1

““““VPVPVPVP____Lab Lab Lab Lab ---- LaboratóriLaboratóriLaboratóriLaboratórioooo de Veículos de Veículos de Veículos de Veículos

e Sistemas de Proe Sistemas de Proe Sistemas de Proe Sistemas de Propupupupulsão lsão lsão lsão

do Departamento de Engenharia Mecânicado Departamento de Engenharia Mecânicado Departamento de Engenharia Mecânicado Departamento de Engenharia Mecânica””””

DestinatárioDestinatárioDestinatárioDestinatário: Presidência do Departamento de Engenharia Mecânica

DataDataDataData: 10 de Dezembro de 2013

2

AssuntoAssuntoAssuntoAssunto:

Proposta de criação do VP_Lab - Laboratório de Veículos e Sistemas de Propulsão do

Departamento de Engenharia Mecânica”

ProponenteProponenteProponenteProponentes s s s da Propostada Propostada Propostada Proposta: : : :

• Prof. Tiago Farias (proponente coordenador)

• Prof. Luís Sousa

• Prof. João Dias

• Prof. Relógio Ribeiro

Contribuições complementares:Contribuições complementares:Contribuições complementares:Contribuições complementares:

• Dr. Patrícia Baptista

• Dr. Gonçalo Gonçalves

• Eng. Gonçalo Duarte

• Dra. Ana Vasconcelos

• Dr. André Carvalho

3

ÍndiceÍndiceÍndiceÍndice

1. A PROPOSTA DE LABORATÓRIO DE VEÍCULOS E DE SISTEMAS DE PROPULSÃO 4

2. COMPONENTE DE INVESTIGAÇÃO DO LABORATÓRIO 7

3. COMPONENTE DE APOIO AO ENSINO DO LABORATÓRIO 10

4. COMPONENTE DE LIGACÃO À INDÚSTRIA DO LABORATÓRIO 12

5. EQUIPAMENTOS E SOFTWARE LABORATORIAIS 14

6. EQUIPA TÉCNICA E INSTALAÇÕES 18

7. INVESTIMENTO NECESSÁRIO 23

8. ANEXOS I - DESCRIÇÃO DAS VALÊNCIAS MAIS RELEVANTES DO VP_LAB 24

8.1. Monitorização de tecnologias convencionais: ligeiros, autocarros e pesados 24

8.2. Monitorização de tecnologias alternativas 25

8.3. Monitorização de bicicletas e motociclos 29

8.4. Monitorização de peões 32

8.5. Projetos de alunos (Fórmula Student, Shell Eco-Marathon) 34

8.6. Acidentologia e Investigação Aprofundada de Acidentes (LAB. IAA) 34

9. ANEXO II - INDICADORES CIENTÍFICOS 36

4

1.1.1.1. A PROPOSTA DEA PROPOSTA DEA PROPOSTA DEA PROPOSTA DE LABORATÓRIO DE VEÍCULABORATÓRIO DE VEÍCULABORATÓRIO DE VEÍCULABORATÓRIO DE VEÍCULOS E DE SISTEMAS DELOS E DE SISTEMAS DELOS E DE SISTEMAS DELOS E DE SISTEMAS DE PROPULSÃOPROPULSÃOPROPULSÃOPROPULSÃO

O presente documento contém a proposta de criação do Laboratório de Veículos e de Laboratório de Veículos e de Laboratório de Veículos e de Laboratório de Veículos e de Sistemas de Sistemas de Sistemas de Sistemas de

Propulsão Propulsão Propulsão Propulsão (VP_Lab)(VP_Lab)(VP_Lab)(VP_Lab) do Departamento de Engenharia Mecânica destinado à realização de atividades de

investigação, ensino, e apoio à indústria, com especial ênfase na área de veículos rodoviários

englobando ações em várias unidades curriculares e áreas científicas.

O VP_Lab do Departamento de Engenharia Mecânica teria como missão apoiar e potenciar o

desenvolvimento de atividades de investigação e ensino em áreas ligadas aos veículos e sistemas de

mobilidade e segurança incluindo a utilização de tecnologias e fontes energéticas alternativas.

O VP_Lab constituiria uma estrutura logística com imagem própria a projetar no exterior como entidade

do IST capaz assegurar transferência de tecnologia e serviços de engenharia para a indústria e integraria

recursos disponíveis e a adquirir dos acuais Laboratórios de Vibrações e de Motores Térmicos que assim

se associariam para este efeito, mantendo, no entanto, as suas atuais valências e identidades próprias

(isto é, continuariam a ter existência individual).

Os objetivos principais traçados para este Laboratório seriam:

• Disponibilizar um espaço onde possam ser criados e desenvolvidos projetos de investigação nas

áreas dos veículos convencionais e alternativos, avaliação de prestações dinâmicas, energéticas

e ambientais, assim como de indicadores de segurança e conforto;

• Apoiar a componente laboratorial de um conjunto de Unidades Curriculares, em particular:

Motores Térmicos; Energia nos Transportes; Dinâmica de Sistemas Mecânicos; Desenho e

Modelação Geométrica, entre outras;

• Apoiar a execução de atividades que projetam a imagem do DEM (por exemplo, Formula

Student, Shell Eco-Marathon, Moto-Student, GreenPower e projetos de transferência de

tecnologia).

5

As atividades incluem:

• Monitorização do desempenho energético e ambiental de veículos (incluindo automóveis

ligeiros, motociclos, ciclomotores e bicicletas), nomeadamente através de banco de potência;

• Monitorização de emissões e rendimento de motores, incluindo motores de combustão e

alguns tipos de energias alternativas. Em veículos com componente elétrica (elétricos puros,

híbridos e plug-in) ter capacidade de monitorizar os fluxos de energia elétrica entre os

principais componentes;

• Comportamento dinâmico de sistemas relacionados com a tecnologia automóvel (por exemplo,

suspensões, desempenho de pneus), incluindo parâmetros de segurança e conforto.

No Anexo I são descritas com maior detalhe as principais valências do laboratório aqui proposto.

Propõe-se que o VP_Lab disponha de trêstrêstrêstrês espaços físicosespaços físicosespaços físicosespaços físicos complementares, a saber:

i) Espaço VeículosEspaço VeículosEspaço VeículosEspaço Veículos;

ii) Espaço Espaço Espaço Espaço Sistemas de PropulsãoSistemas de PropulsãoSistemas de PropulsãoSistemas de Propulsão.

iii) Espaço de Apoio a projectos de alunos em Engenharia AutomóvelEspaço de Apoio a projectos de alunos em Engenharia AutomóvelEspaço de Apoio a projectos de alunos em Engenharia AutomóvelEspaço de Apoio a projectos de alunos em Engenharia Automóvel

O espaço a ocupar pelo laboratório seria o apresentado na figura em anexo (ver Figura 1). Para as

atividades a desenvolver no Espaço Veículos,Espaço Veículos,Espaço Veículos,Espaço Veículos, propõe-se a utilização do LLLLaboratório de Vibrações no aboratório de Vibrações no aboratório de Vibrações no aboratório de Vibrações no

Pavilhão de Mecânica IIIPavilhão de Mecânica IIIPavilhão de Mecânica IIIPavilhão de Mecânica III (a verde, na figura), que, embora já disponha de boas condições (por exemplo 2

pórticos de 10kN), necessita das seguintes infraestruturas adicionais:

• Instalação de ventilação e exaustão de gases. Requisito essencial para a monitorização do

desempenho de veículos com motores térmicos;

• Instalação de sistemas de prevenção e combate a pequenos incêndios provocados por acidente

durante realização dos ensaios;

• Potência elétrica trifásica mínima de 10 kW;

• Melhoramento da zona de lavagem, com condições que permitam a lavagem e limpeza de

resíduos gordurosos e hidrocarbonetos.

•

Quanto ao EspaçoEspaçoEspaçoEspaço de Sistemas de Propulsãode Sistemas de Propulsãode Sistemas de Propulsãode Sistemas de Propulsão é sugerida a utilização do atual espaço laboratorial de laboratorial de laboratorial de laboratorial de

Motores TérmicosMotores TérmicosMotores TérmicosMotores Térmicos, conforme destacado a amarelo nas plantas da Figura 1.

6

Nos espaços indicados, existem ainda condições para vir a instalar 2 investigadores seniores

responsáveis pela gestão operacional dos Laboratórios e até 8 investigadores laboratoriais.

Fig. 1a) Piso 1

Fig 1b) Piso 2

Figura 1: Espaço proposto para o VP_Lab: Espaço veículos (a verde) e espaço Sistemas de Propulsão (a amarelo) e

espaço de Apoio a projectos de alunos em Engenharia Automóvel (a azul)

Fig. 1a) Piso 1 do Pavilhão de mecânica III; Fig. 1b) Piso 2 do Pavilhão de mecânica III

O volume de investimento no VP_lab identificado como necessário para o seu arranque ascende a 66660000

Mil Euros,Mil Euros,Mil Euros,Mil Euros, sendo que os proponentes se responsabilizam a financiar o mesmo na íntegra (recorrendo,

para tal, a verbas disponíveis em projetos coordenados por elementos da equipa proponente, assim

como a apoios financeiros por parte de parceiros industriais).

PalavrasPalavrasPalavrasPalavras----chave:chave:chave:chave: Veículos, Sistemas de propulsão, Consumos/Emissões, Segurança/Conforto.

7

2.2.2.2. COMPONENTE COMPONENTE COMPONENTE COMPONENTE DE INVESTIGAÇÃODE INVESTIGAÇÃODE INVESTIGAÇÃODE INVESTIGAÇÃO DO LABORATÓRIODO LABORATÓRIODO LABORATÓRIODO LABORATÓRIO

A existência de um laboratório integrado como o atualmente proposto poderá servir igualmente de

ferramenta de suporte a um conjunto vasto de atividades de investigação científica envolvendo os

seguintes temas:

Monitorização de emissões e consumos de veículos rodoviários;

Modelação e monitorização de indicadores de segurança passiva e ativa de veículos;

Caracterização experimental de viagens em modos suaves;

Análise de impactes energéticos e ambientais de novas tecnologias e novos combustíveis;

Caracterização de novos sistemas de propulsão;

Testes em suspensões ativas/passivas;

Testes de impacto com componentes da segurança de veículos;

Análise modal experimental de estruturas de veículos;

Estudos de acidentologia e investigação aprofundada de acidentes rodoviários.

Face ao exposto, e conscientes de se tratar apenas de uma primeira abordagem à identificação dos

potenciais interessados, apresentamos um conjunto de Áreas Científicas (e respetivos docentes) que

poderão beneficiar diretamente da existência do VP_Lab nas suas atividades de investigação e ensino:

Áreas Científicas:Áreas Científicas:Áreas Científicas:Áreas Científicas:

Área Científica de Termofluídos e Tecnologias de Conversão de Energia

• Prof. Tiago Farias

Áreas de Investigação: monitorização de dinâmica de veículos, eficiência e emissões de poluentes,

sistemas de propulsão e combustíveis alternativos

Área Científica de Energia e Ambiente

• Prof. Mário Costa

Áreas de Investigação: gestão de energia, termodinâmica, monitorização de emissões de poluentes.

Área Científica de Mecânica Estrutural e Computacional

• Prof. João Dias

8

Áreas de Investigação: Dinâmica e impacto de veículos, investigação e reconstituição de

acidentes, segurança ativa e passiva de veículos, Segurança Rodoviária;

• Prof Luís Sousa

Áreas de Investigação: Análise estrutural não-linear, Veículos Elétricos, Impacto de Veículos;

Área Científica de Projeto Mecânico e Materiais Estruturais

• Prof. Relógio Ribeiro

Áreas de Investigação: Análise Modal, Projeto mecânico, Sistemas de Engenharia;

A equipa associada à presente proposta conta ainda com um conjunto de investigadores doutorados

cujas atividades de investigação envolvem o uso recorrente dos equipamentos em causa e que foram

responsáveis pelo desenvolvimento de um vasto conjunto de soluções instrumentais no campo da

monitorização de veículos e sistemas de propulsão. Entre os quais destacamos:

• Gonçalo Gonçalves, Doutorado em Eng. Mecânica

• Patrícia Baptista, Doutorada em Sistemas Sustentáveis de Energia

• Gonçalo Duarte, Mestre em Engenharia Mecânica

• Ana Vasconcelos, Doutorada em Sistemas de Transportes

• Ricardo Portal, Doutorado em Eng. Mecânica

• André Carvalho, Doutorado em Eng. Mecânica

O laboratório será também parte essencial de projetos de investigação financiados pela FCT a decorrer

nos próximos anos dos quais destacamos:

1. Projecto SoMoMUT – Soft Mode Modeling in Urban Trips (referência FCT: PTDC/ECM-

URB/1407/2012).

Este projeto visa a definição e criação de uma ferramenta para estimação de indicadores de

caracterização de peões e ciclistas em áreas urbanas tendo em conta o tempo e distância da

viagem, incluindo a inalação de poluentes e o consumo de energia associado à mesma.

É necessária uma correta definição das variáveis de caracterização ambiental e fisiológica dos

peões e ciclistas. Algumas destas variáveis estão já bem descritas e caracterizadas na literatura,

9

no entanto existem algumas para as quais será necessário recolher os dados em falta. Para tal,

será utilizado o laboratório de peões. Adicionalmente, o modelo será aplicado a dois casos de

estudo em Lisboa e Coimbra, utilizando o mesmo laboratório para a recolha de dados

necessários para a caracterização das viagens do peão/ciclista e do seu esforço específico.

2. Projecto InnovShare – Análise da viabilidade de diferentes configurações de sistemas de

partilha de automóveis através de um modelo inovador de simulação por agentes. (PTDC/ECM-

TRA/0528/2012).

Este projeto, coordenado pelo departamento de engenharia civil da Universidade de Coimbra,

pretende simular diferentes cenários de sistemas de carsharing, sendo necessário realizar uma

análise custo benefício utilizando uma correta avaliação dos impactes ao nível do consumo de

combustível e emissões de poluentes. Para tal, serão realizadas diversas medições de forma a

simular o tipo de viagem de utilizadores deste tipo de serviço e estimar qual o impacte que teria

a sua utilização em substituição de outros modos de transporte. Será utilizado o laboratório de

monitorização de veículos (convencionais e elétricos, uma vez que será equacionada a

possibilidade de ter uma frota de carsharing composta apenas por veículos elétricos).

3. A Física dos acidentes, Projeto IDMEC, financiado pelo Ministérios da Administração Interna no

âmbito do Concurso de Prevenção e Segurança Rodoviária, (Financiamento total 47500€),

Projeto IDMEC PE 478 2012-2014, coordenador Prof. João Dias.

4. Segurança dos utentes vulneráveis, Projeto IDMEC, financiado pelo Ministério da Administração

Interna no âmbito do Concurso de Prevenção e Segurança Rodoviária, (Financiamento total

49100€), Projeto IDMEC PE 479, 2012-2014, coordenador Prof. João Dias.

5. Projeto de veículos Militares, Projeto IDMEC, Projeto de prestação de serviços à empresa

Pinhol, financiado no âmbito do QREN , (Financiamento total € 167.637,20 €), 2013-2015

coordenador Prof. João Dias.

6. DECO – Segurança de veículos, Projeto IDMEC 322, financiamento DECO PROTESTE,

(Financiamento total 8180€), 2013.

7. Reconstituição de acidentes rodoviários. Projeto IDMEC PE 216, Financiamento anual cerca de

32000€, Financiamento total 232 000 € 2004-2013.

As atividades realizadas nos últimos anos com alguns dos equipamentos aqui propostos para constituir

o VP_Lab deram origem a um conjunto notável de resultados científicos, sendo que os trabalhos mais

relevantes se encontram apresentados no Anexo II.

10

3.3.3.3. COMPONENTE COMPONENTE COMPONENTE COMPONENTE DE APOIO AO ENSINODE APOIO AO ENSINODE APOIO AO ENSINODE APOIO AO ENSINO DO LABORATÓRIODO LABORATÓRIODO LABORATÓRIODO LABORATÓRIO

As potencialidades do laboratório aqui proposto em termos de apoio ao ensino são também de realçar,

já que cobrem uma vasta gama de temas como sejam a dinâmica de veículos, sistemas de propulsão

convencionais (em particular motores de combustão interna) e alternativos (nomeadamente híbridos e

elétricos), monitorização de consumo e emissões de poluentes, assim como vibrações e segurança

automóvel. Desta forma estamos certos que, tratando-se um laboratório ao serviço dos objetivos do

DEM, possa servir um conjunto de unidades curriculares atualmente existentes, assim como futuras

unidades que possam vir a surgir.

De seguida destacamos um conjunto de unidades curriculares que consideramos poder beneficiar de

imediato e diretamente do VP_Lab:

• Energia nos TransportesEnergia nos TransportesEnergia nos TransportesEnergia nos Transportes, Engenharia Mecânica e Engenharia Ambiente, 5º ano, aulas práticas e

laboratoriais

A disciplina de energia nos transportes, na sua edição de 2012-2013, englobou nas suas atividades

de ensino um projeto-piloto laboratorial que contou com a monitorização dinâmica, energética e

ambiental de veículos ligeiros de passageiros e posterior análise de emissões em função da

infraestrutura, tipo de condução, tecnologia do veículo e fonte energética. Desta forma, a existência

do VP_Lab poderia dar suporte efetivo as estas atividades, alargando as mesmas para mais

tipologias de veículos (nomeadamente elétricos e híbridos), assim como a possibilidade de realizar

os ensaios em banco de rolos, em vez de em estrada, melhorando as condições de ensino e

minimizando riscos.

• Motores TérmicosMotores TérmicosMotores TérmicosMotores Térmicos, Engenharia Mecânica, 5º ano, aulas práticas e laboratoriais

A disciplina de motores térmicos sempre pautou pela inclusão no seu programa de atividades de

aulas laboratoriais com vista a avaliar o funcionamento de motores de explosão e Diesel em

diferentes condições de funcionamento (rotação, carga, avanço à injeção e ignição,…). Com a

introdução do laboratório VP_Lab seria possível não só garantir estas valências, como também

alargar o espectro à análise de sistemas de propulsão alternativos (híbridos, plug-Ins e elétricos).

11

• Dinâmica de Sistemas MecânicosDinâmica de Sistemas MecânicosDinâmica de Sistemas MecânicosDinâmica de Sistemas Mecânicos, Engenharia Mecânica, 4º ano

A disciplina de dinâmica de sistemas mecânicos inclui a análise cinemática e dinâmica de

mecanismos e sistemas mecânicos, e pode ser enriquecida com a inclusão e análise de mecanismos

reais, que fazem parte de veículos automóveis, desde os simples mecanismos de portas ao

mecanismo dos cortes, podem dar uma contribuição mais prática a uma disciplina essencialmente

teórica. A utilização dos programas de dinâmica de sistemas mecânicos existentes no laboratório,

como os programas Pc-Crash e Madymo, permitirá alargar o leque de sistemas mecânicos a analisar

e tornar mais aliciantes os temas da disciplina.

• DissertaçãoDissertaçãoDissertaçãoDissertação, Engenharia Mecânica e outras, 5º ano

Vários têm sido os trabalhos realizados no DEM por alunos de Eng. Mecânica e Eng. Aeroespacial

tendo como fundo os veículos, desde a conceção ao estudo de implementação e viabilidade

financeira de um projeto. Neste aspeto, a existência de instalações laboratoriais dedicadas servirá

de potenciador ao aparecimento de mais trabalhos, preferencialmente em novas áreas, desde a

mobilidade elétrica, conversão de veículos, sistemas de proteção, segurança e conforto, entre

outros.

12

4.4.4.4. COMPONENTE COMPONENTE COMPONENTE COMPONENTE DE DE DE DE LIGACÃO À INDÚSTRIALIGACÃO À INDÚSTRIALIGACÃO À INDÚSTRIALIGACÃO À INDÚSTRIA DO LABORATÓRIODO LABORATÓRIODO LABORATÓRIODO LABORATÓRIO

O VP_Lab apresenta-se igualmente como um laboratório preparado para poder fornecer valor

acrescentado a um conjunto de parceiros da indústria. De facto nos últimos anos, algumas das valências

existentes no DEM têm contribuído para a realização com sucesso de projetos diretos com a indústria

tendo o volume de financiamentos ultrapassado os 100 Mil Euros. São exemplos de projetos realizados

nos últimos anos os seguintes:

• Projeto Projeto Projeto Projeto de monitorização de autocarros a hidrogénio (HyFLEET:CUTE), 2006-2009.

• Projeto com Rodoviária de LisboaRodoviária de LisboaRodoviária de LisboaRodoviária de Lisboa, GISFROT - Programa de Melhoria da Qualidade do Serviço e da

Qualificação dos Motoristas, 2004.

• Projeto com MNACMNACMNACMNAC e Barraqueiro TransportesBarraqueiro TransportesBarraqueiro TransportesBarraqueiro Transportes, Eco-Safe-Drive, 2005.

• Monitorização de veículo elétrico convertido em parceria com a empresa AutosilAutosilAutosilAutosil, incidindo na

medição da dinâmica do veículo e do sistema de propulsão (bateria/motor) em condições de teste

em parque fechado, 2010.

• Projeto de monitorização/avaliação do Toyota Prius Plug-in em condições reais de utilização durante

um período de 6 meses, em parceria com a empresa GALPGALPGALPGALP EnergiaEnergiaEnergiaEnergia, 2011.

• Monitorização energética e ambiental em banco de rolos para veículos pesados da introdução de

GPL em motores Diesel. Projetos em parceria com as empresas RepsolRepsolRepsolRepsol e GALP EnergiaGALP EnergiaGALP EnergiaGALP Energia, 2012.

• Participação em projeto conjunto entre IDMEC-IST e Prio.ePrio.ePrio.ePrio.e intitulado: "Characterization of

worldwide usage of bike sharing systems - State of Practice of Bike-sharing systems". Paralelamente

efetuou-se ainda uma avaliação da utilização de bicicleta elétrica versus bicicleta convencional num

percurso típico da cidade de Lisboa, 2012.

• Projeto com a Toyota Caetano PortugalToyota Caetano PortugalToyota Caetano PortugalToyota Caetano Portugal na monitorização de um veículo puramente elétrico

(aplicação em pequenas soluções de mobilidade elétrica) e veículos híbrido e híbrido plug-in, 2012.

• Projeto conjunto entre ITDS SAITDS SAITDS SAITDS SA e IDMEC-IST, intitulado: "i2d - intelligence to drive Project".

Financiado pelo Fundo de Apoio ao Investimento, 2011-2013.

• Projeto com a Ultimate Ultimate Ultimate Ultimate PowerPowerPowerPower de monitorização em estrada de co-combustão de hidrogénio em

veículos, 2012-2013.

• Projeto colaboração para a monitorização em estrada de veículos, motociclos e bicicletas elétricas

com EMELEMELEMELEMEL, EcoEcoEcoEco----critériocritériocritériocritério e EDP ValorEDP ValorEDP ValorEDP Valor, 2013.

13

• Projeto conjunto entre IDMEC-IST e Rodoviária de LisboaRodoviária de LisboaRodoviária de LisboaRodoviária de Lisboa, intitulado: "Impacts of on-board devices

and eco driving training on urban passengers bus drivers' behavior", 2012-2013.

• Participação em projeto conjunto entre IDMEC-IST e Douro Azul SADouro Azul SADouro Azul SADouro Azul SA, intitulado: “Avaliação da

emissão de óxidos de azoto de motores geradores do navio Douro Cruiser", 2013.

• Projeto de monitorização em estrada de utilização de combustíveis aditivados, em parceria com a

empresa GALPGALPGALPGALP EnergiaEnergiaEnergiaEnergia, 2013.

Por último, destacamos como potenciais financiadores e/ou destinatários de serviços a fornecer pelo

VP_Lab, as empresas ou entidades das seguintes áreas:

• Companhias de energia (nomeadamente a GalpEnergia, EDP, Repsol, BP,…)

• Construtores de automóveis (BMW, OPEL Toyota em particular com as quais já existem

contactos e contractos de parceria firmados)

• Promotores de soluções de mobilidade alternativas (PRIO-E)

• Entidades públicas (câmaras municipais, reguladores,…)

• Entidades nas áreas de prevenção e segurança rodoviária, como a ANSR (Autoridade Nacional

de Segurança Rodoviária), seguradoras, associações de consumidores e ONG’s

• Empresas ou entidades que promovam a mobilidade sustentável.

14

5.5.5.5. EQUIPAMENTOSEQUIPAMENTOSEQUIPAMENTOSEQUIPAMENTOS E SOFTWARE E SOFTWARE E SOFTWARE E SOFTWARE LABORATORIAISLABORATORIAISLABORATORIAISLABORATORIAIS

Os equipamentos mais relevantes de medição já existentes e que serão transferidos para o VP_Lab

ascendem a um valor superior a 150 mil Euros, apresentando-se na Tabela 1 os mais relevantes.

Tabela 1. Equipamento disponível para integrar o laboratório VP_Lab

EquipmentEquipmentEquipmentEquipment ManufacturerManufacturerManufacturerManufacturer ModelModelModelModel Startup Startup Startup Startup

YearYearYearYear CharacteristicsCharacteristicsCharacteristicsCharacteristics

Estimated Estimated Estimated Estimated equipment equipment equipment equipment

pricepricepriceprice

Dust monitor GRIMM 1.101 2009

Measures PM ranging from 0.4 to 15 mm in diameter. Allows continuous

measurements, determined in particle concentration (counts l

-1) or

in mass concentration (µg m-3

).

4000

OBD reader OBDKey OBDKey 2010

Allows to communicate with vehicle sensors using on-board diagnosis

port. Supports several communication protocols.

150

GPS Garmin GPSMAP

76CSX 2006

Has an barometric altimeter incorporated with an accuracy of 10

feet (~3 m) and a resolution of 1 foot (~0.3 m)

250

Accelerometer Corrsys-Datron TANS 3-Axis 2008

Combine a solid-state, tri-axial rate gyro with a tri-axial accelerometer in

a single, ultra-compact housing. Simultaneous measurement in up to

6 axes; ±3g, accelerometer; ±150 degrees/sec., rate gyro

3500

Data Acquisition

Board

National Instruments

NI USB-6211 2008

USB connectivity; 16 analog inputs (16-bit, 250 kS/s); 2 analog outputs (16-bit, 250 kS/s); 4 digital inputs; 4

digital outputs; 32-bit counters

1000

PLUX - 2012

Bluetooth Connectivity; 8 Analog Channels (12 bit) - Sampling rate of 1000 Hz; 1 Digital I/O Port (1 bit) -

Input/Output adapter included

4000

15

EquipmentEquipmentEquipmentEquipment ManufacturerManufacturerManufacturerManufacturer ModelModelModelModel Startup Startup Startup Startup

YearYearYearYear CharacteristicsCharacteristicsCharacteristicsCharacteristics

Estimated Estimated Estimated Estimated equipment equipment equipment equipment

pricepricepriceprice

Biometric sensors

PLUX Electrocardiography

(ECG) 2012

Detect the electrical impulses for muscular fiber activation in the heart. (Applications: heart rate monitoring; stress monitoring;

biometric verification; life monitoring)

-

PLUX Electrodermal activity (EDA)

2012

The signal reacts to various brain stimulations.

Applications: stress monitoring; detect changes at attentive, cognitive, emotional states

-

PLUX Electromyography

(EMG) 2012

Detect the electrical impulses from muscular fibre activation at the skin

surface. Applications: muscular activation

instants analysis; fatigue evaluation; symmetry; muscle contraction

monitoring

-

PLUX Force 2012

Detect the force applied to the sensor surface by sensing the

changes in the resistive characteristics of the material.

Applications: postural equilibrium analysis; walking behaviors

evaluation; body weight

-

PLUX Respiration 2012 Applications: measures the

capability of the thoracic cavity; air pressure measurement

-

PLUX Triaxial

accelerometer 2012

Applications: vibration analysis; motion patterns; walking behavior;

fall detection; tilt -

16

EquipmentEquipmentEquipmentEquipment ManufacturerManufacturerManufacturerManufacturer ModelModelModelModel Startup Startup Startup Startup

YearYearYearYear CharacteristicsCharacteristicsCharacteristicsCharacteristics

Estimated Estimated Estimated Estimated equipment priceequipment priceequipment priceequipment price

Portable gas analyzer (O2, CO2, NOx, CO,

HC)

Vetronix PXA-1100 5 Gas analyzer

2000

Vehicle tailpipe emissions are measured with portable gas

analyzer, which uses three Non-Dispersive Infrared individual chambers to determine the

concentrations of carbon dioxide (CO2), carbon monoxide (CO) and

hydrocarbons (HC). Electro-chemical sensors are used to determine

oxygen (O2) and nitrous oxides (NOx) concentrations.

10000

Horiba MEXA 2009

Vehicle tailpipe emissions are measured with portable gas

analyzer, which uses Electrochemical sensors to

determine oxygen (O2) and nitrous oxides (NOx) concentrations.

5000

Fuel Flow meter

DATRON CDS-DFL-1A e CDS-DFL-WT

2008??

Set of Fuel flowmeter and Heat exchnager to measure diesel or gasoline fuel rates from 0.5 to

60 l/h, with an accuracy of ±0.5%

7500

Speed and acceleration

sensor DATRON Datron M2 2000

Microwave Doppler-effect speed sensor. Range of measurement

between 0 and 400 km/h 5000

2 heart rate monitors

Polar 2013 To monitor driver heart rate 750

Physiologial data monitor

Bitalino 2013

To monitor driver heart rate, breathing rate, electrodermal

activity and pressure in a synchronized way.

200

Fuel flow meter

Kienzle 2003 1500

Gas flow meter

GPI 2011 1500

3 Portáteis de suporte ao Laboratório

Sony e Toshiba

2012 7500

vehicle datalogger

I2d 2013 On-board-device for large scale

vehicle monitoring. 10000

OBD datalogger

Carchips 2008 5000

17

EquipmentEquipmentEquipmentEquipment ManufacturerManufacturerManufacturerManufacturer ModelModelModelModel Startup Startup Startup Startup

YearYearYearYear CharacteristicsCharacteristicsCharacteristicsCharacteristics

Estimated equipment Estimated equipment Estimated equipment Estimated equipment pricepricepriceprice

Programmable power supply, 720V, 15A, 2U

2013 3000

Programador Arduino + sensores

2013 300

2 sprectral analyzers

B&K 2002 50000

2 sonometers B&K 20000

4 Acelerometers

B&K 4000

Na Tabela 2 destacamos as ferramentas informáticas já existentes que servirão de apoio às atividades

laboratoriais.

Tabela 2. Software de apoio às atividades do laboratório

Ferramentas Ferramentas Ferramentas Ferramentas informáticas informáticas informáticas informáticas disponíveisdisponíveisdisponíveisdisponíveis

DescriçãoDescriçãoDescriçãoDescrição

ADVISOR Ferramenta de micro-simulação de tecnologias convencionais e alternativas

Ecogest/RVS Ferramenta de micro-simulação de tecnologias convencionais e alternativas

Copert 4 Ferramenta de macro-simulação de frotas utilizando tecnologias convencionais

Portal i2d - IDMEC Ferramenta de recolha de informação em larga escala de dispositivos i2d

PC-CRASH Software de simulação e reconstituição de acidentes

MADYMO Software de simulação em modelos biomecânicos

Siemens NX Software de modelação e simulação multidisciplinar

Resumindo, encontra-se neste momento disperso por diferentes espaços físicos do DEM equipamento

que, devidamente consolidado, poderá trazer valor e riqueza adicional ao serviço do ensino, da

investigação e da transferência de conhecimento.

18

6.6.6.6. EQUIPA EQUIPA EQUIPA EQUIPA TÉCNICATÉCNICATÉCNICATÉCNICA E INSTALAÇÕESE INSTALAÇÕESE INSTALAÇÕESE INSTALAÇÕES

Propõe-se que o VP_Lab disponha de trêstrêstrêstrês espaços físicosespaços físicosespaços físicosespaços físicos complementares, a saber:

i) Espaço VeículosEspaço VeículosEspaço VeículosEspaço Veículos;

ii) Espaço Espaço Espaço Espaço Sistemas de PropulsãoSistemas de PropulsãoSistemas de PropulsãoSistemas de Propulsão.

iii) Espaço de Apoio a projectos de alunos em Engenharia AutomóvelEspaço de Apoio a projectos de alunos em Engenharia AutomóvelEspaço de Apoio a projectos de alunos em Engenharia AutomóvelEspaço de Apoio a projectos de alunos em Engenharia Automóvel

Para as atividades a desenvolver no Espaço Veículos,Espaço Veículos,Espaço Veículos,Espaço Veículos, propõe-se a localização no Laboratório de no Laboratório de no Laboratório de no Laboratório de

Vibrações no Pavilhão de Mecânica IIIVibrações no Pavilhão de Mecânica IIIVibrações no Pavilhão de Mecânica IIIVibrações no Pavilhão de Mecânica III, conforme identificação na planta apresentada nas figuras 2 e 3.

Fig 2a

8

19

Fig. 2b

Figura 2 – Área proposta para a o VP-Lab - Espaço Veículos (Fig 2.a – piso 1 do pav. mecânica III e Fig.2b - Piso 2)

Figura 3 – Possível Layout do VP-Lab - Espaço Veículos

elevador

Zona isolada para

ensaios de

vibrações

Zon

a d

e

Co

ntr

olo

Espaço reservado para

acesso ao corredor

Banco

de rolos

9

10

8

20

O Espaço Veículos partilharia a área do laboratório de vibrações, visto muito dos ensaios a realizar neste

espaço utilizarão os equipamentos já existentes no laboratório, para além do seu acesso previgiliado ao

exterior. Um possível arranjo do Espaço Veículos é apresentado na Figura 3.

O espaço em questão necessitaria das seguintes infraestruturas adicionais:

• Instalação de ventilação e exaustão de gases. Requisito essencial para a monitorização do

desempenho de veículos com motores térmicos;

• Instalação de sistemas de prevenção e combate a pequenos incêndios provocados por acidente

durante realização dos ensaios;

• Potência elétrica trifásica mínima de 10 kW;

• Melhoramento da zona de lavagem, com condições que permitam a lavagem e limpeza de

resíduos gordurosos e hidrocarbonetos;

Os gabinetes de apoio identificados na planta da figura 2 (gabinetes 9 e 10 no Piso 2 e gabinete 8– Piso

1) alojariam dois investigadores seniores (pós-doutorados, responsáveis pela gestão operacional do

laboratório), quatro investigadores laboratoriais, para além de um vasto conjunto de equipamento de

suporte.

Quanto ao Espaço de Sistemas dEspaço de Sistemas dEspaço de Sistemas dEspaço de Sistemas de Propulsãoe Propulsãoe Propulsãoe Propulsão é sugerida a utilização do actual espaço laboratorial de laboratorial de laboratorial de laboratorial de

Motores TérmicosMotores TérmicosMotores TérmicosMotores Térmicos, conforme identificado na Figura 4, sendo que, os gabinetes disponíveis no Piso 2

(gabinetes 14 e 15) poderiam alojar não só investigadores como também elementos da equipa dos

projectos Green Power.

21

Fig. 4ª)

Fig. 4b)

Figura 4 – Área proposta para a o VP-Lab - Espaço Sistemas de Propulsão

(Fig 4.a – piso 1 do pav. mecânica III e Fig.4b - Piso 2)

14 15

22

Para o espaço de Apoio a projectos de alunos em Apoio a projectos de alunos em Apoio a projectos de alunos em Apoio a projectos de alunos em Engenharia AutomóvelEngenharia AutomóvelEngenharia AutomóvelEngenharia Automóvel propõe a utilização da sala

anexa ao actual laboratório de Motores Térmicos conforme identificado na Figura 5. Esta espaço teria

como principal missão apoiar os projetos Formula Student e/ou Greenpower.

Figura 5 – Área proposta para a o VP-Lab – Espaço de Apoio a projectos de alunos em Engenharia Automóvel

O VP_Lab contemplaria, na sua fase de lançamento, uma equipa base composta dos seguintes

elementos:

• Coordenação:

o Coordenador geral: Prof. Tiago Farias

o Coordenadores: Prof. António Relógio Ribeiro, Prof. Luís Sousa, Prof. João Dias

• Responsáveis Operacionais: Dr. Gonçalo Gonçalves, Dr. André Carvalho

• Investigadores laboratoriais:

� Dr. Gonçalo Duarte

� Dr. Patrícia Baptista

� Dr. Ana Vasconcelos

� Dr. Ricardo Portal

� Eng. Samuel Terreiro (aluno de doutoramento SES-MIT)

� Eng. Ana Marta Faria (Aluna de Doutoramento em Transportes)

� Equipa formula Sudent

� Equipa Green Power

23

7.7.7.7. INVESTIMENTO NECESSÁINVESTIMENTO NECESSÁINVESTIMENTO NECESSÁINVESTIMENTO NECESSÁRIORIORIORIO

Para a implementação do laboratório prevê-se a necessidade de adquirir um conjunto de equipamento

de complementaridade aos já existentes assim como realização de obras de adaptação. Na Tabela

apresentamos um resumo dos principais investimentos identificados.

Tabela 3. Equipamentos de medição necessários à consolidação das actividades do laboratório

EquipamentoEquipamentoEquipamentoEquipamento ValorValorValorValor indicativoindicativoindicativoindicativo1111

Radar 2000

Banco de rolos 43000

Sistema de exaustão e segurança 5000

Analisador de gases 20000

Obras de adaptação / imagem 25000

Fontes de Potência reguláveis AC/DC 5000

Sensores e Meios de análise de sinais 10000

TotalTotalTotalTotal 111111110000,000,000,000,000

No entanto, e numa fase de arranque, o laboratório poderá dar início às suas atividades se o

investimento base se concentrar na implementação de um banco de rolos, respetivo sistema de

exaustão e segurança, assim como nas obras de adaptação e imagem. Na Tabela apresentamos um

resumo dos investimentos de base necessários realizar.

Tabela 4. Equipamentos de medição necessários ao arranque das atividades do laboratório

EquipamentoEquipamentoEquipamentoEquipamento ValorValorValorValor indicativoindicativoindicativoindicativo

Banco de rolos 43000

Sistema de exaustão e segurança 5000

Obras de adaptação, imagem 12000

TotalTotalTotalTotal 60606060,,,,000000000000

O volume de investimento no VP_lab identificado como necessário para o seu arranque será assim de

60606060 Mil EurosMil EurosMil EurosMil Euros, , , , sendo que os proponentes se disponibilizam para financiar o mesmo na íntegra

(recorrendo, para tal, a verbas disponíveis em projetos coordenados por elementos da equipa

proponente).

Quanto ao investimento em Recursos Humanos, a equipa de investigadores atualmente existente

associada à presente proposta (complementada por alunos de mestrado e de Doutoramento)

asseguraria numa fase inicial a gestão do Laboratório.

1 Valores obtidos mediante orçamentos provisórios/facturas pró-forma sujeitos a confirmação.

24

8.8.8.8. ANEXOS I ANEXOS I ANEXOS I ANEXOS I ---- DESCRIÇÃO DESCRIÇÃO DESCRIÇÃO DESCRIÇÃO DAS VALÊNCIAS DAS VALÊNCIAS DAS VALÊNCIAS DAS VALÊNCIAS MAIS RELEVANTES MAIS RELEVANTES MAIS RELEVANTES MAIS RELEVANTES DO DO DO DO VP_LABVP_LABVP_LABVP_LAB

8.1.8.1.8.1.8.1. Monitorização de tecnologias convencionais: ligeiros, autocarros e pesadosMonitorização de tecnologias convencionais: ligeiros, autocarros e pesadosMonitorização de tecnologias convencionais: ligeiros, autocarros e pesadosMonitorização de tecnologias convencionais: ligeiros, autocarros e pesados

A monitorização de tecnologias convencionais cobre 3 grupos de variáveis, dinâmica do veículo

(velocidade, aceleração, declive da via, usando os sensores da viatura ou sensores dedicados), consumo

de combustível (por medição direta ou cálculo) e emissão de poluentes gasosos.

Figura 6. Equipamento standard utilizado para a monitorização de veículos ligeiros

25

Figura 7. Modularidade do laboratório de monitorização de veículos, de acordo com as especificidades

Figura 8. Monitorização de veículos pesados

8.2.8.2.8.2.8.2. Monitorização de tecnologias Monitorização de tecnologias Monitorização de tecnologias Monitorização de tecnologias alternativasalternativasalternativasalternativas

Partindo do equipamento disponível para a monitorização de tecnologias convencionais,

desenvolveram-se laboratórios portáteis para veículos híbridos, híbridos plug-in e elétricos, assim como

metodologias de análise dos dados recolhidos, de forma a obter uma caracterização energética e

ambiental (sempre que aplicável) deste tipo de tecnologias que começam a ser cada vez mais

proeminentes. A Figura 9 apresenta exemplos de veículos já monitorizados com estes laboratórios.

26

Assim, a cada segundo de condução é recolhida informação sobre a operação do motor térmico,

baterias, dinâmica de viagem e topografia da estrada. A modularidade dos laboratórios e do software

de aquisição desenvolvidos permite a partilha de múltiplos equipamentos, independentemente da

tecnologia em causa, que permitem monitorizar em condições reais de operação uma grande variedade

de veículos de um modo “standard”, assim como a sua aplicação em casos mais específicos através da

aplicação de equipamento e desenvolvimento de software adequados.

Tipicamente, estes laboratórios incluem:

• GPS (Garmin GPS map 76CSx), que indica o perfil dinâmico da viagem (coordenadas de

latitude e longitude, altitude em metros e velocidade em km/h);

• Leitor de OBD (OBDKey), compatível com todos os veículos OBD-II e suporta os protocolos

standard ISO9141, KWP2000, SAE J1850 e CAN. Suporta ainda alguns protocolos de

comunicação específicos. Permite aceder aos sensores do veículo, nomeadamente de operação

do motor, entre outros.

• Analisador de gases (Vetronix PXA-1100), permite medir a concentração de Oxigénio, Dióxido

de Carbono, Monóxido de Carbono, Hidrocarbonetos e Óxidos de Azoto no escape. Utiliza três

câmaras NDIR (Non-Dispersive Infrared) individuais para quantificar as concentrações de

CO2,CO e HC. Utiliza sensores eletroquímicos para quantificar as concentrações de O2 e NOx.

• Pinça amperimétrica (Fluke i1010) transportada no exterior da mochila para efetuar a leitura

dos fluxos de corrente do sistema propulsor;

• Sondas de leitura de tensão;

• Placa USB NI USB 6210 para aquisição de dados;

• Computador portátil que regista a cada segundo todos os dados fornecidos pelos

equipamentos referidos anteriormente, através de interfaces de comunicação desenvolvidas de

acordo com as necessidades.

27

HEV

PHEV

EV

Figura 9. Exemplos de veículos com tecnologias alternativas monitorizados

Outras atividades do LaboratórioOutras atividades do LaboratórioOutras atividades do LaboratórioOutras atividades do Laboratório

Além disso, este laboratório possibilita a monitorização não intrusiva dos sinais fisiológicos dos monitorização não intrusiva dos sinais fisiológicos dos monitorização não intrusiva dos sinais fisiológicos dos monitorização não intrusiva dos sinais fisiológicos dos

condutorescondutorescondutorescondutores (Figura 10), recorrendo a instrumentos de medição equipados com eletrocardiograma,

acelerómetro e sensores de força, que permite recolher dados relacionados com o estado fisiológico do

28

indivíduo enquanto conduz, nomeadamente em indicadores como ritmo cardíaco e frequência

respiratória, indicadores de stress e tempo de resposta. Com este tipo de equipamento pretende-se

monitorizar não só o desempenho de condução, contabilizando indicadores tais como travagens e

acelerações bruscas e excesso de velocidade, mas também indicadores fisiológicos dos condutores,

permitindo identificar, analisar e correlacionar as respostas fisiológicas dos condutores com eventos de

condução.

Figura 10. Monitorização de sinais fisiológicos do condutor no interior do veículo

Uma outra valência deste laboratório de monitorização de veículos é a possibilidade de monitorizar monitorizar monitorizar monitorizar

veículos em larga escalaveículos em larga escalaveículos em larga escalaveículos em larga escala (Figura 11), através de tecnologia desenvolvida em parceria com o IDMEC-IST,

no projeto i2d – intelligence to drive. A solução tecnológica desenvolvida neste projeto está disponível

para recolha de dados da utilização do veículo automóvel on-board, o qual fica conectado 24/7 a uma

central na Cloud. Os dados são tratados através de rigorosas e inovadoras metodologias e algoritmos,

obtendo-se indicadores que permitem caracterizar a condução automóvel.

Figura 11. Dispositivo de monitorização a bordo

29

Os veículos testados em todas estas atividades são gentilmente emprestados por parceiros industriais:

BMW, Mini, Toyota Portugal, Opel Portugal, Hyundai Portugal-Entreposto VH, Mercedes-Benz Portugal,

Kia Motors Portugal, Peugeot Portugal, Citroen Portugal, Nissan Portugal, Volkswagen - SIVA, Honda

Portugal, Galp Energia, Prio.e, EMEL.

8.3.8.3.8.3.8.3. MMMMonitorização de onitorização de onitorização de onitorização de bicicletas e motociclosbicicletas e motociclosbicicletas e motociclosbicicletas e motociclos

O sistema de monitorização de bicicletas e motociclos convencionais e elétricas é constituído por

diversos equipamentos devidamente organizados dentro de uma mochila e transportados pelo ciclista

ou motociclista. Na totalidade pesa cerca de 8 kg e pode ser facilmente transportado por um ciclista ou

motociclista, como se verifica na Figura 12 e Figura 13.

Figura 12. Exemplos de bicicletas e motociclos elétricas monitorizadas

Figura 13. Exemplos de bicicletas e motociclos convencionais monitorizadas

Este sistema incorpora os seguintes equipamentos, como pode ser observado na Figura 14:

30

• GPS (Garmin GPS map 76CSx), que indica o perfil dinâmico da viagem (coordenadas de

latitude e longitude, altitude em metros e velocidade em km/h);

• Pinça amperimétrica (Fluke i1010) transportada no exterior da mochila para efetuar a leitura

dos fluxos de corrente do sistema propulsor;

• Sondas de leitura de tensão;

• Sensores de sinais fisiológicos bioPLUXresearch by PLUX Wireless Biosignals, permitem a

leitura da frequência cardíaca, da intensidade de respiração e acelerómetro triaxial;

• Acelerómetro triaxial Corrsys Datron dedicado;

• Placa USB NI USB 6210 para aquisição de dados;

• Computador portátil com solid state disk, que regista a cada segundo todos os dados

fornecidos pelos equipamentos referidos anteriormente, conforme a interface de comunicação

apresentada na Figura 15.

Figura 14. Equipamento utilizado na monitorização de bicicletas e motociclos convencionais e elétricas

31

Figura 15. Interface de aquisição de dados

A utilização do GPS permite obter informação sobre a velocidade, localização e altitude. A leitura de

altitude provém de um altímetro barométrico integrado no GPS pelo que, de forma a minimizar erros na

leitura da altitude devido a flutuações de pressão, o GPS é colocado no interior da mochila. Para

garantir que o GPS não perca o sinal, este é colocado uma antena no exterior da mochila.

Nos motociclos elétricos e bicicletas elétricas, a pinça amperimétrica é utilizada à saída da bateria de

forma a obter a leitura da corrente. Além disso, sempre que possível são instaladas sondas nos

terminais da bateria para obtenção da leitura da tensão.

Todos estes sinais são registados a cada segundo (a 1 Hz) por um PC, usando um programa

desenvolvido em LabView, que permite sincronizar todos os dados recolhidos pelos diversos

equipamentos. O computador utilizado possui um disco de estado sólido (solid-state disk PC), de forma

a evitar eventuais perdas de informação, provocado pelas movimentações dentro da mochila e ao longo

do percurso.

Nas bicicletas convencionais e elétricas foram ainda registados simultaneamente os sinais fisiológicos,

nomeadamente a frequência cardíaca (heart rate – HR), a frequência respiratória e acelerometria

usando hardware bioPLUX research e respetivo software para aquisição dos mesmos.

A leitura da velocidade através do GPS é utilizada para calcular a distância percorrida durante a viagem,

a aceleração e o declive da estrada. O declive é obtido através da altitude medida por um sensor

barométrico..

Utilizando as leituras da pinça amperimétrica e as leituras da voltagem, sempre que possível, é

calculada a potência requerida pelo motor a cada instante. Nos casos em que é foi possível obter as

32

leituras da voltagem, recorre-se a catálogos de baterias para obter a queda de tensão com a descarga

das baterias. Integrando estes dados ao longo da viagem, obtém-se o total de energia consumida em

cada viagem.

São igualmente recolhidos nos ensaios realizados com as bicicletas convencionais e elétricas os os os os sinais sinais sinais sinais

fisiológicosfisiológicosfisiológicosfisiológicos (ritmo cardíaco e intensidade de respiração) dos ciclistasdos ciclistasdos ciclistasdos ciclistas, de forma a identificar o impacte da

tecnologia utilizada e de diferentes níveis de esforço no comportamento fisiológico do ciclista. Estes

impactes traduzem-se em diferentes dispêndios energéticos pelo ciclista, que são também

quantificados. Para tal são utilizados os sensores da bioPLUXresearch by PLUX Wireless Biosignals e

recolhidos estes dados com uma frequência de 200 Hz em software próprio do fabricante. Após um pré-

tratamento dos dados pela PLUX, estes dados são integrados e sincronizados, segundo a segundo, com

restantes dados adquiridos através do software LabView.

8.4.8.4.8.4.8.4. MMMMonitorização de onitorização de onitorização de onitorização de peõespeõespeõespeões

O sistema de monitorização de peões é constituído por parte dos equipamentos utilizados no

laboratório de bicicletas e motociclos convencionais e elétricas sendo transportado numa mochila pelo

peão. Tem um peso máximo de 11 kg, uma vez que inclui, para além dos aparelhos de GPS,

acelerómetro, placa de aquisição e computador, o analisador de partículas, um numpad (que pode ser

calibrado de forma a permitir ao utilizador identificar situações previamente programadas (exemplo:

passagem de passadeiras semaforizadas, atravessamentos sem passadeiras, etc.).

A figura seguinte ilustra a composição de laboratório e sua utilização.

33

Figura 16 - Equipamento utilizado na monitorização de peões

Figura 17 – Utilização do sistema de monitorização de peões

Para além dos equipamentos descritos no ponto anterior para a monitorização de bicicletas e

motociclos, este sistema possui um analisador de partículas GRIMM 1.101 Dust Monitor que mede

concentrações de partículas com diâmetro entre 0.4 e 15 µm. Trata-se de uma pequena unidade

portátil, adequada a medições de ar ambiente que permite uma obtenção de dados continuamente,

contando a concentração de partículas (counts l-1) ou concentração mássica (µg m-3).

34

Na sua utilização habitual os dados são recolhidos a cada 6 segundos.

Os dados recolhidos por este analisador são também integrados no software desenvolvido, de forma a

poder relacionar as concentrações de partículas com a localização de altitude do peão.

A recolha de dados de concentração de partículas conjugados com a dinâmica e georeferenciação da

viagem segundo a segundo permite estimar o impacte na saúde (ao nível da inalação de poluentes) dos

peões ao longo das suas viagens.

8.5.8.5.8.5.8.5. Projetos de alunos (Projetos de alunos (Projetos de alunos (Projetos de alunos (Fórmula StudentFórmula StudentFórmula StudentFórmula Student, Shell , Shell , Shell , Shell EcoEcoEcoEco----MarathonMarathonMarathonMarathon))))

Apoio aos projetos envolvendo alunos, com particular destaque para o Formula Student, Shell Eco-

Marathon, e outros em iniciação. Estes projetos têm sempre a necessidade de teste e monitorização de

componentes e sistemas mecânicos, para os quais os equipamentos do VP_lab serão utilizados.

Destaca-se a componente de propulsão elétrica atualmente existente nos projetos referidos (Figura 18).

Figura 18 – Exemplos dos projetos Formula Student Técnico (FST) e PSEM

8.6.8.6.8.6.8.6. Acidentologia e Investigação Aprofundada de Acidentes (LAB. IAA)Acidentologia e Investigação Aprofundada de Acidentes (LAB. IAA)Acidentologia e Investigação Aprofundada de Acidentes (LAB. IAA)Acidentologia e Investigação Aprofundada de Acidentes (LAB. IAA)

As atividades na área da Acidentologia e Investigação Aprofundada de Acidentes são essencialmente

computacional, onde se têm desenvolvido atividades ligadas a estudos de acidentologia e a prestações

de serviços nas áreas de investigação e reconstituição de acidentes para seguradoras, tribunais e

entidades oficiais. Estas atividades geraram, nos últimos anos, receitas superiores a 400 000 euros. Ao

35

DEM/IDMEC/IST tem sido investigações e reconstituições de acidentes, nomeadamente os acidentes

dos autocarros da A23 e da Sertã, o choque em cadeia na A25 entre outros, cujos exemplos de

reconstituições são apresentados na Figura 19.

Embora as reconstituições de acidentes sejam realizadas computacionalmente utilizando os softwares

Pc-Crash, Madymo e outros softwares próprios VRT ou VIAP.

Figura 19 - Exemplo de reconstituições de acidente rodoviário

A integração destas atividades no VP_LAB, permite nos estudos de acidentologia partilhar valências e

equipamentos como radares, ou equipamentos de monitorização de bicicletas, motociclos ou peões

para estudos de comportamentos em termos de segurança rodoviária.

36

9.9.9.9. ANEXO II ANEXO II ANEXO II ANEXO II ---- INDICADORES CIENTÍFIINDICADORES CIENTÍFIINDICADORES CIENTÍFIINDICADORES CIENTÍFICOS COS COS COS

As atividades realizadas com parte dos equipamentos aqui propostos para constituir o VP_Lab

contribuíram nos últimos anos para a realização de um conjunto vasto de resultados científicos dos

quais destacamos os seguintes como forma exemplificativa:

Teses de doutoramento

1. Gonçalo Duarte, A methodology to estimate vehicle fuel consumption and pollutant emissions in

real-world driving based on certification data, Doutoramento em Engenharia Mecânica, Instituto

Superior Técnico, submetida em Maio de 2013.

2. Gonçalo Gonçalves, Energy and environmental monitoring of alternative fuel vehicles,

Doutoramento em Engenharia Mecânica, Instituto Superior Técnico, 2009

3. João Pedro, Design of a Multi-Function Wheel-Embedded Assembly, Doutoramento em Engenharia

Mecânica, Instituto Superior Técnico, a submeter ainda em 2013

Teses de mestrado

1. Magno André Nunes Mendes, Experimental evaluation of conventional and electric bicycles and

motorcycles in urban context, Master thesis in Mechanical Engineering, Instituto Superior Técnico, to be

completed in 2013.

2. José Tavares, Application potential and energy and environmental impacts of EV and PHEV in São

Miguel, Master thesis in Mechanical Engineering, Instituto Superior Técnico, to be completed in 2013.

3. Ricardo Lopes, Energy and environmental characterization of Plug-in Hybrid Electric Vehicles,

completed in 2013.

4. Alexandr Rosca, Geração de ciclos de condução com base em dados reais, to be completed in 2013.

5. Jorge Alves, Avaliação do impacto do uso de quadriciclos eléctricos em logística urbana, to be

completed in 2013.

6. Rita Araújo, Monitorização de consumos e emissões de NOx em veículos Diesel, 2009.

7. André Carvalho, Avaliação da exposição a partículas nas redes de transporte público urbano, 2013.

8. Diogo Quintão, Ferramenta de Registo de Comportamento Dinâmico de Condução.

9. Tiago Vieira Neves, Development of a Numerical Model for Dynamic Handling of Competition

Vehicles, 2012

37

10. Marcio Cláudio Fragoso Rodrigues, REGENERAÇÃO E DISSIPAÇÃO DE ENERGIA EM SISTEMAS DE

TRAVAGEM PARA VEÍCULOS ELÉTRICOS, 2012

11. João António Fonseca Lourenço, Estudo de viabilidade de veículo Elétrico de competição automóvel

– FST04e,2012

12. Frederico Pais de Mouro Vaz, Simulação e reconstituição de acidentes com velocípedes,2012

13. Gustavo Carvalho Garcia, Simulação Computacional do Escoamento no Interior de uma Jante de

Competição

14. Tiago Jorge Lopes Ferreira, Simulation and Design of Driving Systems for a Race Vehicle

15. José Paulo Lopes Martins, Modelos computacionais para o estudo de colisões de traseira de veículos

automóveis

Artigos em revistas científicas internacionais

1. H. Christopher Frey, Nagui M. Rouphail, Haibo Zhai,Tiago L. Farias, Gonçalo A. Gonçalves, Comparing

real-world fuel consumption for diesel- and hydrogen-fueled transit buses and implication for emissions,

Transportation Research Part D 12 (2007) 281–291.

2. Haibo Zhai, H. Christopher Frey, Nagui M. Rouphail, Gonçalo Gonçalves and Tiago Farias. Comparison

of Flexible Fuel Vehicle and Life-Cycle Fuel Consumption and Emissions of Selected Pollutants and

Greenhouse Gases for Ethanol 85 Versus Gasoline. Journal of the Air & Waste Management Association.

Volume 59, August 2009.

3. G. O. Duarte, G. A. Gonçalves, T. L. Farias, Vehicle monitoring for driver training in bus companies –

Application in two case studies in Portugal, Transportation Research Part D, 18 (2010), 103-109.

4. Gonçalo O Duarte, Roberto A Varella, Gonçalo A Gonçalves, Tiago L Farias, EFFECT OF BATTERY

STATE OF CHARGE ON FUEL USE AND POLLUTANT EMISSIONS OF A FULL HYBRID ELECTRIC LIGHT DUTY

VEHICLE, Journal of Power Sources 246 (2014) 377-386.

Capítulos de livro

1. P. Baptista, Chapter 11 On-road monitoring of electric bicycles and its use in bike-sharing systems,

Grid Electrified Vehicles: Performance, Design, and Environmental Impacts, Nova Science Publishers,

Inc., 2013.

2. Tema 2.1.1 - Mecânica e Electrónica, IMTT-Manuais para Formação de Motoristas de Veículos

Pesados, Elaborado por IDMEC – IST – Instituto de Engenharia Mecânica – Instituto Superior Técnico,

Tiago Farias, Gonçalo Duarte e Gonçalo Gonçalves, IMTT.

38

Artigos em conferências científicas

1. G. Duarte, A. Rosca, G. Gonçalves, P. Baptista, T. Farias, Test cycles for electric vehicles based on real

world driving, FISITA 2010 World Automotive Congress, Maastricht, The Netherlands 2-6 June 2014.

2. M. Mendes, G. Duarte, P. Baptista, Influence of electric bicycle usage on biker effort: on-road

monitoring application in Lisbon, Portugal, PhyCS 2014 – International Conference on Physiological

Computing Systems, 7-9 January 2014, Lisbon, Portugal.

3. P. Baptista, G. Duarte, G. Gonçalves, T. Farias, Evaluation of low power electric vehicles in demanding

urban conditions: an application to Lisbon, EVS-27 - The 27th World Battery, Hybrid and Fuel Cell

Electric Vehicle Symposium & Exhibition, Barcelona, Spain, Nov. 17-20, 2013.

4. C. Rolim, P. Baptista, G. Duarte, T. Farias, Impacts of on-board devices and training on Light Duty

Vehicle Driving Behavior, 16th Meeting of the European Working Group on Transportation, Porto, 4-6

September 2013.

5. Gonçalo Gonçalves, João Bravo, Patrícia Baptista, Carla Silva, Tiago Farias, MONITORING AND

SIMULATION OF FUEL CELL ELECTRIC VEHICLES, 24th International Battery, Hybrid and Fuel-cell Electric

Vehicle Symposium and Exhibition, 13-16 May 2009.

6. Gonçalo Duarte, Gonçalo Gonçalves, Tiago Farias – “Reducing Fuel Consumption in Vehicles Using a

Real Time Monitoring System”, International Advanced Mobility Forum 2010, Genebra, Suíça, 9 10 de

Março de 2010.

7. Gonçalo Duarte, Gonçalo Gonçalves, Tiago Farias – “Real Time Bus Monitoring Towards Fuel

Consumption Reduction”, XVI Pan-American Conference of Traffic and Transportation Engineering and

Logistics 2010, Lisboa, Portugal, 15 a 18 de Julho de 2010.

8. Gonçalo Duarte, Gonçalo Gonçalves, Tiago Farias, "Development of a Portable Laboratory for On-

Road Measurement of Hybrid Electric and Battery Electric Vehicles", 21st CRC Real World Emissions

Workshop, San Diego, Estados Unidos da América, 2011.

9. Gonçalo Gonçalves, Gonçalo Duarte, Tiago Farias, "USE OF REAL WORLD MEASUREMENTS TO

RECREATE RESULTS FROM STANDARD DRIVING CYCLES", 21st CRC Real World Emissions Workshop, San

Diego, Estados Unidos da América, 2011.

Patentes

1. Patente de Invenção Nacional nº104710 - PROCESSO DE MONITORIZAÇÃO, AVALIAÇÃO E

FORMAÇÃO DE CONDUTORES

39

2. Patente de invenção nacional nº 103755 (INPI), Dezembro 2007, ”Metodologia de cálculo de

emissões específicas de poluentes em sistemas de combustão”.