sistema eletrônico microcontrolado para otimizar a troca de marcha

SISTEMA ELETRÔNICO MICROCONTROLADO PARA OTIMIZAR A
TROCA DE MARCHA EM AUTOMÓVEIS DE ALTO DESEMPENHO(1)
Paulo Ricardo Fiuza Marques(2), Marcelo Belchior Snovarski Fonseca(3), Maurício
Paz França(4)
(1)
Trabalho executado com recursos do Programa de Bolsas de Iniciação à Pesquisa da UNIPAMPA - PBIP.
Acadêmico do curso de Engenharia Elétrica na Universidade Federal do Pampa – UNIPAMPA. Bolsista de Iniciação
Científica do PBIP. Alegrete – RS. E-mail: [email protected]
(3)
Acadêmico do curso de Engenharia Mecânica na Universidade Federal do Pampa – UNIPAMPA. Bolsista de Iniciação
Científica do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq. Alegrete – RS. E-mail:
[email protected]
(4)
Orientador, professor e coordenador de estágios da Engenharia Mecânica na Universidade Federal do Pampa UNIPAMPA. Alegrete – RS. E-mail: [email protected]
(2)
RESUMO: Este trabalho se trata de um sistema de otimização de caixas de câmbios sequenciais com acionamento
manual das marchas, composto por um microcontrolador programável Arduino® que controla atuadores elétricos (relés),
auxiliando o piloto nas trocas de marcha, melhorando o desempenho do conjunto mecânico do carro. O sistema verifica
o estado da marcha e dos pedais (embreagem, freio e acelerador), através de sensores, e assim condiciona um caso
acionando, ou não, os atuadores elétricos. Verifica em tempo real se o piloto está subindo ou descendo a marcha,
operando de forma automática o acionamento do relé de ignição ou do solenóide, respectivamente. Obtendo-se um bom
desempenho do sistema, tem-se então a redução para cerca de um quarto do tempo atual de execução de uma troca de
marcha. Somando-se ao número de operações de trocas de marcha que um piloto realiza em uma prova, consegue-se
portanto reduzir em cerca de 1 a 2 segundos do tempo por volta em uma corrida.
Palavras-Chave: Microcontroladores, Controle Mecânico, Upshift, Downshift.
INTRODUÇÃO
Falar em carros de competição nos remete a um simples objetivo: potência e velocidade. Em geral,
potência não é um problema, e sim como aproveitá-la. Muitas categorias exigem que o câmbio utilizado não
seja caracterizado como automático, necessita-se que seu acionamento, a troca de marchas, seja manual e
que exista um sistema de embreagem. Mesmo que nas normas a embreagem deva existir, o piloto
consegue subir marchas sem usá-la, mas não consegue reduzir uma marcha sem ela (MILLIKEN;
MILLIKEN, 1995).
Para subir uma marcha, realiza-se o chamado UPSHIFT, o piloto retira o pé do acelerador por um
tempo muito pequeno, e nesse tempo que o acelerador não é pressionado ele aciona uma alavanca
subindo a marcha. Então o sistema proposto cria uma condição mecânica para que o piloto consiga fazer o
upshift sem soltar o acelerador. Isso é possível realizando um desligamento, por tempo muito curto, da
ignição (MILLIKEN; MILLIKEN, 1995).
Na hora da redução de uma marcha, o chamado DOWNSHIFT, o risco de o erro humano causar um
acidente é muito iminente principalmente em entradas de curva (onde ocorre o maior número de acidentes
devido à perda de controle do veículo), pois o piloto precisa acionar o freio, a embreagem, e acelerar ao
mesmo tempo em que faz a redução de marcha, ação conhecida como “punta-tacco”. Então o sistema
proposto neste projeto cria uma condição que elimina a necessidade do piloto executar o “punta-tacco”,
fazendo com que o sistema controle um solenóide ligado ao acionamento do acelerador, e com isso acelere
o motor, fato necessário em cada redução de marcha (MILLIKEN; MILLIKEN, 1995).
Nas duas situações, no upshift e no downshift, pode acontecer perdas de tração das rodas do
veículo, e assim seu controle na pista. Nos upshift se o piloto voltar a acelerar prematuramente o carro
perde a tração, e assim perde tempo. Nos downshift o piloto pode não manter a rotação na faixa de torque
do motor, perdendo o poder de aceleração máxima do conjunto dinâmico do veículo (MILLIKEN; MILLIKEN,
1995).
Não existe no mercado do automobilismo de performance um sistema que atue de tal maneira, tanto
na redução como na subida de marcha de um carro de alto desempenho. Com a utilização do Arduino®,
pode-se ter um sistema totalmente funcional e com um custo muito baixo.
METODOLOGIA
Para o controle do sistema utiliza-se o sistema embarcado microcontrolado Arduino®, através de
sensores nos pedais o firmware projetado executará o processo de automatização da troca de marcha. O
Arduino® é responsável pelo acionamento dos relés de controle do solenóide e ignição. Esse sistema
embarcado é do tipo open source, possibilitando livre alteração do seu código fonte de programação,
possuindo circuito eletrônico próprio e também shields que facilitam aplicações (DEITEL, 2011).
Anais do VII Salão Internacional de Ensino, Pesquisa e Extensão – Universidade Federal do Pampa
Um display LCD será utilizado como interface homem-máquina, viabilizando a personalização dos
tempos de marcha de cada carro. Nos testes é utilizado simulação por software e também, bancada com
LED´s e chaves que simulam relés e sensores, respectivamente (MCROBERTS, 2011).
Para alimentar esses circuitos utiliza-se uma fonte de corrente acoplado a bateria do carro. Na qual
suporta corrente de até 1A para o acionamento dos relés e 5V para o sistema embarcado (SADIKU;
ALEXANDER, 2003).
Os testes finais serão realizados nos motores que estão localizados no laboratório de SH&P da
Unipampa - Campus Alegrete, e também em motores de motocicletas que possuem câmbios sequencias,
podendo assim simular perfeitamente o uso real em veículos de competição.
INÍCIO
2
Menu de ajuste dos tempos de
troca de marcha
Acrescenta aceleração através
do acionamento do solenóide
por tempo pré-definido
1
Atualiza marcha
Mostra na tela marcha atual
Está
baixando a
marcha?
Retorna para 1
Sim
2
3
Não
Está
subindo a
marcha?
Não
Não
Acessar
Menu?
Sim
3
Retira aceleração através do
corte da ignição por tempo
pré-definido
Atualiza marcha
Sim
Retorna INÍCIO
Retorna para 1
Figura 1 – Fluxograma de operação.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Espera-se o desenvolvimento de um produto para o inteiro controle das trocas de marcha em carros
de competição de alto desempenho. Possuindo interface de comunicação com o usuário e fonte de
alimentação própria possibilitando aplicação no mercado do automobilismo. Podendo-se também aplicar em
outros projetos da UNIPAMPA que envolvam a área do automobilismo. Participação em outros eventos para
apresentação desse novo sistema de controle, e também para aperfeiçoamento do sistema com aplicação
em outras áreas. Portanto espera-se fomentar a pesquisa e projeto de produtos na área de
microcontroladores na região, com o intuito de maximizar o desempenho de máquinas e automatização de
processos.
CONCLUSÕES
A utilização desse sistema otimiza e auxilia muito o trabalho de pilotos de alto desempenho, pois em
uma competição executa-se inúmeras repetições da manobra “punta tacco”. E com o sistema extingue-se a
necessidade dessa manobra, agregando não só na ergonomia da pilotagem como no desempenho, com a
definição dos tempos de troca de marcha o carro opera no seu limite, minimizando as perdas por erro
humano. Portanto com a utilização do sistema o piloto ganha um aliado na sua performance, que irá auxilialo no seu desempenho, informando os tempos precisos para troca de marcha, e controlando o acionamento
dos relés.
REFERÊNCIAS
Livro:
DEITEL, Paul. C: como programar. 6ª ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2011.
MCROBERTS, Michael. Arduino básico. São Paulo: Novatec Editora, 2011.
MILLIKEN, W. F.; MILLIKEN, D. L. Race Car Vehicle Dynamics. First. ed. Warrandale: Society of Automotive
Engineers, v. I, 1995.
SADIKU, Matthew N. O. ; ALEXANDER, Charles. Fundamentos de Circuitos Elétricos – 1. ed; Porto Alegre:
Bookman, 2003.
Anais do VII Salão Internacional de Ensino, Pesquisa e Extensão – Universidade Federal do Pampa