacuteria RAM sendo assim possiacutevel testar o desempenho do
sistema num ambiente com as caracteriacutesticas do mini PC a ser colocado no veiacuteculo
Para a programaccedilatildeo vai ser usado CC++ devido a ser uma linguagem leve caso seja
necessaacuterio programar o router Para o desenvolvimento do sistema a ser instalado no mini PC
vai ser usada a linguagem java usando o SDK eclipse O java apesar de ser um pouco mais
lento que o C++ eacute muito mais adequado para a programaccedilatildeo com sockets e tem um melhor
tratamento de erros
O servidor apache vai ser usado para a criaccedilatildeo de uma paacutegina Web no veiacuteculo a qual soacute
tem acesso quem o utilizador quiser Esta paacutegina disponibiliza informaccedilatildeo diversa sobre o
veiacuteculo nomeadamente o estado das baterias e transferir dados tais como filmes e fazer
configuraccedilotildees ao veiacuteculo
34 - Arquitectura
A figura em baixo ilustra uma possiacutevel arquitectura para o sistema proposto
17
Mini PC
Router UMTS
Switch
Dispositivos moacuteveis do utilizador LCD nos
bancos traseiros
Dispositivos para os
passageiros
LCD na consola
central
Dispositivos para o
condutor
GPS
Internet CAN
CT
Sensores natildeo
incluiacutedos no CAN
CasaEstaccedilatildeo de
carregamento
Ilustraccedilatildeo 31 ndash Arquitectura do sistema a desenvolver
Para este sistema funcionar soacute precisa do mini PC ao qual estaacute ligado um switch (o switch
poderaacute estar incorporado noutro componente como o router ou o AP) O sistema funciona de
forma escalaacutevel podendo funcionar sem qualquer um dos outros componentes
18 - Plano de trabalho
Sistema
principal
Comunicaccedilatildeo
Sensores
Ligaccedilatildeo ao
CAN
WLAN
UMTS
sem fios
com fios
EV
powertrain
CAN
Controlador do motor baterias e ultra-condensador
Infotainment
Servidor Web
Ilustraccedilatildeo 32 ndash Moacutedulos do sistema
O sistema vai ser escalaacutevel permitindo adicionarremoveralterar moacutedulos facilitando
assim a compatibilidade com novas tecnologias
35 - Trabalho futuro
O ldquoanexo 41 - Diagrama de Gantt do projectordquo mostra a planificaccedilatildeo para a dissertaccedilatildeo
Nos dias seguintes agrave entrega deste relatoacuterio vatildeo ser definidos objectivos semanais para a
dissertaccedilatildeo O primeiro moacutedulo a ser desenvolvido seraacute o do Web site atraveacutes do qual seraacute
possiacutevel monitorizar o estado das baterias e fazer algumas configuraccedilotildees ao veiacuteculo
36 - Conclusatildeo
As actuais barreiras agrave adopccedilatildeo de veiacuteculos eleacutectricos satildeo a autonomia a relaccedilatildeo
pesoenergia e o custo das baterias A dissertaccedilatildeo poderaacute abordar o fluxo de energia entre os
componentes do veiacuteculo e a integraccedilatildeo dos componentes eleacutectricoselectroacutenicos existentes
actualmente e os novos necessaacuterios agrave operaccedilatildeo de um EV
A melhor maneira de aumentar a autonomia de um EV eacute usar um motor termodinacircmico a
gerar electricidade quando a energia das baterias acabar esta soluccedilatildeo em comparaccedilatildeo com a
19
adiccedilatildeo de mais baterias eacute mais econoacutemica resulta num menor peso para o veiacuteculo e eacute
possiacutevel abastecer o veiacuteculo como um veiacuteculo com motor a combustatildeo interna
A inclusatildeo de um ultra-condensador permite melhorar a capacidade de absorccedilatildeo de
energia numa travagem aumentar a aceleraccedilatildeo do veiacuteculo e aumentar o tempo de vida das
baterias
Os novos veiacuteculos deveratildeo ter um sistema de comunicaccedilatildeo inVANET para comunicaccedilatildeo
entre eles e com a infra-estrutura para aumentar a seguranccedila e diminuir o congestionamento
das estradas
O uso de uma plataforma de infotainment permite reduzir o hardware presente no veiacuteculo
integrando vaacuterias tecnologias multimeacutedia
Os novos sensores a colocar no veiacuteculo soacute seratildeo sem fio caso natildeo seja possiacutevel liga-los por
fios (eg sensores de pressatildeo nos pneus) devido a possiacuteveis interferecircncias e atrasos na
comunicaccedilatildeo
O sistema CAN pode funcionar em paralelo ao sistema a desenvolver garantindo assim
tempos de resposta garantidamente baixos em aacutereas criacuteticas do sistema
Capiacutetulo 4
Anexos
41 - Diagrama de Gantt do projecto
Referecircncias
1 Situ L Electric Vehicle Development The Past Present amp Future 2001 2 SCHALLENBERG RH Prospects for the Electric Vehicle A Historical Perspective 1980 3 Motor H Honda Introduces the INSIGHT a Hybrid Car that Offers the Worlds Lowest
Fuel Consumption for a Mass-Produced Gasoline-Powered Vehicle 1999 [cited 2010 0802] Available from httpworldhondacomnews19994990906chtml
4 Craveiro C Investimento em paineacuteis solares ascende a 167 milhotildees 2010 [cited 2010 01-02] Available from httpwwwenergiasrenovaveiscomDetalheNoticiasaspID_conteudo=357ampID_area=8
5 Car 2 Car Communication Consortium 2008 [cited 2010 0602] Available from httpwwwcar-to-carorg
6 Gulhane V MR Tarambale and YP Nerkar A Scope for the Research and Development Activities on Electric Vehicle Technology in Pune City in Electric and Hybrid Vehicles 2006 ICEHV 06 IEEE Conference on 2006
7 Affanni A et al Battery Choice and Management for New-Generation Electric Vehicles 2005 8 Motors G Volt 2010 [cited 2010 0302] Available from
httpwwwchevroletcompagesopendefaultfuturevoltdo 9 SCHMIDHOFER A G ZHANG and H WEISS RANGE EXTENDER OPTIMISATION FOR
ELECTRICAL VEHICLES 2004 10 Juan W Dixon MOaEW Regenerative Braking for an Electric Vehicle Using
Ultracapacitors and a Buck-Boost Converter 11 Koyanagi F A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles 1998 12 INTELI Mobilidade Eleacutectrica 2010 [cited 2010 0902] Available from
httpwwwmobi-eptmobilidadehtml 13 Place B Battery switch stations support for long distance road trips 2010 [cited
2010 0902] Available from httpwwwbetterplacecomsolutioncharging 14 Portuguesa GdR Lanccedilada rede nacional de carregamento para Veiacuteculos Eleacutectricos
2009 [cited 2010 0802] Available from httpwwwportugalgovptptGC17GovernoMinisteriosMEIDocumentosPages20090629_MEI_Doc_Mobilidade_Electricaaspx
15 Mobile A autonet mobile 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwautonetmobilecom
24 - Referecircncias
16 Saravanan K AT and KRameshbabu A Middleware Architectural Framework for Vehicular Safety over VANET 2009
17 Ltd B-S LTE Connected Car 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwngconnectorgecosystemconnected-carhtm
18 Ahmed M et al Intra-vehicular Wireless Networks 19 CAR 2 CAR Communication Consortium Manifesto 2007 20 Coopers CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety 2008 [cited 2010 0802] 21 Froumltscher A and M Boumlhm Co-operative Systems for Intelligent Road Safety 2007 22 Chaari L N Masmoudi and L Kamoun Electronic control in electric vehicle based on
CAN network in Systems Man and Cybernetics 2002 IEEE International Conference on 2002
23 Corporation I In-Vehicle Infotainment [cited 2010 03-02] Available from httpwwwintelcomdesignembeddedinfotainmentindexhtm
vii
Iacutendice
Capiacutetulo 1 1
Introduccedilatildeo 1 11 - Problema 2
12 - Objectivos 3
13 - Enquadramento 3
14 - Tecnologias 3
Capiacutetulo 2 5
Estado da arte 5 21 - Revoluccedilatildeo tecnoloacutegica para os carros eleacutectricos e overview dos mesmos -
constituiccedilatildeo interna 5
22 - Desafios actuais dos carros eleacutectricos - Performance vs gestatildeo do consumo e
autonomia 6
221 - Veiacuteculos com extensatildeo de autonomia 6 222 - Ultra-condensadores 7 223 - Carregamento 7 224 - Locais de carregamento 8
23 - Tecnologias de comunicaccedilatildeo 8
231 - WLAN 8 232 - InVANET 9 233 - Banda Larga Moacutevel 10 234 - Bluetoothtrade 10 235 - Sensores sem fios 10
24 - Consoacutercios 11
241 - Car 2 Car 11 242 - Coopers 12
25 - Sistemas de gestatildeo inovadores para gerir os diversos tipos de comunicaccedilatildeo 12
251 - CAN 12 252 - LIN bus 13 253 - Infotainment 13
26 - Conclusatildeo 13
Capiacutetulo 3 15
Plano de trabalho 15 31 - Requisitos 15
32 - Cenaacuterios de teste 15
viii - Introduccedilatildeo
viii
33 - Ferramentas 15
34 - Arquitectura 16
35 - Trabalho futuro 18
36 - Conclusatildeo 18
Capiacutetulo 4 21
Anexos 21 41 - Diagrama de Gantt do projecto 22
ix
Lista de figuras
Ilustraccedilatildeo 21ndash Relaccedilatildeo pesoenergia para baterias e geraccedilatildeo termodinacircmica 7
Ilustraccedilatildeo 22 ndash Sistema de In-Vehicle Infotainment da Intel 13
Ilustraccedilatildeo 31 ndash Arquitectura do sistema a desenvolver 17
Ilustraccedilatildeo 32 ndash Moacutedulos do sistema 18
xi
Lista de tabelas
Tabela 21 ndash Comparaccedilatildeo de veiacuteculos combustatildeo interna e eleacutectricos 5
Tabela 22 ndash Tabela resumo dos vaacuterios protocolos da norma 80211 9
Tabela 23 ndash Comparaccedilatildeo de velocidades das vaacuterias tecnologias de Banda Larga Moacutevel 10
Tabela 24 ndash Comparaccedilatildeo das normas de sensores sem fios 11
xiii
Abreviaturas e Siacutembolos
Lista de abreviaturas CAN Controller area network
EMC Electromagnetic compatibility
EV Electrical vehicle
GPRS General Packet radio service (25G)
GPS Global Positioning System
HSDPA High-Speed Downlink Packet Access
IC Internal combustion engine
InVANET Intelligent vehicular ad hoc network
LAN Local area network
LTE Long Term Evolution (quarta geraccedilatildeo moacutevel)
OBD On-Board Diagnostic designa um sistema de auto-diagnoacutestico disponiacutevel na
maioria dos veiacuteculos automoacuteveis que circulam actualmente nas estradas e
obrigatoacuterio na Europa e nos Estados Unidos para todos os veiacuteculos produzidos
desde 1996
PHEV Plug-in hybrid electric vehicle
RAM Random Access Memory
TIC Tecnologias de Informaccedilatildeo e Comunicaccedilatildeo
UMTS Universal Mobile Telecommunication System (3G)
VANET Vehicular Ad-Hoc Network
WLAN wireless local area network
Capiacutetulo 1
Introduccedilatildeo
No inicio do seacuteculo XX o uso de veiacuteculos eleacutectricos era mais frequente do que o uso dos
veiacuteculos a gasolina uma vez que nessa altura o desempenho dos veiacuteculos eleacutectricos era
superior agrave dos seus rivais Contudo a tecnologia dos veiacuteculos eleacutectricos da altura natildeo oferecia
autonomia suficiente para fazer viagens inter-cidades (autonomia de 50 km) o que levou agrave
quebra do interesse nesta tecnologia e o seu desenvolvimento foi quase nulo durante dezenas
de anos [1] Devido aos elevados custos das baterias dos veiacuteculos eleacutectricos [2] e agrave
maturidade dos veiacuteculos a gasolina que passaram a poder ser produzidos em massa com um
custo razoaacutevel fez com que estes dominassem o mercado
Apesar de serem desenvolvidos veiacuteculos eleacutectricos haacute 150 anos desde o iniacutecio do seacuteculo
XX natildeo existe uma grande aceitaccedilatildeo pelo puacuteblico em geral Actualmente esta situaccedilatildeo estaacute a
mudar devido a questotildees ambientais ao aumento do preccedilo do petroacuteleo e agrave dependecircncia
energeacutetica deste
Em 1999 apareceu o primeiro veiacuteculo hiacutebrido o Honda INSIGHT [3] Estes veiacuteculos tecircm um
menor consumo energeacutetico devido ao aproveitamento e utilizaccedilatildeo de energia eleacutectrica com a
mesma autonomia dos automoacuteveis movidos a combustiacuteveis foacutesseis podem ainda aproveitar a
energia da travagem para carregar as baterias Os veiacuteculos hiacutebridos mais recentes jaacute podem
carregar as baterias ligando o carro a uma tomada eleacutectrica satildeo os chamados plug-in hybrid
electric vehicle (PHEV) Para o utilizador um veiacuteculo hiacutebrido funciona de maneira igual ao
automoacutevel movido a combustiacutevel foacutessil o que faz com que actualmente os veiacuteculos hiacutebridos
sejam os veiacuteculos de estrada com baterias mais vendidos
Existe uma procura cada vez maior a alternativas ao veiacuteculo movido a combustiacuteveis
foacutesseis Com o grande investimento nacional em energias renovaacuteveis e ao facto de
actualmente o custo por quiloacutemetro de um veiacuteculo eleacutectrico ser aproximadamente trecircs vezes
menor ao custo por quiloacutemetro de um veiacuteculo a petroacuteleo o veiacuteculo eleacutectrico surge num
contexto favoraacutevel
2 - Introduccedilatildeo
Como o veiacuteculo eleacutectrico natildeo polui (no local onde circula - podendo existir poluiccedilatildeo
associada agrave geraccedilatildeo de electricidade utilizada para carregar as suas baterias) este diminui a
poluiccedilatildeo nas cidades e nas vias de comunicaccedilatildeo Devido ao grande investimento nacional em
energias renovaacuteveis que representam cerca de um terccedilo do total da energia eleacutectrica
produzida e ao aumento dos paineacuteis solares instalados em habitaccedilotildees [4] o impacto
ambiental do carregamento de veiacuteculos eleacutectricos tem o potencial para ser muito menor do
que nos veiacuteculos convencionais podendo em alguns casos ser mesmo nulo
Nas uacuteltimas deacutecadas vaacuterias marcas desenvolveram protoacutetipos de veiacuteculos eleacutectricos mas
nenhum chegou a ser produzido em seacuterie O actual preccedilo do petroacuteleo o seu pico ocorrido a
meio do ano de 2008 e a capacidade tecnoloacutegica associada ao desenvolvimento das baterias
(nomeadamente no aumento da energia por peso e a diminuiccedilatildeo do tempo de
recarregamento) justificam o lanccedilamento comercial dos veiacuteculos eleacutectricos
11 - Problema
Ao niacutevel das novas tecnologias em particular das Tecnologias de Informaccedilatildeo e
Comunicaccedilatildeo (TIC) assiste-se a uma contiacutenua penetraccedilatildeo em todos os sectores e que
recentemente se comeccedila a assistir tambeacutem nos automoacuteveis (desde os GPS sistemas matildeos
livres leitor de DVD) mesmo as iniciativas de promoccedilatildeo de comunicaccedilatildeo ldquocar-to-car
comunicationsrdquo [5] que procuram aumentar a seguranccedila dos condutores entram nesta
tendecircncia Actualmente ocorrem muitos acidentes que poderiam ser evitados se existisse um
sistema de comunicaccedilatildeo nos veiacuteculos O congestionamento tambeacutem poderia beneficiar de um
sistema deste tipo
Existe um problema econoacutemico e ambiental devido ao petroacuteleo Por outro lado os
veiacuteculos eleacutectricos satildeo (haacute muitos anos) uma alternativa aos veiacuteculos tradicionais sendo que
agora temos tecnologia mais desenvolvida (directa e indirectamente ligada ao veiacuteculo) e
parece existir vontade poliacutetica Ainda que os veiacuteculos eleacutectricos actuais apresentem
limitaccedilotildees de autonomia e novos sistemas eleacutectricoselectroacutenicos que necessitam de um
sistema de gestatildeo eficiente estes podem beneficiar dos desenvolvimentos das
TICs para ultrapassar estes desafios
Assim dado o actual contexto e a introduccedilatildeo dos veiacuteculos eleacutectricos que se apresentam
como potenciais beneficiadores das TICs este trabalho procura desenvolver um sistema de
gestatildeo interno ao veiacuteculo que seja capaz de colaborar na gestatildeo destes diversos tipos de
comunicaccedilatildeo que ocorrem nos veiacuteculos (ie comunicaccedilatildeo entre elementos internos ao
veiacuteculo e comunicaccedilatildeo de elementos internos com externos) particularmente orientado ao
contexto de veiacuteculo eleacutectrico de forma a facilitar a sua adopccedilatildeo e colaborar no aumento da
sua mobilidade
3
12 - Objectivos
Desenvolver um sistema de gestatildeo de comunicaccedilatildeo para veiacuteculos eleacutectricos baseado em
tecnologias adequadas ao contexto Este deve controlar e monitorizar o fluxo de energia
entre ceacutelulas acumuladoras baterias motores e o circuito eleacutectrico deve comunicar com o
computador do utilizador quando estaacute estacionado em casa e deve conseguir utilizar diversas
tecnologias de forma a permitir o acesso agrave Internet quer para comunicar ao utilizador o
estado das baterias quer para disponibilizar acesso a conteuacutedos A informaccedilatildeo recolhida deve
ainda ser armazenada para poder ser transmitida para elementos externos quando tal for
necessaacuteriodesejado
13 - Enquadramento
O principal problema dos Veiacuteculos Eleacutectricos (ldquoElectric Vehiclesrdquo ndash EV) eacute o armazenamento
de energia devido ao custo e relaccedilatildeo pesopotencia das baterias ser alto Para minimizar este
problema eacute necessaacuterio um sistema de gestatildeo para controlar o fluxo de energia Este sistema
deve estar preparado para aceitar diversos tipos de componentes que aumentem a autonomia
e o desempenho do veiacuteculo tais como ultra-condensadores extensatildeo de autonomia com motor
a combustatildeo troca de baterias paineacuteis solares etc
Um veiacuteculo eleacutectrico eacute alimentado pela energia eleacutectrica armazenada nele Para mover
um veiacuteculo deste tipo eacute necessaacuterio pelo menos um motor eleacutectrico Estes novos componentes
necessitam de uma boa gestatildeo para o veiacuteculo eleacutectrico se tornar uma alternativa aos veiacuteculos
a combustatildeo ldquoThe battery bank controller and motor must have excellent efficiency
adequate capacity and low weight along with regenerative compatibilityrdquo [6]
Com a necessidade de integrar as vaacuterias tecnologias existentes no veiacuteculo e outras que
fazem parte do dia-a-dia das pessoas (GPS telemoacuteveis serviccedilos de ligaccedilatildeo agrave Internet etc) e
tambeacutem as novas tecnologias necessaacuterias agrave operaccedilatildeo de um veiacuteculo eleacutectrico surge a
necessidade da criaccedilatildeo de um sistema que os interligue permitindo assim uma gestatildeo mais
eficaz e com mais funcionalidades
14 - Tecnologias
As tecnologias que vatildeo ser abordadas satildeo CAN redes de sensores sem fios Internet
atraveacutes de protocolos Wi-Fi (80211) e UMTS e ainda comunicaccedilatildeo entre veiacuteculos (inVANET)
Estas tecnologias iratildeo ser abordadas em detalhe no proacuteximo capiacutetulo
Capiacutetulo 2
Estado da arte
Neste capiacutetulo apresentam-se as inovaccedilotildees tecnoloacutegicas que levaram ao aparecimento dos
veiacuteculos eleacutectricos os problemas actuais destes veiacuteculos os seus componentes e formas de os
gerir
Um dos principais factores que justificam um sistema de comunicaccedilatildeo que interligue todo
o veiacuteculo eacute o facto de nos uacuteltimos anos muitos sistemas mecacircnicos terem vindo a evoluir para
electroacutenicos Os componentes mecacircnicos natildeo possibilitavam uma gestatildeo centralizada os
componentes electroacutenicos aleacutem de funcionarem melhor podem interagir resultando em novas
funcionalidades e numa maior eficiecircncia
21 - Revoluccedilatildeo tecnoloacutegica para os carros eleacutectricos e overview
dos mesmos - constituiccedilatildeo interna
Os principais factores que contribuem para o desenvolvimento de carros eleacutectricos satildeo os
veiacuteculos eleacutectricos natildeo poluem no seu funcionamento e como satildeo mais eficientes satildeo mais
ecoloacutegicos o custo por km eacute menor e diminuem a dependecircncia energeacutetica de outros paiacuteses
Na tabela seguinte podemos observar as principais diferenccedilas entre os dois tipos de
veiacuteculos [6]
Tabela 21 ndash Comparaccedilatildeo de veiacuteculos combustatildeo interna e eleacutectricos
Feature Electric vehicles IC Engine vehicles
Prime mover Electric motor IC engine
Powered by Charged battery ultra
capacitors Diesel Petrol
Self weight High due to battery bank Low as compared to EV
Power Transmission Both mechanical as well
as electrical Mechanical
6 - Estado da arte
Braking system Regenerative braking Friction braking
Efficiency High Low
Eco friendly Yes No
Initial cost High Average
Running cost Low Very high
As diferenccedilas entre os dois tipos de veiacuteculos na perspectiva do utilizador satildeo tempo de
carregamento um custo de deslocaccedilatildeo menor mas um custo do veiacuteculo mais elevado - este
custo poderaacute vir a baixar caso sejam criados benefiacutecios fiscais para este tipo de veiacuteculos
Os veiacuteculos eleacutectricos vatildeo beneficiar da tecnologia actual dos veiacuteculos hiacutebridos que jaacute satildeo
produzidos em massa Os dois tipos de veiacuteculos tecircm pontos em comum pelo menos um motor
eleacutectrico baterias para o alimentar e um sistema de travagem regenerativa
22 - Desafios actuais dos carros eleacutectricos - Performance vs
gestatildeo do consumo e autonomia
Os requisitos para uma bateria ideal satildeo grande densidade de energia (menor peso) alta
potecircncia longa vida eficiecircncia de cargadescarga eficiecircncia a qualquer temperatura auto-
descarga miacutenima baixa resistecircncia de entrada sem memoacuteria alto grau de seguranccedila boa
fiabilidade baixo custo e reciclaacutevel [7] Como as baterias ideais natildeo existem nos pontos
seguintes satildeo apresentadas soluccedilotildees para lidar com as limitaccedilotildees das baterias
221 - Veiacuteculos com extensatildeo de autonomia
Actualmente existem veiacuteculos eleacutectricos que tecircm uma extensatildeo de autonomia fornecida
por um motor de combustatildeo como eacute o caso do Chevrolet Volt [8] Estes veiacuteculos funcionam
como EV durante a duraccedilatildeo das baterias Posteriormente recorrem agrave energia eleacutectrica
produzida pelo motor de combustatildeo usado como gerador mesmo assim este processo eacute mais
eficiente que usar o motor a combustatildeo para mover o veiacuteculo Devido ao motor a combustatildeo
natildeo ser usado para mover o veiacuteculo natildeo precisa de ter tanta cilindrada como os presentes nos
veiacuteculos hiacutebridos tendo a vantagem de ser mais pequeno e mais leve
7
Ilustraccedilatildeo 21ndash Relaccedilatildeo pesoenergia para baterias e geraccedilatildeo termodinacircmica
A figura acima [9] justifica a presenccedila de um motor a combustatildeo para gerar electricidade
num veiacuteculo eleacutectrico No iniacutecio da linha da energia termodinacircmica podemos observar o peso
adicional devido ao motor mas este natildeo eacute desvantajoso porque a quantidade de energia por
peso da gasolina eacute bastante maior do que a das baterias Apesar da relaccedilatildeo pesoenergia nas
baterias ser inferior ao pesoenergia da gasolina eacute mais econoacutemico carregar as baterias e eacute
possiacutevel aproveitar a energia das travagens
222 - Ultra-condensadores
Os ultra-condensadores satildeo uma nova tecnologia que permite armazenar vinte vezes mais
energia que um condensador normal O objectivo principal dos ultra-condensadores nos
veiacuteculos eleacutectricos eacute o de permitir maiores travagens e aceleraccedilotildees com perdas de energia
miacutenimas devido a este conseguir carregar e descarregar muito mais rapidamente que uma
bateria Os ultra-condensadores natildeo perdem desempenho ao carregar e descarregar durando
toda a vida uacutetil do veiacuteculo sendo por isso mais ecoloacutegicos que as baterias [10]
223 - Carregamento
Devido agrave elevada potecircncia necessaacuteria para carregar um veiacuteculo eleacutectrico (que pode ser
ligado e desligado da rede eleacutectrica rapidamente) e devido agraves fontes de energia renovaacuteveis
fornecerem energia irregularmente os veiacuteculos eleacutectricos devem ter a capacidade de
poderem ser usados como geradores em determinados momentos (ie fornecerem energia agrave
rede para a estabilizar ou satisfazer picos de procura)
Uma soluccedilatildeo para aproveitar melhor as energias renovaacuteveis eacute armazenar o excesso de
energia gerado por estas durante a noite e injecta-la durante o dia diminuindo assim a
utilizaccedilatildeo de combustiacuteveis foacutesseis Este meacutetodo eacute tambeacutem vantajoso para o utilizador uma
vez que a energia durante o dia eacute mais cara do que agrave noite
8 - Estado da arte
Um problema que poderaacute existir devido aos diferentes custos da electricidade ao longo do
dia eacute um nuacutemero excessivo de veiacuteculos comeccedilarem a carregar simultaneamente no momento
de transiccedilatildeo de hora de cheio para vazio Uma soluccedilatildeo eacute proposta por Fumiko Koyanagi no
paper A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles
[11] que se baseia em criar diversas zonas eleacutectricas com comeccedilo da hora de vazio a horas
diferentes
224 - Locais de carregamento
Existem actualmente trecircs meacutetodos para carregar um EV ou PHEV
Carregamento raacutepido este tipo natildeo eacute o mais eficiente em termos energeacuteticos
mas permite carregar o veiacuteculo entre 20 a 30 minutos [12] (este valor tende a
diminuir com o avanccedilo da tecnologia) O utilizador poderaacute optar por natildeo
carregar totalmente o veiacuteculo neste caso o tempo de carregamento eacute menor
Este tipo de carregamento seraacute feito em estaccedilotildees de carregamento
Carregamento lento eacute mais eficiente que o carregamento raacutepido mas
demora mais tempo a carregar o veiacuteculo Como natildeo eacute expectaacutevel que o
utilizador do veiacuteculo espere no veiacuteculo ateacute que ele carregue este tipo de
carregamento estaacute a ser pensado para locais onde que o utilizador permaneccedila
por um ldquolongordquo periacuteodo de tempo como em casa trabalho parques de
estacionamento puacuteblico hoteacuteis e centros comerciais
Troca de baterias eacute tatildeo raacutepido como abastecer um veiacuteculo normal este tipo
eacute o adequado a veiacuteculos de emergecircncia e a veiacuteculos que permaneccedilam pouco
tempo parados [13]
Em Portugal jaacute existem 100 pontos de carregamento e estatildeo previstos 1300 em 2011 [14]
ldquoA entidade Gestora Mobi-E integraraacute as vaacuterias empresas Comercializadoras da Mobilidade
Eleacutectrica e asseguraraacute que o abastecimento pode ser efectuado em qualquer ponto existente
no paiacutes de forma a garantir uma rede aberta universal e focada no utilizadorrdquo [14]
23 - Tecnologias de comunicaccedilatildeo
Os veiacuteculos futuros no qual se pode inserir os EVs devem poder estar ligados agrave Internet
para oferecer conteuacutedos multimeacutedia aos ocupantes do veiacuteculo reservar lugares em estaccedilotildees
de carregamento usar o GPS para calcular o melhor caminho com base em informaccedilatildeo do
tracircnsito em tempo real aumentar a seguranccedila nas estradas e transferir dados do utilizador
recorrendo quer a comunicaccedilatildeo entre veiacuteculos quer com infra-estrutura etc
231 - WLAN
Uma wireless local area network nomeadamente as normas 80211 permitem uma ligaccedilatildeo
de banda larga agrave Internet (eg ao automoacutevel e a dispositivos moacuteveis do utilizador) No caso
de uma rede WLAN numa estaccedilatildeo de carregamento o condutor pode deixar o carro a carregar
e ver no seu telemoacutevel o estado das baterias O automoacutevel tambeacutem poderaacute ligar-se a redes
WLAN jaacute existentes e usar esta tecnologia para comunicar com os outros veiacuteculos Como a
tecnologia WLAN eacute amplamente usada os seus equipamentos satildeo de baixo custo Actualmente
9
existe uma empresa que disponibiliza no mercado norte-americano um serviccedilo que usa
Internet UMTS para disponibilizar Internet por WLAN dentro e num raio a volta do veiacuteculo
[15]
Frequecircncias usadas na norma 80211
5GHz ndash Em locais que a gama dos 24GHz esteja sobrelotada o protocolo 80211a pode ser
mais raacutepido que os protocolos 80211g e 80211n devido a haver menores interferecircncias No
entanto esta frequecircncia sofre uma maior atenuaccedilatildeo quando existem obstaacuteculos Os veiacuteculos
devem estar preparados para se ligarem nestas duas gamas de frequecircncias para o caso de uma
das gamas estar sobrelotada
24GHz - Nesta gama existem os protocolos 80211b 80211g e 80211n o 80211b eacute o
protocolo com maior alcance mas uma rede a funcionar em 80211g ou 80211n transita
automaticamente para 80211b caso o sinal seja fraco pelo que a rede deve estar
configurada para se ligar por g ou n O 80211n tem a vantagem de usar a tecnologia MIMO
que usa vaacuterias antenas para aumentar a qualidade do sinal sem aumentar nem a potecircncia nem
a largura de banda
58GHz ndash O protocolo 80211p ainda natildeo existe em fase final mas permite aos veiacuteculos
usar uma frequecircncia exclusiva e funcionar numa inVANET que eacute descrita no ponto seguinte
Este protocolo como estaacute vocacionado para veiacuteculos em movimento consegue estabelecer
ligaccedilotildees mais rapidamente e tem um menor tempo de atraso que os protocolos descritos
anteriormente
Tabela 22 ndash Tabela resumo dos vaacuterios protocolos da norma 80211
Norma 80211 Velocidade maacutexima
(Mbps) Existente no mercado Frequecircncias (GHz)
a 54 Sim 5
b 11 Sim 24
g 54 Sim 24
n 600 Sim 24
p Natildeo 58
O protocolo ideal a adoptar nesta fase seria o 80211n uma vez que eacute o mais raacutepido e
suporta tecnologia MIMO (que permite uma maior resistecircncia a interferecircncias) Caso este natildeo
esteja disponiacutevel deve-se usar o 80211g se houver interferecircncia com outras redes vizinhas
deve ser usado o 80211a Quando o protocolo 80211p estiver disponiacutevel este deve ser a
escolha principal jaacute que usa uma frequecircncia exclusiva este protocolo eacute indicado para o uso
em estrada devido aos veiacuteculos estarem em movimento
232 - InVANET
Uma wireless ad hoc network eacute uma rede sem fios descentralizada ou seja natildeo existe um
ou mais APrsquos a que todos os clientes se ligam Estas redes natildeo satildeo tatildeo fiaacuteveis devido agraves
colisotildees no acesso ao meio a situaccedilatildeo piora em situaccedilotildees moacuteveis em que as tabelas de
encaminhamento estatildeo sempre a mudar Para reduzir estes problemas foi criada uma
10 - Estado da arte
Vehicular Ad-Hoc Network (VANET) que eacute uma forma de rede moacutevel ad-hoc vocacionada para
o uso em veiacuteculos
Uma Intelligent vehicular ad hoc network (InVANET) eacute uma implementaccedilatildeo de uma VANET
vocacionada para a seguranccedila nas estradas Para diminuir os acidentes nas estradas esta rede
propotildee a troca de paracircmetros entre veiacuteculos proacuteximos ou entre veiacuteculos e a infra-estrutura
tais como mudanccedila de velocidade mudanccedila de faixa de rodagem e condiccedilotildees da via Outros
cenaacuterios de seguranccedila visados por esta rede satildeo o controlo do congestionamento e informar a
poliacutecia em casos de roubo ou fuga do local do acidente [16]
233 - Banda Larga Moacutevel
Tabela 23 ndash Comparaccedilatildeo de velocidades das vaacuterias tecnologias de Banda Larga Moacutevel
Tecnologia Velocidade maacutexima de download
GPRS (25G) 2368 kbits
UMTS (3G) 384 kbits
HSDPA (35G) 216 Mbits
A velocidade de 216 Mbits do HSPDA refere-se agrave velocidade maacutexima em Portugal o
HSPDA estaacute disponiacutevel na maior parte dos centros urbanos existe cobertura por UMTS em
praticamente todo o territoacuterio nacional Ao sair de uma aacuterea coberta por HSDPA eacute feito
handhover automaticamente para GPRS ou UMTS
Jaacute existem protoacutetipos para a utilizaccedilatildeo da quarta geraccedilatildeo moacutevel em automoacuteveis [17] que
permite aos ocupantes do veiacuteculo uma Internet mais raacutepida e a possibilidade de trabalhar em
nuvem
234 - Bluetoothtrade
O Bluetooth eacute uma tecnologia sem fios usada para ligar telemoacuteveis entre si e ligar
dispositivos a telemoacuteveis e a computadores Em alguns veiacuteculos esta tecnologia jaacute estaacute
implementada permitindo fornecer um serviccedilo de matildeos livres
Esta tecnologia poderaacute ser usada para comunicaccedilatildeo entre o veiacuteculo e a estaccedilatildeo de
carregamento transferir dados de ligar vaacuterios tipos de dispositivos moacuteveis do utilizador
235 - Sensores sem fios
Os sensores sem fios podem permitir diminuir o peso complexidade e custo do sistema de
sensores tambeacutem permitem colocar sensores em locais de difiacutecil acesso por cabo (por
exemplo pressatildeo dos pneus) Esta rede de sensores necessita ter baixa latecircncia e alta
fiabilidade natildeo sendo orientada para elevadas taxas de transmissatildeo de dados nem periacuteodos
de actividade elevados Protocolos possiacuteveis para uma rede de sensores sem fios no veiacuteculo
ZigBeetrade - Eacute um protocolo da camada de rede e aplicaccedilatildeo para criar uma rede infra-
estruturada de sensores sem fios O ZigBee fornece uma simples e confiaacutevel rede sem
fios multi-salto com a capacidade de suportar vaacuterias aplicaccedilotildees em simultacircneo
UWB - Eacute um sistema raacutedio de baixas emissotildees para curto alcance de alta velocidade
RFID ndash Eacute um protocolo sem fios para a identificaccedilatildeo de uma pessoa ou objecto
Existem identificadores passivos que natildeo precisam de bateria e que tem um alcance
de alguns centiacutemetros e activos que necessitam de uma fonte de energia que podem
comunicar ate alguns metros
11
A tabela seguinte [18] faz uma comparaccedilatildeo de possiacuteveis normas de comunicaccedilatildeo para
sensores sem fios
Tabela 24 ndash Comparaccedilatildeo das normas de sensores sem fios
O sistema RFID soacute seraacute uacutetil como identificador do veiacuteculo (eg estaccedilatildeo de abastecimento)
mas caso exista um sistema WLAN este seraacute preferiacutevel para identificar o veiacuteculo O ZigBee e o
UWB satildeo os mais indicados para uma rede de sensores mas devido ao tempo menor de
inicializaccedilatildeo e menor consumo energeacutetico a tecnologia ZigBee seraacute preferiacutevel
24 - Consoacutercios
241 - Car 2 Car
Este consoacutercio [5] tem como objectivo criar uma norma para um sistema de comunicaccedilotildees
cooperativo inter-veiacuteculos e entre veiacuteculos e infra-estrutura a funcionar numa banda de
frequecircncias livres e exclusivas para estas aplicaccedilotildees Este sistema eacute importante para prevenir
os acidentes o congestionamento e comunicar com estaccedilotildees de abastecimento
12 - Estado da arte
Este sistema eacute especialmente uacutetil em situaccedilotildees de baixa visibilidade para os veiacuteculos
prioritaacuterios e para avisar antecipadamente quando um veiacuteculo tem as luzes de emergecircncia
ligadas ou haacute obras No caso de um acidente que bloqueie a estrada o sistema poderaacute avisar
com antecedecircncia suficiente para o GPS calcular uma rota alternativa
Este sistema pode usar trecircs tipos de comunicaccedilatildeo [19]
IEEE 80211p
IEEE 80211abgn
GPRS ou UMTS
242 - Coopers
CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety eacute um consoacutercio que visa fornecer aos
veiacuteculos e condutores informaccedilatildeo em tempo real sobre o estado da via de maneira a
aumentar a seguranccedila na estrada [20] o objectivo do consoacutercio eacute rdquo To define develop and
test new safety related services equipment and applications using two way communication
between road infrastructure and vehicles from a traffic management perspective COOPERS
will build upon existing equipment and infrastructure as far as possible to incorporate bi-
directional infrastructure-vehicle links as an open standardised wireless communication
technology The role of motorway operators in offering and retrieving safety relevant and
traffic management information for specific road segments on European motorways based on
infrastructure and in-vehicle data will be investigatedrdquo [21] O sistema incorpora um
receptor GPS estaacute ligado ao CAN e comunica por WLAN e UMTSGPRS
25 - Sistemas de gestatildeo inovadores para gerir os diversos tipos
de comunicaccedilatildeo
Actualmente haacute um grande nuacutemero de funccedilotildees automoacuteveis controladas por computador O
uso de um cabo dedicado a cada dispositivo com o nuacutemero crescente de sistemas deixa de ser
praacutetico
251 - CAN
Uma soluccedilatildeo eacute o uso de redes LAN que permite a multiplexaccedilatildeo dos dados Com esta
soluccedilatildeo eacute possiacutevel[22] Reduzir o nuacutemero de cabos
Reduzir o custo e o peso
Melhorar a fiabilidade e facilitar a instalaccedilatildeo
Partilhar os dados recolhidos dos sensores por vaacuterios dispositivos
Alterar ou adicionar funccedilotildees por software
Detectar e corrigir erros causados por interferecircncia electromagneacutetica
As mensagens que circulam na rede CAN tecircm um valor numeacuterico que indica a prioridade
da mensagem isto permite tratar informaccedilatildeo criacutetica sem atraso A versatilidade do CAN
permite controlar vaacuterios tipos de dispositivos num veiacuteculo
13
252 - LIN bus
O Local Interconnect Network (LIN) bus eacute uma alternativa mais barata e simples ao CAN Pode
ser usada em subsistemas natildeo criacuteticos que nem precisem de comunicaccedilatildeo em tempo real nem
altas velocidades
253 - Infotainment
Esta plataforma interliga trecircs aacutereas
Entretimento nos bancos traseiros
RaacutedioCD e navegaccedilatildeo
Comunicaccedilatildeo interna e externa
Ilustraccedilatildeo 22 ndash Sistema de In-Vehicle Infotainment da Intel
A plataforma da Intel [23] permite num soacute hardware juntar vaacuterias tecnologias que
normalmente se apresentam separadas num automoacutevel
26 - Conclusatildeo
Actualmente assiste-se a introduccedilatildeo contiacutenua de veiacuteculos totalmente eleacutectricos no
mercado ainda que com autonomias substancialmente inferiores aos veiacuteculos a combustiacuteveis
foacutesseis Os veiacuteculos ldquoeleacutectricosrdquo mais vendidos actualmente satildeo os veiacuteculos hiacutebridos que
podem carregar as baterias com as travagens e usam um motor eleacutectrico como suporte em
momentos concretos (eg a velocidades abaixo dos 50 kmh eou para fornecer potecircncia
extra ao motor de combustatildeo em momentos de forte aceleraccedilatildeo etc - a estrateacutegia varia de
fabricante para fabricante) Os veiacuteculos hiacutebridos satildeo mais econoacutemicos que os veiacuteculos movidos
14 - Estado da arte
somente a motor de combustatildeo e continuam a beneficiar do motor a gasolina para aumentar
a sua autonomia ndash eacute como se procurassem o melhor dos dois mundos Alguns destes veiacuteculos jaacute
podem ser carregados pela rede eleacutectrica que para pequenas distancias se comportam como
veiacuteculos totalmente eleacutectricos
Capiacutetulo 3
Plano de trabalho
31 - Requisitos
Requisitos funcionais
Quando disponiacutevel Internet por WLAN o sistema deve desligar o HSPDAUMTS
Devem aparecer no ecratilde LCD as informaccedilotildees recebidas do exterior sobre
seguranccedila na estrada em que o veiacuteculo se encontre
O veiacuteculo deve enviar informaccedilotildees sobre o estado do piso aos veiacuteculos que se
encontram atraacutes
O sistema deve ter alojado um Web site com informaccedilotildees sobre o estado do
veiacuteculo (nomeadamente do estado das baterias)
Requisitos de performance
Quando for recebida uma mensagem importante do exterior esta deve aparecer
no LCD em menos de 100ms
32 - Cenaacuterios de teste
Tempo desde um acidente agrave frente do veiculo ateacute ser recebida a informaccedilatildeo e
informado o condutor Este teste verifica
Numa rede a ser usada toda a sua capacidade com vaacuterios veiacuteculos medir o tempo
desde que ocorre um acidente ateacute o condutor ser informado Este cenaacuterio serve para avaliar a
qualidade do QoS
Visualizaccedilatildeo sem falhas de um viacutedeo em streaming
Duraccedilatildeo das baterias em vaacuterios cenaacuterios
33 - Ferramentas
Actualmente estatildeo a ser testadas diversas tecnologias para diversos fins havendo a
possibilidade de alteraccedilatildeo ao longo do desenvolvimento do trabalho
O Matlab pode ser usado para simular a duraccedilatildeo das baterias
16 - Plano de trabalho
Linux ndash possiacutevel ambiente de teste (e g no caso de se usar um router) No final do
trabalho poderaacute ser criado um DVD com Linux e o sistema desenvolvido para instalar num mini
PC a colocar no veiacuteculo
VMware ndash possiacutevel software de virtualizaccedilatildeo que permite definir a velocidade do
processador e a quantidade de memoacuteria RAM sendo assim possiacutevel testar o desempenho do
sistema num ambiente com as caracteriacutesticas do mini PC a ser colocado no veiacuteculo
Para a programaccedilatildeo vai ser usado CC++ devido a ser uma linguagem leve caso seja
necessaacuterio programar o router Para o desenvolvimento do sistema a ser instalado no mini PC
vai ser usada a linguagem java usando o SDK eclipse O java apesar de ser um pouco mais
lento que o C++ eacute muito mais adequado para a programaccedilatildeo com sockets e tem um melhor
tratamento de erros
O servidor apache vai ser usado para a criaccedilatildeo de uma paacutegina Web no veiacuteculo a qual soacute
tem acesso quem o utilizador quiser Esta paacutegina disponibiliza informaccedilatildeo diversa sobre o
veiacuteculo nomeadamente o estado das baterias e transferir dados tais como filmes e fazer
configuraccedilotildees ao veiacuteculo
34 - Arquitectura
A figura em baixo ilustra uma possiacutevel arquitectura para o sistema proposto
17
Mini PC
Router UMTS
Switch
Dispositivos moacuteveis do utilizador LCD nos
bancos traseiros
Dispositivos para os
passageiros
LCD na consola
central
Dispositivos para o
condutor
GPS
Internet CAN
CT
Sensores natildeo
incluiacutedos no CAN
CasaEstaccedilatildeo de
carregamento
Ilustraccedilatildeo 31 ndash Arquitectura do sistema a desenvolver
Para este sistema funcionar soacute precisa do mini PC ao qual estaacute ligado um switch (o switch
poderaacute estar incorporado noutro componente como o router ou o AP) O sistema funciona de
forma escalaacutevel podendo funcionar sem qualquer um dos outros componentes
18 - Plano de trabalho
Sistema
principal
Comunicaccedilatildeo
Sensores
Ligaccedilatildeo ao
CAN
WLAN
UMTS
sem fios
com fios
EV
powertrain
CAN
Controlador do motor baterias e ultra-condensador
Infotainment
Servidor Web
Ilustraccedilatildeo 32 ndash Moacutedulos do sistema
O sistema vai ser escalaacutevel permitindo adicionarremoveralterar moacutedulos facilitando
assim a compatibilidade com novas tecnologias
35 - Trabalho futuro
O ldquoanexo 41 - Diagrama de Gantt do projectordquo mostra a planificaccedilatildeo para a dissertaccedilatildeo
Nos dias seguintes agrave entrega deste relatoacuterio vatildeo ser definidos objectivos semanais para a
dissertaccedilatildeo O primeiro moacutedulo a ser desenvolvido seraacute o do Web site atraveacutes do qual seraacute
possiacutevel monitorizar o estado das baterias e fazer algumas configuraccedilotildees ao veiacuteculo
36 - Conclusatildeo
As actuais barreiras agrave adopccedilatildeo de veiacuteculos eleacutectricos satildeo a autonomia a relaccedilatildeo
pesoenergia e o custo das baterias A dissertaccedilatildeo poderaacute abordar o fluxo de energia entre os
componentes do veiacuteculo e a integraccedilatildeo dos componentes eleacutectricoselectroacutenicos existentes
actualmente e os novos necessaacuterios agrave operaccedilatildeo de um EV
A melhor maneira de aumentar a autonomia de um EV eacute usar um motor termodinacircmico a
gerar electricidade quando a energia das baterias acabar esta soluccedilatildeo em comparaccedilatildeo com a
19
adiccedilatildeo de mais baterias eacute mais econoacutemica resulta num menor peso para o veiacuteculo e eacute
possiacutevel abastecer o veiacuteculo como um veiacuteculo com motor a combustatildeo interna
A inclusatildeo de um ultra-condensador permite melhorar a capacidade de absorccedilatildeo de
energia numa travagem aumentar a aceleraccedilatildeo do veiacuteculo e aumentar o tempo de vida das
baterias
Os novos veiacuteculos deveratildeo ter um sistema de comunicaccedilatildeo inVANET para comunicaccedilatildeo
entre eles e com a infra-estrutura para aumentar a seguranccedila e diminuir o congestionamento
das estradas
O uso de uma plataforma de infotainment permite reduzir o hardware presente no veiacuteculo
integrando vaacuterias tecnologias multimeacutedia
Os novos sensores a colocar no veiacuteculo soacute seratildeo sem fio caso natildeo seja possiacutevel liga-los por
fios (eg sensores de pressatildeo nos pneus) devido a possiacuteveis interferecircncias e atrasos na
comunicaccedilatildeo
O sistema CAN pode funcionar em paralelo ao sistema a desenvolver garantindo assim
tempos de resposta garantidamente baixos em aacutereas criacuteticas do sistema
Capiacutetulo 4
Anexos
41 - Diagrama de Gantt do projecto
Referecircncias
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ELECTRICAL VEHICLES 2004 10 Juan W Dixon MOaEW Regenerative Braking for an Electric Vehicle Using
Ultracapacitors and a Buck-Boost Converter 11 Koyanagi F A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles 1998 12 INTELI Mobilidade Eleacutectrica 2010 [cited 2010 0902] Available from
httpwwwmobi-eptmobilidadehtml 13 Place B Battery switch stations support for long distance road trips 2010 [cited
2010 0902] Available from httpwwwbetterplacecomsolutioncharging 14 Portuguesa GdR Lanccedilada rede nacional de carregamento para Veiacuteculos Eleacutectricos
2009 [cited 2010 0802] Available from httpwwwportugalgovptptGC17GovernoMinisteriosMEIDocumentosPages20090629_MEI_Doc_Mobilidade_Electricaaspx
15 Mobile A autonet mobile 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwautonetmobilecom
24 - Referecircncias
16 Saravanan K AT and KRameshbabu A Middleware Architectural Framework for Vehicular Safety over VANET 2009
17 Ltd B-S LTE Connected Car 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwngconnectorgecosystemconnected-carhtm
18 Ahmed M et al Intra-vehicular Wireless Networks 19 CAR 2 CAR Communication Consortium Manifesto 2007 20 Coopers CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety 2008 [cited 2010 0802] 21 Froumltscher A and M Boumlhm Co-operative Systems for Intelligent Road Safety 2007 22 Chaari L N Masmoudi and L Kamoun Electronic control in electric vehicle based on
CAN network in Systems Man and Cybernetics 2002 IEEE International Conference on 2002
23 Corporation I In-Vehicle Infotainment [cited 2010 03-02] Available from httpwwwintelcomdesignembeddedinfotainmentindexhtm
viii - Introduccedilatildeo
viii
33 - Ferramentas 15
34 - Arquitectura 16
35 - Trabalho futuro 18
36 - Conclusatildeo 18
Capiacutetulo 4 21
Anexos 21 41 - Diagrama de Gantt do projecto 22
ix
Lista de figuras
Ilustraccedilatildeo 21ndash Relaccedilatildeo pesoenergia para baterias e geraccedilatildeo termodinacircmica 7
Ilustraccedilatildeo 22 ndash Sistema de In-Vehicle Infotainment da Intel 13
Ilustraccedilatildeo 31 ndash Arquitectura do sistema a desenvolver 17
Ilustraccedilatildeo 32 ndash Moacutedulos do sistema 18
xi
Lista de tabelas
Tabela 21 ndash Comparaccedilatildeo de veiacuteculos combustatildeo interna e eleacutectricos 5
Tabela 22 ndash Tabela resumo dos vaacuterios protocolos da norma 80211 9
Tabela 23 ndash Comparaccedilatildeo de velocidades das vaacuterias tecnologias de Banda Larga Moacutevel 10
Tabela 24 ndash Comparaccedilatildeo das normas de sensores sem fios 11
xiii
Abreviaturas e Siacutembolos
Lista de abreviaturas CAN Controller area network
EMC Electromagnetic compatibility
EV Electrical vehicle
GPRS General Packet radio service (25G)
GPS Global Positioning System
HSDPA High-Speed Downlink Packet Access
IC Internal combustion engine
InVANET Intelligent vehicular ad hoc network
LAN Local area network
LTE Long Term Evolution (quarta geraccedilatildeo moacutevel)
OBD On-Board Diagnostic designa um sistema de auto-diagnoacutestico disponiacutevel na
maioria dos veiacuteculos automoacuteveis que circulam actualmente nas estradas e
obrigatoacuterio na Europa e nos Estados Unidos para todos os veiacuteculos produzidos
desde 1996
PHEV Plug-in hybrid electric vehicle
RAM Random Access Memory
TIC Tecnologias de Informaccedilatildeo e Comunicaccedilatildeo
UMTS Universal Mobile Telecommunication System (3G)
VANET Vehicular Ad-Hoc Network
WLAN wireless local area network
Capiacutetulo 1
Introduccedilatildeo
No inicio do seacuteculo XX o uso de veiacuteculos eleacutectricos era mais frequente do que o uso dos
veiacuteculos a gasolina uma vez que nessa altura o desempenho dos veiacuteculos eleacutectricos era
superior agrave dos seus rivais Contudo a tecnologia dos veiacuteculos eleacutectricos da altura natildeo oferecia
autonomia suficiente para fazer viagens inter-cidades (autonomia de 50 km) o que levou agrave
quebra do interesse nesta tecnologia e o seu desenvolvimento foi quase nulo durante dezenas
de anos [1] Devido aos elevados custos das baterias dos veiacuteculos eleacutectricos [2] e agrave
maturidade dos veiacuteculos a gasolina que passaram a poder ser produzidos em massa com um
custo razoaacutevel fez com que estes dominassem o mercado
Apesar de serem desenvolvidos veiacuteculos eleacutectricos haacute 150 anos desde o iniacutecio do seacuteculo
XX natildeo existe uma grande aceitaccedilatildeo pelo puacuteblico em geral Actualmente esta situaccedilatildeo estaacute a
mudar devido a questotildees ambientais ao aumento do preccedilo do petroacuteleo e agrave dependecircncia
energeacutetica deste
Em 1999 apareceu o primeiro veiacuteculo hiacutebrido o Honda INSIGHT [3] Estes veiacuteculos tecircm um
menor consumo energeacutetico devido ao aproveitamento e utilizaccedilatildeo de energia eleacutectrica com a
mesma autonomia dos automoacuteveis movidos a combustiacuteveis foacutesseis podem ainda aproveitar a
energia da travagem para carregar as baterias Os veiacuteculos hiacutebridos mais recentes jaacute podem
carregar as baterias ligando o carro a uma tomada eleacutectrica satildeo os chamados plug-in hybrid
electric vehicle (PHEV) Para o utilizador um veiacuteculo hiacutebrido funciona de maneira igual ao
automoacutevel movido a combustiacutevel foacutessil o que faz com que actualmente os veiacuteculos hiacutebridos
sejam os veiacuteculos de estrada com baterias mais vendidos
Existe uma procura cada vez maior a alternativas ao veiacuteculo movido a combustiacuteveis
foacutesseis Com o grande investimento nacional em energias renovaacuteveis e ao facto de
actualmente o custo por quiloacutemetro de um veiacuteculo eleacutectrico ser aproximadamente trecircs vezes
menor ao custo por quiloacutemetro de um veiacuteculo a petroacuteleo o veiacuteculo eleacutectrico surge num
contexto favoraacutevel
2 - Introduccedilatildeo
Como o veiacuteculo eleacutectrico natildeo polui (no local onde circula - podendo existir poluiccedilatildeo
associada agrave geraccedilatildeo de electricidade utilizada para carregar as suas baterias) este diminui a
poluiccedilatildeo nas cidades e nas vias de comunicaccedilatildeo Devido ao grande investimento nacional em
energias renovaacuteveis que representam cerca de um terccedilo do total da energia eleacutectrica
produzida e ao aumento dos paineacuteis solares instalados em habitaccedilotildees [4] o impacto
ambiental do carregamento de veiacuteculos eleacutectricos tem o potencial para ser muito menor do
que nos veiacuteculos convencionais podendo em alguns casos ser mesmo nulo
Nas uacuteltimas deacutecadas vaacuterias marcas desenvolveram protoacutetipos de veiacuteculos eleacutectricos mas
nenhum chegou a ser produzido em seacuterie O actual preccedilo do petroacuteleo o seu pico ocorrido a
meio do ano de 2008 e a capacidade tecnoloacutegica associada ao desenvolvimento das baterias
(nomeadamente no aumento da energia por peso e a diminuiccedilatildeo do tempo de
recarregamento) justificam o lanccedilamento comercial dos veiacuteculos eleacutectricos
11 - Problema
Ao niacutevel das novas tecnologias em particular das Tecnologias de Informaccedilatildeo e
Comunicaccedilatildeo (TIC) assiste-se a uma contiacutenua penetraccedilatildeo em todos os sectores e que
recentemente se comeccedila a assistir tambeacutem nos automoacuteveis (desde os GPS sistemas matildeos
livres leitor de DVD) mesmo as iniciativas de promoccedilatildeo de comunicaccedilatildeo ldquocar-to-car
comunicationsrdquo [5] que procuram aumentar a seguranccedila dos condutores entram nesta
tendecircncia Actualmente ocorrem muitos acidentes que poderiam ser evitados se existisse um
sistema de comunicaccedilatildeo nos veiacuteculos O congestionamento tambeacutem poderia beneficiar de um
sistema deste tipo
Existe um problema econoacutemico e ambiental devido ao petroacuteleo Por outro lado os
veiacuteculos eleacutectricos satildeo (haacute muitos anos) uma alternativa aos veiacuteculos tradicionais sendo que
agora temos tecnologia mais desenvolvida (directa e indirectamente ligada ao veiacuteculo) e
parece existir vontade poliacutetica Ainda que os veiacuteculos eleacutectricos actuais apresentem
limitaccedilotildees de autonomia e novos sistemas eleacutectricoselectroacutenicos que necessitam de um
sistema de gestatildeo eficiente estes podem beneficiar dos desenvolvimentos das
TICs para ultrapassar estes desafios
Assim dado o actual contexto e a introduccedilatildeo dos veiacuteculos eleacutectricos que se apresentam
como potenciais beneficiadores das TICs este trabalho procura desenvolver um sistema de
gestatildeo interno ao veiacuteculo que seja capaz de colaborar na gestatildeo destes diversos tipos de
comunicaccedilatildeo que ocorrem nos veiacuteculos (ie comunicaccedilatildeo entre elementos internos ao
veiacuteculo e comunicaccedilatildeo de elementos internos com externos) particularmente orientado ao
contexto de veiacuteculo eleacutectrico de forma a facilitar a sua adopccedilatildeo e colaborar no aumento da
sua mobilidade
3
12 - Objectivos
Desenvolver um sistema de gestatildeo de comunicaccedilatildeo para veiacuteculos eleacutectricos baseado em
tecnologias adequadas ao contexto Este deve controlar e monitorizar o fluxo de energia
entre ceacutelulas acumuladoras baterias motores e o circuito eleacutectrico deve comunicar com o
computador do utilizador quando estaacute estacionado em casa e deve conseguir utilizar diversas
tecnologias de forma a permitir o acesso agrave Internet quer para comunicar ao utilizador o
estado das baterias quer para disponibilizar acesso a conteuacutedos A informaccedilatildeo recolhida deve
ainda ser armazenada para poder ser transmitida para elementos externos quando tal for
necessaacuteriodesejado
13 - Enquadramento
O principal problema dos Veiacuteculos Eleacutectricos (ldquoElectric Vehiclesrdquo ndash EV) eacute o armazenamento
de energia devido ao custo e relaccedilatildeo pesopotencia das baterias ser alto Para minimizar este
problema eacute necessaacuterio um sistema de gestatildeo para controlar o fluxo de energia Este sistema
deve estar preparado para aceitar diversos tipos de componentes que aumentem a autonomia
e o desempenho do veiacuteculo tais como ultra-condensadores extensatildeo de autonomia com motor
a combustatildeo troca de baterias paineacuteis solares etc
Um veiacuteculo eleacutectrico eacute alimentado pela energia eleacutectrica armazenada nele Para mover
um veiacuteculo deste tipo eacute necessaacuterio pelo menos um motor eleacutectrico Estes novos componentes
necessitam de uma boa gestatildeo para o veiacuteculo eleacutectrico se tornar uma alternativa aos veiacuteculos
a combustatildeo ldquoThe battery bank controller and motor must have excellent efficiency
adequate capacity and low weight along with regenerative compatibilityrdquo [6]
Com a necessidade de integrar as vaacuterias tecnologias existentes no veiacuteculo e outras que
fazem parte do dia-a-dia das pessoas (GPS telemoacuteveis serviccedilos de ligaccedilatildeo agrave Internet etc) e
tambeacutem as novas tecnologias necessaacuterias agrave operaccedilatildeo de um veiacuteculo eleacutectrico surge a
necessidade da criaccedilatildeo de um sistema que os interligue permitindo assim uma gestatildeo mais
eficaz e com mais funcionalidades
14 - Tecnologias
As tecnologias que vatildeo ser abordadas satildeo CAN redes de sensores sem fios Internet
atraveacutes de protocolos Wi-Fi (80211) e UMTS e ainda comunicaccedilatildeo entre veiacuteculos (inVANET)
Estas tecnologias iratildeo ser abordadas em detalhe no proacuteximo capiacutetulo
Capiacutetulo 2
Estado da arte
Neste capiacutetulo apresentam-se as inovaccedilotildees tecnoloacutegicas que levaram ao aparecimento dos
veiacuteculos eleacutectricos os problemas actuais destes veiacuteculos os seus componentes e formas de os
gerir
Um dos principais factores que justificam um sistema de comunicaccedilatildeo que interligue todo
o veiacuteculo eacute o facto de nos uacuteltimos anos muitos sistemas mecacircnicos terem vindo a evoluir para
electroacutenicos Os componentes mecacircnicos natildeo possibilitavam uma gestatildeo centralizada os
componentes electroacutenicos aleacutem de funcionarem melhor podem interagir resultando em novas
funcionalidades e numa maior eficiecircncia
21 - Revoluccedilatildeo tecnoloacutegica para os carros eleacutectricos e overview
dos mesmos - constituiccedilatildeo interna
Os principais factores que contribuem para o desenvolvimento de carros eleacutectricos satildeo os
veiacuteculos eleacutectricos natildeo poluem no seu funcionamento e como satildeo mais eficientes satildeo mais
ecoloacutegicos o custo por km eacute menor e diminuem a dependecircncia energeacutetica de outros paiacuteses
Na tabela seguinte podemos observar as principais diferenccedilas entre os dois tipos de
veiacuteculos [6]
Tabela 21 ndash Comparaccedilatildeo de veiacuteculos combustatildeo interna e eleacutectricos
Feature Electric vehicles IC Engine vehicles
Prime mover Electric motor IC engine
Powered by Charged battery ultra
capacitors Diesel Petrol
Self weight High due to battery bank Low as compared to EV
Power Transmission Both mechanical as well
as electrical Mechanical
6 - Estado da arte
Braking system Regenerative braking Friction braking
Efficiency High Low
Eco friendly Yes No
Initial cost High Average
Running cost Low Very high
As diferenccedilas entre os dois tipos de veiacuteculos na perspectiva do utilizador satildeo tempo de
carregamento um custo de deslocaccedilatildeo menor mas um custo do veiacuteculo mais elevado - este
custo poderaacute vir a baixar caso sejam criados benefiacutecios fiscais para este tipo de veiacuteculos
Os veiacuteculos eleacutectricos vatildeo beneficiar da tecnologia actual dos veiacuteculos hiacutebridos que jaacute satildeo
produzidos em massa Os dois tipos de veiacuteculos tecircm pontos em comum pelo menos um motor
eleacutectrico baterias para o alimentar e um sistema de travagem regenerativa
22 - Desafios actuais dos carros eleacutectricos - Performance vs
gestatildeo do consumo e autonomia
Os requisitos para uma bateria ideal satildeo grande densidade de energia (menor peso) alta
potecircncia longa vida eficiecircncia de cargadescarga eficiecircncia a qualquer temperatura auto-
descarga miacutenima baixa resistecircncia de entrada sem memoacuteria alto grau de seguranccedila boa
fiabilidade baixo custo e reciclaacutevel [7] Como as baterias ideais natildeo existem nos pontos
seguintes satildeo apresentadas soluccedilotildees para lidar com as limitaccedilotildees das baterias
221 - Veiacuteculos com extensatildeo de autonomia
Actualmente existem veiacuteculos eleacutectricos que tecircm uma extensatildeo de autonomia fornecida
por um motor de combustatildeo como eacute o caso do Chevrolet Volt [8] Estes veiacuteculos funcionam
como EV durante a duraccedilatildeo das baterias Posteriormente recorrem agrave energia eleacutectrica
produzida pelo motor de combustatildeo usado como gerador mesmo assim este processo eacute mais
eficiente que usar o motor a combustatildeo para mover o veiacuteculo Devido ao motor a combustatildeo
natildeo ser usado para mover o veiacuteculo natildeo precisa de ter tanta cilindrada como os presentes nos
veiacuteculos hiacutebridos tendo a vantagem de ser mais pequeno e mais leve
7
Ilustraccedilatildeo 21ndash Relaccedilatildeo pesoenergia para baterias e geraccedilatildeo termodinacircmica
A figura acima [9] justifica a presenccedila de um motor a combustatildeo para gerar electricidade
num veiacuteculo eleacutectrico No iniacutecio da linha da energia termodinacircmica podemos observar o peso
adicional devido ao motor mas este natildeo eacute desvantajoso porque a quantidade de energia por
peso da gasolina eacute bastante maior do que a das baterias Apesar da relaccedilatildeo pesoenergia nas
baterias ser inferior ao pesoenergia da gasolina eacute mais econoacutemico carregar as baterias e eacute
possiacutevel aproveitar a energia das travagens
222 - Ultra-condensadores
Os ultra-condensadores satildeo uma nova tecnologia que permite armazenar vinte vezes mais
energia que um condensador normal O objectivo principal dos ultra-condensadores nos
veiacuteculos eleacutectricos eacute o de permitir maiores travagens e aceleraccedilotildees com perdas de energia
miacutenimas devido a este conseguir carregar e descarregar muito mais rapidamente que uma
bateria Os ultra-condensadores natildeo perdem desempenho ao carregar e descarregar durando
toda a vida uacutetil do veiacuteculo sendo por isso mais ecoloacutegicos que as baterias [10]
223 - Carregamento
Devido agrave elevada potecircncia necessaacuteria para carregar um veiacuteculo eleacutectrico (que pode ser
ligado e desligado da rede eleacutectrica rapidamente) e devido agraves fontes de energia renovaacuteveis
fornecerem energia irregularmente os veiacuteculos eleacutectricos devem ter a capacidade de
poderem ser usados como geradores em determinados momentos (ie fornecerem energia agrave
rede para a estabilizar ou satisfazer picos de procura)
Uma soluccedilatildeo para aproveitar melhor as energias renovaacuteveis eacute armazenar o excesso de
energia gerado por estas durante a noite e injecta-la durante o dia diminuindo assim a
utilizaccedilatildeo de combustiacuteveis foacutesseis Este meacutetodo eacute tambeacutem vantajoso para o utilizador uma
vez que a energia durante o dia eacute mais cara do que agrave noite
8 - Estado da arte
Um problema que poderaacute existir devido aos diferentes custos da electricidade ao longo do
dia eacute um nuacutemero excessivo de veiacuteculos comeccedilarem a carregar simultaneamente no momento
de transiccedilatildeo de hora de cheio para vazio Uma soluccedilatildeo eacute proposta por Fumiko Koyanagi no
paper A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles
[11] que se baseia em criar diversas zonas eleacutectricas com comeccedilo da hora de vazio a horas
diferentes
224 - Locais de carregamento
Existem actualmente trecircs meacutetodos para carregar um EV ou PHEV
Carregamento raacutepido este tipo natildeo eacute o mais eficiente em termos energeacuteticos
mas permite carregar o veiacuteculo entre 20 a 30 minutos [12] (este valor tende a
diminuir com o avanccedilo da tecnologia) O utilizador poderaacute optar por natildeo
carregar totalmente o veiacuteculo neste caso o tempo de carregamento eacute menor
Este tipo de carregamento seraacute feito em estaccedilotildees de carregamento
Carregamento lento eacute mais eficiente que o carregamento raacutepido mas
demora mais tempo a carregar o veiacuteculo Como natildeo eacute expectaacutevel que o
utilizador do veiacuteculo espere no veiacuteculo ateacute que ele carregue este tipo de
carregamento estaacute a ser pensado para locais onde que o utilizador permaneccedila
por um ldquolongordquo periacuteodo de tempo como em casa trabalho parques de
estacionamento puacuteblico hoteacuteis e centros comerciais
Troca de baterias eacute tatildeo raacutepido como abastecer um veiacuteculo normal este tipo
eacute o adequado a veiacuteculos de emergecircncia e a veiacuteculos que permaneccedilam pouco
tempo parados [13]
Em Portugal jaacute existem 100 pontos de carregamento e estatildeo previstos 1300 em 2011 [14]
ldquoA entidade Gestora Mobi-E integraraacute as vaacuterias empresas Comercializadoras da Mobilidade
Eleacutectrica e asseguraraacute que o abastecimento pode ser efectuado em qualquer ponto existente
no paiacutes de forma a garantir uma rede aberta universal e focada no utilizadorrdquo [14]
23 - Tecnologias de comunicaccedilatildeo
Os veiacuteculos futuros no qual se pode inserir os EVs devem poder estar ligados agrave Internet
para oferecer conteuacutedos multimeacutedia aos ocupantes do veiacuteculo reservar lugares em estaccedilotildees
de carregamento usar o GPS para calcular o melhor caminho com base em informaccedilatildeo do
tracircnsito em tempo real aumentar a seguranccedila nas estradas e transferir dados do utilizador
recorrendo quer a comunicaccedilatildeo entre veiacuteculos quer com infra-estrutura etc
231 - WLAN
Uma wireless local area network nomeadamente as normas 80211 permitem uma ligaccedilatildeo
de banda larga agrave Internet (eg ao automoacutevel e a dispositivos moacuteveis do utilizador) No caso
de uma rede WLAN numa estaccedilatildeo de carregamento o condutor pode deixar o carro a carregar
e ver no seu telemoacutevel o estado das baterias O automoacutevel tambeacutem poderaacute ligar-se a redes
WLAN jaacute existentes e usar esta tecnologia para comunicar com os outros veiacuteculos Como a
tecnologia WLAN eacute amplamente usada os seus equipamentos satildeo de baixo custo Actualmente
9
existe uma empresa que disponibiliza no mercado norte-americano um serviccedilo que usa
Internet UMTS para disponibilizar Internet por WLAN dentro e num raio a volta do veiacuteculo
[15]
Frequecircncias usadas na norma 80211
5GHz ndash Em locais que a gama dos 24GHz esteja sobrelotada o protocolo 80211a pode ser
mais raacutepido que os protocolos 80211g e 80211n devido a haver menores interferecircncias No
entanto esta frequecircncia sofre uma maior atenuaccedilatildeo quando existem obstaacuteculos Os veiacuteculos
devem estar preparados para se ligarem nestas duas gamas de frequecircncias para o caso de uma
das gamas estar sobrelotada
24GHz - Nesta gama existem os protocolos 80211b 80211g e 80211n o 80211b eacute o
protocolo com maior alcance mas uma rede a funcionar em 80211g ou 80211n transita
automaticamente para 80211b caso o sinal seja fraco pelo que a rede deve estar
configurada para se ligar por g ou n O 80211n tem a vantagem de usar a tecnologia MIMO
que usa vaacuterias antenas para aumentar a qualidade do sinal sem aumentar nem a potecircncia nem
a largura de banda
58GHz ndash O protocolo 80211p ainda natildeo existe em fase final mas permite aos veiacuteculos
usar uma frequecircncia exclusiva e funcionar numa inVANET que eacute descrita no ponto seguinte
Este protocolo como estaacute vocacionado para veiacuteculos em movimento consegue estabelecer
ligaccedilotildees mais rapidamente e tem um menor tempo de atraso que os protocolos descritos
anteriormente
Tabela 22 ndash Tabela resumo dos vaacuterios protocolos da norma 80211
Norma 80211 Velocidade maacutexima
(Mbps) Existente no mercado Frequecircncias (GHz)
a 54 Sim 5
b 11 Sim 24
g 54 Sim 24
n 600 Sim 24
p Natildeo 58
O protocolo ideal a adoptar nesta fase seria o 80211n uma vez que eacute o mais raacutepido e
suporta tecnologia MIMO (que permite uma maior resistecircncia a interferecircncias) Caso este natildeo
esteja disponiacutevel deve-se usar o 80211g se houver interferecircncia com outras redes vizinhas
deve ser usado o 80211a Quando o protocolo 80211p estiver disponiacutevel este deve ser a
escolha principal jaacute que usa uma frequecircncia exclusiva este protocolo eacute indicado para o uso
em estrada devido aos veiacuteculos estarem em movimento
232 - InVANET
Uma wireless ad hoc network eacute uma rede sem fios descentralizada ou seja natildeo existe um
ou mais APrsquos a que todos os clientes se ligam Estas redes natildeo satildeo tatildeo fiaacuteveis devido agraves
colisotildees no acesso ao meio a situaccedilatildeo piora em situaccedilotildees moacuteveis em que as tabelas de
encaminhamento estatildeo sempre a mudar Para reduzir estes problemas foi criada uma
10 - Estado da arte
Vehicular Ad-Hoc Network (VANET) que eacute uma forma de rede moacutevel ad-hoc vocacionada para
o uso em veiacuteculos
Uma Intelligent vehicular ad hoc network (InVANET) eacute uma implementaccedilatildeo de uma VANET
vocacionada para a seguranccedila nas estradas Para diminuir os acidentes nas estradas esta rede
propotildee a troca de paracircmetros entre veiacuteculos proacuteximos ou entre veiacuteculos e a infra-estrutura
tais como mudanccedila de velocidade mudanccedila de faixa de rodagem e condiccedilotildees da via Outros
cenaacuterios de seguranccedila visados por esta rede satildeo o controlo do congestionamento e informar a
poliacutecia em casos de roubo ou fuga do local do acidente [16]
233 - Banda Larga Moacutevel
Tabela 23 ndash Comparaccedilatildeo de velocidades das vaacuterias tecnologias de Banda Larga Moacutevel
Tecnologia Velocidade maacutexima de download
GPRS (25G) 2368 kbits
UMTS (3G) 384 kbits
HSDPA (35G) 216 Mbits
A velocidade de 216 Mbits do HSPDA refere-se agrave velocidade maacutexima em Portugal o
HSPDA estaacute disponiacutevel na maior parte dos centros urbanos existe cobertura por UMTS em
praticamente todo o territoacuterio nacional Ao sair de uma aacuterea coberta por HSDPA eacute feito
handhover automaticamente para GPRS ou UMTS
Jaacute existem protoacutetipos para a utilizaccedilatildeo da quarta geraccedilatildeo moacutevel em automoacuteveis [17] que
permite aos ocupantes do veiacuteculo uma Internet mais raacutepida e a possibilidade de trabalhar em
nuvem
234 - Bluetoothtrade
O Bluetooth eacute uma tecnologia sem fios usada para ligar telemoacuteveis entre si e ligar
dispositivos a telemoacuteveis e a computadores Em alguns veiacuteculos esta tecnologia jaacute estaacute
implementada permitindo fornecer um serviccedilo de matildeos livres
Esta tecnologia poderaacute ser usada para comunicaccedilatildeo entre o veiacuteculo e a estaccedilatildeo de
carregamento transferir dados de ligar vaacuterios tipos de dispositivos moacuteveis do utilizador
235 - Sensores sem fios
Os sensores sem fios podem permitir diminuir o peso complexidade e custo do sistema de
sensores tambeacutem permitem colocar sensores em locais de difiacutecil acesso por cabo (por
exemplo pressatildeo dos pneus) Esta rede de sensores necessita ter baixa latecircncia e alta
fiabilidade natildeo sendo orientada para elevadas taxas de transmissatildeo de dados nem periacuteodos
de actividade elevados Protocolos possiacuteveis para uma rede de sensores sem fios no veiacuteculo
ZigBeetrade - Eacute um protocolo da camada de rede e aplicaccedilatildeo para criar uma rede infra-
estruturada de sensores sem fios O ZigBee fornece uma simples e confiaacutevel rede sem
fios multi-salto com a capacidade de suportar vaacuterias aplicaccedilotildees em simultacircneo
UWB - Eacute um sistema raacutedio de baixas emissotildees para curto alcance de alta velocidade
RFID ndash Eacute um protocolo sem fios para a identificaccedilatildeo de uma pessoa ou objecto
Existem identificadores passivos que natildeo precisam de bateria e que tem um alcance
de alguns centiacutemetros e activos que necessitam de uma fonte de energia que podem
comunicar ate alguns metros
11
A tabela seguinte [18] faz uma comparaccedilatildeo de possiacuteveis normas de comunicaccedilatildeo para
sensores sem fios
Tabela 24 ndash Comparaccedilatildeo das normas de sensores sem fios
O sistema RFID soacute seraacute uacutetil como identificador do veiacuteculo (eg estaccedilatildeo de abastecimento)
mas caso exista um sistema WLAN este seraacute preferiacutevel para identificar o veiacuteculo O ZigBee e o
UWB satildeo os mais indicados para uma rede de sensores mas devido ao tempo menor de
inicializaccedilatildeo e menor consumo energeacutetico a tecnologia ZigBee seraacute preferiacutevel
24 - Consoacutercios
241 - Car 2 Car
Este consoacutercio [5] tem como objectivo criar uma norma para um sistema de comunicaccedilotildees
cooperativo inter-veiacuteculos e entre veiacuteculos e infra-estrutura a funcionar numa banda de
frequecircncias livres e exclusivas para estas aplicaccedilotildees Este sistema eacute importante para prevenir
os acidentes o congestionamento e comunicar com estaccedilotildees de abastecimento
12 - Estado da arte
Este sistema eacute especialmente uacutetil em situaccedilotildees de baixa visibilidade para os veiacuteculos
prioritaacuterios e para avisar antecipadamente quando um veiacuteculo tem as luzes de emergecircncia
ligadas ou haacute obras No caso de um acidente que bloqueie a estrada o sistema poderaacute avisar
com antecedecircncia suficiente para o GPS calcular uma rota alternativa
Este sistema pode usar trecircs tipos de comunicaccedilatildeo [19]
IEEE 80211p
IEEE 80211abgn
GPRS ou UMTS
242 - Coopers
CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety eacute um consoacutercio que visa fornecer aos
veiacuteculos e condutores informaccedilatildeo em tempo real sobre o estado da via de maneira a
aumentar a seguranccedila na estrada [20] o objectivo do consoacutercio eacute rdquo To define develop and
test new safety related services equipment and applications using two way communication
between road infrastructure and vehicles from a traffic management perspective COOPERS
will build upon existing equipment and infrastructure as far as possible to incorporate bi-
directional infrastructure-vehicle links as an open standardised wireless communication
technology The role of motorway operators in offering and retrieving safety relevant and
traffic management information for specific road segments on European motorways based on
infrastructure and in-vehicle data will be investigatedrdquo [21] O sistema incorpora um
receptor GPS estaacute ligado ao CAN e comunica por WLAN e UMTSGPRS
25 - Sistemas de gestatildeo inovadores para gerir os diversos tipos
de comunicaccedilatildeo
Actualmente haacute um grande nuacutemero de funccedilotildees automoacuteveis controladas por computador O
uso de um cabo dedicado a cada dispositivo com o nuacutemero crescente de sistemas deixa de ser
praacutetico
251 - CAN
Uma soluccedilatildeo eacute o uso de redes LAN que permite a multiplexaccedilatildeo dos dados Com esta
soluccedilatildeo eacute possiacutevel[22] Reduzir o nuacutemero de cabos
Reduzir o custo e o peso
Melhorar a fiabilidade e facilitar a instalaccedilatildeo
Partilhar os dados recolhidos dos sensores por vaacuterios dispositivos
Alterar ou adicionar funccedilotildees por software
Detectar e corrigir erros causados por interferecircncia electromagneacutetica
As mensagens que circulam na rede CAN tecircm um valor numeacuterico que indica a prioridade
da mensagem isto permite tratar informaccedilatildeo criacutetica sem atraso A versatilidade do CAN
permite controlar vaacuterios tipos de dispositivos num veiacuteculo
13
252 - LIN bus
O Local Interconnect Network (LIN) bus eacute uma alternativa mais barata e simples ao CAN Pode
ser usada em subsistemas natildeo criacuteticos que nem precisem de comunicaccedilatildeo em tempo real nem
altas velocidades
253 - Infotainment
Esta plataforma interliga trecircs aacutereas
Entretimento nos bancos traseiros
RaacutedioCD e navegaccedilatildeo
Comunicaccedilatildeo interna e externa
Ilustraccedilatildeo 22 ndash Sistema de In-Vehicle Infotainment da Intel
A plataforma da Intel [23] permite num soacute hardware juntar vaacuterias tecnologias que
normalmente se apresentam separadas num automoacutevel
26 - Conclusatildeo
Actualmente assiste-se a introduccedilatildeo contiacutenua de veiacuteculos totalmente eleacutectricos no
mercado ainda que com autonomias substancialmente inferiores aos veiacuteculos a combustiacuteveis
foacutesseis Os veiacuteculos ldquoeleacutectricosrdquo mais vendidos actualmente satildeo os veiacuteculos hiacutebridos que
podem carregar as baterias com as travagens e usam um motor eleacutectrico como suporte em
momentos concretos (eg a velocidades abaixo dos 50 kmh eou para fornecer potecircncia
extra ao motor de combustatildeo em momentos de forte aceleraccedilatildeo etc - a estrateacutegia varia de
fabricante para fabricante) Os veiacuteculos hiacutebridos satildeo mais econoacutemicos que os veiacuteculos movidos
14 - Estado da arte
somente a motor de combustatildeo e continuam a beneficiar do motor a gasolina para aumentar
a sua autonomia ndash eacute como se procurassem o melhor dos dois mundos Alguns destes veiacuteculos jaacute
podem ser carregados pela rede eleacutectrica que para pequenas distancias se comportam como
veiacuteculos totalmente eleacutectricos
Capiacutetulo 3
Plano de trabalho
31 - Requisitos
Requisitos funcionais
Quando disponiacutevel Internet por WLAN o sistema deve desligar o HSPDAUMTS
Devem aparecer no ecratilde LCD as informaccedilotildees recebidas do exterior sobre
seguranccedila na estrada em que o veiacuteculo se encontre
O veiacuteculo deve enviar informaccedilotildees sobre o estado do piso aos veiacuteculos que se
encontram atraacutes
O sistema deve ter alojado um Web site com informaccedilotildees sobre o estado do
veiacuteculo (nomeadamente do estado das baterias)
Requisitos de performance
Quando for recebida uma mensagem importante do exterior esta deve aparecer
no LCD em menos de 100ms
32 - Cenaacuterios de teste
Tempo desde um acidente agrave frente do veiculo ateacute ser recebida a informaccedilatildeo e
informado o condutor Este teste verifica
Numa rede a ser usada toda a sua capacidade com vaacuterios veiacuteculos medir o tempo
desde que ocorre um acidente ateacute o condutor ser informado Este cenaacuterio serve para avaliar a
qualidade do QoS
Visualizaccedilatildeo sem falhas de um viacutedeo em streaming
Duraccedilatildeo das baterias em vaacuterios cenaacuterios
33 - Ferramentas
Actualmente estatildeo a ser testadas diversas tecnologias para diversos fins havendo a
possibilidade de alteraccedilatildeo ao longo do desenvolvimento do trabalho
O Matlab pode ser usado para simular a duraccedilatildeo das baterias
16 - Plano de trabalho
Linux ndash possiacutevel ambiente de teste (e g no caso de se usar um router) No final do
trabalho poderaacute ser criado um DVD com Linux e o sistema desenvolvido para instalar num mini
PC a colocar no veiacuteculo
VMware ndash possiacutevel software de virtualizaccedilatildeo que permite definir a velocidade do
processador e a quantidade de memoacuteria RAM sendo assim possiacutevel testar o desempenho do
sistema num ambiente com as caracteriacutesticas do mini PC a ser colocado no veiacuteculo
Para a programaccedilatildeo vai ser usado CC++ devido a ser uma linguagem leve caso seja
necessaacuterio programar o router Para o desenvolvimento do sistema a ser instalado no mini PC
vai ser usada a linguagem java usando o SDK eclipse O java apesar de ser um pouco mais
lento que o C++ eacute muito mais adequado para a programaccedilatildeo com sockets e tem um melhor
tratamento de erros
O servidor apache vai ser usado para a criaccedilatildeo de uma paacutegina Web no veiacuteculo a qual soacute
tem acesso quem o utilizador quiser Esta paacutegina disponibiliza informaccedilatildeo diversa sobre o
veiacuteculo nomeadamente o estado das baterias e transferir dados tais como filmes e fazer
configuraccedilotildees ao veiacuteculo
34 - Arquitectura
A figura em baixo ilustra uma possiacutevel arquitectura para o sistema proposto
17
Mini PC
Router UMTS
Switch
Dispositivos moacuteveis do utilizador LCD nos
bancos traseiros
Dispositivos para os
passageiros
LCD na consola
central
Dispositivos para o
condutor
GPS
Internet CAN
CT
Sensores natildeo
incluiacutedos no CAN
CasaEstaccedilatildeo de
carregamento
Ilustraccedilatildeo 31 ndash Arquitectura do sistema a desenvolver
Para este sistema funcionar soacute precisa do mini PC ao qual estaacute ligado um switch (o switch
poderaacute estar incorporado noutro componente como o router ou o AP) O sistema funciona de
forma escalaacutevel podendo funcionar sem qualquer um dos outros componentes
18 - Plano de trabalho
Sistema
principal
Comunicaccedilatildeo
Sensores
Ligaccedilatildeo ao
CAN
WLAN
UMTS
sem fios
com fios
EV
powertrain
CAN
Controlador do motor baterias e ultra-condensador
Infotainment
Servidor Web
Ilustraccedilatildeo 32 ndash Moacutedulos do sistema
O sistema vai ser escalaacutevel permitindo adicionarremoveralterar moacutedulos facilitando
assim a compatibilidade com novas tecnologias
35 - Trabalho futuro
O ldquoanexo 41 - Diagrama de Gantt do projectordquo mostra a planificaccedilatildeo para a dissertaccedilatildeo
Nos dias seguintes agrave entrega deste relatoacuterio vatildeo ser definidos objectivos semanais para a
dissertaccedilatildeo O primeiro moacutedulo a ser desenvolvido seraacute o do Web site atraveacutes do qual seraacute
possiacutevel monitorizar o estado das baterias e fazer algumas configuraccedilotildees ao veiacuteculo
36 - Conclusatildeo
As actuais barreiras agrave adopccedilatildeo de veiacuteculos eleacutectricos satildeo a autonomia a relaccedilatildeo
pesoenergia e o custo das baterias A dissertaccedilatildeo poderaacute abordar o fluxo de energia entre os
componentes do veiacuteculo e a integraccedilatildeo dos componentes eleacutectricoselectroacutenicos existentes
actualmente e os novos necessaacuterios agrave operaccedilatildeo de um EV
A melhor maneira de aumentar a autonomia de um EV eacute usar um motor termodinacircmico a
gerar electricidade quando a energia das baterias acabar esta soluccedilatildeo em comparaccedilatildeo com a
19
adiccedilatildeo de mais baterias eacute mais econoacutemica resulta num menor peso para o veiacuteculo e eacute
possiacutevel abastecer o veiacuteculo como um veiacuteculo com motor a combustatildeo interna
A inclusatildeo de um ultra-condensador permite melhorar a capacidade de absorccedilatildeo de
energia numa travagem aumentar a aceleraccedilatildeo do veiacuteculo e aumentar o tempo de vida das
baterias
Os novos veiacuteculos deveratildeo ter um sistema de comunicaccedilatildeo inVANET para comunicaccedilatildeo
entre eles e com a infra-estrutura para aumentar a seguranccedila e diminuir o congestionamento
das estradas
O uso de uma plataforma de infotainment permite reduzir o hardware presente no veiacuteculo
integrando vaacuterias tecnologias multimeacutedia
Os novos sensores a colocar no veiacuteculo soacute seratildeo sem fio caso natildeo seja possiacutevel liga-los por
fios (eg sensores de pressatildeo nos pneus) devido a possiacuteveis interferecircncias e atrasos na
comunicaccedilatildeo
O sistema CAN pode funcionar em paralelo ao sistema a desenvolver garantindo assim
tempos de resposta garantidamente baixos em aacutereas criacuteticas do sistema
Capiacutetulo 4
Anexos
41 - Diagrama de Gantt do projecto
Referecircncias
1 Situ L Electric Vehicle Development The Past Present amp Future 2001 2 SCHALLENBERG RH Prospects for the Electric Vehicle A Historical Perspective 1980 3 Motor H Honda Introduces the INSIGHT a Hybrid Car that Offers the Worlds Lowest
Fuel Consumption for a Mass-Produced Gasoline-Powered Vehicle 1999 [cited 2010 0802] Available from httpworldhondacomnews19994990906chtml
4 Craveiro C Investimento em paineacuteis solares ascende a 167 milhotildees 2010 [cited 2010 01-02] Available from httpwwwenergiasrenovaveiscomDetalheNoticiasaspID_conteudo=357ampID_area=8
5 Car 2 Car Communication Consortium 2008 [cited 2010 0602] Available from httpwwwcar-to-carorg
6 Gulhane V MR Tarambale and YP Nerkar A Scope for the Research and Development Activities on Electric Vehicle Technology in Pune City in Electric and Hybrid Vehicles 2006 ICEHV 06 IEEE Conference on 2006
7 Affanni A et al Battery Choice and Management for New-Generation Electric Vehicles 2005 8 Motors G Volt 2010 [cited 2010 0302] Available from
httpwwwchevroletcompagesopendefaultfuturevoltdo 9 SCHMIDHOFER A G ZHANG and H WEISS RANGE EXTENDER OPTIMISATION FOR
ELECTRICAL VEHICLES 2004 10 Juan W Dixon MOaEW Regenerative Braking for an Electric Vehicle Using
Ultracapacitors and a Buck-Boost Converter 11 Koyanagi F A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles 1998 12 INTELI Mobilidade Eleacutectrica 2010 [cited 2010 0902] Available from
httpwwwmobi-eptmobilidadehtml 13 Place B Battery switch stations support for long distance road trips 2010 [cited
2010 0902] Available from httpwwwbetterplacecomsolutioncharging 14 Portuguesa GdR Lanccedilada rede nacional de carregamento para Veiacuteculos Eleacutectricos
2009 [cited 2010 0802] Available from httpwwwportugalgovptptGC17GovernoMinisteriosMEIDocumentosPages20090629_MEI_Doc_Mobilidade_Electricaaspx
15 Mobile A autonet mobile 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwautonetmobilecom
24 - Referecircncias
16 Saravanan K AT and KRameshbabu A Middleware Architectural Framework for Vehicular Safety over VANET 2009
17 Ltd B-S LTE Connected Car 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwngconnectorgecosystemconnected-carhtm
18 Ahmed M et al Intra-vehicular Wireless Networks 19 CAR 2 CAR Communication Consortium Manifesto 2007 20 Coopers CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety 2008 [cited 2010 0802] 21 Froumltscher A and M Boumlhm Co-operative Systems for Intelligent Road Safety 2007 22 Chaari L N Masmoudi and L Kamoun Electronic control in electric vehicle based on
CAN network in Systems Man and Cybernetics 2002 IEEE International Conference on 2002
23 Corporation I In-Vehicle Infotainment [cited 2010 03-02] Available from httpwwwintelcomdesignembeddedinfotainmentindexhtm
ix
Lista de figuras
Ilustraccedilatildeo 21ndash Relaccedilatildeo pesoenergia para baterias e geraccedilatildeo termodinacircmica 7
Ilustraccedilatildeo 22 ndash Sistema de In-Vehicle Infotainment da Intel 13
Ilustraccedilatildeo 31 ndash Arquitectura do sistema a desenvolver 17
Ilustraccedilatildeo 32 ndash Moacutedulos do sistema 18
xi
Lista de tabelas
Tabela 21 ndash Comparaccedilatildeo de veiacuteculos combustatildeo interna e eleacutectricos 5
Tabela 22 ndash Tabela resumo dos vaacuterios protocolos da norma 80211 9
Tabela 23 ndash Comparaccedilatildeo de velocidades das vaacuterias tecnologias de Banda Larga Moacutevel 10
Tabela 24 ndash Comparaccedilatildeo das normas de sensores sem fios 11
xiii
Abreviaturas e Siacutembolos
Lista de abreviaturas CAN Controller area network
EMC Electromagnetic compatibility
EV Electrical vehicle
GPRS General Packet radio service (25G)
GPS Global Positioning System
HSDPA High-Speed Downlink Packet Access
IC Internal combustion engine
InVANET Intelligent vehicular ad hoc network
LAN Local area network
LTE Long Term Evolution (quarta geraccedilatildeo moacutevel)
OBD On-Board Diagnostic designa um sistema de auto-diagnoacutestico disponiacutevel na
maioria dos veiacuteculos automoacuteveis que circulam actualmente nas estradas e
obrigatoacuterio na Europa e nos Estados Unidos para todos os veiacuteculos produzidos
desde 1996
PHEV Plug-in hybrid electric vehicle
RAM Random Access Memory
TIC Tecnologias de Informaccedilatildeo e Comunicaccedilatildeo
UMTS Universal Mobile Telecommunication System (3G)
VANET Vehicular Ad-Hoc Network
WLAN wireless local area network
Capiacutetulo 1
Introduccedilatildeo
No inicio do seacuteculo XX o uso de veiacuteculos eleacutectricos era mais frequente do que o uso dos
veiacuteculos a gasolina uma vez que nessa altura o desempenho dos veiacuteculos eleacutectricos era
superior agrave dos seus rivais Contudo a tecnologia dos veiacuteculos eleacutectricos da altura natildeo oferecia
autonomia suficiente para fazer viagens inter-cidades (autonomia de 50 km) o que levou agrave
quebra do interesse nesta tecnologia e o seu desenvolvimento foi quase nulo durante dezenas
de anos [1] Devido aos elevados custos das baterias dos veiacuteculos eleacutectricos [2] e agrave
maturidade dos veiacuteculos a gasolina que passaram a poder ser produzidos em massa com um
custo razoaacutevel fez com que estes dominassem o mercado
Apesar de serem desenvolvidos veiacuteculos eleacutectricos haacute 150 anos desde o iniacutecio do seacuteculo
XX natildeo existe uma grande aceitaccedilatildeo pelo puacuteblico em geral Actualmente esta situaccedilatildeo estaacute a
mudar devido a questotildees ambientais ao aumento do preccedilo do petroacuteleo e agrave dependecircncia
energeacutetica deste
Em 1999 apareceu o primeiro veiacuteculo hiacutebrido o Honda INSIGHT [3] Estes veiacuteculos tecircm um
menor consumo energeacutetico devido ao aproveitamento e utilizaccedilatildeo de energia eleacutectrica com a
mesma autonomia dos automoacuteveis movidos a combustiacuteveis foacutesseis podem ainda aproveitar a
energia da travagem para carregar as baterias Os veiacuteculos hiacutebridos mais recentes jaacute podem
carregar as baterias ligando o carro a uma tomada eleacutectrica satildeo os chamados plug-in hybrid
electric vehicle (PHEV) Para o utilizador um veiacuteculo hiacutebrido funciona de maneira igual ao
automoacutevel movido a combustiacutevel foacutessil o que faz com que actualmente os veiacuteculos hiacutebridos
sejam os veiacuteculos de estrada com baterias mais vendidos
Existe uma procura cada vez maior a alternativas ao veiacuteculo movido a combustiacuteveis
foacutesseis Com o grande investimento nacional em energias renovaacuteveis e ao facto de
actualmente o custo por quiloacutemetro de um veiacuteculo eleacutectrico ser aproximadamente trecircs vezes
menor ao custo por quiloacutemetro de um veiacuteculo a petroacuteleo o veiacuteculo eleacutectrico surge num
contexto favoraacutevel
2 - Introduccedilatildeo
Como o veiacuteculo eleacutectrico natildeo polui (no local onde circula - podendo existir poluiccedilatildeo
associada agrave geraccedilatildeo de electricidade utilizada para carregar as suas baterias) este diminui a
poluiccedilatildeo nas cidades e nas vias de comunicaccedilatildeo Devido ao grande investimento nacional em
energias renovaacuteveis que representam cerca de um terccedilo do total da energia eleacutectrica
produzida e ao aumento dos paineacuteis solares instalados em habitaccedilotildees [4] o impacto
ambiental do carregamento de veiacuteculos eleacutectricos tem o potencial para ser muito menor do
que nos veiacuteculos convencionais podendo em alguns casos ser mesmo nulo
Nas uacuteltimas deacutecadas vaacuterias marcas desenvolveram protoacutetipos de veiacuteculos eleacutectricos mas
nenhum chegou a ser produzido em seacuterie O actual preccedilo do petroacuteleo o seu pico ocorrido a
meio do ano de 2008 e a capacidade tecnoloacutegica associada ao desenvolvimento das baterias
(nomeadamente no aumento da energia por peso e a diminuiccedilatildeo do tempo de
recarregamento) justificam o lanccedilamento comercial dos veiacuteculos eleacutectricos
11 - Problema
Ao niacutevel das novas tecnologias em particular das Tecnologias de Informaccedilatildeo e
Comunicaccedilatildeo (TIC) assiste-se a uma contiacutenua penetraccedilatildeo em todos os sectores e que
recentemente se comeccedila a assistir tambeacutem nos automoacuteveis (desde os GPS sistemas matildeos
livres leitor de DVD) mesmo as iniciativas de promoccedilatildeo de comunicaccedilatildeo ldquocar-to-car
comunicationsrdquo [5] que procuram aumentar a seguranccedila dos condutores entram nesta
tendecircncia Actualmente ocorrem muitos acidentes que poderiam ser evitados se existisse um
sistema de comunicaccedilatildeo nos veiacuteculos O congestionamento tambeacutem poderia beneficiar de um
sistema deste tipo
Existe um problema econoacutemico e ambiental devido ao petroacuteleo Por outro lado os
veiacuteculos eleacutectricos satildeo (haacute muitos anos) uma alternativa aos veiacuteculos tradicionais sendo que
agora temos tecnologia mais desenvolvida (directa e indirectamente ligada ao veiacuteculo) e
parece existir vontade poliacutetica Ainda que os veiacuteculos eleacutectricos actuais apresentem
limitaccedilotildees de autonomia e novos sistemas eleacutectricoselectroacutenicos que necessitam de um
sistema de gestatildeo eficiente estes podem beneficiar dos desenvolvimentos das
TICs para ultrapassar estes desafios
Assim dado o actual contexto e a introduccedilatildeo dos veiacuteculos eleacutectricos que se apresentam
como potenciais beneficiadores das TICs este trabalho procura desenvolver um sistema de
gestatildeo interno ao veiacuteculo que seja capaz de colaborar na gestatildeo destes diversos tipos de
comunicaccedilatildeo que ocorrem nos veiacuteculos (ie comunicaccedilatildeo entre elementos internos ao
veiacuteculo e comunicaccedilatildeo de elementos internos com externos) particularmente orientado ao
contexto de veiacuteculo eleacutectrico de forma a facilitar a sua adopccedilatildeo e colaborar no aumento da
sua mobilidade
3
12 - Objectivos
Desenvolver um sistema de gestatildeo de comunicaccedilatildeo para veiacuteculos eleacutectricos baseado em
tecnologias adequadas ao contexto Este deve controlar e monitorizar o fluxo de energia
entre ceacutelulas acumuladoras baterias motores e o circuito eleacutectrico deve comunicar com o
computador do utilizador quando estaacute estacionado em casa e deve conseguir utilizar diversas
tecnologias de forma a permitir o acesso agrave Internet quer para comunicar ao utilizador o
estado das baterias quer para disponibilizar acesso a conteuacutedos A informaccedilatildeo recolhida deve
ainda ser armazenada para poder ser transmitida para elementos externos quando tal for
necessaacuteriodesejado
13 - Enquadramento
O principal problema dos Veiacuteculos Eleacutectricos (ldquoElectric Vehiclesrdquo ndash EV) eacute o armazenamento
de energia devido ao custo e relaccedilatildeo pesopotencia das baterias ser alto Para minimizar este
problema eacute necessaacuterio um sistema de gestatildeo para controlar o fluxo de energia Este sistema
deve estar preparado para aceitar diversos tipos de componentes que aumentem a autonomia
e o desempenho do veiacuteculo tais como ultra-condensadores extensatildeo de autonomia com motor
a combustatildeo troca de baterias paineacuteis solares etc
Um veiacuteculo eleacutectrico eacute alimentado pela energia eleacutectrica armazenada nele Para mover
um veiacuteculo deste tipo eacute necessaacuterio pelo menos um motor eleacutectrico Estes novos componentes
necessitam de uma boa gestatildeo para o veiacuteculo eleacutectrico se tornar uma alternativa aos veiacuteculos
a combustatildeo ldquoThe battery bank controller and motor must have excellent efficiency
adequate capacity and low weight along with regenerative compatibilityrdquo [6]
Com a necessidade de integrar as vaacuterias tecnologias existentes no veiacuteculo e outras que
fazem parte do dia-a-dia das pessoas (GPS telemoacuteveis serviccedilos de ligaccedilatildeo agrave Internet etc) e
tambeacutem as novas tecnologias necessaacuterias agrave operaccedilatildeo de um veiacuteculo eleacutectrico surge a
necessidade da criaccedilatildeo de um sistema que os interligue permitindo assim uma gestatildeo mais
eficaz e com mais funcionalidades
14 - Tecnologias
As tecnologias que vatildeo ser abordadas satildeo CAN redes de sensores sem fios Internet
atraveacutes de protocolos Wi-Fi (80211) e UMTS e ainda comunicaccedilatildeo entre veiacuteculos (inVANET)
Estas tecnologias iratildeo ser abordadas em detalhe no proacuteximo capiacutetulo
Capiacutetulo 2
Estado da arte
Neste capiacutetulo apresentam-se as inovaccedilotildees tecnoloacutegicas que levaram ao aparecimento dos
veiacuteculos eleacutectricos os problemas actuais destes veiacuteculos os seus componentes e formas de os
gerir
Um dos principais factores que justificam um sistema de comunicaccedilatildeo que interligue todo
o veiacuteculo eacute o facto de nos uacuteltimos anos muitos sistemas mecacircnicos terem vindo a evoluir para
electroacutenicos Os componentes mecacircnicos natildeo possibilitavam uma gestatildeo centralizada os
componentes electroacutenicos aleacutem de funcionarem melhor podem interagir resultando em novas
funcionalidades e numa maior eficiecircncia
21 - Revoluccedilatildeo tecnoloacutegica para os carros eleacutectricos e overview
dos mesmos - constituiccedilatildeo interna
Os principais factores que contribuem para o desenvolvimento de carros eleacutectricos satildeo os
veiacuteculos eleacutectricos natildeo poluem no seu funcionamento e como satildeo mais eficientes satildeo mais
ecoloacutegicos o custo por km eacute menor e diminuem a dependecircncia energeacutetica de outros paiacuteses
Na tabela seguinte podemos observar as principais diferenccedilas entre os dois tipos de
veiacuteculos [6]
Tabela 21 ndash Comparaccedilatildeo de veiacuteculos combustatildeo interna e eleacutectricos
Feature Electric vehicles IC Engine vehicles
Prime mover Electric motor IC engine
Powered by Charged battery ultra
capacitors Diesel Petrol
Self weight High due to battery bank Low as compared to EV
Power Transmission Both mechanical as well
as electrical Mechanical
6 - Estado da arte
Braking system Regenerative braking Friction braking
Efficiency High Low
Eco friendly Yes No
Initial cost High Average
Running cost Low Very high
As diferenccedilas entre os dois tipos de veiacuteculos na perspectiva do utilizador satildeo tempo de
carregamento um custo de deslocaccedilatildeo menor mas um custo do veiacuteculo mais elevado - este
custo poderaacute vir a baixar caso sejam criados benefiacutecios fiscais para este tipo de veiacuteculos
Os veiacuteculos eleacutectricos vatildeo beneficiar da tecnologia actual dos veiacuteculos hiacutebridos que jaacute satildeo
produzidos em massa Os dois tipos de veiacuteculos tecircm pontos em comum pelo menos um motor
eleacutectrico baterias para o alimentar e um sistema de travagem regenerativa
22 - Desafios actuais dos carros eleacutectricos - Performance vs
gestatildeo do consumo e autonomia
Os requisitos para uma bateria ideal satildeo grande densidade de energia (menor peso) alta
potecircncia longa vida eficiecircncia de cargadescarga eficiecircncia a qualquer temperatura auto-
descarga miacutenima baixa resistecircncia de entrada sem memoacuteria alto grau de seguranccedila boa
fiabilidade baixo custo e reciclaacutevel [7] Como as baterias ideais natildeo existem nos pontos
seguintes satildeo apresentadas soluccedilotildees para lidar com as limitaccedilotildees das baterias
221 - Veiacuteculos com extensatildeo de autonomia
Actualmente existem veiacuteculos eleacutectricos que tecircm uma extensatildeo de autonomia fornecida
por um motor de combustatildeo como eacute o caso do Chevrolet Volt [8] Estes veiacuteculos funcionam
como EV durante a duraccedilatildeo das baterias Posteriormente recorrem agrave energia eleacutectrica
produzida pelo motor de combustatildeo usado como gerador mesmo assim este processo eacute mais
eficiente que usar o motor a combustatildeo para mover o veiacuteculo Devido ao motor a combustatildeo
natildeo ser usado para mover o veiacuteculo natildeo precisa de ter tanta cilindrada como os presentes nos
veiacuteculos hiacutebridos tendo a vantagem de ser mais pequeno e mais leve
7
Ilustraccedilatildeo 21ndash Relaccedilatildeo pesoenergia para baterias e geraccedilatildeo termodinacircmica
A figura acima [9] justifica a presenccedila de um motor a combustatildeo para gerar electricidade
num veiacuteculo eleacutectrico No iniacutecio da linha da energia termodinacircmica podemos observar o peso
adicional devido ao motor mas este natildeo eacute desvantajoso porque a quantidade de energia por
peso da gasolina eacute bastante maior do que a das baterias Apesar da relaccedilatildeo pesoenergia nas
baterias ser inferior ao pesoenergia da gasolina eacute mais econoacutemico carregar as baterias e eacute
possiacutevel aproveitar a energia das travagens
222 - Ultra-condensadores
Os ultra-condensadores satildeo uma nova tecnologia que permite armazenar vinte vezes mais
energia que um condensador normal O objectivo principal dos ultra-condensadores nos
veiacuteculos eleacutectricos eacute o de permitir maiores travagens e aceleraccedilotildees com perdas de energia
miacutenimas devido a este conseguir carregar e descarregar muito mais rapidamente que uma
bateria Os ultra-condensadores natildeo perdem desempenho ao carregar e descarregar durando
toda a vida uacutetil do veiacuteculo sendo por isso mais ecoloacutegicos que as baterias [10]
223 - Carregamento
Devido agrave elevada potecircncia necessaacuteria para carregar um veiacuteculo eleacutectrico (que pode ser
ligado e desligado da rede eleacutectrica rapidamente) e devido agraves fontes de energia renovaacuteveis
fornecerem energia irregularmente os veiacuteculos eleacutectricos devem ter a capacidade de
poderem ser usados como geradores em determinados momentos (ie fornecerem energia agrave
rede para a estabilizar ou satisfazer picos de procura)
Uma soluccedilatildeo para aproveitar melhor as energias renovaacuteveis eacute armazenar o excesso de
energia gerado por estas durante a noite e injecta-la durante o dia diminuindo assim a
utilizaccedilatildeo de combustiacuteveis foacutesseis Este meacutetodo eacute tambeacutem vantajoso para o utilizador uma
vez que a energia durante o dia eacute mais cara do que agrave noite
8 - Estado da arte
Um problema que poderaacute existir devido aos diferentes custos da electricidade ao longo do
dia eacute um nuacutemero excessivo de veiacuteculos comeccedilarem a carregar simultaneamente no momento
de transiccedilatildeo de hora de cheio para vazio Uma soluccedilatildeo eacute proposta por Fumiko Koyanagi no
paper A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles
[11] que se baseia em criar diversas zonas eleacutectricas com comeccedilo da hora de vazio a horas
diferentes
224 - Locais de carregamento
Existem actualmente trecircs meacutetodos para carregar um EV ou PHEV
Carregamento raacutepido este tipo natildeo eacute o mais eficiente em termos energeacuteticos
mas permite carregar o veiacuteculo entre 20 a 30 minutos [12] (este valor tende a
diminuir com o avanccedilo da tecnologia) O utilizador poderaacute optar por natildeo
carregar totalmente o veiacuteculo neste caso o tempo de carregamento eacute menor
Este tipo de carregamento seraacute feito em estaccedilotildees de carregamento
Carregamento lento eacute mais eficiente que o carregamento raacutepido mas
demora mais tempo a carregar o veiacuteculo Como natildeo eacute expectaacutevel que o
utilizador do veiacuteculo espere no veiacuteculo ateacute que ele carregue este tipo de
carregamento estaacute a ser pensado para locais onde que o utilizador permaneccedila
por um ldquolongordquo periacuteodo de tempo como em casa trabalho parques de
estacionamento puacuteblico hoteacuteis e centros comerciais
Troca de baterias eacute tatildeo raacutepido como abastecer um veiacuteculo normal este tipo
eacute o adequado a veiacuteculos de emergecircncia e a veiacuteculos que permaneccedilam pouco
tempo parados [13]
Em Portugal jaacute existem 100 pontos de carregamento e estatildeo previstos 1300 em 2011 [14]
ldquoA entidade Gestora Mobi-E integraraacute as vaacuterias empresas Comercializadoras da Mobilidade
Eleacutectrica e asseguraraacute que o abastecimento pode ser efectuado em qualquer ponto existente
no paiacutes de forma a garantir uma rede aberta universal e focada no utilizadorrdquo [14]
23 - Tecnologias de comunicaccedilatildeo
Os veiacuteculos futuros no qual se pode inserir os EVs devem poder estar ligados agrave Internet
para oferecer conteuacutedos multimeacutedia aos ocupantes do veiacuteculo reservar lugares em estaccedilotildees
de carregamento usar o GPS para calcular o melhor caminho com base em informaccedilatildeo do
tracircnsito em tempo real aumentar a seguranccedila nas estradas e transferir dados do utilizador
recorrendo quer a comunicaccedilatildeo entre veiacuteculos quer com infra-estrutura etc
231 - WLAN
Uma wireless local area network nomeadamente as normas 80211 permitem uma ligaccedilatildeo
de banda larga agrave Internet (eg ao automoacutevel e a dispositivos moacuteveis do utilizador) No caso
de uma rede WLAN numa estaccedilatildeo de carregamento o condutor pode deixar o carro a carregar
e ver no seu telemoacutevel o estado das baterias O automoacutevel tambeacutem poderaacute ligar-se a redes
WLAN jaacute existentes e usar esta tecnologia para comunicar com os outros veiacuteculos Como a
tecnologia WLAN eacute amplamente usada os seus equipamentos satildeo de baixo custo Actualmente
9
existe uma empresa que disponibiliza no mercado norte-americano um serviccedilo que usa
Internet UMTS para disponibilizar Internet por WLAN dentro e num raio a volta do veiacuteculo
[15]
Frequecircncias usadas na norma 80211
5GHz ndash Em locais que a gama dos 24GHz esteja sobrelotada o protocolo 80211a pode ser
mais raacutepido que os protocolos 80211g e 80211n devido a haver menores interferecircncias No
entanto esta frequecircncia sofre uma maior atenuaccedilatildeo quando existem obstaacuteculos Os veiacuteculos
devem estar preparados para se ligarem nestas duas gamas de frequecircncias para o caso de uma
das gamas estar sobrelotada
24GHz - Nesta gama existem os protocolos 80211b 80211g e 80211n o 80211b eacute o
protocolo com maior alcance mas uma rede a funcionar em 80211g ou 80211n transita
automaticamente para 80211b caso o sinal seja fraco pelo que a rede deve estar
configurada para se ligar por g ou n O 80211n tem a vantagem de usar a tecnologia MIMO
que usa vaacuterias antenas para aumentar a qualidade do sinal sem aumentar nem a potecircncia nem
a largura de banda
58GHz ndash O protocolo 80211p ainda natildeo existe em fase final mas permite aos veiacuteculos
usar uma frequecircncia exclusiva e funcionar numa inVANET que eacute descrita no ponto seguinte
Este protocolo como estaacute vocacionado para veiacuteculos em movimento consegue estabelecer
ligaccedilotildees mais rapidamente e tem um menor tempo de atraso que os protocolos descritos
anteriormente
Tabela 22 ndash Tabela resumo dos vaacuterios protocolos da norma 80211
Norma 80211 Velocidade maacutexima
(Mbps) Existente no mercado Frequecircncias (GHz)
a 54 Sim 5
b 11 Sim 24
g 54 Sim 24
n 600 Sim 24
p Natildeo 58
O protocolo ideal a adoptar nesta fase seria o 80211n uma vez que eacute o mais raacutepido e
suporta tecnologia MIMO (que permite uma maior resistecircncia a interferecircncias) Caso este natildeo
esteja disponiacutevel deve-se usar o 80211g se houver interferecircncia com outras redes vizinhas
deve ser usado o 80211a Quando o protocolo 80211p estiver disponiacutevel este deve ser a
escolha principal jaacute que usa uma frequecircncia exclusiva este protocolo eacute indicado para o uso
em estrada devido aos veiacuteculos estarem em movimento
232 - InVANET
Uma wireless ad hoc network eacute uma rede sem fios descentralizada ou seja natildeo existe um
ou mais APrsquos a que todos os clientes se ligam Estas redes natildeo satildeo tatildeo fiaacuteveis devido agraves
colisotildees no acesso ao meio a situaccedilatildeo piora em situaccedilotildees moacuteveis em que as tabelas de
encaminhamento estatildeo sempre a mudar Para reduzir estes problemas foi criada uma
10 - Estado da arte
Vehicular Ad-Hoc Network (VANET) que eacute uma forma de rede moacutevel ad-hoc vocacionada para
o uso em veiacuteculos
Uma Intelligent vehicular ad hoc network (InVANET) eacute uma implementaccedilatildeo de uma VANET
vocacionada para a seguranccedila nas estradas Para diminuir os acidentes nas estradas esta rede
propotildee a troca de paracircmetros entre veiacuteculos proacuteximos ou entre veiacuteculos e a infra-estrutura
tais como mudanccedila de velocidade mudanccedila de faixa de rodagem e condiccedilotildees da via Outros
cenaacuterios de seguranccedila visados por esta rede satildeo o controlo do congestionamento e informar a
poliacutecia em casos de roubo ou fuga do local do acidente [16]
233 - Banda Larga Moacutevel
Tabela 23 ndash Comparaccedilatildeo de velocidades das vaacuterias tecnologias de Banda Larga Moacutevel
Tecnologia Velocidade maacutexima de download
GPRS (25G) 2368 kbits
UMTS (3G) 384 kbits
HSDPA (35G) 216 Mbits
A velocidade de 216 Mbits do HSPDA refere-se agrave velocidade maacutexima em Portugal o
HSPDA estaacute disponiacutevel na maior parte dos centros urbanos existe cobertura por UMTS em
praticamente todo o territoacuterio nacional Ao sair de uma aacuterea coberta por HSDPA eacute feito
handhover automaticamente para GPRS ou UMTS
Jaacute existem protoacutetipos para a utilizaccedilatildeo da quarta geraccedilatildeo moacutevel em automoacuteveis [17] que
permite aos ocupantes do veiacuteculo uma Internet mais raacutepida e a possibilidade de trabalhar em
nuvem
234 - Bluetoothtrade
O Bluetooth eacute uma tecnologia sem fios usada para ligar telemoacuteveis entre si e ligar
dispositivos a telemoacuteveis e a computadores Em alguns veiacuteculos esta tecnologia jaacute estaacute
implementada permitindo fornecer um serviccedilo de matildeos livres
Esta tecnologia poderaacute ser usada para comunicaccedilatildeo entre o veiacuteculo e a estaccedilatildeo de
carregamento transferir dados de ligar vaacuterios tipos de dispositivos moacuteveis do utilizador
235 - Sensores sem fios
Os sensores sem fios podem permitir diminuir o peso complexidade e custo do sistema de
sensores tambeacutem permitem colocar sensores em locais de difiacutecil acesso por cabo (por
exemplo pressatildeo dos pneus) Esta rede de sensores necessita ter baixa latecircncia e alta
fiabilidade natildeo sendo orientada para elevadas taxas de transmissatildeo de dados nem periacuteodos
de actividade elevados Protocolos possiacuteveis para uma rede de sensores sem fios no veiacuteculo
ZigBeetrade - Eacute um protocolo da camada de rede e aplicaccedilatildeo para criar uma rede infra-
estruturada de sensores sem fios O ZigBee fornece uma simples e confiaacutevel rede sem
fios multi-salto com a capacidade de suportar vaacuterias aplicaccedilotildees em simultacircneo
UWB - Eacute um sistema raacutedio de baixas emissotildees para curto alcance de alta velocidade
RFID ndash Eacute um protocolo sem fios para a identificaccedilatildeo de uma pessoa ou objecto
Existem identificadores passivos que natildeo precisam de bateria e que tem um alcance
de alguns centiacutemetros e activos que necessitam de uma fonte de energia que podem
comunicar ate alguns metros
11
A tabela seguinte [18] faz uma comparaccedilatildeo de possiacuteveis normas de comunicaccedilatildeo para
sensores sem fios
Tabela 24 ndash Comparaccedilatildeo das normas de sensores sem fios
O sistema RFID soacute seraacute uacutetil como identificador do veiacuteculo (eg estaccedilatildeo de abastecimento)
mas caso exista um sistema WLAN este seraacute preferiacutevel para identificar o veiacuteculo O ZigBee e o
UWB satildeo os mais indicados para uma rede de sensores mas devido ao tempo menor de
inicializaccedilatildeo e menor consumo energeacutetico a tecnologia ZigBee seraacute preferiacutevel
24 - Consoacutercios
241 - Car 2 Car
Este consoacutercio [5] tem como objectivo criar uma norma para um sistema de comunicaccedilotildees
cooperativo inter-veiacuteculos e entre veiacuteculos e infra-estrutura a funcionar numa banda de
frequecircncias livres e exclusivas para estas aplicaccedilotildees Este sistema eacute importante para prevenir
os acidentes o congestionamento e comunicar com estaccedilotildees de abastecimento
12 - Estado da arte
Este sistema eacute especialmente uacutetil em situaccedilotildees de baixa visibilidade para os veiacuteculos
prioritaacuterios e para avisar antecipadamente quando um veiacuteculo tem as luzes de emergecircncia
ligadas ou haacute obras No caso de um acidente que bloqueie a estrada o sistema poderaacute avisar
com antecedecircncia suficiente para o GPS calcular uma rota alternativa
Este sistema pode usar trecircs tipos de comunicaccedilatildeo [19]
IEEE 80211p
IEEE 80211abgn
GPRS ou UMTS
242 - Coopers
CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety eacute um consoacutercio que visa fornecer aos
veiacuteculos e condutores informaccedilatildeo em tempo real sobre o estado da via de maneira a
aumentar a seguranccedila na estrada [20] o objectivo do consoacutercio eacute rdquo To define develop and
test new safety related services equipment and applications using two way communication
between road infrastructure and vehicles from a traffic management perspective COOPERS
will build upon existing equipment and infrastructure as far as possible to incorporate bi-
directional infrastructure-vehicle links as an open standardised wireless communication
technology The role of motorway operators in offering and retrieving safety relevant and
traffic management information for specific road segments on European motorways based on
infrastructure and in-vehicle data will be investigatedrdquo [21] O sistema incorpora um
receptor GPS estaacute ligado ao CAN e comunica por WLAN e UMTSGPRS
25 - Sistemas de gestatildeo inovadores para gerir os diversos tipos
de comunicaccedilatildeo
Actualmente haacute um grande nuacutemero de funccedilotildees automoacuteveis controladas por computador O
uso de um cabo dedicado a cada dispositivo com o nuacutemero crescente de sistemas deixa de ser
praacutetico
251 - CAN
Uma soluccedilatildeo eacute o uso de redes LAN que permite a multiplexaccedilatildeo dos dados Com esta
soluccedilatildeo eacute possiacutevel[22] Reduzir o nuacutemero de cabos
Reduzir o custo e o peso
Melhorar a fiabilidade e facilitar a instalaccedilatildeo
Partilhar os dados recolhidos dos sensores por vaacuterios dispositivos
Alterar ou adicionar funccedilotildees por software
Detectar e corrigir erros causados por interferecircncia electromagneacutetica
As mensagens que circulam na rede CAN tecircm um valor numeacuterico que indica a prioridade
da mensagem isto permite tratar informaccedilatildeo criacutetica sem atraso A versatilidade do CAN
permite controlar vaacuterios tipos de dispositivos num veiacuteculo
13
252 - LIN bus
O Local Interconnect Network (LIN) bus eacute uma alternativa mais barata e simples ao CAN Pode
ser usada em subsistemas natildeo criacuteticos que nem precisem de comunicaccedilatildeo em tempo real nem
altas velocidades
253 - Infotainment
Esta plataforma interliga trecircs aacutereas
Entretimento nos bancos traseiros
RaacutedioCD e navegaccedilatildeo
Comunicaccedilatildeo interna e externa
Ilustraccedilatildeo 22 ndash Sistema de In-Vehicle Infotainment da Intel
A plataforma da Intel [23] permite num soacute hardware juntar vaacuterias tecnologias que
normalmente se apresentam separadas num automoacutevel
26 - Conclusatildeo
Actualmente assiste-se a introduccedilatildeo contiacutenua de veiacuteculos totalmente eleacutectricos no
mercado ainda que com autonomias substancialmente inferiores aos veiacuteculos a combustiacuteveis
foacutesseis Os veiacuteculos ldquoeleacutectricosrdquo mais vendidos actualmente satildeo os veiacuteculos hiacutebridos que
podem carregar as baterias com as travagens e usam um motor eleacutectrico como suporte em
momentos concretos (eg a velocidades abaixo dos 50 kmh eou para fornecer potecircncia
extra ao motor de combustatildeo em momentos de forte aceleraccedilatildeo etc - a estrateacutegia varia de
fabricante para fabricante) Os veiacuteculos hiacutebridos satildeo mais econoacutemicos que os veiacuteculos movidos
14 - Estado da arte
somente a motor de combustatildeo e continuam a beneficiar do motor a gasolina para aumentar
a sua autonomia ndash eacute como se procurassem o melhor dos dois mundos Alguns destes veiacuteculos jaacute
podem ser carregados pela rede eleacutectrica que para pequenas distancias se comportam como
veiacuteculos totalmente eleacutectricos
Capiacutetulo 3
Plano de trabalho
31 - Requisitos
Requisitos funcionais
Quando disponiacutevel Internet por WLAN o sistema deve desligar o HSPDAUMTS
Devem aparecer no ecratilde LCD as informaccedilotildees recebidas do exterior sobre
seguranccedila na estrada em que o veiacuteculo se encontre
O veiacuteculo deve enviar informaccedilotildees sobre o estado do piso aos veiacuteculos que se
encontram atraacutes
O sistema deve ter alojado um Web site com informaccedilotildees sobre o estado do
veiacuteculo (nomeadamente do estado das baterias)
Requisitos de performance
Quando for recebida uma mensagem importante do exterior esta deve aparecer
no LCD em menos de 100ms
32 - Cenaacuterios de teste
Tempo desde um acidente agrave frente do veiculo ateacute ser recebida a informaccedilatildeo e
informado o condutor Este teste verifica
Numa rede a ser usada toda a sua capacidade com vaacuterios veiacuteculos medir o tempo
desde que ocorre um acidente ateacute o condutor ser informado Este cenaacuterio serve para avaliar a
qualidade do QoS
Visualizaccedilatildeo sem falhas de um viacutedeo em streaming
Duraccedilatildeo das baterias em vaacuterios cenaacuterios
33 - Ferramentas
Actualmente estatildeo a ser testadas diversas tecnologias para diversos fins havendo a
possibilidade de alteraccedilatildeo ao longo do desenvolvimento do trabalho
O Matlab pode ser usado para simular a duraccedilatildeo das baterias
16 - Plano de trabalho
Linux ndash possiacutevel ambiente de teste (e g no caso de se usar um router) No final do
trabalho poderaacute ser criado um DVD com Linux e o sistema desenvolvido para instalar num mini
PC a colocar no veiacuteculo
VMware ndash possiacutevel software de virtualizaccedilatildeo que permite definir a velocidade do
processador e a quantidade de memoacuteria RAM sendo assim possiacutevel testar o desempenho do
sistema num ambiente com as caracteriacutesticas do mini PC a ser colocado no veiacuteculo
Para a programaccedilatildeo vai ser usado CC++ devido a ser uma linguagem leve caso seja
necessaacuterio programar o router Para o desenvolvimento do sistema a ser instalado no mini PC
vai ser usada a linguagem java usando o SDK eclipse O java apesar de ser um pouco mais
lento que o C++ eacute muito mais adequado para a programaccedilatildeo com sockets e tem um melhor
tratamento de erros
O servidor apache vai ser usado para a criaccedilatildeo de uma paacutegina Web no veiacuteculo a qual soacute
tem acesso quem o utilizador quiser Esta paacutegina disponibiliza informaccedilatildeo diversa sobre o
veiacuteculo nomeadamente o estado das baterias e transferir dados tais como filmes e fazer
configuraccedilotildees ao veiacuteculo
34 - Arquitectura
A figura em baixo ilustra uma possiacutevel arquitectura para o sistema proposto
17
Mini PC
Router UMTS
Switch
Dispositivos moacuteveis do utilizador LCD nos
bancos traseiros
Dispositivos para os
passageiros
LCD na consola
central
Dispositivos para o
condutor
GPS
Internet CAN
CT
Sensores natildeo
incluiacutedos no CAN
CasaEstaccedilatildeo de
carregamento
Ilustraccedilatildeo 31 ndash Arquitectura do sistema a desenvolver
Para este sistema funcionar soacute precisa do mini PC ao qual estaacute ligado um switch (o switch
poderaacute estar incorporado noutro componente como o router ou o AP) O sistema funciona de
forma escalaacutevel podendo funcionar sem qualquer um dos outros componentes
18 - Plano de trabalho
Sistema
principal
Comunicaccedilatildeo
Sensores
Ligaccedilatildeo ao
CAN
WLAN
UMTS
sem fios
com fios
EV
powertrain
CAN
Controlador do motor baterias e ultra-condensador
Infotainment
Servidor Web
Ilustraccedilatildeo 32 ndash Moacutedulos do sistema
O sistema vai ser escalaacutevel permitindo adicionarremoveralterar moacutedulos facilitando
assim a compatibilidade com novas tecnologias
35 - Trabalho futuro
O ldquoanexo 41 - Diagrama de Gantt do projectordquo mostra a planificaccedilatildeo para a dissertaccedilatildeo
Nos dias seguintes agrave entrega deste relatoacuterio vatildeo ser definidos objectivos semanais para a
dissertaccedilatildeo O primeiro moacutedulo a ser desenvolvido seraacute o do Web site atraveacutes do qual seraacute
possiacutevel monitorizar o estado das baterias e fazer algumas configuraccedilotildees ao veiacuteculo
36 - Conclusatildeo
As actuais barreiras agrave adopccedilatildeo de veiacuteculos eleacutectricos satildeo a autonomia a relaccedilatildeo
pesoenergia e o custo das baterias A dissertaccedilatildeo poderaacute abordar o fluxo de energia entre os
componentes do veiacuteculo e a integraccedilatildeo dos componentes eleacutectricoselectroacutenicos existentes
actualmente e os novos necessaacuterios agrave operaccedilatildeo de um EV
A melhor maneira de aumentar a autonomia de um EV eacute usar um motor termodinacircmico a
gerar electricidade quando a energia das baterias acabar esta soluccedilatildeo em comparaccedilatildeo com a
19
adiccedilatildeo de mais baterias eacute mais econoacutemica resulta num menor peso para o veiacuteculo e eacute
possiacutevel abastecer o veiacuteculo como um veiacuteculo com motor a combustatildeo interna
A inclusatildeo de um ultra-condensador permite melhorar a capacidade de absorccedilatildeo de
energia numa travagem aumentar a aceleraccedilatildeo do veiacuteculo e aumentar o tempo de vida das
baterias
Os novos veiacuteculos deveratildeo ter um sistema de comunicaccedilatildeo inVANET para comunicaccedilatildeo
entre eles e com a infra-estrutura para aumentar a seguranccedila e diminuir o congestionamento
das estradas
O uso de uma plataforma de infotainment permite reduzir o hardware presente no veiacuteculo
integrando vaacuterias tecnologias multimeacutedia
Os novos sensores a colocar no veiacuteculo soacute seratildeo sem fio caso natildeo seja possiacutevel liga-los por
fios (eg sensores de pressatildeo nos pneus) devido a possiacuteveis interferecircncias e atrasos na
comunicaccedilatildeo
O sistema CAN pode funcionar em paralelo ao sistema a desenvolver garantindo assim
tempos de resposta garantidamente baixos em aacutereas criacuteticas do sistema
Capiacutetulo 4
Anexos
41 - Diagrama de Gantt do projecto
Referecircncias
1 Situ L Electric Vehicle Development The Past Present amp Future 2001 2 SCHALLENBERG RH Prospects for the Electric Vehicle A Historical Perspective 1980 3 Motor H Honda Introduces the INSIGHT a Hybrid Car that Offers the Worlds Lowest
Fuel Consumption for a Mass-Produced Gasoline-Powered Vehicle 1999 [cited 2010 0802] Available from httpworldhondacomnews19994990906chtml
4 Craveiro C Investimento em paineacuteis solares ascende a 167 milhotildees 2010 [cited 2010 01-02] Available from httpwwwenergiasrenovaveiscomDetalheNoticiasaspID_conteudo=357ampID_area=8
5 Car 2 Car Communication Consortium 2008 [cited 2010 0602] Available from httpwwwcar-to-carorg
6 Gulhane V MR Tarambale and YP Nerkar A Scope for the Research and Development Activities on Electric Vehicle Technology in Pune City in Electric and Hybrid Vehicles 2006 ICEHV 06 IEEE Conference on 2006
7 Affanni A et al Battery Choice and Management for New-Generation Electric Vehicles 2005 8 Motors G Volt 2010 [cited 2010 0302] Available from
httpwwwchevroletcompagesopendefaultfuturevoltdo 9 SCHMIDHOFER A G ZHANG and H WEISS RANGE EXTENDER OPTIMISATION FOR
ELECTRICAL VEHICLES 2004 10 Juan W Dixon MOaEW Regenerative Braking for an Electric Vehicle Using
Ultracapacitors and a Buck-Boost Converter 11 Koyanagi F A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles 1998 12 INTELI Mobilidade Eleacutectrica 2010 [cited 2010 0902] Available from
httpwwwmobi-eptmobilidadehtml 13 Place B Battery switch stations support for long distance road trips 2010 [cited
2010 0902] Available from httpwwwbetterplacecomsolutioncharging 14 Portuguesa GdR Lanccedilada rede nacional de carregamento para Veiacuteculos Eleacutectricos
2009 [cited 2010 0802] Available from httpwwwportugalgovptptGC17GovernoMinisteriosMEIDocumentosPages20090629_MEI_Doc_Mobilidade_Electricaaspx
15 Mobile A autonet mobile 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwautonetmobilecom
24 - Referecircncias
16 Saravanan K AT and KRameshbabu A Middleware Architectural Framework for Vehicular Safety over VANET 2009
17 Ltd B-S LTE Connected Car 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwngconnectorgecosystemconnected-carhtm
18 Ahmed M et al Intra-vehicular Wireless Networks 19 CAR 2 CAR Communication Consortium Manifesto 2007 20 Coopers CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety 2008 [cited 2010 0802] 21 Froumltscher A and M Boumlhm Co-operative Systems for Intelligent Road Safety 2007 22 Chaari L N Masmoudi and L Kamoun Electronic control in electric vehicle based on
CAN network in Systems Man and Cybernetics 2002 IEEE International Conference on 2002
23 Corporation I In-Vehicle Infotainment [cited 2010 03-02] Available from httpwwwintelcomdesignembeddedinfotainmentindexhtm
xi
Lista de tabelas
Tabela 21 ndash Comparaccedilatildeo de veiacuteculos combustatildeo interna e eleacutectricos 5
Tabela 22 ndash Tabela resumo dos vaacuterios protocolos da norma 80211 9
Tabela 23 ndash Comparaccedilatildeo de velocidades das vaacuterias tecnologias de Banda Larga Moacutevel 10
Tabela 24 ndash Comparaccedilatildeo das normas de sensores sem fios 11
xiii
Abreviaturas e Siacutembolos
Lista de abreviaturas CAN Controller area network
EMC Electromagnetic compatibility
EV Electrical vehicle
GPRS General Packet radio service (25G)
GPS Global Positioning System
HSDPA High-Speed Downlink Packet Access
IC Internal combustion engine
InVANET Intelligent vehicular ad hoc network
LAN Local area network
LTE Long Term Evolution (quarta geraccedilatildeo moacutevel)
OBD On-Board Diagnostic designa um sistema de auto-diagnoacutestico disponiacutevel na
maioria dos veiacuteculos automoacuteveis que circulam actualmente nas estradas e
obrigatoacuterio na Europa e nos Estados Unidos para todos os veiacuteculos produzidos
desde 1996
PHEV Plug-in hybrid electric vehicle
RAM Random Access Memory
TIC Tecnologias de Informaccedilatildeo e Comunicaccedilatildeo
UMTS Universal Mobile Telecommunication System (3G)
VANET Vehicular Ad-Hoc Network
WLAN wireless local area network
Capiacutetulo 1
Introduccedilatildeo
No inicio do seacuteculo XX o uso de veiacuteculos eleacutectricos era mais frequente do que o uso dos
veiacuteculos a gasolina uma vez que nessa altura o desempenho dos veiacuteculos eleacutectricos era
superior agrave dos seus rivais Contudo a tecnologia dos veiacuteculos eleacutectricos da altura natildeo oferecia
autonomia suficiente para fazer viagens inter-cidades (autonomia de 50 km) o que levou agrave
quebra do interesse nesta tecnologia e o seu desenvolvimento foi quase nulo durante dezenas
de anos [1] Devido aos elevados custos das baterias dos veiacuteculos eleacutectricos [2] e agrave
maturidade dos veiacuteculos a gasolina que passaram a poder ser produzidos em massa com um
custo razoaacutevel fez com que estes dominassem o mercado
Apesar de serem desenvolvidos veiacuteculos eleacutectricos haacute 150 anos desde o iniacutecio do seacuteculo
XX natildeo existe uma grande aceitaccedilatildeo pelo puacuteblico em geral Actualmente esta situaccedilatildeo estaacute a
mudar devido a questotildees ambientais ao aumento do preccedilo do petroacuteleo e agrave dependecircncia
energeacutetica deste
Em 1999 apareceu o primeiro veiacuteculo hiacutebrido o Honda INSIGHT [3] Estes veiacuteculos tecircm um
menor consumo energeacutetico devido ao aproveitamento e utilizaccedilatildeo de energia eleacutectrica com a
mesma autonomia dos automoacuteveis movidos a combustiacuteveis foacutesseis podem ainda aproveitar a
energia da travagem para carregar as baterias Os veiacuteculos hiacutebridos mais recentes jaacute podem
carregar as baterias ligando o carro a uma tomada eleacutectrica satildeo os chamados plug-in hybrid
electric vehicle (PHEV) Para o utilizador um veiacuteculo hiacutebrido funciona de maneira igual ao
automoacutevel movido a combustiacutevel foacutessil o que faz com que actualmente os veiacuteculos hiacutebridos
sejam os veiacuteculos de estrada com baterias mais vendidos
Existe uma procura cada vez maior a alternativas ao veiacuteculo movido a combustiacuteveis
foacutesseis Com o grande investimento nacional em energias renovaacuteveis e ao facto de
actualmente o custo por quiloacutemetro de um veiacuteculo eleacutectrico ser aproximadamente trecircs vezes
menor ao custo por quiloacutemetro de um veiacuteculo a petroacuteleo o veiacuteculo eleacutectrico surge num
contexto favoraacutevel
2 - Introduccedilatildeo
Como o veiacuteculo eleacutectrico natildeo polui (no local onde circula - podendo existir poluiccedilatildeo
associada agrave geraccedilatildeo de electricidade utilizada para carregar as suas baterias) este diminui a
poluiccedilatildeo nas cidades e nas vias de comunicaccedilatildeo Devido ao grande investimento nacional em
energias renovaacuteveis que representam cerca de um terccedilo do total da energia eleacutectrica
produzida e ao aumento dos paineacuteis solares instalados em habitaccedilotildees [4] o impacto
ambiental do carregamento de veiacuteculos eleacutectricos tem o potencial para ser muito menor do
que nos veiacuteculos convencionais podendo em alguns casos ser mesmo nulo
Nas uacuteltimas deacutecadas vaacuterias marcas desenvolveram protoacutetipos de veiacuteculos eleacutectricos mas
nenhum chegou a ser produzido em seacuterie O actual preccedilo do petroacuteleo o seu pico ocorrido a
meio do ano de 2008 e a capacidade tecnoloacutegica associada ao desenvolvimento das baterias
(nomeadamente no aumento da energia por peso e a diminuiccedilatildeo do tempo de
recarregamento) justificam o lanccedilamento comercial dos veiacuteculos eleacutectricos
11 - Problema
Ao niacutevel das novas tecnologias em particular das Tecnologias de Informaccedilatildeo e
Comunicaccedilatildeo (TIC) assiste-se a uma contiacutenua penetraccedilatildeo em todos os sectores e que
recentemente se comeccedila a assistir tambeacutem nos automoacuteveis (desde os GPS sistemas matildeos
livres leitor de DVD) mesmo as iniciativas de promoccedilatildeo de comunicaccedilatildeo ldquocar-to-car
comunicationsrdquo [5] que procuram aumentar a seguranccedila dos condutores entram nesta
tendecircncia Actualmente ocorrem muitos acidentes que poderiam ser evitados se existisse um
sistema de comunicaccedilatildeo nos veiacuteculos O congestionamento tambeacutem poderia beneficiar de um
sistema deste tipo
Existe um problema econoacutemico e ambiental devido ao petroacuteleo Por outro lado os
veiacuteculos eleacutectricos satildeo (haacute muitos anos) uma alternativa aos veiacuteculos tradicionais sendo que
agora temos tecnologia mais desenvolvida (directa e indirectamente ligada ao veiacuteculo) e
parece existir vontade poliacutetica Ainda que os veiacuteculos eleacutectricos actuais apresentem
limitaccedilotildees de autonomia e novos sistemas eleacutectricoselectroacutenicos que necessitam de um
sistema de gestatildeo eficiente estes podem beneficiar dos desenvolvimentos das
TICs para ultrapassar estes desafios
Assim dado o actual contexto e a introduccedilatildeo dos veiacuteculos eleacutectricos que se apresentam
como potenciais beneficiadores das TICs este trabalho procura desenvolver um sistema de
gestatildeo interno ao veiacuteculo que seja capaz de colaborar na gestatildeo destes diversos tipos de
comunicaccedilatildeo que ocorrem nos veiacuteculos (ie comunicaccedilatildeo entre elementos internos ao
veiacuteculo e comunicaccedilatildeo de elementos internos com externos) particularmente orientado ao
contexto de veiacuteculo eleacutectrico de forma a facilitar a sua adopccedilatildeo e colaborar no aumento da
sua mobilidade
3
12 - Objectivos
Desenvolver um sistema de gestatildeo de comunicaccedilatildeo para veiacuteculos eleacutectricos baseado em
tecnologias adequadas ao contexto Este deve controlar e monitorizar o fluxo de energia
entre ceacutelulas acumuladoras baterias motores e o circuito eleacutectrico deve comunicar com o
computador do utilizador quando estaacute estacionado em casa e deve conseguir utilizar diversas
tecnologias de forma a permitir o acesso agrave Internet quer para comunicar ao utilizador o
estado das baterias quer para disponibilizar acesso a conteuacutedos A informaccedilatildeo recolhida deve
ainda ser armazenada para poder ser transmitida para elementos externos quando tal for
necessaacuteriodesejado
13 - Enquadramento
O principal problema dos Veiacuteculos Eleacutectricos (ldquoElectric Vehiclesrdquo ndash EV) eacute o armazenamento
de energia devido ao custo e relaccedilatildeo pesopotencia das baterias ser alto Para minimizar este
problema eacute necessaacuterio um sistema de gestatildeo para controlar o fluxo de energia Este sistema
deve estar preparado para aceitar diversos tipos de componentes que aumentem a autonomia
e o desempenho do veiacuteculo tais como ultra-condensadores extensatildeo de autonomia com motor
a combustatildeo troca de baterias paineacuteis solares etc
Um veiacuteculo eleacutectrico eacute alimentado pela energia eleacutectrica armazenada nele Para mover
um veiacuteculo deste tipo eacute necessaacuterio pelo menos um motor eleacutectrico Estes novos componentes
necessitam de uma boa gestatildeo para o veiacuteculo eleacutectrico se tornar uma alternativa aos veiacuteculos
a combustatildeo ldquoThe battery bank controller and motor must have excellent efficiency
adequate capacity and low weight along with regenerative compatibilityrdquo [6]
Com a necessidade de integrar as vaacuterias tecnologias existentes no veiacuteculo e outras que
fazem parte do dia-a-dia das pessoas (GPS telemoacuteveis serviccedilos de ligaccedilatildeo agrave Internet etc) e
tambeacutem as novas tecnologias necessaacuterias agrave operaccedilatildeo de um veiacuteculo eleacutectrico surge a
necessidade da criaccedilatildeo de um sistema que os interligue permitindo assim uma gestatildeo mais
eficaz e com mais funcionalidades
14 - Tecnologias
As tecnologias que vatildeo ser abordadas satildeo CAN redes de sensores sem fios Internet
atraveacutes de protocolos Wi-Fi (80211) e UMTS e ainda comunicaccedilatildeo entre veiacuteculos (inVANET)
Estas tecnologias iratildeo ser abordadas em detalhe no proacuteximo capiacutetulo
Capiacutetulo 2
Estado da arte
Neste capiacutetulo apresentam-se as inovaccedilotildees tecnoloacutegicas que levaram ao aparecimento dos
veiacuteculos eleacutectricos os problemas actuais destes veiacuteculos os seus componentes e formas de os
gerir
Um dos principais factores que justificam um sistema de comunicaccedilatildeo que interligue todo
o veiacuteculo eacute o facto de nos uacuteltimos anos muitos sistemas mecacircnicos terem vindo a evoluir para
electroacutenicos Os componentes mecacircnicos natildeo possibilitavam uma gestatildeo centralizada os
componentes electroacutenicos aleacutem de funcionarem melhor podem interagir resultando em novas
funcionalidades e numa maior eficiecircncia
21 - Revoluccedilatildeo tecnoloacutegica para os carros eleacutectricos e overview
dos mesmos - constituiccedilatildeo interna
Os principais factores que contribuem para o desenvolvimento de carros eleacutectricos satildeo os
veiacuteculos eleacutectricos natildeo poluem no seu funcionamento e como satildeo mais eficientes satildeo mais
ecoloacutegicos o custo por km eacute menor e diminuem a dependecircncia energeacutetica de outros paiacuteses
Na tabela seguinte podemos observar as principais diferenccedilas entre os dois tipos de
veiacuteculos [6]
Tabela 21 ndash Comparaccedilatildeo de veiacuteculos combustatildeo interna e eleacutectricos
Feature Electric vehicles IC Engine vehicles
Prime mover Electric motor IC engine
Powered by Charged battery ultra
capacitors Diesel Petrol
Self weight High due to battery bank Low as compared to EV
Power Transmission Both mechanical as well
as electrical Mechanical
6 - Estado da arte
Braking system Regenerative braking Friction braking
Efficiency High Low
Eco friendly Yes No
Initial cost High Average
Running cost Low Very high
As diferenccedilas entre os dois tipos de veiacuteculos na perspectiva do utilizador satildeo tempo de
carregamento um custo de deslocaccedilatildeo menor mas um custo do veiacuteculo mais elevado - este
custo poderaacute vir a baixar caso sejam criados benefiacutecios fiscais para este tipo de veiacuteculos
Os veiacuteculos eleacutectricos vatildeo beneficiar da tecnologia actual dos veiacuteculos hiacutebridos que jaacute satildeo
produzidos em massa Os dois tipos de veiacuteculos tecircm pontos em comum pelo menos um motor
eleacutectrico baterias para o alimentar e um sistema de travagem regenerativa
22 - Desafios actuais dos carros eleacutectricos - Performance vs
gestatildeo do consumo e autonomia
Os requisitos para uma bateria ideal satildeo grande densidade de energia (menor peso) alta
potecircncia longa vida eficiecircncia de cargadescarga eficiecircncia a qualquer temperatura auto-
descarga miacutenima baixa resistecircncia de entrada sem memoacuteria alto grau de seguranccedila boa
fiabilidade baixo custo e reciclaacutevel [7] Como as baterias ideais natildeo existem nos pontos
seguintes satildeo apresentadas soluccedilotildees para lidar com as limitaccedilotildees das baterias
221 - Veiacuteculos com extensatildeo de autonomia
Actualmente existem veiacuteculos eleacutectricos que tecircm uma extensatildeo de autonomia fornecida
por um motor de combustatildeo como eacute o caso do Chevrolet Volt [8] Estes veiacuteculos funcionam
como EV durante a duraccedilatildeo das baterias Posteriormente recorrem agrave energia eleacutectrica
produzida pelo motor de combustatildeo usado como gerador mesmo assim este processo eacute mais
eficiente que usar o motor a combustatildeo para mover o veiacuteculo Devido ao motor a combustatildeo
natildeo ser usado para mover o veiacuteculo natildeo precisa de ter tanta cilindrada como os presentes nos
veiacuteculos hiacutebridos tendo a vantagem de ser mais pequeno e mais leve
7
Ilustraccedilatildeo 21ndash Relaccedilatildeo pesoenergia para baterias e geraccedilatildeo termodinacircmica
A figura acima [9] justifica a presenccedila de um motor a combustatildeo para gerar electricidade
num veiacuteculo eleacutectrico No iniacutecio da linha da energia termodinacircmica podemos observar o peso
adicional devido ao motor mas este natildeo eacute desvantajoso porque a quantidade de energia por
peso da gasolina eacute bastante maior do que a das baterias Apesar da relaccedilatildeo pesoenergia nas
baterias ser inferior ao pesoenergia da gasolina eacute mais econoacutemico carregar as baterias e eacute
possiacutevel aproveitar a energia das travagens
222 - Ultra-condensadores
Os ultra-condensadores satildeo uma nova tecnologia que permite armazenar vinte vezes mais
energia que um condensador normal O objectivo principal dos ultra-condensadores nos
veiacuteculos eleacutectricos eacute o de permitir maiores travagens e aceleraccedilotildees com perdas de energia
miacutenimas devido a este conseguir carregar e descarregar muito mais rapidamente que uma
bateria Os ultra-condensadores natildeo perdem desempenho ao carregar e descarregar durando
toda a vida uacutetil do veiacuteculo sendo por isso mais ecoloacutegicos que as baterias [10]
223 - Carregamento
Devido agrave elevada potecircncia necessaacuteria para carregar um veiacuteculo eleacutectrico (que pode ser
ligado e desligado da rede eleacutectrica rapidamente) e devido agraves fontes de energia renovaacuteveis
fornecerem energia irregularmente os veiacuteculos eleacutectricos devem ter a capacidade de
poderem ser usados como geradores em determinados momentos (ie fornecerem energia agrave
rede para a estabilizar ou satisfazer picos de procura)
Uma soluccedilatildeo para aproveitar melhor as energias renovaacuteveis eacute armazenar o excesso de
energia gerado por estas durante a noite e injecta-la durante o dia diminuindo assim a
utilizaccedilatildeo de combustiacuteveis foacutesseis Este meacutetodo eacute tambeacutem vantajoso para o utilizador uma
vez que a energia durante o dia eacute mais cara do que agrave noite
8 - Estado da arte
Um problema que poderaacute existir devido aos diferentes custos da electricidade ao longo do
dia eacute um nuacutemero excessivo de veiacuteculos comeccedilarem a carregar simultaneamente no momento
de transiccedilatildeo de hora de cheio para vazio Uma soluccedilatildeo eacute proposta por Fumiko Koyanagi no
paper A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles
[11] que se baseia em criar diversas zonas eleacutectricas com comeccedilo da hora de vazio a horas
diferentes
224 - Locais de carregamento
Existem actualmente trecircs meacutetodos para carregar um EV ou PHEV
Carregamento raacutepido este tipo natildeo eacute o mais eficiente em termos energeacuteticos
mas permite carregar o veiacuteculo entre 20 a 30 minutos [12] (este valor tende a
diminuir com o avanccedilo da tecnologia) O utilizador poderaacute optar por natildeo
carregar totalmente o veiacuteculo neste caso o tempo de carregamento eacute menor
Este tipo de carregamento seraacute feito em estaccedilotildees de carregamento
Carregamento lento eacute mais eficiente que o carregamento raacutepido mas
demora mais tempo a carregar o veiacuteculo Como natildeo eacute expectaacutevel que o
utilizador do veiacuteculo espere no veiacuteculo ateacute que ele carregue este tipo de
carregamento estaacute a ser pensado para locais onde que o utilizador permaneccedila
por um ldquolongordquo periacuteodo de tempo como em casa trabalho parques de
estacionamento puacuteblico hoteacuteis e centros comerciais
Troca de baterias eacute tatildeo raacutepido como abastecer um veiacuteculo normal este tipo
eacute o adequado a veiacuteculos de emergecircncia e a veiacuteculos que permaneccedilam pouco
tempo parados [13]
Em Portugal jaacute existem 100 pontos de carregamento e estatildeo previstos 1300 em 2011 [14]
ldquoA entidade Gestora Mobi-E integraraacute as vaacuterias empresas Comercializadoras da Mobilidade
Eleacutectrica e asseguraraacute que o abastecimento pode ser efectuado em qualquer ponto existente
no paiacutes de forma a garantir uma rede aberta universal e focada no utilizadorrdquo [14]
23 - Tecnologias de comunicaccedilatildeo
Os veiacuteculos futuros no qual se pode inserir os EVs devem poder estar ligados agrave Internet
para oferecer conteuacutedos multimeacutedia aos ocupantes do veiacuteculo reservar lugares em estaccedilotildees
de carregamento usar o GPS para calcular o melhor caminho com base em informaccedilatildeo do
tracircnsito em tempo real aumentar a seguranccedila nas estradas e transferir dados do utilizador
recorrendo quer a comunicaccedilatildeo entre veiacuteculos quer com infra-estrutura etc
231 - WLAN
Uma wireless local area network nomeadamente as normas 80211 permitem uma ligaccedilatildeo
de banda larga agrave Internet (eg ao automoacutevel e a dispositivos moacuteveis do utilizador) No caso
de uma rede WLAN numa estaccedilatildeo de carregamento o condutor pode deixar o carro a carregar
e ver no seu telemoacutevel o estado das baterias O automoacutevel tambeacutem poderaacute ligar-se a redes
WLAN jaacute existentes e usar esta tecnologia para comunicar com os outros veiacuteculos Como a
tecnologia WLAN eacute amplamente usada os seus equipamentos satildeo de baixo custo Actualmente
9
existe uma empresa que disponibiliza no mercado norte-americano um serviccedilo que usa
Internet UMTS para disponibilizar Internet por WLAN dentro e num raio a volta do veiacuteculo
[15]
Frequecircncias usadas na norma 80211
5GHz ndash Em locais que a gama dos 24GHz esteja sobrelotada o protocolo 80211a pode ser
mais raacutepido que os protocolos 80211g e 80211n devido a haver menores interferecircncias No
entanto esta frequecircncia sofre uma maior atenuaccedilatildeo quando existem obstaacuteculos Os veiacuteculos
devem estar preparados para se ligarem nestas duas gamas de frequecircncias para o caso de uma
das gamas estar sobrelotada
24GHz - Nesta gama existem os protocolos 80211b 80211g e 80211n o 80211b eacute o
protocolo com maior alcance mas uma rede a funcionar em 80211g ou 80211n transita
automaticamente para 80211b caso o sinal seja fraco pelo que a rede deve estar
configurada para se ligar por g ou n O 80211n tem a vantagem de usar a tecnologia MIMO
que usa vaacuterias antenas para aumentar a qualidade do sinal sem aumentar nem a potecircncia nem
a largura de banda
58GHz ndash O protocolo 80211p ainda natildeo existe em fase final mas permite aos veiacuteculos
usar uma frequecircncia exclusiva e funcionar numa inVANET que eacute descrita no ponto seguinte
Este protocolo como estaacute vocacionado para veiacuteculos em movimento consegue estabelecer
ligaccedilotildees mais rapidamente e tem um menor tempo de atraso que os protocolos descritos
anteriormente
Tabela 22 ndash Tabela resumo dos vaacuterios protocolos da norma 80211
Norma 80211 Velocidade maacutexima
(Mbps) Existente no mercado Frequecircncias (GHz)
a 54 Sim 5
b 11 Sim 24
g 54 Sim 24
n 600 Sim 24
p Natildeo 58
O protocolo ideal a adoptar nesta fase seria o 80211n uma vez que eacute o mais raacutepido e
suporta tecnologia MIMO (que permite uma maior resistecircncia a interferecircncias) Caso este natildeo
esteja disponiacutevel deve-se usar o 80211g se houver interferecircncia com outras redes vizinhas
deve ser usado o 80211a Quando o protocolo 80211p estiver disponiacutevel este deve ser a
escolha principal jaacute que usa uma frequecircncia exclusiva este protocolo eacute indicado para o uso
em estrada devido aos veiacuteculos estarem em movimento
232 - InVANET
Uma wireless ad hoc network eacute uma rede sem fios descentralizada ou seja natildeo existe um
ou mais APrsquos a que todos os clientes se ligam Estas redes natildeo satildeo tatildeo fiaacuteveis devido agraves
colisotildees no acesso ao meio a situaccedilatildeo piora em situaccedilotildees moacuteveis em que as tabelas de
encaminhamento estatildeo sempre a mudar Para reduzir estes problemas foi criada uma
10 - Estado da arte
Vehicular Ad-Hoc Network (VANET) que eacute uma forma de rede moacutevel ad-hoc vocacionada para
o uso em veiacuteculos
Uma Intelligent vehicular ad hoc network (InVANET) eacute uma implementaccedilatildeo de uma VANET
vocacionada para a seguranccedila nas estradas Para diminuir os acidentes nas estradas esta rede
propotildee a troca de paracircmetros entre veiacuteculos proacuteximos ou entre veiacuteculos e a infra-estrutura
tais como mudanccedila de velocidade mudanccedila de faixa de rodagem e condiccedilotildees da via Outros
cenaacuterios de seguranccedila visados por esta rede satildeo o controlo do congestionamento e informar a
poliacutecia em casos de roubo ou fuga do local do acidente [16]
233 - Banda Larga Moacutevel
Tabela 23 ndash Comparaccedilatildeo de velocidades das vaacuterias tecnologias de Banda Larga Moacutevel
Tecnologia Velocidade maacutexima de download
GPRS (25G) 2368 kbits
UMTS (3G) 384 kbits
HSDPA (35G) 216 Mbits
A velocidade de 216 Mbits do HSPDA refere-se agrave velocidade maacutexima em Portugal o
HSPDA estaacute disponiacutevel na maior parte dos centros urbanos existe cobertura por UMTS em
praticamente todo o territoacuterio nacional Ao sair de uma aacuterea coberta por HSDPA eacute feito
handhover automaticamente para GPRS ou UMTS
Jaacute existem protoacutetipos para a utilizaccedilatildeo da quarta geraccedilatildeo moacutevel em automoacuteveis [17] que
permite aos ocupantes do veiacuteculo uma Internet mais raacutepida e a possibilidade de trabalhar em
nuvem
234 - Bluetoothtrade
O Bluetooth eacute uma tecnologia sem fios usada para ligar telemoacuteveis entre si e ligar
dispositivos a telemoacuteveis e a computadores Em alguns veiacuteculos esta tecnologia jaacute estaacute
implementada permitindo fornecer um serviccedilo de matildeos livres
Esta tecnologia poderaacute ser usada para comunicaccedilatildeo entre o veiacuteculo e a estaccedilatildeo de
carregamento transferir dados de ligar vaacuterios tipos de dispositivos moacuteveis do utilizador
235 - Sensores sem fios
Os sensores sem fios podem permitir diminuir o peso complexidade e custo do sistema de
sensores tambeacutem permitem colocar sensores em locais de difiacutecil acesso por cabo (por
exemplo pressatildeo dos pneus) Esta rede de sensores necessita ter baixa latecircncia e alta
fiabilidade natildeo sendo orientada para elevadas taxas de transmissatildeo de dados nem periacuteodos
de actividade elevados Protocolos possiacuteveis para uma rede de sensores sem fios no veiacuteculo
ZigBeetrade - Eacute um protocolo da camada de rede e aplicaccedilatildeo para criar uma rede infra-
estruturada de sensores sem fios O ZigBee fornece uma simples e confiaacutevel rede sem
fios multi-salto com a capacidade de suportar vaacuterias aplicaccedilotildees em simultacircneo
UWB - Eacute um sistema raacutedio de baixas emissotildees para curto alcance de alta velocidade
RFID ndash Eacute um protocolo sem fios para a identificaccedilatildeo de uma pessoa ou objecto
Existem identificadores passivos que natildeo precisam de bateria e que tem um alcance
de alguns centiacutemetros e activos que necessitam de uma fonte de energia que podem
comunicar ate alguns metros
11
A tabela seguinte [18] faz uma comparaccedilatildeo de possiacuteveis normas de comunicaccedilatildeo para
sensores sem fios
Tabela 24 ndash Comparaccedilatildeo das normas de sensores sem fios
O sistema RFID soacute seraacute uacutetil como identificador do veiacuteculo (eg estaccedilatildeo de abastecimento)
mas caso exista um sistema WLAN este seraacute preferiacutevel para identificar o veiacuteculo O ZigBee e o
UWB satildeo os mais indicados para uma rede de sensores mas devido ao tempo menor de
inicializaccedilatildeo e menor consumo energeacutetico a tecnologia ZigBee seraacute preferiacutevel
24 - Consoacutercios
241 - Car 2 Car
Este consoacutercio [5] tem como objectivo criar uma norma para um sistema de comunicaccedilotildees
cooperativo inter-veiacuteculos e entre veiacuteculos e infra-estrutura a funcionar numa banda de
frequecircncias livres e exclusivas para estas aplicaccedilotildees Este sistema eacute importante para prevenir
os acidentes o congestionamento e comunicar com estaccedilotildees de abastecimento
12 - Estado da arte
Este sistema eacute especialmente uacutetil em situaccedilotildees de baixa visibilidade para os veiacuteculos
prioritaacuterios e para avisar antecipadamente quando um veiacuteculo tem as luzes de emergecircncia
ligadas ou haacute obras No caso de um acidente que bloqueie a estrada o sistema poderaacute avisar
com antecedecircncia suficiente para o GPS calcular uma rota alternativa
Este sistema pode usar trecircs tipos de comunicaccedilatildeo [19]
IEEE 80211p
IEEE 80211abgn
GPRS ou UMTS
242 - Coopers
CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety eacute um consoacutercio que visa fornecer aos
veiacuteculos e condutores informaccedilatildeo em tempo real sobre o estado da via de maneira a
aumentar a seguranccedila na estrada [20] o objectivo do consoacutercio eacute rdquo To define develop and
test new safety related services equipment and applications using two way communication
between road infrastructure and vehicles from a traffic management perspective COOPERS
will build upon existing equipment and infrastructure as far as possible to incorporate bi-
directional infrastructure-vehicle links as an open standardised wireless communication
technology The role of motorway operators in offering and retrieving safety relevant and
traffic management information for specific road segments on European motorways based on
infrastructure and in-vehicle data will be investigatedrdquo [21] O sistema incorpora um
receptor GPS estaacute ligado ao CAN e comunica por WLAN e UMTSGPRS
25 - Sistemas de gestatildeo inovadores para gerir os diversos tipos
de comunicaccedilatildeo
Actualmente haacute um grande nuacutemero de funccedilotildees automoacuteveis controladas por computador O
uso de um cabo dedicado a cada dispositivo com o nuacutemero crescente de sistemas deixa de ser
praacutetico
251 - CAN
Uma soluccedilatildeo eacute o uso de redes LAN que permite a multiplexaccedilatildeo dos dados Com esta
soluccedilatildeo eacute possiacutevel[22] Reduzir o nuacutemero de cabos
Reduzir o custo e o peso
Melhorar a fiabilidade e facilitar a instalaccedilatildeo
Partilhar os dados recolhidos dos sensores por vaacuterios dispositivos
Alterar ou adicionar funccedilotildees por software
Detectar e corrigir erros causados por interferecircncia electromagneacutetica
As mensagens que circulam na rede CAN tecircm um valor numeacuterico que indica a prioridade
da mensagem isto permite tratar informaccedilatildeo criacutetica sem atraso A versatilidade do CAN
permite controlar vaacuterios tipos de dispositivos num veiacuteculo
13
252 - LIN bus
O Local Interconnect Network (LIN) bus eacute uma alternativa mais barata e simples ao CAN Pode
ser usada em subsistemas natildeo criacuteticos que nem precisem de comunicaccedilatildeo em tempo real nem
altas velocidades
253 - Infotainment
Esta plataforma interliga trecircs aacutereas
Entretimento nos bancos traseiros
RaacutedioCD e navegaccedilatildeo
Comunicaccedilatildeo interna e externa
Ilustraccedilatildeo 22 ndash Sistema de In-Vehicle Infotainment da Intel
A plataforma da Intel [23] permite num soacute hardware juntar vaacuterias tecnologias que
normalmente se apresentam separadas num automoacutevel
26 - Conclusatildeo
Actualmente assiste-se a introduccedilatildeo contiacutenua de veiacuteculos totalmente eleacutectricos no
mercado ainda que com autonomias substancialmente inferiores aos veiacuteculos a combustiacuteveis
foacutesseis Os veiacuteculos ldquoeleacutectricosrdquo mais vendidos actualmente satildeo os veiacuteculos hiacutebridos que
podem carregar as baterias com as travagens e usam um motor eleacutectrico como suporte em
momentos concretos (eg a velocidades abaixo dos 50 kmh eou para fornecer potecircncia
extra ao motor de combustatildeo em momentos de forte aceleraccedilatildeo etc - a estrateacutegia varia de
fabricante para fabricante) Os veiacuteculos hiacutebridos satildeo mais econoacutemicos que os veiacuteculos movidos
14 - Estado da arte
somente a motor de combustatildeo e continuam a beneficiar do motor a gasolina para aumentar
a sua autonomia ndash eacute como se procurassem o melhor dos dois mundos Alguns destes veiacuteculos jaacute
podem ser carregados pela rede eleacutectrica que para pequenas distancias se comportam como
veiacuteculos totalmente eleacutectricos
Capiacutetulo 3
Plano de trabalho
31 - Requisitos
Requisitos funcionais
Quando disponiacutevel Internet por WLAN o sistema deve desligar o HSPDAUMTS
Devem aparecer no ecratilde LCD as informaccedilotildees recebidas do exterior sobre
seguranccedila na estrada em que o veiacuteculo se encontre
O veiacuteculo deve enviar informaccedilotildees sobre o estado do piso aos veiacuteculos que se
encontram atraacutes
O sistema deve ter alojado um Web site com informaccedilotildees sobre o estado do
veiacuteculo (nomeadamente do estado das baterias)
Requisitos de performance
Quando for recebida uma mensagem importante do exterior esta deve aparecer
no LCD em menos de 100ms
32 - Cenaacuterios de teste
Tempo desde um acidente agrave frente do veiculo ateacute ser recebida a informaccedilatildeo e
informado o condutor Este teste verifica
Numa rede a ser usada toda a sua capacidade com vaacuterios veiacuteculos medir o tempo
desde que ocorre um acidente ateacute o condutor ser informado Este cenaacuterio serve para avaliar a
qualidade do QoS
Visualizaccedilatildeo sem falhas de um viacutedeo em streaming
Duraccedilatildeo das baterias em vaacuterios cenaacuterios
33 - Ferramentas
Actualmente estatildeo a ser testadas diversas tecnologias para diversos fins havendo a
possibilidade de alteraccedilatildeo ao longo do desenvolvimento do trabalho
O Matlab pode ser usado para simular a duraccedilatildeo das baterias
16 - Plano de trabalho
Linux ndash possiacutevel ambiente de teste (e g no caso de se usar um router) No final do
trabalho poderaacute ser criado um DVD com Linux e o sistema desenvolvido para instalar num mini
PC a colocar no veiacuteculo
VMware ndash possiacutevel software de virtualizaccedilatildeo que permite definir a velocidade do
processador e a quantidade de memoacuteria RAM sendo assim possiacutevel testar o desempenho do
sistema num ambiente com as caracteriacutesticas do mini PC a ser colocado no veiacuteculo
Para a programaccedilatildeo vai ser usado CC++ devido a ser uma linguagem leve caso seja
necessaacuterio programar o router Para o desenvolvimento do sistema a ser instalado no mini PC
vai ser usada a linguagem java usando o SDK eclipse O java apesar de ser um pouco mais
lento que o C++ eacute muito mais adequado para a programaccedilatildeo com sockets e tem um melhor
tratamento de erros
O servidor apache vai ser usado para a criaccedilatildeo de uma paacutegina Web no veiacuteculo a qual soacute
tem acesso quem o utilizador quiser Esta paacutegina disponibiliza informaccedilatildeo diversa sobre o
veiacuteculo nomeadamente o estado das baterias e transferir dados tais como filmes e fazer
configuraccedilotildees ao veiacuteculo
34 - Arquitectura
A figura em baixo ilustra uma possiacutevel arquitectura para o sistema proposto
17
Mini PC
Router UMTS
Switch
Dispositivos moacuteveis do utilizador LCD nos
bancos traseiros
Dispositivos para os
passageiros
LCD na consola
central
Dispositivos para o
condutor
GPS
Internet CAN
CT
Sensores natildeo
incluiacutedos no CAN
CasaEstaccedilatildeo de
carregamento
Ilustraccedilatildeo 31 ndash Arquitectura do sistema a desenvolver
Para este sistema funcionar soacute precisa do mini PC ao qual estaacute ligado um switch (o switch
poderaacute estar incorporado noutro componente como o router ou o AP) O sistema funciona de
forma escalaacutevel podendo funcionar sem qualquer um dos outros componentes
18 - Plano de trabalho
Sistema
principal
Comunicaccedilatildeo
Sensores
Ligaccedilatildeo ao
CAN
WLAN
UMTS
sem fios
com fios
EV
powertrain
CAN
Controlador do motor baterias e ultra-condensador
Infotainment
Servidor Web
Ilustraccedilatildeo 32 ndash Moacutedulos do sistema
O sistema vai ser escalaacutevel permitindo adicionarremoveralterar moacutedulos facilitando
assim a compatibilidade com novas tecnologias
35 - Trabalho futuro
O ldquoanexo 41 - Diagrama de Gantt do projectordquo mostra a planificaccedilatildeo para a dissertaccedilatildeo
Nos dias seguintes agrave entrega deste relatoacuterio vatildeo ser definidos objectivos semanais para a
dissertaccedilatildeo O primeiro moacutedulo a ser desenvolvido seraacute o do Web site atraveacutes do qual seraacute
possiacutevel monitorizar o estado das baterias e fazer algumas configuraccedilotildees ao veiacuteculo
36 - Conclusatildeo
As actuais barreiras agrave adopccedilatildeo de veiacuteculos eleacutectricos satildeo a autonomia a relaccedilatildeo
pesoenergia e o custo das baterias A dissertaccedilatildeo poderaacute abordar o fluxo de energia entre os
componentes do veiacuteculo e a integraccedilatildeo dos componentes eleacutectricoselectroacutenicos existentes
actualmente e os novos necessaacuterios agrave operaccedilatildeo de um EV
A melhor maneira de aumentar a autonomia de um EV eacute usar um motor termodinacircmico a
gerar electricidade quando a energia das baterias acabar esta soluccedilatildeo em comparaccedilatildeo com a
19
adiccedilatildeo de mais baterias eacute mais econoacutemica resulta num menor peso para o veiacuteculo e eacute
possiacutevel abastecer o veiacuteculo como um veiacuteculo com motor a combustatildeo interna
A inclusatildeo de um ultra-condensador permite melhorar a capacidade de absorccedilatildeo de
energia numa travagem aumentar a aceleraccedilatildeo do veiacuteculo e aumentar o tempo de vida das
baterias
Os novos veiacuteculos deveratildeo ter um sistema de comunicaccedilatildeo inVANET para comunicaccedilatildeo
entre eles e com a infra-estrutura para aumentar a seguranccedila e diminuir o congestionamento
das estradas
O uso de uma plataforma de infotainment permite reduzir o hardware presente no veiacuteculo
integrando vaacuterias tecnologias multimeacutedia
Os novos sensores a colocar no veiacuteculo soacute seratildeo sem fio caso natildeo seja possiacutevel liga-los por
fios (eg sensores de pressatildeo nos pneus) devido a possiacuteveis interferecircncias e atrasos na
comunicaccedilatildeo
O sistema CAN pode funcionar em paralelo ao sistema a desenvolver garantindo assim
tempos de resposta garantidamente baixos em aacutereas criacuteticas do sistema
Capiacutetulo 4
Anexos
41 - Diagrama de Gantt do projecto
Referecircncias
1 Situ L Electric Vehicle Development The Past Present amp Future 2001 2 SCHALLENBERG RH Prospects for the Electric Vehicle A Historical Perspective 1980 3 Motor H Honda Introduces the INSIGHT a Hybrid Car that Offers the Worlds Lowest
Fuel Consumption for a Mass-Produced Gasoline-Powered Vehicle 1999 [cited 2010 0802] Available from httpworldhondacomnews19994990906chtml
4 Craveiro C Investimento em paineacuteis solares ascende a 167 milhotildees 2010 [cited 2010 01-02] Available from httpwwwenergiasrenovaveiscomDetalheNoticiasaspID_conteudo=357ampID_area=8
5 Car 2 Car Communication Consortium 2008 [cited 2010 0602] Available from httpwwwcar-to-carorg
6 Gulhane V MR Tarambale and YP Nerkar A Scope for the Research and Development Activities on Electric Vehicle Technology in Pune City in Electric and Hybrid Vehicles 2006 ICEHV 06 IEEE Conference on 2006
7 Affanni A et al Battery Choice and Management for New-Generation Electric Vehicles 2005 8 Motors G Volt 2010 [cited 2010 0302] Available from
httpwwwchevroletcompagesopendefaultfuturevoltdo 9 SCHMIDHOFER A G ZHANG and H WEISS RANGE EXTENDER OPTIMISATION FOR
ELECTRICAL VEHICLES 2004 10 Juan W Dixon MOaEW Regenerative Braking for an Electric Vehicle Using
Ultracapacitors and a Buck-Boost Converter 11 Koyanagi F A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles 1998 12 INTELI Mobilidade Eleacutectrica 2010 [cited 2010 0902] Available from
httpwwwmobi-eptmobilidadehtml 13 Place B Battery switch stations support for long distance road trips 2010 [cited
2010 0902] Available from httpwwwbetterplacecomsolutioncharging 14 Portuguesa GdR Lanccedilada rede nacional de carregamento para Veiacuteculos Eleacutectricos
2009 [cited 2010 0802] Available from httpwwwportugalgovptptGC17GovernoMinisteriosMEIDocumentosPages20090629_MEI_Doc_Mobilidade_Electricaaspx
15 Mobile A autonet mobile 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwautonetmobilecom
24 - Referecircncias
16 Saravanan K AT and KRameshbabu A Middleware Architectural Framework for Vehicular Safety over VANET 2009
17 Ltd B-S LTE Connected Car 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwngconnectorgecosystemconnected-carhtm
18 Ahmed M et al Intra-vehicular Wireless Networks 19 CAR 2 CAR Communication Consortium Manifesto 2007 20 Coopers CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety 2008 [cited 2010 0802] 21 Froumltscher A and M Boumlhm Co-operative Systems for Intelligent Road Safety 2007 22 Chaari L N Masmoudi and L Kamoun Electronic control in electric vehicle based on
CAN network in Systems Man and Cybernetics 2002 IEEE International Conference on 2002
23 Corporation I In-Vehicle Infotainment [cited 2010 03-02] Available from httpwwwintelcomdesignembeddedinfotainmentindexhtm
xiii
Abreviaturas e Siacutembolos
Lista de abreviaturas CAN Controller area network
EMC Electromagnetic compatibility
EV Electrical vehicle
GPRS General Packet radio service (25G)
GPS Global Positioning System
HSDPA High-Speed Downlink Packet Access
IC Internal combustion engine
InVANET Intelligent vehicular ad hoc network
LAN Local area network
LTE Long Term Evolution (quarta geraccedilatildeo moacutevel)
OBD On-Board Diagnostic designa um sistema de auto-diagnoacutestico disponiacutevel na
maioria dos veiacuteculos automoacuteveis que circulam actualmente nas estradas e
obrigatoacuterio na Europa e nos Estados Unidos para todos os veiacuteculos produzidos
desde 1996
PHEV Plug-in hybrid electric vehicle
RAM Random Access Memory
TIC Tecnologias de Informaccedilatildeo e Comunicaccedilatildeo
UMTS Universal Mobile Telecommunication System (3G)
VANET Vehicular Ad-Hoc Network
WLAN wireless local area network
Capiacutetulo 1
Introduccedilatildeo
No inicio do seacuteculo XX o uso de veiacuteculos eleacutectricos era mais frequente do que o uso dos
veiacuteculos a gasolina uma vez que nessa altura o desempenho dos veiacuteculos eleacutectricos era
superior agrave dos seus rivais Contudo a tecnologia dos veiacuteculos eleacutectricos da altura natildeo oferecia
autonomia suficiente para fazer viagens inter-cidades (autonomia de 50 km) o que levou agrave
quebra do interesse nesta tecnologia e o seu desenvolvimento foi quase nulo durante dezenas
de anos [1] Devido aos elevados custos das baterias dos veiacuteculos eleacutectricos [2] e agrave
maturidade dos veiacuteculos a gasolina que passaram a poder ser produzidos em massa com um
custo razoaacutevel fez com que estes dominassem o mercado
Apesar de serem desenvolvidos veiacuteculos eleacutectricos haacute 150 anos desde o iniacutecio do seacuteculo
XX natildeo existe uma grande aceitaccedilatildeo pelo puacuteblico em geral Actualmente esta situaccedilatildeo estaacute a
mudar devido a questotildees ambientais ao aumento do preccedilo do petroacuteleo e agrave dependecircncia
energeacutetica deste
Em 1999 apareceu o primeiro veiacuteculo hiacutebrido o Honda INSIGHT [3] Estes veiacuteculos tecircm um
menor consumo energeacutetico devido ao aproveitamento e utilizaccedilatildeo de energia eleacutectrica com a
mesma autonomia dos automoacuteveis movidos a combustiacuteveis foacutesseis podem ainda aproveitar a
energia da travagem para carregar as baterias Os veiacuteculos hiacutebridos mais recentes jaacute podem
carregar as baterias ligando o carro a uma tomada eleacutectrica satildeo os chamados plug-in hybrid
electric vehicle (PHEV) Para o utilizador um veiacuteculo hiacutebrido funciona de maneira igual ao
automoacutevel movido a combustiacutevel foacutessil o que faz com que actualmente os veiacuteculos hiacutebridos
sejam os veiacuteculos de estrada com baterias mais vendidos
Existe uma procura cada vez maior a alternativas ao veiacuteculo movido a combustiacuteveis
foacutesseis Com o grande investimento nacional em energias renovaacuteveis e ao facto de
actualmente o custo por quiloacutemetro de um veiacuteculo eleacutectrico ser aproximadamente trecircs vezes
menor ao custo por quiloacutemetro de um veiacuteculo a petroacuteleo o veiacuteculo eleacutectrico surge num
contexto favoraacutevel
2 - Introduccedilatildeo
Como o veiacuteculo eleacutectrico natildeo polui (no local onde circula - podendo existir poluiccedilatildeo
associada agrave geraccedilatildeo de electricidade utilizada para carregar as suas baterias) este diminui a
poluiccedilatildeo nas cidades e nas vias de comunicaccedilatildeo Devido ao grande investimento nacional em
energias renovaacuteveis que representam cerca de um terccedilo do total da energia eleacutectrica
produzida e ao aumento dos paineacuteis solares instalados em habitaccedilotildees [4] o impacto
ambiental do carregamento de veiacuteculos eleacutectricos tem o potencial para ser muito menor do
que nos veiacuteculos convencionais podendo em alguns casos ser mesmo nulo
Nas uacuteltimas deacutecadas vaacuterias marcas desenvolveram protoacutetipos de veiacuteculos eleacutectricos mas
nenhum chegou a ser produzido em seacuterie O actual preccedilo do petroacuteleo o seu pico ocorrido a
meio do ano de 2008 e a capacidade tecnoloacutegica associada ao desenvolvimento das baterias
(nomeadamente no aumento da energia por peso e a diminuiccedilatildeo do tempo de
recarregamento) justificam o lanccedilamento comercial dos veiacuteculos eleacutectricos
11 - Problema
Ao niacutevel das novas tecnologias em particular das Tecnologias de Informaccedilatildeo e
Comunicaccedilatildeo (TIC) assiste-se a uma contiacutenua penetraccedilatildeo em todos os sectores e que
recentemente se comeccedila a assistir tambeacutem nos automoacuteveis (desde os GPS sistemas matildeos
livres leitor de DVD) mesmo as iniciativas de promoccedilatildeo de comunicaccedilatildeo ldquocar-to-car
comunicationsrdquo [5] que procuram aumentar a seguranccedila dos condutores entram nesta
tendecircncia Actualmente ocorrem muitos acidentes que poderiam ser evitados se existisse um
sistema de comunicaccedilatildeo nos veiacuteculos O congestionamento tambeacutem poderia beneficiar de um
sistema deste tipo
Existe um problema econoacutemico e ambiental devido ao petroacuteleo Por outro lado os
veiacuteculos eleacutectricos satildeo (haacute muitos anos) uma alternativa aos veiacuteculos tradicionais sendo que
agora temos tecnologia mais desenvolvida (directa e indirectamente ligada ao veiacuteculo) e
parece existir vontade poliacutetica Ainda que os veiacuteculos eleacutectricos actuais apresentem
limitaccedilotildees de autonomia e novos sistemas eleacutectricoselectroacutenicos que necessitam de um
sistema de gestatildeo eficiente estes podem beneficiar dos desenvolvimentos das
TICs para ultrapassar estes desafios
Assim dado o actual contexto e a introduccedilatildeo dos veiacuteculos eleacutectricos que se apresentam
como potenciais beneficiadores das TICs este trabalho procura desenvolver um sistema de
gestatildeo interno ao veiacuteculo que seja capaz de colaborar na gestatildeo destes diversos tipos de
comunicaccedilatildeo que ocorrem nos veiacuteculos (ie comunicaccedilatildeo entre elementos internos ao
veiacuteculo e comunicaccedilatildeo de elementos internos com externos) particularmente orientado ao
contexto de veiacuteculo eleacutectrico de forma a facilitar a sua adopccedilatildeo e colaborar no aumento da
sua mobilidade
3
12 - Objectivos
Desenvolver um sistema de gestatildeo de comunicaccedilatildeo para veiacuteculos eleacutectricos baseado em
tecnologias adequadas ao contexto Este deve controlar e monitorizar o fluxo de energia
entre ceacutelulas acumuladoras baterias motores e o circuito eleacutectrico deve comunicar com o
computador do utilizador quando estaacute estacionado em casa e deve conseguir utilizar diversas
tecnologias de forma a permitir o acesso agrave Internet quer para comunicar ao utilizador o
estado das baterias quer para disponibilizar acesso a conteuacutedos A informaccedilatildeo recolhida deve
ainda ser armazenada para poder ser transmitida para elementos externos quando tal for
necessaacuteriodesejado
13 - Enquadramento
O principal problema dos Veiacuteculos Eleacutectricos (ldquoElectric Vehiclesrdquo ndash EV) eacute o armazenamento
de energia devido ao custo e relaccedilatildeo pesopotencia das baterias ser alto Para minimizar este
problema eacute necessaacuterio um sistema de gestatildeo para controlar o fluxo de energia Este sistema
deve estar preparado para aceitar diversos tipos de componentes que aumentem a autonomia
e o desempenho do veiacuteculo tais como ultra-condensadores extensatildeo de autonomia com motor
a combustatildeo troca de baterias paineacuteis solares etc
Um veiacuteculo eleacutectrico eacute alimentado pela energia eleacutectrica armazenada nele Para mover
um veiacuteculo deste tipo eacute necessaacuterio pelo menos um motor eleacutectrico Estes novos componentes
necessitam de uma boa gestatildeo para o veiacuteculo eleacutectrico se tornar uma alternativa aos veiacuteculos
a combustatildeo ldquoThe battery bank controller and motor must have excellent efficiency
adequate capacity and low weight along with regenerative compatibilityrdquo [6]
Com a necessidade de integrar as vaacuterias tecnologias existentes no veiacuteculo e outras que
fazem parte do dia-a-dia das pessoas (GPS telemoacuteveis serviccedilos de ligaccedilatildeo agrave Internet etc) e
tambeacutem as novas tecnologias necessaacuterias agrave operaccedilatildeo de um veiacuteculo eleacutectrico surge a
necessidade da criaccedilatildeo de um sistema que os interligue permitindo assim uma gestatildeo mais
eficaz e com mais funcionalidades
14 - Tecnologias
As tecnologias que vatildeo ser abordadas satildeo CAN redes de sensores sem fios Internet
atraveacutes de protocolos Wi-Fi (80211) e UMTS e ainda comunicaccedilatildeo entre veiacuteculos (inVANET)
Estas tecnologias iratildeo ser abordadas em detalhe no proacuteximo capiacutetulo
Capiacutetulo 2
Estado da arte
Neste capiacutetulo apresentam-se as inovaccedilotildees tecnoloacutegicas que levaram ao aparecimento dos
veiacuteculos eleacutectricos os problemas actuais destes veiacuteculos os seus componentes e formas de os
gerir
Um dos principais factores que justificam um sistema de comunicaccedilatildeo que interligue todo
o veiacuteculo eacute o facto de nos uacuteltimos anos muitos sistemas mecacircnicos terem vindo a evoluir para
electroacutenicos Os componentes mecacircnicos natildeo possibilitavam uma gestatildeo centralizada os
componentes electroacutenicos aleacutem de funcionarem melhor podem interagir resultando em novas
funcionalidades e numa maior eficiecircncia
21 - Revoluccedilatildeo tecnoloacutegica para os carros eleacutectricos e overview
dos mesmos - constituiccedilatildeo interna
Os principais factores que contribuem para o desenvolvimento de carros eleacutectricos satildeo os
veiacuteculos eleacutectricos natildeo poluem no seu funcionamento e como satildeo mais eficientes satildeo mais
ecoloacutegicos o custo por km eacute menor e diminuem a dependecircncia energeacutetica de outros paiacuteses
Na tabela seguinte podemos observar as principais diferenccedilas entre os dois tipos de
veiacuteculos [6]
Tabela 21 ndash Comparaccedilatildeo de veiacuteculos combustatildeo interna e eleacutectricos
Feature Electric vehicles IC Engine vehicles
Prime mover Electric motor IC engine
Powered by Charged battery ultra
capacitors Diesel Petrol
Self weight High due to battery bank Low as compared to EV
Power Transmission Both mechanical as well
as electrical Mechanical
6 - Estado da arte
Braking system Regenerative braking Friction braking
Efficiency High Low
Eco friendly Yes No
Initial cost High Average
Running cost Low Very high
As diferenccedilas entre os dois tipos de veiacuteculos na perspectiva do utilizador satildeo tempo de
carregamento um custo de deslocaccedilatildeo menor mas um custo do veiacuteculo mais elevado - este
custo poderaacute vir a baixar caso sejam criados benefiacutecios fiscais para este tipo de veiacuteculos
Os veiacuteculos eleacutectricos vatildeo beneficiar da tecnologia actual dos veiacuteculos hiacutebridos que jaacute satildeo
produzidos em massa Os dois tipos de veiacuteculos tecircm pontos em comum pelo menos um motor
eleacutectrico baterias para o alimentar e um sistema de travagem regenerativa
22 - Desafios actuais dos carros eleacutectricos - Performance vs
gestatildeo do consumo e autonomia
Os requisitos para uma bateria ideal satildeo grande densidade de energia (menor peso) alta
potecircncia longa vida eficiecircncia de cargadescarga eficiecircncia a qualquer temperatura auto-
descarga miacutenima baixa resistecircncia de entrada sem memoacuteria alto grau de seguranccedila boa
fiabilidade baixo custo e reciclaacutevel [7] Como as baterias ideais natildeo existem nos pontos
seguintes satildeo apresentadas soluccedilotildees para lidar com as limitaccedilotildees das baterias
221 - Veiacuteculos com extensatildeo de autonomia
Actualmente existem veiacuteculos eleacutectricos que tecircm uma extensatildeo de autonomia fornecida
por um motor de combustatildeo como eacute o caso do Chevrolet Volt [8] Estes veiacuteculos funcionam
como EV durante a duraccedilatildeo das baterias Posteriormente recorrem agrave energia eleacutectrica
produzida pelo motor de combustatildeo usado como gerador mesmo assim este processo eacute mais
eficiente que usar o motor a combustatildeo para mover o veiacuteculo Devido ao motor a combustatildeo
natildeo ser usado para mover o veiacuteculo natildeo precisa de ter tanta cilindrada como os presentes nos
veiacuteculos hiacutebridos tendo a vantagem de ser mais pequeno e mais leve
7
Ilustraccedilatildeo 21ndash Relaccedilatildeo pesoenergia para baterias e geraccedilatildeo termodinacircmica
A figura acima [9] justifica a presenccedila de um motor a combustatildeo para gerar electricidade
num veiacuteculo eleacutectrico No iniacutecio da linha da energia termodinacircmica podemos observar o peso
adicional devido ao motor mas este natildeo eacute desvantajoso porque a quantidade de energia por
peso da gasolina eacute bastante maior do que a das baterias Apesar da relaccedilatildeo pesoenergia nas
baterias ser inferior ao pesoenergia da gasolina eacute mais econoacutemico carregar as baterias e eacute
possiacutevel aproveitar a energia das travagens
222 - Ultra-condensadores
Os ultra-condensadores satildeo uma nova tecnologia que permite armazenar vinte vezes mais
energia que um condensador normal O objectivo principal dos ultra-condensadores nos
veiacuteculos eleacutectricos eacute o de permitir maiores travagens e aceleraccedilotildees com perdas de energia
miacutenimas devido a este conseguir carregar e descarregar muito mais rapidamente que uma
bateria Os ultra-condensadores natildeo perdem desempenho ao carregar e descarregar durando
toda a vida uacutetil do veiacuteculo sendo por isso mais ecoloacutegicos que as baterias [10]
223 - Carregamento
Devido agrave elevada potecircncia necessaacuteria para carregar um veiacuteculo eleacutectrico (que pode ser
ligado e desligado da rede eleacutectrica rapidamente) e devido agraves fontes de energia renovaacuteveis
fornecerem energia irregularmente os veiacuteculos eleacutectricos devem ter a capacidade de
poderem ser usados como geradores em determinados momentos (ie fornecerem energia agrave
rede para a estabilizar ou satisfazer picos de procura)
Uma soluccedilatildeo para aproveitar melhor as energias renovaacuteveis eacute armazenar o excesso de
energia gerado por estas durante a noite e injecta-la durante o dia diminuindo assim a
utilizaccedilatildeo de combustiacuteveis foacutesseis Este meacutetodo eacute tambeacutem vantajoso para o utilizador uma
vez que a energia durante o dia eacute mais cara do que agrave noite
8 - Estado da arte
Um problema que poderaacute existir devido aos diferentes custos da electricidade ao longo do
dia eacute um nuacutemero excessivo de veiacuteculos comeccedilarem a carregar simultaneamente no momento
de transiccedilatildeo de hora de cheio para vazio Uma soluccedilatildeo eacute proposta por Fumiko Koyanagi no
paper A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles
[11] que se baseia em criar diversas zonas eleacutectricas com comeccedilo da hora de vazio a horas
diferentes
224 - Locais de carregamento
Existem actualmente trecircs meacutetodos para carregar um EV ou PHEV
Carregamento raacutepido este tipo natildeo eacute o mais eficiente em termos energeacuteticos
mas permite carregar o veiacuteculo entre 20 a 30 minutos [12] (este valor tende a
diminuir com o avanccedilo da tecnologia) O utilizador poderaacute optar por natildeo
carregar totalmente o veiacuteculo neste caso o tempo de carregamento eacute menor
Este tipo de carregamento seraacute feito em estaccedilotildees de carregamento
Carregamento lento eacute mais eficiente que o carregamento raacutepido mas
demora mais tempo a carregar o veiacuteculo Como natildeo eacute expectaacutevel que o
utilizador do veiacuteculo espere no veiacuteculo ateacute que ele carregue este tipo de
carregamento estaacute a ser pensado para locais onde que o utilizador permaneccedila
por um ldquolongordquo periacuteodo de tempo como em casa trabalho parques de
estacionamento puacuteblico hoteacuteis e centros comerciais
Troca de baterias eacute tatildeo raacutepido como abastecer um veiacuteculo normal este tipo
eacute o adequado a veiacuteculos de emergecircncia e a veiacuteculos que permaneccedilam pouco
tempo parados [13]
Em Portugal jaacute existem 100 pontos de carregamento e estatildeo previstos 1300 em 2011 [14]
ldquoA entidade Gestora Mobi-E integraraacute as vaacuterias empresas Comercializadoras da Mobilidade
Eleacutectrica e asseguraraacute que o abastecimento pode ser efectuado em qualquer ponto existente
no paiacutes de forma a garantir uma rede aberta universal e focada no utilizadorrdquo [14]
23 - Tecnologias de comunicaccedilatildeo
Os veiacuteculos futuros no qual se pode inserir os EVs devem poder estar ligados agrave Internet
para oferecer conteuacutedos multimeacutedia aos ocupantes do veiacuteculo reservar lugares em estaccedilotildees
de carregamento usar o GPS para calcular o melhor caminho com base em informaccedilatildeo do
tracircnsito em tempo real aumentar a seguranccedila nas estradas e transferir dados do utilizador
recorrendo quer a comunicaccedilatildeo entre veiacuteculos quer com infra-estrutura etc
231 - WLAN
Uma wireless local area network nomeadamente as normas 80211 permitem uma ligaccedilatildeo
de banda larga agrave Internet (eg ao automoacutevel e a dispositivos moacuteveis do utilizador) No caso
de uma rede WLAN numa estaccedilatildeo de carregamento o condutor pode deixar o carro a carregar
e ver no seu telemoacutevel o estado das baterias O automoacutevel tambeacutem poderaacute ligar-se a redes
WLAN jaacute existentes e usar esta tecnologia para comunicar com os outros veiacuteculos Como a
tecnologia WLAN eacute amplamente usada os seus equipamentos satildeo de baixo custo Actualmente
9
existe uma empresa que disponibiliza no mercado norte-americano um serviccedilo que usa
Internet UMTS para disponibilizar Internet por WLAN dentro e num raio a volta do veiacuteculo
[15]
Frequecircncias usadas na norma 80211
5GHz ndash Em locais que a gama dos 24GHz esteja sobrelotada o protocolo 80211a pode ser
mais raacutepido que os protocolos 80211g e 80211n devido a haver menores interferecircncias No
entanto esta frequecircncia sofre uma maior atenuaccedilatildeo quando existem obstaacuteculos Os veiacuteculos
devem estar preparados para se ligarem nestas duas gamas de frequecircncias para o caso de uma
das gamas estar sobrelotada
24GHz - Nesta gama existem os protocolos 80211b 80211g e 80211n o 80211b eacute o
protocolo com maior alcance mas uma rede a funcionar em 80211g ou 80211n transita
automaticamente para 80211b caso o sinal seja fraco pelo que a rede deve estar
configurada para se ligar por g ou n O 80211n tem a vantagem de usar a tecnologia MIMO
que usa vaacuterias antenas para aumentar a qualidade do sinal sem aumentar nem a potecircncia nem
a largura de banda
58GHz ndash O protocolo 80211p ainda natildeo existe em fase final mas permite aos veiacuteculos
usar uma frequecircncia exclusiva e funcionar numa inVANET que eacute descrita no ponto seguinte
Este protocolo como estaacute vocacionado para veiacuteculos em movimento consegue estabelecer
ligaccedilotildees mais rapidamente e tem um menor tempo de atraso que os protocolos descritos
anteriormente
Tabela 22 ndash Tabela resumo dos vaacuterios protocolos da norma 80211
Norma 80211 Velocidade maacutexima
(Mbps) Existente no mercado Frequecircncias (GHz)
a 54 Sim 5
b 11 Sim 24
g 54 Sim 24
n 600 Sim 24
p Natildeo 58
O protocolo ideal a adoptar nesta fase seria o 80211n uma vez que eacute o mais raacutepido e
suporta tecnologia MIMO (que permite uma maior resistecircncia a interferecircncias) Caso este natildeo
esteja disponiacutevel deve-se usar o 80211g se houver interferecircncia com outras redes vizinhas
deve ser usado o 80211a Quando o protocolo 80211p estiver disponiacutevel este deve ser a
escolha principal jaacute que usa uma frequecircncia exclusiva este protocolo eacute indicado para o uso
em estrada devido aos veiacuteculos estarem em movimento
232 - InVANET
Uma wireless ad hoc network eacute uma rede sem fios descentralizada ou seja natildeo existe um
ou mais APrsquos a que todos os clientes se ligam Estas redes natildeo satildeo tatildeo fiaacuteveis devido agraves
colisotildees no acesso ao meio a situaccedilatildeo piora em situaccedilotildees moacuteveis em que as tabelas de
encaminhamento estatildeo sempre a mudar Para reduzir estes problemas foi criada uma
10 - Estado da arte
Vehicular Ad-Hoc Network (VANET) que eacute uma forma de rede moacutevel ad-hoc vocacionada para
o uso em veiacuteculos
Uma Intelligent vehicular ad hoc network (InVANET) eacute uma implementaccedilatildeo de uma VANET
vocacionada para a seguranccedila nas estradas Para diminuir os acidentes nas estradas esta rede
propotildee a troca de paracircmetros entre veiacuteculos proacuteximos ou entre veiacuteculos e a infra-estrutura
tais como mudanccedila de velocidade mudanccedila de faixa de rodagem e condiccedilotildees da via Outros
cenaacuterios de seguranccedila visados por esta rede satildeo o controlo do congestionamento e informar a
poliacutecia em casos de roubo ou fuga do local do acidente [16]
233 - Banda Larga Moacutevel
Tabela 23 ndash Comparaccedilatildeo de velocidades das vaacuterias tecnologias de Banda Larga Moacutevel
Tecnologia Velocidade maacutexima de download
GPRS (25G) 2368 kbits
UMTS (3G) 384 kbits
HSDPA (35G) 216 Mbits
A velocidade de 216 Mbits do HSPDA refere-se agrave velocidade maacutexima em Portugal o
HSPDA estaacute disponiacutevel na maior parte dos centros urbanos existe cobertura por UMTS em
praticamente todo o territoacuterio nacional Ao sair de uma aacuterea coberta por HSDPA eacute feito
handhover automaticamente para GPRS ou UMTS
Jaacute existem protoacutetipos para a utilizaccedilatildeo da quarta geraccedilatildeo moacutevel em automoacuteveis [17] que
permite aos ocupantes do veiacuteculo uma Internet mais raacutepida e a possibilidade de trabalhar em
nuvem
234 - Bluetoothtrade
O Bluetooth eacute uma tecnologia sem fios usada para ligar telemoacuteveis entre si e ligar
dispositivos a telemoacuteveis e a computadores Em alguns veiacuteculos esta tecnologia jaacute estaacute
implementada permitindo fornecer um serviccedilo de matildeos livres
Esta tecnologia poderaacute ser usada para comunicaccedilatildeo entre o veiacuteculo e a estaccedilatildeo de
carregamento transferir dados de ligar vaacuterios tipos de dispositivos moacuteveis do utilizador
235 - Sensores sem fios
Os sensores sem fios podem permitir diminuir o peso complexidade e custo do sistema de
sensores tambeacutem permitem colocar sensores em locais de difiacutecil acesso por cabo (por
exemplo pressatildeo dos pneus) Esta rede de sensores necessita ter baixa latecircncia e alta
fiabilidade natildeo sendo orientada para elevadas taxas de transmissatildeo de dados nem periacuteodos
de actividade elevados Protocolos possiacuteveis para uma rede de sensores sem fios no veiacuteculo
ZigBeetrade - Eacute um protocolo da camada de rede e aplicaccedilatildeo para criar uma rede infra-
estruturada de sensores sem fios O ZigBee fornece uma simples e confiaacutevel rede sem
fios multi-salto com a capacidade de suportar vaacuterias aplicaccedilotildees em simultacircneo
UWB - Eacute um sistema raacutedio de baixas emissotildees para curto alcance de alta velocidade
RFID ndash Eacute um protocolo sem fios para a identificaccedilatildeo de uma pessoa ou objecto
Existem identificadores passivos que natildeo precisam de bateria e que tem um alcance
de alguns centiacutemetros e activos que necessitam de uma fonte de energia que podem
comunicar ate alguns metros
11
A tabela seguinte [18] faz uma comparaccedilatildeo de possiacuteveis normas de comunicaccedilatildeo para
sensores sem fios
Tabela 24 ndash Comparaccedilatildeo das normas de sensores sem fios
O sistema RFID soacute seraacute uacutetil como identificador do veiacuteculo (eg estaccedilatildeo de abastecimento)
mas caso exista um sistema WLAN este seraacute preferiacutevel para identificar o veiacuteculo O ZigBee e o
UWB satildeo os mais indicados para uma rede de sensores mas devido ao tempo menor de
inicializaccedilatildeo e menor consumo energeacutetico a tecnologia ZigBee seraacute preferiacutevel
24 - Consoacutercios
241 - Car 2 Car
Este consoacutercio [5] tem como objectivo criar uma norma para um sistema de comunicaccedilotildees
cooperativo inter-veiacuteculos e entre veiacuteculos e infra-estrutura a funcionar numa banda de
frequecircncias livres e exclusivas para estas aplicaccedilotildees Este sistema eacute importante para prevenir
os acidentes o congestionamento e comunicar com estaccedilotildees de abastecimento
12 - Estado da arte
Este sistema eacute especialmente uacutetil em situaccedilotildees de baixa visibilidade para os veiacuteculos
prioritaacuterios e para avisar antecipadamente quando um veiacuteculo tem as luzes de emergecircncia
ligadas ou haacute obras No caso de um acidente que bloqueie a estrada o sistema poderaacute avisar
com antecedecircncia suficiente para o GPS calcular uma rota alternativa
Este sistema pode usar trecircs tipos de comunicaccedilatildeo [19]
IEEE 80211p
IEEE 80211abgn
GPRS ou UMTS
242 - Coopers
CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety eacute um consoacutercio que visa fornecer aos
veiacuteculos e condutores informaccedilatildeo em tempo real sobre o estado da via de maneira a
aumentar a seguranccedila na estrada [20] o objectivo do consoacutercio eacute rdquo To define develop and
test new safety related services equipment and applications using two way communication
between road infrastructure and vehicles from a traffic management perspective COOPERS
will build upon existing equipment and infrastructure as far as possible to incorporate bi-
directional infrastructure-vehicle links as an open standardised wireless communication
technology The role of motorway operators in offering and retrieving safety relevant and
traffic management information for specific road segments on European motorways based on
infrastructure and in-vehicle data will be investigatedrdquo [21] O sistema incorpora um
receptor GPS estaacute ligado ao CAN e comunica por WLAN e UMTSGPRS
25 - Sistemas de gestatildeo inovadores para gerir os diversos tipos
de comunicaccedilatildeo
Actualmente haacute um grande nuacutemero de funccedilotildees automoacuteveis controladas por computador O
uso de um cabo dedicado a cada dispositivo com o nuacutemero crescente de sistemas deixa de ser
praacutetico
251 - CAN
Uma soluccedilatildeo eacute o uso de redes LAN que permite a multiplexaccedilatildeo dos dados Com esta
soluccedilatildeo eacute possiacutevel[22] Reduzir o nuacutemero de cabos
Reduzir o custo e o peso
Melhorar a fiabilidade e facilitar a instalaccedilatildeo
Partilhar os dados recolhidos dos sensores por vaacuterios dispositivos
Alterar ou adicionar funccedilotildees por software
Detectar e corrigir erros causados por interferecircncia electromagneacutetica
As mensagens que circulam na rede CAN tecircm um valor numeacuterico que indica a prioridade
da mensagem isto permite tratar informaccedilatildeo criacutetica sem atraso A versatilidade do CAN
permite controlar vaacuterios tipos de dispositivos num veiacuteculo
13
252 - LIN bus
O Local Interconnect Network (LIN) bus eacute uma alternativa mais barata e simples ao CAN Pode
ser usada em subsistemas natildeo criacuteticos que nem precisem de comunicaccedilatildeo em tempo real nem
altas velocidades
253 - Infotainment
Esta plataforma interliga trecircs aacutereas
Entretimento nos bancos traseiros
RaacutedioCD e navegaccedilatildeo
Comunicaccedilatildeo interna e externa
Ilustraccedilatildeo 22 ndash Sistema de In-Vehicle Infotainment da Intel
A plataforma da Intel [23] permite num soacute hardware juntar vaacuterias tecnologias que
normalmente se apresentam separadas num automoacutevel
26 - Conclusatildeo
Actualmente assiste-se a introduccedilatildeo contiacutenua de veiacuteculos totalmente eleacutectricos no
mercado ainda que com autonomias substancialmente inferiores aos veiacuteculos a combustiacuteveis
foacutesseis Os veiacuteculos ldquoeleacutectricosrdquo mais vendidos actualmente satildeo os veiacuteculos hiacutebridos que
podem carregar as baterias com as travagens e usam um motor eleacutectrico como suporte em
momentos concretos (eg a velocidades abaixo dos 50 kmh eou para fornecer potecircncia
extra ao motor de combustatildeo em momentos de forte aceleraccedilatildeo etc - a estrateacutegia varia de
fabricante para fabricante) Os veiacuteculos hiacutebridos satildeo mais econoacutemicos que os veiacuteculos movidos
14 - Estado da arte
somente a motor de combustatildeo e continuam a beneficiar do motor a gasolina para aumentar
a sua autonomia ndash eacute como se procurassem o melhor dos dois mundos Alguns destes veiacuteculos jaacute
podem ser carregados pela rede eleacutectrica que para pequenas distancias se comportam como
veiacuteculos totalmente eleacutectricos
Capiacutetulo 3
Plano de trabalho
31 - Requisitos
Requisitos funcionais
Quando disponiacutevel Internet por WLAN o sistema deve desligar o HSPDAUMTS
Devem aparecer no ecratilde LCD as informaccedilotildees recebidas do exterior sobre
seguranccedila na estrada em que o veiacuteculo se encontre
O veiacuteculo deve enviar informaccedilotildees sobre o estado do piso aos veiacuteculos que se
encontram atraacutes
O sistema deve ter alojado um Web site com informaccedilotildees sobre o estado do
veiacuteculo (nomeadamente do estado das baterias)
Requisitos de performance
Quando for recebida uma mensagem importante do exterior esta deve aparecer
no LCD em menos de 100ms
32 - Cenaacuterios de teste
Tempo desde um acidente agrave frente do veiculo ateacute ser recebida a informaccedilatildeo e
informado o condutor Este teste verifica
Numa rede a ser usada toda a sua capacidade com vaacuterios veiacuteculos medir o tempo
desde que ocorre um acidente ateacute o condutor ser informado Este cenaacuterio serve para avaliar a
qualidade do QoS
Visualizaccedilatildeo sem falhas de um viacutedeo em streaming
Duraccedilatildeo das baterias em vaacuterios cenaacuterios
33 - Ferramentas
Actualmente estatildeo a ser testadas diversas tecnologias para diversos fins havendo a
possibilidade de alteraccedilatildeo ao longo do desenvolvimento do trabalho
O Matlab pode ser usado para simular a duraccedilatildeo das baterias
16 - Plano de trabalho
Linux ndash possiacutevel ambiente de teste (e g no caso de se usar um router) No final do
trabalho poderaacute ser criado um DVD com Linux e o sistema desenvolvido para instalar num mini
PC a colocar no veiacuteculo
VMware ndash possiacutevel software de virtualizaccedilatildeo que permite definir a velocidade do
processador e a quantidade de memoacuteria RAM sendo assim possiacutevel testar o desempenho do
sistema num ambiente com as caracteriacutesticas do mini PC a ser colocado no veiacuteculo
Para a programaccedilatildeo vai ser usado CC++ devido a ser uma linguagem leve caso seja
necessaacuterio programar o router Para o desenvolvimento do sistema a ser instalado no mini PC
vai ser usada a linguagem java usando o SDK eclipse O java apesar de ser um pouco mais
lento que o C++ eacute muito mais adequado para a programaccedilatildeo com sockets e tem um melhor
tratamento de erros
O servidor apache vai ser usado para a criaccedilatildeo de uma paacutegina Web no veiacuteculo a qual soacute
tem acesso quem o utilizador quiser Esta paacutegina disponibiliza informaccedilatildeo diversa sobre o
veiacuteculo nomeadamente o estado das baterias e transferir dados tais como filmes e fazer
configuraccedilotildees ao veiacuteculo
34 - Arquitectura
A figura em baixo ilustra uma possiacutevel arquitectura para o sistema proposto
17
Mini PC
Router UMTS
Switch
Dispositivos moacuteveis do utilizador LCD nos
bancos traseiros
Dispositivos para os
passageiros
LCD na consola
central
Dispositivos para o
condutor
GPS
Internet CAN
CT
Sensores natildeo
incluiacutedos no CAN
CasaEstaccedilatildeo de
carregamento
Ilustraccedilatildeo 31 ndash Arquitectura do sistema a desenvolver
Para este sistema funcionar soacute precisa do mini PC ao qual estaacute ligado um switch (o switch
poderaacute estar incorporado noutro componente como o router ou o AP) O sistema funciona de
forma escalaacutevel podendo funcionar sem qualquer um dos outros componentes
18 - Plano de trabalho
Sistema
principal
Comunicaccedilatildeo
Sensores
Ligaccedilatildeo ao
CAN
WLAN
UMTS
sem fios
com fios
EV
powertrain
CAN
Controlador do motor baterias e ultra-condensador
Infotainment
Servidor Web
Ilustraccedilatildeo 32 ndash Moacutedulos do sistema
O sistema vai ser escalaacutevel permitindo adicionarremoveralterar moacutedulos facilitando
assim a compatibilidade com novas tecnologias
35 - Trabalho futuro
O ldquoanexo 41 - Diagrama de Gantt do projectordquo mostra a planificaccedilatildeo para a dissertaccedilatildeo
Nos dias seguintes agrave entrega deste relatoacuterio vatildeo ser definidos objectivos semanais para a
dissertaccedilatildeo O primeiro moacutedulo a ser desenvolvido seraacute o do Web site atraveacutes do qual seraacute
possiacutevel monitorizar o estado das baterias e fazer algumas configuraccedilotildees ao veiacuteculo
36 - Conclusatildeo
As actuais barreiras agrave adopccedilatildeo de veiacuteculos eleacutectricos satildeo a autonomia a relaccedilatildeo
pesoenergia e o custo das baterias A dissertaccedilatildeo poderaacute abordar o fluxo de energia entre os
componentes do veiacuteculo e a integraccedilatildeo dos componentes eleacutectricoselectroacutenicos existentes
actualmente e os novos necessaacuterios agrave operaccedilatildeo de um EV
A melhor maneira de aumentar a autonomia de um EV eacute usar um motor termodinacircmico a
gerar electricidade quando a energia das baterias acabar esta soluccedilatildeo em comparaccedilatildeo com a
19
adiccedilatildeo de mais baterias eacute mais econoacutemica resulta num menor peso para o veiacuteculo e eacute
possiacutevel abastecer o veiacuteculo como um veiacuteculo com motor a combustatildeo interna
A inclusatildeo de um ultra-condensador permite melhorar a capacidade de absorccedilatildeo de
energia numa travagem aumentar a aceleraccedilatildeo do veiacuteculo e aumentar o tempo de vida das
baterias
Os novos veiacuteculos deveratildeo ter um sistema de comunicaccedilatildeo inVANET para comunicaccedilatildeo
entre eles e com a infra-estrutura para aumentar a seguranccedila e diminuir o congestionamento
das estradas
O uso de uma plataforma de infotainment permite reduzir o hardware presente no veiacuteculo
integrando vaacuterias tecnologias multimeacutedia
Os novos sensores a colocar no veiacuteculo soacute seratildeo sem fio caso natildeo seja possiacutevel liga-los por
fios (eg sensores de pressatildeo nos pneus) devido a possiacuteveis interferecircncias e atrasos na
comunicaccedilatildeo
O sistema CAN pode funcionar em paralelo ao sistema a desenvolver garantindo assim
tempos de resposta garantidamente baixos em aacutereas criacuteticas do sistema
Capiacutetulo 4
Anexos
41 - Diagrama de Gantt do projecto
Referecircncias
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6 Gulhane V MR Tarambale and YP Nerkar A Scope for the Research and Development Activities on Electric Vehicle Technology in Pune City in Electric and Hybrid Vehicles 2006 ICEHV 06 IEEE Conference on 2006
7 Affanni A et al Battery Choice and Management for New-Generation Electric Vehicles 2005 8 Motors G Volt 2010 [cited 2010 0302] Available from
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ELECTRICAL VEHICLES 2004 10 Juan W Dixon MOaEW Regenerative Braking for an Electric Vehicle Using
Ultracapacitors and a Buck-Boost Converter 11 Koyanagi F A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles 1998 12 INTELI Mobilidade Eleacutectrica 2010 [cited 2010 0902] Available from
httpwwwmobi-eptmobilidadehtml 13 Place B Battery switch stations support for long distance road trips 2010 [cited
2010 0902] Available from httpwwwbetterplacecomsolutioncharging 14 Portuguesa GdR Lanccedilada rede nacional de carregamento para Veiacuteculos Eleacutectricos
2009 [cited 2010 0802] Available from httpwwwportugalgovptptGC17GovernoMinisteriosMEIDocumentosPages20090629_MEI_Doc_Mobilidade_Electricaaspx
15 Mobile A autonet mobile 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwautonetmobilecom
24 - Referecircncias
16 Saravanan K AT and KRameshbabu A Middleware Architectural Framework for Vehicular Safety over VANET 2009
17 Ltd B-S LTE Connected Car 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwngconnectorgecosystemconnected-carhtm
18 Ahmed M et al Intra-vehicular Wireless Networks 19 CAR 2 CAR Communication Consortium Manifesto 2007 20 Coopers CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety 2008 [cited 2010 0802] 21 Froumltscher A and M Boumlhm Co-operative Systems for Intelligent Road Safety 2007 22 Chaari L N Masmoudi and L Kamoun Electronic control in electric vehicle based on
CAN network in Systems Man and Cybernetics 2002 IEEE International Conference on 2002
23 Corporation I In-Vehicle Infotainment [cited 2010 03-02] Available from httpwwwintelcomdesignembeddedinfotainmentindexhtm
Capiacutetulo 1
Introduccedilatildeo
No inicio do seacuteculo XX o uso de veiacuteculos eleacutectricos era mais frequente do que o uso dos
veiacuteculos a gasolina uma vez que nessa altura o desempenho dos veiacuteculos eleacutectricos era
superior agrave dos seus rivais Contudo a tecnologia dos veiacuteculos eleacutectricos da altura natildeo oferecia
autonomia suficiente para fazer viagens inter-cidades (autonomia de 50 km) o que levou agrave
quebra do interesse nesta tecnologia e o seu desenvolvimento foi quase nulo durante dezenas
de anos [1] Devido aos elevados custos das baterias dos veiacuteculos eleacutectricos [2] e agrave
maturidade dos veiacuteculos a gasolina que passaram a poder ser produzidos em massa com um
custo razoaacutevel fez com que estes dominassem o mercado
Apesar de serem desenvolvidos veiacuteculos eleacutectricos haacute 150 anos desde o iniacutecio do seacuteculo
XX natildeo existe uma grande aceitaccedilatildeo pelo puacuteblico em geral Actualmente esta situaccedilatildeo estaacute a
mudar devido a questotildees ambientais ao aumento do preccedilo do petroacuteleo e agrave dependecircncia
energeacutetica deste
Em 1999 apareceu o primeiro veiacuteculo hiacutebrido o Honda INSIGHT [3] Estes veiacuteculos tecircm um
menor consumo energeacutetico devido ao aproveitamento e utilizaccedilatildeo de energia eleacutectrica com a
mesma autonomia dos automoacuteveis movidos a combustiacuteveis foacutesseis podem ainda aproveitar a
energia da travagem para carregar as baterias Os veiacuteculos hiacutebridos mais recentes jaacute podem
carregar as baterias ligando o carro a uma tomada eleacutectrica satildeo os chamados plug-in hybrid
electric vehicle (PHEV) Para o utilizador um veiacuteculo hiacutebrido funciona de maneira igual ao
automoacutevel movido a combustiacutevel foacutessil o que faz com que actualmente os veiacuteculos hiacutebridos
sejam os veiacuteculos de estrada com baterias mais vendidos
Existe uma procura cada vez maior a alternativas ao veiacuteculo movido a combustiacuteveis
foacutesseis Com o grande investimento nacional em energias renovaacuteveis e ao facto de
actualmente o custo por quiloacutemetro de um veiacuteculo eleacutectrico ser aproximadamente trecircs vezes
menor ao custo por quiloacutemetro de um veiacuteculo a petroacuteleo o veiacuteculo eleacutectrico surge num
contexto favoraacutevel
2 - Introduccedilatildeo
Como o veiacuteculo eleacutectrico natildeo polui (no local onde circula - podendo existir poluiccedilatildeo
associada agrave geraccedilatildeo de electricidade utilizada para carregar as suas baterias) este diminui a
poluiccedilatildeo nas cidades e nas vias de comunicaccedilatildeo Devido ao grande investimento nacional em
energias renovaacuteveis que representam cerca de um terccedilo do total da energia eleacutectrica
produzida e ao aumento dos paineacuteis solares instalados em habitaccedilotildees [4] o impacto
ambiental do carregamento de veiacuteculos eleacutectricos tem o potencial para ser muito menor do
que nos veiacuteculos convencionais podendo em alguns casos ser mesmo nulo
Nas uacuteltimas deacutecadas vaacuterias marcas desenvolveram protoacutetipos de veiacuteculos eleacutectricos mas
nenhum chegou a ser produzido em seacuterie O actual preccedilo do petroacuteleo o seu pico ocorrido a
meio do ano de 2008 e a capacidade tecnoloacutegica associada ao desenvolvimento das baterias
(nomeadamente no aumento da energia por peso e a diminuiccedilatildeo do tempo de
recarregamento) justificam o lanccedilamento comercial dos veiacuteculos eleacutectricos
11 - Problema
Ao niacutevel das novas tecnologias em particular das Tecnologias de Informaccedilatildeo e
Comunicaccedilatildeo (TIC) assiste-se a uma contiacutenua penetraccedilatildeo em todos os sectores e que
recentemente se comeccedila a assistir tambeacutem nos automoacuteveis (desde os GPS sistemas matildeos
livres leitor de DVD) mesmo as iniciativas de promoccedilatildeo de comunicaccedilatildeo ldquocar-to-car
comunicationsrdquo [5] que procuram aumentar a seguranccedila dos condutores entram nesta
tendecircncia Actualmente ocorrem muitos acidentes que poderiam ser evitados se existisse um
sistema de comunicaccedilatildeo nos veiacuteculos O congestionamento tambeacutem poderia beneficiar de um
sistema deste tipo
Existe um problema econoacutemico e ambiental devido ao petroacuteleo Por outro lado os
veiacuteculos eleacutectricos satildeo (haacute muitos anos) uma alternativa aos veiacuteculos tradicionais sendo que
agora temos tecnologia mais desenvolvida (directa e indirectamente ligada ao veiacuteculo) e
parece existir vontade poliacutetica Ainda que os veiacuteculos eleacutectricos actuais apresentem
limitaccedilotildees de autonomia e novos sistemas eleacutectricoselectroacutenicos que necessitam de um
sistema de gestatildeo eficiente estes podem beneficiar dos desenvolvimentos das
TICs para ultrapassar estes desafios
Assim dado o actual contexto e a introduccedilatildeo dos veiacuteculos eleacutectricos que se apresentam
como potenciais beneficiadores das TICs este trabalho procura desenvolver um sistema de
gestatildeo interno ao veiacuteculo que seja capaz de colaborar na gestatildeo destes diversos tipos de
comunicaccedilatildeo que ocorrem nos veiacuteculos (ie comunicaccedilatildeo entre elementos internos ao
veiacuteculo e comunicaccedilatildeo de elementos internos com externos) particularmente orientado ao
contexto de veiacuteculo eleacutectrico de forma a facilitar a sua adopccedilatildeo e colaborar no aumento da
sua mobilidade
3
12 - Objectivos
Desenvolver um sistema de gestatildeo de comunicaccedilatildeo para veiacuteculos eleacutectricos baseado em
tecnologias adequadas ao contexto Este deve controlar e monitorizar o fluxo de energia
entre ceacutelulas acumuladoras baterias motores e o circuito eleacutectrico deve comunicar com o
computador do utilizador quando estaacute estacionado em casa e deve conseguir utilizar diversas
tecnologias de forma a permitir o acesso agrave Internet quer para comunicar ao utilizador o
estado das baterias quer para disponibilizar acesso a conteuacutedos A informaccedilatildeo recolhida deve
ainda ser armazenada para poder ser transmitida para elementos externos quando tal for
necessaacuteriodesejado
13 - Enquadramento
O principal problema dos Veiacuteculos Eleacutectricos (ldquoElectric Vehiclesrdquo ndash EV) eacute o armazenamento
de energia devido ao custo e relaccedilatildeo pesopotencia das baterias ser alto Para minimizar este
problema eacute necessaacuterio um sistema de gestatildeo para controlar o fluxo de energia Este sistema
deve estar preparado para aceitar diversos tipos de componentes que aumentem a autonomia
e o desempenho do veiacuteculo tais como ultra-condensadores extensatildeo de autonomia com motor
a combustatildeo troca de baterias paineacuteis solares etc
Um veiacuteculo eleacutectrico eacute alimentado pela energia eleacutectrica armazenada nele Para mover
um veiacuteculo deste tipo eacute necessaacuterio pelo menos um motor eleacutectrico Estes novos componentes
necessitam de uma boa gestatildeo para o veiacuteculo eleacutectrico se tornar uma alternativa aos veiacuteculos
a combustatildeo ldquoThe battery bank controller and motor must have excellent efficiency
adequate capacity and low weight along with regenerative compatibilityrdquo [6]
Com a necessidade de integrar as vaacuterias tecnologias existentes no veiacuteculo e outras que
fazem parte do dia-a-dia das pessoas (GPS telemoacuteveis serviccedilos de ligaccedilatildeo agrave Internet etc) e
tambeacutem as novas tecnologias necessaacuterias agrave operaccedilatildeo de um veiacuteculo eleacutectrico surge a
necessidade da criaccedilatildeo de um sistema que os interligue permitindo assim uma gestatildeo mais
eficaz e com mais funcionalidades
14 - Tecnologias
As tecnologias que vatildeo ser abordadas satildeo CAN redes de sensores sem fios Internet
atraveacutes de protocolos Wi-Fi (80211) e UMTS e ainda comunicaccedilatildeo entre veiacuteculos (inVANET)
Estas tecnologias iratildeo ser abordadas em detalhe no proacuteximo capiacutetulo
Capiacutetulo 2
Estado da arte
Neste capiacutetulo apresentam-se as inovaccedilotildees tecnoloacutegicas que levaram ao aparecimento dos
veiacuteculos eleacutectricos os problemas actuais destes veiacuteculos os seus componentes e formas de os
gerir
Um dos principais factores que justificam um sistema de comunicaccedilatildeo que interligue todo
o veiacuteculo eacute o facto de nos uacuteltimos anos muitos sistemas mecacircnicos terem vindo a evoluir para
electroacutenicos Os componentes mecacircnicos natildeo possibilitavam uma gestatildeo centralizada os
componentes electroacutenicos aleacutem de funcionarem melhor podem interagir resultando em novas
funcionalidades e numa maior eficiecircncia
21 - Revoluccedilatildeo tecnoloacutegica para os carros eleacutectricos e overview
dos mesmos - constituiccedilatildeo interna
Os principais factores que contribuem para o desenvolvimento de carros eleacutectricos satildeo os
veiacuteculos eleacutectricos natildeo poluem no seu funcionamento e como satildeo mais eficientes satildeo mais
ecoloacutegicos o custo por km eacute menor e diminuem a dependecircncia energeacutetica de outros paiacuteses
Na tabela seguinte podemos observar as principais diferenccedilas entre os dois tipos de
veiacuteculos [6]
Tabela 21 ndash Comparaccedilatildeo de veiacuteculos combustatildeo interna e eleacutectricos
Feature Electric vehicles IC Engine vehicles
Prime mover Electric motor IC engine
Powered by Charged battery ultra
capacitors Diesel Petrol
Self weight High due to battery bank Low as compared to EV
Power Transmission Both mechanical as well
as electrical Mechanical
6 - Estado da arte
Braking system Regenerative braking Friction braking
Efficiency High Low
Eco friendly Yes No
Initial cost High Average
Running cost Low Very high
As diferenccedilas entre os dois tipos de veiacuteculos na perspectiva do utilizador satildeo tempo de
carregamento um custo de deslocaccedilatildeo menor mas um custo do veiacuteculo mais elevado - este
custo poderaacute vir a baixar caso sejam criados benefiacutecios fiscais para este tipo de veiacuteculos
Os veiacuteculos eleacutectricos vatildeo beneficiar da tecnologia actual dos veiacuteculos hiacutebridos que jaacute satildeo
produzidos em massa Os dois tipos de veiacuteculos tecircm pontos em comum pelo menos um motor
eleacutectrico baterias para o alimentar e um sistema de travagem regenerativa
22 - Desafios actuais dos carros eleacutectricos - Performance vs
gestatildeo do consumo e autonomia
Os requisitos para uma bateria ideal satildeo grande densidade de energia (menor peso) alta
potecircncia longa vida eficiecircncia de cargadescarga eficiecircncia a qualquer temperatura auto-
descarga miacutenima baixa resistecircncia de entrada sem memoacuteria alto grau de seguranccedila boa
fiabilidade baixo custo e reciclaacutevel [7] Como as baterias ideais natildeo existem nos pontos
seguintes satildeo apresentadas soluccedilotildees para lidar com as limitaccedilotildees das baterias
221 - Veiacuteculos com extensatildeo de autonomia
Actualmente existem veiacuteculos eleacutectricos que tecircm uma extensatildeo de autonomia fornecida
por um motor de combustatildeo como eacute o caso do Chevrolet Volt [8] Estes veiacuteculos funcionam
como EV durante a duraccedilatildeo das baterias Posteriormente recorrem agrave energia eleacutectrica
produzida pelo motor de combustatildeo usado como gerador mesmo assim este processo eacute mais
eficiente que usar o motor a combustatildeo para mover o veiacuteculo Devido ao motor a combustatildeo
natildeo ser usado para mover o veiacuteculo natildeo precisa de ter tanta cilindrada como os presentes nos
veiacuteculos hiacutebridos tendo a vantagem de ser mais pequeno e mais leve
7
Ilustraccedilatildeo 21ndash Relaccedilatildeo pesoenergia para baterias e geraccedilatildeo termodinacircmica
A figura acima [9] justifica a presenccedila de um motor a combustatildeo para gerar electricidade
num veiacuteculo eleacutectrico No iniacutecio da linha da energia termodinacircmica podemos observar o peso
adicional devido ao motor mas este natildeo eacute desvantajoso porque a quantidade de energia por
peso da gasolina eacute bastante maior do que a das baterias Apesar da relaccedilatildeo pesoenergia nas
baterias ser inferior ao pesoenergia da gasolina eacute mais econoacutemico carregar as baterias e eacute
possiacutevel aproveitar a energia das travagens
222 - Ultra-condensadores
Os ultra-condensadores satildeo uma nova tecnologia que permite armazenar vinte vezes mais
energia que um condensador normal O objectivo principal dos ultra-condensadores nos
veiacuteculos eleacutectricos eacute o de permitir maiores travagens e aceleraccedilotildees com perdas de energia
miacutenimas devido a este conseguir carregar e descarregar muito mais rapidamente que uma
bateria Os ultra-condensadores natildeo perdem desempenho ao carregar e descarregar durando
toda a vida uacutetil do veiacuteculo sendo por isso mais ecoloacutegicos que as baterias [10]
223 - Carregamento
Devido agrave elevada potecircncia necessaacuteria para carregar um veiacuteculo eleacutectrico (que pode ser
ligado e desligado da rede eleacutectrica rapidamente) e devido agraves fontes de energia renovaacuteveis
fornecerem energia irregularmente os veiacuteculos eleacutectricos devem ter a capacidade de
poderem ser usados como geradores em determinados momentos (ie fornecerem energia agrave
rede para a estabilizar ou satisfazer picos de procura)
Uma soluccedilatildeo para aproveitar melhor as energias renovaacuteveis eacute armazenar o excesso de
energia gerado por estas durante a noite e injecta-la durante o dia diminuindo assim a
utilizaccedilatildeo de combustiacuteveis foacutesseis Este meacutetodo eacute tambeacutem vantajoso para o utilizador uma
vez que a energia durante o dia eacute mais cara do que agrave noite
8 - Estado da arte
Um problema que poderaacute existir devido aos diferentes custos da electricidade ao longo do
dia eacute um nuacutemero excessivo de veiacuteculos comeccedilarem a carregar simultaneamente no momento
de transiccedilatildeo de hora de cheio para vazio Uma soluccedilatildeo eacute proposta por Fumiko Koyanagi no
paper A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles
[11] que se baseia em criar diversas zonas eleacutectricas com comeccedilo da hora de vazio a horas
diferentes
224 - Locais de carregamento
Existem actualmente trecircs meacutetodos para carregar um EV ou PHEV
Carregamento raacutepido este tipo natildeo eacute o mais eficiente em termos energeacuteticos
mas permite carregar o veiacuteculo entre 20 a 30 minutos [12] (este valor tende a
diminuir com o avanccedilo da tecnologia) O utilizador poderaacute optar por natildeo
carregar totalmente o veiacuteculo neste caso o tempo de carregamento eacute menor
Este tipo de carregamento seraacute feito em estaccedilotildees de carregamento
Carregamento lento eacute mais eficiente que o carregamento raacutepido mas
demora mais tempo a carregar o veiacuteculo Como natildeo eacute expectaacutevel que o
utilizador do veiacuteculo espere no veiacuteculo ateacute que ele carregue este tipo de
carregamento estaacute a ser pensado para locais onde que o utilizador permaneccedila
por um ldquolongordquo periacuteodo de tempo como em casa trabalho parques de
estacionamento puacuteblico hoteacuteis e centros comerciais
Troca de baterias eacute tatildeo raacutepido como abastecer um veiacuteculo normal este tipo
eacute o adequado a veiacuteculos de emergecircncia e a veiacuteculos que permaneccedilam pouco
tempo parados [13]
Em Portugal jaacute existem 100 pontos de carregamento e estatildeo previstos 1300 em 2011 [14]
ldquoA entidade Gestora Mobi-E integraraacute as vaacuterias empresas Comercializadoras da Mobilidade
Eleacutectrica e asseguraraacute que o abastecimento pode ser efectuado em qualquer ponto existente
no paiacutes de forma a garantir uma rede aberta universal e focada no utilizadorrdquo [14]
23 - Tecnologias de comunicaccedilatildeo
Os veiacuteculos futuros no qual se pode inserir os EVs devem poder estar ligados agrave Internet
para oferecer conteuacutedos multimeacutedia aos ocupantes do veiacuteculo reservar lugares em estaccedilotildees
de carregamento usar o GPS para calcular o melhor caminho com base em informaccedilatildeo do
tracircnsito em tempo real aumentar a seguranccedila nas estradas e transferir dados do utilizador
recorrendo quer a comunicaccedilatildeo entre veiacuteculos quer com infra-estrutura etc
231 - WLAN
Uma wireless local area network nomeadamente as normas 80211 permitem uma ligaccedilatildeo
de banda larga agrave Internet (eg ao automoacutevel e a dispositivos moacuteveis do utilizador) No caso
de uma rede WLAN numa estaccedilatildeo de carregamento o condutor pode deixar o carro a carregar
e ver no seu telemoacutevel o estado das baterias O automoacutevel tambeacutem poderaacute ligar-se a redes
WLAN jaacute existentes e usar esta tecnologia para comunicar com os outros veiacuteculos Como a
tecnologia WLAN eacute amplamente usada os seus equipamentos satildeo de baixo custo Actualmente
9
existe uma empresa que disponibiliza no mercado norte-americano um serviccedilo que usa
Internet UMTS para disponibilizar Internet por WLAN dentro e num raio a volta do veiacuteculo
[15]
Frequecircncias usadas na norma 80211
5GHz ndash Em locais que a gama dos 24GHz esteja sobrelotada o protocolo 80211a pode ser
mais raacutepido que os protocolos 80211g e 80211n devido a haver menores interferecircncias No
entanto esta frequecircncia sofre uma maior atenuaccedilatildeo quando existem obstaacuteculos Os veiacuteculos
devem estar preparados para se ligarem nestas duas gamas de frequecircncias para o caso de uma
das gamas estar sobrelotada
24GHz - Nesta gama existem os protocolos 80211b 80211g e 80211n o 80211b eacute o
protocolo com maior alcance mas uma rede a funcionar em 80211g ou 80211n transita
automaticamente para 80211b caso o sinal seja fraco pelo que a rede deve estar
configurada para se ligar por g ou n O 80211n tem a vantagem de usar a tecnologia MIMO
que usa vaacuterias antenas para aumentar a qualidade do sinal sem aumentar nem a potecircncia nem
a largura de banda
58GHz ndash O protocolo 80211p ainda natildeo existe em fase final mas permite aos veiacuteculos
usar uma frequecircncia exclusiva e funcionar numa inVANET que eacute descrita no ponto seguinte
Este protocolo como estaacute vocacionado para veiacuteculos em movimento consegue estabelecer
ligaccedilotildees mais rapidamente e tem um menor tempo de atraso que os protocolos descritos
anteriormente
Tabela 22 ndash Tabela resumo dos vaacuterios protocolos da norma 80211
Norma 80211 Velocidade maacutexima
(Mbps) Existente no mercado Frequecircncias (GHz)
a 54 Sim 5
b 11 Sim 24
g 54 Sim 24
n 600 Sim 24
p Natildeo 58
O protocolo ideal a adoptar nesta fase seria o 80211n uma vez que eacute o mais raacutepido e
suporta tecnologia MIMO (que permite uma maior resistecircncia a interferecircncias) Caso este natildeo
esteja disponiacutevel deve-se usar o 80211g se houver interferecircncia com outras redes vizinhas
deve ser usado o 80211a Quando o protocolo 80211p estiver disponiacutevel este deve ser a
escolha principal jaacute que usa uma frequecircncia exclusiva este protocolo eacute indicado para o uso
em estrada devido aos veiacuteculos estarem em movimento
232 - InVANET
Uma wireless ad hoc network eacute uma rede sem fios descentralizada ou seja natildeo existe um
ou mais APrsquos a que todos os clientes se ligam Estas redes natildeo satildeo tatildeo fiaacuteveis devido agraves
colisotildees no acesso ao meio a situaccedilatildeo piora em situaccedilotildees moacuteveis em que as tabelas de
encaminhamento estatildeo sempre a mudar Para reduzir estes problemas foi criada uma
10 - Estado da arte
Vehicular Ad-Hoc Network (VANET) que eacute uma forma de rede moacutevel ad-hoc vocacionada para
o uso em veiacuteculos
Uma Intelligent vehicular ad hoc network (InVANET) eacute uma implementaccedilatildeo de uma VANET
vocacionada para a seguranccedila nas estradas Para diminuir os acidentes nas estradas esta rede
propotildee a troca de paracircmetros entre veiacuteculos proacuteximos ou entre veiacuteculos e a infra-estrutura
tais como mudanccedila de velocidade mudanccedila de faixa de rodagem e condiccedilotildees da via Outros
cenaacuterios de seguranccedila visados por esta rede satildeo o controlo do congestionamento e informar a
poliacutecia em casos de roubo ou fuga do local do acidente [16]
233 - Banda Larga Moacutevel
Tabela 23 ndash Comparaccedilatildeo de velocidades das vaacuterias tecnologias de Banda Larga Moacutevel
Tecnologia Velocidade maacutexima de download
GPRS (25G) 2368 kbits
UMTS (3G) 384 kbits
HSDPA (35G) 216 Mbits
A velocidade de 216 Mbits do HSPDA refere-se agrave velocidade maacutexima em Portugal o
HSPDA estaacute disponiacutevel na maior parte dos centros urbanos existe cobertura por UMTS em
praticamente todo o territoacuterio nacional Ao sair de uma aacuterea coberta por HSDPA eacute feito
handhover automaticamente para GPRS ou UMTS
Jaacute existem protoacutetipos para a utilizaccedilatildeo da quarta geraccedilatildeo moacutevel em automoacuteveis [17] que
permite aos ocupantes do veiacuteculo uma Internet mais raacutepida e a possibilidade de trabalhar em
nuvem
234 - Bluetoothtrade
O Bluetooth eacute uma tecnologia sem fios usada para ligar telemoacuteveis entre si e ligar
dispositivos a telemoacuteveis e a computadores Em alguns veiacuteculos esta tecnologia jaacute estaacute
implementada permitindo fornecer um serviccedilo de matildeos livres
Esta tecnologia poderaacute ser usada para comunicaccedilatildeo entre o veiacuteculo e a estaccedilatildeo de
carregamento transferir dados de ligar vaacuterios tipos de dispositivos moacuteveis do utilizador
235 - Sensores sem fios
Os sensores sem fios podem permitir diminuir o peso complexidade e custo do sistema de
sensores tambeacutem permitem colocar sensores em locais de difiacutecil acesso por cabo (por
exemplo pressatildeo dos pneus) Esta rede de sensores necessita ter baixa latecircncia e alta
fiabilidade natildeo sendo orientada para elevadas taxas de transmissatildeo de dados nem periacuteodos
de actividade elevados Protocolos possiacuteveis para uma rede de sensores sem fios no veiacuteculo
ZigBeetrade - Eacute um protocolo da camada de rede e aplicaccedilatildeo para criar uma rede infra-
estruturada de sensores sem fios O ZigBee fornece uma simples e confiaacutevel rede sem
fios multi-salto com a capacidade de suportar vaacuterias aplicaccedilotildees em simultacircneo
UWB - Eacute um sistema raacutedio de baixas emissotildees para curto alcance de alta velocidade
RFID ndash Eacute um protocolo sem fios para a identificaccedilatildeo de uma pessoa ou objecto
Existem identificadores passivos que natildeo precisam de bateria e que tem um alcance
de alguns centiacutemetros e activos que necessitam de uma fonte de energia que podem
comunicar ate alguns metros
11
A tabela seguinte [18] faz uma comparaccedilatildeo de possiacuteveis normas de comunicaccedilatildeo para
sensores sem fios
Tabela 24 ndash Comparaccedilatildeo das normas de sensores sem fios
O sistema RFID soacute seraacute uacutetil como identificador do veiacuteculo (eg estaccedilatildeo de abastecimento)
mas caso exista um sistema WLAN este seraacute preferiacutevel para identificar o veiacuteculo O ZigBee e o
UWB satildeo os mais indicados para uma rede de sensores mas devido ao tempo menor de
inicializaccedilatildeo e menor consumo energeacutetico a tecnologia ZigBee seraacute preferiacutevel
24 - Consoacutercios
241 - Car 2 Car
Este consoacutercio [5] tem como objectivo criar uma norma para um sistema de comunicaccedilotildees
cooperativo inter-veiacuteculos e entre veiacuteculos e infra-estrutura a funcionar numa banda de
frequecircncias livres e exclusivas para estas aplicaccedilotildees Este sistema eacute importante para prevenir
os acidentes o congestionamento e comunicar com estaccedilotildees de abastecimento
12 - Estado da arte
Este sistema eacute especialmente uacutetil em situaccedilotildees de baixa visibilidade para os veiacuteculos
prioritaacuterios e para avisar antecipadamente quando um veiacuteculo tem as luzes de emergecircncia
ligadas ou haacute obras No caso de um acidente que bloqueie a estrada o sistema poderaacute avisar
com antecedecircncia suficiente para o GPS calcular uma rota alternativa
Este sistema pode usar trecircs tipos de comunicaccedilatildeo [19]
IEEE 80211p
IEEE 80211abgn
GPRS ou UMTS
242 - Coopers
CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety eacute um consoacutercio que visa fornecer aos
veiacuteculos e condutores informaccedilatildeo em tempo real sobre o estado da via de maneira a
aumentar a seguranccedila na estrada [20] o objectivo do consoacutercio eacute rdquo To define develop and
test new safety related services equipment and applications using two way communication
between road infrastructure and vehicles from a traffic management perspective COOPERS
will build upon existing equipment and infrastructure as far as possible to incorporate bi-
directional infrastructure-vehicle links as an open standardised wireless communication
technology The role of motorway operators in offering and retrieving safety relevant and
traffic management information for specific road segments on European motorways based on
infrastructure and in-vehicle data will be investigatedrdquo [21] O sistema incorpora um
receptor GPS estaacute ligado ao CAN e comunica por WLAN e UMTSGPRS
25 - Sistemas de gestatildeo inovadores para gerir os diversos tipos
de comunicaccedilatildeo
Actualmente haacute um grande nuacutemero de funccedilotildees automoacuteveis controladas por computador O
uso de um cabo dedicado a cada dispositivo com o nuacutemero crescente de sistemas deixa de ser
praacutetico
251 - CAN
Uma soluccedilatildeo eacute o uso de redes LAN que permite a multiplexaccedilatildeo dos dados Com esta
soluccedilatildeo eacute possiacutevel[22] Reduzir o nuacutemero de cabos
Reduzir o custo e o peso
Melhorar a fiabilidade e facilitar a instalaccedilatildeo
Partilhar os dados recolhidos dos sensores por vaacuterios dispositivos
Alterar ou adicionar funccedilotildees por software
Detectar e corrigir erros causados por interferecircncia electromagneacutetica
As mensagens que circulam na rede CAN tecircm um valor numeacuterico que indica a prioridade
da mensagem isto permite tratar informaccedilatildeo criacutetica sem atraso A versatilidade do CAN
permite controlar vaacuterios tipos de dispositivos num veiacuteculo
13
252 - LIN bus
O Local Interconnect Network (LIN) bus eacute uma alternativa mais barata e simples ao CAN Pode
ser usada em subsistemas natildeo criacuteticos que nem precisem de comunicaccedilatildeo em tempo real nem
altas velocidades
253 - Infotainment
Esta plataforma interliga trecircs aacutereas
Entretimento nos bancos traseiros
RaacutedioCD e navegaccedilatildeo
Comunicaccedilatildeo interna e externa
Ilustraccedilatildeo 22 ndash Sistema de In-Vehicle Infotainment da Intel
A plataforma da Intel [23] permite num soacute hardware juntar vaacuterias tecnologias que
normalmente se apresentam separadas num automoacutevel
26 - Conclusatildeo
Actualmente assiste-se a introduccedilatildeo contiacutenua de veiacuteculos totalmente eleacutectricos no
mercado ainda que com autonomias substancialmente inferiores aos veiacuteculos a combustiacuteveis
foacutesseis Os veiacuteculos ldquoeleacutectricosrdquo mais vendidos actualmente satildeo os veiacuteculos hiacutebridos que
podem carregar as baterias com as travagens e usam um motor eleacutectrico como suporte em
momentos concretos (eg a velocidades abaixo dos 50 kmh eou para fornecer potecircncia
extra ao motor de combustatildeo em momentos de forte aceleraccedilatildeo etc - a estrateacutegia varia de
fabricante para fabricante) Os veiacuteculos hiacutebridos satildeo mais econoacutemicos que os veiacuteculos movidos
14 - Estado da arte
somente a motor de combustatildeo e continuam a beneficiar do motor a gasolina para aumentar
a sua autonomia ndash eacute como se procurassem o melhor dos dois mundos Alguns destes veiacuteculos jaacute
podem ser carregados pela rede eleacutectrica que para pequenas distancias se comportam como
veiacuteculos totalmente eleacutectricos
Capiacutetulo 3
Plano de trabalho
31 - Requisitos
Requisitos funcionais
Quando disponiacutevel Internet por WLAN o sistema deve desligar o HSPDAUMTS
Devem aparecer no ecratilde LCD as informaccedilotildees recebidas do exterior sobre
seguranccedila na estrada em que o veiacuteculo se encontre
O veiacuteculo deve enviar informaccedilotildees sobre o estado do piso aos veiacuteculos que se
encontram atraacutes
O sistema deve ter alojado um Web site com informaccedilotildees sobre o estado do
veiacuteculo (nomeadamente do estado das baterias)
Requisitos de performance
Quando for recebida uma mensagem importante do exterior esta deve aparecer
no LCD em menos de 100ms
32 - Cenaacuterios de teste
Tempo desde um acidente agrave frente do veiculo ateacute ser recebida a informaccedilatildeo e
informado o condutor Este teste verifica
Numa rede a ser usada toda a sua capacidade com vaacuterios veiacuteculos medir o tempo
desde que ocorre um acidente ateacute o condutor ser informado Este cenaacuterio serve para avaliar a
qualidade do QoS
Visualizaccedilatildeo sem falhas de um viacutedeo em streaming
Duraccedilatildeo das baterias em vaacuterios cenaacuterios
33 - Ferramentas
Actualmente estatildeo a ser testadas diversas tecnologias para diversos fins havendo a
possibilidade de alteraccedilatildeo ao longo do desenvolvimento do trabalho
O Matlab pode ser usado para simular a duraccedilatildeo das baterias
16 - Plano de trabalho
Linux ndash possiacutevel ambiente de teste (e g no caso de se usar um router) No final do
trabalho poderaacute ser criado um DVD com Linux e o sistema desenvolvido para instalar num mini
PC a colocar no veiacuteculo
VMware ndash possiacutevel software de virtualizaccedilatildeo que permite definir a velocidade do
processador e a quantidade de memoacuteria RAM sendo assim possiacutevel testar o desempenho do
sistema num ambiente com as caracteriacutesticas do mini PC a ser colocado no veiacuteculo
Para a programaccedilatildeo vai ser usado CC++ devido a ser uma linguagem leve caso seja
necessaacuterio programar o router Para o desenvolvimento do sistema a ser instalado no mini PC
vai ser usada a linguagem java usando o SDK eclipse O java apesar de ser um pouco mais
lento que o C++ eacute muito mais adequado para a programaccedilatildeo com sockets e tem um melhor
tratamento de erros
O servidor apache vai ser usado para a criaccedilatildeo de uma paacutegina Web no veiacuteculo a qual soacute
tem acesso quem o utilizador quiser Esta paacutegina disponibiliza informaccedilatildeo diversa sobre o
veiacuteculo nomeadamente o estado das baterias e transferir dados tais como filmes e fazer
configuraccedilotildees ao veiacuteculo
34 - Arquitectura
A figura em baixo ilustra uma possiacutevel arquitectura para o sistema proposto
17
Mini PC
Router UMTS
Switch
Dispositivos moacuteveis do utilizador LCD nos
bancos traseiros
Dispositivos para os
passageiros
LCD na consola
central
Dispositivos para o
condutor
GPS
Internet CAN
CT
Sensores natildeo
incluiacutedos no CAN
CasaEstaccedilatildeo de
carregamento
Ilustraccedilatildeo 31 ndash Arquitectura do sistema a desenvolver
Para este sistema funcionar soacute precisa do mini PC ao qual estaacute ligado um switch (o switch
poderaacute estar incorporado noutro componente como o router ou o AP) O sistema funciona de
forma escalaacutevel podendo funcionar sem qualquer um dos outros componentes
18 - Plano de trabalho
Sistema
principal
Comunicaccedilatildeo
Sensores
Ligaccedilatildeo ao
CAN
WLAN
UMTS
sem fios
com fios
EV
powertrain
CAN
Controlador do motor baterias e ultra-condensador
Infotainment
Servidor Web
Ilustraccedilatildeo 32 ndash Moacutedulos do sistema
O sistema vai ser escalaacutevel permitindo adicionarremoveralterar moacutedulos facilitando
assim a compatibilidade com novas tecnologias
35 - Trabalho futuro
O ldquoanexo 41 - Diagrama de Gantt do projectordquo mostra a planificaccedilatildeo para a dissertaccedilatildeo
Nos dias seguintes agrave entrega deste relatoacuterio vatildeo ser definidos objectivos semanais para a
dissertaccedilatildeo O primeiro moacutedulo a ser desenvolvido seraacute o do Web site atraveacutes do qual seraacute
possiacutevel monitorizar o estado das baterias e fazer algumas configuraccedilotildees ao veiacuteculo
36 - Conclusatildeo
As actuais barreiras agrave adopccedilatildeo de veiacuteculos eleacutectricos satildeo a autonomia a relaccedilatildeo
pesoenergia e o custo das baterias A dissertaccedilatildeo poderaacute abordar o fluxo de energia entre os
componentes do veiacuteculo e a integraccedilatildeo dos componentes eleacutectricoselectroacutenicos existentes
actualmente e os novos necessaacuterios agrave operaccedilatildeo de um EV
A melhor maneira de aumentar a autonomia de um EV eacute usar um motor termodinacircmico a
gerar electricidade quando a energia das baterias acabar esta soluccedilatildeo em comparaccedilatildeo com a
19
adiccedilatildeo de mais baterias eacute mais econoacutemica resulta num menor peso para o veiacuteculo e eacute
possiacutevel abastecer o veiacuteculo como um veiacuteculo com motor a combustatildeo interna
A inclusatildeo de um ultra-condensador permite melhorar a capacidade de absorccedilatildeo de
energia numa travagem aumentar a aceleraccedilatildeo do veiacuteculo e aumentar o tempo de vida das
baterias
Os novos veiacuteculos deveratildeo ter um sistema de comunicaccedilatildeo inVANET para comunicaccedilatildeo
entre eles e com a infra-estrutura para aumentar a seguranccedila e diminuir o congestionamento
das estradas
O uso de uma plataforma de infotainment permite reduzir o hardware presente no veiacuteculo
integrando vaacuterias tecnologias multimeacutedia
Os novos sensores a colocar no veiacuteculo soacute seratildeo sem fio caso natildeo seja possiacutevel liga-los por
fios (eg sensores de pressatildeo nos pneus) devido a possiacuteveis interferecircncias e atrasos na
comunicaccedilatildeo
O sistema CAN pode funcionar em paralelo ao sistema a desenvolver garantindo assim
tempos de resposta garantidamente baixos em aacutereas criacuteticas do sistema
Capiacutetulo 4
Anexos
41 - Diagrama de Gantt do projecto
Referecircncias
1 Situ L Electric Vehicle Development The Past Present amp Future 2001 2 SCHALLENBERG RH Prospects for the Electric Vehicle A Historical Perspective 1980 3 Motor H Honda Introduces the INSIGHT a Hybrid Car that Offers the Worlds Lowest
Fuel Consumption for a Mass-Produced Gasoline-Powered Vehicle 1999 [cited 2010 0802] Available from httpworldhondacomnews19994990906chtml
4 Craveiro C Investimento em paineacuteis solares ascende a 167 milhotildees 2010 [cited 2010 01-02] Available from httpwwwenergiasrenovaveiscomDetalheNoticiasaspID_conteudo=357ampID_area=8
5 Car 2 Car Communication Consortium 2008 [cited 2010 0602] Available from httpwwwcar-to-carorg
6 Gulhane V MR Tarambale and YP Nerkar A Scope for the Research and Development Activities on Electric Vehicle Technology in Pune City in Electric and Hybrid Vehicles 2006 ICEHV 06 IEEE Conference on 2006
7 Affanni A et al Battery Choice and Management for New-Generation Electric Vehicles 2005 8 Motors G Volt 2010 [cited 2010 0302] Available from
httpwwwchevroletcompagesopendefaultfuturevoltdo 9 SCHMIDHOFER A G ZHANG and H WEISS RANGE EXTENDER OPTIMISATION FOR
ELECTRICAL VEHICLES 2004 10 Juan W Dixon MOaEW Regenerative Braking for an Electric Vehicle Using
Ultracapacitors and a Buck-Boost Converter 11 Koyanagi F A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles 1998 12 INTELI Mobilidade Eleacutectrica 2010 [cited 2010 0902] Available from
httpwwwmobi-eptmobilidadehtml 13 Place B Battery switch stations support for long distance road trips 2010 [cited
2010 0902] Available from httpwwwbetterplacecomsolutioncharging 14 Portuguesa GdR Lanccedilada rede nacional de carregamento para Veiacuteculos Eleacutectricos
2009 [cited 2010 0802] Available from httpwwwportugalgovptptGC17GovernoMinisteriosMEIDocumentosPages20090629_MEI_Doc_Mobilidade_Electricaaspx
15 Mobile A autonet mobile 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwautonetmobilecom
24 - Referecircncias
16 Saravanan K AT and KRameshbabu A Middleware Architectural Framework for Vehicular Safety over VANET 2009
17 Ltd B-S LTE Connected Car 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwngconnectorgecosystemconnected-carhtm
18 Ahmed M et al Intra-vehicular Wireless Networks 19 CAR 2 CAR Communication Consortium Manifesto 2007 20 Coopers CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety 2008 [cited 2010 0802] 21 Froumltscher A and M Boumlhm Co-operative Systems for Intelligent Road Safety 2007 22 Chaari L N Masmoudi and L Kamoun Electronic control in electric vehicle based on
CAN network in Systems Man and Cybernetics 2002 IEEE International Conference on 2002
23 Corporation I In-Vehicle Infotainment [cited 2010 03-02] Available from httpwwwintelcomdesignembeddedinfotainmentindexhtm
2 - Introduccedilatildeo
Como o veiacuteculo eleacutectrico natildeo polui (no local onde circula - podendo existir poluiccedilatildeo
associada agrave geraccedilatildeo de electricidade utilizada para carregar as suas baterias) este diminui a
poluiccedilatildeo nas cidades e nas vias de comunicaccedilatildeo Devido ao grande investimento nacional em
energias renovaacuteveis que representam cerca de um terccedilo do total da energia eleacutectrica
produzida e ao aumento dos paineacuteis solares instalados em habitaccedilotildees [4] o impacto
ambiental do carregamento de veiacuteculos eleacutectricos tem o potencial para ser muito menor do
que nos veiacuteculos convencionais podendo em alguns casos ser mesmo nulo
Nas uacuteltimas deacutecadas vaacuterias marcas desenvolveram protoacutetipos de veiacuteculos eleacutectricos mas
nenhum chegou a ser produzido em seacuterie O actual preccedilo do petroacuteleo o seu pico ocorrido a
meio do ano de 2008 e a capacidade tecnoloacutegica associada ao desenvolvimento das baterias
(nomeadamente no aumento da energia por peso e a diminuiccedilatildeo do tempo de
recarregamento) justificam o lanccedilamento comercial dos veiacuteculos eleacutectricos
11 - Problema
Ao niacutevel das novas tecnologias em particular das Tecnologias de Informaccedilatildeo e
Comunicaccedilatildeo (TIC) assiste-se a uma contiacutenua penetraccedilatildeo em todos os sectores e que
recentemente se comeccedila a assistir tambeacutem nos automoacuteveis (desde os GPS sistemas matildeos
livres leitor de DVD) mesmo as iniciativas de promoccedilatildeo de comunicaccedilatildeo ldquocar-to-car
comunicationsrdquo [5] que procuram aumentar a seguranccedila dos condutores entram nesta
tendecircncia Actualmente ocorrem muitos acidentes que poderiam ser evitados se existisse um
sistema de comunicaccedilatildeo nos veiacuteculos O congestionamento tambeacutem poderia beneficiar de um
sistema deste tipo
Existe um problema econoacutemico e ambiental devido ao petroacuteleo Por outro lado os
veiacuteculos eleacutectricos satildeo (haacute muitos anos) uma alternativa aos veiacuteculos tradicionais sendo que
agora temos tecnologia mais desenvolvida (directa e indirectamente ligada ao veiacuteculo) e
parece existir vontade poliacutetica Ainda que os veiacuteculos eleacutectricos actuais apresentem
limitaccedilotildees de autonomia e novos sistemas eleacutectricoselectroacutenicos que necessitam de um
sistema de gestatildeo eficiente estes podem beneficiar dos desenvolvimentos das
TICs para ultrapassar estes desafios
Assim dado o actual contexto e a introduccedilatildeo dos veiacuteculos eleacutectricos que se apresentam
como potenciais beneficiadores das TICs este trabalho procura desenvolver um sistema de
gestatildeo interno ao veiacuteculo que seja capaz de colaborar na gestatildeo destes diversos tipos de
comunicaccedilatildeo que ocorrem nos veiacuteculos (ie comunicaccedilatildeo entre elementos internos ao
veiacuteculo e comunicaccedilatildeo de elementos internos com externos) particularmente orientado ao
contexto de veiacuteculo eleacutectrico de forma a facilitar a sua adopccedilatildeo e colaborar no aumento da
sua mobilidade
3
12 - Objectivos
Desenvolver um sistema de gestatildeo de comunicaccedilatildeo para veiacuteculos eleacutectricos baseado em
tecnologias adequadas ao contexto Este deve controlar e monitorizar o fluxo de energia
entre ceacutelulas acumuladoras baterias motores e o circuito eleacutectrico deve comunicar com o
computador do utilizador quando estaacute estacionado em casa e deve conseguir utilizar diversas
tecnologias de forma a permitir o acesso agrave Internet quer para comunicar ao utilizador o
estado das baterias quer para disponibilizar acesso a conteuacutedos A informaccedilatildeo recolhida deve
ainda ser armazenada para poder ser transmitida para elementos externos quando tal for
necessaacuteriodesejado
13 - Enquadramento
O principal problema dos Veiacuteculos Eleacutectricos (ldquoElectric Vehiclesrdquo ndash EV) eacute o armazenamento
de energia devido ao custo e relaccedilatildeo pesopotencia das baterias ser alto Para minimizar este
problema eacute necessaacuterio um sistema de gestatildeo para controlar o fluxo de energia Este sistema
deve estar preparado para aceitar diversos tipos de componentes que aumentem a autonomia
e o desempenho do veiacuteculo tais como ultra-condensadores extensatildeo de autonomia com motor
a combustatildeo troca de baterias paineacuteis solares etc
Um veiacuteculo eleacutectrico eacute alimentado pela energia eleacutectrica armazenada nele Para mover
um veiacuteculo deste tipo eacute necessaacuterio pelo menos um motor eleacutectrico Estes novos componentes
necessitam de uma boa gestatildeo para o veiacuteculo eleacutectrico se tornar uma alternativa aos veiacuteculos
a combustatildeo ldquoThe battery bank controller and motor must have excellent efficiency
adequate capacity and low weight along with regenerative compatibilityrdquo [6]
Com a necessidade de integrar as vaacuterias tecnologias existentes no veiacuteculo e outras que
fazem parte do dia-a-dia das pessoas (GPS telemoacuteveis serviccedilos de ligaccedilatildeo agrave Internet etc) e
tambeacutem as novas tecnologias necessaacuterias agrave operaccedilatildeo de um veiacuteculo eleacutectrico surge a
necessidade da criaccedilatildeo de um sistema que os interligue permitindo assim uma gestatildeo mais
eficaz e com mais funcionalidades
14 - Tecnologias
As tecnologias que vatildeo ser abordadas satildeo CAN redes de sensores sem fios Internet
atraveacutes de protocolos Wi-Fi (80211) e UMTS e ainda comunicaccedilatildeo entre veiacuteculos (inVANET)
Estas tecnologias iratildeo ser abordadas em detalhe no proacuteximo capiacutetulo
Capiacutetulo 2
Estado da arte
Neste capiacutetulo apresentam-se as inovaccedilotildees tecnoloacutegicas que levaram ao aparecimento dos
veiacuteculos eleacutectricos os problemas actuais destes veiacuteculos os seus componentes e formas de os
gerir
Um dos principais factores que justificam um sistema de comunicaccedilatildeo que interligue todo
o veiacuteculo eacute o facto de nos uacuteltimos anos muitos sistemas mecacircnicos terem vindo a evoluir para
electroacutenicos Os componentes mecacircnicos natildeo possibilitavam uma gestatildeo centralizada os
componentes electroacutenicos aleacutem de funcionarem melhor podem interagir resultando em novas
funcionalidades e numa maior eficiecircncia
21 - Revoluccedilatildeo tecnoloacutegica para os carros eleacutectricos e overview
dos mesmos - constituiccedilatildeo interna
Os principais factores que contribuem para o desenvolvimento de carros eleacutectricos satildeo os
veiacuteculos eleacutectricos natildeo poluem no seu funcionamento e como satildeo mais eficientes satildeo mais
ecoloacutegicos o custo por km eacute menor e diminuem a dependecircncia energeacutetica de outros paiacuteses
Na tabela seguinte podemos observar as principais diferenccedilas entre os dois tipos de
veiacuteculos [6]
Tabela 21 ndash Comparaccedilatildeo de veiacuteculos combustatildeo interna e eleacutectricos
Feature Electric vehicles IC Engine vehicles
Prime mover Electric motor IC engine
Powered by Charged battery ultra
capacitors Diesel Petrol
Self weight High due to battery bank Low as compared to EV
Power Transmission Both mechanical as well
as electrical Mechanical
6 - Estado da arte
Braking system Regenerative braking Friction braking
Efficiency High Low
Eco friendly Yes No
Initial cost High Average
Running cost Low Very high
As diferenccedilas entre os dois tipos de veiacuteculos na perspectiva do utilizador satildeo tempo de
carregamento um custo de deslocaccedilatildeo menor mas um custo do veiacuteculo mais elevado - este
custo poderaacute vir a baixar caso sejam criados benefiacutecios fiscais para este tipo de veiacuteculos
Os veiacuteculos eleacutectricos vatildeo beneficiar da tecnologia actual dos veiacuteculos hiacutebridos que jaacute satildeo
produzidos em massa Os dois tipos de veiacuteculos tecircm pontos em comum pelo menos um motor
eleacutectrico baterias para o alimentar e um sistema de travagem regenerativa
22 - Desafios actuais dos carros eleacutectricos - Performance vs
gestatildeo do consumo e autonomia
Os requisitos para uma bateria ideal satildeo grande densidade de energia (menor peso) alta
potecircncia longa vida eficiecircncia de cargadescarga eficiecircncia a qualquer temperatura auto-
descarga miacutenima baixa resistecircncia de entrada sem memoacuteria alto grau de seguranccedila boa
fiabilidade baixo custo e reciclaacutevel [7] Como as baterias ideais natildeo existem nos pontos
seguintes satildeo apresentadas soluccedilotildees para lidar com as limitaccedilotildees das baterias
221 - Veiacuteculos com extensatildeo de autonomia
Actualmente existem veiacuteculos eleacutectricos que tecircm uma extensatildeo de autonomia fornecida
por um motor de combustatildeo como eacute o caso do Chevrolet Volt [8] Estes veiacuteculos funcionam
como EV durante a duraccedilatildeo das baterias Posteriormente recorrem agrave energia eleacutectrica
produzida pelo motor de combustatildeo usado como gerador mesmo assim este processo eacute mais
eficiente que usar o motor a combustatildeo para mover o veiacuteculo Devido ao motor a combustatildeo
natildeo ser usado para mover o veiacuteculo natildeo precisa de ter tanta cilindrada como os presentes nos
veiacuteculos hiacutebridos tendo a vantagem de ser mais pequeno e mais leve
7
Ilustraccedilatildeo 21ndash Relaccedilatildeo pesoenergia para baterias e geraccedilatildeo termodinacircmica
A figura acima [9] justifica a presenccedila de um motor a combustatildeo para gerar electricidade
num veiacuteculo eleacutectrico No iniacutecio da linha da energia termodinacircmica podemos observar o peso
adicional devido ao motor mas este natildeo eacute desvantajoso porque a quantidade de energia por
peso da gasolina eacute bastante maior do que a das baterias Apesar da relaccedilatildeo pesoenergia nas
baterias ser inferior ao pesoenergia da gasolina eacute mais econoacutemico carregar as baterias e eacute
possiacutevel aproveitar a energia das travagens
222 - Ultra-condensadores
Os ultra-condensadores satildeo uma nova tecnologia que permite armazenar vinte vezes mais
energia que um condensador normal O objectivo principal dos ultra-condensadores nos
veiacuteculos eleacutectricos eacute o de permitir maiores travagens e aceleraccedilotildees com perdas de energia
miacutenimas devido a este conseguir carregar e descarregar muito mais rapidamente que uma
bateria Os ultra-condensadores natildeo perdem desempenho ao carregar e descarregar durando
toda a vida uacutetil do veiacuteculo sendo por isso mais ecoloacutegicos que as baterias [10]
223 - Carregamento
Devido agrave elevada potecircncia necessaacuteria para carregar um veiacuteculo eleacutectrico (que pode ser
ligado e desligado da rede eleacutectrica rapidamente) e devido agraves fontes de energia renovaacuteveis
fornecerem energia irregularmente os veiacuteculos eleacutectricos devem ter a capacidade de
poderem ser usados como geradores em determinados momentos (ie fornecerem energia agrave
rede para a estabilizar ou satisfazer picos de procura)
Uma soluccedilatildeo para aproveitar melhor as energias renovaacuteveis eacute armazenar o excesso de
energia gerado por estas durante a noite e injecta-la durante o dia diminuindo assim a
utilizaccedilatildeo de combustiacuteveis foacutesseis Este meacutetodo eacute tambeacutem vantajoso para o utilizador uma
vez que a energia durante o dia eacute mais cara do que agrave noite
8 - Estado da arte
Um problema que poderaacute existir devido aos diferentes custos da electricidade ao longo do
dia eacute um nuacutemero excessivo de veiacuteculos comeccedilarem a carregar simultaneamente no momento
de transiccedilatildeo de hora de cheio para vazio Uma soluccedilatildeo eacute proposta por Fumiko Koyanagi no
paper A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles
[11] que se baseia em criar diversas zonas eleacutectricas com comeccedilo da hora de vazio a horas
diferentes
224 - Locais de carregamento
Existem actualmente trecircs meacutetodos para carregar um EV ou PHEV
Carregamento raacutepido este tipo natildeo eacute o mais eficiente em termos energeacuteticos
mas permite carregar o veiacuteculo entre 20 a 30 minutos [12] (este valor tende a
diminuir com o avanccedilo da tecnologia) O utilizador poderaacute optar por natildeo
carregar totalmente o veiacuteculo neste caso o tempo de carregamento eacute menor
Este tipo de carregamento seraacute feito em estaccedilotildees de carregamento
Carregamento lento eacute mais eficiente que o carregamento raacutepido mas
demora mais tempo a carregar o veiacuteculo Como natildeo eacute expectaacutevel que o
utilizador do veiacuteculo espere no veiacuteculo ateacute que ele carregue este tipo de
carregamento estaacute a ser pensado para locais onde que o utilizador permaneccedila
por um ldquolongordquo periacuteodo de tempo como em casa trabalho parques de
estacionamento puacuteblico hoteacuteis e centros comerciais
Troca de baterias eacute tatildeo raacutepido como abastecer um veiacuteculo normal este tipo
eacute o adequado a veiacuteculos de emergecircncia e a veiacuteculos que permaneccedilam pouco
tempo parados [13]
Em Portugal jaacute existem 100 pontos de carregamento e estatildeo previstos 1300 em 2011 [14]
ldquoA entidade Gestora Mobi-E integraraacute as vaacuterias empresas Comercializadoras da Mobilidade
Eleacutectrica e asseguraraacute que o abastecimento pode ser efectuado em qualquer ponto existente
no paiacutes de forma a garantir uma rede aberta universal e focada no utilizadorrdquo [14]
23 - Tecnologias de comunicaccedilatildeo
Os veiacuteculos futuros no qual se pode inserir os EVs devem poder estar ligados agrave Internet
para oferecer conteuacutedos multimeacutedia aos ocupantes do veiacuteculo reservar lugares em estaccedilotildees
de carregamento usar o GPS para calcular o melhor caminho com base em informaccedilatildeo do
tracircnsito em tempo real aumentar a seguranccedila nas estradas e transferir dados do utilizador
recorrendo quer a comunicaccedilatildeo entre veiacuteculos quer com infra-estrutura etc
231 - WLAN
Uma wireless local area network nomeadamente as normas 80211 permitem uma ligaccedilatildeo
de banda larga agrave Internet (eg ao automoacutevel e a dispositivos moacuteveis do utilizador) No caso
de uma rede WLAN numa estaccedilatildeo de carregamento o condutor pode deixar o carro a carregar
e ver no seu telemoacutevel o estado das baterias O automoacutevel tambeacutem poderaacute ligar-se a redes
WLAN jaacute existentes e usar esta tecnologia para comunicar com os outros veiacuteculos Como a
tecnologia WLAN eacute amplamente usada os seus equipamentos satildeo de baixo custo Actualmente
9
existe uma empresa que disponibiliza no mercado norte-americano um serviccedilo que usa
Internet UMTS para disponibilizar Internet por WLAN dentro e num raio a volta do veiacuteculo
[15]
Frequecircncias usadas na norma 80211
5GHz ndash Em locais que a gama dos 24GHz esteja sobrelotada o protocolo 80211a pode ser
mais raacutepido que os protocolos 80211g e 80211n devido a haver menores interferecircncias No
entanto esta frequecircncia sofre uma maior atenuaccedilatildeo quando existem obstaacuteculos Os veiacuteculos
devem estar preparados para se ligarem nestas duas gamas de frequecircncias para o caso de uma
das gamas estar sobrelotada
24GHz - Nesta gama existem os protocolos 80211b 80211g e 80211n o 80211b eacute o
protocolo com maior alcance mas uma rede a funcionar em 80211g ou 80211n transita
automaticamente para 80211b caso o sinal seja fraco pelo que a rede deve estar
configurada para se ligar por g ou n O 80211n tem a vantagem de usar a tecnologia MIMO
que usa vaacuterias antenas para aumentar a qualidade do sinal sem aumentar nem a potecircncia nem
a largura de banda
58GHz ndash O protocolo 80211p ainda natildeo existe em fase final mas permite aos veiacuteculos
usar uma frequecircncia exclusiva e funcionar numa inVANET que eacute descrita no ponto seguinte
Este protocolo como estaacute vocacionado para veiacuteculos em movimento consegue estabelecer
ligaccedilotildees mais rapidamente e tem um menor tempo de atraso que os protocolos descritos
anteriormente
Tabela 22 ndash Tabela resumo dos vaacuterios protocolos da norma 80211
Norma 80211 Velocidade maacutexima
(Mbps) Existente no mercado Frequecircncias (GHz)
a 54 Sim 5
b 11 Sim 24
g 54 Sim 24
n 600 Sim 24
p Natildeo 58
O protocolo ideal a adoptar nesta fase seria o 80211n uma vez que eacute o mais raacutepido e
suporta tecnologia MIMO (que permite uma maior resistecircncia a interferecircncias) Caso este natildeo
esteja disponiacutevel deve-se usar o 80211g se houver interferecircncia com outras redes vizinhas
deve ser usado o 80211a Quando o protocolo 80211p estiver disponiacutevel este deve ser a
escolha principal jaacute que usa uma frequecircncia exclusiva este protocolo eacute indicado para o uso
em estrada devido aos veiacuteculos estarem em movimento
232 - InVANET
Uma wireless ad hoc network eacute uma rede sem fios descentralizada ou seja natildeo existe um
ou mais APrsquos a que todos os clientes se ligam Estas redes natildeo satildeo tatildeo fiaacuteveis devido agraves
colisotildees no acesso ao meio a situaccedilatildeo piora em situaccedilotildees moacuteveis em que as tabelas de
encaminhamento estatildeo sempre a mudar Para reduzir estes problemas foi criada uma
10 - Estado da arte
Vehicular Ad-Hoc Network (VANET) que eacute uma forma de rede moacutevel ad-hoc vocacionada para
o uso em veiacuteculos
Uma Intelligent vehicular ad hoc network (InVANET) eacute uma implementaccedilatildeo de uma VANET
vocacionada para a seguranccedila nas estradas Para diminuir os acidentes nas estradas esta rede
propotildee a troca de paracircmetros entre veiacuteculos proacuteximos ou entre veiacuteculos e a infra-estrutura
tais como mudanccedila de velocidade mudanccedila de faixa de rodagem e condiccedilotildees da via Outros
cenaacuterios de seguranccedila visados por esta rede satildeo o controlo do congestionamento e informar a
poliacutecia em casos de roubo ou fuga do local do acidente [16]
233 - Banda Larga Moacutevel
Tabela 23 ndash Comparaccedilatildeo de velocidades das vaacuterias tecnologias de Banda Larga Moacutevel
Tecnologia Velocidade maacutexima de download
GPRS (25G) 2368 kbits
UMTS (3G) 384 kbits
HSDPA (35G) 216 Mbits
A velocidade de 216 Mbits do HSPDA refere-se agrave velocidade maacutexima em Portugal o
HSPDA estaacute disponiacutevel na maior parte dos centros urbanos existe cobertura por UMTS em
praticamente todo o territoacuterio nacional Ao sair de uma aacuterea coberta por HSDPA eacute feito
handhover automaticamente para GPRS ou UMTS
Jaacute existem protoacutetipos para a utilizaccedilatildeo da quarta geraccedilatildeo moacutevel em automoacuteveis [17] que
permite aos ocupantes do veiacuteculo uma Internet mais raacutepida e a possibilidade de trabalhar em
nuvem
234 - Bluetoothtrade
O Bluetooth eacute uma tecnologia sem fios usada para ligar telemoacuteveis entre si e ligar
dispositivos a telemoacuteveis e a computadores Em alguns veiacuteculos esta tecnologia jaacute estaacute
implementada permitindo fornecer um serviccedilo de matildeos livres
Esta tecnologia poderaacute ser usada para comunicaccedilatildeo entre o veiacuteculo e a estaccedilatildeo de
carregamento transferir dados de ligar vaacuterios tipos de dispositivos moacuteveis do utilizador
235 - Sensores sem fios
Os sensores sem fios podem permitir diminuir o peso complexidade e custo do sistema de
sensores tambeacutem permitem colocar sensores em locais de difiacutecil acesso por cabo (por
exemplo pressatildeo dos pneus) Esta rede de sensores necessita ter baixa latecircncia e alta
fiabilidade natildeo sendo orientada para elevadas taxas de transmissatildeo de dados nem periacuteodos
de actividade elevados Protocolos possiacuteveis para uma rede de sensores sem fios no veiacuteculo
ZigBeetrade - Eacute um protocolo da camada de rede e aplicaccedilatildeo para criar uma rede infra-
estruturada de sensores sem fios O ZigBee fornece uma simples e confiaacutevel rede sem
fios multi-salto com a capacidade de suportar vaacuterias aplicaccedilotildees em simultacircneo
UWB - Eacute um sistema raacutedio de baixas emissotildees para curto alcance de alta velocidade
RFID ndash Eacute um protocolo sem fios para a identificaccedilatildeo de uma pessoa ou objecto
Existem identificadores passivos que natildeo precisam de bateria e que tem um alcance
de alguns centiacutemetros e activos que necessitam de uma fonte de energia que podem
comunicar ate alguns metros
11
A tabela seguinte [18] faz uma comparaccedilatildeo de possiacuteveis normas de comunicaccedilatildeo para
sensores sem fios
Tabela 24 ndash Comparaccedilatildeo das normas de sensores sem fios
O sistema RFID soacute seraacute uacutetil como identificador do veiacuteculo (eg estaccedilatildeo de abastecimento)
mas caso exista um sistema WLAN este seraacute preferiacutevel para identificar o veiacuteculo O ZigBee e o
UWB satildeo os mais indicados para uma rede de sensores mas devido ao tempo menor de
inicializaccedilatildeo e menor consumo energeacutetico a tecnologia ZigBee seraacute preferiacutevel
24 - Consoacutercios
241 - Car 2 Car
Este consoacutercio [5] tem como objectivo criar uma norma para um sistema de comunicaccedilotildees
cooperativo inter-veiacuteculos e entre veiacuteculos e infra-estrutura a funcionar numa banda de
frequecircncias livres e exclusivas para estas aplicaccedilotildees Este sistema eacute importante para prevenir
os acidentes o congestionamento e comunicar com estaccedilotildees de abastecimento
12 - Estado da arte
Este sistema eacute especialmente uacutetil em situaccedilotildees de baixa visibilidade para os veiacuteculos
prioritaacuterios e para avisar antecipadamente quando um veiacuteculo tem as luzes de emergecircncia
ligadas ou haacute obras No caso de um acidente que bloqueie a estrada o sistema poderaacute avisar
com antecedecircncia suficiente para o GPS calcular uma rota alternativa
Este sistema pode usar trecircs tipos de comunicaccedilatildeo [19]
IEEE 80211p
IEEE 80211abgn
GPRS ou UMTS
242 - Coopers
CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety eacute um consoacutercio que visa fornecer aos
veiacuteculos e condutores informaccedilatildeo em tempo real sobre o estado da via de maneira a
aumentar a seguranccedila na estrada [20] o objectivo do consoacutercio eacute rdquo To define develop and
test new safety related services equipment and applications using two way communication
between road infrastructure and vehicles from a traffic management perspective COOPERS
will build upon existing equipment and infrastructure as far as possible to incorporate bi-
directional infrastructure-vehicle links as an open standardised wireless communication
technology The role of motorway operators in offering and retrieving safety relevant and
traffic management information for specific road segments on European motorways based on
infrastructure and in-vehicle data will be investigatedrdquo [21] O sistema incorpora um
receptor GPS estaacute ligado ao CAN e comunica por WLAN e UMTSGPRS
25 - Sistemas de gestatildeo inovadores para gerir os diversos tipos
de comunicaccedilatildeo
Actualmente haacute um grande nuacutemero de funccedilotildees automoacuteveis controladas por computador O
uso de um cabo dedicado a cada dispositivo com o nuacutemero crescente de sistemas deixa de ser
praacutetico
251 - CAN
Uma soluccedilatildeo eacute o uso de redes LAN que permite a multiplexaccedilatildeo dos dados Com esta
soluccedilatildeo eacute possiacutevel[22] Reduzir o nuacutemero de cabos
Reduzir o custo e o peso
Melhorar a fiabilidade e facilitar a instalaccedilatildeo
Partilhar os dados recolhidos dos sensores por vaacuterios dispositivos
Alterar ou adicionar funccedilotildees por software
Detectar e corrigir erros causados por interferecircncia electromagneacutetica
As mensagens que circulam na rede CAN tecircm um valor numeacuterico que indica a prioridade
da mensagem isto permite tratar informaccedilatildeo criacutetica sem atraso A versatilidade do CAN
permite controlar vaacuterios tipos de dispositivos num veiacuteculo
13
252 - LIN bus
O Local Interconnect Network (LIN) bus eacute uma alternativa mais barata e simples ao CAN Pode
ser usada em subsistemas natildeo criacuteticos que nem precisem de comunicaccedilatildeo em tempo real nem
altas velocidades
253 - Infotainment
Esta plataforma interliga trecircs aacutereas
Entretimento nos bancos traseiros
RaacutedioCD e navegaccedilatildeo
Comunicaccedilatildeo interna e externa
Ilustraccedilatildeo 22 ndash Sistema de In-Vehicle Infotainment da Intel
A plataforma da Intel [23] permite num soacute hardware juntar vaacuterias tecnologias que
normalmente se apresentam separadas num automoacutevel
26 - Conclusatildeo
Actualmente assiste-se a introduccedilatildeo contiacutenua de veiacuteculos totalmente eleacutectricos no
mercado ainda que com autonomias substancialmente inferiores aos veiacuteculos a combustiacuteveis
foacutesseis Os veiacuteculos ldquoeleacutectricosrdquo mais vendidos actualmente satildeo os veiacuteculos hiacutebridos que
podem carregar as baterias com as travagens e usam um motor eleacutectrico como suporte em
momentos concretos (eg a velocidades abaixo dos 50 kmh eou para fornecer potecircncia
extra ao motor de combustatildeo em momentos de forte aceleraccedilatildeo etc - a estrateacutegia varia de
fabricante para fabricante) Os veiacuteculos hiacutebridos satildeo mais econoacutemicos que os veiacuteculos movidos
14 - Estado da arte
somente a motor de combustatildeo e continuam a beneficiar do motor a gasolina para aumentar
a sua autonomia ndash eacute como se procurassem o melhor dos dois mundos Alguns destes veiacuteculos jaacute
podem ser carregados pela rede eleacutectrica que para pequenas distancias se comportam como
veiacuteculos totalmente eleacutectricos
Capiacutetulo 3
Plano de trabalho
31 - Requisitos
Requisitos funcionais
Quando disponiacutevel Internet por WLAN o sistema deve desligar o HSPDAUMTS
Devem aparecer no ecratilde LCD as informaccedilotildees recebidas do exterior sobre
seguranccedila na estrada em que o veiacuteculo se encontre
O veiacuteculo deve enviar informaccedilotildees sobre o estado do piso aos veiacuteculos que se
encontram atraacutes
O sistema deve ter alojado um Web site com informaccedilotildees sobre o estado do
veiacuteculo (nomeadamente do estado das baterias)
Requisitos de performance
Quando for recebida uma mensagem importante do exterior esta deve aparecer
no LCD em menos de 100ms
32 - Cenaacuterios de teste
Tempo desde um acidente agrave frente do veiculo ateacute ser recebida a informaccedilatildeo e
informado o condutor Este teste verifica
Numa rede a ser usada toda a sua capacidade com vaacuterios veiacuteculos medir o tempo
desde que ocorre um acidente ateacute o condutor ser informado Este cenaacuterio serve para avaliar a
qualidade do QoS
Visualizaccedilatildeo sem falhas de um viacutedeo em streaming
Duraccedilatildeo das baterias em vaacuterios cenaacuterios
33 - Ferramentas
Actualmente estatildeo a ser testadas diversas tecnologias para diversos fins havendo a
possibilidade de alteraccedilatildeo ao longo do desenvolvimento do trabalho
O Matlab pode ser usado para simular a duraccedilatildeo das baterias
16 - Plano de trabalho
Linux ndash possiacutevel ambiente de teste (e g no caso de se usar um router) No final do
trabalho poderaacute ser criado um DVD com Linux e o sistema desenvolvido para instalar num mini
PC a colocar no veiacuteculo
VMware ndash possiacutevel software de virtualizaccedilatildeo que permite definir a velocidade do
processador e a quantidade de memoacuteria RAM sendo assim possiacutevel testar o desempenho do
sistema num ambiente com as caracteriacutesticas do mini PC a ser colocado no veiacuteculo
Para a programaccedilatildeo vai ser usado CC++ devido a ser uma linguagem leve caso seja
necessaacuterio programar o router Para o desenvolvimento do sistema a ser instalado no mini PC
vai ser usada a linguagem java usando o SDK eclipse O java apesar de ser um pouco mais
lento que o C++ eacute muito mais adequado para a programaccedilatildeo com sockets e tem um melhor
tratamento de erros
O servidor apache vai ser usado para a criaccedilatildeo de uma paacutegina Web no veiacuteculo a qual soacute
tem acesso quem o utilizador quiser Esta paacutegina disponibiliza informaccedilatildeo diversa sobre o
veiacuteculo nomeadamente o estado das baterias e transferir dados tais como filmes e fazer
configuraccedilotildees ao veiacuteculo
34 - Arquitectura
A figura em baixo ilustra uma possiacutevel arquitectura para o sistema proposto
17
Mini PC
Router UMTS
Switch
Dispositivos moacuteveis do utilizador LCD nos
bancos traseiros
Dispositivos para os
passageiros
LCD na consola
central
Dispositivos para o
condutor
GPS
Internet CAN
CT
Sensores natildeo
incluiacutedos no CAN
CasaEstaccedilatildeo de
carregamento
Ilustraccedilatildeo 31 ndash Arquitectura do sistema a desenvolver
Para este sistema funcionar soacute precisa do mini PC ao qual estaacute ligado um switch (o switch
poderaacute estar incorporado noutro componente como o router ou o AP) O sistema funciona de
forma escalaacutevel podendo funcionar sem qualquer um dos outros componentes
18 - Plano de trabalho
Sistema
principal
Comunicaccedilatildeo
Sensores
Ligaccedilatildeo ao
CAN
WLAN
UMTS
sem fios
com fios
EV
powertrain
CAN
Controlador do motor baterias e ultra-condensador
Infotainment
Servidor Web
Ilustraccedilatildeo 32 ndash Moacutedulos do sistema
O sistema vai ser escalaacutevel permitindo adicionarremoveralterar moacutedulos facilitando
assim a compatibilidade com novas tecnologias
35 - Trabalho futuro
O ldquoanexo 41 - Diagrama de Gantt do projectordquo mostra a planificaccedilatildeo para a dissertaccedilatildeo
Nos dias seguintes agrave entrega deste relatoacuterio vatildeo ser definidos objectivos semanais para a
dissertaccedilatildeo O primeiro moacutedulo a ser desenvolvido seraacute o do Web site atraveacutes do qual seraacute
possiacutevel monitorizar o estado das baterias e fazer algumas configuraccedilotildees ao veiacuteculo
36 - Conclusatildeo
As actuais barreiras agrave adopccedilatildeo de veiacuteculos eleacutectricos satildeo a autonomia a relaccedilatildeo
pesoenergia e o custo das baterias A dissertaccedilatildeo poderaacute abordar o fluxo de energia entre os
componentes do veiacuteculo e a integraccedilatildeo dos componentes eleacutectricoselectroacutenicos existentes
actualmente e os novos necessaacuterios agrave operaccedilatildeo de um EV
A melhor maneira de aumentar a autonomia de um EV eacute usar um motor termodinacircmico a
gerar electricidade quando a energia das baterias acabar esta soluccedilatildeo em comparaccedilatildeo com a
19
adiccedilatildeo de mais baterias eacute mais econoacutemica resulta num menor peso para o veiacuteculo e eacute
possiacutevel abastecer o veiacuteculo como um veiacuteculo com motor a combustatildeo interna
A inclusatildeo de um ultra-condensador permite melhorar a capacidade de absorccedilatildeo de
energia numa travagem aumentar a aceleraccedilatildeo do veiacuteculo e aumentar o tempo de vida das
baterias
Os novos veiacuteculos deveratildeo ter um sistema de comunicaccedilatildeo inVANET para comunicaccedilatildeo
entre eles e com a infra-estrutura para aumentar a seguranccedila e diminuir o congestionamento
das estradas
O uso de uma plataforma de infotainment permite reduzir o hardware presente no veiacuteculo
integrando vaacuterias tecnologias multimeacutedia
Os novos sensores a colocar no veiacuteculo soacute seratildeo sem fio caso natildeo seja possiacutevel liga-los por
fios (eg sensores de pressatildeo nos pneus) devido a possiacuteveis interferecircncias e atrasos na
comunicaccedilatildeo
O sistema CAN pode funcionar em paralelo ao sistema a desenvolver garantindo assim
tempos de resposta garantidamente baixos em aacutereas criacuteticas do sistema
Capiacutetulo 4
Anexos
41 - Diagrama de Gantt do projecto
Referecircncias
1 Situ L Electric Vehicle Development The Past Present amp Future 2001 2 SCHALLENBERG RH Prospects for the Electric Vehicle A Historical Perspective 1980 3 Motor H Honda Introduces the INSIGHT a Hybrid Car that Offers the Worlds Lowest
Fuel Consumption for a Mass-Produced Gasoline-Powered Vehicle 1999 [cited 2010 0802] Available from httpworldhondacomnews19994990906chtml
4 Craveiro C Investimento em paineacuteis solares ascende a 167 milhotildees 2010 [cited 2010 01-02] Available from httpwwwenergiasrenovaveiscomDetalheNoticiasaspID_conteudo=357ampID_area=8
5 Car 2 Car Communication Consortium 2008 [cited 2010 0602] Available from httpwwwcar-to-carorg
6 Gulhane V MR Tarambale and YP Nerkar A Scope for the Research and Development Activities on Electric Vehicle Technology in Pune City in Electric and Hybrid Vehicles 2006 ICEHV 06 IEEE Conference on 2006
7 Affanni A et al Battery Choice and Management for New-Generation Electric Vehicles 2005 8 Motors G Volt 2010 [cited 2010 0302] Available from
httpwwwchevroletcompagesopendefaultfuturevoltdo 9 SCHMIDHOFER A G ZHANG and H WEISS RANGE EXTENDER OPTIMISATION FOR
ELECTRICAL VEHICLES 2004 10 Juan W Dixon MOaEW Regenerative Braking for an Electric Vehicle Using
Ultracapacitors and a Buck-Boost Converter 11 Koyanagi F A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles 1998 12 INTELI Mobilidade Eleacutectrica 2010 [cited 2010 0902] Available from
httpwwwmobi-eptmobilidadehtml 13 Place B Battery switch stations support for long distance road trips 2010 [cited
2010 0902] Available from httpwwwbetterplacecomsolutioncharging 14 Portuguesa GdR Lanccedilada rede nacional de carregamento para Veiacuteculos Eleacutectricos
2009 [cited 2010 0802] Available from httpwwwportugalgovptptGC17GovernoMinisteriosMEIDocumentosPages20090629_MEI_Doc_Mobilidade_Electricaaspx
15 Mobile A autonet mobile 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwautonetmobilecom
24 - Referecircncias
16 Saravanan K AT and KRameshbabu A Middleware Architectural Framework for Vehicular Safety over VANET 2009
17 Ltd B-S LTE Connected Car 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwngconnectorgecosystemconnected-carhtm
18 Ahmed M et al Intra-vehicular Wireless Networks 19 CAR 2 CAR Communication Consortium Manifesto 2007 20 Coopers CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety 2008 [cited 2010 0802] 21 Froumltscher A and M Boumlhm Co-operative Systems for Intelligent Road Safety 2007 22 Chaari L N Masmoudi and L Kamoun Electronic control in electric vehicle based on
CAN network in Systems Man and Cybernetics 2002 IEEE International Conference on 2002
23 Corporation I In-Vehicle Infotainment [cited 2010 03-02] Available from httpwwwintelcomdesignembeddedinfotainmentindexhtm
3
12 - Objectivos
Desenvolver um sistema de gestatildeo de comunicaccedilatildeo para veiacuteculos eleacutectricos baseado em
tecnologias adequadas ao contexto Este deve controlar e monitorizar o fluxo de energia
entre ceacutelulas acumuladoras baterias motores e o circuito eleacutectrico deve comunicar com o
computador do utilizador quando estaacute estacionado em casa e deve conseguir utilizar diversas
tecnologias de forma a permitir o acesso agrave Internet quer para comunicar ao utilizador o
estado das baterias quer para disponibilizar acesso a conteuacutedos A informaccedilatildeo recolhida deve
ainda ser armazenada para poder ser transmitida para elementos externos quando tal for
necessaacuteriodesejado
13 - Enquadramento
O principal problema dos Veiacuteculos Eleacutectricos (ldquoElectric Vehiclesrdquo ndash EV) eacute o armazenamento
de energia devido ao custo e relaccedilatildeo pesopotencia das baterias ser alto Para minimizar este
problema eacute necessaacuterio um sistema de gestatildeo para controlar o fluxo de energia Este sistema
deve estar preparado para aceitar diversos tipos de componentes que aumentem a autonomia
e o desempenho do veiacuteculo tais como ultra-condensadores extensatildeo de autonomia com motor
a combustatildeo troca de baterias paineacuteis solares etc
Um veiacuteculo eleacutectrico eacute alimentado pela energia eleacutectrica armazenada nele Para mover
um veiacuteculo deste tipo eacute necessaacuterio pelo menos um motor eleacutectrico Estes novos componentes
necessitam de uma boa gestatildeo para o veiacuteculo eleacutectrico se tornar uma alternativa aos veiacuteculos
a combustatildeo ldquoThe battery bank controller and motor must have excellent efficiency
adequate capacity and low weight along with regenerative compatibilityrdquo [6]
Com a necessidade de integrar as vaacuterias tecnologias existentes no veiacuteculo e outras que
fazem parte do dia-a-dia das pessoas (GPS telemoacuteveis serviccedilos de ligaccedilatildeo agrave Internet etc) e
tambeacutem as novas tecnologias necessaacuterias agrave operaccedilatildeo de um veiacuteculo eleacutectrico surge a
necessidade da criaccedilatildeo de um sistema que os interligue permitindo assim uma gestatildeo mais
eficaz e com mais funcionalidades
14 - Tecnologias
As tecnologias que vatildeo ser abordadas satildeo CAN redes de sensores sem fios Internet
atraveacutes de protocolos Wi-Fi (80211) e UMTS e ainda comunicaccedilatildeo entre veiacuteculos (inVANET)
Estas tecnologias iratildeo ser abordadas em detalhe no proacuteximo capiacutetulo
Capiacutetulo 2
Estado da arte
Neste capiacutetulo apresentam-se as inovaccedilotildees tecnoloacutegicas que levaram ao aparecimento dos
veiacuteculos eleacutectricos os problemas actuais destes veiacuteculos os seus componentes e formas de os
gerir
Um dos principais factores que justificam um sistema de comunicaccedilatildeo que interligue todo
o veiacuteculo eacute o facto de nos uacuteltimos anos muitos sistemas mecacircnicos terem vindo a evoluir para
electroacutenicos Os componentes mecacircnicos natildeo possibilitavam uma gestatildeo centralizada os
componentes electroacutenicos aleacutem de funcionarem melhor podem interagir resultando em novas
funcionalidades e numa maior eficiecircncia
21 - Revoluccedilatildeo tecnoloacutegica para os carros eleacutectricos e overview
dos mesmos - constituiccedilatildeo interna
Os principais factores que contribuem para o desenvolvimento de carros eleacutectricos satildeo os
veiacuteculos eleacutectricos natildeo poluem no seu funcionamento e como satildeo mais eficientes satildeo mais
ecoloacutegicos o custo por km eacute menor e diminuem a dependecircncia energeacutetica de outros paiacuteses
Na tabela seguinte podemos observar as principais diferenccedilas entre os dois tipos de
veiacuteculos [6]
Tabela 21 ndash Comparaccedilatildeo de veiacuteculos combustatildeo interna e eleacutectricos
Feature Electric vehicles IC Engine vehicles
Prime mover Electric motor IC engine
Powered by Charged battery ultra
capacitors Diesel Petrol
Self weight High due to battery bank Low as compared to EV
Power Transmission Both mechanical as well
as electrical Mechanical
6 - Estado da arte
Braking system Regenerative braking Friction braking
Efficiency High Low
Eco friendly Yes No
Initial cost High Average
Running cost Low Very high
As diferenccedilas entre os dois tipos de veiacuteculos na perspectiva do utilizador satildeo tempo de
carregamento um custo de deslocaccedilatildeo menor mas um custo do veiacuteculo mais elevado - este
custo poderaacute vir a baixar caso sejam criados benefiacutecios fiscais para este tipo de veiacuteculos
Os veiacuteculos eleacutectricos vatildeo beneficiar da tecnologia actual dos veiacuteculos hiacutebridos que jaacute satildeo
produzidos em massa Os dois tipos de veiacuteculos tecircm pontos em comum pelo menos um motor
eleacutectrico baterias para o alimentar e um sistema de travagem regenerativa
22 - Desafios actuais dos carros eleacutectricos - Performance vs
gestatildeo do consumo e autonomia
Os requisitos para uma bateria ideal satildeo grande densidade de energia (menor peso) alta
potecircncia longa vida eficiecircncia de cargadescarga eficiecircncia a qualquer temperatura auto-
descarga miacutenima baixa resistecircncia de entrada sem memoacuteria alto grau de seguranccedila boa
fiabilidade baixo custo e reciclaacutevel [7] Como as baterias ideais natildeo existem nos pontos
seguintes satildeo apresentadas soluccedilotildees para lidar com as limitaccedilotildees das baterias
221 - Veiacuteculos com extensatildeo de autonomia
Actualmente existem veiacuteculos eleacutectricos que tecircm uma extensatildeo de autonomia fornecida
por um motor de combustatildeo como eacute o caso do Chevrolet Volt [8] Estes veiacuteculos funcionam
como EV durante a duraccedilatildeo das baterias Posteriormente recorrem agrave energia eleacutectrica
produzida pelo motor de combustatildeo usado como gerador mesmo assim este processo eacute mais
eficiente que usar o motor a combustatildeo para mover o veiacuteculo Devido ao motor a combustatildeo
natildeo ser usado para mover o veiacuteculo natildeo precisa de ter tanta cilindrada como os presentes nos
veiacuteculos hiacutebridos tendo a vantagem de ser mais pequeno e mais leve
7
Ilustraccedilatildeo 21ndash Relaccedilatildeo pesoenergia para baterias e geraccedilatildeo termodinacircmica
A figura acima [9] justifica a presenccedila de um motor a combustatildeo para gerar electricidade
num veiacuteculo eleacutectrico No iniacutecio da linha da energia termodinacircmica podemos observar o peso
adicional devido ao motor mas este natildeo eacute desvantajoso porque a quantidade de energia por
peso da gasolina eacute bastante maior do que a das baterias Apesar da relaccedilatildeo pesoenergia nas
baterias ser inferior ao pesoenergia da gasolina eacute mais econoacutemico carregar as baterias e eacute
possiacutevel aproveitar a energia das travagens
222 - Ultra-condensadores
Os ultra-condensadores satildeo uma nova tecnologia que permite armazenar vinte vezes mais
energia que um condensador normal O objectivo principal dos ultra-condensadores nos
veiacuteculos eleacutectricos eacute o de permitir maiores travagens e aceleraccedilotildees com perdas de energia
miacutenimas devido a este conseguir carregar e descarregar muito mais rapidamente que uma
bateria Os ultra-condensadores natildeo perdem desempenho ao carregar e descarregar durando
toda a vida uacutetil do veiacuteculo sendo por isso mais ecoloacutegicos que as baterias [10]
223 - Carregamento
Devido agrave elevada potecircncia necessaacuteria para carregar um veiacuteculo eleacutectrico (que pode ser
ligado e desligado da rede eleacutectrica rapidamente) e devido agraves fontes de energia renovaacuteveis
fornecerem energia irregularmente os veiacuteculos eleacutectricos devem ter a capacidade de
poderem ser usados como geradores em determinados momentos (ie fornecerem energia agrave
rede para a estabilizar ou satisfazer picos de procura)
Uma soluccedilatildeo para aproveitar melhor as energias renovaacuteveis eacute armazenar o excesso de
energia gerado por estas durante a noite e injecta-la durante o dia diminuindo assim a
utilizaccedilatildeo de combustiacuteveis foacutesseis Este meacutetodo eacute tambeacutem vantajoso para o utilizador uma
vez que a energia durante o dia eacute mais cara do que agrave noite
8 - Estado da arte
Um problema que poderaacute existir devido aos diferentes custos da electricidade ao longo do
dia eacute um nuacutemero excessivo de veiacuteculos comeccedilarem a carregar simultaneamente no momento
de transiccedilatildeo de hora de cheio para vazio Uma soluccedilatildeo eacute proposta por Fumiko Koyanagi no
paper A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles
[11] que se baseia em criar diversas zonas eleacutectricas com comeccedilo da hora de vazio a horas
diferentes
224 - Locais de carregamento
Existem actualmente trecircs meacutetodos para carregar um EV ou PHEV
Carregamento raacutepido este tipo natildeo eacute o mais eficiente em termos energeacuteticos
mas permite carregar o veiacuteculo entre 20 a 30 minutos [12] (este valor tende a
diminuir com o avanccedilo da tecnologia) O utilizador poderaacute optar por natildeo
carregar totalmente o veiacuteculo neste caso o tempo de carregamento eacute menor
Este tipo de carregamento seraacute feito em estaccedilotildees de carregamento
Carregamento lento eacute mais eficiente que o carregamento raacutepido mas
demora mais tempo a carregar o veiacuteculo Como natildeo eacute expectaacutevel que o
utilizador do veiacuteculo espere no veiacuteculo ateacute que ele carregue este tipo de
carregamento estaacute a ser pensado para locais onde que o utilizador permaneccedila
por um ldquolongordquo periacuteodo de tempo como em casa trabalho parques de
estacionamento puacuteblico hoteacuteis e centros comerciais
Troca de baterias eacute tatildeo raacutepido como abastecer um veiacuteculo normal este tipo
eacute o adequado a veiacuteculos de emergecircncia e a veiacuteculos que permaneccedilam pouco
tempo parados [13]
Em Portugal jaacute existem 100 pontos de carregamento e estatildeo previstos 1300 em 2011 [14]
ldquoA entidade Gestora Mobi-E integraraacute as vaacuterias empresas Comercializadoras da Mobilidade
Eleacutectrica e asseguraraacute que o abastecimento pode ser efectuado em qualquer ponto existente
no paiacutes de forma a garantir uma rede aberta universal e focada no utilizadorrdquo [14]
23 - Tecnologias de comunicaccedilatildeo
Os veiacuteculos futuros no qual se pode inserir os EVs devem poder estar ligados agrave Internet
para oferecer conteuacutedos multimeacutedia aos ocupantes do veiacuteculo reservar lugares em estaccedilotildees
de carregamento usar o GPS para calcular o melhor caminho com base em informaccedilatildeo do
tracircnsito em tempo real aumentar a seguranccedila nas estradas e transferir dados do utilizador
recorrendo quer a comunicaccedilatildeo entre veiacuteculos quer com infra-estrutura etc
231 - WLAN
Uma wireless local area network nomeadamente as normas 80211 permitem uma ligaccedilatildeo
de banda larga agrave Internet (eg ao automoacutevel e a dispositivos moacuteveis do utilizador) No caso
de uma rede WLAN numa estaccedilatildeo de carregamento o condutor pode deixar o carro a carregar
e ver no seu telemoacutevel o estado das baterias O automoacutevel tambeacutem poderaacute ligar-se a redes
WLAN jaacute existentes e usar esta tecnologia para comunicar com os outros veiacuteculos Como a
tecnologia WLAN eacute amplamente usada os seus equipamentos satildeo de baixo custo Actualmente
9
existe uma empresa que disponibiliza no mercado norte-americano um serviccedilo que usa
Internet UMTS para disponibilizar Internet por WLAN dentro e num raio a volta do veiacuteculo
[15]
Frequecircncias usadas na norma 80211
5GHz ndash Em locais que a gama dos 24GHz esteja sobrelotada o protocolo 80211a pode ser
mais raacutepido que os protocolos 80211g e 80211n devido a haver menores interferecircncias No
entanto esta frequecircncia sofre uma maior atenuaccedilatildeo quando existem obstaacuteculos Os veiacuteculos
devem estar preparados para se ligarem nestas duas gamas de frequecircncias para o caso de uma
das gamas estar sobrelotada
24GHz - Nesta gama existem os protocolos 80211b 80211g e 80211n o 80211b eacute o
protocolo com maior alcance mas uma rede a funcionar em 80211g ou 80211n transita
automaticamente para 80211b caso o sinal seja fraco pelo que a rede deve estar
configurada para se ligar por g ou n O 80211n tem a vantagem de usar a tecnologia MIMO
que usa vaacuterias antenas para aumentar a qualidade do sinal sem aumentar nem a potecircncia nem
a largura de banda
58GHz ndash O protocolo 80211p ainda natildeo existe em fase final mas permite aos veiacuteculos
usar uma frequecircncia exclusiva e funcionar numa inVANET que eacute descrita no ponto seguinte
Este protocolo como estaacute vocacionado para veiacuteculos em movimento consegue estabelecer
ligaccedilotildees mais rapidamente e tem um menor tempo de atraso que os protocolos descritos
anteriormente
Tabela 22 ndash Tabela resumo dos vaacuterios protocolos da norma 80211
Norma 80211 Velocidade maacutexima
(Mbps) Existente no mercado Frequecircncias (GHz)
a 54 Sim 5
b 11 Sim 24
g 54 Sim 24
n 600 Sim 24
p Natildeo 58
O protocolo ideal a adoptar nesta fase seria o 80211n uma vez que eacute o mais raacutepido e
suporta tecnologia MIMO (que permite uma maior resistecircncia a interferecircncias) Caso este natildeo
esteja disponiacutevel deve-se usar o 80211g se houver interferecircncia com outras redes vizinhas
deve ser usado o 80211a Quando o protocolo 80211p estiver disponiacutevel este deve ser a
escolha principal jaacute que usa uma frequecircncia exclusiva este protocolo eacute indicado para o uso
em estrada devido aos veiacuteculos estarem em movimento
232 - InVANET
Uma wireless ad hoc network eacute uma rede sem fios descentralizada ou seja natildeo existe um
ou mais APrsquos a que todos os clientes se ligam Estas redes natildeo satildeo tatildeo fiaacuteveis devido agraves
colisotildees no acesso ao meio a situaccedilatildeo piora em situaccedilotildees moacuteveis em que as tabelas de
encaminhamento estatildeo sempre a mudar Para reduzir estes problemas foi criada uma
10 - Estado da arte
Vehicular Ad-Hoc Network (VANET) que eacute uma forma de rede moacutevel ad-hoc vocacionada para
o uso em veiacuteculos
Uma Intelligent vehicular ad hoc network (InVANET) eacute uma implementaccedilatildeo de uma VANET
vocacionada para a seguranccedila nas estradas Para diminuir os acidentes nas estradas esta rede
propotildee a troca de paracircmetros entre veiacuteculos proacuteximos ou entre veiacuteculos e a infra-estrutura
tais como mudanccedila de velocidade mudanccedila de faixa de rodagem e condiccedilotildees da via Outros
cenaacuterios de seguranccedila visados por esta rede satildeo o controlo do congestionamento e informar a
poliacutecia em casos de roubo ou fuga do local do acidente [16]
233 - Banda Larga Moacutevel
Tabela 23 ndash Comparaccedilatildeo de velocidades das vaacuterias tecnologias de Banda Larga Moacutevel
Tecnologia Velocidade maacutexima de download
GPRS (25G) 2368 kbits
UMTS (3G) 384 kbits
HSDPA (35G) 216 Mbits
A velocidade de 216 Mbits do HSPDA refere-se agrave velocidade maacutexima em Portugal o
HSPDA estaacute disponiacutevel na maior parte dos centros urbanos existe cobertura por UMTS em
praticamente todo o territoacuterio nacional Ao sair de uma aacuterea coberta por HSDPA eacute feito
handhover automaticamente para GPRS ou UMTS
Jaacute existem protoacutetipos para a utilizaccedilatildeo da quarta geraccedilatildeo moacutevel em automoacuteveis [17] que
permite aos ocupantes do veiacuteculo uma Internet mais raacutepida e a possibilidade de trabalhar em
nuvem
234 - Bluetoothtrade
O Bluetooth eacute uma tecnologia sem fios usada para ligar telemoacuteveis entre si e ligar
dispositivos a telemoacuteveis e a computadores Em alguns veiacuteculos esta tecnologia jaacute estaacute
implementada permitindo fornecer um serviccedilo de matildeos livres
Esta tecnologia poderaacute ser usada para comunicaccedilatildeo entre o veiacuteculo e a estaccedilatildeo de
carregamento transferir dados de ligar vaacuterios tipos de dispositivos moacuteveis do utilizador
235 - Sensores sem fios
Os sensores sem fios podem permitir diminuir o peso complexidade e custo do sistema de
sensores tambeacutem permitem colocar sensores em locais de difiacutecil acesso por cabo (por
exemplo pressatildeo dos pneus) Esta rede de sensores necessita ter baixa latecircncia e alta
fiabilidade natildeo sendo orientada para elevadas taxas de transmissatildeo de dados nem periacuteodos
de actividade elevados Protocolos possiacuteveis para uma rede de sensores sem fios no veiacuteculo
ZigBeetrade - Eacute um protocolo da camada de rede e aplicaccedilatildeo para criar uma rede infra-
estruturada de sensores sem fios O ZigBee fornece uma simples e confiaacutevel rede sem
fios multi-salto com a capacidade de suportar vaacuterias aplicaccedilotildees em simultacircneo
UWB - Eacute um sistema raacutedio de baixas emissotildees para curto alcance de alta velocidade
RFID ndash Eacute um protocolo sem fios para a identificaccedilatildeo de uma pessoa ou objecto
Existem identificadores passivos que natildeo precisam de bateria e que tem um alcance
de alguns centiacutemetros e activos que necessitam de uma fonte de energia que podem
comunicar ate alguns metros
11
A tabela seguinte [18] faz uma comparaccedilatildeo de possiacuteveis normas de comunicaccedilatildeo para
sensores sem fios
Tabela 24 ndash Comparaccedilatildeo das normas de sensores sem fios
O sistema RFID soacute seraacute uacutetil como identificador do veiacuteculo (eg estaccedilatildeo de abastecimento)
mas caso exista um sistema WLAN este seraacute preferiacutevel para identificar o veiacuteculo O ZigBee e o
UWB satildeo os mais indicados para uma rede de sensores mas devido ao tempo menor de
inicializaccedilatildeo e menor consumo energeacutetico a tecnologia ZigBee seraacute preferiacutevel
24 - Consoacutercios
241 - Car 2 Car
Este consoacutercio [5] tem como objectivo criar uma norma para um sistema de comunicaccedilotildees
cooperativo inter-veiacuteculos e entre veiacuteculos e infra-estrutura a funcionar numa banda de
frequecircncias livres e exclusivas para estas aplicaccedilotildees Este sistema eacute importante para prevenir
os acidentes o congestionamento e comunicar com estaccedilotildees de abastecimento
12 - Estado da arte
Este sistema eacute especialmente uacutetil em situaccedilotildees de baixa visibilidade para os veiacuteculos
prioritaacuterios e para avisar antecipadamente quando um veiacuteculo tem as luzes de emergecircncia
ligadas ou haacute obras No caso de um acidente que bloqueie a estrada o sistema poderaacute avisar
com antecedecircncia suficiente para o GPS calcular uma rota alternativa
Este sistema pode usar trecircs tipos de comunicaccedilatildeo [19]
IEEE 80211p
IEEE 80211abgn
GPRS ou UMTS
242 - Coopers
CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety eacute um consoacutercio que visa fornecer aos
veiacuteculos e condutores informaccedilatildeo em tempo real sobre o estado da via de maneira a
aumentar a seguranccedila na estrada [20] o objectivo do consoacutercio eacute rdquo To define develop and
test new safety related services equipment and applications using two way communication
between road infrastructure and vehicles from a traffic management perspective COOPERS
will build upon existing equipment and infrastructure as far as possible to incorporate bi-
directional infrastructure-vehicle links as an open standardised wireless communication
technology The role of motorway operators in offering and retrieving safety relevant and
traffic management information for specific road segments on European motorways based on
infrastructure and in-vehicle data will be investigatedrdquo [21] O sistema incorpora um
receptor GPS estaacute ligado ao CAN e comunica por WLAN e UMTSGPRS
25 - Sistemas de gestatildeo inovadores para gerir os diversos tipos
de comunicaccedilatildeo
Actualmente haacute um grande nuacutemero de funccedilotildees automoacuteveis controladas por computador O
uso de um cabo dedicado a cada dispositivo com o nuacutemero crescente de sistemas deixa de ser
praacutetico
251 - CAN
Uma soluccedilatildeo eacute o uso de redes LAN que permite a multiplexaccedilatildeo dos dados Com esta
soluccedilatildeo eacute possiacutevel[22] Reduzir o nuacutemero de cabos
Reduzir o custo e o peso
Melhorar a fiabilidade e facilitar a instalaccedilatildeo
Partilhar os dados recolhidos dos sensores por vaacuterios dispositivos
Alterar ou adicionar funccedilotildees por software
Detectar e corrigir erros causados por interferecircncia electromagneacutetica
As mensagens que circulam na rede CAN tecircm um valor numeacuterico que indica a prioridade
da mensagem isto permite tratar informaccedilatildeo criacutetica sem atraso A versatilidade do CAN
permite controlar vaacuterios tipos de dispositivos num veiacuteculo
13
252 - LIN bus
O Local Interconnect Network (LIN) bus eacute uma alternativa mais barata e simples ao CAN Pode
ser usada em subsistemas natildeo criacuteticos que nem precisem de comunicaccedilatildeo em tempo real nem
altas velocidades
253 - Infotainment
Esta plataforma interliga trecircs aacutereas
Entretimento nos bancos traseiros
RaacutedioCD e navegaccedilatildeo
Comunicaccedilatildeo interna e externa
Ilustraccedilatildeo 22 ndash Sistema de In-Vehicle Infotainment da Intel
A plataforma da Intel [23] permite num soacute hardware juntar vaacuterias tecnologias que
normalmente se apresentam separadas num automoacutevel
26 - Conclusatildeo
Actualmente assiste-se a introduccedilatildeo contiacutenua de veiacuteculos totalmente eleacutectricos no
mercado ainda que com autonomias substancialmente inferiores aos veiacuteculos a combustiacuteveis
foacutesseis Os veiacuteculos ldquoeleacutectricosrdquo mais vendidos actualmente satildeo os veiacuteculos hiacutebridos que
podem carregar as baterias com as travagens e usam um motor eleacutectrico como suporte em
momentos concretos (eg a velocidades abaixo dos 50 kmh eou para fornecer potecircncia
extra ao motor de combustatildeo em momentos de forte aceleraccedilatildeo etc - a estrateacutegia varia de
fabricante para fabricante) Os veiacuteculos hiacutebridos satildeo mais econoacutemicos que os veiacuteculos movidos
14 - Estado da arte
somente a motor de combustatildeo e continuam a beneficiar do motor a gasolina para aumentar
a sua autonomia ndash eacute como se procurassem o melhor dos dois mundos Alguns destes veiacuteculos jaacute
podem ser carregados pela rede eleacutectrica que para pequenas distancias se comportam como
veiacuteculos totalmente eleacutectricos
Capiacutetulo 3
Plano de trabalho
31 - Requisitos
Requisitos funcionais
Quando disponiacutevel Internet por WLAN o sistema deve desligar o HSPDAUMTS
Devem aparecer no ecratilde LCD as informaccedilotildees recebidas do exterior sobre
seguranccedila na estrada em que o veiacuteculo se encontre
O veiacuteculo deve enviar informaccedilotildees sobre o estado do piso aos veiacuteculos que se
encontram atraacutes
O sistema deve ter alojado um Web site com informaccedilotildees sobre o estado do
veiacuteculo (nomeadamente do estado das baterias)
Requisitos de performance
Quando for recebida uma mensagem importante do exterior esta deve aparecer
no LCD em menos de 100ms
32 - Cenaacuterios de teste
Tempo desde um acidente agrave frente do veiculo ateacute ser recebida a informaccedilatildeo e
informado o condutor Este teste verifica
Numa rede a ser usada toda a sua capacidade com vaacuterios veiacuteculos medir o tempo
desde que ocorre um acidente ateacute o condutor ser informado Este cenaacuterio serve para avaliar a
qualidade do QoS
Visualizaccedilatildeo sem falhas de um viacutedeo em streaming
Duraccedilatildeo das baterias em vaacuterios cenaacuterios
33 - Ferramentas
Actualmente estatildeo a ser testadas diversas tecnologias para diversos fins havendo a
possibilidade de alteraccedilatildeo ao longo do desenvolvimento do trabalho
O Matlab pode ser usado para simular a duraccedilatildeo das baterias
16 - Plano de trabalho
Linux ndash possiacutevel ambiente de teste (e g no caso de se usar um router) No final do
trabalho poderaacute ser criado um DVD com Linux e o sistema desenvolvido para instalar num mini
PC a colocar no veiacuteculo
VMware ndash possiacutevel software de virtualizaccedilatildeo que permite definir a velocidade do
processador e a quantidade de memoacuteria RAM sendo assim possiacutevel testar o desempenho do
sistema num ambiente com as caracteriacutesticas do mini PC a ser colocado no veiacuteculo
Para a programaccedilatildeo vai ser usado CC++ devido a ser uma linguagem leve caso seja
necessaacuterio programar o router Para o desenvolvimento do sistema a ser instalado no mini PC
vai ser usada a linguagem java usando o SDK eclipse O java apesar de ser um pouco mais
lento que o C++ eacute muito mais adequado para a programaccedilatildeo com sockets e tem um melhor
tratamento de erros
O servidor apache vai ser usado para a criaccedilatildeo de uma paacutegina Web no veiacuteculo a qual soacute
tem acesso quem o utilizador quiser Esta paacutegina disponibiliza informaccedilatildeo diversa sobre o
veiacuteculo nomeadamente o estado das baterias e transferir dados tais como filmes e fazer
configuraccedilotildees ao veiacuteculo
34 - Arquitectura
A figura em baixo ilustra uma possiacutevel arquitectura para o sistema proposto
17
Mini PC
Router UMTS
Switch
Dispositivos moacuteveis do utilizador LCD nos
bancos traseiros
Dispositivos para os
passageiros
LCD na consola
central
Dispositivos para o
condutor
GPS
Internet CAN
CT
Sensores natildeo
incluiacutedos no CAN
CasaEstaccedilatildeo de
carregamento
Ilustraccedilatildeo 31 ndash Arquitectura do sistema a desenvolver
Para este sistema funcionar soacute precisa do mini PC ao qual estaacute ligado um switch (o switch
poderaacute estar incorporado noutro componente como o router ou o AP) O sistema funciona de
forma escalaacutevel podendo funcionar sem qualquer um dos outros componentes
18 - Plano de trabalho
Sistema
principal
Comunicaccedilatildeo
Sensores
Ligaccedilatildeo ao
CAN
WLAN
UMTS
sem fios
com fios
EV
powertrain
CAN
Controlador do motor baterias e ultra-condensador
Infotainment
Servidor Web
Ilustraccedilatildeo 32 ndash Moacutedulos do sistema
O sistema vai ser escalaacutevel permitindo adicionarremoveralterar moacutedulos facilitando
assim a compatibilidade com novas tecnologias
35 - Trabalho futuro
O ldquoanexo 41 - Diagrama de Gantt do projectordquo mostra a planificaccedilatildeo para a dissertaccedilatildeo
Nos dias seguintes agrave entrega deste relatoacuterio vatildeo ser definidos objectivos semanais para a
dissertaccedilatildeo O primeiro moacutedulo a ser desenvolvido seraacute o do Web site atraveacutes do qual seraacute
possiacutevel monitorizar o estado das baterias e fazer algumas configuraccedilotildees ao veiacuteculo
36 - Conclusatildeo
As actuais barreiras agrave adopccedilatildeo de veiacuteculos eleacutectricos satildeo a autonomia a relaccedilatildeo
pesoenergia e o custo das baterias A dissertaccedilatildeo poderaacute abordar o fluxo de energia entre os
componentes do veiacuteculo e a integraccedilatildeo dos componentes eleacutectricoselectroacutenicos existentes
actualmente e os novos necessaacuterios agrave operaccedilatildeo de um EV
A melhor maneira de aumentar a autonomia de um EV eacute usar um motor termodinacircmico a
gerar electricidade quando a energia das baterias acabar esta soluccedilatildeo em comparaccedilatildeo com a
19
adiccedilatildeo de mais baterias eacute mais econoacutemica resulta num menor peso para o veiacuteculo e eacute
possiacutevel abastecer o veiacuteculo como um veiacuteculo com motor a combustatildeo interna
A inclusatildeo de um ultra-condensador permite melhorar a capacidade de absorccedilatildeo de
energia numa travagem aumentar a aceleraccedilatildeo do veiacuteculo e aumentar o tempo de vida das
baterias
Os novos veiacuteculos deveratildeo ter um sistema de comunicaccedilatildeo inVANET para comunicaccedilatildeo
entre eles e com a infra-estrutura para aumentar a seguranccedila e diminuir o congestionamento
das estradas
O uso de uma plataforma de infotainment permite reduzir o hardware presente no veiacuteculo
integrando vaacuterias tecnologias multimeacutedia
Os novos sensores a colocar no veiacuteculo soacute seratildeo sem fio caso natildeo seja possiacutevel liga-los por
fios (eg sensores de pressatildeo nos pneus) devido a possiacuteveis interferecircncias e atrasos na
comunicaccedilatildeo
O sistema CAN pode funcionar em paralelo ao sistema a desenvolver garantindo assim
tempos de resposta garantidamente baixos em aacutereas criacuteticas do sistema
Capiacutetulo 4
Anexos
41 - Diagrama de Gantt do projecto
Referecircncias
1 Situ L Electric Vehicle Development The Past Present amp Future 2001 2 SCHALLENBERG RH Prospects for the Electric Vehicle A Historical Perspective 1980 3 Motor H Honda Introduces the INSIGHT a Hybrid Car that Offers the Worlds Lowest
Fuel Consumption for a Mass-Produced Gasoline-Powered Vehicle 1999 [cited 2010 0802] Available from httpworldhondacomnews19994990906chtml
4 Craveiro C Investimento em paineacuteis solares ascende a 167 milhotildees 2010 [cited 2010 01-02] Available from httpwwwenergiasrenovaveiscomDetalheNoticiasaspID_conteudo=357ampID_area=8
5 Car 2 Car Communication Consortium 2008 [cited 2010 0602] Available from httpwwwcar-to-carorg
6 Gulhane V MR Tarambale and YP Nerkar A Scope for the Research and Development Activities on Electric Vehicle Technology in Pune City in Electric and Hybrid Vehicles 2006 ICEHV 06 IEEE Conference on 2006
7 Affanni A et al Battery Choice and Management for New-Generation Electric Vehicles 2005 8 Motors G Volt 2010 [cited 2010 0302] Available from
httpwwwchevroletcompagesopendefaultfuturevoltdo 9 SCHMIDHOFER A G ZHANG and H WEISS RANGE EXTENDER OPTIMISATION FOR
ELECTRICAL VEHICLES 2004 10 Juan W Dixon MOaEW Regenerative Braking for an Electric Vehicle Using
Ultracapacitors and a Buck-Boost Converter 11 Koyanagi F A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles 1998 12 INTELI Mobilidade Eleacutectrica 2010 [cited 2010 0902] Available from
httpwwwmobi-eptmobilidadehtml 13 Place B Battery switch stations support for long distance road trips 2010 [cited
2010 0902] Available from httpwwwbetterplacecomsolutioncharging 14 Portuguesa GdR Lanccedilada rede nacional de carregamento para Veiacuteculos Eleacutectricos
2009 [cited 2010 0802] Available from httpwwwportugalgovptptGC17GovernoMinisteriosMEIDocumentosPages20090629_MEI_Doc_Mobilidade_Electricaaspx
15 Mobile A autonet mobile 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwautonetmobilecom
24 - Referecircncias
16 Saravanan K AT and KRameshbabu A Middleware Architectural Framework for Vehicular Safety over VANET 2009
17 Ltd B-S LTE Connected Car 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwngconnectorgecosystemconnected-carhtm
18 Ahmed M et al Intra-vehicular Wireless Networks 19 CAR 2 CAR Communication Consortium Manifesto 2007 20 Coopers CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety 2008 [cited 2010 0802] 21 Froumltscher A and M Boumlhm Co-operative Systems for Intelligent Road Safety 2007 22 Chaari L N Masmoudi and L Kamoun Electronic control in electric vehicle based on
CAN network in Systems Man and Cybernetics 2002 IEEE International Conference on 2002
23 Corporation I In-Vehicle Infotainment [cited 2010 03-02] Available from httpwwwintelcomdesignembeddedinfotainmentindexhtm
Capiacutetulo 2
Estado da arte
Neste capiacutetulo apresentam-se as inovaccedilotildees tecnoloacutegicas que levaram ao aparecimento dos
veiacuteculos eleacutectricos os problemas actuais destes veiacuteculos os seus componentes e formas de os
gerir
Um dos principais factores que justificam um sistema de comunicaccedilatildeo que interligue todo
o veiacuteculo eacute o facto de nos uacuteltimos anos muitos sistemas mecacircnicos terem vindo a evoluir para
electroacutenicos Os componentes mecacircnicos natildeo possibilitavam uma gestatildeo centralizada os
componentes electroacutenicos aleacutem de funcionarem melhor podem interagir resultando em novas
funcionalidades e numa maior eficiecircncia
21 - Revoluccedilatildeo tecnoloacutegica para os carros eleacutectricos e overview
dos mesmos - constituiccedilatildeo interna
Os principais factores que contribuem para o desenvolvimento de carros eleacutectricos satildeo os
veiacuteculos eleacutectricos natildeo poluem no seu funcionamento e como satildeo mais eficientes satildeo mais
ecoloacutegicos o custo por km eacute menor e diminuem a dependecircncia energeacutetica de outros paiacuteses
Na tabela seguinte podemos observar as principais diferenccedilas entre os dois tipos de
veiacuteculos [6]
Tabela 21 ndash Comparaccedilatildeo de veiacuteculos combustatildeo interna e eleacutectricos
Feature Electric vehicles IC Engine vehicles
Prime mover Electric motor IC engine
Powered by Charged battery ultra
capacitors Diesel Petrol
Self weight High due to battery bank Low as compared to EV
Power Transmission Both mechanical as well
as electrical Mechanical
6 - Estado da arte
Braking system Regenerative braking Friction braking
Efficiency High Low
Eco friendly Yes No
Initial cost High Average
Running cost Low Very high
As diferenccedilas entre os dois tipos de veiacuteculos na perspectiva do utilizador satildeo tempo de
carregamento um custo de deslocaccedilatildeo menor mas um custo do veiacuteculo mais elevado - este
custo poderaacute vir a baixar caso sejam criados benefiacutecios fiscais para este tipo de veiacuteculos
Os veiacuteculos eleacutectricos vatildeo beneficiar da tecnologia actual dos veiacuteculos hiacutebridos que jaacute satildeo
produzidos em massa Os dois tipos de veiacuteculos tecircm pontos em comum pelo menos um motor
eleacutectrico baterias para o alimentar e um sistema de travagem regenerativa
22 - Desafios actuais dos carros eleacutectricos - Performance vs
gestatildeo do consumo e autonomia
Os requisitos para uma bateria ideal satildeo grande densidade de energia (menor peso) alta
potecircncia longa vida eficiecircncia de cargadescarga eficiecircncia a qualquer temperatura auto-
descarga miacutenima baixa resistecircncia de entrada sem memoacuteria alto grau de seguranccedila boa
fiabilidade baixo custo e reciclaacutevel [7] Como as baterias ideais natildeo existem nos pontos
seguintes satildeo apresentadas soluccedilotildees para lidar com as limitaccedilotildees das baterias
221 - Veiacuteculos com extensatildeo de autonomia
Actualmente existem veiacuteculos eleacutectricos que tecircm uma extensatildeo de autonomia fornecida
por um motor de combustatildeo como eacute o caso do Chevrolet Volt [8] Estes veiacuteculos funcionam
como EV durante a duraccedilatildeo das baterias Posteriormente recorrem agrave energia eleacutectrica
produzida pelo motor de combustatildeo usado como gerador mesmo assim este processo eacute mais
eficiente que usar o motor a combustatildeo para mover o veiacuteculo Devido ao motor a combustatildeo
natildeo ser usado para mover o veiacuteculo natildeo precisa de ter tanta cilindrada como os presentes nos
veiacuteculos hiacutebridos tendo a vantagem de ser mais pequeno e mais leve
7
Ilustraccedilatildeo 21ndash Relaccedilatildeo pesoenergia para baterias e geraccedilatildeo termodinacircmica
A figura acima [9] justifica a presenccedila de um motor a combustatildeo para gerar electricidade
num veiacuteculo eleacutectrico No iniacutecio da linha da energia termodinacircmica podemos observar o peso
adicional devido ao motor mas este natildeo eacute desvantajoso porque a quantidade de energia por
peso da gasolina eacute bastante maior do que a das baterias Apesar da relaccedilatildeo pesoenergia nas
baterias ser inferior ao pesoenergia da gasolina eacute mais econoacutemico carregar as baterias e eacute
possiacutevel aproveitar a energia das travagens
222 - Ultra-condensadores
Os ultra-condensadores satildeo uma nova tecnologia que permite armazenar vinte vezes mais
energia que um condensador normal O objectivo principal dos ultra-condensadores nos
veiacuteculos eleacutectricos eacute o de permitir maiores travagens e aceleraccedilotildees com perdas de energia
miacutenimas devido a este conseguir carregar e descarregar muito mais rapidamente que uma
bateria Os ultra-condensadores natildeo perdem desempenho ao carregar e descarregar durando
toda a vida uacutetil do veiacuteculo sendo por isso mais ecoloacutegicos que as baterias [10]
223 - Carregamento
Devido agrave elevada potecircncia necessaacuteria para carregar um veiacuteculo eleacutectrico (que pode ser
ligado e desligado da rede eleacutectrica rapidamente) e devido agraves fontes de energia renovaacuteveis
fornecerem energia irregularmente os veiacuteculos eleacutectricos devem ter a capacidade de
poderem ser usados como geradores em determinados momentos (ie fornecerem energia agrave
rede para a estabilizar ou satisfazer picos de procura)
Uma soluccedilatildeo para aproveitar melhor as energias renovaacuteveis eacute armazenar o excesso de
energia gerado por estas durante a noite e injecta-la durante o dia diminuindo assim a
utilizaccedilatildeo de combustiacuteveis foacutesseis Este meacutetodo eacute tambeacutem vantajoso para o utilizador uma
vez que a energia durante o dia eacute mais cara do que agrave noite
8 - Estado da arte
Um problema que poderaacute existir devido aos diferentes custos da electricidade ao longo do
dia eacute um nuacutemero excessivo de veiacuteculos comeccedilarem a carregar simultaneamente no momento
de transiccedilatildeo de hora de cheio para vazio Uma soluccedilatildeo eacute proposta por Fumiko Koyanagi no
paper A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles
[11] que se baseia em criar diversas zonas eleacutectricas com comeccedilo da hora de vazio a horas
diferentes
224 - Locais de carregamento
Existem actualmente trecircs meacutetodos para carregar um EV ou PHEV
Carregamento raacutepido este tipo natildeo eacute o mais eficiente em termos energeacuteticos
mas permite carregar o veiacuteculo entre 20 a 30 minutos [12] (este valor tende a
diminuir com o avanccedilo da tecnologia) O utilizador poderaacute optar por natildeo
carregar totalmente o veiacuteculo neste caso o tempo de carregamento eacute menor
Este tipo de carregamento seraacute feito em estaccedilotildees de carregamento
Carregamento lento eacute mais eficiente que o carregamento raacutepido mas
demora mais tempo a carregar o veiacuteculo Como natildeo eacute expectaacutevel que o
utilizador do veiacuteculo espere no veiacuteculo ateacute que ele carregue este tipo de
carregamento estaacute a ser pensado para locais onde que o utilizador permaneccedila
por um ldquolongordquo periacuteodo de tempo como em casa trabalho parques de
estacionamento puacuteblico hoteacuteis e centros comerciais
Troca de baterias eacute tatildeo raacutepido como abastecer um veiacuteculo normal este tipo
eacute o adequado a veiacuteculos de emergecircncia e a veiacuteculos que permaneccedilam pouco
tempo parados [13]
Em Portugal jaacute existem 100 pontos de carregamento e estatildeo previstos 1300 em 2011 [14]
ldquoA entidade Gestora Mobi-E integraraacute as vaacuterias empresas Comercializadoras da Mobilidade
Eleacutectrica e asseguraraacute que o abastecimento pode ser efectuado em qualquer ponto existente
no paiacutes de forma a garantir uma rede aberta universal e focada no utilizadorrdquo [14]
23 - Tecnologias de comunicaccedilatildeo
Os veiacuteculos futuros no qual se pode inserir os EVs devem poder estar ligados agrave Internet
para oferecer conteuacutedos multimeacutedia aos ocupantes do veiacuteculo reservar lugares em estaccedilotildees
de carregamento usar o GPS para calcular o melhor caminho com base em informaccedilatildeo do
tracircnsito em tempo real aumentar a seguranccedila nas estradas e transferir dados do utilizador
recorrendo quer a comunicaccedilatildeo entre veiacuteculos quer com infra-estrutura etc
231 - WLAN
Uma wireless local area network nomeadamente as normas 80211 permitem uma ligaccedilatildeo
de banda larga agrave Internet (eg ao automoacutevel e a dispositivos moacuteveis do utilizador) No caso
de uma rede WLAN numa estaccedilatildeo de carregamento o condutor pode deixar o carro a carregar
e ver no seu telemoacutevel o estado das baterias O automoacutevel tambeacutem poderaacute ligar-se a redes
WLAN jaacute existentes e usar esta tecnologia para comunicar com os outros veiacuteculos Como a
tecnologia WLAN eacute amplamente usada os seus equipamentos satildeo de baixo custo Actualmente
9
existe uma empresa que disponibiliza no mercado norte-americano um serviccedilo que usa
Internet UMTS para disponibilizar Internet por WLAN dentro e num raio a volta do veiacuteculo
[15]
Frequecircncias usadas na norma 80211
5GHz ndash Em locais que a gama dos 24GHz esteja sobrelotada o protocolo 80211a pode ser
mais raacutepido que os protocolos 80211g e 80211n devido a haver menores interferecircncias No
entanto esta frequecircncia sofre uma maior atenuaccedilatildeo quando existem obstaacuteculos Os veiacuteculos
devem estar preparados para se ligarem nestas duas gamas de frequecircncias para o caso de uma
das gamas estar sobrelotada
24GHz - Nesta gama existem os protocolos 80211b 80211g e 80211n o 80211b eacute o
protocolo com maior alcance mas uma rede a funcionar em 80211g ou 80211n transita
automaticamente para 80211b caso o sinal seja fraco pelo que a rede deve estar
configurada para se ligar por g ou n O 80211n tem a vantagem de usar a tecnologia MIMO
que usa vaacuterias antenas para aumentar a qualidade do sinal sem aumentar nem a potecircncia nem
a largura de banda
58GHz ndash O protocolo 80211p ainda natildeo existe em fase final mas permite aos veiacuteculos
usar uma frequecircncia exclusiva e funcionar numa inVANET que eacute descrita no ponto seguinte
Este protocolo como estaacute vocacionado para veiacuteculos em movimento consegue estabelecer
ligaccedilotildees mais rapidamente e tem um menor tempo de atraso que os protocolos descritos
anteriormente
Tabela 22 ndash Tabela resumo dos vaacuterios protocolos da norma 80211
Norma 80211 Velocidade maacutexima
(Mbps) Existente no mercado Frequecircncias (GHz)
a 54 Sim 5
b 11 Sim 24
g 54 Sim 24
n 600 Sim 24
p Natildeo 58
O protocolo ideal a adoptar nesta fase seria o 80211n uma vez que eacute o mais raacutepido e
suporta tecnologia MIMO (que permite uma maior resistecircncia a interferecircncias) Caso este natildeo
esteja disponiacutevel deve-se usar o 80211g se houver interferecircncia com outras redes vizinhas
deve ser usado o 80211a Quando o protocolo 80211p estiver disponiacutevel este deve ser a
escolha principal jaacute que usa uma frequecircncia exclusiva este protocolo eacute indicado para o uso
em estrada devido aos veiacuteculos estarem em movimento
232 - InVANET
Uma wireless ad hoc network eacute uma rede sem fios descentralizada ou seja natildeo existe um
ou mais APrsquos a que todos os clientes se ligam Estas redes natildeo satildeo tatildeo fiaacuteveis devido agraves
colisotildees no acesso ao meio a situaccedilatildeo piora em situaccedilotildees moacuteveis em que as tabelas de
encaminhamento estatildeo sempre a mudar Para reduzir estes problemas foi criada uma
10 - Estado da arte
Vehicular Ad-Hoc Network (VANET) que eacute uma forma de rede moacutevel ad-hoc vocacionada para
o uso em veiacuteculos
Uma Intelligent vehicular ad hoc network (InVANET) eacute uma implementaccedilatildeo de uma VANET
vocacionada para a seguranccedila nas estradas Para diminuir os acidentes nas estradas esta rede
propotildee a troca de paracircmetros entre veiacuteculos proacuteximos ou entre veiacuteculos e a infra-estrutura
tais como mudanccedila de velocidade mudanccedila de faixa de rodagem e condiccedilotildees da via Outros
cenaacuterios de seguranccedila visados por esta rede satildeo o controlo do congestionamento e informar a
poliacutecia em casos de roubo ou fuga do local do acidente [16]
233 - Banda Larga Moacutevel
Tabela 23 ndash Comparaccedilatildeo de velocidades das vaacuterias tecnologias de Banda Larga Moacutevel
Tecnologia Velocidade maacutexima de download
GPRS (25G) 2368 kbits
UMTS (3G) 384 kbits
HSDPA (35G) 216 Mbits
A velocidade de 216 Mbits do HSPDA refere-se agrave velocidade maacutexima em Portugal o
HSPDA estaacute disponiacutevel na maior parte dos centros urbanos existe cobertura por UMTS em
praticamente todo o territoacuterio nacional Ao sair de uma aacuterea coberta por HSDPA eacute feito
handhover automaticamente para GPRS ou UMTS
Jaacute existem protoacutetipos para a utilizaccedilatildeo da quarta geraccedilatildeo moacutevel em automoacuteveis [17] que
permite aos ocupantes do veiacuteculo uma Internet mais raacutepida e a possibilidade de trabalhar em
nuvem
234 - Bluetoothtrade
O Bluetooth eacute uma tecnologia sem fios usada para ligar telemoacuteveis entre si e ligar
dispositivos a telemoacuteveis e a computadores Em alguns veiacuteculos esta tecnologia jaacute estaacute
implementada permitindo fornecer um serviccedilo de matildeos livres
Esta tecnologia poderaacute ser usada para comunicaccedilatildeo entre o veiacuteculo e a estaccedilatildeo de
carregamento transferir dados de ligar vaacuterios tipos de dispositivos moacuteveis do utilizador
235 - Sensores sem fios
Os sensores sem fios podem permitir diminuir o peso complexidade e custo do sistema de
sensores tambeacutem permitem colocar sensores em locais de difiacutecil acesso por cabo (por
exemplo pressatildeo dos pneus) Esta rede de sensores necessita ter baixa latecircncia e alta
fiabilidade natildeo sendo orientada para elevadas taxas de transmissatildeo de dados nem periacuteodos
de actividade elevados Protocolos possiacuteveis para uma rede de sensores sem fios no veiacuteculo
ZigBeetrade - Eacute um protocolo da camada de rede e aplicaccedilatildeo para criar uma rede infra-
estruturada de sensores sem fios O ZigBee fornece uma simples e confiaacutevel rede sem
fios multi-salto com a capacidade de suportar vaacuterias aplicaccedilotildees em simultacircneo
UWB - Eacute um sistema raacutedio de baixas emissotildees para curto alcance de alta velocidade
RFID ndash Eacute um protocolo sem fios para a identificaccedilatildeo de uma pessoa ou objecto
Existem identificadores passivos que natildeo precisam de bateria e que tem um alcance
de alguns centiacutemetros e activos que necessitam de uma fonte de energia que podem
comunicar ate alguns metros
11
A tabela seguinte [18] faz uma comparaccedilatildeo de possiacuteveis normas de comunicaccedilatildeo para
sensores sem fios
Tabela 24 ndash Comparaccedilatildeo das normas de sensores sem fios
O sistema RFID soacute seraacute uacutetil como identificador do veiacuteculo (eg estaccedilatildeo de abastecimento)
mas caso exista um sistema WLAN este seraacute preferiacutevel para identificar o veiacuteculo O ZigBee e o
UWB satildeo os mais indicados para uma rede de sensores mas devido ao tempo menor de
inicializaccedilatildeo e menor consumo energeacutetico a tecnologia ZigBee seraacute preferiacutevel
24 - Consoacutercios
241 - Car 2 Car
Este consoacutercio [5] tem como objectivo criar uma norma para um sistema de comunicaccedilotildees
cooperativo inter-veiacuteculos e entre veiacuteculos e infra-estrutura a funcionar numa banda de
frequecircncias livres e exclusivas para estas aplicaccedilotildees Este sistema eacute importante para prevenir
os acidentes o congestionamento e comunicar com estaccedilotildees de abastecimento
12 - Estado da arte
Este sistema eacute especialmente uacutetil em situaccedilotildees de baixa visibilidade para os veiacuteculos
prioritaacuterios e para avisar antecipadamente quando um veiacuteculo tem as luzes de emergecircncia
ligadas ou haacute obras No caso de um acidente que bloqueie a estrada o sistema poderaacute avisar
com antecedecircncia suficiente para o GPS calcular uma rota alternativa
Este sistema pode usar trecircs tipos de comunicaccedilatildeo [19]
IEEE 80211p
IEEE 80211abgn
GPRS ou UMTS
242 - Coopers
CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety eacute um consoacutercio que visa fornecer aos
veiacuteculos e condutores informaccedilatildeo em tempo real sobre o estado da via de maneira a
aumentar a seguranccedila na estrada [20] o objectivo do consoacutercio eacute rdquo To define develop and
test new safety related services equipment and applications using two way communication
between road infrastructure and vehicles from a traffic management perspective COOPERS
will build upon existing equipment and infrastructure as far as possible to incorporate bi-
directional infrastructure-vehicle links as an open standardised wireless communication
technology The role of motorway operators in offering and retrieving safety relevant and
traffic management information for specific road segments on European motorways based on
infrastructure and in-vehicle data will be investigatedrdquo [21] O sistema incorpora um
receptor GPS estaacute ligado ao CAN e comunica por WLAN e UMTSGPRS
25 - Sistemas de gestatildeo inovadores para gerir os diversos tipos
de comunicaccedilatildeo
Actualmente haacute um grande nuacutemero de funccedilotildees automoacuteveis controladas por computador O
uso de um cabo dedicado a cada dispositivo com o nuacutemero crescente de sistemas deixa de ser
praacutetico
251 - CAN
Uma soluccedilatildeo eacute o uso de redes LAN que permite a multiplexaccedilatildeo dos dados Com esta
soluccedilatildeo eacute possiacutevel[22] Reduzir o nuacutemero de cabos
Reduzir o custo e o peso
Melhorar a fiabilidade e facilitar a instalaccedilatildeo
Partilhar os dados recolhidos dos sensores por vaacuterios dispositivos
Alterar ou adicionar funccedilotildees por software
Detectar e corrigir erros causados por interferecircncia electromagneacutetica
As mensagens que circulam na rede CAN tecircm um valor numeacuterico que indica a prioridade
da mensagem isto permite tratar informaccedilatildeo criacutetica sem atraso A versatilidade do CAN
permite controlar vaacuterios tipos de dispositivos num veiacuteculo
13
252 - LIN bus
O Local Interconnect Network (LIN) bus eacute uma alternativa mais barata e simples ao CAN Pode
ser usada em subsistemas natildeo criacuteticos que nem precisem de comunicaccedilatildeo em tempo real nem
altas velocidades
253 - Infotainment
Esta plataforma interliga trecircs aacutereas
Entretimento nos bancos traseiros
RaacutedioCD e navegaccedilatildeo
Comunicaccedilatildeo interna e externa
Ilustraccedilatildeo 22 ndash Sistema de In-Vehicle Infotainment da Intel
A plataforma da Intel [23] permite num soacute hardware juntar vaacuterias tecnologias que
normalmente se apresentam separadas num automoacutevel
26 - Conclusatildeo
Actualmente assiste-se a introduccedilatildeo contiacutenua de veiacuteculos totalmente eleacutectricos no
mercado ainda que com autonomias substancialmente inferiores aos veiacuteculos a combustiacuteveis
foacutesseis Os veiacuteculos ldquoeleacutectricosrdquo mais vendidos actualmente satildeo os veiacuteculos hiacutebridos que
podem carregar as baterias com as travagens e usam um motor eleacutectrico como suporte em
momentos concretos (eg a velocidades abaixo dos 50 kmh eou para fornecer potecircncia
extra ao motor de combustatildeo em momentos de forte aceleraccedilatildeo etc - a estrateacutegia varia de
fabricante para fabricante) Os veiacuteculos hiacutebridos satildeo mais econoacutemicos que os veiacuteculos movidos
14 - Estado da arte
somente a motor de combustatildeo e continuam a beneficiar do motor a gasolina para aumentar
a sua autonomia ndash eacute como se procurassem o melhor dos dois mundos Alguns destes veiacuteculos jaacute
podem ser carregados pela rede eleacutectrica que para pequenas distancias se comportam como
veiacuteculos totalmente eleacutectricos
Capiacutetulo 3
Plano de trabalho
31 - Requisitos
Requisitos funcionais
Quando disponiacutevel Internet por WLAN o sistema deve desligar o HSPDAUMTS
Devem aparecer no ecratilde LCD as informaccedilotildees recebidas do exterior sobre
seguranccedila na estrada em que o veiacuteculo se encontre
O veiacuteculo deve enviar informaccedilotildees sobre o estado do piso aos veiacuteculos que se
encontram atraacutes
O sistema deve ter alojado um Web site com informaccedilotildees sobre o estado do
veiacuteculo (nomeadamente do estado das baterias)
Requisitos de performance
Quando for recebida uma mensagem importante do exterior esta deve aparecer
no LCD em menos de 100ms
32 - Cenaacuterios de teste
Tempo desde um acidente agrave frente do veiculo ateacute ser recebida a informaccedilatildeo e
informado o condutor Este teste verifica
Numa rede a ser usada toda a sua capacidade com vaacuterios veiacuteculos medir o tempo
desde que ocorre um acidente ateacute o condutor ser informado Este cenaacuterio serve para avaliar a
qualidade do QoS
Visualizaccedilatildeo sem falhas de um viacutedeo em streaming
Duraccedilatildeo das baterias em vaacuterios cenaacuterios
33 - Ferramentas
Actualmente estatildeo a ser testadas diversas tecnologias para diversos fins havendo a
possibilidade de alteraccedilatildeo ao longo do desenvolvimento do trabalho
O Matlab pode ser usado para simular a duraccedilatildeo das baterias
16 - Plano de trabalho
Linux ndash possiacutevel ambiente de teste (e g no caso de se usar um router) No final do
trabalho poderaacute ser criado um DVD com Linux e o sistema desenvolvido para instalar num mini
PC a colocar no veiacuteculo
VMware ndash possiacutevel software de virtualizaccedilatildeo que permite definir a velocidade do
processador e a quantidade de memoacuteria RAM sendo assim possiacutevel testar o desempenho do
sistema num ambiente com as caracteriacutesticas do mini PC a ser colocado no veiacuteculo
Para a programaccedilatildeo vai ser usado CC++ devido a ser uma linguagem leve caso seja
necessaacuterio programar o router Para o desenvolvimento do sistema a ser instalado no mini PC
vai ser usada a linguagem java usando o SDK eclipse O java apesar de ser um pouco mais
lento que o C++ eacute muito mais adequado para a programaccedilatildeo com sockets e tem um melhor
tratamento de erros
O servidor apache vai ser usado para a criaccedilatildeo de uma paacutegina Web no veiacuteculo a qual soacute
tem acesso quem o utilizador quiser Esta paacutegina disponibiliza informaccedilatildeo diversa sobre o
veiacuteculo nomeadamente o estado das baterias e transferir dados tais como filmes e fazer
configuraccedilotildees ao veiacuteculo
34 - Arquitectura
A figura em baixo ilustra uma possiacutevel arquitectura para o sistema proposto
17
Mini PC
Router UMTS
Switch
Dispositivos moacuteveis do utilizador LCD nos
bancos traseiros
Dispositivos para os
passageiros
LCD na consola
central
Dispositivos para o
condutor
GPS
Internet CAN
CT
Sensores natildeo
incluiacutedos no CAN
CasaEstaccedilatildeo de
carregamento
Ilustraccedilatildeo 31 ndash Arquitectura do sistema a desenvolver
Para este sistema funcionar soacute precisa do mini PC ao qual estaacute ligado um switch (o switch
poderaacute estar incorporado noutro componente como o router ou o AP) O sistema funciona de
forma escalaacutevel podendo funcionar sem qualquer um dos outros componentes
18 - Plano de trabalho
Sistema
principal
Comunicaccedilatildeo
Sensores
Ligaccedilatildeo ao
CAN
WLAN
UMTS
sem fios
com fios
EV
powertrain
CAN
Controlador do motor baterias e ultra-condensador
Infotainment
Servidor Web
Ilustraccedilatildeo 32 ndash Moacutedulos do sistema
O sistema vai ser escalaacutevel permitindo adicionarremoveralterar moacutedulos facilitando
assim a compatibilidade com novas tecnologias
35 - Trabalho futuro
O ldquoanexo 41 - Diagrama de Gantt do projectordquo mostra a planificaccedilatildeo para a dissertaccedilatildeo
Nos dias seguintes agrave entrega deste relatoacuterio vatildeo ser definidos objectivos semanais para a
dissertaccedilatildeo O primeiro moacutedulo a ser desenvolvido seraacute o do Web site atraveacutes do qual seraacute
possiacutevel monitorizar o estado das baterias e fazer algumas configuraccedilotildees ao veiacuteculo
36 - Conclusatildeo
As actuais barreiras agrave adopccedilatildeo de veiacuteculos eleacutectricos satildeo a autonomia a relaccedilatildeo
pesoenergia e o custo das baterias A dissertaccedilatildeo poderaacute abordar o fluxo de energia entre os
componentes do veiacuteculo e a integraccedilatildeo dos componentes eleacutectricoselectroacutenicos existentes
actualmente e os novos necessaacuterios agrave operaccedilatildeo de um EV
A melhor maneira de aumentar a autonomia de um EV eacute usar um motor termodinacircmico a
gerar electricidade quando a energia das baterias acabar esta soluccedilatildeo em comparaccedilatildeo com a
19
adiccedilatildeo de mais baterias eacute mais econoacutemica resulta num menor peso para o veiacuteculo e eacute
possiacutevel abastecer o veiacuteculo como um veiacuteculo com motor a combustatildeo interna
A inclusatildeo de um ultra-condensador permite melhorar a capacidade de absorccedilatildeo de
energia numa travagem aumentar a aceleraccedilatildeo do veiacuteculo e aumentar o tempo de vida das
baterias
Os novos veiacuteculos deveratildeo ter um sistema de comunicaccedilatildeo inVANET para comunicaccedilatildeo
entre eles e com a infra-estrutura para aumentar a seguranccedila e diminuir o congestionamento
das estradas
O uso de uma plataforma de infotainment permite reduzir o hardware presente no veiacuteculo
integrando vaacuterias tecnologias multimeacutedia
Os novos sensores a colocar no veiacuteculo soacute seratildeo sem fio caso natildeo seja possiacutevel liga-los por
fios (eg sensores de pressatildeo nos pneus) devido a possiacuteveis interferecircncias e atrasos na
comunicaccedilatildeo
O sistema CAN pode funcionar em paralelo ao sistema a desenvolver garantindo assim
tempos de resposta garantidamente baixos em aacutereas criacuteticas do sistema
Capiacutetulo 4
Anexos
41 - Diagrama de Gantt do projecto
Referecircncias
1 Situ L Electric Vehicle Development The Past Present amp Future 2001 2 SCHALLENBERG RH Prospects for the Electric Vehicle A Historical Perspective 1980 3 Motor H Honda Introduces the INSIGHT a Hybrid Car that Offers the Worlds Lowest
Fuel Consumption for a Mass-Produced Gasoline-Powered Vehicle 1999 [cited 2010 0802] Available from httpworldhondacomnews19994990906chtml
4 Craveiro C Investimento em paineacuteis solares ascende a 167 milhotildees 2010 [cited 2010 01-02] Available from httpwwwenergiasrenovaveiscomDetalheNoticiasaspID_conteudo=357ampID_area=8
5 Car 2 Car Communication Consortium 2008 [cited 2010 0602] Available from httpwwwcar-to-carorg
6 Gulhane V MR Tarambale and YP Nerkar A Scope for the Research and Development Activities on Electric Vehicle Technology in Pune City in Electric and Hybrid Vehicles 2006 ICEHV 06 IEEE Conference on 2006
7 Affanni A et al Battery Choice and Management for New-Generation Electric Vehicles 2005 8 Motors G Volt 2010 [cited 2010 0302] Available from
httpwwwchevroletcompagesopendefaultfuturevoltdo 9 SCHMIDHOFER A G ZHANG and H WEISS RANGE EXTENDER OPTIMISATION FOR
ELECTRICAL VEHICLES 2004 10 Juan W Dixon MOaEW Regenerative Braking for an Electric Vehicle Using
Ultracapacitors and a Buck-Boost Converter 11 Koyanagi F A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles 1998 12 INTELI Mobilidade Eleacutectrica 2010 [cited 2010 0902] Available from
httpwwwmobi-eptmobilidadehtml 13 Place B Battery switch stations support for long distance road trips 2010 [cited
2010 0902] Available from httpwwwbetterplacecomsolutioncharging 14 Portuguesa GdR Lanccedilada rede nacional de carregamento para Veiacuteculos Eleacutectricos
2009 [cited 2010 0802] Available from httpwwwportugalgovptptGC17GovernoMinisteriosMEIDocumentosPages20090629_MEI_Doc_Mobilidade_Electricaaspx
15 Mobile A autonet mobile 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwautonetmobilecom
24 - Referecircncias
16 Saravanan K AT and KRameshbabu A Middleware Architectural Framework for Vehicular Safety over VANET 2009
17 Ltd B-S LTE Connected Car 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwngconnectorgecosystemconnected-carhtm
18 Ahmed M et al Intra-vehicular Wireless Networks 19 CAR 2 CAR Communication Consortium Manifesto 2007 20 Coopers CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety 2008 [cited 2010 0802] 21 Froumltscher A and M Boumlhm Co-operative Systems for Intelligent Road Safety 2007 22 Chaari L N Masmoudi and L Kamoun Electronic control in electric vehicle based on
CAN network in Systems Man and Cybernetics 2002 IEEE International Conference on 2002
23 Corporation I In-Vehicle Infotainment [cited 2010 03-02] Available from httpwwwintelcomdesignembeddedinfotainmentindexhtm
6 - Estado da arte
Braking system Regenerative braking Friction braking
Efficiency High Low
Eco friendly Yes No
Initial cost High Average
Running cost Low Very high
As diferenccedilas entre os dois tipos de veiacuteculos na perspectiva do utilizador satildeo tempo de
carregamento um custo de deslocaccedilatildeo menor mas um custo do veiacuteculo mais elevado - este
custo poderaacute vir a baixar caso sejam criados benefiacutecios fiscais para este tipo de veiacuteculos
Os veiacuteculos eleacutectricos vatildeo beneficiar da tecnologia actual dos veiacuteculos hiacutebridos que jaacute satildeo
produzidos em massa Os dois tipos de veiacuteculos tecircm pontos em comum pelo menos um motor
eleacutectrico baterias para o alimentar e um sistema de travagem regenerativa
22 - Desafios actuais dos carros eleacutectricos - Performance vs
gestatildeo do consumo e autonomia
Os requisitos para uma bateria ideal satildeo grande densidade de energia (menor peso) alta
potecircncia longa vida eficiecircncia de cargadescarga eficiecircncia a qualquer temperatura auto-
descarga miacutenima baixa resistecircncia de entrada sem memoacuteria alto grau de seguranccedila boa
fiabilidade baixo custo e reciclaacutevel [7] Como as baterias ideais natildeo existem nos pontos
seguintes satildeo apresentadas soluccedilotildees para lidar com as limitaccedilotildees das baterias
221 - Veiacuteculos com extensatildeo de autonomia
Actualmente existem veiacuteculos eleacutectricos que tecircm uma extensatildeo de autonomia fornecida
por um motor de combustatildeo como eacute o caso do Chevrolet Volt [8] Estes veiacuteculos funcionam
como EV durante a duraccedilatildeo das baterias Posteriormente recorrem agrave energia eleacutectrica
produzida pelo motor de combustatildeo usado como gerador mesmo assim este processo eacute mais
eficiente que usar o motor a combustatildeo para mover o veiacuteculo Devido ao motor a combustatildeo
natildeo ser usado para mover o veiacuteculo natildeo precisa de ter tanta cilindrada como os presentes nos
veiacuteculos hiacutebridos tendo a vantagem de ser mais pequeno e mais leve
7
Ilustraccedilatildeo 21ndash Relaccedilatildeo pesoenergia para baterias e geraccedilatildeo termodinacircmica
A figura acima [9] justifica a presenccedila de um motor a combustatildeo para gerar electricidade
num veiacuteculo eleacutectrico No iniacutecio da linha da energia termodinacircmica podemos observar o peso
adicional devido ao motor mas este natildeo eacute desvantajoso porque a quantidade de energia por
peso da gasolina eacute bastante maior do que a das baterias Apesar da relaccedilatildeo pesoenergia nas
baterias ser inferior ao pesoenergia da gasolina eacute mais econoacutemico carregar as baterias e eacute
possiacutevel aproveitar a energia das travagens
222 - Ultra-condensadores
Os ultra-condensadores satildeo uma nova tecnologia que permite armazenar vinte vezes mais
energia que um condensador normal O objectivo principal dos ultra-condensadores nos
veiacuteculos eleacutectricos eacute o de permitir maiores travagens e aceleraccedilotildees com perdas de energia
miacutenimas devido a este conseguir carregar e descarregar muito mais rapidamente que uma
bateria Os ultra-condensadores natildeo perdem desempenho ao carregar e descarregar durando
toda a vida uacutetil do veiacuteculo sendo por isso mais ecoloacutegicos que as baterias [10]
223 - Carregamento
Devido agrave elevada potecircncia necessaacuteria para carregar um veiacuteculo eleacutectrico (que pode ser
ligado e desligado da rede eleacutectrica rapidamente) e devido agraves fontes de energia renovaacuteveis
fornecerem energia irregularmente os veiacuteculos eleacutectricos devem ter a capacidade de
poderem ser usados como geradores em determinados momentos (ie fornecerem energia agrave
rede para a estabilizar ou satisfazer picos de procura)
Uma soluccedilatildeo para aproveitar melhor as energias renovaacuteveis eacute armazenar o excesso de
energia gerado por estas durante a noite e injecta-la durante o dia diminuindo assim a
utilizaccedilatildeo de combustiacuteveis foacutesseis Este meacutetodo eacute tambeacutem vantajoso para o utilizador uma
vez que a energia durante o dia eacute mais cara do que agrave noite
8 - Estado da arte
Um problema que poderaacute existir devido aos diferentes custos da electricidade ao longo do
dia eacute um nuacutemero excessivo de veiacuteculos comeccedilarem a carregar simultaneamente no momento
de transiccedilatildeo de hora de cheio para vazio Uma soluccedilatildeo eacute proposta por Fumiko Koyanagi no
paper A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles
[11] que se baseia em criar diversas zonas eleacutectricas com comeccedilo da hora de vazio a horas
diferentes
224 - Locais de carregamento
Existem actualmente trecircs meacutetodos para carregar um EV ou PHEV
Carregamento raacutepido este tipo natildeo eacute o mais eficiente em termos energeacuteticos
mas permite carregar o veiacuteculo entre 20 a 30 minutos [12] (este valor tende a
diminuir com o avanccedilo da tecnologia) O utilizador poderaacute optar por natildeo
carregar totalmente o veiacuteculo neste caso o tempo de carregamento eacute menor
Este tipo de carregamento seraacute feito em estaccedilotildees de carregamento
Carregamento lento eacute mais eficiente que o carregamento raacutepido mas
demora mais tempo a carregar o veiacuteculo Como natildeo eacute expectaacutevel que o
utilizador do veiacuteculo espere no veiacuteculo ateacute que ele carregue este tipo de
carregamento estaacute a ser pensado para locais onde que o utilizador permaneccedila
por um ldquolongordquo periacuteodo de tempo como em casa trabalho parques de
estacionamento puacuteblico hoteacuteis e centros comerciais
Troca de baterias eacute tatildeo raacutepido como abastecer um veiacuteculo normal este tipo
eacute o adequado a veiacuteculos de emergecircncia e a veiacuteculos que permaneccedilam pouco
tempo parados [13]
Em Portugal jaacute existem 100 pontos de carregamento e estatildeo previstos 1300 em 2011 [14]
ldquoA entidade Gestora Mobi-E integraraacute as vaacuterias empresas Comercializadoras da Mobilidade
Eleacutectrica e asseguraraacute que o abastecimento pode ser efectuado em qualquer ponto existente
no paiacutes de forma a garantir uma rede aberta universal e focada no utilizadorrdquo [14]
23 - Tecnologias de comunicaccedilatildeo
Os veiacuteculos futuros no qual se pode inserir os EVs devem poder estar ligados agrave Internet
para oferecer conteuacutedos multimeacutedia aos ocupantes do veiacuteculo reservar lugares em estaccedilotildees
de carregamento usar o GPS para calcular o melhor caminho com base em informaccedilatildeo do
tracircnsito em tempo real aumentar a seguranccedila nas estradas e transferir dados do utilizador
recorrendo quer a comunicaccedilatildeo entre veiacuteculos quer com infra-estrutura etc
231 - WLAN
Uma wireless local area network nomeadamente as normas 80211 permitem uma ligaccedilatildeo
de banda larga agrave Internet (eg ao automoacutevel e a dispositivos moacuteveis do utilizador) No caso
de uma rede WLAN numa estaccedilatildeo de carregamento o condutor pode deixar o carro a carregar
e ver no seu telemoacutevel o estado das baterias O automoacutevel tambeacutem poderaacute ligar-se a redes
WLAN jaacute existentes e usar esta tecnologia para comunicar com os outros veiacuteculos Como a
tecnologia WLAN eacute amplamente usada os seus equipamentos satildeo de baixo custo Actualmente
9
existe uma empresa que disponibiliza no mercado norte-americano um serviccedilo que usa
Internet UMTS para disponibilizar Internet por WLAN dentro e num raio a volta do veiacuteculo
[15]
Frequecircncias usadas na norma 80211
5GHz ndash Em locais que a gama dos 24GHz esteja sobrelotada o protocolo 80211a pode ser
mais raacutepido que os protocolos 80211g e 80211n devido a haver menores interferecircncias No
entanto esta frequecircncia sofre uma maior atenuaccedilatildeo quando existem obstaacuteculos Os veiacuteculos
devem estar preparados para se ligarem nestas duas gamas de frequecircncias para o caso de uma
das gamas estar sobrelotada
24GHz - Nesta gama existem os protocolos 80211b 80211g e 80211n o 80211b eacute o
protocolo com maior alcance mas uma rede a funcionar em 80211g ou 80211n transita
automaticamente para 80211b caso o sinal seja fraco pelo que a rede deve estar
configurada para se ligar por g ou n O 80211n tem a vantagem de usar a tecnologia MIMO
que usa vaacuterias antenas para aumentar a qualidade do sinal sem aumentar nem a potecircncia nem
a largura de banda
58GHz ndash O protocolo 80211p ainda natildeo existe em fase final mas permite aos veiacuteculos
usar uma frequecircncia exclusiva e funcionar numa inVANET que eacute descrita no ponto seguinte
Este protocolo como estaacute vocacionado para veiacuteculos em movimento consegue estabelecer
ligaccedilotildees mais rapidamente e tem um menor tempo de atraso que os protocolos descritos
anteriormente
Tabela 22 ndash Tabela resumo dos vaacuterios protocolos da norma 80211
Norma 80211 Velocidade maacutexima
(Mbps) Existente no mercado Frequecircncias (GHz)
a 54 Sim 5
b 11 Sim 24
g 54 Sim 24
n 600 Sim 24
p Natildeo 58
O protocolo ideal a adoptar nesta fase seria o 80211n uma vez que eacute o mais raacutepido e
suporta tecnologia MIMO (que permite uma maior resistecircncia a interferecircncias) Caso este natildeo
esteja disponiacutevel deve-se usar o 80211g se houver interferecircncia com outras redes vizinhas
deve ser usado o 80211a Quando o protocolo 80211p estiver disponiacutevel este deve ser a
escolha principal jaacute que usa uma frequecircncia exclusiva este protocolo eacute indicado para o uso
em estrada devido aos veiacuteculos estarem em movimento
232 - InVANET
Uma wireless ad hoc network eacute uma rede sem fios descentralizada ou seja natildeo existe um
ou mais APrsquos a que todos os clientes se ligam Estas redes natildeo satildeo tatildeo fiaacuteveis devido agraves
colisotildees no acesso ao meio a situaccedilatildeo piora em situaccedilotildees moacuteveis em que as tabelas de
encaminhamento estatildeo sempre a mudar Para reduzir estes problemas foi criada uma
10 - Estado da arte
Vehicular Ad-Hoc Network (VANET) que eacute uma forma de rede moacutevel ad-hoc vocacionada para
o uso em veiacuteculos
Uma Intelligent vehicular ad hoc network (InVANET) eacute uma implementaccedilatildeo de uma VANET
vocacionada para a seguranccedila nas estradas Para diminuir os acidentes nas estradas esta rede
propotildee a troca de paracircmetros entre veiacuteculos proacuteximos ou entre veiacuteculos e a infra-estrutura
tais como mudanccedila de velocidade mudanccedila de faixa de rodagem e condiccedilotildees da via Outros
cenaacuterios de seguranccedila visados por esta rede satildeo o controlo do congestionamento e informar a
poliacutecia em casos de roubo ou fuga do local do acidente [16]
233 - Banda Larga Moacutevel
Tabela 23 ndash Comparaccedilatildeo de velocidades das vaacuterias tecnologias de Banda Larga Moacutevel
Tecnologia Velocidade maacutexima de download
GPRS (25G) 2368 kbits
UMTS (3G) 384 kbits
HSDPA (35G) 216 Mbits
A velocidade de 216 Mbits do HSPDA refere-se agrave velocidade maacutexima em Portugal o
HSPDA estaacute disponiacutevel na maior parte dos centros urbanos existe cobertura por UMTS em
praticamente todo o territoacuterio nacional Ao sair de uma aacuterea coberta por HSDPA eacute feito
handhover automaticamente para GPRS ou UMTS
Jaacute existem protoacutetipos para a utilizaccedilatildeo da quarta geraccedilatildeo moacutevel em automoacuteveis [17] que
permite aos ocupantes do veiacuteculo uma Internet mais raacutepida e a possibilidade de trabalhar em
nuvem
234 - Bluetoothtrade
O Bluetooth eacute uma tecnologia sem fios usada para ligar telemoacuteveis entre si e ligar
dispositivos a telemoacuteveis e a computadores Em alguns veiacuteculos esta tecnologia jaacute estaacute
implementada permitindo fornecer um serviccedilo de matildeos livres
Esta tecnologia poderaacute ser usada para comunicaccedilatildeo entre o veiacuteculo e a estaccedilatildeo de
carregamento transferir dados de ligar vaacuterios tipos de dispositivos moacuteveis do utilizador
235 - Sensores sem fios
Os sensores sem fios podem permitir diminuir o peso complexidade e custo do sistema de
sensores tambeacutem permitem colocar sensores em locais de difiacutecil acesso por cabo (por
exemplo pressatildeo dos pneus) Esta rede de sensores necessita ter baixa latecircncia e alta
fiabilidade natildeo sendo orientada para elevadas taxas de transmissatildeo de dados nem periacuteodos
de actividade elevados Protocolos possiacuteveis para uma rede de sensores sem fios no veiacuteculo
ZigBeetrade - Eacute um protocolo da camada de rede e aplicaccedilatildeo para criar uma rede infra-
estruturada de sensores sem fios O ZigBee fornece uma simples e confiaacutevel rede sem
fios multi-salto com a capacidade de suportar vaacuterias aplicaccedilotildees em simultacircneo
UWB - Eacute um sistema raacutedio de baixas emissotildees para curto alcance de alta velocidade
RFID ndash Eacute um protocolo sem fios para a identificaccedilatildeo de uma pessoa ou objecto
Existem identificadores passivos que natildeo precisam de bateria e que tem um alcance
de alguns centiacutemetros e activos que necessitam de uma fonte de energia que podem
comunicar ate alguns metros
11
A tabela seguinte [18] faz uma comparaccedilatildeo de possiacuteveis normas de comunicaccedilatildeo para
sensores sem fios
Tabela 24 ndash Comparaccedilatildeo das normas de sensores sem fios
O sistema RFID soacute seraacute uacutetil como identificador do veiacuteculo (eg estaccedilatildeo de abastecimento)
mas caso exista um sistema WLAN este seraacute preferiacutevel para identificar o veiacuteculo O ZigBee e o
UWB satildeo os mais indicados para uma rede de sensores mas devido ao tempo menor de
inicializaccedilatildeo e menor consumo energeacutetico a tecnologia ZigBee seraacute preferiacutevel
24 - Consoacutercios
241 - Car 2 Car
Este consoacutercio [5] tem como objectivo criar uma norma para um sistema de comunicaccedilotildees
cooperativo inter-veiacuteculos e entre veiacuteculos e infra-estrutura a funcionar numa banda de
frequecircncias livres e exclusivas para estas aplicaccedilotildees Este sistema eacute importante para prevenir
os acidentes o congestionamento e comunicar com estaccedilotildees de abastecimento
12 - Estado da arte
Este sistema eacute especialmente uacutetil em situaccedilotildees de baixa visibilidade para os veiacuteculos
prioritaacuterios e para avisar antecipadamente quando um veiacuteculo tem as luzes de emergecircncia
ligadas ou haacute obras No caso de um acidente que bloqueie a estrada o sistema poderaacute avisar
com antecedecircncia suficiente para o GPS calcular uma rota alternativa
Este sistema pode usar trecircs tipos de comunicaccedilatildeo [19]
IEEE 80211p
IEEE 80211abgn
GPRS ou UMTS
242 - Coopers
CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety eacute um consoacutercio que visa fornecer aos
veiacuteculos e condutores informaccedilatildeo em tempo real sobre o estado da via de maneira a
aumentar a seguranccedila na estrada [20] o objectivo do consoacutercio eacute rdquo To define develop and
test new safety related services equipment and applications using two way communication
between road infrastructure and vehicles from a traffic management perspective COOPERS
will build upon existing equipment and infrastructure as far as possible to incorporate bi-
directional infrastructure-vehicle links as an open standardised wireless communication
technology The role of motorway operators in offering and retrieving safety relevant and
traffic management information for specific road segments on European motorways based on
infrastructure and in-vehicle data will be investigatedrdquo [21] O sistema incorpora um
receptor GPS estaacute ligado ao CAN e comunica por WLAN e UMTSGPRS
25 - Sistemas de gestatildeo inovadores para gerir os diversos tipos
de comunicaccedilatildeo
Actualmente haacute um grande nuacutemero de funccedilotildees automoacuteveis controladas por computador O
uso de um cabo dedicado a cada dispositivo com o nuacutemero crescente de sistemas deixa de ser
praacutetico
251 - CAN
Uma soluccedilatildeo eacute o uso de redes LAN que permite a multiplexaccedilatildeo dos dados Com esta
soluccedilatildeo eacute possiacutevel[22] Reduzir o nuacutemero de cabos
Reduzir o custo e o peso
Melhorar a fiabilidade e facilitar a instalaccedilatildeo
Partilhar os dados recolhidos dos sensores por vaacuterios dispositivos
Alterar ou adicionar funccedilotildees por software
Detectar e corrigir erros causados por interferecircncia electromagneacutetica
As mensagens que circulam na rede CAN tecircm um valor numeacuterico que indica a prioridade
da mensagem isto permite tratar informaccedilatildeo criacutetica sem atraso A versatilidade do CAN
permite controlar vaacuterios tipos de dispositivos num veiacuteculo
13
252 - LIN bus
O Local Interconnect Network (LIN) bus eacute uma alternativa mais barata e simples ao CAN Pode
ser usada em subsistemas natildeo criacuteticos que nem precisem de comunicaccedilatildeo em tempo real nem
altas velocidades
253 - Infotainment
Esta plataforma interliga trecircs aacutereas
Entretimento nos bancos traseiros
RaacutedioCD e navegaccedilatildeo
Comunicaccedilatildeo interna e externa
Ilustraccedilatildeo 22 ndash Sistema de In-Vehicle Infotainment da Intel
A plataforma da Intel [23] permite num soacute hardware juntar vaacuterias tecnologias que
normalmente se apresentam separadas num automoacutevel
26 - Conclusatildeo
Actualmente assiste-se a introduccedilatildeo contiacutenua de veiacuteculos totalmente eleacutectricos no
mercado ainda que com autonomias substancialmente inferiores aos veiacuteculos a combustiacuteveis
foacutesseis Os veiacuteculos ldquoeleacutectricosrdquo mais vendidos actualmente satildeo os veiacuteculos hiacutebridos que
podem carregar as baterias com as travagens e usam um motor eleacutectrico como suporte em
momentos concretos (eg a velocidades abaixo dos 50 kmh eou para fornecer potecircncia
extra ao motor de combustatildeo em momentos de forte aceleraccedilatildeo etc - a estrateacutegia varia de
fabricante para fabricante) Os veiacuteculos hiacutebridos satildeo mais econoacutemicos que os veiacuteculos movidos
14 - Estado da arte
somente a motor de combustatildeo e continuam a beneficiar do motor a gasolina para aumentar
a sua autonomia ndash eacute como se procurassem o melhor dos dois mundos Alguns destes veiacuteculos jaacute
podem ser carregados pela rede eleacutectrica que para pequenas distancias se comportam como
veiacuteculos totalmente eleacutectricos
Capiacutetulo 3
Plano de trabalho
31 - Requisitos
Requisitos funcionais
Quando disponiacutevel Internet por WLAN o sistema deve desligar o HSPDAUMTS
Devem aparecer no ecratilde LCD as informaccedilotildees recebidas do exterior sobre
seguranccedila na estrada em que o veiacuteculo se encontre
O veiacuteculo deve enviar informaccedilotildees sobre o estado do piso aos veiacuteculos que se
encontram atraacutes
O sistema deve ter alojado um Web site com informaccedilotildees sobre o estado do
veiacuteculo (nomeadamente do estado das baterias)
Requisitos de performance
Quando for recebida uma mensagem importante do exterior esta deve aparecer
no LCD em menos de 100ms
32 - Cenaacuterios de teste
Tempo desde um acidente agrave frente do veiculo ateacute ser recebida a informaccedilatildeo e
informado o condutor Este teste verifica
Numa rede a ser usada toda a sua capacidade com vaacuterios veiacuteculos medir o tempo
desde que ocorre um acidente ateacute o condutor ser informado Este cenaacuterio serve para avaliar a
qualidade do QoS
Visualizaccedilatildeo sem falhas de um viacutedeo em streaming
Duraccedilatildeo das baterias em vaacuterios cenaacuterios
33 - Ferramentas
Actualmente estatildeo a ser testadas diversas tecnologias para diversos fins havendo a
possibilidade de alteraccedilatildeo ao longo do desenvolvimento do trabalho
O Matlab pode ser usado para simular a duraccedilatildeo das baterias
16 - Plano de trabalho
Linux ndash possiacutevel ambiente de teste (e g no caso de se usar um router) No final do
trabalho poderaacute ser criado um DVD com Linux e o sistema desenvolvido para instalar num mini
PC a colocar no veiacuteculo
VMware ndash possiacutevel software de virtualizaccedilatildeo que permite definir a velocidade do
processador e a quantidade de memoacuteria RAM sendo assim possiacutevel testar o desempenho do
sistema num ambiente com as caracteriacutesticas do mini PC a ser colocado no veiacuteculo
Para a programaccedilatildeo vai ser usado CC++ devido a ser uma linguagem leve caso seja
necessaacuterio programar o router Para o desenvolvimento do sistema a ser instalado no mini PC
vai ser usada a linguagem java usando o SDK eclipse O java apesar de ser um pouco mais
lento que o C++ eacute muito mais adequado para a programaccedilatildeo com sockets e tem um melhor
tratamento de erros
O servidor apache vai ser usado para a criaccedilatildeo de uma paacutegina Web no veiacuteculo a qual soacute
tem acesso quem o utilizador quiser Esta paacutegina disponibiliza informaccedilatildeo diversa sobre o
veiacuteculo nomeadamente o estado das baterias e transferir dados tais como filmes e fazer
configuraccedilotildees ao veiacuteculo
34 - Arquitectura
A figura em baixo ilustra uma possiacutevel arquitectura para o sistema proposto
17
Mini PC
Router UMTS
Switch
Dispositivos moacuteveis do utilizador LCD nos
bancos traseiros
Dispositivos para os
passageiros
LCD na consola
central
Dispositivos para o
condutor
GPS
Internet CAN
CT
Sensores natildeo
incluiacutedos no CAN
CasaEstaccedilatildeo de
carregamento
Ilustraccedilatildeo 31 ndash Arquitectura do sistema a desenvolver
Para este sistema funcionar soacute precisa do mini PC ao qual estaacute ligado um switch (o switch
poderaacute estar incorporado noutro componente como o router ou o AP) O sistema funciona de
forma escalaacutevel podendo funcionar sem qualquer um dos outros componentes
18 - Plano de trabalho
Sistema
principal
Comunicaccedilatildeo
Sensores
Ligaccedilatildeo ao
CAN
WLAN
UMTS
sem fios
com fios
EV
powertrain
CAN
Controlador do motor baterias e ultra-condensador
Infotainment
Servidor Web
Ilustraccedilatildeo 32 ndash Moacutedulos do sistema
O sistema vai ser escalaacutevel permitindo adicionarremoveralterar moacutedulos facilitando
assim a compatibilidade com novas tecnologias
35 - Trabalho futuro
O ldquoanexo 41 - Diagrama de Gantt do projectordquo mostra a planificaccedilatildeo para a dissertaccedilatildeo
Nos dias seguintes agrave entrega deste relatoacuterio vatildeo ser definidos objectivos semanais para a
dissertaccedilatildeo O primeiro moacutedulo a ser desenvolvido seraacute o do Web site atraveacutes do qual seraacute
possiacutevel monitorizar o estado das baterias e fazer algumas configuraccedilotildees ao veiacuteculo
36 - Conclusatildeo
As actuais barreiras agrave adopccedilatildeo de veiacuteculos eleacutectricos satildeo a autonomia a relaccedilatildeo
pesoenergia e o custo das baterias A dissertaccedilatildeo poderaacute abordar o fluxo de energia entre os
componentes do veiacuteculo e a integraccedilatildeo dos componentes eleacutectricoselectroacutenicos existentes
actualmente e os novos necessaacuterios agrave operaccedilatildeo de um EV
A melhor maneira de aumentar a autonomia de um EV eacute usar um motor termodinacircmico a
gerar electricidade quando a energia das baterias acabar esta soluccedilatildeo em comparaccedilatildeo com a
19
adiccedilatildeo de mais baterias eacute mais econoacutemica resulta num menor peso para o veiacuteculo e eacute
possiacutevel abastecer o veiacuteculo como um veiacuteculo com motor a combustatildeo interna
A inclusatildeo de um ultra-condensador permite melhorar a capacidade de absorccedilatildeo de
energia numa travagem aumentar a aceleraccedilatildeo do veiacuteculo e aumentar o tempo de vida das
baterias
Os novos veiacuteculos deveratildeo ter um sistema de comunicaccedilatildeo inVANET para comunicaccedilatildeo
entre eles e com a infra-estrutura para aumentar a seguranccedila e diminuir o congestionamento
das estradas
O uso de uma plataforma de infotainment permite reduzir o hardware presente no veiacuteculo
integrando vaacuterias tecnologias multimeacutedia
Os novos sensores a colocar no veiacuteculo soacute seratildeo sem fio caso natildeo seja possiacutevel liga-los por
fios (eg sensores de pressatildeo nos pneus) devido a possiacuteveis interferecircncias e atrasos na
comunicaccedilatildeo
O sistema CAN pode funcionar em paralelo ao sistema a desenvolver garantindo assim
tempos de resposta garantidamente baixos em aacutereas criacuteticas do sistema
Capiacutetulo 4
Anexos
41 - Diagrama de Gantt do projecto
Referecircncias
1 Situ L Electric Vehicle Development The Past Present amp Future 2001 2 SCHALLENBERG RH Prospects for the Electric Vehicle A Historical Perspective 1980 3 Motor H Honda Introduces the INSIGHT a Hybrid Car that Offers the Worlds Lowest
Fuel Consumption for a Mass-Produced Gasoline-Powered Vehicle 1999 [cited 2010 0802] Available from httpworldhondacomnews19994990906chtml
4 Craveiro C Investimento em paineacuteis solares ascende a 167 milhotildees 2010 [cited 2010 01-02] Available from httpwwwenergiasrenovaveiscomDetalheNoticiasaspID_conteudo=357ampID_area=8
5 Car 2 Car Communication Consortium 2008 [cited 2010 0602] Available from httpwwwcar-to-carorg
6 Gulhane V MR Tarambale and YP Nerkar A Scope for the Research and Development Activities on Electric Vehicle Technology in Pune City in Electric and Hybrid Vehicles 2006 ICEHV 06 IEEE Conference on 2006
7 Affanni A et al Battery Choice and Management for New-Generation Electric Vehicles 2005 8 Motors G Volt 2010 [cited 2010 0302] Available from
httpwwwchevroletcompagesopendefaultfuturevoltdo 9 SCHMIDHOFER A G ZHANG and H WEISS RANGE EXTENDER OPTIMISATION FOR
ELECTRICAL VEHICLES 2004 10 Juan W Dixon MOaEW Regenerative Braking for an Electric Vehicle Using
Ultracapacitors and a Buck-Boost Converter 11 Koyanagi F A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles 1998 12 INTELI Mobilidade Eleacutectrica 2010 [cited 2010 0902] Available from
httpwwwmobi-eptmobilidadehtml 13 Place B Battery switch stations support for long distance road trips 2010 [cited
2010 0902] Available from httpwwwbetterplacecomsolutioncharging 14 Portuguesa GdR Lanccedilada rede nacional de carregamento para Veiacuteculos Eleacutectricos
2009 [cited 2010 0802] Available from httpwwwportugalgovptptGC17GovernoMinisteriosMEIDocumentosPages20090629_MEI_Doc_Mobilidade_Electricaaspx
15 Mobile A autonet mobile 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwautonetmobilecom
24 - Referecircncias
16 Saravanan K AT and KRameshbabu A Middleware Architectural Framework for Vehicular Safety over VANET 2009
17 Ltd B-S LTE Connected Car 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwngconnectorgecosystemconnected-carhtm
18 Ahmed M et al Intra-vehicular Wireless Networks 19 CAR 2 CAR Communication Consortium Manifesto 2007 20 Coopers CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety 2008 [cited 2010 0802] 21 Froumltscher A and M Boumlhm Co-operative Systems for Intelligent Road Safety 2007 22 Chaari L N Masmoudi and L Kamoun Electronic control in electric vehicle based on
CAN network in Systems Man and Cybernetics 2002 IEEE International Conference on 2002
23 Corporation I In-Vehicle Infotainment [cited 2010 03-02] Available from httpwwwintelcomdesignembeddedinfotainmentindexhtm
7
Ilustraccedilatildeo 21ndash Relaccedilatildeo pesoenergia para baterias e geraccedilatildeo termodinacircmica
A figura acima [9] justifica a presenccedila de um motor a combustatildeo para gerar electricidade
num veiacuteculo eleacutectrico No iniacutecio da linha da energia termodinacircmica podemos observar o peso
adicional devido ao motor mas este natildeo eacute desvantajoso porque a quantidade de energia por
peso da gasolina eacute bastante maior do que a das baterias Apesar da relaccedilatildeo pesoenergia nas
baterias ser inferior ao pesoenergia da gasolina eacute mais econoacutemico carregar as baterias e eacute
possiacutevel aproveitar a energia das travagens
222 - Ultra-condensadores
Os ultra-condensadores satildeo uma nova tecnologia que permite armazenar vinte vezes mais
energia que um condensador normal O objectivo principal dos ultra-condensadores nos
veiacuteculos eleacutectricos eacute o de permitir maiores travagens e aceleraccedilotildees com perdas de energia
miacutenimas devido a este conseguir carregar e descarregar muito mais rapidamente que uma
bateria Os ultra-condensadores natildeo perdem desempenho ao carregar e descarregar durando
toda a vida uacutetil do veiacuteculo sendo por isso mais ecoloacutegicos que as baterias [10]
223 - Carregamento
Devido agrave elevada potecircncia necessaacuteria para carregar um veiacuteculo eleacutectrico (que pode ser
ligado e desligado da rede eleacutectrica rapidamente) e devido agraves fontes de energia renovaacuteveis
fornecerem energia irregularmente os veiacuteculos eleacutectricos devem ter a capacidade de
poderem ser usados como geradores em determinados momentos (ie fornecerem energia agrave
rede para a estabilizar ou satisfazer picos de procura)
Uma soluccedilatildeo para aproveitar melhor as energias renovaacuteveis eacute armazenar o excesso de
energia gerado por estas durante a noite e injecta-la durante o dia diminuindo assim a
utilizaccedilatildeo de combustiacuteveis foacutesseis Este meacutetodo eacute tambeacutem vantajoso para o utilizador uma
vez que a energia durante o dia eacute mais cara do que agrave noite
8 - Estado da arte
Um problema que poderaacute existir devido aos diferentes custos da electricidade ao longo do
dia eacute um nuacutemero excessivo de veiacuteculos comeccedilarem a carregar simultaneamente no momento
de transiccedilatildeo de hora de cheio para vazio Uma soluccedilatildeo eacute proposta por Fumiko Koyanagi no
paper A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles
[11] que se baseia em criar diversas zonas eleacutectricas com comeccedilo da hora de vazio a horas
diferentes
224 - Locais de carregamento
Existem actualmente trecircs meacutetodos para carregar um EV ou PHEV
Carregamento raacutepido este tipo natildeo eacute o mais eficiente em termos energeacuteticos
mas permite carregar o veiacuteculo entre 20 a 30 minutos [12] (este valor tende a
diminuir com o avanccedilo da tecnologia) O utilizador poderaacute optar por natildeo
carregar totalmente o veiacuteculo neste caso o tempo de carregamento eacute menor
Este tipo de carregamento seraacute feito em estaccedilotildees de carregamento
Carregamento lento eacute mais eficiente que o carregamento raacutepido mas
demora mais tempo a carregar o veiacuteculo Como natildeo eacute expectaacutevel que o
utilizador do veiacuteculo espere no veiacuteculo ateacute que ele carregue este tipo de
carregamento estaacute a ser pensado para locais onde que o utilizador permaneccedila
por um ldquolongordquo periacuteodo de tempo como em casa trabalho parques de
estacionamento puacuteblico hoteacuteis e centros comerciais
Troca de baterias eacute tatildeo raacutepido como abastecer um veiacuteculo normal este tipo
eacute o adequado a veiacuteculos de emergecircncia e a veiacuteculos que permaneccedilam pouco
tempo parados [13]
Em Portugal jaacute existem 100 pontos de carregamento e estatildeo previstos 1300 em 2011 [14]
ldquoA entidade Gestora Mobi-E integraraacute as vaacuterias empresas Comercializadoras da Mobilidade
Eleacutectrica e asseguraraacute que o abastecimento pode ser efectuado em qualquer ponto existente
no paiacutes de forma a garantir uma rede aberta universal e focada no utilizadorrdquo [14]
23 - Tecnologias de comunicaccedilatildeo
Os veiacuteculos futuros no qual se pode inserir os EVs devem poder estar ligados agrave Internet
para oferecer conteuacutedos multimeacutedia aos ocupantes do veiacuteculo reservar lugares em estaccedilotildees
de carregamento usar o GPS para calcular o melhor caminho com base em informaccedilatildeo do
tracircnsito em tempo real aumentar a seguranccedila nas estradas e transferir dados do utilizador
recorrendo quer a comunicaccedilatildeo entre veiacuteculos quer com infra-estrutura etc
231 - WLAN
Uma wireless local area network nomeadamente as normas 80211 permitem uma ligaccedilatildeo
de banda larga agrave Internet (eg ao automoacutevel e a dispositivos moacuteveis do utilizador) No caso
de uma rede WLAN numa estaccedilatildeo de carregamento o condutor pode deixar o carro a carregar
e ver no seu telemoacutevel o estado das baterias O automoacutevel tambeacutem poderaacute ligar-se a redes
WLAN jaacute existentes e usar esta tecnologia para comunicar com os outros veiacuteculos Como a
tecnologia WLAN eacute amplamente usada os seus equipamentos satildeo de baixo custo Actualmente
9
existe uma empresa que disponibiliza no mercado norte-americano um serviccedilo que usa
Internet UMTS para disponibilizar Internet por WLAN dentro e num raio a volta do veiacuteculo
[15]
Frequecircncias usadas na norma 80211
5GHz ndash Em locais que a gama dos 24GHz esteja sobrelotada o protocolo 80211a pode ser
mais raacutepido que os protocolos 80211g e 80211n devido a haver menores interferecircncias No
entanto esta frequecircncia sofre uma maior atenuaccedilatildeo quando existem obstaacuteculos Os veiacuteculos
devem estar preparados para se ligarem nestas duas gamas de frequecircncias para o caso de uma
das gamas estar sobrelotada
24GHz - Nesta gama existem os protocolos 80211b 80211g e 80211n o 80211b eacute o
protocolo com maior alcance mas uma rede a funcionar em 80211g ou 80211n transita
automaticamente para 80211b caso o sinal seja fraco pelo que a rede deve estar
configurada para se ligar por g ou n O 80211n tem a vantagem de usar a tecnologia MIMO
que usa vaacuterias antenas para aumentar a qualidade do sinal sem aumentar nem a potecircncia nem
a largura de banda
58GHz ndash O protocolo 80211p ainda natildeo existe em fase final mas permite aos veiacuteculos
usar uma frequecircncia exclusiva e funcionar numa inVANET que eacute descrita no ponto seguinte
Este protocolo como estaacute vocacionado para veiacuteculos em movimento consegue estabelecer
ligaccedilotildees mais rapidamente e tem um menor tempo de atraso que os protocolos descritos
anteriormente
Tabela 22 ndash Tabela resumo dos vaacuterios protocolos da norma 80211
Norma 80211 Velocidade maacutexima
(Mbps) Existente no mercado Frequecircncias (GHz)
a 54 Sim 5
b 11 Sim 24
g 54 Sim 24
n 600 Sim 24
p Natildeo 58
O protocolo ideal a adoptar nesta fase seria o 80211n uma vez que eacute o mais raacutepido e
suporta tecnologia MIMO (que permite uma maior resistecircncia a interferecircncias) Caso este natildeo
esteja disponiacutevel deve-se usar o 80211g se houver interferecircncia com outras redes vizinhas
deve ser usado o 80211a Quando o protocolo 80211p estiver disponiacutevel este deve ser a
escolha principal jaacute que usa uma frequecircncia exclusiva este protocolo eacute indicado para o uso
em estrada devido aos veiacuteculos estarem em movimento
232 - InVANET
Uma wireless ad hoc network eacute uma rede sem fios descentralizada ou seja natildeo existe um
ou mais APrsquos a que todos os clientes se ligam Estas redes natildeo satildeo tatildeo fiaacuteveis devido agraves
colisotildees no acesso ao meio a situaccedilatildeo piora em situaccedilotildees moacuteveis em que as tabelas de
encaminhamento estatildeo sempre a mudar Para reduzir estes problemas foi criada uma
10 - Estado da arte
Vehicular Ad-Hoc Network (VANET) que eacute uma forma de rede moacutevel ad-hoc vocacionada para
o uso em veiacuteculos
Uma Intelligent vehicular ad hoc network (InVANET) eacute uma implementaccedilatildeo de uma VANET
vocacionada para a seguranccedila nas estradas Para diminuir os acidentes nas estradas esta rede
propotildee a troca de paracircmetros entre veiacuteculos proacuteximos ou entre veiacuteculos e a infra-estrutura
tais como mudanccedila de velocidade mudanccedila de faixa de rodagem e condiccedilotildees da via Outros
cenaacuterios de seguranccedila visados por esta rede satildeo o controlo do congestionamento e informar a
poliacutecia em casos de roubo ou fuga do local do acidente [16]
233 - Banda Larga Moacutevel
Tabela 23 ndash Comparaccedilatildeo de velocidades das vaacuterias tecnologias de Banda Larga Moacutevel
Tecnologia Velocidade maacutexima de download
GPRS (25G) 2368 kbits
UMTS (3G) 384 kbits
HSDPA (35G) 216 Mbits
A velocidade de 216 Mbits do HSPDA refere-se agrave velocidade maacutexima em Portugal o
HSPDA estaacute disponiacutevel na maior parte dos centros urbanos existe cobertura por UMTS em
praticamente todo o territoacuterio nacional Ao sair de uma aacuterea coberta por HSDPA eacute feito
handhover automaticamente para GPRS ou UMTS
Jaacute existem protoacutetipos para a utilizaccedilatildeo da quarta geraccedilatildeo moacutevel em automoacuteveis [17] que
permite aos ocupantes do veiacuteculo uma Internet mais raacutepida e a possibilidade de trabalhar em
nuvem
234 - Bluetoothtrade
O Bluetooth eacute uma tecnologia sem fios usada para ligar telemoacuteveis entre si e ligar
dispositivos a telemoacuteveis e a computadores Em alguns veiacuteculos esta tecnologia jaacute estaacute
implementada permitindo fornecer um serviccedilo de matildeos livres
Esta tecnologia poderaacute ser usada para comunicaccedilatildeo entre o veiacuteculo e a estaccedilatildeo de
carregamento transferir dados de ligar vaacuterios tipos de dispositivos moacuteveis do utilizador
235 - Sensores sem fios
Os sensores sem fios podem permitir diminuir o peso complexidade e custo do sistema de
sensores tambeacutem permitem colocar sensores em locais de difiacutecil acesso por cabo (por
exemplo pressatildeo dos pneus) Esta rede de sensores necessita ter baixa latecircncia e alta
fiabilidade natildeo sendo orientada para elevadas taxas de transmissatildeo de dados nem periacuteodos
de actividade elevados Protocolos possiacuteveis para uma rede de sensores sem fios no veiacuteculo
ZigBeetrade - Eacute um protocolo da camada de rede e aplicaccedilatildeo para criar uma rede infra-
estruturada de sensores sem fios O ZigBee fornece uma simples e confiaacutevel rede sem
fios multi-salto com a capacidade de suportar vaacuterias aplicaccedilotildees em simultacircneo
UWB - Eacute um sistema raacutedio de baixas emissotildees para curto alcance de alta velocidade
RFID ndash Eacute um protocolo sem fios para a identificaccedilatildeo de uma pessoa ou objecto
Existem identificadores passivos que natildeo precisam de bateria e que tem um alcance
de alguns centiacutemetros e activos que necessitam de uma fonte de energia que podem
comunicar ate alguns metros
11
A tabela seguinte [18] faz uma comparaccedilatildeo de possiacuteveis normas de comunicaccedilatildeo para
sensores sem fios
Tabela 24 ndash Comparaccedilatildeo das normas de sensores sem fios
O sistema RFID soacute seraacute uacutetil como identificador do veiacuteculo (eg estaccedilatildeo de abastecimento)
mas caso exista um sistema WLAN este seraacute preferiacutevel para identificar o veiacuteculo O ZigBee e o
UWB satildeo os mais indicados para uma rede de sensores mas devido ao tempo menor de
inicializaccedilatildeo e menor consumo energeacutetico a tecnologia ZigBee seraacute preferiacutevel
24 - Consoacutercios
241 - Car 2 Car
Este consoacutercio [5] tem como objectivo criar uma norma para um sistema de comunicaccedilotildees
cooperativo inter-veiacuteculos e entre veiacuteculos e infra-estrutura a funcionar numa banda de
frequecircncias livres e exclusivas para estas aplicaccedilotildees Este sistema eacute importante para prevenir
os acidentes o congestionamento e comunicar com estaccedilotildees de abastecimento
12 - Estado da arte
Este sistema eacute especialmente uacutetil em situaccedilotildees de baixa visibilidade para os veiacuteculos
prioritaacuterios e para avisar antecipadamente quando um veiacuteculo tem as luzes de emergecircncia
ligadas ou haacute obras No caso de um acidente que bloqueie a estrada o sistema poderaacute avisar
com antecedecircncia suficiente para o GPS calcular uma rota alternativa
Este sistema pode usar trecircs tipos de comunicaccedilatildeo [19]
IEEE 80211p
IEEE 80211abgn
GPRS ou UMTS
242 - Coopers
CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety eacute um consoacutercio que visa fornecer aos
veiacuteculos e condutores informaccedilatildeo em tempo real sobre o estado da via de maneira a
aumentar a seguranccedila na estrada [20] o objectivo do consoacutercio eacute rdquo To define develop and
test new safety related services equipment and applications using two way communication
between road infrastructure and vehicles from a traffic management perspective COOPERS
will build upon existing equipment and infrastructure as far as possible to incorporate bi-
directional infrastructure-vehicle links as an open standardised wireless communication
technology The role of motorway operators in offering and retrieving safety relevant and
traffic management information for specific road segments on European motorways based on
infrastructure and in-vehicle data will be investigatedrdquo [21] O sistema incorpora um
receptor GPS estaacute ligado ao CAN e comunica por WLAN e UMTSGPRS
25 - Sistemas de gestatildeo inovadores para gerir os diversos tipos
de comunicaccedilatildeo
Actualmente haacute um grande nuacutemero de funccedilotildees automoacuteveis controladas por computador O
uso de um cabo dedicado a cada dispositivo com o nuacutemero crescente de sistemas deixa de ser
praacutetico
251 - CAN
Uma soluccedilatildeo eacute o uso de redes LAN que permite a multiplexaccedilatildeo dos dados Com esta
soluccedilatildeo eacute possiacutevel[22] Reduzir o nuacutemero de cabos
Reduzir o custo e o peso
Melhorar a fiabilidade e facilitar a instalaccedilatildeo
Partilhar os dados recolhidos dos sensores por vaacuterios dispositivos
Alterar ou adicionar funccedilotildees por software
Detectar e corrigir erros causados por interferecircncia electromagneacutetica
As mensagens que circulam na rede CAN tecircm um valor numeacuterico que indica a prioridade
da mensagem isto permite tratar informaccedilatildeo criacutetica sem atraso A versatilidade do CAN
permite controlar vaacuterios tipos de dispositivos num veiacuteculo
13
252 - LIN bus
O Local Interconnect Network (LIN) bus eacute uma alternativa mais barata e simples ao CAN Pode
ser usada em subsistemas natildeo criacuteticos que nem precisem de comunicaccedilatildeo em tempo real nem
altas velocidades
253 - Infotainment
Esta plataforma interliga trecircs aacutereas
Entretimento nos bancos traseiros
RaacutedioCD e navegaccedilatildeo
Comunicaccedilatildeo interna e externa
Ilustraccedilatildeo 22 ndash Sistema de In-Vehicle Infotainment da Intel
A plataforma da Intel [23] permite num soacute hardware juntar vaacuterias tecnologias que
normalmente se apresentam separadas num automoacutevel
26 - Conclusatildeo
Actualmente assiste-se a introduccedilatildeo contiacutenua de veiacuteculos totalmente eleacutectricos no
mercado ainda que com autonomias substancialmente inferiores aos veiacuteculos a combustiacuteveis
foacutesseis Os veiacuteculos ldquoeleacutectricosrdquo mais vendidos actualmente satildeo os veiacuteculos hiacutebridos que
podem carregar as baterias com as travagens e usam um motor eleacutectrico como suporte em
momentos concretos (eg a velocidades abaixo dos 50 kmh eou para fornecer potecircncia
extra ao motor de combustatildeo em momentos de forte aceleraccedilatildeo etc - a estrateacutegia varia de
fabricante para fabricante) Os veiacuteculos hiacutebridos satildeo mais econoacutemicos que os veiacuteculos movidos
14 - Estado da arte
somente a motor de combustatildeo e continuam a beneficiar do motor a gasolina para aumentar
a sua autonomia ndash eacute como se procurassem o melhor dos dois mundos Alguns destes veiacuteculos jaacute
podem ser carregados pela rede eleacutectrica que para pequenas distancias se comportam como
veiacuteculos totalmente eleacutectricos
Capiacutetulo 3
Plano de trabalho
31 - Requisitos
Requisitos funcionais
Quando disponiacutevel Internet por WLAN o sistema deve desligar o HSPDAUMTS
Devem aparecer no ecratilde LCD as informaccedilotildees recebidas do exterior sobre
seguranccedila na estrada em que o veiacuteculo se encontre
O veiacuteculo deve enviar informaccedilotildees sobre o estado do piso aos veiacuteculos que se
encontram atraacutes
O sistema deve ter alojado um Web site com informaccedilotildees sobre o estado do
veiacuteculo (nomeadamente do estado das baterias)
Requisitos de performance
Quando for recebida uma mensagem importante do exterior esta deve aparecer
no LCD em menos de 100ms
32 - Cenaacuterios de teste
Tempo desde um acidente agrave frente do veiculo ateacute ser recebida a informaccedilatildeo e
informado o condutor Este teste verifica
Numa rede a ser usada toda a sua capacidade com vaacuterios veiacuteculos medir o tempo
desde que ocorre um acidente ateacute o condutor ser informado Este cenaacuterio serve para avaliar a
qualidade do QoS
Visualizaccedilatildeo sem falhas de um viacutedeo em streaming
Duraccedilatildeo das baterias em vaacuterios cenaacuterios
33 - Ferramentas
Actualmente estatildeo a ser testadas diversas tecnologias para diversos fins havendo a
possibilidade de alteraccedilatildeo ao longo do desenvolvimento do trabalho
O Matlab pode ser usado para simular a duraccedilatildeo das baterias
16 - Plano de trabalho
Linux ndash possiacutevel ambiente de teste (e g no caso de se usar um router) No final do
trabalho poderaacute ser criado um DVD com Linux e o sistema desenvolvido para instalar num mini
PC a colocar no veiacuteculo
VMware ndash possiacutevel software de virtualizaccedilatildeo que permite definir a velocidade do
processador e a quantidade de memoacuteria RAM sendo assim possiacutevel testar o desempenho do
sistema num ambiente com as caracteriacutesticas do mini PC a ser colocado no veiacuteculo
Para a programaccedilatildeo vai ser usado CC++ devido a ser uma linguagem leve caso seja
necessaacuterio programar o router Para o desenvolvimento do sistema a ser instalado no mini PC
vai ser usada a linguagem java usando o SDK eclipse O java apesar de ser um pouco mais
lento que o C++ eacute muito mais adequado para a programaccedilatildeo com sockets e tem um melhor
tratamento de erros
O servidor apache vai ser usado para a criaccedilatildeo de uma paacutegina Web no veiacuteculo a qual soacute
tem acesso quem o utilizador quiser Esta paacutegina disponibiliza informaccedilatildeo diversa sobre o
veiacuteculo nomeadamente o estado das baterias e transferir dados tais como filmes e fazer
configuraccedilotildees ao veiacuteculo
34 - Arquitectura
A figura em baixo ilustra uma possiacutevel arquitectura para o sistema proposto
17
Mini PC
Router UMTS
Switch
Dispositivos moacuteveis do utilizador LCD nos
bancos traseiros
Dispositivos para os
passageiros
LCD na consola
central
Dispositivos para o
condutor
GPS
Internet CAN
CT
Sensores natildeo
incluiacutedos no CAN
CasaEstaccedilatildeo de
carregamento
Ilustraccedilatildeo 31 ndash Arquitectura do sistema a desenvolver
Para este sistema funcionar soacute precisa do mini PC ao qual estaacute ligado um switch (o switch
poderaacute estar incorporado noutro componente como o router ou o AP) O sistema funciona de
forma escalaacutevel podendo funcionar sem qualquer um dos outros componentes
18 - Plano de trabalho
Sistema
principal
Comunicaccedilatildeo
Sensores
Ligaccedilatildeo ao
CAN
WLAN
UMTS
sem fios
com fios
EV
powertrain
CAN
Controlador do motor baterias e ultra-condensador
Infotainment
Servidor Web
Ilustraccedilatildeo 32 ndash Moacutedulos do sistema
O sistema vai ser escalaacutevel permitindo adicionarremoveralterar moacutedulos facilitando
assim a compatibilidade com novas tecnologias
35 - Trabalho futuro
O ldquoanexo 41 - Diagrama de Gantt do projectordquo mostra a planificaccedilatildeo para a dissertaccedilatildeo
Nos dias seguintes agrave entrega deste relatoacuterio vatildeo ser definidos objectivos semanais para a
dissertaccedilatildeo O primeiro moacutedulo a ser desenvolvido seraacute o do Web site atraveacutes do qual seraacute
possiacutevel monitorizar o estado das baterias e fazer algumas configuraccedilotildees ao veiacuteculo
36 - Conclusatildeo
As actuais barreiras agrave adopccedilatildeo de veiacuteculos eleacutectricos satildeo a autonomia a relaccedilatildeo
pesoenergia e o custo das baterias A dissertaccedilatildeo poderaacute abordar o fluxo de energia entre os
componentes do veiacuteculo e a integraccedilatildeo dos componentes eleacutectricoselectroacutenicos existentes
actualmente e os novos necessaacuterios agrave operaccedilatildeo de um EV
A melhor maneira de aumentar a autonomia de um EV eacute usar um motor termodinacircmico a
gerar electricidade quando a energia das baterias acabar esta soluccedilatildeo em comparaccedilatildeo com a
19
adiccedilatildeo de mais baterias eacute mais econoacutemica resulta num menor peso para o veiacuteculo e eacute
possiacutevel abastecer o veiacuteculo como um veiacuteculo com motor a combustatildeo interna
A inclusatildeo de um ultra-condensador permite melhorar a capacidade de absorccedilatildeo de
energia numa travagem aumentar a aceleraccedilatildeo do veiacuteculo e aumentar o tempo de vida das
baterias
Os novos veiacuteculos deveratildeo ter um sistema de comunicaccedilatildeo inVANET para comunicaccedilatildeo
entre eles e com a infra-estrutura para aumentar a seguranccedila e diminuir o congestionamento
das estradas
O uso de uma plataforma de infotainment permite reduzir o hardware presente no veiacuteculo
integrando vaacuterias tecnologias multimeacutedia
Os novos sensores a colocar no veiacuteculo soacute seratildeo sem fio caso natildeo seja possiacutevel liga-los por
fios (eg sensores de pressatildeo nos pneus) devido a possiacuteveis interferecircncias e atrasos na
comunicaccedilatildeo
O sistema CAN pode funcionar em paralelo ao sistema a desenvolver garantindo assim
tempos de resposta garantidamente baixos em aacutereas criacuteticas do sistema
Capiacutetulo 4
Anexos
41 - Diagrama de Gantt do projecto
Referecircncias
1 Situ L Electric Vehicle Development The Past Present amp Future 2001 2 SCHALLENBERG RH Prospects for the Electric Vehicle A Historical Perspective 1980 3 Motor H Honda Introduces the INSIGHT a Hybrid Car that Offers the Worlds Lowest
Fuel Consumption for a Mass-Produced Gasoline-Powered Vehicle 1999 [cited 2010 0802] Available from httpworldhondacomnews19994990906chtml
4 Craveiro C Investimento em paineacuteis solares ascende a 167 milhotildees 2010 [cited 2010 01-02] Available from httpwwwenergiasrenovaveiscomDetalheNoticiasaspID_conteudo=357ampID_area=8
5 Car 2 Car Communication Consortium 2008 [cited 2010 0602] Available from httpwwwcar-to-carorg
6 Gulhane V MR Tarambale and YP Nerkar A Scope for the Research and Development Activities on Electric Vehicle Technology in Pune City in Electric and Hybrid Vehicles 2006 ICEHV 06 IEEE Conference on 2006
7 Affanni A et al Battery Choice and Management for New-Generation Electric Vehicles 2005 8 Motors G Volt 2010 [cited 2010 0302] Available from
httpwwwchevroletcompagesopendefaultfuturevoltdo 9 SCHMIDHOFER A G ZHANG and H WEISS RANGE EXTENDER OPTIMISATION FOR
ELECTRICAL VEHICLES 2004 10 Juan W Dixon MOaEW Regenerative Braking for an Electric Vehicle Using
Ultracapacitors and a Buck-Boost Converter 11 Koyanagi F A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles 1998 12 INTELI Mobilidade Eleacutectrica 2010 [cited 2010 0902] Available from
httpwwwmobi-eptmobilidadehtml 13 Place B Battery switch stations support for long distance road trips 2010 [cited
2010 0902] Available from httpwwwbetterplacecomsolutioncharging 14 Portuguesa GdR Lanccedilada rede nacional de carregamento para Veiacuteculos Eleacutectricos
2009 [cited 2010 0802] Available from httpwwwportugalgovptptGC17GovernoMinisteriosMEIDocumentosPages20090629_MEI_Doc_Mobilidade_Electricaaspx
15 Mobile A autonet mobile 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwautonetmobilecom
24 - Referecircncias
16 Saravanan K AT and KRameshbabu A Middleware Architectural Framework for Vehicular Safety over VANET 2009
17 Ltd B-S LTE Connected Car 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwngconnectorgecosystemconnected-carhtm
18 Ahmed M et al Intra-vehicular Wireless Networks 19 CAR 2 CAR Communication Consortium Manifesto 2007 20 Coopers CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety 2008 [cited 2010 0802] 21 Froumltscher A and M Boumlhm Co-operative Systems for Intelligent Road Safety 2007 22 Chaari L N Masmoudi and L Kamoun Electronic control in electric vehicle based on
CAN network in Systems Man and Cybernetics 2002 IEEE International Conference on 2002
23 Corporation I In-Vehicle Infotainment [cited 2010 03-02] Available from httpwwwintelcomdesignembeddedinfotainmentindexhtm
8 - Estado da arte
Um problema que poderaacute existir devido aos diferentes custos da electricidade ao longo do
dia eacute um nuacutemero excessivo de veiacuteculos comeccedilarem a carregar simultaneamente no momento
de transiccedilatildeo de hora de cheio para vazio Uma soluccedilatildeo eacute proposta por Fumiko Koyanagi no
paper A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles
[11] que se baseia em criar diversas zonas eleacutectricas com comeccedilo da hora de vazio a horas
diferentes
224 - Locais de carregamento
Existem actualmente trecircs meacutetodos para carregar um EV ou PHEV
Carregamento raacutepido este tipo natildeo eacute o mais eficiente em termos energeacuteticos
mas permite carregar o veiacuteculo entre 20 a 30 minutos [12] (este valor tende a
diminuir com o avanccedilo da tecnologia) O utilizador poderaacute optar por natildeo
carregar totalmente o veiacuteculo neste caso o tempo de carregamento eacute menor
Este tipo de carregamento seraacute feito em estaccedilotildees de carregamento
Carregamento lento eacute mais eficiente que o carregamento raacutepido mas
demora mais tempo a carregar o veiacuteculo Como natildeo eacute expectaacutevel que o
utilizador do veiacuteculo espere no veiacuteculo ateacute que ele carregue este tipo de
carregamento estaacute a ser pensado para locais onde que o utilizador permaneccedila
por um ldquolongordquo periacuteodo de tempo como em casa trabalho parques de
estacionamento puacuteblico hoteacuteis e centros comerciais
Troca de baterias eacute tatildeo raacutepido como abastecer um veiacuteculo normal este tipo
eacute o adequado a veiacuteculos de emergecircncia e a veiacuteculos que permaneccedilam pouco
tempo parados [13]
Em Portugal jaacute existem 100 pontos de carregamento e estatildeo previstos 1300 em 2011 [14]
ldquoA entidade Gestora Mobi-E integraraacute as vaacuterias empresas Comercializadoras da Mobilidade
Eleacutectrica e asseguraraacute que o abastecimento pode ser efectuado em qualquer ponto existente
no paiacutes de forma a garantir uma rede aberta universal e focada no utilizadorrdquo [14]
23 - Tecnologias de comunicaccedilatildeo
Os veiacuteculos futuros no qual se pode inserir os EVs devem poder estar ligados agrave Internet
para oferecer conteuacutedos multimeacutedia aos ocupantes do veiacuteculo reservar lugares em estaccedilotildees
de carregamento usar o GPS para calcular o melhor caminho com base em informaccedilatildeo do
tracircnsito em tempo real aumentar a seguranccedila nas estradas e transferir dados do utilizador
recorrendo quer a comunicaccedilatildeo entre veiacuteculos quer com infra-estrutura etc
231 - WLAN
Uma wireless local area network nomeadamente as normas 80211 permitem uma ligaccedilatildeo
de banda larga agrave Internet (eg ao automoacutevel e a dispositivos moacuteveis do utilizador) No caso
de uma rede WLAN numa estaccedilatildeo de carregamento o condutor pode deixar o carro a carregar
e ver no seu telemoacutevel o estado das baterias O automoacutevel tambeacutem poderaacute ligar-se a redes
WLAN jaacute existentes e usar esta tecnologia para comunicar com os outros veiacuteculos Como a
tecnologia WLAN eacute amplamente usada os seus equipamentos satildeo de baixo custo Actualmente
9
existe uma empresa que disponibiliza no mercado norte-americano um serviccedilo que usa
Internet UMTS para disponibilizar Internet por WLAN dentro e num raio a volta do veiacuteculo
[15]
Frequecircncias usadas na norma 80211
5GHz ndash Em locais que a gama dos 24GHz esteja sobrelotada o protocolo 80211a pode ser
mais raacutepido que os protocolos 80211g e 80211n devido a haver menores interferecircncias No
entanto esta frequecircncia sofre uma maior atenuaccedilatildeo quando existem obstaacuteculos Os veiacuteculos
devem estar preparados para se ligarem nestas duas gamas de frequecircncias para o caso de uma
das gamas estar sobrelotada
24GHz - Nesta gama existem os protocolos 80211b 80211g e 80211n o 80211b eacute o
protocolo com maior alcance mas uma rede a funcionar em 80211g ou 80211n transita
automaticamente para 80211b caso o sinal seja fraco pelo que a rede deve estar
configurada para se ligar por g ou n O 80211n tem a vantagem de usar a tecnologia MIMO
que usa vaacuterias antenas para aumentar a qualidade do sinal sem aumentar nem a potecircncia nem
a largura de banda
58GHz ndash O protocolo 80211p ainda natildeo existe em fase final mas permite aos veiacuteculos
usar uma frequecircncia exclusiva e funcionar numa inVANET que eacute descrita no ponto seguinte
Este protocolo como estaacute vocacionado para veiacuteculos em movimento consegue estabelecer
ligaccedilotildees mais rapidamente e tem um menor tempo de atraso que os protocolos descritos
anteriormente
Tabela 22 ndash Tabela resumo dos vaacuterios protocolos da norma 80211
Norma 80211 Velocidade maacutexima
(Mbps) Existente no mercado Frequecircncias (GHz)
a 54 Sim 5
b 11 Sim 24
g 54 Sim 24
n 600 Sim 24
p Natildeo 58
O protocolo ideal a adoptar nesta fase seria o 80211n uma vez que eacute o mais raacutepido e
suporta tecnologia MIMO (que permite uma maior resistecircncia a interferecircncias) Caso este natildeo
esteja disponiacutevel deve-se usar o 80211g se houver interferecircncia com outras redes vizinhas
deve ser usado o 80211a Quando o protocolo 80211p estiver disponiacutevel este deve ser a
escolha principal jaacute que usa uma frequecircncia exclusiva este protocolo eacute indicado para o uso
em estrada devido aos veiacuteculos estarem em movimento
232 - InVANET
Uma wireless ad hoc network eacute uma rede sem fios descentralizada ou seja natildeo existe um
ou mais APrsquos a que todos os clientes se ligam Estas redes natildeo satildeo tatildeo fiaacuteveis devido agraves
colisotildees no acesso ao meio a situaccedilatildeo piora em situaccedilotildees moacuteveis em que as tabelas de
encaminhamento estatildeo sempre a mudar Para reduzir estes problemas foi criada uma
10 - Estado da arte
Vehicular Ad-Hoc Network (VANET) que eacute uma forma de rede moacutevel ad-hoc vocacionada para
o uso em veiacuteculos
Uma Intelligent vehicular ad hoc network (InVANET) eacute uma implementaccedilatildeo de uma VANET
vocacionada para a seguranccedila nas estradas Para diminuir os acidentes nas estradas esta rede
propotildee a troca de paracircmetros entre veiacuteculos proacuteximos ou entre veiacuteculos e a infra-estrutura
tais como mudanccedila de velocidade mudanccedila de faixa de rodagem e condiccedilotildees da via Outros
cenaacuterios de seguranccedila visados por esta rede satildeo o controlo do congestionamento e informar a
poliacutecia em casos de roubo ou fuga do local do acidente [16]
233 - Banda Larga Moacutevel
Tabela 23 ndash Comparaccedilatildeo de velocidades das vaacuterias tecnologias de Banda Larga Moacutevel
Tecnologia Velocidade maacutexima de download
GPRS (25G) 2368 kbits
UMTS (3G) 384 kbits
HSDPA (35G) 216 Mbits
A velocidade de 216 Mbits do HSPDA refere-se agrave velocidade maacutexima em Portugal o
HSPDA estaacute disponiacutevel na maior parte dos centros urbanos existe cobertura por UMTS em
praticamente todo o territoacuterio nacional Ao sair de uma aacuterea coberta por HSDPA eacute feito
handhover automaticamente para GPRS ou UMTS
Jaacute existem protoacutetipos para a utilizaccedilatildeo da quarta geraccedilatildeo moacutevel em automoacuteveis [17] que
permite aos ocupantes do veiacuteculo uma Internet mais raacutepida e a possibilidade de trabalhar em
nuvem
234 - Bluetoothtrade
O Bluetooth eacute uma tecnologia sem fios usada para ligar telemoacuteveis entre si e ligar
dispositivos a telemoacuteveis e a computadores Em alguns veiacuteculos esta tecnologia jaacute estaacute
implementada permitindo fornecer um serviccedilo de matildeos livres
Esta tecnologia poderaacute ser usada para comunicaccedilatildeo entre o veiacuteculo e a estaccedilatildeo de
carregamento transferir dados de ligar vaacuterios tipos de dispositivos moacuteveis do utilizador
235 - Sensores sem fios
Os sensores sem fios podem permitir diminuir o peso complexidade e custo do sistema de
sensores tambeacutem permitem colocar sensores em locais de difiacutecil acesso por cabo (por
exemplo pressatildeo dos pneus) Esta rede de sensores necessita ter baixa latecircncia e alta
fiabilidade natildeo sendo orientada para elevadas taxas de transmissatildeo de dados nem periacuteodos
de actividade elevados Protocolos possiacuteveis para uma rede de sensores sem fios no veiacuteculo
ZigBeetrade - Eacute um protocolo da camada de rede e aplicaccedilatildeo para criar uma rede infra-
estruturada de sensores sem fios O ZigBee fornece uma simples e confiaacutevel rede sem
fios multi-salto com a capacidade de suportar vaacuterias aplicaccedilotildees em simultacircneo
UWB - Eacute um sistema raacutedio de baixas emissotildees para curto alcance de alta velocidade
RFID ndash Eacute um protocolo sem fios para a identificaccedilatildeo de uma pessoa ou objecto
Existem identificadores passivos que natildeo precisam de bateria e que tem um alcance
de alguns centiacutemetros e activos que necessitam de uma fonte de energia que podem
comunicar ate alguns metros
11
A tabela seguinte [18] faz uma comparaccedilatildeo de possiacuteveis normas de comunicaccedilatildeo para
sensores sem fios
Tabela 24 ndash Comparaccedilatildeo das normas de sensores sem fios
O sistema RFID soacute seraacute uacutetil como identificador do veiacuteculo (eg estaccedilatildeo de abastecimento)
mas caso exista um sistema WLAN este seraacute preferiacutevel para identificar o veiacuteculo O ZigBee e o
UWB satildeo os mais indicados para uma rede de sensores mas devido ao tempo menor de
inicializaccedilatildeo e menor consumo energeacutetico a tecnologia ZigBee seraacute preferiacutevel
24 - Consoacutercios
241 - Car 2 Car
Este consoacutercio [5] tem como objectivo criar uma norma para um sistema de comunicaccedilotildees
cooperativo inter-veiacuteculos e entre veiacuteculos e infra-estrutura a funcionar numa banda de
frequecircncias livres e exclusivas para estas aplicaccedilotildees Este sistema eacute importante para prevenir
os acidentes o congestionamento e comunicar com estaccedilotildees de abastecimento
12 - Estado da arte
Este sistema eacute especialmente uacutetil em situaccedilotildees de baixa visibilidade para os veiacuteculos
prioritaacuterios e para avisar antecipadamente quando um veiacuteculo tem as luzes de emergecircncia
ligadas ou haacute obras No caso de um acidente que bloqueie a estrada o sistema poderaacute avisar
com antecedecircncia suficiente para o GPS calcular uma rota alternativa
Este sistema pode usar trecircs tipos de comunicaccedilatildeo [19]
IEEE 80211p
IEEE 80211abgn
GPRS ou UMTS
242 - Coopers
CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety eacute um consoacutercio que visa fornecer aos
veiacuteculos e condutores informaccedilatildeo em tempo real sobre o estado da via de maneira a
aumentar a seguranccedila na estrada [20] o objectivo do consoacutercio eacute rdquo To define develop and
test new safety related services equipment and applications using two way communication
between road infrastructure and vehicles from a traffic management perspective COOPERS
will build upon existing equipment and infrastructure as far as possible to incorporate bi-
directional infrastructure-vehicle links as an open standardised wireless communication
technology The role of motorway operators in offering and retrieving safety relevant and
traffic management information for specific road segments on European motorways based on
infrastructure and in-vehicle data will be investigatedrdquo [21] O sistema incorpora um
receptor GPS estaacute ligado ao CAN e comunica por WLAN e UMTSGPRS
25 - Sistemas de gestatildeo inovadores para gerir os diversos tipos
de comunicaccedilatildeo
Actualmente haacute um grande nuacutemero de funccedilotildees automoacuteveis controladas por computador O
uso de um cabo dedicado a cada dispositivo com o nuacutemero crescente de sistemas deixa de ser
praacutetico
251 - CAN
Uma soluccedilatildeo eacute o uso de redes LAN que permite a multiplexaccedilatildeo dos dados Com esta
soluccedilatildeo eacute possiacutevel[22] Reduzir o nuacutemero de cabos
Reduzir o custo e o peso
Melhorar a fiabilidade e facilitar a instalaccedilatildeo
Partilhar os dados recolhidos dos sensores por vaacuterios dispositivos
Alterar ou adicionar funccedilotildees por software
Detectar e corrigir erros causados por interferecircncia electromagneacutetica
As mensagens que circulam na rede CAN tecircm um valor numeacuterico que indica a prioridade
da mensagem isto permite tratar informaccedilatildeo criacutetica sem atraso A versatilidade do CAN
permite controlar vaacuterios tipos de dispositivos num veiacuteculo
13
252 - LIN bus
O Local Interconnect Network (LIN) bus eacute uma alternativa mais barata e simples ao CAN Pode
ser usada em subsistemas natildeo criacuteticos que nem precisem de comunicaccedilatildeo em tempo real nem
altas velocidades
253 - Infotainment
Esta plataforma interliga trecircs aacutereas
Entretimento nos bancos traseiros
RaacutedioCD e navegaccedilatildeo
Comunicaccedilatildeo interna e externa
Ilustraccedilatildeo 22 ndash Sistema de In-Vehicle Infotainment da Intel
A plataforma da Intel [23] permite num soacute hardware juntar vaacuterias tecnologias que
normalmente se apresentam separadas num automoacutevel
26 - Conclusatildeo
Actualmente assiste-se a introduccedilatildeo contiacutenua de veiacuteculos totalmente eleacutectricos no
mercado ainda que com autonomias substancialmente inferiores aos veiacuteculos a combustiacuteveis
foacutesseis Os veiacuteculos ldquoeleacutectricosrdquo mais vendidos actualmente satildeo os veiacuteculos hiacutebridos que
podem carregar as baterias com as travagens e usam um motor eleacutectrico como suporte em
momentos concretos (eg a velocidades abaixo dos 50 kmh eou para fornecer potecircncia
extra ao motor de combustatildeo em momentos de forte aceleraccedilatildeo etc - a estrateacutegia varia de
fabricante para fabricante) Os veiacuteculos hiacutebridos satildeo mais econoacutemicos que os veiacuteculos movidos
14 - Estado da arte
somente a motor de combustatildeo e continuam a beneficiar do motor a gasolina para aumentar
a sua autonomia ndash eacute como se procurassem o melhor dos dois mundos Alguns destes veiacuteculos jaacute
podem ser carregados pela rede eleacutectrica que para pequenas distancias se comportam como
veiacuteculos totalmente eleacutectricos
Capiacutetulo 3
Plano de trabalho
31 - Requisitos
Requisitos funcionais
Quando disponiacutevel Internet por WLAN o sistema deve desligar o HSPDAUMTS
Devem aparecer no ecratilde LCD as informaccedilotildees recebidas do exterior sobre
seguranccedila na estrada em que o veiacuteculo se encontre
O veiacuteculo deve enviar informaccedilotildees sobre o estado do piso aos veiacuteculos que se
encontram atraacutes
O sistema deve ter alojado um Web site com informaccedilotildees sobre o estado do
veiacuteculo (nomeadamente do estado das baterias)
Requisitos de performance
Quando for recebida uma mensagem importante do exterior esta deve aparecer
no LCD em menos de 100ms
32 - Cenaacuterios de teste
Tempo desde um acidente agrave frente do veiculo ateacute ser recebida a informaccedilatildeo e
informado o condutor Este teste verifica
Numa rede a ser usada toda a sua capacidade com vaacuterios veiacuteculos medir o tempo
desde que ocorre um acidente ateacute o condutor ser informado Este cenaacuterio serve para avaliar a
qualidade do QoS
Visualizaccedilatildeo sem falhas de um viacutedeo em streaming
Duraccedilatildeo das baterias em vaacuterios cenaacuterios
33 - Ferramentas
Actualmente estatildeo a ser testadas diversas tecnologias para diversos fins havendo a
possibilidade de alteraccedilatildeo ao longo do desenvolvimento do trabalho
O Matlab pode ser usado para simular a duraccedilatildeo das baterias
16 - Plano de trabalho
Linux ndash possiacutevel ambiente de teste (e g no caso de se usar um router) No final do
trabalho poderaacute ser criado um DVD com Linux e o sistema desenvolvido para instalar num mini
PC a colocar no veiacuteculo
VMware ndash possiacutevel software de virtualizaccedilatildeo que permite definir a velocidade do
processador e a quantidade de memoacuteria RAM sendo assim possiacutevel testar o desempenho do
sistema num ambiente com as caracteriacutesticas do mini PC a ser colocado no veiacuteculo
Para a programaccedilatildeo vai ser usado CC++ devido a ser uma linguagem leve caso seja
necessaacuterio programar o router Para o desenvolvimento do sistema a ser instalado no mini PC
vai ser usada a linguagem java usando o SDK eclipse O java apesar de ser um pouco mais
lento que o C++ eacute muito mais adequado para a programaccedilatildeo com sockets e tem um melhor
tratamento de erros
O servidor apache vai ser usado para a criaccedilatildeo de uma paacutegina Web no veiacuteculo a qual soacute
tem acesso quem o utilizador quiser Esta paacutegina disponibiliza informaccedilatildeo diversa sobre o
veiacuteculo nomeadamente o estado das baterias e transferir dados tais como filmes e fazer
configuraccedilotildees ao veiacuteculo
34 - Arquitectura
A figura em baixo ilustra uma possiacutevel arquitectura para o sistema proposto
17
Mini PC
Router UMTS
Switch
Dispositivos moacuteveis do utilizador LCD nos
bancos traseiros
Dispositivos para os
passageiros
LCD na consola
central
Dispositivos para o
condutor
GPS
Internet CAN
CT
Sensores natildeo
incluiacutedos no CAN
CasaEstaccedilatildeo de
carregamento
Ilustraccedilatildeo 31 ndash Arquitectura do sistema a desenvolver
Para este sistema funcionar soacute precisa do mini PC ao qual estaacute ligado um switch (o switch
poderaacute estar incorporado noutro componente como o router ou o AP) O sistema funciona de
forma escalaacutevel podendo funcionar sem qualquer um dos outros componentes
18 - Plano de trabalho
Sistema
principal
Comunicaccedilatildeo
Sensores
Ligaccedilatildeo ao
CAN
WLAN
UMTS
sem fios
com fios
EV
powertrain
CAN
Controlador do motor baterias e ultra-condensador
Infotainment
Servidor Web
Ilustraccedilatildeo 32 ndash Moacutedulos do sistema
O sistema vai ser escalaacutevel permitindo adicionarremoveralterar moacutedulos facilitando
assim a compatibilidade com novas tecnologias
35 - Trabalho futuro
O ldquoanexo 41 - Diagrama de Gantt do projectordquo mostra a planificaccedilatildeo para a dissertaccedilatildeo
Nos dias seguintes agrave entrega deste relatoacuterio vatildeo ser definidos objectivos semanais para a
dissertaccedilatildeo O primeiro moacutedulo a ser desenvolvido seraacute o do Web site atraveacutes do qual seraacute
possiacutevel monitorizar o estado das baterias e fazer algumas configuraccedilotildees ao veiacuteculo
36 - Conclusatildeo
As actuais barreiras agrave adopccedilatildeo de veiacuteculos eleacutectricos satildeo a autonomia a relaccedilatildeo
pesoenergia e o custo das baterias A dissertaccedilatildeo poderaacute abordar o fluxo de energia entre os
componentes do veiacuteculo e a integraccedilatildeo dos componentes eleacutectricoselectroacutenicos existentes
actualmente e os novos necessaacuterios agrave operaccedilatildeo de um EV
A melhor maneira de aumentar a autonomia de um EV eacute usar um motor termodinacircmico a
gerar electricidade quando a energia das baterias acabar esta soluccedilatildeo em comparaccedilatildeo com a
19
adiccedilatildeo de mais baterias eacute mais econoacutemica resulta num menor peso para o veiacuteculo e eacute
possiacutevel abastecer o veiacuteculo como um veiacuteculo com motor a combustatildeo interna
A inclusatildeo de um ultra-condensador permite melhorar a capacidade de absorccedilatildeo de
energia numa travagem aumentar a aceleraccedilatildeo do veiacuteculo e aumentar o tempo de vida das
baterias
Os novos veiacuteculos deveratildeo ter um sistema de comunicaccedilatildeo inVANET para comunicaccedilatildeo
entre eles e com a infra-estrutura para aumentar a seguranccedila e diminuir o congestionamento
das estradas
O uso de uma plataforma de infotainment permite reduzir o hardware presente no veiacuteculo
integrando vaacuterias tecnologias multimeacutedia
Os novos sensores a colocar no veiacuteculo soacute seratildeo sem fio caso natildeo seja possiacutevel liga-los por
fios (eg sensores de pressatildeo nos pneus) devido a possiacuteveis interferecircncias e atrasos na
comunicaccedilatildeo
O sistema CAN pode funcionar em paralelo ao sistema a desenvolver garantindo assim
tempos de resposta garantidamente baixos em aacutereas criacuteticas do sistema
Capiacutetulo 4
Anexos
41 - Diagrama de Gantt do projecto
Referecircncias
1 Situ L Electric Vehicle Development The Past Present amp Future 2001 2 SCHALLENBERG RH Prospects for the Electric Vehicle A Historical Perspective 1980 3 Motor H Honda Introduces the INSIGHT a Hybrid Car that Offers the Worlds Lowest
Fuel Consumption for a Mass-Produced Gasoline-Powered Vehicle 1999 [cited 2010 0802] Available from httpworldhondacomnews19994990906chtml
4 Craveiro C Investimento em paineacuteis solares ascende a 167 milhotildees 2010 [cited 2010 01-02] Available from httpwwwenergiasrenovaveiscomDetalheNoticiasaspID_conteudo=357ampID_area=8
5 Car 2 Car Communication Consortium 2008 [cited 2010 0602] Available from httpwwwcar-to-carorg
6 Gulhane V MR Tarambale and YP Nerkar A Scope for the Research and Development Activities on Electric Vehicle Technology in Pune City in Electric and Hybrid Vehicles 2006 ICEHV 06 IEEE Conference on 2006
7 Affanni A et al Battery Choice and Management for New-Generation Electric Vehicles 2005 8 Motors G Volt 2010 [cited 2010 0302] Available from
httpwwwchevroletcompagesopendefaultfuturevoltdo 9 SCHMIDHOFER A G ZHANG and H WEISS RANGE EXTENDER OPTIMISATION FOR
ELECTRICAL VEHICLES 2004 10 Juan W Dixon MOaEW Regenerative Braking for an Electric Vehicle Using
Ultracapacitors and a Buck-Boost Converter 11 Koyanagi F A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles 1998 12 INTELI Mobilidade Eleacutectrica 2010 [cited 2010 0902] Available from
httpwwwmobi-eptmobilidadehtml 13 Place B Battery switch stations support for long distance road trips 2010 [cited
2010 0902] Available from httpwwwbetterplacecomsolutioncharging 14 Portuguesa GdR Lanccedilada rede nacional de carregamento para Veiacuteculos Eleacutectricos
2009 [cited 2010 0802] Available from httpwwwportugalgovptptGC17GovernoMinisteriosMEIDocumentosPages20090629_MEI_Doc_Mobilidade_Electricaaspx
15 Mobile A autonet mobile 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwautonetmobilecom
24 - Referecircncias
16 Saravanan K AT and KRameshbabu A Middleware Architectural Framework for Vehicular Safety over VANET 2009
17 Ltd B-S LTE Connected Car 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwngconnectorgecosystemconnected-carhtm
18 Ahmed M et al Intra-vehicular Wireless Networks 19 CAR 2 CAR Communication Consortium Manifesto 2007 20 Coopers CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety 2008 [cited 2010 0802] 21 Froumltscher A and M Boumlhm Co-operative Systems for Intelligent Road Safety 2007 22 Chaari L N Masmoudi and L Kamoun Electronic control in electric vehicle based on
CAN network in Systems Man and Cybernetics 2002 IEEE International Conference on 2002
23 Corporation I In-Vehicle Infotainment [cited 2010 03-02] Available from httpwwwintelcomdesignembeddedinfotainmentindexhtm
9
existe uma empresa que disponibiliza no mercado norte-americano um serviccedilo que usa
Internet UMTS para disponibilizar Internet por WLAN dentro e num raio a volta do veiacuteculo
[15]
Frequecircncias usadas na norma 80211
5GHz ndash Em locais que a gama dos 24GHz esteja sobrelotada o protocolo 80211a pode ser
mais raacutepido que os protocolos 80211g e 80211n devido a haver menores interferecircncias No
entanto esta frequecircncia sofre uma maior atenuaccedilatildeo quando existem obstaacuteculos Os veiacuteculos
devem estar preparados para se ligarem nestas duas gamas de frequecircncias para o caso de uma
das gamas estar sobrelotada
24GHz - Nesta gama existem os protocolos 80211b 80211g e 80211n o 80211b eacute o
protocolo com maior alcance mas uma rede a funcionar em 80211g ou 80211n transita
automaticamente para 80211b caso o sinal seja fraco pelo que a rede deve estar
configurada para se ligar por g ou n O 80211n tem a vantagem de usar a tecnologia MIMO
que usa vaacuterias antenas para aumentar a qualidade do sinal sem aumentar nem a potecircncia nem
a largura de banda
58GHz ndash O protocolo 80211p ainda natildeo existe em fase final mas permite aos veiacuteculos
usar uma frequecircncia exclusiva e funcionar numa inVANET que eacute descrita no ponto seguinte
Este protocolo como estaacute vocacionado para veiacuteculos em movimento consegue estabelecer
ligaccedilotildees mais rapidamente e tem um menor tempo de atraso que os protocolos descritos
anteriormente
Tabela 22 ndash Tabela resumo dos vaacuterios protocolos da norma 80211
Norma 80211 Velocidade maacutexima
(Mbps) Existente no mercado Frequecircncias (GHz)
a 54 Sim 5
b 11 Sim 24
g 54 Sim 24
n 600 Sim 24
p Natildeo 58
O protocolo ideal a adoptar nesta fase seria o 80211n uma vez que eacute o mais raacutepido e
suporta tecnologia MIMO (que permite uma maior resistecircncia a interferecircncias) Caso este natildeo
esteja disponiacutevel deve-se usar o 80211g se houver interferecircncia com outras redes vizinhas
deve ser usado o 80211a Quando o protocolo 80211p estiver disponiacutevel este deve ser a
escolha principal jaacute que usa uma frequecircncia exclusiva este protocolo eacute indicado para o uso
em estrada devido aos veiacuteculos estarem em movimento
232 - InVANET
Uma wireless ad hoc network eacute uma rede sem fios descentralizada ou seja natildeo existe um
ou mais APrsquos a que todos os clientes se ligam Estas redes natildeo satildeo tatildeo fiaacuteveis devido agraves
colisotildees no acesso ao meio a situaccedilatildeo piora em situaccedilotildees moacuteveis em que as tabelas de
encaminhamento estatildeo sempre a mudar Para reduzir estes problemas foi criada uma
10 - Estado da arte
Vehicular Ad-Hoc Network (VANET) que eacute uma forma de rede moacutevel ad-hoc vocacionada para
o uso em veiacuteculos
Uma Intelligent vehicular ad hoc network (InVANET) eacute uma implementaccedilatildeo de uma VANET
vocacionada para a seguranccedila nas estradas Para diminuir os acidentes nas estradas esta rede
propotildee a troca de paracircmetros entre veiacuteculos proacuteximos ou entre veiacuteculos e a infra-estrutura
tais como mudanccedila de velocidade mudanccedila de faixa de rodagem e condiccedilotildees da via Outros
cenaacuterios de seguranccedila visados por esta rede satildeo o controlo do congestionamento e informar a
poliacutecia em casos de roubo ou fuga do local do acidente [16]
233 - Banda Larga Moacutevel
Tabela 23 ndash Comparaccedilatildeo de velocidades das vaacuterias tecnologias de Banda Larga Moacutevel
Tecnologia Velocidade maacutexima de download
GPRS (25G) 2368 kbits
UMTS (3G) 384 kbits
HSDPA (35G) 216 Mbits
A velocidade de 216 Mbits do HSPDA refere-se agrave velocidade maacutexima em Portugal o
HSPDA estaacute disponiacutevel na maior parte dos centros urbanos existe cobertura por UMTS em
praticamente todo o territoacuterio nacional Ao sair de uma aacuterea coberta por HSDPA eacute feito
handhover automaticamente para GPRS ou UMTS
Jaacute existem protoacutetipos para a utilizaccedilatildeo da quarta geraccedilatildeo moacutevel em automoacuteveis [17] que
permite aos ocupantes do veiacuteculo uma Internet mais raacutepida e a possibilidade de trabalhar em
nuvem
234 - Bluetoothtrade
O Bluetooth eacute uma tecnologia sem fios usada para ligar telemoacuteveis entre si e ligar
dispositivos a telemoacuteveis e a computadores Em alguns veiacuteculos esta tecnologia jaacute estaacute
implementada permitindo fornecer um serviccedilo de matildeos livres
Esta tecnologia poderaacute ser usada para comunicaccedilatildeo entre o veiacuteculo e a estaccedilatildeo de
carregamento transferir dados de ligar vaacuterios tipos de dispositivos moacuteveis do utilizador
235 - Sensores sem fios
Os sensores sem fios podem permitir diminuir o peso complexidade e custo do sistema de
sensores tambeacutem permitem colocar sensores em locais de difiacutecil acesso por cabo (por
exemplo pressatildeo dos pneus) Esta rede de sensores necessita ter baixa latecircncia e alta
fiabilidade natildeo sendo orientada para elevadas taxas de transmissatildeo de dados nem periacuteodos
de actividade elevados Protocolos possiacuteveis para uma rede de sensores sem fios no veiacuteculo
ZigBeetrade - Eacute um protocolo da camada de rede e aplicaccedilatildeo para criar uma rede infra-
estruturada de sensores sem fios O ZigBee fornece uma simples e confiaacutevel rede sem
fios multi-salto com a capacidade de suportar vaacuterias aplicaccedilotildees em simultacircneo
UWB - Eacute um sistema raacutedio de baixas emissotildees para curto alcance de alta velocidade
RFID ndash Eacute um protocolo sem fios para a identificaccedilatildeo de uma pessoa ou objecto
Existem identificadores passivos que natildeo precisam de bateria e que tem um alcance
de alguns centiacutemetros e activos que necessitam de uma fonte de energia que podem
comunicar ate alguns metros
11
A tabela seguinte [18] faz uma comparaccedilatildeo de possiacuteveis normas de comunicaccedilatildeo para
sensores sem fios
Tabela 24 ndash Comparaccedilatildeo das normas de sensores sem fios
O sistema RFID soacute seraacute uacutetil como identificador do veiacuteculo (eg estaccedilatildeo de abastecimento)
mas caso exista um sistema WLAN este seraacute preferiacutevel para identificar o veiacuteculo O ZigBee e o
UWB satildeo os mais indicados para uma rede de sensores mas devido ao tempo menor de
inicializaccedilatildeo e menor consumo energeacutetico a tecnologia ZigBee seraacute preferiacutevel
24 - Consoacutercios
241 - Car 2 Car
Este consoacutercio [5] tem como objectivo criar uma norma para um sistema de comunicaccedilotildees
cooperativo inter-veiacuteculos e entre veiacuteculos e infra-estrutura a funcionar numa banda de
frequecircncias livres e exclusivas para estas aplicaccedilotildees Este sistema eacute importante para prevenir
os acidentes o congestionamento e comunicar com estaccedilotildees de abastecimento
12 - Estado da arte
Este sistema eacute especialmente uacutetil em situaccedilotildees de baixa visibilidade para os veiacuteculos
prioritaacuterios e para avisar antecipadamente quando um veiacuteculo tem as luzes de emergecircncia
ligadas ou haacute obras No caso de um acidente que bloqueie a estrada o sistema poderaacute avisar
com antecedecircncia suficiente para o GPS calcular uma rota alternativa
Este sistema pode usar trecircs tipos de comunicaccedilatildeo [19]
IEEE 80211p
IEEE 80211abgn
GPRS ou UMTS
242 - Coopers
CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety eacute um consoacutercio que visa fornecer aos
veiacuteculos e condutores informaccedilatildeo em tempo real sobre o estado da via de maneira a
aumentar a seguranccedila na estrada [20] o objectivo do consoacutercio eacute rdquo To define develop and
test new safety related services equipment and applications using two way communication
between road infrastructure and vehicles from a traffic management perspective COOPERS
will build upon existing equipment and infrastructure as far as possible to incorporate bi-
directional infrastructure-vehicle links as an open standardised wireless communication
technology The role of motorway operators in offering and retrieving safety relevant and
traffic management information for specific road segments on European motorways based on
infrastructure and in-vehicle data will be investigatedrdquo [21] O sistema incorpora um
receptor GPS estaacute ligado ao CAN e comunica por WLAN e UMTSGPRS
25 - Sistemas de gestatildeo inovadores para gerir os diversos tipos
de comunicaccedilatildeo
Actualmente haacute um grande nuacutemero de funccedilotildees automoacuteveis controladas por computador O
uso de um cabo dedicado a cada dispositivo com o nuacutemero crescente de sistemas deixa de ser
praacutetico
251 - CAN
Uma soluccedilatildeo eacute o uso de redes LAN que permite a multiplexaccedilatildeo dos dados Com esta
soluccedilatildeo eacute possiacutevel[22] Reduzir o nuacutemero de cabos
Reduzir o custo e o peso
Melhorar a fiabilidade e facilitar a instalaccedilatildeo
Partilhar os dados recolhidos dos sensores por vaacuterios dispositivos
Alterar ou adicionar funccedilotildees por software
Detectar e corrigir erros causados por interferecircncia electromagneacutetica
As mensagens que circulam na rede CAN tecircm um valor numeacuterico que indica a prioridade
da mensagem isto permite tratar informaccedilatildeo criacutetica sem atraso A versatilidade do CAN
permite controlar vaacuterios tipos de dispositivos num veiacuteculo
13
252 - LIN bus
O Local Interconnect Network (LIN) bus eacute uma alternativa mais barata e simples ao CAN Pode
ser usada em subsistemas natildeo criacuteticos que nem precisem de comunicaccedilatildeo em tempo real nem
altas velocidades
253 - Infotainment
Esta plataforma interliga trecircs aacutereas
Entretimento nos bancos traseiros
RaacutedioCD e navegaccedilatildeo
Comunicaccedilatildeo interna e externa
Ilustraccedilatildeo 22 ndash Sistema de In-Vehicle Infotainment da Intel
A plataforma da Intel [23] permite num soacute hardware juntar vaacuterias tecnologias que
normalmente se apresentam separadas num automoacutevel
26 - Conclusatildeo
Actualmente assiste-se a introduccedilatildeo contiacutenua de veiacuteculos totalmente eleacutectricos no
mercado ainda que com autonomias substancialmente inferiores aos veiacuteculos a combustiacuteveis
foacutesseis Os veiacuteculos ldquoeleacutectricosrdquo mais vendidos actualmente satildeo os veiacuteculos hiacutebridos que
podem carregar as baterias com as travagens e usam um motor eleacutectrico como suporte em
momentos concretos (eg a velocidades abaixo dos 50 kmh eou para fornecer potecircncia
extra ao motor de combustatildeo em momentos de forte aceleraccedilatildeo etc - a estrateacutegia varia de
fabricante para fabricante) Os veiacuteculos hiacutebridos satildeo mais econoacutemicos que os veiacuteculos movidos
14 - Estado da arte
somente a motor de combustatildeo e continuam a beneficiar do motor a gasolina para aumentar
a sua autonomia ndash eacute como se procurassem o melhor dos dois mundos Alguns destes veiacuteculos jaacute
podem ser carregados pela rede eleacutectrica que para pequenas distancias se comportam como
veiacuteculos totalmente eleacutectricos
Capiacutetulo 3
Plano de trabalho
31 - Requisitos
Requisitos funcionais
Quando disponiacutevel Internet por WLAN o sistema deve desligar o HSPDAUMTS
Devem aparecer no ecratilde LCD as informaccedilotildees recebidas do exterior sobre
seguranccedila na estrada em que o veiacuteculo se encontre
O veiacuteculo deve enviar informaccedilotildees sobre o estado do piso aos veiacuteculos que se
encontram atraacutes
O sistema deve ter alojado um Web site com informaccedilotildees sobre o estado do
veiacuteculo (nomeadamente do estado das baterias)
Requisitos de performance
Quando for recebida uma mensagem importante do exterior esta deve aparecer
no LCD em menos de 100ms
32 - Cenaacuterios de teste
Tempo desde um acidente agrave frente do veiculo ateacute ser recebida a informaccedilatildeo e
informado o condutor Este teste verifica
Numa rede a ser usada toda a sua capacidade com vaacuterios veiacuteculos medir o tempo
desde que ocorre um acidente ateacute o condutor ser informado Este cenaacuterio serve para avaliar a
qualidade do QoS
Visualizaccedilatildeo sem falhas de um viacutedeo em streaming
Duraccedilatildeo das baterias em vaacuterios cenaacuterios
33 - Ferramentas
Actualmente estatildeo a ser testadas diversas tecnologias para diversos fins havendo a
possibilidade de alteraccedilatildeo ao longo do desenvolvimento do trabalho
O Matlab pode ser usado para simular a duraccedilatildeo das baterias
16 - Plano de trabalho
Linux ndash possiacutevel ambiente de teste (e g no caso de se usar um router) No final do
trabalho poderaacute ser criado um DVD com Linux e o sistema desenvolvido para instalar num mini
PC a colocar no veiacuteculo
VMware ndash possiacutevel software de virtualizaccedilatildeo que permite definir a velocidade do
processador e a quantidade de memoacuteria RAM sendo assim possiacutevel testar o desempenho do
sistema num ambiente com as caracteriacutesticas do mini PC a ser colocado no veiacuteculo
Para a programaccedilatildeo vai ser usado CC++ devido a ser uma linguagem leve caso seja
necessaacuterio programar o router Para o desenvolvimento do sistema a ser instalado no mini PC
vai ser usada a linguagem java usando o SDK eclipse O java apesar de ser um pouco mais
lento que o C++ eacute muito mais adequado para a programaccedilatildeo com sockets e tem um melhor
tratamento de erros
O servidor apache vai ser usado para a criaccedilatildeo de uma paacutegina Web no veiacuteculo a qual soacute
tem acesso quem o utilizador quiser Esta paacutegina disponibiliza informaccedilatildeo diversa sobre o
veiacuteculo nomeadamente o estado das baterias e transferir dados tais como filmes e fazer
configuraccedilotildees ao veiacuteculo
34 - Arquitectura
A figura em baixo ilustra uma possiacutevel arquitectura para o sistema proposto
17
Mini PC
Router UMTS
Switch
Dispositivos moacuteveis do utilizador LCD nos
bancos traseiros
Dispositivos para os
passageiros
LCD na consola
central
Dispositivos para o
condutor
GPS
Internet CAN
CT
Sensores natildeo
incluiacutedos no CAN
CasaEstaccedilatildeo de
carregamento
Ilustraccedilatildeo 31 ndash Arquitectura do sistema a desenvolver
Para este sistema funcionar soacute precisa do mini PC ao qual estaacute ligado um switch (o switch
poderaacute estar incorporado noutro componente como o router ou o AP) O sistema funciona de
forma escalaacutevel podendo funcionar sem qualquer um dos outros componentes
18 - Plano de trabalho
Sistema
principal
Comunicaccedilatildeo
Sensores
Ligaccedilatildeo ao
CAN
WLAN
UMTS
sem fios
com fios
EV
powertrain
CAN
Controlador do motor baterias e ultra-condensador
Infotainment
Servidor Web
Ilustraccedilatildeo 32 ndash Moacutedulos do sistema
O sistema vai ser escalaacutevel permitindo adicionarremoveralterar moacutedulos facilitando
assim a compatibilidade com novas tecnologias
35 - Trabalho futuro
O ldquoanexo 41 - Diagrama de Gantt do projectordquo mostra a planificaccedilatildeo para a dissertaccedilatildeo
Nos dias seguintes agrave entrega deste relatoacuterio vatildeo ser definidos objectivos semanais para a
dissertaccedilatildeo O primeiro moacutedulo a ser desenvolvido seraacute o do Web site atraveacutes do qual seraacute
possiacutevel monitorizar o estado das baterias e fazer algumas configuraccedilotildees ao veiacuteculo
36 - Conclusatildeo
As actuais barreiras agrave adopccedilatildeo de veiacuteculos eleacutectricos satildeo a autonomia a relaccedilatildeo
pesoenergia e o custo das baterias A dissertaccedilatildeo poderaacute abordar o fluxo de energia entre os
componentes do veiacuteculo e a integraccedilatildeo dos componentes eleacutectricoselectroacutenicos existentes
actualmente e os novos necessaacuterios agrave operaccedilatildeo de um EV
A melhor maneira de aumentar a autonomia de um EV eacute usar um motor termodinacircmico a
gerar electricidade quando a energia das baterias acabar esta soluccedilatildeo em comparaccedilatildeo com a
19
adiccedilatildeo de mais baterias eacute mais econoacutemica resulta num menor peso para o veiacuteculo e eacute
possiacutevel abastecer o veiacuteculo como um veiacuteculo com motor a combustatildeo interna
A inclusatildeo de um ultra-condensador permite melhorar a capacidade de absorccedilatildeo de
energia numa travagem aumentar a aceleraccedilatildeo do veiacuteculo e aumentar o tempo de vida das
baterias
Os novos veiacuteculos deveratildeo ter um sistema de comunicaccedilatildeo inVANET para comunicaccedilatildeo
entre eles e com a infra-estrutura para aumentar a seguranccedila e diminuir o congestionamento
das estradas
O uso de uma plataforma de infotainment permite reduzir o hardware presente no veiacuteculo
integrando vaacuterias tecnologias multimeacutedia
Os novos sensores a colocar no veiacuteculo soacute seratildeo sem fio caso natildeo seja possiacutevel liga-los por
fios (eg sensores de pressatildeo nos pneus) devido a possiacuteveis interferecircncias e atrasos na
comunicaccedilatildeo
O sistema CAN pode funcionar em paralelo ao sistema a desenvolver garantindo assim
tempos de resposta garantidamente baixos em aacutereas criacuteticas do sistema
Capiacutetulo 4
Anexos
41 - Diagrama de Gantt do projecto
Referecircncias
1 Situ L Electric Vehicle Development The Past Present amp Future 2001 2 SCHALLENBERG RH Prospects for the Electric Vehicle A Historical Perspective 1980 3 Motor H Honda Introduces the INSIGHT a Hybrid Car that Offers the Worlds Lowest
Fuel Consumption for a Mass-Produced Gasoline-Powered Vehicle 1999 [cited 2010 0802] Available from httpworldhondacomnews19994990906chtml
4 Craveiro C Investimento em paineacuteis solares ascende a 167 milhotildees 2010 [cited 2010 01-02] Available from httpwwwenergiasrenovaveiscomDetalheNoticiasaspID_conteudo=357ampID_area=8
5 Car 2 Car Communication Consortium 2008 [cited 2010 0602] Available from httpwwwcar-to-carorg
6 Gulhane V MR Tarambale and YP Nerkar A Scope for the Research and Development Activities on Electric Vehicle Technology in Pune City in Electric and Hybrid Vehicles 2006 ICEHV 06 IEEE Conference on 2006
7 Affanni A et al Battery Choice and Management for New-Generation Electric Vehicles 2005 8 Motors G Volt 2010 [cited 2010 0302] Available from
httpwwwchevroletcompagesopendefaultfuturevoltdo 9 SCHMIDHOFER A G ZHANG and H WEISS RANGE EXTENDER OPTIMISATION FOR
ELECTRICAL VEHICLES 2004 10 Juan W Dixon MOaEW Regenerative Braking for an Electric Vehicle Using
Ultracapacitors and a Buck-Boost Converter 11 Koyanagi F A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles 1998 12 INTELI Mobilidade Eleacutectrica 2010 [cited 2010 0902] Available from
httpwwwmobi-eptmobilidadehtml 13 Place B Battery switch stations support for long distance road trips 2010 [cited
2010 0902] Available from httpwwwbetterplacecomsolutioncharging 14 Portuguesa GdR Lanccedilada rede nacional de carregamento para Veiacuteculos Eleacutectricos
2009 [cited 2010 0802] Available from httpwwwportugalgovptptGC17GovernoMinisteriosMEIDocumentosPages20090629_MEI_Doc_Mobilidade_Electricaaspx
15 Mobile A autonet mobile 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwautonetmobilecom
24 - Referecircncias
16 Saravanan K AT and KRameshbabu A Middleware Architectural Framework for Vehicular Safety over VANET 2009
17 Ltd B-S LTE Connected Car 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwngconnectorgecosystemconnected-carhtm
18 Ahmed M et al Intra-vehicular Wireless Networks 19 CAR 2 CAR Communication Consortium Manifesto 2007 20 Coopers CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety 2008 [cited 2010 0802] 21 Froumltscher A and M Boumlhm Co-operative Systems for Intelligent Road Safety 2007 22 Chaari L N Masmoudi and L Kamoun Electronic control in electric vehicle based on
CAN network in Systems Man and Cybernetics 2002 IEEE International Conference on 2002
23 Corporation I In-Vehicle Infotainment [cited 2010 03-02] Available from httpwwwintelcomdesignembeddedinfotainmentindexhtm
10 - Estado da arte
Vehicular Ad-Hoc Network (VANET) que eacute uma forma de rede moacutevel ad-hoc vocacionada para
o uso em veiacuteculos
Uma Intelligent vehicular ad hoc network (InVANET) eacute uma implementaccedilatildeo de uma VANET
vocacionada para a seguranccedila nas estradas Para diminuir os acidentes nas estradas esta rede
propotildee a troca de paracircmetros entre veiacuteculos proacuteximos ou entre veiacuteculos e a infra-estrutura
tais como mudanccedila de velocidade mudanccedila de faixa de rodagem e condiccedilotildees da via Outros
cenaacuterios de seguranccedila visados por esta rede satildeo o controlo do congestionamento e informar a
poliacutecia em casos de roubo ou fuga do local do acidente [16]
233 - Banda Larga Moacutevel
Tabela 23 ndash Comparaccedilatildeo de velocidades das vaacuterias tecnologias de Banda Larga Moacutevel
Tecnologia Velocidade maacutexima de download
GPRS (25G) 2368 kbits
UMTS (3G) 384 kbits
HSDPA (35G) 216 Mbits
A velocidade de 216 Mbits do HSPDA refere-se agrave velocidade maacutexima em Portugal o
HSPDA estaacute disponiacutevel na maior parte dos centros urbanos existe cobertura por UMTS em
praticamente todo o territoacuterio nacional Ao sair de uma aacuterea coberta por HSDPA eacute feito
handhover automaticamente para GPRS ou UMTS
Jaacute existem protoacutetipos para a utilizaccedilatildeo da quarta geraccedilatildeo moacutevel em automoacuteveis [17] que
permite aos ocupantes do veiacuteculo uma Internet mais raacutepida e a possibilidade de trabalhar em
nuvem
234 - Bluetoothtrade
O Bluetooth eacute uma tecnologia sem fios usada para ligar telemoacuteveis entre si e ligar
dispositivos a telemoacuteveis e a computadores Em alguns veiacuteculos esta tecnologia jaacute estaacute
implementada permitindo fornecer um serviccedilo de matildeos livres
Esta tecnologia poderaacute ser usada para comunicaccedilatildeo entre o veiacuteculo e a estaccedilatildeo de
carregamento transferir dados de ligar vaacuterios tipos de dispositivos moacuteveis do utilizador
235 - Sensores sem fios
Os sensores sem fios podem permitir diminuir o peso complexidade e custo do sistema de
sensores tambeacutem permitem colocar sensores em locais de difiacutecil acesso por cabo (por
exemplo pressatildeo dos pneus) Esta rede de sensores necessita ter baixa latecircncia e alta
fiabilidade natildeo sendo orientada para elevadas taxas de transmissatildeo de dados nem periacuteodos
de actividade elevados Protocolos possiacuteveis para uma rede de sensores sem fios no veiacuteculo
ZigBeetrade - Eacute um protocolo da camada de rede e aplicaccedilatildeo para criar uma rede infra-
estruturada de sensores sem fios O ZigBee fornece uma simples e confiaacutevel rede sem
fios multi-salto com a capacidade de suportar vaacuterias aplicaccedilotildees em simultacircneo
UWB - Eacute um sistema raacutedio de baixas emissotildees para curto alcance de alta velocidade
RFID ndash Eacute um protocolo sem fios para a identificaccedilatildeo de uma pessoa ou objecto
Existem identificadores passivos que natildeo precisam de bateria e que tem um alcance
de alguns centiacutemetros e activos que necessitam de uma fonte de energia que podem
comunicar ate alguns metros
11
A tabela seguinte [18] faz uma comparaccedilatildeo de possiacuteveis normas de comunicaccedilatildeo para
sensores sem fios
Tabela 24 ndash Comparaccedilatildeo das normas de sensores sem fios
O sistema RFID soacute seraacute uacutetil como identificador do veiacuteculo (eg estaccedilatildeo de abastecimento)
mas caso exista um sistema WLAN este seraacute preferiacutevel para identificar o veiacuteculo O ZigBee e o
UWB satildeo os mais indicados para uma rede de sensores mas devido ao tempo menor de
inicializaccedilatildeo e menor consumo energeacutetico a tecnologia ZigBee seraacute preferiacutevel
24 - Consoacutercios
241 - Car 2 Car
Este consoacutercio [5] tem como objectivo criar uma norma para um sistema de comunicaccedilotildees
cooperativo inter-veiacuteculos e entre veiacuteculos e infra-estrutura a funcionar numa banda de
frequecircncias livres e exclusivas para estas aplicaccedilotildees Este sistema eacute importante para prevenir
os acidentes o congestionamento e comunicar com estaccedilotildees de abastecimento
12 - Estado da arte
Este sistema eacute especialmente uacutetil em situaccedilotildees de baixa visibilidade para os veiacuteculos
prioritaacuterios e para avisar antecipadamente quando um veiacuteculo tem as luzes de emergecircncia
ligadas ou haacute obras No caso de um acidente que bloqueie a estrada o sistema poderaacute avisar
com antecedecircncia suficiente para o GPS calcular uma rota alternativa
Este sistema pode usar trecircs tipos de comunicaccedilatildeo [19]
IEEE 80211p
IEEE 80211abgn
GPRS ou UMTS
242 - Coopers
CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety eacute um consoacutercio que visa fornecer aos
veiacuteculos e condutores informaccedilatildeo em tempo real sobre o estado da via de maneira a
aumentar a seguranccedila na estrada [20] o objectivo do consoacutercio eacute rdquo To define develop and
test new safety related services equipment and applications using two way communication
between road infrastructure and vehicles from a traffic management perspective COOPERS
will build upon existing equipment and infrastructure as far as possible to incorporate bi-
directional infrastructure-vehicle links as an open standardised wireless communication
technology The role of motorway operators in offering and retrieving safety relevant and
traffic management information for specific road segments on European motorways based on
infrastructure and in-vehicle data will be investigatedrdquo [21] O sistema incorpora um
receptor GPS estaacute ligado ao CAN e comunica por WLAN e UMTSGPRS
25 - Sistemas de gestatildeo inovadores para gerir os diversos tipos
de comunicaccedilatildeo
Actualmente haacute um grande nuacutemero de funccedilotildees automoacuteveis controladas por computador O
uso de um cabo dedicado a cada dispositivo com o nuacutemero crescente de sistemas deixa de ser
praacutetico
251 - CAN
Uma soluccedilatildeo eacute o uso de redes LAN que permite a multiplexaccedilatildeo dos dados Com esta
soluccedilatildeo eacute possiacutevel[22] Reduzir o nuacutemero de cabos
Reduzir o custo e o peso
Melhorar a fiabilidade e facilitar a instalaccedilatildeo
Partilhar os dados recolhidos dos sensores por vaacuterios dispositivos
Alterar ou adicionar funccedilotildees por software
Detectar e corrigir erros causados por interferecircncia electromagneacutetica
As mensagens que circulam na rede CAN tecircm um valor numeacuterico que indica a prioridade
da mensagem isto permite tratar informaccedilatildeo criacutetica sem atraso A versatilidade do CAN
permite controlar vaacuterios tipos de dispositivos num veiacuteculo
13
252 - LIN bus
O Local Interconnect Network (LIN) bus eacute uma alternativa mais barata e simples ao CAN Pode
ser usada em subsistemas natildeo criacuteticos que nem precisem de comunicaccedilatildeo em tempo real nem
altas velocidades
253 - Infotainment
Esta plataforma interliga trecircs aacutereas
Entretimento nos bancos traseiros
RaacutedioCD e navegaccedilatildeo
Comunicaccedilatildeo interna e externa
Ilustraccedilatildeo 22 ndash Sistema de In-Vehicle Infotainment da Intel
A plataforma da Intel [23] permite num soacute hardware juntar vaacuterias tecnologias que
normalmente se apresentam separadas num automoacutevel
26 - Conclusatildeo
Actualmente assiste-se a introduccedilatildeo contiacutenua de veiacuteculos totalmente eleacutectricos no
mercado ainda que com autonomias substancialmente inferiores aos veiacuteculos a combustiacuteveis
foacutesseis Os veiacuteculos ldquoeleacutectricosrdquo mais vendidos actualmente satildeo os veiacuteculos hiacutebridos que
podem carregar as baterias com as travagens e usam um motor eleacutectrico como suporte em
momentos concretos (eg a velocidades abaixo dos 50 kmh eou para fornecer potecircncia
extra ao motor de combustatildeo em momentos de forte aceleraccedilatildeo etc - a estrateacutegia varia de
fabricante para fabricante) Os veiacuteculos hiacutebridos satildeo mais econoacutemicos que os veiacuteculos movidos
14 - Estado da arte
somente a motor de combustatildeo e continuam a beneficiar do motor a gasolina para aumentar
a sua autonomia ndash eacute como se procurassem o melhor dos dois mundos Alguns destes veiacuteculos jaacute
podem ser carregados pela rede eleacutectrica que para pequenas distancias se comportam como
veiacuteculos totalmente eleacutectricos
Capiacutetulo 3
Plano de trabalho
31 - Requisitos
Requisitos funcionais
Quando disponiacutevel Internet por WLAN o sistema deve desligar o HSPDAUMTS
Devem aparecer no ecratilde LCD as informaccedilotildees recebidas do exterior sobre
seguranccedila na estrada em que o veiacuteculo se encontre
O veiacuteculo deve enviar informaccedilotildees sobre o estado do piso aos veiacuteculos que se
encontram atraacutes
O sistema deve ter alojado um Web site com informaccedilotildees sobre o estado do
veiacuteculo (nomeadamente do estado das baterias)
Requisitos de performance
Quando for recebida uma mensagem importante do exterior esta deve aparecer
no LCD em menos de 100ms
32 - Cenaacuterios de teste
Tempo desde um acidente agrave frente do veiculo ateacute ser recebida a informaccedilatildeo e
informado o condutor Este teste verifica
Numa rede a ser usada toda a sua capacidade com vaacuterios veiacuteculos medir o tempo
desde que ocorre um acidente ateacute o condutor ser informado Este cenaacuterio serve para avaliar a
qualidade do QoS
Visualizaccedilatildeo sem falhas de um viacutedeo em streaming
Duraccedilatildeo das baterias em vaacuterios cenaacuterios
33 - Ferramentas
Actualmente estatildeo a ser testadas diversas tecnologias para diversos fins havendo a
possibilidade de alteraccedilatildeo ao longo do desenvolvimento do trabalho
O Matlab pode ser usado para simular a duraccedilatildeo das baterias
16 - Plano de trabalho
Linux ndash possiacutevel ambiente de teste (e g no caso de se usar um router) No final do
trabalho poderaacute ser criado um DVD com Linux e o sistema desenvolvido para instalar num mini
PC a colocar no veiacuteculo
VMware ndash possiacutevel software de virtualizaccedilatildeo que permite definir a velocidade do
processador e a quantidade de memoacuteria RAM sendo assim possiacutevel testar o desempenho do
sistema num ambiente com as caracteriacutesticas do mini PC a ser colocado no veiacuteculo
Para a programaccedilatildeo vai ser usado CC++ devido a ser uma linguagem leve caso seja
necessaacuterio programar o router Para o desenvolvimento do sistema a ser instalado no mini PC
vai ser usada a linguagem java usando o SDK eclipse O java apesar de ser um pouco mais
lento que o C++ eacute muito mais adequado para a programaccedilatildeo com sockets e tem um melhor
tratamento de erros
O servidor apache vai ser usado para a criaccedilatildeo de uma paacutegina Web no veiacuteculo a qual soacute
tem acesso quem o utilizador quiser Esta paacutegina disponibiliza informaccedilatildeo diversa sobre o
veiacuteculo nomeadamente o estado das baterias e transferir dados tais como filmes e fazer
configuraccedilotildees ao veiacuteculo
34 - Arquitectura
A figura em baixo ilustra uma possiacutevel arquitectura para o sistema proposto
17
Mini PC
Router UMTS
Switch
Dispositivos moacuteveis do utilizador LCD nos
bancos traseiros
Dispositivos para os
passageiros
LCD na consola
central
Dispositivos para o
condutor
GPS
Internet CAN
CT
Sensores natildeo
incluiacutedos no CAN
CasaEstaccedilatildeo de
carregamento
Ilustraccedilatildeo 31 ndash Arquitectura do sistema a desenvolver
Para este sistema funcionar soacute precisa do mini PC ao qual estaacute ligado um switch (o switch
poderaacute estar incorporado noutro componente como o router ou o AP) O sistema funciona de
forma escalaacutevel podendo funcionar sem qualquer um dos outros componentes
18 - Plano de trabalho
Sistema
principal
Comunicaccedilatildeo
Sensores
Ligaccedilatildeo ao
CAN
WLAN
UMTS
sem fios
com fios
EV
powertrain
CAN
Controlador do motor baterias e ultra-condensador
Infotainment
Servidor Web
Ilustraccedilatildeo 32 ndash Moacutedulos do sistema
O sistema vai ser escalaacutevel permitindo adicionarremoveralterar moacutedulos facilitando
assim a compatibilidade com novas tecnologias
35 - Trabalho futuro
O ldquoanexo 41 - Diagrama de Gantt do projectordquo mostra a planificaccedilatildeo para a dissertaccedilatildeo
Nos dias seguintes agrave entrega deste relatoacuterio vatildeo ser definidos objectivos semanais para a
dissertaccedilatildeo O primeiro moacutedulo a ser desenvolvido seraacute o do Web site atraveacutes do qual seraacute
possiacutevel monitorizar o estado das baterias e fazer algumas configuraccedilotildees ao veiacuteculo
36 - Conclusatildeo
As actuais barreiras agrave adopccedilatildeo de veiacuteculos eleacutectricos satildeo a autonomia a relaccedilatildeo
pesoenergia e o custo das baterias A dissertaccedilatildeo poderaacute abordar o fluxo de energia entre os
componentes do veiacuteculo e a integraccedilatildeo dos componentes eleacutectricoselectroacutenicos existentes
actualmente e os novos necessaacuterios agrave operaccedilatildeo de um EV
A melhor maneira de aumentar a autonomia de um EV eacute usar um motor termodinacircmico a
gerar electricidade quando a energia das baterias acabar esta soluccedilatildeo em comparaccedilatildeo com a
19
adiccedilatildeo de mais baterias eacute mais econoacutemica resulta num menor peso para o veiacuteculo e eacute
possiacutevel abastecer o veiacuteculo como um veiacuteculo com motor a combustatildeo interna
A inclusatildeo de um ultra-condensador permite melhorar a capacidade de absorccedilatildeo de
energia numa travagem aumentar a aceleraccedilatildeo do veiacuteculo e aumentar o tempo de vida das
baterias
Os novos veiacuteculos deveratildeo ter um sistema de comunicaccedilatildeo inVANET para comunicaccedilatildeo
entre eles e com a infra-estrutura para aumentar a seguranccedila e diminuir o congestionamento
das estradas
O uso de uma plataforma de infotainment permite reduzir o hardware presente no veiacuteculo
integrando vaacuterias tecnologias multimeacutedia
Os novos sensores a colocar no veiacuteculo soacute seratildeo sem fio caso natildeo seja possiacutevel liga-los por
fios (eg sensores de pressatildeo nos pneus) devido a possiacuteveis interferecircncias e atrasos na
comunicaccedilatildeo
O sistema CAN pode funcionar em paralelo ao sistema a desenvolver garantindo assim
tempos de resposta garantidamente baixos em aacutereas criacuteticas do sistema
Capiacutetulo 4
Anexos
41 - Diagrama de Gantt do projecto
Referecircncias
1 Situ L Electric Vehicle Development The Past Present amp Future 2001 2 SCHALLENBERG RH Prospects for the Electric Vehicle A Historical Perspective 1980 3 Motor H Honda Introduces the INSIGHT a Hybrid Car that Offers the Worlds Lowest
Fuel Consumption for a Mass-Produced Gasoline-Powered Vehicle 1999 [cited 2010 0802] Available from httpworldhondacomnews19994990906chtml
4 Craveiro C Investimento em paineacuteis solares ascende a 167 milhotildees 2010 [cited 2010 01-02] Available from httpwwwenergiasrenovaveiscomDetalheNoticiasaspID_conteudo=357ampID_area=8
5 Car 2 Car Communication Consortium 2008 [cited 2010 0602] Available from httpwwwcar-to-carorg
6 Gulhane V MR Tarambale and YP Nerkar A Scope for the Research and Development Activities on Electric Vehicle Technology in Pune City in Electric and Hybrid Vehicles 2006 ICEHV 06 IEEE Conference on 2006
7 Affanni A et al Battery Choice and Management for New-Generation Electric Vehicles 2005 8 Motors G Volt 2010 [cited 2010 0302] Available from
httpwwwchevroletcompagesopendefaultfuturevoltdo 9 SCHMIDHOFER A G ZHANG and H WEISS RANGE EXTENDER OPTIMISATION FOR
ELECTRICAL VEHICLES 2004 10 Juan W Dixon MOaEW Regenerative Braking for an Electric Vehicle Using
Ultracapacitors and a Buck-Boost Converter 11 Koyanagi F A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles 1998 12 INTELI Mobilidade Eleacutectrica 2010 [cited 2010 0902] Available from
httpwwwmobi-eptmobilidadehtml 13 Place B Battery switch stations support for long distance road trips 2010 [cited
2010 0902] Available from httpwwwbetterplacecomsolutioncharging 14 Portuguesa GdR Lanccedilada rede nacional de carregamento para Veiacuteculos Eleacutectricos
2009 [cited 2010 0802] Available from httpwwwportugalgovptptGC17GovernoMinisteriosMEIDocumentosPages20090629_MEI_Doc_Mobilidade_Electricaaspx
15 Mobile A autonet mobile 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwautonetmobilecom
24 - Referecircncias
16 Saravanan K AT and KRameshbabu A Middleware Architectural Framework for Vehicular Safety over VANET 2009
17 Ltd B-S LTE Connected Car 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwngconnectorgecosystemconnected-carhtm
18 Ahmed M et al Intra-vehicular Wireless Networks 19 CAR 2 CAR Communication Consortium Manifesto 2007 20 Coopers CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety 2008 [cited 2010 0802] 21 Froumltscher A and M Boumlhm Co-operative Systems for Intelligent Road Safety 2007 22 Chaari L N Masmoudi and L Kamoun Electronic control in electric vehicle based on
CAN network in Systems Man and Cybernetics 2002 IEEE International Conference on 2002
23 Corporation I In-Vehicle Infotainment [cited 2010 03-02] Available from httpwwwintelcomdesignembeddedinfotainmentindexhtm
11
A tabela seguinte [18] faz uma comparaccedilatildeo de possiacuteveis normas de comunicaccedilatildeo para
sensores sem fios
Tabela 24 ndash Comparaccedilatildeo das normas de sensores sem fios
O sistema RFID soacute seraacute uacutetil como identificador do veiacuteculo (eg estaccedilatildeo de abastecimento)
mas caso exista um sistema WLAN este seraacute preferiacutevel para identificar o veiacuteculo O ZigBee e o
UWB satildeo os mais indicados para uma rede de sensores mas devido ao tempo menor de
inicializaccedilatildeo e menor consumo energeacutetico a tecnologia ZigBee seraacute preferiacutevel
24 - Consoacutercios
241 - Car 2 Car
Este consoacutercio [5] tem como objectivo criar uma norma para um sistema de comunicaccedilotildees
cooperativo inter-veiacuteculos e entre veiacuteculos e infra-estrutura a funcionar numa banda de
frequecircncias livres e exclusivas para estas aplicaccedilotildees Este sistema eacute importante para prevenir
os acidentes o congestionamento e comunicar com estaccedilotildees de abastecimento
12 - Estado da arte
Este sistema eacute especialmente uacutetil em situaccedilotildees de baixa visibilidade para os veiacuteculos
prioritaacuterios e para avisar antecipadamente quando um veiacuteculo tem as luzes de emergecircncia
ligadas ou haacute obras No caso de um acidente que bloqueie a estrada o sistema poderaacute avisar
com antecedecircncia suficiente para o GPS calcular uma rota alternativa
Este sistema pode usar trecircs tipos de comunicaccedilatildeo [19]
IEEE 80211p
IEEE 80211abgn
GPRS ou UMTS
242 - Coopers
CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety eacute um consoacutercio que visa fornecer aos
veiacuteculos e condutores informaccedilatildeo em tempo real sobre o estado da via de maneira a
aumentar a seguranccedila na estrada [20] o objectivo do consoacutercio eacute rdquo To define develop and
test new safety related services equipment and applications using two way communication
between road infrastructure and vehicles from a traffic management perspective COOPERS
will build upon existing equipment and infrastructure as far as possible to incorporate bi-
directional infrastructure-vehicle links as an open standardised wireless communication
technology The role of motorway operators in offering and retrieving safety relevant and
traffic management information for specific road segments on European motorways based on
infrastructure and in-vehicle data will be investigatedrdquo [21] O sistema incorpora um
receptor GPS estaacute ligado ao CAN e comunica por WLAN e UMTSGPRS
25 - Sistemas de gestatildeo inovadores para gerir os diversos tipos
de comunicaccedilatildeo
Actualmente haacute um grande nuacutemero de funccedilotildees automoacuteveis controladas por computador O
uso de um cabo dedicado a cada dispositivo com o nuacutemero crescente de sistemas deixa de ser
praacutetico
251 - CAN
Uma soluccedilatildeo eacute o uso de redes LAN que permite a multiplexaccedilatildeo dos dados Com esta
soluccedilatildeo eacute possiacutevel[22] Reduzir o nuacutemero de cabos
Reduzir o custo e o peso
Melhorar a fiabilidade e facilitar a instalaccedilatildeo
Partilhar os dados recolhidos dos sensores por vaacuterios dispositivos
Alterar ou adicionar funccedilotildees por software
Detectar e corrigir erros causados por interferecircncia electromagneacutetica
As mensagens que circulam na rede CAN tecircm um valor numeacuterico que indica a prioridade
da mensagem isto permite tratar informaccedilatildeo criacutetica sem atraso A versatilidade do CAN
permite controlar vaacuterios tipos de dispositivos num veiacuteculo
13
252 - LIN bus
O Local Interconnect Network (LIN) bus eacute uma alternativa mais barata e simples ao CAN Pode
ser usada em subsistemas natildeo criacuteticos que nem precisem de comunicaccedilatildeo em tempo real nem
altas velocidades
253 - Infotainment
Esta plataforma interliga trecircs aacutereas
Entretimento nos bancos traseiros
RaacutedioCD e navegaccedilatildeo
Comunicaccedilatildeo interna e externa
Ilustraccedilatildeo 22 ndash Sistema de In-Vehicle Infotainment da Intel
A plataforma da Intel [23] permite num soacute hardware juntar vaacuterias tecnologias que
normalmente se apresentam separadas num automoacutevel
26 - Conclusatildeo
Actualmente assiste-se a introduccedilatildeo contiacutenua de veiacuteculos totalmente eleacutectricos no
mercado ainda que com autonomias substancialmente inferiores aos veiacuteculos a combustiacuteveis
foacutesseis Os veiacuteculos ldquoeleacutectricosrdquo mais vendidos actualmente satildeo os veiacuteculos hiacutebridos que
podem carregar as baterias com as travagens e usam um motor eleacutectrico como suporte em
momentos concretos (eg a velocidades abaixo dos 50 kmh eou para fornecer potecircncia
extra ao motor de combustatildeo em momentos de forte aceleraccedilatildeo etc - a estrateacutegia varia de
fabricante para fabricante) Os veiacuteculos hiacutebridos satildeo mais econoacutemicos que os veiacuteculos movidos
14 - Estado da arte
somente a motor de combustatildeo e continuam a beneficiar do motor a gasolina para aumentar
a sua autonomia ndash eacute como se procurassem o melhor dos dois mundos Alguns destes veiacuteculos jaacute
podem ser carregados pela rede eleacutectrica que para pequenas distancias se comportam como
veiacuteculos totalmente eleacutectricos
Capiacutetulo 3
Plano de trabalho
31 - Requisitos
Requisitos funcionais
Quando disponiacutevel Internet por WLAN o sistema deve desligar o HSPDAUMTS
Devem aparecer no ecratilde LCD as informaccedilotildees recebidas do exterior sobre
seguranccedila na estrada em que o veiacuteculo se encontre
O veiacuteculo deve enviar informaccedilotildees sobre o estado do piso aos veiacuteculos que se
encontram atraacutes
O sistema deve ter alojado um Web site com informaccedilotildees sobre o estado do
veiacuteculo (nomeadamente do estado das baterias)
Requisitos de performance
Quando for recebida uma mensagem importante do exterior esta deve aparecer
no LCD em menos de 100ms
32 - Cenaacuterios de teste
Tempo desde um acidente agrave frente do veiculo ateacute ser recebida a informaccedilatildeo e
informado o condutor Este teste verifica
Numa rede a ser usada toda a sua capacidade com vaacuterios veiacuteculos medir o tempo
desde que ocorre um acidente ateacute o condutor ser informado Este cenaacuterio serve para avaliar a
qualidade do QoS
Visualizaccedilatildeo sem falhas de um viacutedeo em streaming
Duraccedilatildeo das baterias em vaacuterios cenaacuterios
33 - Ferramentas
Actualmente estatildeo a ser testadas diversas tecnologias para diversos fins havendo a
possibilidade de alteraccedilatildeo ao longo do desenvolvimento do trabalho
O Matlab pode ser usado para simular a duraccedilatildeo das baterias
16 - Plano de trabalho
Linux ndash possiacutevel ambiente de teste (e g no caso de se usar um router) No final do
trabalho poderaacute ser criado um DVD com Linux e o sistema desenvolvido para instalar num mini
PC a colocar no veiacuteculo
VMware ndash possiacutevel software de virtualizaccedilatildeo que permite definir a velocidade do
processador e a quantidade de memoacuteria RAM sendo assim possiacutevel testar o desempenho do
sistema num ambiente com as caracteriacutesticas do mini PC a ser colocado no veiacuteculo
Para a programaccedilatildeo vai ser usado CC++ devido a ser uma linguagem leve caso seja
necessaacuterio programar o router Para o desenvolvimento do sistema a ser instalado no mini PC
vai ser usada a linguagem java usando o SDK eclipse O java apesar de ser um pouco mais
lento que o C++ eacute muito mais adequado para a programaccedilatildeo com sockets e tem um melhor
tratamento de erros
O servidor apache vai ser usado para a criaccedilatildeo de uma paacutegina Web no veiacuteculo a qual soacute
tem acesso quem o utilizador quiser Esta paacutegina disponibiliza informaccedilatildeo diversa sobre o
veiacuteculo nomeadamente o estado das baterias e transferir dados tais como filmes e fazer
configuraccedilotildees ao veiacuteculo
34 - Arquitectura
A figura em baixo ilustra uma possiacutevel arquitectura para o sistema proposto
17
Mini PC
Router UMTS
Switch
Dispositivos moacuteveis do utilizador LCD nos
bancos traseiros
Dispositivos para os
passageiros
LCD na consola
central
Dispositivos para o
condutor
GPS
Internet CAN
CT
Sensores natildeo
incluiacutedos no CAN
CasaEstaccedilatildeo de
carregamento
Ilustraccedilatildeo 31 ndash Arquitectura do sistema a desenvolver
Para este sistema funcionar soacute precisa do mini PC ao qual estaacute ligado um switch (o switch
poderaacute estar incorporado noutro componente como o router ou o AP) O sistema funciona de
forma escalaacutevel podendo funcionar sem qualquer um dos outros componentes
18 - Plano de trabalho
Sistema
principal
Comunicaccedilatildeo
Sensores
Ligaccedilatildeo ao
CAN
WLAN
UMTS
sem fios
com fios
EV
powertrain
CAN
Controlador do motor baterias e ultra-condensador
Infotainment
Servidor Web
Ilustraccedilatildeo 32 ndash Moacutedulos do sistema
O sistema vai ser escalaacutevel permitindo adicionarremoveralterar moacutedulos facilitando
assim a compatibilidade com novas tecnologias
35 - Trabalho futuro
O ldquoanexo 41 - Diagrama de Gantt do projectordquo mostra a planificaccedilatildeo para a dissertaccedilatildeo
Nos dias seguintes agrave entrega deste relatoacuterio vatildeo ser definidos objectivos semanais para a
dissertaccedilatildeo O primeiro moacutedulo a ser desenvolvido seraacute o do Web site atraveacutes do qual seraacute
possiacutevel monitorizar o estado das baterias e fazer algumas configuraccedilotildees ao veiacuteculo
36 - Conclusatildeo
As actuais barreiras agrave adopccedilatildeo de veiacuteculos eleacutectricos satildeo a autonomia a relaccedilatildeo
pesoenergia e o custo das baterias A dissertaccedilatildeo poderaacute abordar o fluxo de energia entre os
componentes do veiacuteculo e a integraccedilatildeo dos componentes eleacutectricoselectroacutenicos existentes
actualmente e os novos necessaacuterios agrave operaccedilatildeo de um EV
A melhor maneira de aumentar a autonomia de um EV eacute usar um motor termodinacircmico a
gerar electricidade quando a energia das baterias acabar esta soluccedilatildeo em comparaccedilatildeo com a
19
adiccedilatildeo de mais baterias eacute mais econoacutemica resulta num menor peso para o veiacuteculo e eacute
possiacutevel abastecer o veiacuteculo como um veiacuteculo com motor a combustatildeo interna
A inclusatildeo de um ultra-condensador permite melhorar a capacidade de absorccedilatildeo de
energia numa travagem aumentar a aceleraccedilatildeo do veiacuteculo e aumentar o tempo de vida das
baterias
Os novos veiacuteculos deveratildeo ter um sistema de comunicaccedilatildeo inVANET para comunicaccedilatildeo
entre eles e com a infra-estrutura para aumentar a seguranccedila e diminuir o congestionamento
das estradas
O uso de uma plataforma de infotainment permite reduzir o hardware presente no veiacuteculo
integrando vaacuterias tecnologias multimeacutedia
Os novos sensores a colocar no veiacuteculo soacute seratildeo sem fio caso natildeo seja possiacutevel liga-los por
fios (eg sensores de pressatildeo nos pneus) devido a possiacuteveis interferecircncias e atrasos na
comunicaccedilatildeo
O sistema CAN pode funcionar em paralelo ao sistema a desenvolver garantindo assim
tempos de resposta garantidamente baixos em aacutereas criacuteticas do sistema
Capiacutetulo 4
Anexos
41 - Diagrama de Gantt do projecto
Referecircncias
1 Situ L Electric Vehicle Development The Past Present amp Future 2001 2 SCHALLENBERG RH Prospects for the Electric Vehicle A Historical Perspective 1980 3 Motor H Honda Introduces the INSIGHT a Hybrid Car that Offers the Worlds Lowest
Fuel Consumption for a Mass-Produced Gasoline-Powered Vehicle 1999 [cited 2010 0802] Available from httpworldhondacomnews19994990906chtml
4 Craveiro C Investimento em paineacuteis solares ascende a 167 milhotildees 2010 [cited 2010 01-02] Available from httpwwwenergiasrenovaveiscomDetalheNoticiasaspID_conteudo=357ampID_area=8
5 Car 2 Car Communication Consortium 2008 [cited 2010 0602] Available from httpwwwcar-to-carorg
6 Gulhane V MR Tarambale and YP Nerkar A Scope for the Research and Development Activities on Electric Vehicle Technology in Pune City in Electric and Hybrid Vehicles 2006 ICEHV 06 IEEE Conference on 2006
7 Affanni A et al Battery Choice and Management for New-Generation Electric Vehicles 2005 8 Motors G Volt 2010 [cited 2010 0302] Available from
httpwwwchevroletcompagesopendefaultfuturevoltdo 9 SCHMIDHOFER A G ZHANG and H WEISS RANGE EXTENDER OPTIMISATION FOR
ELECTRICAL VEHICLES 2004 10 Juan W Dixon MOaEW Regenerative Braking for an Electric Vehicle Using
Ultracapacitors and a Buck-Boost Converter 11 Koyanagi F A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles 1998 12 INTELI Mobilidade Eleacutectrica 2010 [cited 2010 0902] Available from
httpwwwmobi-eptmobilidadehtml 13 Place B Battery switch stations support for long distance road trips 2010 [cited
2010 0902] Available from httpwwwbetterplacecomsolutioncharging 14 Portuguesa GdR Lanccedilada rede nacional de carregamento para Veiacuteculos Eleacutectricos
2009 [cited 2010 0802] Available from httpwwwportugalgovptptGC17GovernoMinisteriosMEIDocumentosPages20090629_MEI_Doc_Mobilidade_Electricaaspx
15 Mobile A autonet mobile 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwautonetmobilecom
24 - Referecircncias
16 Saravanan K AT and KRameshbabu A Middleware Architectural Framework for Vehicular Safety over VANET 2009
17 Ltd B-S LTE Connected Car 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwngconnectorgecosystemconnected-carhtm
18 Ahmed M et al Intra-vehicular Wireless Networks 19 CAR 2 CAR Communication Consortium Manifesto 2007 20 Coopers CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety 2008 [cited 2010 0802] 21 Froumltscher A and M Boumlhm Co-operative Systems for Intelligent Road Safety 2007 22 Chaari L N Masmoudi and L Kamoun Electronic control in electric vehicle based on
CAN network in Systems Man and Cybernetics 2002 IEEE International Conference on 2002
23 Corporation I In-Vehicle Infotainment [cited 2010 03-02] Available from httpwwwintelcomdesignembeddedinfotainmentindexhtm
12 - Estado da arte
Este sistema eacute especialmente uacutetil em situaccedilotildees de baixa visibilidade para os veiacuteculos
prioritaacuterios e para avisar antecipadamente quando um veiacuteculo tem as luzes de emergecircncia
ligadas ou haacute obras No caso de um acidente que bloqueie a estrada o sistema poderaacute avisar
com antecedecircncia suficiente para o GPS calcular uma rota alternativa
Este sistema pode usar trecircs tipos de comunicaccedilatildeo [19]
IEEE 80211p
IEEE 80211abgn
GPRS ou UMTS
242 - Coopers
CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety eacute um consoacutercio que visa fornecer aos
veiacuteculos e condutores informaccedilatildeo em tempo real sobre o estado da via de maneira a
aumentar a seguranccedila na estrada [20] o objectivo do consoacutercio eacute rdquo To define develop and
test new safety related services equipment and applications using two way communication
between road infrastructure and vehicles from a traffic management perspective COOPERS
will build upon existing equipment and infrastructure as far as possible to incorporate bi-
directional infrastructure-vehicle links as an open standardised wireless communication
technology The role of motorway operators in offering and retrieving safety relevant and
traffic management information for specific road segments on European motorways based on
infrastructure and in-vehicle data will be investigatedrdquo [21] O sistema incorpora um
receptor GPS estaacute ligado ao CAN e comunica por WLAN e UMTSGPRS
25 - Sistemas de gestatildeo inovadores para gerir os diversos tipos
de comunicaccedilatildeo
Actualmente haacute um grande nuacutemero de funccedilotildees automoacuteveis controladas por computador O
uso de um cabo dedicado a cada dispositivo com o nuacutemero crescente de sistemas deixa de ser
praacutetico
251 - CAN
Uma soluccedilatildeo eacute o uso de redes LAN que permite a multiplexaccedilatildeo dos dados Com esta
soluccedilatildeo eacute possiacutevel[22] Reduzir o nuacutemero de cabos
Reduzir o custo e o peso
Melhorar a fiabilidade e facilitar a instalaccedilatildeo
Partilhar os dados recolhidos dos sensores por vaacuterios dispositivos
Alterar ou adicionar funccedilotildees por software
Detectar e corrigir erros causados por interferecircncia electromagneacutetica
As mensagens que circulam na rede CAN tecircm um valor numeacuterico que indica a prioridade
da mensagem isto permite tratar informaccedilatildeo criacutetica sem atraso A versatilidade do CAN
permite controlar vaacuterios tipos de dispositivos num veiacuteculo
13
252 - LIN bus
O Local Interconnect Network (LIN) bus eacute uma alternativa mais barata e simples ao CAN Pode
ser usada em subsistemas natildeo criacuteticos que nem precisem de comunicaccedilatildeo em tempo real nem
altas velocidades
253 - Infotainment
Esta plataforma interliga trecircs aacutereas
Entretimento nos bancos traseiros
RaacutedioCD e navegaccedilatildeo
Comunicaccedilatildeo interna e externa
Ilustraccedilatildeo 22 ndash Sistema de In-Vehicle Infotainment da Intel
A plataforma da Intel [23] permite num soacute hardware juntar vaacuterias tecnologias que
normalmente se apresentam separadas num automoacutevel
26 - Conclusatildeo
Actualmente assiste-se a introduccedilatildeo contiacutenua de veiacuteculos totalmente eleacutectricos no
mercado ainda que com autonomias substancialmente inferiores aos veiacuteculos a combustiacuteveis
foacutesseis Os veiacuteculos ldquoeleacutectricosrdquo mais vendidos actualmente satildeo os veiacuteculos hiacutebridos que
podem carregar as baterias com as travagens e usam um motor eleacutectrico como suporte em
momentos concretos (eg a velocidades abaixo dos 50 kmh eou para fornecer potecircncia
extra ao motor de combustatildeo em momentos de forte aceleraccedilatildeo etc - a estrateacutegia varia de
fabricante para fabricante) Os veiacuteculos hiacutebridos satildeo mais econoacutemicos que os veiacuteculos movidos
14 - Estado da arte
somente a motor de combustatildeo e continuam a beneficiar do motor a gasolina para aumentar
a sua autonomia ndash eacute como se procurassem o melhor dos dois mundos Alguns destes veiacuteculos jaacute
podem ser carregados pela rede eleacutectrica que para pequenas distancias se comportam como
veiacuteculos totalmente eleacutectricos
Capiacutetulo 3
Plano de trabalho
31 - Requisitos
Requisitos funcionais
Quando disponiacutevel Internet por WLAN o sistema deve desligar o HSPDAUMTS
Devem aparecer no ecratilde LCD as informaccedilotildees recebidas do exterior sobre
seguranccedila na estrada em que o veiacuteculo se encontre
O veiacuteculo deve enviar informaccedilotildees sobre o estado do piso aos veiacuteculos que se
encontram atraacutes
O sistema deve ter alojado um Web site com informaccedilotildees sobre o estado do
veiacuteculo (nomeadamente do estado das baterias)
Requisitos de performance
Quando for recebida uma mensagem importante do exterior esta deve aparecer
no LCD em menos de 100ms
32 - Cenaacuterios de teste
Tempo desde um acidente agrave frente do veiculo ateacute ser recebida a informaccedilatildeo e
informado o condutor Este teste verifica
Numa rede a ser usada toda a sua capacidade com vaacuterios veiacuteculos medir o tempo
desde que ocorre um acidente ateacute o condutor ser informado Este cenaacuterio serve para avaliar a
qualidade do QoS
Visualizaccedilatildeo sem falhas de um viacutedeo em streaming
Duraccedilatildeo das baterias em vaacuterios cenaacuterios
33 - Ferramentas
Actualmente estatildeo a ser testadas diversas tecnologias para diversos fins havendo a
possibilidade de alteraccedilatildeo ao longo do desenvolvimento do trabalho
O Matlab pode ser usado para simular a duraccedilatildeo das baterias
16 - Plano de trabalho
Linux ndash possiacutevel ambiente de teste (e g no caso de se usar um router) No final do
trabalho poderaacute ser criado um DVD com Linux e o sistema desenvolvido para instalar num mini
PC a colocar no veiacuteculo
VMware ndash possiacutevel software de virtualizaccedilatildeo que permite definir a velocidade do
processador e a quantidade de memoacuteria RAM sendo assim possiacutevel testar o desempenho do
sistema num ambiente com as caracteriacutesticas do mini PC a ser colocado no veiacuteculo
Para a programaccedilatildeo vai ser usado CC++ devido a ser uma linguagem leve caso seja
necessaacuterio programar o router Para o desenvolvimento do sistema a ser instalado no mini PC
vai ser usada a linguagem java usando o SDK eclipse O java apesar de ser um pouco mais
lento que o C++ eacute muito mais adequado para a programaccedilatildeo com sockets e tem um melhor
tratamento de erros
O servidor apache vai ser usado para a criaccedilatildeo de uma paacutegina Web no veiacuteculo a qual soacute
tem acesso quem o utilizador quiser Esta paacutegina disponibiliza informaccedilatildeo diversa sobre o
veiacuteculo nomeadamente o estado das baterias e transferir dados tais como filmes e fazer
configuraccedilotildees ao veiacuteculo
34 - Arquitectura
A figura em baixo ilustra uma possiacutevel arquitectura para o sistema proposto
17
Mini PC
Router UMTS
Switch
Dispositivos moacuteveis do utilizador LCD nos
bancos traseiros
Dispositivos para os
passageiros
LCD na consola
central
Dispositivos para o
condutor
GPS
Internet CAN
CT
Sensores natildeo
incluiacutedos no CAN
CasaEstaccedilatildeo de
carregamento
Ilustraccedilatildeo 31 ndash Arquitectura do sistema a desenvolver
Para este sistema funcionar soacute precisa do mini PC ao qual estaacute ligado um switch (o switch
poderaacute estar incorporado noutro componente como o router ou o AP) O sistema funciona de
forma escalaacutevel podendo funcionar sem qualquer um dos outros componentes
18 - Plano de trabalho
Sistema
principal
Comunicaccedilatildeo
Sensores
Ligaccedilatildeo ao
CAN
WLAN
UMTS
sem fios
com fios
EV
powertrain
CAN
Controlador do motor baterias e ultra-condensador
Infotainment
Servidor Web
Ilustraccedilatildeo 32 ndash Moacutedulos do sistema
O sistema vai ser escalaacutevel permitindo adicionarremoveralterar moacutedulos facilitando
assim a compatibilidade com novas tecnologias
35 - Trabalho futuro
O ldquoanexo 41 - Diagrama de Gantt do projectordquo mostra a planificaccedilatildeo para a dissertaccedilatildeo
Nos dias seguintes agrave entrega deste relatoacuterio vatildeo ser definidos objectivos semanais para a
dissertaccedilatildeo O primeiro moacutedulo a ser desenvolvido seraacute o do Web site atraveacutes do qual seraacute
possiacutevel monitorizar o estado das baterias e fazer algumas configuraccedilotildees ao veiacuteculo
36 - Conclusatildeo
As actuais barreiras agrave adopccedilatildeo de veiacuteculos eleacutectricos satildeo a autonomia a relaccedilatildeo
pesoenergia e o custo das baterias A dissertaccedilatildeo poderaacute abordar o fluxo de energia entre os
componentes do veiacuteculo e a integraccedilatildeo dos componentes eleacutectricoselectroacutenicos existentes
actualmente e os novos necessaacuterios agrave operaccedilatildeo de um EV
A melhor maneira de aumentar a autonomia de um EV eacute usar um motor termodinacircmico a
gerar electricidade quando a energia das baterias acabar esta soluccedilatildeo em comparaccedilatildeo com a
19
adiccedilatildeo de mais baterias eacute mais econoacutemica resulta num menor peso para o veiacuteculo e eacute
possiacutevel abastecer o veiacuteculo como um veiacuteculo com motor a combustatildeo interna
A inclusatildeo de um ultra-condensador permite melhorar a capacidade de absorccedilatildeo de
energia numa travagem aumentar a aceleraccedilatildeo do veiacuteculo e aumentar o tempo de vida das
baterias
Os novos veiacuteculos deveratildeo ter um sistema de comunicaccedilatildeo inVANET para comunicaccedilatildeo
entre eles e com a infra-estrutura para aumentar a seguranccedila e diminuir o congestionamento
das estradas
O uso de uma plataforma de infotainment permite reduzir o hardware presente no veiacuteculo
integrando vaacuterias tecnologias multimeacutedia
Os novos sensores a colocar no veiacuteculo soacute seratildeo sem fio caso natildeo seja possiacutevel liga-los por
fios (eg sensores de pressatildeo nos pneus) devido a possiacuteveis interferecircncias e atrasos na
comunicaccedilatildeo
O sistema CAN pode funcionar em paralelo ao sistema a desenvolver garantindo assim
tempos de resposta garantidamente baixos em aacutereas criacuteticas do sistema
Capiacutetulo 4
Anexos
41 - Diagrama de Gantt do projecto
Referecircncias
1 Situ L Electric Vehicle Development The Past Present amp Future 2001 2 SCHALLENBERG RH Prospects for the Electric Vehicle A Historical Perspective 1980 3 Motor H Honda Introduces the INSIGHT a Hybrid Car that Offers the Worlds Lowest
Fuel Consumption for a Mass-Produced Gasoline-Powered Vehicle 1999 [cited 2010 0802] Available from httpworldhondacomnews19994990906chtml
4 Craveiro C Investimento em paineacuteis solares ascende a 167 milhotildees 2010 [cited 2010 01-02] Available from httpwwwenergiasrenovaveiscomDetalheNoticiasaspID_conteudo=357ampID_area=8
5 Car 2 Car Communication Consortium 2008 [cited 2010 0602] Available from httpwwwcar-to-carorg
6 Gulhane V MR Tarambale and YP Nerkar A Scope for the Research and Development Activities on Electric Vehicle Technology in Pune City in Electric and Hybrid Vehicles 2006 ICEHV 06 IEEE Conference on 2006
7 Affanni A et al Battery Choice and Management for New-Generation Electric Vehicles 2005 8 Motors G Volt 2010 [cited 2010 0302] Available from
httpwwwchevroletcompagesopendefaultfuturevoltdo 9 SCHMIDHOFER A G ZHANG and H WEISS RANGE EXTENDER OPTIMISATION FOR
ELECTRICAL VEHICLES 2004 10 Juan W Dixon MOaEW Regenerative Braking for an Electric Vehicle Using
Ultracapacitors and a Buck-Boost Converter 11 Koyanagi F A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles 1998 12 INTELI Mobilidade Eleacutectrica 2010 [cited 2010 0902] Available from
httpwwwmobi-eptmobilidadehtml 13 Place B Battery switch stations support for long distance road trips 2010 [cited
2010 0902] Available from httpwwwbetterplacecomsolutioncharging 14 Portuguesa GdR Lanccedilada rede nacional de carregamento para Veiacuteculos Eleacutectricos
2009 [cited 2010 0802] Available from httpwwwportugalgovptptGC17GovernoMinisteriosMEIDocumentosPages20090629_MEI_Doc_Mobilidade_Electricaaspx
15 Mobile A autonet mobile 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwautonetmobilecom
24 - Referecircncias
16 Saravanan K AT and KRameshbabu A Middleware Architectural Framework for Vehicular Safety over VANET 2009
17 Ltd B-S LTE Connected Car 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwngconnectorgecosystemconnected-carhtm
18 Ahmed M et al Intra-vehicular Wireless Networks 19 CAR 2 CAR Communication Consortium Manifesto 2007 20 Coopers CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety 2008 [cited 2010 0802] 21 Froumltscher A and M Boumlhm Co-operative Systems for Intelligent Road Safety 2007 22 Chaari L N Masmoudi and L Kamoun Electronic control in electric vehicle based on
CAN network in Systems Man and Cybernetics 2002 IEEE International Conference on 2002
23 Corporation I In-Vehicle Infotainment [cited 2010 03-02] Available from httpwwwintelcomdesignembeddedinfotainmentindexhtm
13
252 - LIN bus
O Local Interconnect Network (LIN) bus eacute uma alternativa mais barata e simples ao CAN Pode
ser usada em subsistemas natildeo criacuteticos que nem precisem de comunicaccedilatildeo em tempo real nem
altas velocidades
253 - Infotainment
Esta plataforma interliga trecircs aacutereas
Entretimento nos bancos traseiros
RaacutedioCD e navegaccedilatildeo
Comunicaccedilatildeo interna e externa
Ilustraccedilatildeo 22 ndash Sistema de In-Vehicle Infotainment da Intel
A plataforma da Intel [23] permite num soacute hardware juntar vaacuterias tecnologias que
normalmente se apresentam separadas num automoacutevel
26 - Conclusatildeo
Actualmente assiste-se a introduccedilatildeo contiacutenua de veiacuteculos totalmente eleacutectricos no
mercado ainda que com autonomias substancialmente inferiores aos veiacuteculos a combustiacuteveis
foacutesseis Os veiacuteculos ldquoeleacutectricosrdquo mais vendidos actualmente satildeo os veiacuteculos hiacutebridos que
podem carregar as baterias com as travagens e usam um motor eleacutectrico como suporte em
momentos concretos (eg a velocidades abaixo dos 50 kmh eou para fornecer potecircncia
extra ao motor de combustatildeo em momentos de forte aceleraccedilatildeo etc - a estrateacutegia varia de
fabricante para fabricante) Os veiacuteculos hiacutebridos satildeo mais econoacutemicos que os veiacuteculos movidos
14 - Estado da arte
somente a motor de combustatildeo e continuam a beneficiar do motor a gasolina para aumentar
a sua autonomia ndash eacute como se procurassem o melhor dos dois mundos Alguns destes veiacuteculos jaacute
podem ser carregados pela rede eleacutectrica que para pequenas distancias se comportam como
veiacuteculos totalmente eleacutectricos
Capiacutetulo 3
Plano de trabalho
31 - Requisitos
Requisitos funcionais
Quando disponiacutevel Internet por WLAN o sistema deve desligar o HSPDAUMTS
Devem aparecer no ecratilde LCD as informaccedilotildees recebidas do exterior sobre
seguranccedila na estrada em que o veiacuteculo se encontre
O veiacuteculo deve enviar informaccedilotildees sobre o estado do piso aos veiacuteculos que se
encontram atraacutes
O sistema deve ter alojado um Web site com informaccedilotildees sobre o estado do
veiacuteculo (nomeadamente do estado das baterias)
Requisitos de performance
Quando for recebida uma mensagem importante do exterior esta deve aparecer
no LCD em menos de 100ms
32 - Cenaacuterios de teste
Tempo desde um acidente agrave frente do veiculo ateacute ser recebida a informaccedilatildeo e
informado o condutor Este teste verifica
Numa rede a ser usada toda a sua capacidade com vaacuterios veiacuteculos medir o tempo
desde que ocorre um acidente ateacute o condutor ser informado Este cenaacuterio serve para avaliar a
qualidade do QoS
Visualizaccedilatildeo sem falhas de um viacutedeo em streaming
Duraccedilatildeo das baterias em vaacuterios cenaacuterios
33 - Ferramentas
Actualmente estatildeo a ser testadas diversas tecnologias para diversos fins havendo a
possibilidade de alteraccedilatildeo ao longo do desenvolvimento do trabalho
O Matlab pode ser usado para simular a duraccedilatildeo das baterias
16 - Plano de trabalho
Linux ndash possiacutevel ambiente de teste (e g no caso de se usar um router) No final do
trabalho poderaacute ser criado um DVD com Linux e o sistema desenvolvido para instalar num mini
PC a colocar no veiacuteculo
VMware ndash possiacutevel software de virtualizaccedilatildeo que permite definir a velocidade do
processador e a quantidade de memoacuteria RAM sendo assim possiacutevel testar o desempenho do
sistema num ambiente com as caracteriacutesticas do mini PC a ser colocado no veiacuteculo
Para a programaccedilatildeo vai ser usado CC++ devido a ser uma linguagem leve caso seja
necessaacuterio programar o router Para o desenvolvimento do sistema a ser instalado no mini PC
vai ser usada a linguagem java usando o SDK eclipse O java apesar de ser um pouco mais
lento que o C++ eacute muito mais adequado para a programaccedilatildeo com sockets e tem um melhor
tratamento de erros
O servidor apache vai ser usado para a criaccedilatildeo de uma paacutegina Web no veiacuteculo a qual soacute
tem acesso quem o utilizador quiser Esta paacutegina disponibiliza informaccedilatildeo diversa sobre o
veiacuteculo nomeadamente o estado das baterias e transferir dados tais como filmes e fazer
configuraccedilotildees ao veiacuteculo
34 - Arquitectura
A figura em baixo ilustra uma possiacutevel arquitectura para o sistema proposto
17
Mini PC
Router UMTS
Switch
Dispositivos moacuteveis do utilizador LCD nos
bancos traseiros
Dispositivos para os
passageiros
LCD na consola
central
Dispositivos para o
condutor
GPS
Internet CAN
CT
Sensores natildeo
incluiacutedos no CAN
CasaEstaccedilatildeo de
carregamento
Ilustraccedilatildeo 31 ndash Arquitectura do sistema a desenvolver
Para este sistema funcionar soacute precisa do mini PC ao qual estaacute ligado um switch (o switch
poderaacute estar incorporado noutro componente como o router ou o AP) O sistema funciona de
forma escalaacutevel podendo funcionar sem qualquer um dos outros componentes
18 - Plano de trabalho
Sistema
principal
Comunicaccedilatildeo
Sensores
Ligaccedilatildeo ao
CAN
WLAN
UMTS
sem fios
com fios
EV
powertrain
CAN
Controlador do motor baterias e ultra-condensador
Infotainment
Servidor Web
Ilustraccedilatildeo 32 ndash Moacutedulos do sistema
O sistema vai ser escalaacutevel permitindo adicionarremoveralterar moacutedulos facilitando
assim a compatibilidade com novas tecnologias
35 - Trabalho futuro
O ldquoanexo 41 - Diagrama de Gantt do projectordquo mostra a planificaccedilatildeo para a dissertaccedilatildeo
Nos dias seguintes agrave entrega deste relatoacuterio vatildeo ser definidos objectivos semanais para a
dissertaccedilatildeo O primeiro moacutedulo a ser desenvolvido seraacute o do Web site atraveacutes do qual seraacute
possiacutevel monitorizar o estado das baterias e fazer algumas configuraccedilotildees ao veiacuteculo
36 - Conclusatildeo
As actuais barreiras agrave adopccedilatildeo de veiacuteculos eleacutectricos satildeo a autonomia a relaccedilatildeo
pesoenergia e o custo das baterias A dissertaccedilatildeo poderaacute abordar o fluxo de energia entre os
componentes do veiacuteculo e a integraccedilatildeo dos componentes eleacutectricoselectroacutenicos existentes
actualmente e os novos necessaacuterios agrave operaccedilatildeo de um EV
A melhor maneira de aumentar a autonomia de um EV eacute usar um motor termodinacircmico a
gerar electricidade quando a energia das baterias acabar esta soluccedilatildeo em comparaccedilatildeo com a
19
adiccedilatildeo de mais baterias eacute mais econoacutemica resulta num menor peso para o veiacuteculo e eacute
possiacutevel abastecer o veiacuteculo como um veiacuteculo com motor a combustatildeo interna
A inclusatildeo de um ultra-condensador permite melhorar a capacidade de absorccedilatildeo de
energia numa travagem aumentar a aceleraccedilatildeo do veiacuteculo e aumentar o tempo de vida das
baterias
Os novos veiacuteculos deveratildeo ter um sistema de comunicaccedilatildeo inVANET para comunicaccedilatildeo
entre eles e com a infra-estrutura para aumentar a seguranccedila e diminuir o congestionamento
das estradas
O uso de uma plataforma de infotainment permite reduzir o hardware presente no veiacuteculo
integrando vaacuterias tecnologias multimeacutedia
Os novos sensores a colocar no veiacuteculo soacute seratildeo sem fio caso natildeo seja possiacutevel liga-los por
fios (eg sensores de pressatildeo nos pneus) devido a possiacuteveis interferecircncias e atrasos na
comunicaccedilatildeo
O sistema CAN pode funcionar em paralelo ao sistema a desenvolver garantindo assim
tempos de resposta garantidamente baixos em aacutereas criacuteticas do sistema
Capiacutetulo 4
Anexos
41 - Diagrama de Gantt do projecto
Referecircncias
1 Situ L Electric Vehicle Development The Past Present amp Future 2001 2 SCHALLENBERG RH Prospects for the Electric Vehicle A Historical Perspective 1980 3 Motor H Honda Introduces the INSIGHT a Hybrid Car that Offers the Worlds Lowest
Fuel Consumption for a Mass-Produced Gasoline-Powered Vehicle 1999 [cited 2010 0802] Available from httpworldhondacomnews19994990906chtml
4 Craveiro C Investimento em paineacuteis solares ascende a 167 milhotildees 2010 [cited 2010 01-02] Available from httpwwwenergiasrenovaveiscomDetalheNoticiasaspID_conteudo=357ampID_area=8
5 Car 2 Car Communication Consortium 2008 [cited 2010 0602] Available from httpwwwcar-to-carorg
6 Gulhane V MR Tarambale and YP Nerkar A Scope for the Research and Development Activities on Electric Vehicle Technology in Pune City in Electric and Hybrid Vehicles 2006 ICEHV 06 IEEE Conference on 2006
7 Affanni A et al Battery Choice and Management for New-Generation Electric Vehicles 2005 8 Motors G Volt 2010 [cited 2010 0302] Available from
httpwwwchevroletcompagesopendefaultfuturevoltdo 9 SCHMIDHOFER A G ZHANG and H WEISS RANGE EXTENDER OPTIMISATION FOR
ELECTRICAL VEHICLES 2004 10 Juan W Dixon MOaEW Regenerative Braking for an Electric Vehicle Using
Ultracapacitors and a Buck-Boost Converter 11 Koyanagi F A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles 1998 12 INTELI Mobilidade Eleacutectrica 2010 [cited 2010 0902] Available from
httpwwwmobi-eptmobilidadehtml 13 Place B Battery switch stations support for long distance road trips 2010 [cited
2010 0902] Available from httpwwwbetterplacecomsolutioncharging 14 Portuguesa GdR Lanccedilada rede nacional de carregamento para Veiacuteculos Eleacutectricos
2009 [cited 2010 0802] Available from httpwwwportugalgovptptGC17GovernoMinisteriosMEIDocumentosPages20090629_MEI_Doc_Mobilidade_Electricaaspx
15 Mobile A autonet mobile 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwautonetmobilecom
24 - Referecircncias
16 Saravanan K AT and KRameshbabu A Middleware Architectural Framework for Vehicular Safety over VANET 2009
17 Ltd B-S LTE Connected Car 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwngconnectorgecosystemconnected-carhtm
18 Ahmed M et al Intra-vehicular Wireless Networks 19 CAR 2 CAR Communication Consortium Manifesto 2007 20 Coopers CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety 2008 [cited 2010 0802] 21 Froumltscher A and M Boumlhm Co-operative Systems for Intelligent Road Safety 2007 22 Chaari L N Masmoudi and L Kamoun Electronic control in electric vehicle based on
CAN network in Systems Man and Cybernetics 2002 IEEE International Conference on 2002
23 Corporation I In-Vehicle Infotainment [cited 2010 03-02] Available from httpwwwintelcomdesignembeddedinfotainmentindexhtm
14 - Estado da arte
somente a motor de combustatildeo e continuam a beneficiar do motor a gasolina para aumentar
a sua autonomia ndash eacute como se procurassem o melhor dos dois mundos Alguns destes veiacuteculos jaacute
podem ser carregados pela rede eleacutectrica que para pequenas distancias se comportam como
veiacuteculos totalmente eleacutectricos
Capiacutetulo 3
Plano de trabalho
31 - Requisitos
Requisitos funcionais
Quando disponiacutevel Internet por WLAN o sistema deve desligar o HSPDAUMTS
Devem aparecer no ecratilde LCD as informaccedilotildees recebidas do exterior sobre
seguranccedila na estrada em que o veiacuteculo se encontre
O veiacuteculo deve enviar informaccedilotildees sobre o estado do piso aos veiacuteculos que se
encontram atraacutes
O sistema deve ter alojado um Web site com informaccedilotildees sobre o estado do
veiacuteculo (nomeadamente do estado das baterias)
Requisitos de performance
Quando for recebida uma mensagem importante do exterior esta deve aparecer
no LCD em menos de 100ms
32 - Cenaacuterios de teste
Tempo desde um acidente agrave frente do veiculo ateacute ser recebida a informaccedilatildeo e
informado o condutor Este teste verifica
Numa rede a ser usada toda a sua capacidade com vaacuterios veiacuteculos medir o tempo
desde que ocorre um acidente ateacute o condutor ser informado Este cenaacuterio serve para avaliar a
qualidade do QoS
Visualizaccedilatildeo sem falhas de um viacutedeo em streaming
Duraccedilatildeo das baterias em vaacuterios cenaacuterios
33 - Ferramentas
Actualmente estatildeo a ser testadas diversas tecnologias para diversos fins havendo a
possibilidade de alteraccedilatildeo ao longo do desenvolvimento do trabalho
O Matlab pode ser usado para simular a duraccedilatildeo das baterias
16 - Plano de trabalho
Linux ndash possiacutevel ambiente de teste (e g no caso de se usar um router) No final do
trabalho poderaacute ser criado um DVD com Linux e o sistema desenvolvido para instalar num mini
PC a colocar no veiacuteculo
VMware ndash possiacutevel software de virtualizaccedilatildeo que permite definir a velocidade do
processador e a quantidade de memoacuteria RAM sendo assim possiacutevel testar o desempenho do
sistema num ambiente com as caracteriacutesticas do mini PC a ser colocado no veiacuteculo
Para a programaccedilatildeo vai ser usado CC++ devido a ser uma linguagem leve caso seja
necessaacuterio programar o router Para o desenvolvimento do sistema a ser instalado no mini PC
vai ser usada a linguagem java usando o SDK eclipse O java apesar de ser um pouco mais
lento que o C++ eacute muito mais adequado para a programaccedilatildeo com sockets e tem um melhor
tratamento de erros
O servidor apache vai ser usado para a criaccedilatildeo de uma paacutegina Web no veiacuteculo a qual soacute
tem acesso quem o utilizador quiser Esta paacutegina disponibiliza informaccedilatildeo diversa sobre o
veiacuteculo nomeadamente o estado das baterias e transferir dados tais como filmes e fazer
configuraccedilotildees ao veiacuteculo
34 - Arquitectura
A figura em baixo ilustra uma possiacutevel arquitectura para o sistema proposto
17
Mini PC
Router UMTS
Switch
Dispositivos moacuteveis do utilizador LCD nos
bancos traseiros
Dispositivos para os
passageiros
LCD na consola
central
Dispositivos para o
condutor
GPS
Internet CAN
CT
Sensores natildeo
incluiacutedos no CAN
CasaEstaccedilatildeo de
carregamento
Ilustraccedilatildeo 31 ndash Arquitectura do sistema a desenvolver
Para este sistema funcionar soacute precisa do mini PC ao qual estaacute ligado um switch (o switch
poderaacute estar incorporado noutro componente como o router ou o AP) O sistema funciona de
forma escalaacutevel podendo funcionar sem qualquer um dos outros componentes
18 - Plano de trabalho
Sistema
principal
Comunicaccedilatildeo
Sensores
Ligaccedilatildeo ao
CAN
WLAN
UMTS
sem fios
com fios
EV
powertrain
CAN
Controlador do motor baterias e ultra-condensador
Infotainment
Servidor Web
Ilustraccedilatildeo 32 ndash Moacutedulos do sistema
O sistema vai ser escalaacutevel permitindo adicionarremoveralterar moacutedulos facilitando
assim a compatibilidade com novas tecnologias
35 - Trabalho futuro
O ldquoanexo 41 - Diagrama de Gantt do projectordquo mostra a planificaccedilatildeo para a dissertaccedilatildeo
Nos dias seguintes agrave entrega deste relatoacuterio vatildeo ser definidos objectivos semanais para a
dissertaccedilatildeo O primeiro moacutedulo a ser desenvolvido seraacute o do Web site atraveacutes do qual seraacute
possiacutevel monitorizar o estado das baterias e fazer algumas configuraccedilotildees ao veiacuteculo
36 - Conclusatildeo
As actuais barreiras agrave adopccedilatildeo de veiacuteculos eleacutectricos satildeo a autonomia a relaccedilatildeo
pesoenergia e o custo das baterias A dissertaccedilatildeo poderaacute abordar o fluxo de energia entre os
componentes do veiacuteculo e a integraccedilatildeo dos componentes eleacutectricoselectroacutenicos existentes
actualmente e os novos necessaacuterios agrave operaccedilatildeo de um EV
A melhor maneira de aumentar a autonomia de um EV eacute usar um motor termodinacircmico a
gerar electricidade quando a energia das baterias acabar esta soluccedilatildeo em comparaccedilatildeo com a
19
adiccedilatildeo de mais baterias eacute mais econoacutemica resulta num menor peso para o veiacuteculo e eacute
possiacutevel abastecer o veiacuteculo como um veiacuteculo com motor a combustatildeo interna
A inclusatildeo de um ultra-condensador permite melhorar a capacidade de absorccedilatildeo de
energia numa travagem aumentar a aceleraccedilatildeo do veiacuteculo e aumentar o tempo de vida das
baterias
Os novos veiacuteculos deveratildeo ter um sistema de comunicaccedilatildeo inVANET para comunicaccedilatildeo
entre eles e com a infra-estrutura para aumentar a seguranccedila e diminuir o congestionamento
das estradas
O uso de uma plataforma de infotainment permite reduzir o hardware presente no veiacuteculo
integrando vaacuterias tecnologias multimeacutedia
Os novos sensores a colocar no veiacuteculo soacute seratildeo sem fio caso natildeo seja possiacutevel liga-los por
fios (eg sensores de pressatildeo nos pneus) devido a possiacuteveis interferecircncias e atrasos na
comunicaccedilatildeo
O sistema CAN pode funcionar em paralelo ao sistema a desenvolver garantindo assim
tempos de resposta garantidamente baixos em aacutereas criacuteticas do sistema
Capiacutetulo 4
Anexos
41 - Diagrama de Gantt do projecto
Referecircncias
1 Situ L Electric Vehicle Development The Past Present amp Future 2001 2 SCHALLENBERG RH Prospects for the Electric Vehicle A Historical Perspective 1980 3 Motor H Honda Introduces the INSIGHT a Hybrid Car that Offers the Worlds Lowest
Fuel Consumption for a Mass-Produced Gasoline-Powered Vehicle 1999 [cited 2010 0802] Available from httpworldhondacomnews19994990906chtml
4 Craveiro C Investimento em paineacuteis solares ascende a 167 milhotildees 2010 [cited 2010 01-02] Available from httpwwwenergiasrenovaveiscomDetalheNoticiasaspID_conteudo=357ampID_area=8
5 Car 2 Car Communication Consortium 2008 [cited 2010 0602] Available from httpwwwcar-to-carorg
6 Gulhane V MR Tarambale and YP Nerkar A Scope for the Research and Development Activities on Electric Vehicle Technology in Pune City in Electric and Hybrid Vehicles 2006 ICEHV 06 IEEE Conference on 2006
7 Affanni A et al Battery Choice and Management for New-Generation Electric Vehicles 2005 8 Motors G Volt 2010 [cited 2010 0302] Available from
httpwwwchevroletcompagesopendefaultfuturevoltdo 9 SCHMIDHOFER A G ZHANG and H WEISS RANGE EXTENDER OPTIMISATION FOR
ELECTRICAL VEHICLES 2004 10 Juan W Dixon MOaEW Regenerative Braking for an Electric Vehicle Using
Ultracapacitors and a Buck-Boost Converter 11 Koyanagi F A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles 1998 12 INTELI Mobilidade Eleacutectrica 2010 [cited 2010 0902] Available from
httpwwwmobi-eptmobilidadehtml 13 Place B Battery switch stations support for long distance road trips 2010 [cited
2010 0902] Available from httpwwwbetterplacecomsolutioncharging 14 Portuguesa GdR Lanccedilada rede nacional de carregamento para Veiacuteculos Eleacutectricos
2009 [cited 2010 0802] Available from httpwwwportugalgovptptGC17GovernoMinisteriosMEIDocumentosPages20090629_MEI_Doc_Mobilidade_Electricaaspx
15 Mobile A autonet mobile 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwautonetmobilecom
24 - Referecircncias
16 Saravanan K AT and KRameshbabu A Middleware Architectural Framework for Vehicular Safety over VANET 2009
17 Ltd B-S LTE Connected Car 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwngconnectorgecosystemconnected-carhtm
18 Ahmed M et al Intra-vehicular Wireless Networks 19 CAR 2 CAR Communication Consortium Manifesto 2007 20 Coopers CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety 2008 [cited 2010 0802] 21 Froumltscher A and M Boumlhm Co-operative Systems for Intelligent Road Safety 2007 22 Chaari L N Masmoudi and L Kamoun Electronic control in electric vehicle based on
CAN network in Systems Man and Cybernetics 2002 IEEE International Conference on 2002
23 Corporation I In-Vehicle Infotainment [cited 2010 03-02] Available from httpwwwintelcomdesignembeddedinfotainmentindexhtm
Capiacutetulo 3
Plano de trabalho
31 - Requisitos
Requisitos funcionais
Quando disponiacutevel Internet por WLAN o sistema deve desligar o HSPDAUMTS
Devem aparecer no ecratilde LCD as informaccedilotildees recebidas do exterior sobre
seguranccedila na estrada em que o veiacuteculo se encontre
O veiacuteculo deve enviar informaccedilotildees sobre o estado do piso aos veiacuteculos que se
encontram atraacutes
O sistema deve ter alojado um Web site com informaccedilotildees sobre o estado do
veiacuteculo (nomeadamente do estado das baterias)
Requisitos de performance
Quando for recebida uma mensagem importante do exterior esta deve aparecer
no LCD em menos de 100ms
32 - Cenaacuterios de teste
Tempo desde um acidente agrave frente do veiculo ateacute ser recebida a informaccedilatildeo e
informado o condutor Este teste verifica
Numa rede a ser usada toda a sua capacidade com vaacuterios veiacuteculos medir o tempo
desde que ocorre um acidente ateacute o condutor ser informado Este cenaacuterio serve para avaliar a
qualidade do QoS
Visualizaccedilatildeo sem falhas de um viacutedeo em streaming
Duraccedilatildeo das baterias em vaacuterios cenaacuterios
33 - Ferramentas
Actualmente estatildeo a ser testadas diversas tecnologias para diversos fins havendo a
possibilidade de alteraccedilatildeo ao longo do desenvolvimento do trabalho
O Matlab pode ser usado para simular a duraccedilatildeo das baterias
16 - Plano de trabalho
Linux ndash possiacutevel ambiente de teste (e g no caso de se usar um router) No final do
trabalho poderaacute ser criado um DVD com Linux e o sistema desenvolvido para instalar num mini
PC a colocar no veiacuteculo
VMware ndash possiacutevel software de virtualizaccedilatildeo que permite definir a velocidade do
processador e a quantidade de memoacuteria RAM sendo assim possiacutevel testar o desempenho do
sistema num ambiente com as caracteriacutesticas do mini PC a ser colocado no veiacuteculo
Para a programaccedilatildeo vai ser usado CC++ devido a ser uma linguagem leve caso seja
necessaacuterio programar o router Para o desenvolvimento do sistema a ser instalado no mini PC
vai ser usada a linguagem java usando o SDK eclipse O java apesar de ser um pouco mais
lento que o C++ eacute muito mais adequado para a programaccedilatildeo com sockets e tem um melhor
tratamento de erros
O servidor apache vai ser usado para a criaccedilatildeo de uma paacutegina Web no veiacuteculo a qual soacute
tem acesso quem o utilizador quiser Esta paacutegina disponibiliza informaccedilatildeo diversa sobre o
veiacuteculo nomeadamente o estado das baterias e transferir dados tais como filmes e fazer
configuraccedilotildees ao veiacuteculo
34 - Arquitectura
A figura em baixo ilustra uma possiacutevel arquitectura para o sistema proposto
17
Mini PC
Router UMTS
Switch
Dispositivos moacuteveis do utilizador LCD nos
bancos traseiros
Dispositivos para os
passageiros
LCD na consola
central
Dispositivos para o
condutor
GPS
Internet CAN
CT
Sensores natildeo
incluiacutedos no CAN
CasaEstaccedilatildeo de
carregamento
Ilustraccedilatildeo 31 ndash Arquitectura do sistema a desenvolver
Para este sistema funcionar soacute precisa do mini PC ao qual estaacute ligado um switch (o switch
poderaacute estar incorporado noutro componente como o router ou o AP) O sistema funciona de
forma escalaacutevel podendo funcionar sem qualquer um dos outros componentes
18 - Plano de trabalho
Sistema
principal
Comunicaccedilatildeo
Sensores
Ligaccedilatildeo ao
CAN
WLAN
UMTS
sem fios
com fios
EV
powertrain
CAN
Controlador do motor baterias e ultra-condensador
Infotainment
Servidor Web
Ilustraccedilatildeo 32 ndash Moacutedulos do sistema
O sistema vai ser escalaacutevel permitindo adicionarremoveralterar moacutedulos facilitando
assim a compatibilidade com novas tecnologias
35 - Trabalho futuro
O ldquoanexo 41 - Diagrama de Gantt do projectordquo mostra a planificaccedilatildeo para a dissertaccedilatildeo
Nos dias seguintes agrave entrega deste relatoacuterio vatildeo ser definidos objectivos semanais para a
dissertaccedilatildeo O primeiro moacutedulo a ser desenvolvido seraacute o do Web site atraveacutes do qual seraacute
possiacutevel monitorizar o estado das baterias e fazer algumas configuraccedilotildees ao veiacuteculo
36 - Conclusatildeo
As actuais barreiras agrave adopccedilatildeo de veiacuteculos eleacutectricos satildeo a autonomia a relaccedilatildeo
pesoenergia e o custo das baterias A dissertaccedilatildeo poderaacute abordar o fluxo de energia entre os
componentes do veiacuteculo e a integraccedilatildeo dos componentes eleacutectricoselectroacutenicos existentes
actualmente e os novos necessaacuterios agrave operaccedilatildeo de um EV
A melhor maneira de aumentar a autonomia de um EV eacute usar um motor termodinacircmico a
gerar electricidade quando a energia das baterias acabar esta soluccedilatildeo em comparaccedilatildeo com a
19
adiccedilatildeo de mais baterias eacute mais econoacutemica resulta num menor peso para o veiacuteculo e eacute
possiacutevel abastecer o veiacuteculo como um veiacuteculo com motor a combustatildeo interna
A inclusatildeo de um ultra-condensador permite melhorar a capacidade de absorccedilatildeo de
energia numa travagem aumentar a aceleraccedilatildeo do veiacuteculo e aumentar o tempo de vida das
baterias
Os novos veiacuteculos deveratildeo ter um sistema de comunicaccedilatildeo inVANET para comunicaccedilatildeo
entre eles e com a infra-estrutura para aumentar a seguranccedila e diminuir o congestionamento
das estradas
O uso de uma plataforma de infotainment permite reduzir o hardware presente no veiacuteculo
integrando vaacuterias tecnologias multimeacutedia
Os novos sensores a colocar no veiacuteculo soacute seratildeo sem fio caso natildeo seja possiacutevel liga-los por
fios (eg sensores de pressatildeo nos pneus) devido a possiacuteveis interferecircncias e atrasos na
comunicaccedilatildeo
O sistema CAN pode funcionar em paralelo ao sistema a desenvolver garantindo assim
tempos de resposta garantidamente baixos em aacutereas criacuteticas do sistema
Capiacutetulo 4
Anexos
41 - Diagrama de Gantt do projecto
Referecircncias
1 Situ L Electric Vehicle Development The Past Present amp Future 2001 2 SCHALLENBERG RH Prospects for the Electric Vehicle A Historical Perspective 1980 3 Motor H Honda Introduces the INSIGHT a Hybrid Car that Offers the Worlds Lowest
Fuel Consumption for a Mass-Produced Gasoline-Powered Vehicle 1999 [cited 2010 0802] Available from httpworldhondacomnews19994990906chtml
4 Craveiro C Investimento em paineacuteis solares ascende a 167 milhotildees 2010 [cited 2010 01-02] Available from httpwwwenergiasrenovaveiscomDetalheNoticiasaspID_conteudo=357ampID_area=8
5 Car 2 Car Communication Consortium 2008 [cited 2010 0602] Available from httpwwwcar-to-carorg
6 Gulhane V MR Tarambale and YP Nerkar A Scope for the Research and Development Activities on Electric Vehicle Technology in Pune City in Electric and Hybrid Vehicles 2006 ICEHV 06 IEEE Conference on 2006
7 Affanni A et al Battery Choice and Management for New-Generation Electric Vehicles 2005 8 Motors G Volt 2010 [cited 2010 0302] Available from
httpwwwchevroletcompagesopendefaultfuturevoltdo 9 SCHMIDHOFER A G ZHANG and H WEISS RANGE EXTENDER OPTIMISATION FOR
ELECTRICAL VEHICLES 2004 10 Juan W Dixon MOaEW Regenerative Braking for an Electric Vehicle Using
Ultracapacitors and a Buck-Boost Converter 11 Koyanagi F A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles 1998 12 INTELI Mobilidade Eleacutectrica 2010 [cited 2010 0902] Available from
httpwwwmobi-eptmobilidadehtml 13 Place B Battery switch stations support for long distance road trips 2010 [cited
2010 0902] Available from httpwwwbetterplacecomsolutioncharging 14 Portuguesa GdR Lanccedilada rede nacional de carregamento para Veiacuteculos Eleacutectricos
2009 [cited 2010 0802] Available from httpwwwportugalgovptptGC17GovernoMinisteriosMEIDocumentosPages20090629_MEI_Doc_Mobilidade_Electricaaspx
15 Mobile A autonet mobile 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwautonetmobilecom
24 - Referecircncias
16 Saravanan K AT and KRameshbabu A Middleware Architectural Framework for Vehicular Safety over VANET 2009
17 Ltd B-S LTE Connected Car 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwngconnectorgecosystemconnected-carhtm
18 Ahmed M et al Intra-vehicular Wireless Networks 19 CAR 2 CAR Communication Consortium Manifesto 2007 20 Coopers CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety 2008 [cited 2010 0802] 21 Froumltscher A and M Boumlhm Co-operative Systems for Intelligent Road Safety 2007 22 Chaari L N Masmoudi and L Kamoun Electronic control in electric vehicle based on
CAN network in Systems Man and Cybernetics 2002 IEEE International Conference on 2002
23 Corporation I In-Vehicle Infotainment [cited 2010 03-02] Available from httpwwwintelcomdesignembeddedinfotainmentindexhtm
16 - Plano de trabalho
Linux ndash possiacutevel ambiente de teste (e g no caso de se usar um router) No final do
trabalho poderaacute ser criado um DVD com Linux e o sistema desenvolvido para instalar num mini
PC a colocar no veiacuteculo
VMware ndash possiacutevel software de virtualizaccedilatildeo que permite definir a velocidade do
processador e a quantidade de memoacuteria RAM sendo assim possiacutevel testar o desempenho do
sistema num ambiente com as caracteriacutesticas do mini PC a ser colocado no veiacuteculo
Para a programaccedilatildeo vai ser usado CC++ devido a ser uma linguagem leve caso seja
necessaacuterio programar o router Para o desenvolvimento do sistema a ser instalado no mini PC
vai ser usada a linguagem java usando o SDK eclipse O java apesar de ser um pouco mais
lento que o C++ eacute muito mais adequado para a programaccedilatildeo com sockets e tem um melhor
tratamento de erros
O servidor apache vai ser usado para a criaccedilatildeo de uma paacutegina Web no veiacuteculo a qual soacute
tem acesso quem o utilizador quiser Esta paacutegina disponibiliza informaccedilatildeo diversa sobre o
veiacuteculo nomeadamente o estado das baterias e transferir dados tais como filmes e fazer
configuraccedilotildees ao veiacuteculo
34 - Arquitectura
A figura em baixo ilustra uma possiacutevel arquitectura para o sistema proposto
17
Mini PC
Router UMTS
Switch
Dispositivos moacuteveis do utilizador LCD nos
bancos traseiros
Dispositivos para os
passageiros
LCD na consola
central
Dispositivos para o
condutor
GPS
Internet CAN
CT
Sensores natildeo
incluiacutedos no CAN
CasaEstaccedilatildeo de
carregamento
Ilustraccedilatildeo 31 ndash Arquitectura do sistema a desenvolver
Para este sistema funcionar soacute precisa do mini PC ao qual estaacute ligado um switch (o switch
poderaacute estar incorporado noutro componente como o router ou o AP) O sistema funciona de
forma escalaacutevel podendo funcionar sem qualquer um dos outros componentes
18 - Plano de trabalho
Sistema
principal
Comunicaccedilatildeo
Sensores
Ligaccedilatildeo ao
CAN
WLAN
UMTS
sem fios
com fios
EV
powertrain
CAN
Controlador do motor baterias e ultra-condensador
Infotainment
Servidor Web
Ilustraccedilatildeo 32 ndash Moacutedulos do sistema
O sistema vai ser escalaacutevel permitindo adicionarremoveralterar moacutedulos facilitando
assim a compatibilidade com novas tecnologias
35 - Trabalho futuro
O ldquoanexo 41 - Diagrama de Gantt do projectordquo mostra a planificaccedilatildeo para a dissertaccedilatildeo
Nos dias seguintes agrave entrega deste relatoacuterio vatildeo ser definidos objectivos semanais para a
dissertaccedilatildeo O primeiro moacutedulo a ser desenvolvido seraacute o do Web site atraveacutes do qual seraacute
possiacutevel monitorizar o estado das baterias e fazer algumas configuraccedilotildees ao veiacuteculo
36 - Conclusatildeo
As actuais barreiras agrave adopccedilatildeo de veiacuteculos eleacutectricos satildeo a autonomia a relaccedilatildeo
pesoenergia e o custo das baterias A dissertaccedilatildeo poderaacute abordar o fluxo de energia entre os
componentes do veiacuteculo e a integraccedilatildeo dos componentes eleacutectricoselectroacutenicos existentes
actualmente e os novos necessaacuterios agrave operaccedilatildeo de um EV
A melhor maneira de aumentar a autonomia de um EV eacute usar um motor termodinacircmico a
gerar electricidade quando a energia das baterias acabar esta soluccedilatildeo em comparaccedilatildeo com a
19
adiccedilatildeo de mais baterias eacute mais econoacutemica resulta num menor peso para o veiacuteculo e eacute
possiacutevel abastecer o veiacuteculo como um veiacuteculo com motor a combustatildeo interna
A inclusatildeo de um ultra-condensador permite melhorar a capacidade de absorccedilatildeo de
energia numa travagem aumentar a aceleraccedilatildeo do veiacuteculo e aumentar o tempo de vida das
baterias
Os novos veiacuteculos deveratildeo ter um sistema de comunicaccedilatildeo inVANET para comunicaccedilatildeo
entre eles e com a infra-estrutura para aumentar a seguranccedila e diminuir o congestionamento
das estradas
O uso de uma plataforma de infotainment permite reduzir o hardware presente no veiacuteculo
integrando vaacuterias tecnologias multimeacutedia
Os novos sensores a colocar no veiacuteculo soacute seratildeo sem fio caso natildeo seja possiacutevel liga-los por
fios (eg sensores de pressatildeo nos pneus) devido a possiacuteveis interferecircncias e atrasos na
comunicaccedilatildeo
O sistema CAN pode funcionar em paralelo ao sistema a desenvolver garantindo assim
tempos de resposta garantidamente baixos em aacutereas criacuteticas do sistema
Capiacutetulo 4
Anexos
41 - Diagrama de Gantt do projecto
Referecircncias
1 Situ L Electric Vehicle Development The Past Present amp Future 2001 2 SCHALLENBERG RH Prospects for the Electric Vehicle A Historical Perspective 1980 3 Motor H Honda Introduces the INSIGHT a Hybrid Car that Offers the Worlds Lowest
Fuel Consumption for a Mass-Produced Gasoline-Powered Vehicle 1999 [cited 2010 0802] Available from httpworldhondacomnews19994990906chtml
4 Craveiro C Investimento em paineacuteis solares ascende a 167 milhotildees 2010 [cited 2010 01-02] Available from httpwwwenergiasrenovaveiscomDetalheNoticiasaspID_conteudo=357ampID_area=8
5 Car 2 Car Communication Consortium 2008 [cited 2010 0602] Available from httpwwwcar-to-carorg
6 Gulhane V MR Tarambale and YP Nerkar A Scope for the Research and Development Activities on Electric Vehicle Technology in Pune City in Electric and Hybrid Vehicles 2006 ICEHV 06 IEEE Conference on 2006
7 Affanni A et al Battery Choice and Management for New-Generation Electric Vehicles 2005 8 Motors G Volt 2010 [cited 2010 0302] Available from
httpwwwchevroletcompagesopendefaultfuturevoltdo 9 SCHMIDHOFER A G ZHANG and H WEISS RANGE EXTENDER OPTIMISATION FOR
ELECTRICAL VEHICLES 2004 10 Juan W Dixon MOaEW Regenerative Braking for an Electric Vehicle Using
Ultracapacitors and a Buck-Boost Converter 11 Koyanagi F A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles 1998 12 INTELI Mobilidade Eleacutectrica 2010 [cited 2010 0902] Available from
httpwwwmobi-eptmobilidadehtml 13 Place B Battery switch stations support for long distance road trips 2010 [cited
2010 0902] Available from httpwwwbetterplacecomsolutioncharging 14 Portuguesa GdR Lanccedilada rede nacional de carregamento para Veiacuteculos Eleacutectricos
2009 [cited 2010 0802] Available from httpwwwportugalgovptptGC17GovernoMinisteriosMEIDocumentosPages20090629_MEI_Doc_Mobilidade_Electricaaspx
15 Mobile A autonet mobile 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwautonetmobilecom
24 - Referecircncias
16 Saravanan K AT and KRameshbabu A Middleware Architectural Framework for Vehicular Safety over VANET 2009
17 Ltd B-S LTE Connected Car 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwngconnectorgecosystemconnected-carhtm
18 Ahmed M et al Intra-vehicular Wireless Networks 19 CAR 2 CAR Communication Consortium Manifesto 2007 20 Coopers CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety 2008 [cited 2010 0802] 21 Froumltscher A and M Boumlhm Co-operative Systems for Intelligent Road Safety 2007 22 Chaari L N Masmoudi and L Kamoun Electronic control in electric vehicle based on
CAN network in Systems Man and Cybernetics 2002 IEEE International Conference on 2002
23 Corporation I In-Vehicle Infotainment [cited 2010 03-02] Available from httpwwwintelcomdesignembeddedinfotainmentindexhtm
17
Mini PC
Router UMTS
Switch
Dispositivos moacuteveis do utilizador LCD nos
bancos traseiros
Dispositivos para os
passageiros
LCD na consola
central
Dispositivos para o
condutor
GPS
Internet CAN
CT
Sensores natildeo
incluiacutedos no CAN
CasaEstaccedilatildeo de
carregamento
Ilustraccedilatildeo 31 ndash Arquitectura do sistema a desenvolver
Para este sistema funcionar soacute precisa do mini PC ao qual estaacute ligado um switch (o switch
poderaacute estar incorporado noutro componente como o router ou o AP) O sistema funciona de
forma escalaacutevel podendo funcionar sem qualquer um dos outros componentes
18 - Plano de trabalho
Sistema
principal
Comunicaccedilatildeo
Sensores
Ligaccedilatildeo ao
CAN
WLAN
UMTS
sem fios
com fios
EV
powertrain
CAN
Controlador do motor baterias e ultra-condensador
Infotainment
Servidor Web
Ilustraccedilatildeo 32 ndash Moacutedulos do sistema
O sistema vai ser escalaacutevel permitindo adicionarremoveralterar moacutedulos facilitando
assim a compatibilidade com novas tecnologias
35 - Trabalho futuro
O ldquoanexo 41 - Diagrama de Gantt do projectordquo mostra a planificaccedilatildeo para a dissertaccedilatildeo
Nos dias seguintes agrave entrega deste relatoacuterio vatildeo ser definidos objectivos semanais para a
dissertaccedilatildeo O primeiro moacutedulo a ser desenvolvido seraacute o do Web site atraveacutes do qual seraacute
possiacutevel monitorizar o estado das baterias e fazer algumas configuraccedilotildees ao veiacuteculo
36 - Conclusatildeo
As actuais barreiras agrave adopccedilatildeo de veiacuteculos eleacutectricos satildeo a autonomia a relaccedilatildeo
pesoenergia e o custo das baterias A dissertaccedilatildeo poderaacute abordar o fluxo de energia entre os
componentes do veiacuteculo e a integraccedilatildeo dos componentes eleacutectricoselectroacutenicos existentes
actualmente e os novos necessaacuterios agrave operaccedilatildeo de um EV
A melhor maneira de aumentar a autonomia de um EV eacute usar um motor termodinacircmico a
gerar electricidade quando a energia das baterias acabar esta soluccedilatildeo em comparaccedilatildeo com a
19
adiccedilatildeo de mais baterias eacute mais econoacutemica resulta num menor peso para o veiacuteculo e eacute
possiacutevel abastecer o veiacuteculo como um veiacuteculo com motor a combustatildeo interna
A inclusatildeo de um ultra-condensador permite melhorar a capacidade de absorccedilatildeo de
energia numa travagem aumentar a aceleraccedilatildeo do veiacuteculo e aumentar o tempo de vida das
baterias
Os novos veiacuteculos deveratildeo ter um sistema de comunicaccedilatildeo inVANET para comunicaccedilatildeo
entre eles e com a infra-estrutura para aumentar a seguranccedila e diminuir o congestionamento
das estradas
O uso de uma plataforma de infotainment permite reduzir o hardware presente no veiacuteculo
integrando vaacuterias tecnologias multimeacutedia
Os novos sensores a colocar no veiacuteculo soacute seratildeo sem fio caso natildeo seja possiacutevel liga-los por
fios (eg sensores de pressatildeo nos pneus) devido a possiacuteveis interferecircncias e atrasos na
comunicaccedilatildeo
O sistema CAN pode funcionar em paralelo ao sistema a desenvolver garantindo assim
tempos de resposta garantidamente baixos em aacutereas criacuteticas do sistema
Capiacutetulo 4
Anexos
41 - Diagrama de Gantt do projecto
Referecircncias
1 Situ L Electric Vehicle Development The Past Present amp Future 2001 2 SCHALLENBERG RH Prospects for the Electric Vehicle A Historical Perspective 1980 3 Motor H Honda Introduces the INSIGHT a Hybrid Car that Offers the Worlds Lowest
Fuel Consumption for a Mass-Produced Gasoline-Powered Vehicle 1999 [cited 2010 0802] Available from httpworldhondacomnews19994990906chtml
4 Craveiro C Investimento em paineacuteis solares ascende a 167 milhotildees 2010 [cited 2010 01-02] Available from httpwwwenergiasrenovaveiscomDetalheNoticiasaspID_conteudo=357ampID_area=8
5 Car 2 Car Communication Consortium 2008 [cited 2010 0602] Available from httpwwwcar-to-carorg
6 Gulhane V MR Tarambale and YP Nerkar A Scope for the Research and Development Activities on Electric Vehicle Technology in Pune City in Electric and Hybrid Vehicles 2006 ICEHV 06 IEEE Conference on 2006
7 Affanni A et al Battery Choice and Management for New-Generation Electric Vehicles 2005 8 Motors G Volt 2010 [cited 2010 0302] Available from
httpwwwchevroletcompagesopendefaultfuturevoltdo 9 SCHMIDHOFER A G ZHANG and H WEISS RANGE EXTENDER OPTIMISATION FOR
ELECTRICAL VEHICLES 2004 10 Juan W Dixon MOaEW Regenerative Braking for an Electric Vehicle Using
Ultracapacitors and a Buck-Boost Converter 11 Koyanagi F A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles 1998 12 INTELI Mobilidade Eleacutectrica 2010 [cited 2010 0902] Available from
httpwwwmobi-eptmobilidadehtml 13 Place B Battery switch stations support for long distance road trips 2010 [cited
2010 0902] Available from httpwwwbetterplacecomsolutioncharging 14 Portuguesa GdR Lanccedilada rede nacional de carregamento para Veiacuteculos Eleacutectricos
2009 [cited 2010 0802] Available from httpwwwportugalgovptptGC17GovernoMinisteriosMEIDocumentosPages20090629_MEI_Doc_Mobilidade_Electricaaspx
15 Mobile A autonet mobile 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwautonetmobilecom
24 - Referecircncias
16 Saravanan K AT and KRameshbabu A Middleware Architectural Framework for Vehicular Safety over VANET 2009
17 Ltd B-S LTE Connected Car 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwngconnectorgecosystemconnected-carhtm
18 Ahmed M et al Intra-vehicular Wireless Networks 19 CAR 2 CAR Communication Consortium Manifesto 2007 20 Coopers CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety 2008 [cited 2010 0802] 21 Froumltscher A and M Boumlhm Co-operative Systems for Intelligent Road Safety 2007 22 Chaari L N Masmoudi and L Kamoun Electronic control in electric vehicle based on
CAN network in Systems Man and Cybernetics 2002 IEEE International Conference on 2002
23 Corporation I In-Vehicle Infotainment [cited 2010 03-02] Available from httpwwwintelcomdesignembeddedinfotainmentindexhtm
18 - Plano de trabalho
Sistema
principal
Comunicaccedilatildeo
Sensores
Ligaccedilatildeo ao
CAN
WLAN
UMTS
sem fios
com fios
EV
powertrain
CAN
Controlador do motor baterias e ultra-condensador
Infotainment
Servidor Web
Ilustraccedilatildeo 32 ndash Moacutedulos do sistema
O sistema vai ser escalaacutevel permitindo adicionarremoveralterar moacutedulos facilitando
assim a compatibilidade com novas tecnologias
35 - Trabalho futuro
O ldquoanexo 41 - Diagrama de Gantt do projectordquo mostra a planificaccedilatildeo para a dissertaccedilatildeo
Nos dias seguintes agrave entrega deste relatoacuterio vatildeo ser definidos objectivos semanais para a
dissertaccedilatildeo O primeiro moacutedulo a ser desenvolvido seraacute o do Web site atraveacutes do qual seraacute
possiacutevel monitorizar o estado das baterias e fazer algumas configuraccedilotildees ao veiacuteculo
36 - Conclusatildeo
As actuais barreiras agrave adopccedilatildeo de veiacuteculos eleacutectricos satildeo a autonomia a relaccedilatildeo
pesoenergia e o custo das baterias A dissertaccedilatildeo poderaacute abordar o fluxo de energia entre os
componentes do veiacuteculo e a integraccedilatildeo dos componentes eleacutectricoselectroacutenicos existentes
actualmente e os novos necessaacuterios agrave operaccedilatildeo de um EV
A melhor maneira de aumentar a autonomia de um EV eacute usar um motor termodinacircmico a
gerar electricidade quando a energia das baterias acabar esta soluccedilatildeo em comparaccedilatildeo com a
19
adiccedilatildeo de mais baterias eacute mais econoacutemica resulta num menor peso para o veiacuteculo e eacute
possiacutevel abastecer o veiacuteculo como um veiacuteculo com motor a combustatildeo interna
A inclusatildeo de um ultra-condensador permite melhorar a capacidade de absorccedilatildeo de
energia numa travagem aumentar a aceleraccedilatildeo do veiacuteculo e aumentar o tempo de vida das
baterias
Os novos veiacuteculos deveratildeo ter um sistema de comunicaccedilatildeo inVANET para comunicaccedilatildeo
entre eles e com a infra-estrutura para aumentar a seguranccedila e diminuir o congestionamento
das estradas
O uso de uma plataforma de infotainment permite reduzir o hardware presente no veiacuteculo
integrando vaacuterias tecnologias multimeacutedia
Os novos sensores a colocar no veiacuteculo soacute seratildeo sem fio caso natildeo seja possiacutevel liga-los por
fios (eg sensores de pressatildeo nos pneus) devido a possiacuteveis interferecircncias e atrasos na
comunicaccedilatildeo
O sistema CAN pode funcionar em paralelo ao sistema a desenvolver garantindo assim
tempos de resposta garantidamente baixos em aacutereas criacuteticas do sistema
Capiacutetulo 4
Anexos
41 - Diagrama de Gantt do projecto
Referecircncias
1 Situ L Electric Vehicle Development The Past Present amp Future 2001 2 SCHALLENBERG RH Prospects for the Electric Vehicle A Historical Perspective 1980 3 Motor H Honda Introduces the INSIGHT a Hybrid Car that Offers the Worlds Lowest
Fuel Consumption for a Mass-Produced Gasoline-Powered Vehicle 1999 [cited 2010 0802] Available from httpworldhondacomnews19994990906chtml
4 Craveiro C Investimento em paineacuteis solares ascende a 167 milhotildees 2010 [cited 2010 01-02] Available from httpwwwenergiasrenovaveiscomDetalheNoticiasaspID_conteudo=357ampID_area=8
5 Car 2 Car Communication Consortium 2008 [cited 2010 0602] Available from httpwwwcar-to-carorg
6 Gulhane V MR Tarambale and YP Nerkar A Scope for the Research and Development Activities on Electric Vehicle Technology in Pune City in Electric and Hybrid Vehicles 2006 ICEHV 06 IEEE Conference on 2006
7 Affanni A et al Battery Choice and Management for New-Generation Electric Vehicles 2005 8 Motors G Volt 2010 [cited 2010 0302] Available from
httpwwwchevroletcompagesopendefaultfuturevoltdo 9 SCHMIDHOFER A G ZHANG and H WEISS RANGE EXTENDER OPTIMISATION FOR
ELECTRICAL VEHICLES 2004 10 Juan W Dixon MOaEW Regenerative Braking for an Electric Vehicle Using
Ultracapacitors and a Buck-Boost Converter 11 Koyanagi F A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles 1998 12 INTELI Mobilidade Eleacutectrica 2010 [cited 2010 0902] Available from
httpwwwmobi-eptmobilidadehtml 13 Place B Battery switch stations support for long distance road trips 2010 [cited
2010 0902] Available from httpwwwbetterplacecomsolutioncharging 14 Portuguesa GdR Lanccedilada rede nacional de carregamento para Veiacuteculos Eleacutectricos
2009 [cited 2010 0802] Available from httpwwwportugalgovptptGC17GovernoMinisteriosMEIDocumentosPages20090629_MEI_Doc_Mobilidade_Electricaaspx
15 Mobile A autonet mobile 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwautonetmobilecom
24 - Referecircncias
16 Saravanan K AT and KRameshbabu A Middleware Architectural Framework for Vehicular Safety over VANET 2009
17 Ltd B-S LTE Connected Car 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwngconnectorgecosystemconnected-carhtm
18 Ahmed M et al Intra-vehicular Wireless Networks 19 CAR 2 CAR Communication Consortium Manifesto 2007 20 Coopers CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety 2008 [cited 2010 0802] 21 Froumltscher A and M Boumlhm Co-operative Systems for Intelligent Road Safety 2007 22 Chaari L N Masmoudi and L Kamoun Electronic control in electric vehicle based on
CAN network in Systems Man and Cybernetics 2002 IEEE International Conference on 2002
23 Corporation I In-Vehicle Infotainment [cited 2010 03-02] Available from httpwwwintelcomdesignembeddedinfotainmentindexhtm
19
adiccedilatildeo de mais baterias eacute mais econoacutemica resulta num menor peso para o veiacuteculo e eacute
possiacutevel abastecer o veiacuteculo como um veiacuteculo com motor a combustatildeo interna
A inclusatildeo de um ultra-condensador permite melhorar a capacidade de absorccedilatildeo de
energia numa travagem aumentar a aceleraccedilatildeo do veiacuteculo e aumentar o tempo de vida das
baterias
Os novos veiacuteculos deveratildeo ter um sistema de comunicaccedilatildeo inVANET para comunicaccedilatildeo
entre eles e com a infra-estrutura para aumentar a seguranccedila e diminuir o congestionamento
das estradas
O uso de uma plataforma de infotainment permite reduzir o hardware presente no veiacuteculo
integrando vaacuterias tecnologias multimeacutedia
Os novos sensores a colocar no veiacuteculo soacute seratildeo sem fio caso natildeo seja possiacutevel liga-los por
fios (eg sensores de pressatildeo nos pneus) devido a possiacuteveis interferecircncias e atrasos na
comunicaccedilatildeo
O sistema CAN pode funcionar em paralelo ao sistema a desenvolver garantindo assim
tempos de resposta garantidamente baixos em aacutereas criacuteticas do sistema
Capiacutetulo 4
Anexos
41 - Diagrama de Gantt do projecto
Referecircncias
1 Situ L Electric Vehicle Development The Past Present amp Future 2001 2 SCHALLENBERG RH Prospects for the Electric Vehicle A Historical Perspective 1980 3 Motor H Honda Introduces the INSIGHT a Hybrid Car that Offers the Worlds Lowest
Fuel Consumption for a Mass-Produced Gasoline-Powered Vehicle 1999 [cited 2010 0802] Available from httpworldhondacomnews19994990906chtml
4 Craveiro C Investimento em paineacuteis solares ascende a 167 milhotildees 2010 [cited 2010 01-02] Available from httpwwwenergiasrenovaveiscomDetalheNoticiasaspID_conteudo=357ampID_area=8
5 Car 2 Car Communication Consortium 2008 [cited 2010 0602] Available from httpwwwcar-to-carorg
6 Gulhane V MR Tarambale and YP Nerkar A Scope for the Research and Development Activities on Electric Vehicle Technology in Pune City in Electric and Hybrid Vehicles 2006 ICEHV 06 IEEE Conference on 2006
7 Affanni A et al Battery Choice and Management for New-Generation Electric Vehicles 2005 8 Motors G Volt 2010 [cited 2010 0302] Available from
httpwwwchevroletcompagesopendefaultfuturevoltdo 9 SCHMIDHOFER A G ZHANG and H WEISS RANGE EXTENDER OPTIMISATION FOR
ELECTRICAL VEHICLES 2004 10 Juan W Dixon MOaEW Regenerative Braking for an Electric Vehicle Using
Ultracapacitors and a Buck-Boost Converter 11 Koyanagi F A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles 1998 12 INTELI Mobilidade Eleacutectrica 2010 [cited 2010 0902] Available from
httpwwwmobi-eptmobilidadehtml 13 Place B Battery switch stations support for long distance road trips 2010 [cited
2010 0902] Available from httpwwwbetterplacecomsolutioncharging 14 Portuguesa GdR Lanccedilada rede nacional de carregamento para Veiacuteculos Eleacutectricos
2009 [cited 2010 0802] Available from httpwwwportugalgovptptGC17GovernoMinisteriosMEIDocumentosPages20090629_MEI_Doc_Mobilidade_Electricaaspx
15 Mobile A autonet mobile 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwautonetmobilecom
24 - Referecircncias
16 Saravanan K AT and KRameshbabu A Middleware Architectural Framework for Vehicular Safety over VANET 2009
17 Ltd B-S LTE Connected Car 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwngconnectorgecosystemconnected-carhtm
18 Ahmed M et al Intra-vehicular Wireless Networks 19 CAR 2 CAR Communication Consortium Manifesto 2007 20 Coopers CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety 2008 [cited 2010 0802] 21 Froumltscher A and M Boumlhm Co-operative Systems for Intelligent Road Safety 2007 22 Chaari L N Masmoudi and L Kamoun Electronic control in electric vehicle based on
CAN network in Systems Man and Cybernetics 2002 IEEE International Conference on 2002
23 Corporation I In-Vehicle Infotainment [cited 2010 03-02] Available from httpwwwintelcomdesignembeddedinfotainmentindexhtm
Capiacutetulo 4
Anexos
41 - Diagrama de Gantt do projecto
Referecircncias
1 Situ L Electric Vehicle Development The Past Present amp Future 2001 2 SCHALLENBERG RH Prospects for the Electric Vehicle A Historical Perspective 1980 3 Motor H Honda Introduces the INSIGHT a Hybrid Car that Offers the Worlds Lowest
Fuel Consumption for a Mass-Produced Gasoline-Powered Vehicle 1999 [cited 2010 0802] Available from httpworldhondacomnews19994990906chtml
4 Craveiro C Investimento em paineacuteis solares ascende a 167 milhotildees 2010 [cited 2010 01-02] Available from httpwwwenergiasrenovaveiscomDetalheNoticiasaspID_conteudo=357ampID_area=8
5 Car 2 Car Communication Consortium 2008 [cited 2010 0602] Available from httpwwwcar-to-carorg
6 Gulhane V MR Tarambale and YP Nerkar A Scope for the Research and Development Activities on Electric Vehicle Technology in Pune City in Electric and Hybrid Vehicles 2006 ICEHV 06 IEEE Conference on 2006
7 Affanni A et al Battery Choice and Management for New-Generation Electric Vehicles 2005 8 Motors G Volt 2010 [cited 2010 0302] Available from
httpwwwchevroletcompagesopendefaultfuturevoltdo 9 SCHMIDHOFER A G ZHANG and H WEISS RANGE EXTENDER OPTIMISATION FOR
ELECTRICAL VEHICLES 2004 10 Juan W Dixon MOaEW Regenerative Braking for an Electric Vehicle Using
Ultracapacitors and a Buck-Boost Converter 11 Koyanagi F A Strategy of Load Leveling by Charging and Discharging Time Control of Electric Vehicles 1998 12 INTELI Mobilidade Eleacutectrica 2010 [cited 2010 0902] Available from
httpwwwmobi-eptmobilidadehtml 13 Place B Battery switch stations support for long distance road trips 2010 [cited
2010 0902] Available from httpwwwbetterplacecomsolutioncharging 14 Portuguesa GdR Lanccedilada rede nacional de carregamento para Veiacuteculos Eleacutectricos
2009 [cited 2010 0802] Available from httpwwwportugalgovptptGC17GovernoMinisteriosMEIDocumentosPages20090629_MEI_Doc_Mobilidade_Electricaaspx
15 Mobile A autonet mobile 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwautonetmobilecom
24 - Referecircncias
16 Saravanan K AT and KRameshbabu A Middleware Architectural Framework for Vehicular Safety over VANET 2009
17 Ltd B-S LTE Connected Car 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwngconnectorgecosystemconnected-carhtm
18 Ahmed M et al Intra-vehicular Wireless Networks 19 CAR 2 CAR Communication Consortium Manifesto 2007 20 Coopers CO-OPerative SystEms for Intelligent Road Safety 2008 [cited 2010 0802] 21 Froumltscher A and M Boumlhm Co-operative Systems for Intelligent Road Safety 2007 22 Chaari L N Masmoudi and L Kamoun Electronic control in electric vehicle based on
CAN network in Systems Man and Cybernetics 2002 IEEE International Conference on 2002
23 Corporation I In-Vehicle Infotainment [cited 2010 03-02] Available from httpwwwintelcomdesignembeddedinfotainmentindexhtm
41 - Diagrama de Gantt do projecto
Referecircncias
1 Situ L Electric Vehicle Development The Past Present amp Future 2001 2 SCHALLENBERG RH Prospects for the Electric Vehicle A Historical Perspective 1980 3 Motor H Honda Introduces the INSIGHT a Hybrid Car that Offers the Worlds Lowest
Fuel Consumption for a Mass-Produced Gasoline-Powered Vehicle 1999 [cited 2010 0802] Available from httpworldhondacomnews19994990906chtml
4 Craveiro C Investimento em paineacuteis solares ascende a 167 milhotildees 2010 [cited 2010 01-02] Available from httpwwwenergiasrenovaveiscomDetalheNoticiasaspID_conteudo=357ampID_area=8
5 Car 2 Car Communication Consortium 2008 [cited 2010 0602] Available from httpwwwcar-to-carorg
6 Gulhane V MR Tarambale and YP Nerkar A Scope for the Research and Development Activities on Electric Vehicle Technology in Pune City in Electric and Hybrid Vehicles 2006 ICEHV 06 IEEE Conference on 2006
7 Affanni A et al Battery Choice and Management for New-Generation Electric Vehicles 2005 8 Motors G Volt 2010 [cited 2010 0302] Available from
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15 Mobile A autonet mobile 2009 [cited 2010 03-02] Available from httpwwwautonetmobilecom
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CAN network in Systems Man and Cybernetics 2002 IEEE International Conference on 2002
23 Corporation I In-Vehicle Infotainment [cited 2010 03-02] Available from httpwwwintelcomdesignembeddedinfotainmentindexhtm
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5 Car 2 Car Communication Consortium 2008 [cited 2010 0602] Available from httpwwwcar-to-carorg
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