NOME Fundação para o Desenvolvimento Tecnológico da ......topologia (exemplo: Ciclo Miller) a...
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1. PROGRAMA PRIORITÁRIO: EFICIÊNCIA ENERGÉTICA E
SEGURANÇA VEICULAR ATIVA
2. ALVO: Empresas do setor automotivo com ênfase na cadeia de
fornecedores
3. PRAZO DE VIGÊNCIA: 05 anos
4. INTRODUÇÃO GERAL
O Programa de Eficiência Energética e Segurança Ativa visa contribuir, no
âmbito do programa Rota 2030, para o desenvolvimento tecnológico do setor
automotivo no País envolvendo toda a cadeia. Ao longo dos 05 anos de sua
duração espera-se reduzir significativamente nossa dependência tecnológica do
exterior, agravada no período do programa Inovar-Auto.
O presente programa abrange linhas de atuação incluídas na linha
programática V- estímulo à produção de novas tecnologias relacionadas a
biocombustíveis (leia-se motores a combustão interna), segurança veicular
e propulsão alternativa a combustão (leia-se combustão pura), neste
documento divididas em 03 eixos:
Eixo 1: Tecnologias para motores a combustão Interna otimizando o
uso de biocombustíveis.
Eixo 2: Sistemas de propulsão híbrida/ elétrica
NOME 43.588.755/0001-61
NOME EMPRESARIAL ICT
ENDEREÇO São Paulo
ESTADO 05507-000
PESSOA DE CONTATO (11) 3132-4000
NOME DO BANCO Banco do Brasil CÓDIGO DO BANCO 001 AGÊNCIA 1897-x C.C. ESPECÍFICA 18774-7
ANEXO I
TERMO DE REFERÊNCIA PARA PROPOSIÇÃO DE PROGRAMAS PRIORITÁRIOS
INSTITUIÇÃO PROPONENTE (COORDENADORA)
Fundação para o Desenvolvimento Tecnológico da Engenharia
FDTE
DADOS BANCÁRIOS PARA DEPÓSITO
CNPJ
NATUREZA JURÍDICA
CIDADE
CEP
TELEFONE
Avenida Afrânio Peixoto, 412 - butantã
São Paulo
Felipe Varela Tonella
Eixo 3: Segurança veicular ativa
No eixo 1, Tecnologias para motores a combustão interna otimizando o
uso de biocombustível:
São propostas linhas de atuação que preveem: o projeto e construção
de protótipos de um motor sobre alimentado e injeção direta com nova
topologia (exemplo: Ciclo Miller) a partir de um motor base com VVT,
modificando-se camisa, pistão e cabeçote e outros componentes,
melhoria dos motores flex fuel atuais atendendo demandas atuais das
montadoras, ampliação da utilização de gás natural veicular (GNV) e
biogás em motores através da melhoria da eficiência térmica, e
viabilização do aumento gradativo de biocombustíveis no uso de Diesel
comercial.
Trata-se de um conjunto de linhas de atuação com significativo impacto
nacional por buscar soluções tecnológicas para o uso de
biocombustíveis (etanol, biogás e biodiesel), associada a uma forte
capacitação de recursos humanos em nível de pós-graduação criando
uma competência nacional para o projeto de motores.
As linhas de atuação por abrangerem motores ciclo Otto e ciclo Diesel,
fornecem a presente proposta forte horizontalidade atingindo quase
todos os tipos de produtos automotivos relacionados no subitem 2 das
Premissas para Análise das Propostas de Programas Prioritários.
No eixo 2, Sistemas de propulsão híbrida/ elétrica:
São propostas linhas de atuação que preveem: no final de 05 anos obter
um protótipo de um sistema de propulsão híbrida operando, totalmente
validado conforme as especificações de projeto, contendo todos os
componentes, gerador, baterias (a partir das células de lítio),
conversores, inversores de acionamento e motores elétricos de
acionamento, projetados e construídos no âmbito do presente programa
e ainda todos os módulos de gerenciamento eletrônico também
desenvolvidos no âmbito do programa. . As linhas de atuação preveem
o uso de ferramentas modernas para o projeto e simulação, construção
de protótipos dos componentes e validação a partir dos requisitos de
projeto fixados.
Trata-se de um conjunto de linhas de atuação com significativo impacto
nacional, totalmente voltado para a cadeia de fornecedores do setor
automotivo, seja relativo aos fabricantes de componentes ou aos de
módulos de gerenciamento, contribuindo para que empresas nacionais
possam se preparar para lançarem novos produtos, específicos para
aplicação em veículos leves ou pesados. Associado a este
desenvolvimento ocorrerá forte capacitação de recursos humanos em
nível de pós-graduação criando uma competência nacional para o
projeto e implementação de componentes para sistemas híbridos de
propulsão veicular.
As linhas de atuação enfatizam sistemas de propulsão híbrida, mas vale
ressalvar que o sistema de propulsão puramente elétrica a menos do
módulo de carregamento de bateria é praticamente um subconjunto do
sistema híbrido, evidentemente com suas características própria que
impactam mais no gerenciamento eletrônico. Adicionalmente os
princípios gerais atendem tanto veículos leves como veículos pesados e
outros de aplicação mais específicas como empilhadeiras.
No eixo 3, Segurança veicular ativa:
São propostas linhas de atuação que preveem no final de 05 anos obter
Projeto e implementação de 5 (cinco) veículos plataformas para o
desenvolvimento de funções de segurança ativa, distribuídas
regionalmente pelo País (Sul, Sudeste, Centro Oeste e Nordeste/Norte
com pelo menos um veículo em cada região) com várias entidades
executoras no país, compreendendo resumidamente:
Sistema de direção avançada e segurança ativa
Desenvolvimento de um simulador de ambientes de rodagem
Brasileiras para desenvolvimento de produtos adaptados às nossas
condições sócio-econômico e de geografia.
Estudos de desempenho dos sensores e atuadores de segurança
ativa (Radar, LiDAR, etc.) para as condições de tráfego, geografia e
cultura do Brasileiro.
Desenvolvimento de potenciais fornecedores nacionais para os
produtos de alta tecnologia usados na segurança ativa e condução
semi-autônoma, potencialmente para o desenvolvimento de softwares
de controle e gerenciamento, e processamento de imagens em tempo
real.
Desenvolvimento de tecnologia para criação de infra-estrutura de
comunicação entre veículos (V2V) e veículo-via (V-via), com potencial
para mitigar o alto número de acidentes anuais no Brasil
As várias linhas descritas acima para o eixo da Segurança Ativa terão
significativo impacto nas novas gerações de produtos lançadas pela
indústria automotiva. Entre as grandes oportunidades que se abrem para
o Brasil são: os softwares precisam se adequar ao país de destino, o
hardware para as novas funções de segurança ativa ainda estão em
constante evolução e precisam de estudos para novos materiais ou
tecnologias.
A comunicação 5G vem sendo preparada para entrar em regime
comercial globalmente, e permitirá criar aplicações para solucionar
problemas antigos e também para os novos. A infra-estrutura para
suportar essa nova camada de comunicação gerará demandas para
comunicação V2V e V-via.
5. Estratégias
Destacamos as seguintes estratégias adotadas no presente:
Maximizar a execução das linhas de atuação (projetos) na estrutura de
rede, com grupos de pesquisa distribuídos pelas diferentes regiões do
País.
Estabelecer nos diferentes eixos linhas de atuação que criem
competência no País combinadas com outras que visam solucionar
demandas atuais.
Priorizar a implementação de protótipos e o seu funcionamento
devidamente validado.
Atuar na execução com um expressivo número de pós graduandos, seja
de mestrado ou doutorado, visando fortalecer a engenharia nacional,
hoje muito dependente do exterior.
6. INFORMAÇÕES REFENTE AS PREMISSAS ESTABELECIDAS
Como poderá ser verificado o presente programa não é voltado para uma
única empresa ou região, muito pelo contrário, ela estabelece na maioria de suas
linhas de atuação que a execução seja feita por várias instituições executoras,
distribuídas pelas diferentes regiões do País, atuando numa estrutura de rede
para aumentar a sinergia na execução visando garantir o sucesso do programa.
Consideramos que a temática abordada é atual e importante para o País,
identificando nossas demandas mais urgentes e criando uma competência
nacional no setor, com forte atenção para a cadeia produtiva.
A capilaridade pretendida será obtida na execução das linhas de atuação,
com a participação das fundações próximas aos executores, que
indubitavelmente é a forma mais eficiente de obtê-la. O executor terá a opção
por esta escolha.
Com relação a horizontalidade da proposta ela ficará clara no decorrer
deste documento. Muitas vezes a opção de utilizar componentes no porte de um
veículo leve, deve-se apenas a uma questão de custo da execução, mas em
geral os resultados e formação de competência vale para todos os tipos de
veículos.
7. GOVERNANÇA TECNOLÓGICA DO PROGRAMA
7.1 A governança tecnológica do programa Eficiência Energética e Segurança
Ativa, será exercida por um Conselho Tecnológico constituído por 18 membros
com perfil técnico coerente com o do programa, sendo 12 de empresas do setor
automotivo incluindo a cadeia de fornecedores, onde 06 serão indicados pela
AEA, 02 pela ANFAVEA, 02 pelo SINDIPEÇAS, 01 pela ANPROTEC e 01 pela
ABVCAP. Os 06 restantes serão da comunidade acadêmica sendo 03 da
engenharia mecânica e 03 da engenharia elétrica e afins, obedecendo uma
distribuição regional pelo País e serão indicados 01 pela FDTE e os outros 05
membros pela CONFIEES. O presidente do Conselho Tecnológico será um de
seus membros, eleito no âmbito do mesmo, com direito ao voto de decisão em
caso de empate.
7.2. O Conselho Tecnológico terá as seguintes atribuições:
Sugerir diretrizes técnicas complementares para os projetos (linhas de
atuação) definidos pelo programa,
Fixar critérios para acompanhamento e avaliação dos resultados e
relatórios técnicos dos projetos executados no âmbito do programa;
Avaliar a execução e resultados obtidos por cada projeto.
Elaborar as chamadas públicas para selecionar as entidades que
executarão os projetos (linhas de atuação) estabelecidas pelo programa.
Realizar através de uma comissão técnica por ela indicada a seleção
dos executores dos projetos.
7.3. A partir do programa aprovado pelo Conselho Gestor do Programa Rota
2030, que define os projetos a serem executados, o Conselho Tecnológico do
programa vai elaborar, a partir de um grupo técnico de apoio por ele constituído,
a chamada pública para a seleção dos executores. Uma vez elaborada a
chamada pública para escolha das entidades executoras, a mesma será enviada
ao Conselho Gestor do Rota 2030 para a partir do seu grupo técnico de apoio
aprovar a chamada e selecionar as entidades executoras após a publicação da
mesma. Entendemos que esta é a forma para a execução do programa ocorrer
com a maior transparência e isenção possível, mesmo que tome algum tempo.
Entendemos que o Conselho Gestor não deve se furtar a este procedimento,
pelo sucesso do programa.
Caso o Conselho Gestor não adote este procedimento caberá ao Conselho
Tecnológico do programa realizar a escolha dos executores através de chamada
pública adotando os mesmos procedimento sugerido ao Conselho Gestor.
7.4. Após a seleção das entidades executoras, estas atuarão com o apoio das
suas fundações locais (opcional) que terão coparticipação na taxa de
administração.
8. ESTIMATIVA ORÇAMENTÁRIA
Abaixo é apresentado o valor estimado total do programa e os valores
correspondentes de cada eixo.
Total do Programa R$ 84. 876.000,00
Eixo 1 Tecnologias para motores a combustão Interna otimizando o uso
de biocombustíveis. R$ 39.466.000,00
Eixo 2 Sistemas de propulsão híbrida/ elétrica R$ 26.635.000,00
Eixo 3 Segurança veicular ativa R$ 18.775.000,00
CAPTAÇÃO PRETENDIDA R$ 85.000.000,00
EIXO 1: TECNOLOGIAS PARA MOTORES A COMBUSTÃO INTERNA
OTIMIZANDO O USO DE COMBUSTÍVEL
1. Nome do Eixo 1: Aumento da Eficiência Energética de Propulsão para
Veículos Utilizando Biocombustíveis
2. Público Alvo:
Empresas montadoras e sistemistas do setor automotivo.
3. Prazo de Vigência:
05 anos
4. Objetivo Geral:
Desenvolver pesquisas para aumentar a eficiência energética e reduzir as
emissões atmosféricas de conjuntos de propulsão para veículos e de melhorar o
desempenho dos motores de combustão interna utilizando biocombustíveis.
Desenvolver pesquisas para adequar os motores de combustão interna ao
uso eficiente de biocombustíveis e suas misturas (etanol, biodiesel e biogás) nos
regimes de operação característicos de veículos híbridos.
Desenvolver pesquisas em componentes e sistemas auxiliares a serem
utilizados em plataformas de propulsão elétrica e híbrida.
5 Objetivos Específicos:
5.1 – Desenvolvimento de Plataforma de Propulsão Utilizando Eixo de
Transmissão Elétrica.
Esse projeto tem como objetivo o desenvolvimento de uma plataforma
otimizada com sistema de propulsão alternativo que utiliza um motor elétrico
provendo força motriz ao eixo de tração em conjunto com banco de baterias
alimentado por um motor de combustão interna otimizado para funcionamento
em faixa de melhor rendimento térmico. Para esse desenvolvimento foram
estabelecidos os seguintes objetivos:
- Melhoria da eficiência térmica da plataforma de propulsão de 20 a 30%
quando aplicada a ônibus urbanos;
- Melhoria da eficiência térmica da plataforma de propulsão de 15 a 25%
quando aplicada a veículos de carga;
- Redução de emissões de material particulado de 15 a 25%;
- Redução de emissões de óxidos nítricos de 15 a 30%;
- Utilização de biocombustíveis para redução das emissões de dióxido de
carbono considerando o tanque-a-roda do veículo base;
- Aplicação da plataforma de propulsão em um veículo para medição da
eficiência energética e das emissões em condições reais de uso (Real
Driving Emissions - RDE) utilizando analisador embarcado.
5.2 - Pesquisa, Desenvolvimento e Construção de Protótipo de Motor
Flex-fuel Otimizado para o Etanol
Esse projeto tem como objetivo a pesquisa, desenvolvimento, prototipagem
e teste de um protótipo demonstrador de um motor de alta eficiência a etanol,
sobrealimentado, utilizando conceitos de downsizing e downspeeding, com ciclo
Miller, flex-fuel porém otimizado para etanol, com as seguintes características:
- Melhoria de 10 a 15% que a média dos motores de mesma cilindrada quando
utilizado gasolina tipo C, 20 a 25% mais eficiente quando usado etanol
em ciclo de homologação e consumo (FTP75 e Highway);
- Redução das emissões de dióxido de carbono em ciclo de homologação
FTP75 de 15 a 25% nos motores Flex-fuel utilizando etanol hidratado em
ciclo de homologação e consumo (Highway);
- Manutenção da durabilidade em relação ao motor base após as alterações
executadas.
5.3 - Objetivos Específicos – Melhoria dos Motores Flex-fuel Atuais
Esse projeto tem como objetivo a melhoria da eficiência dos motores Flex-
fuel atualmente comercializados no mercado brasileiro, visando aumento do
rendimento térmico, redução da diferença de consumo entre gasolina e etanol,
redução das emissões e manutenção da durabilidade.
Para isso foram estabelecidos os seguintes objetivos específicos:
- Melhoria de 5 a 10% do consumo de combustível dos motores Flex-fuel
utilizando etanol hidratado;
- Redução para 15 a 20% da diferença de consumo entre etanol e gasolina
nos motores Flex-fuel;.
- Redução das emissões de dióxido de carbono em ciclo de homologação
FTP75 de 10% nos motores Flex-fuel utilizando etanol hidratado;
- Manutenção da durabilidade do motor base após as alterações executadas.
5.4 - Objetivos Específicos – Ampliação da Utilização de Gás Natural
Veicular (GNV) e Biogás em Motores
Esse projeto tem como objetivo ampliar a utilização do gás natural e biogás
em motores de combustão interna através da melhoria da eficiência térmica,
aumento da durabilidade e redução das emissões.
Para isso forma estabelecidos os seguintes objetivos específicos:
- Criação de protótipo de motor capaz de rodar em modo quadricombustível
(Flex-fuel mais GNV/Biogás) com eficiência energética de 10 a 15%
maior quando utilizado GNV/biogás purificado em comparação a
veículos com kit de conversão a gás de quinta e sexta geração e motores
quadricombustíveis já existentes.
- Desenvolvimento e aperfeiçoamento da tecnologia e kits de conversão
bicombustível(Dual-fuel) Diesel-gás para motores pesados;
- Desenvolvimento prático de protótipo de motor pesado ciclo Otto
funcionando exclusivamente com GNV ou biogás a partir da utilização
de um motor ciclo Diesel como base de desenvolvimento, visando
estabelecer um linha de pesquisa para “Ottolização” de motores Diesel.
- Teste de novos componentes como: velas de ignição, válvulas guias de
válvulas, sedes de válvulas, entre outros, dedicados a aplicações
utilizando GNV ou biogás, visando avaliação da durabilidade e
desenvolvimento de novos componentes;
- Redução das emissões de dióxido de carbono em ciclo de homologação
FTP75 para motores leves e ESC para pesados de 10 a 20% nos
motores protótipos utilizando GNV;
- Durabilidade do protótipo do motor equivalente aos motores Flex-fuel
convencionais hoje comercializados.
5.5 Objetivos Específicos: Viabilização do aumento gradativo do teor
de biocombustíveis no óleo diesel comercial
Esse projeto visa viabilizar o aumento gradativo do teor de biocombustíveis
de diversos tipos e origens no óleo diesel comercial utilizado nos motores atuais,
através da pesquisa e desenvolvimento visando a melhoria da eficiência térmica,
aumento da durabilidade e manutenção das emissões dentro dos limites
vigentes tendo como objetivo específico:
- Desenvolver sistemas de pós tratamento capazes de alcançar a durabilidade
para emissões estabelecidos por norma com níveis de biocombustíveis
de até 30%;
- Redução 50% nos períodos das janelas de manutenção de motores
operando com concentrações acima de 50% de biocombustíveis;
- Melhoria de 10% da eficiência térmica de motores utilizando altas
concentrações (superiores a 30%) de biocombustíveis;
5.6 Objetivos Específicos: Impacto da diluição de etanol em óleos
lubrificantes de baixa viscosidade no desempenho tribológico de motores
Flex-Fuel
Este projeto tem como objetivo geral a análise do efeito da diluição de
etanol na viscosidade e no desempenho dos aditivos com funcionalidades
tribológicas (e.g. modificadores de atrito, anti-desgaste, extrema pressão e
modificadores de viscosidade) de óleos de baixa viscosidade. Em particular, o
projeto visa também a investigação da influência da diluição de etanol no
desempenho tribológico do sistema anel-cilindro considerando novas
tecnologias de acabamentos superficiais de cilindros de motores de combustão
interna.
Para tanto, foram estabelecidos os seguintes objetivos específicos:
– Determinação da variação da viscosidade e reologia dos lubrificantes com
diferentes diluições de etanol compatíveis com as observadas em veículos Flex-
Fuel.
– Quantificação da variação do coeficiente de atrito dos lubrificantes na
presença de etanol em diferentes regimes de lubrificação e operação de motores
Flex-Fuel.
– Avaliação do impacto da diluição de etanol no atrito e desgaste do sistema
anel-cilindro com novas tecnologias de acabamentos superficiais.
– Melhoria da eficiência energética e garantia do funcionamento adequado
de motores Flex-Fuel a partir da adequação de novas tecnologias de óleos de
baixa viscosidade e acabamento superficial (já utilizados no mercado europeu e
japonês) com as particularidades dos combustíveis brasileiros.
6 Linhas de Atuação
6.1 - Linhas de atuação (referente ao projeto do item 5.1 - Desenvolvimento de
Plataforma de Propulsão Utilizando Eixo de Transmissão Elétrica)
Pesquisa sobre componentes e desenvolvimento de projeto para
construção de uma plataforma de propulsão da qual utilize subsistemas
otimizados para aumento da eficiência térmica e redução de emissões. As
pesquisas para alcançar tais objetivos terão diferentes frentes como:
- Pesquisa sobre baterias nos quesitos de carga, densidade energética, peso
e condições de recarga visando especificar ou desenvolver um conjunto
de baterias otimizado para a aplicação da plataforma de propulsão.
- Pesquisa sobre motores e componentes elétricos, essa linha de pesquisa
visa estabelecer os conjuntos mais eficientes de motores geradores e
inversores de potência para a aplicação de subsistemas de frenagem
regenerativa.
- Pesquisa sobre ciclos alternativos em motores de combustão interna (ciclos
Atkinson e/ou Miller) em condições de demanda e rotação, otimizadas
para aumento da eficiência térmica e otimização da recarga do banco de
baterias aliada a utilização de combustíveis alternativos.
- Pesquisa e desenvolvimento para aplicação da plataforma de propulsão
desenvolvida, em veículo visando realização da calibração de
dirigibilidade e posterior testes em condição real de uso.
6.2 Projeto de um Motor (referente ao objetivo do item 5.2 - Pesquisa,
desenvolvimento e Construção de Protótipo de Motor Flex-fuel Otimizado para
o Etanol)
Projeto, pesquisa, simulação e construção de um protótipo de motor de
combustão interna de baixa cilindrada que utilize ciclos alternativos (Atkinson
e/ou Miller) e possíveis métodos alternativos de combustão (CAI, HCCI, etc.) em
conjunto com injeção direta Flex-fuel, sobrealimentação, e duplo comando de
válvulas variável. Avaliação de componentes e tecnologias complementares que
permitam aumentar a eficiência térmica. A possível utilização de razão de
compressão variável para a melhoria da eficiência térmica com o etanol através
da utilização de comandos de válvula variáveis que permitam alteração da taxa
de compressão dinâmica do motor visando viabilizar um consumo eficiente
também na gasolina pois a taxa de compressão geométrica que será usada no
motor será a a ideal para o etanol. Para isso se realizarão estudos Adquirir
conhecimentos do estado da arte envolvendo temas como: Ciclos Alternativos
de Combustão (Atkinson e Miller ), Simulações para flex-fuel e formação da
mistura para tecnologia de injeção direta de etanol.
6.3 - Linhas de atuação (referente ao projeto do item 5.3 - Melhoria dos Motores
Flex-fuel Atuais)
Para a criação de uma base de desenvolvimento nacional para pesquisas
e desenvolvimento de novos conceitos de calibração, sistemas e componentes
para os motores Flex-fuel atuais, foi adotada uma estratégia da qual
empreenderá inicialmente no alinhamento com os setores de pesquisa e
desenvolvimento das empresas interessadas através de um ciclo de reuniões
com montadoras, sistemistas e fornecedores, visando estabelecer as bases do
projeto.
Uma vez essas bases definidas, será necessária a adequação das
instalações para pesquisa e desenvolvimento de motores de acordo com o
utilizado atualmente na indústria automotiva. Uma vez que as instalações do IPT
estejam aptas a realizar tais atividades essas instalações proverão uma base
para a aplicação do conhecimento gerado nas fases seguintes.
Para que possam os projetos de desenvolvimento ser executados a seguir
é necessária a criação de uma base de conhecimento em motores Flex-fuel
através de pesquisas teóricas sobre motores a etanol e possíveis tecnologias a
ele aplicadas assim como a necessária simulação em modelos computacionais
antes de serem prototipadas e testadas nas fases seguintes.
Uma vez simulada será necessário os testes práticos de desenvolvimento
de estratégias de calibração da central eletrônica com o motor em funcionamento
e validação das calibrações e alterações realizadas.
A última linha de atuação visa criar capacitação para calibração e testes de
desempenho emissões e durabilidade de motores utilizando os novos protótipos
de sistemas e componentes em desenvolvimento.
6.4 - Linhas de Atuação (referente ao projeto do item 5.4 - Objetivos Específicos
– Ampliação da Utilização de Gás Natural Veicular (GNV) e Biogás em Motores)
Visando difundir e ampliar a utilização de um combustível que possui um
menor custo para o usuário, e com menores emissões de gases de efeito estufa
entre eles o dióxido de carbono, somado ao fato da oferta crescente de GNV
advindo da exploração do pré-sal no Brasil e do biogás advindo do setor
agropecuário e sucroenergético, foram criadas as seguintes linhas de atuação
para chegar aos objetivos acima citados.
Para a criação de uma base de desenvolvimento nacional para pesquisas
e desenvolvimento de novos conceitos de calibração, sistemas e componentes
para os motores que utilizem GNV ou biogás, foi adotada uma estratégia da qual
empreenderá inicialmente na criação de grupos de trabalho com suas
respectivas empresas interessadas para dividir os trabalhos entre grupos para
projetos com foco em motores leves, e grupos com foco em motores pesados.
Uma vez esses grupos criados serão realizadas reuniões visando alinhar
os trabalhos a serem realizados e os recursos que as empresas interessadas
poderiam oferecer para o projeto.
Uma vez com esses alinhamentos feitos, será necessária a adequação das
instalações disponíveis para pesquisa e desenvolvimento de motores de acordo
com o utilizado atualmente na indústria automotiva. Uma vez que as instalações
estejam aptas a realizar tais atividades essas instalações proverão uma base
para a aplicação do conhecimento gerado nas fases seguintes.
Para que os projetos de desenvolvimento possam ser executados a seguir
é necessária a criação de uma base de conhecimento em motores a GNV e
biogás através de pesquisas teóricas sobre esses motores e possíveis
tecnologias a ele aplicadas.
Após a fase de das pesquisas teóricas serão realizados testes práticos de
desenvolvimento de estratégias de calibração da central eletrônica com o motor
em funcionamento e validação das calibrações e alterações realizadas.
6.5 - Linhas de Atuação (referente ao projeto do item 5.5 - Objetivos
Específicos: Viabilização do aumento gradativo do teor de biocombustíveis no
óleo diesel comercial)
Para ampliar o uso de biocombustíveis e seus benefícios para o país e o
meio ambiente, esse projeto visa através do desenvolvimento de testes, novas
calibrações e componentes, aumentar a robustez de motores que utilizem altos
teores de biocombustíveis. Permitindo que os combustíveis renováveis sejam
utilizados sem prejuízos ao usuário e a o meio ambiente ao longo da vida útil do
motor.
Para que tais pesquisas possam ser realizadas é necessário um
desenvolvimento visando avaliar os impactos dos altos teores de
biocombustíveis nos motores atuais e em seus respectivos sistemas de pós
tratamento, para isso seriam necessários novos testes de durabilidade, e
avaliação dos componentes do sistema de pós tratamento.
Uma vez analisados e definidos os impactos dessa aplicação, serão
analisadas diversas soluções para contornar ou mitigar tais impactos através da
pesquisa de novos materiais para o tratamento superficial do substrato de
sistemas de pós tratamento e do desenvolvimento de novas calibrações visando
redução de emissões e manutenção da durabilidade.
Em sua última linha de atuação esse projeto pesquisará e desenvolverá
protótipos de componentes com alterações necessárias e empregando o uso de
novos materiais visando estender a vida útil desses componentes.
6.6 - Linhas de Atuação (referente ao projeto do item 5.6 - Impacto da Diluição
de etanol em Óleos Lubrificantes de Baixa Viscosidade no Desempenho
Tribológico de Motores Flex-fuel)
Para a consolidação e aprimoramento de centros de excelência nacionais
para pesquisas e desenvolvimento (P&D) de novas tecnologias em Tribologia
aplicadas a motores Flex-Fuel e transmissões automotivas, será adotada uma
estratégia da qual empreenderá inicialmente no alinhamento com os setores de
P&D das empresas interessadas através de um ciclo de reuniões com
montadoras, sistemistas e fornecedores, visando estabelecer as bases do
projeto. Durante este ciclo de reuniões, serão avaliadas as tecnologias de
motores de combustão interna já em uso em países desenvolvidos e com maior
potencial de implementação nas próximas gerações de veículos brasileiros. Esse
tipo de avaliação é bastante importante para o direcionamento do projeto no seu
estágio inicial e determinante para o sucesso do mesmo. Adicionalmente,
pesquisas bibliográficas sobre a importância da sinergia entre óleos de baixa
viscosidade com pacotes de aditivos específicos e superfícies com
recobrimentos e/ou acabamentos superficiais não convencionais serão
realizadas.
Uma vez definida as bases do projeto, será necessária a adequação da
infraestrutura para a pesquisa de motores Flex-Fuel e de seus subsistemas,
seguindo os padrões utilizados atualmente na indústria automotiva e em outros
centros de pesquisa internacionais. Uma vez que as instalações do IPT e dos
laboratórios de pesquisa parceiros estejam aptos a realizar tais atividades, essas
instalações proverão a infraestrutura necessária para a aplicação do
conhecimento gerado nas fases seguintes do projeto. Adicionalmente, as
primeiras análises da influência da diluição de etanol na viscosidade e reologia
de óleos lubrificantes de baixa viscosidade poderão ser realizadas através de
testes em laboratório.
Posteriormente, testes tribológicos realizados em laboratório serão
conduzidos com o objetivo de se determinar a influência da diluição de etanol
nos mecanismos de atrito e desgaste atuantes nos principais componentes de
motores Flex-Fuel atuais. Simulações computacionais baseadas em modelos
matemáticos relacionados aos diferentes regimes de lubrificação serão também
realizadas para a melhor compreensão dos fenômenos tribológicos, fornecendo
assim diretrizes para novas soluções a serem avaliadas e testadas nas fases
seguintes do projeto.
Uma vez determinado o impacto da diluição de etanol no desempenho
tribológico de motores Flex-Fuel atuais, a linha de atuação seguinte consiste na
realização de testes tribológicos em laboratório para avaliar o desempenho
tribológico (atrito e desgaste) das novas tecnologias que possivelmente serão
implementadas no mercado brasileiro nos próximos anos delineadas na fase
inicial do projeto (p. ex. superfícies com recobrimentos e/ou acabamentos
superficiais não convencionais). Os resultados obtidos nessa linha de atuação
deverão ser comparados com os obtidos anteriormente para os motores atuais.
A última linha de atuação visa testar as novas soluções tecnológicas
avaliadas nas etapas anteriores através de ensaios de desempenho de
emissões e durabilidade de motores utilizando os novos protótipos de sistemas
e componentes em desenvolvimento no projeto.
7 Plano de Execução
7.1 Plano de Execução (referente ao projeto do item 5.1 - Desenvolvimento de
Plataforma de Propulsão Utilizando Eixo de Transmissão Elétrica)
Abaixo seguem as fases do projeto desde a fase inicial: Pesquisa de
subsistemas da plataforma de propulsão. Até a fase final, Aplicação da
plataforma de propulsão no veículo e testes de validação. As fases foram
dispostas em método de cascata, para a identificação do ciclo de vida do projeto.
Abaixo segue uma descrição sobre cada fase supracitada.
Fase I - Pesquisas Preliminares de Subsistemas da Plataforma de
Propulsão: Nessa fase se realizarão pesquisas sobre atuais tecnologias e
componentes de subsistemas, pesquisas de mercado junto a possíveis
fornecedores em diferentes frentes para a definição dos melhores subsistemas
da plataforma de propulsão e sua capacidade de integração com o sistema de
controle.
Fase II - Desenvolvimento de Sistemas de controle para integração dos
subsistemas: Com a definição dos componentes e subsistemas na fase anterior
será possível o desenvolvimento de um sistema de controle central do qual
integre todos os diferentes subsistemas pertencentes a plataforma, como os
Pesquisas
Preliminares
de
Subsistemas
da Plataforma
de Propulsão
Desenvolvimento
de Sistemas de
controle para
integração dos
subsistemas
Desenvolvimento
de Motor de
Combustão Interna
Otimizado para
Regimes de
Recarga de Bateria
Aplicação da
Plataforma de
Propulsão em
Veículo e Testes
sistemas de controle do motor de combustão interna, os sistemas de controle de
alimentação do banco de baterias e o sistema de controle de acionamento do
motor gerador e do motor do eixo de tração. Para isso será necessário uma
central eletrônica programável de desenvolvimento onde possam ser
desenvolvidas estratégias de programação das quais irão controlar os
subsistemas e integrá-los em um só sistema de controle ajustável.
Fase III - Desenvolvimento de Motor de Combustão Interna Otimizado para
Regimes de Recarga de Bateria: Para uma plataforma de propulsão eficaz da
qual possa extrair a máxima eficiência dos subsistemas como motor gerador e
prover o melhor compromisso visando a realimentação do banco de baterias, é
necessário a otimização do motor de combustão interna da plataforma, aplicando
conceitos de “downspeeding”(redução da rotação de trabalho do motor visando
aumento da eficiência térmica) e da utilização de combustíveis alternativos como
etanol, GNV, biogás entre outros.
Fase IV - Aplicação da Plataforma de Propulsão em Veículo e Testes: Tendo
em vista a ampliação da demanda de testes de validação em condições reais de
uso e o peculiar ciclo real de condução dos veículos no Brasil é necessário uma
fase dedicada ao desenvolvimento de calibrações eletrônicas visando o ajuste
da plataforma de propulsão ao veículo e suas condições de uso. Posteriormente
com esse item ajustado se darão início aos testes de validação e de emissões
em condições reais de uso.
7.2 Plano de Execução (referente ao objetivo do item 5.2 - Pesquisa,
desenvolvimento e Construção de Protótipo de Motor Flex-fuel Otimizado para o
Etanol)
Abaixo na seguem as fases do projeto desde a fase inicial: Alinhamento
com os setores de pesquisa e desenvolvimento das empresas interessadas. Até
a fase final, Desenvolvimento e Otimização de Componentes. As fases foram
dispostas em método de cascata, para a identificação do ciclo de vida do projeto.
Figura 1 – Ciclo de vida útil do projeto.
Abaixo segue uma descrição sobre cada fase supracitada.
Fase I - Pesquisas Preliminares: Nessa fase se realizarão pesquisas teóricas
sobre literaturas, para balizar o desenvolvimento de modelo para posterior
simulação computacional visando criar diretrizes para as próximas fases.
Fase II - Definição dos Componentes e Layout do Motor: Nessa fase se
realizarão simulações mais aprofundadas não somente do motor como um todo
como na Fase I mas também para alguns subsistemas do motor como sistema
de alimentação de combustível, sistema de alimentação de ar, e fluxo da câmara
de combustão para definição posterior das especificações técnicas dos
componentes a serem utilizados no motor;
Fase III – Pesquisa no Motor: Essa fase compreende em testes no protótipo
produzido do motor em bancada dinamométrica, para isso será necessário
diversos ciclos de teste em bancada para avaliação de diferentes parâmetros e
condições de teste do motor com a devida instrumentação para se elaborar de
relatório técnico e realizar a correta calibração dos parâmetros de controle do
motor;
Pesquisas
Preliminares
Definição dos
Componentes
e Layout do
Motor
Pesquisa no
Motor
Cronograma
7.3 Plano de Execução (referente ao projeto do item 5.3 - Melhoria dos Motores
Flex-fuel Atuais)
Abaixo na seguem as fases do projeto desde a fase inicial: Alinhamento com os
setores de pesquisa e desenvolvimento das empresas interessadas. Até a fase
final, Desenvolvimento e Otimização de Componentes. As fases foram
dispostas em método de cascata, para a identificação do ciclo de vida do
projeto.
Figura 1 – Ciclo de vida útil do projeto.
Abaixo segue uma descrição sobre cada fase supracitada.
FASE I - Alinhamento com os setores de pesquisa e desenvolvimento das
empresas interessadas: Nessa fase serão realizadas reuniões com as
empresas interessadas como montadoras e sistemistas, visando estabelecer as
bases do projeto e alinhar pontos como:
Alinhamento com
os Setores de
Pesquisa e
Desenvolvimento
das Empresas
Interessadas
Atividades
de Pesquisa
e
Desenvolvim
ento
Desenvolvimen
to de novas
estratégias de
injeção
Desenvolvimento,
Otimização e
Validação de
Componentes
Adequação das
Instalações
Laboratoriais
- Linha de pesquisa a ser adotada;
- Tecnologias a serem utilizadas/exploradas;
- Escolha do motor base a ser utilizado no desenvolvimento;
- Definição de quais sistemas e componentes do motor seriam
otimizados/desenvolvidos.
FASE II – Adequação das Instalações Laboratoriais: Nessa fase será
realizado um levantamento junto as empresas parceiras, de equipamentos que
serão necessários adquirir para o correto desenvolvimento das atividades de do
projeto. Para a obtenção desses equipamentos será necessária as seguintes
atividades:
- Visitas de instalações das montadoras e sistemistas para levantamento dos
equipamentos necessários;
- Reuniões com os fornecedores de equipamentos para levantamento de custos
e prazos;
- Aquisição dos equipamentos necessários;
- Instalação e comissionamento dos equipamentos necessários.
FASE III - Atividades de pesquisa e desenvolvimento: Nessa fase serão
realizadas as pesquisas para criação da base necessária para a aplicação do
conhecimento na fase seguinte de desenvolvimento das estratégias de
calibração.
- Pesquisa e desenvolvimento de metodologias para testes em bancada
dinamométrica aplicado a motores Flex-fuel com injeção direta;
- Pesquisa sobre termodinâmica de motores a etanol visando estabelecer
parâmetros e estratégias para calibração de recirculação de gases de
escape visando a otimização para funcionamento com etanol;
- Pesquisa sobre termodinâmica de motores a etanol visando estabelecer
parâmetros e estratégias para calibração de comandos de válvulas
variáveis visando a otimização para funcionamento com etanol;
FASE IV – Desenvolvimento de novas estratégias de injeção: Nessa fase as
será posta na prática em com um motor em real funcionamento as metodologias
de teste estabelecidas e o conhecimento gerado na fase anterior visando:
- Desenvolvimento e aplicação de estratégias para uso de sistema de
recirculação de gases do escape (EGR) com etanol;
- Desenvolvimento e aplicação de estratégias de gerenciamento eletrônico
para sistema de comandos de válvulas variáveis com etanol;
FASE V – Desenvolvimento, Otimização e Validação de Componentes e
Calibrações: Nessa fase além do desenvolvimento em conjunto com as
empresas de novos protótipos sistemas, haverá também a validação dos
mesmos e das calibrações desenvolvidas na fase anterior.
- Pesquisa e desenvolvimento de protótipos de sistemas e componentes.
- Desenvolvimento de testes em bancada dinamométrica para novos
protótipos de sistemas de alimentação de combustível e seus
componentes;
- Desenvolvimento de testes de durabilidade em bancada dinamométrica para
novos componentes e sistemas;
Cronograma
1
Alinhamento com os
setores de pesquisa e
desenvolvimento das
empresas interessadas
2Adequação das
Instalações Laboratoriais
3Atividades de pesquisa e
desenvolvimento
4
Desenvolvimento de
novas estratégias de
injeção
5
Desenvolvimento,
Otimização e Validação
de Componentes e
Calibrações
1 2 3 4 5
ANO
7.4 Plano de Execução (referente ao projeto do item 5.4 - Ampliação da
Utilização de Gás Natural Veicular (GNV) e Biogás em Motores)
Abaixo seguem as fases do projeto desde a fase inicial: Alinhamento com os
setores de pesquisa e desenvolvimento das empresas interessadas. Até a fase
final Desenvolvimento prático de estratégias de injeção. As fases foram
dispostas em método de cascata, para a identificação do ciclo de vida do projeto.
Figura 1 – Ciclo de vida útil do projeto.
Abaixo segue uma descrição sobre cada fase supracitada.
FASE I - Divisão dos grupos de trabalho e Alinhamento: Nessa fase serão
divididos os grupos entre, grupo para motores leves e grupo para motores
pesados e seus respectivos participantes visando estabelecer as bases do
projeto e alinhar pontos como:
- Tecnologias a serem utilizadas/exploradas;
- Escolha do motor base a ser utilizado no desenvolvimento;
- Definição de quais sistemas e componentes do motor seriam
otimizados/desenvolvidos.
FASE II – Adequação das Instalações Laboratoriais para Pesquisa: Nessa
fase será realizado um levantamento junto às empresas parceiras, de
equipamentos necessários para o desenvolvimento do projeto. Para a obtenção
desses equipamentos será necessária as seguintes atividades:
Divisão dos
grupos de
Trabalho e
Alinhamento
Atividades de
Pesquisa e
Desenvolvimento
Desenvolvimento
prático de
estratégias de
injeção
Adequação das
Instalações
Laboratoriais
para Pesquisa
- Visitas de instalações das montadoras e sistemistas para levantamento dos
equipamentos necessários;
- Reuniões com os fornecedores de equipamentos para levantamento de
custos e prazos;
- Aquisição dos equipamentos necessários;
- Instalação e comissionamento dos equipamentos necessários.
FASE III - Atividades de Pesquisa e Desenvolvimento: Nessa fase serão
realizadas as pesquisas para criação de uma base de conhecimento necessária
para sua aplicação na fase seguinte de desenvolvimento das estratégias de
calibração.
- Pesquisa sobre termodinâmica de motores utilizando GNV e biogás visando
estabelecer parâmetros e estratégias para calibração da vazão de ar e
combustível para funcionamento com GNV e biogás;
- Desenvolvimento de estratégias de controle para centrais de eletrônicas
quadricombustíveis; (Grupo para motores leves)
- Pesquisa sobre termodinâmica de motores a bicombustíveis (Dual-fuel)
visando estabelecer parâmetros e estratégias para calibração de kits de
conversão Diesel-gás visando a otimização para funcionamento com
GNV e biogás (Grupo para motores pesados);
- Pesquisa sobre termodinâmica de motores pesados ciclo Otto visando
estabelecer parâmetros e estratégias para calibração eletrônica visando
a otimização para funcionamento exclusivo com GNV e biogás, (Grupo
para motores pesados);
FASE IV – Desenvolvimento prático de estratégias de injeção: Nessa fase
as será posta na prática em com um motor em real funcionamento as
metodologias de teste estabelecidas e o conhecimento gerado na fase anterior
visando aperfeiçoar as calibrações do motor;
Cronograma
7.5 Plano de Execução (referente ao projeto do item 5.5 - Viabilização do
aumento gradativo do teor de biocombustíveis no óleo diesel comercial)
Abaixo seguem as fases do projeto desde a fase inicial: Pesquisa e Testes Sobre
Impactos de novos biocombustíveis. Até a fase final Desenvolvimento e
Validação de Novos Componentes. As fases foram dispostas em método de
cascata, para a identificação do ciclo de vida do projeto.
Figura 1 – Ciclo de vida útil do projeto.
Abaixo segue uma descrição sobre cada fase supracitada.
FASE I - Pesquisa e Testes Sobre Impactos de Novos Biocombustíveis:
Nessa fase serão testados motores funcionando com altos teores de
biocombustíveis em bancada dinamométrica e comparados ao funcionamento
com o óleo diesel atualmente comercializado nos quesitos:
1Divisão dos grupos de
trabalho e Alinhamento
2
Adequação das
Instalações
Laboratoriais para
Pesquisa
3Atividades de Pesquisa
e Desenvolvimento
4
Desenvolvimento
prático de estratégias
de injeção
ANO
1 2 3 4 5
Pesquisa e
Testes Sobre
Impactos de
novos
biocombustíveis
Pesquisa,
Desenvolvimento
e Testes
Desenvolvimento
e Validação de
Novos
Componentes
Pesquisa
Sobre os
Impactos
Gerados e
Suas Causas
- Ensaio de emissões comparativo em ciclo de teste;
- Levantamento comparativo de curva de potência e consumo.
FASE II – Pesquisa Sobre os Impactos Gerados e Suas Causas: Nessa fase
será realizado um levantamento sobre os resultados dos testes realizados na
fase anterior, e com esses dados identificar os principais impactos gerados no
funcionamento no motor funcionando com altos teores de biodiesel.
FASE III - Pesquisa, Desenvolvimento e Testes: Nessa fase serão realizadas
as pesquisas para criar possíveis opções a serem desenvolvidas para contornar
ou mitigar os impactos negativos que possam ocorrer com a utilização de altos
teores de biocombustíveis. Em seguida serão desenvolvidas novas calibrações
do motor e do sistema de pós tratamento visando a manutenção do desempenho
do motor quando comparado ao óleo diesel comercial;
FASE IV – Desenvolvimento e Validação de Novos Componentes: Nessa
fase serão usados os dados dos componentes avaliados nas fases anteriores
com maior desgaste ou que sofreram os maiores impactos e serão pesquisadas
novas tecnologias visando contornar ou mitigar esses impactos, após essa etapa
será necessário a prototipagem desses novos componentes e por final os testes
e validações desses componentes.
Cronograma
1Pesquisa e Testes
Sobre Impactos do
Biodiesel
2
Pesquisa Sobre os
Impactos Gerados e
Suas Causas
3
Pesquisa,
Desenvolvimento e
Testes
4
Desenvolvimento e
Validação de Novos
Componentes
ANO
1 2 3 4 5
7.6 Plano de Execução (referente ao projeto do item 5.6 - Impacto da Diluição
de etanol em Óleos Lubrificantes de Baixa Viscosidade no Desempenho
Tribológico de Motores Flex-fuel)
O fluxograma abaixo ilustra as fases do projeto desde a fase inicial até a fase
final. As fases foram dispostas em método de cascata, para a identificação do
ciclo de vida do projeto.
FASE I – Alinhamento com os setores de P&D das empresas interessadas:
Realização de reuniões e workshops com montadoras, sistemistas e
fornecedores, visando estabelecer as bases do projeto e alinhar pontos como:
– Avaliação das tecnologias de motores de combustão interna com maior
potencial de implementação nas próximas gerações de veículos
brasileiros;
– novas tecnologias a serem exploradas (p. ex. superfícies com
recobrimentos e/ou acabamentos superficiais;
– Pesquisas bibliográficas sobre a sinergia entre óleos de baixa
viscosidade e superfícies com recobrimentos e/ou acabamentos
superficiais não convencionais;
– Definição de quais subsistemas do motor seriam otimizados.
FASE II – Adequação da infraestrutura laboratorial: Levantamento junto as
empresas parceiras e outros laboratórios de pesquisa internacionais dos
equipamentos que serão necessários adquirir para o correto desenvolvimento
das atividades do projeto. Nesta etapa, são previstas as seguintes atividades:
– Visitas de instalações das montadoras, sistemistas e laboratórios
internacionais para a avaliação dos equipamentos necessários;
Alinhamento com os setores
de P&D das empresas
interessadas
Adequação da infraestrutura laboratorial
Atividades de P&D com
motores Flex-Fuel atuais
Atividades de P&D com novas tecnologias para
motores Flex-Fuel
Desenvolvimento, Otimização e Validação de Componentes
– Reuniões com os fornecedores de equipamentos para levantamento de
custos e prazos;
– Aquisição dos equipamentos necessários;
– Instalação e comissionamento dos equipamentos necessários;
– Análises iniciais da influência da diluição de etanol na reologia de óleos
lubrificantes de baixa.
FASE III – Atividades de P&D com motores Flex-Fuel atuais: Realização de
testes em laboratório para avaliar a influência da diluição do etanol nos
mecanismos de atrito e desgaste nos principais componentes de motores Flex-
Fuel atuais. Nesta etapa, são previstas as seguintes atividades:
– Pesquisa de metodologias para testes em laboratório com diluição de
etanol no lubrificante;
– Obtenção de corpos de prova e componentes antes e após uso junto as
montadoras, sistemistas e fornecedores;
– Obtenção de amostras controladas de lubrificantes de baixa viscosidade
junto a empresas formuladoras de lubrificantes;
– Realização de testes tribológicos de atrito e desgaste em pelo menos
dois tribômetros com configurações distintas;
– Caracterização das amostras antes e depois de testadas;
– Simulações computacionais para fornecer diretrizes de novas soluções
a serem avaliadas nas fases seguintes do projeto.
FASE IV – Atividades de P&D com novas tecnologias para motores Flex-Fuel:
Realização de testes em laboratório para avaliar o desempenho tribológico de
novas tecnologias que possivelmente serão implementadas no mercado
brasileiro nos próximos anos. Nesta etapa, são previstas as seguintes atividades:
– Obtenção de corpos de prova das novas tecnológicas de componentes
em desenvolvimento junto as montadoras, sistemistas e fornecedores;
– Realizada de testes tribológicos de atrito e desgaste em pelo menos dois
tribometros com configurações distintas;
– Caracterização das amostras antes e depois de testadas;
– Avaliação e comparação dos resultados obtidos com as novas
tecnologias em relação aos resultados obtidos na etapa anterior para
motores atuais.
FASE V – Desenvolvimento, Otimização e Validação de Componentes:
Desenvolvimento em conjunto com as empresas de novos protótipos de
sistemas e ensaios em dinamômetro considerando as novas soluções
tecnológicas avaliadas nas etapas. Nesta etapa, são previstas as seguintes
atividades:
– Obtenção de novos protótipos de componentes com as novas tecnologias
junto as montadoras, sistemistas e fornecedores;
– Especificação e planejamento de ensaios de desempenho de emissões e
durabilidade de motores;
– Caracterização das amostras antes e depois de testadas;
– Avaliação e comparação dos resultados obtidos com relação aos motores
atuais.
Cronograma
8 Resultados Esperados
8.1 Resultados Esperados (referente ao projeto do item 5.1 - Desenvolvimento
de Plataforma de Propulsão Utilizando Eixo de Transmissão Elétrica)
A partir do desenvolvimento desse projeto diversos resultados serão
alcançados que proverão soluções para as demandas específicas do mercado e
sociedade como:
- Disponibilização de veículos pesados com propulsão alternativa visando
redução de emissões em centros urbanos;
- Redução da poluição sonora de veículos pesados em centros urbanos;
- Capacitação nacional para desenvolvimentos de soluções em transportes,
inerentes às demandas específicas do mercado brasileiro e sociedade;
FASE
ANO
1 2 3 4 5
1 Alinhamento com os setores de P&D das
empresas interessadas
2 Adequação infraestrutura laboratoriais
3 Atividades de P&D com motores Flex-
Fuel atuais
4 Atividades de P&D com novas
tecnologias para motores Flex-Fuel
5 Desenvolvimento, Otimização e
Validação de Componentes
- Melhoria da qualidade de vida nos centros urbanos a partir da introdução de
veículos de transporte coletivo e de carga mais silenciosos e menos
poluentes.
- Redução da dependência do país de combustíveis fósseis importados e
susceptíveis a variações cambiais atreladas a eventos externos.
8.2 Resultados Esperados (referente ao objetivo do item 5.2 - Pesquisa,
desenvolvimento e Construção de Protótipo de Motor Flex-fuel Otimizado para o
Etanol)
A partir desse projeto são esperados diversos resultados benéficos ao país,
a indústria automotiva e aos produtores de combustíveis renováveis brasileiros
de maneira que alguns resultados esperam ser alcançados como:
- Valorização da indústria sucroenergética brasileira a partir do aumento da
demanda do etanol;
- A geração de mão-de-obra capacitada através de projetos da indústria
automotiva em parceria com a academia;
- Ampliação da capacidade de desenvolvimento de projetos de pesquisa da
indústria nacional disponibilizando;
- Instalações para pesquisa e desenvolvimento capacitadas de acordo com as
atuais demandas da indústria;
- Criação de capacitação para gerenciamento de projetos eficaz e alinhado às
práticas do mercado;
- Redução através da combinação dos itens supracitados, do custo para
desenvolvimento de projetos de pesquisa e desenvolvimento que visem
atender às demandas específicas do País e da indústria automotiva
brasileira no tema de motores Flex-fuel.
8.3 Resultados Esperados (referente ao projeto do item 5.3 - Melhoria dos
Motores Flex-fuel Atuais)
A partir desse projeto a indústria aliada com diferentes instituições
acadêmicas e viabilizada com a participação de ICT´s provendo as instalações,
equipe técnica capacitada e gerenciamento das atividades do projeto cria uma
linha de pesquisa visando ampliar a capacidade da indústria automotiva
brasileira para o desenvolvimento de novas tecnologias em motores
convencionais Flex-fuel dos quais serão aplicados em conjunto a novos
conceitos de motores mais modernos no futuro, como, por exemplo o item 6.1
desse programa.
Esse projeto visa através de sua execução:
- A aproximação da indústria automotiva e a realidade do mercado automotivo
e suas demandas específicas com a academia, através de projetos
conjuntos e o estreitamento de laços entre os dois setores na área de
pesquisa.
- A geração de mão-de-obra capacitada através de projetos da indústria
automotiva em parceria com a academia;
- Ampliação da capacidade de desenvolvimento de projetos de pesquisa da
indústria nacional disponibilizando:
- Mão- de-obra qualificada entre estudantes da academia e pesquisadores
do IPT;
- Instalações capacitadas de acordo com as demandas da indústria;
- Gerenciamento de projetos eficaz e alinhado às práticas do mercado.
- Redução através da combinação dos itens supracitados, do custo para
desenvolvimento de projetos de pesquisa e desenvolvimento que visem
atender às demandas específicas do País e da indústria automotiva
brasileira no tema de motores Flex-fuel.
8.4 Resultados Esperados - atuação (referente ao projeto do item 5.4 -
Ampliação da Utilização de Gás Natural Veicular (GNV) e Biogás em Motores)
A partir desse projeto a indústria aliada com diferentes instituições
acadêmicas e viabilizada com a participação de ICT´s provendo as instalações,
equipe técnica capacitada e gerenciamento das atividades do projeto, cria uma
linha de pesquisa visando ampliar a capacidade da indústria automotiva
brasileira para o desenvolvimento de novas tecnologias para a utilização do GNV
e biogás em motores dos quais serão aplicados em conjunto a novos conceitos
de motores mais modernos no futuro, como, por exemplo o item 6.1 desse
programa.
Esse projeto visa através de sua execução:
- Aumentar a demanda de gás natural através da utilização de GNV e biogás
na matriz de transporte brasileira;
- Reduzir as emissões de dióxido de carbono de veículos comerciais e
máquinas agrícolas;
- Redução do custo ao produtor agrícola através da utilização em máquinas
de um combustível com menor custo;
- Redução do custo do transporte no Brasil;
- A aproximação da indústria automotiva e a realidade do mercado automotivo
e suas demandas específicas com a academia, através de projetos
conjuntos e o estreitamento de laços entre os dois setores na área de
pesquisa.
8.5 Resultados Esperados (referente ao projeto do item 5.5 - Objetivos
Específicos: Viabilização do aumento gradativo do teor de biocombustíveis no
óleo diesel comercial)
A partir desse projeto, cria-se uma linha de pesquisa assegurar o uso de
biocombustíveis e a possibilidade de ampliação do seu uso uma vez que os
impactos da sua utilização em um motor for avaliada e seu funcionamento e
emissões estejam dentro dos padrões de emissões e consumo.
Esse projeto visa através de sua execução:
- Aumentar a utilização de biocombustíveis na matriz de transporte brasileira;
- Reduzir as emissões de dióxido de carbono de veículos comerciais e
máquinas agrícolas através do uso de biocombustíveis;
- Garantir mais segurança energética ao país e aos combustíveis nacionais
com foco nos combustíveis renováveis.
8.6 Resultados Esperados (referente ao projeto do item 5.6 - Impacto da
Diluição de etanol em Óleos Lubrificantes de Baixa Viscosidade no Desempenho
Tribológico de Motores Flex-fuel)
- Maior segurança ao usuário e custos de operação de motoroes utilizando
etanol;
- Reduzir as emissões de dióxido de carbono de veículos comerciais e
máquinas agrícolas através do uso de biocombustíveis;
- Garantir mais segurança energética ao país e aos combustíveis nacionais
com foco nos combustíveis renováveis.
9. Metas e Indicadores de Acompanhamento
Abaixo foram estabelecidos os indicadores para o acompanhamento das
atividades do projeto, dentre elas objetivos alcançados, prazos e utilização de
recursos.
Os prazos serão acompanhados mensalmente, o andamento das
atividades e objetivos alcançados bimestralmente e o cronograma de
desembolso com metas de redução de atrasos e requisições de recursos extra
atenderão aos requisitos de qualidade dos trabalhos.
Metas gerais para o programa:
- Manter a quantidade de dias de atraso em cada uma das cinco fases do
projeto atividades entre zero a dois meses no máximo até o final de 05
(cinco) anos do projeto;
- Não requisitar recursos extras para o projeto acima de 3% do valor inicial
aportado para o projeto até o final de 05 (cinco) anos do projeto;
- Atingir no mínimo 80% dos objetivos estabelecidos para cada projeto até o
final de 05 (cinco) anos do projeto.
Ao final de cada atividade inerente a cada projeto será elabora pela equipe
executora um relatório parcial de atividades realizadas para envio e análise da
entidade coordenadora.
Ao final de cada etapa para cada projeto será elaborado um relatório
gerencial com atividades realizadas, recursos empregados e orçamento
executado para envio a entidade coordenadora para fins de acompanhamento
dos resultados parciais dos projetos em execução.
Nesse relatório haverá um detalhamento e gráficos demonstrativos para
prazos, gastos e percentual de atividades realizadas.
ORÇAMENTO DO PROGRAMA
Item (R$)Valor acumulado
(R$)
1 Bolsas de mestrado 80x R$2.500x 12mesesx 2,5 anos 6.000.000
2 Bolsas de doutorado 25x R$3.500x 12mesesx 4 anos 4.000.000
3 Bolsa de Pós-Doc 15x R$6.000x 12mesesx 2 anos 2.160.000
4 Bolsa Professores 25x R$2.500x 12mesesx 5anos 3.750.000
5 Técnicos de apoio 6x R$ 6.000x 12mesesx 5anos 2.160.000 18.070.000
6 Analisadores de gás 2.000.000
7Equipamentos
(dinamômetros)10.000.000
8Instrumentos em
geral5x R$ 100.000 500.000
9
Plataformas
Eletrônicas ( Flex-
ECU,
LABCAR,National)
5x R$ 80.000 400.000
10 Computadores 30x R$ 5.000 150.000
11Componentes
Elétricos5x R$ 30.000 (diversos) 150.000
12Componentes
Eletrônicos5x R$ 30.000 (diversos) 150.000
Material de consumo
geral ( inclui
combustível)
5x R$ 100.000 500.000
13Montagens
mecânicas5x R$ 150,000 750.000
14 Pequenas obras 5x R$ 250.000 1.250.000
15Outros serviços de
terceiros5x R$ 100.000 600.000
16
Diárias e passagens
(inclui Conselho
Tecnológico)
5x R$ 200.000 1.000.000 35.520.000
17Taxa de
administração3.946.000
TOTAL 39.466.000
Recursos humanos
Descrição
Construção de protótipos e dinamômetros e outros
EIXO 2: SISTEMAS DE PROPULSÃO HÍBRIDA/ELÉTRICA
1. Nome do Eixo 2
Sistemas de Propulsão Híbrida/Elétrica
2. Prazo de Vigência: 05 anos
3. Introdução:
Neste eixo 2, Sistemas de propulsão híbrida/ elétrica, são propostas linhas
de atuação que preveem: no final de 05 anos obter um protótipo de um sistema
de propulsão híbrida operando, totalmente validado conforme as especificações
de projeto, contendo todos os componentes, gerador, baterias (a partir das
células de lítio), conversores, inversores de acionamento e motores elétricos de
acionamento, projetados e construídos no âmbito do presente programa e ainda
todos os módulos de gerenciamento eletrônico também desenvolvidos no âmbito
do programa. . As linhas de atuação preveem o uso de ferramentas modernas
para o projeto e simulação, construção de protótipos dos componentes e
validação a partir dos requisitos de projeto fixados.
Trata-se de um conjunto de linhas de atuação com significativo impacto
nacional, totalmente voltado para a cadeia de fornecedores do setor automotivo,
seja relativo aos fabricantes de componentes ou aos de módulos de
gerenciamento, contribuindo para que empresas nacionais possam se preparar
para lançarem novos produtos, específicos para aplicação em veículos leves ou
pesados. Associado a este desenvolvimento ocorrerá forte capacitação de
recursos humanos em nível de pós-graduação criando uma competência
nacional para o projeto e implementação de componentes para sistemas híbridos
de propulsão veicular.
As linhas de atuação enfatizam sistemas de propulsão híbrida, mas vale
ressalvar que o sistema de propulsão puramente elétrica a menos do módulo de
carregamento de bateria é praticamente um subconjunto do sistema híbrido,
evidentemente com suas características própria que impactam mais no
gerenciamento
4. Objetivo Geral:
Desenvolver componentes com novas topologias aliado a criação de uma
competência em gerenciamento eletrônico para sistemas de propulsão
híbrida/elétrica.
5. Estratégia para o programa:
O foco deste eixo é estudar e desenvolver componentes e sistemas, com
novas topologias e materiais, para o emprego na cadeia cinemática, energética
e de controle (powertrain) de veículos elétricos e híbridos. Dentre esses
componentes, com exceção de motores de combustão interna (MCIs), estão
incluídos diversos tipos de motores elétricos de tração e geração, seus
acionamentos eletrônicos, baterias, células a combustível e outros sistemas de
armazenamento, seus sistemas de gerenciamento e carga, conversores
eletrônicos de potência, até os diversos módulos eletrônicos de gerenciamento,
proteção, automação e controle. O desenvolvimento desses componentes
essenciais deve ser direcionado, de forma estratégica, para as particularidades
do mercado nacional, privilegiando a cadeia produtiva do setor automotivo,
promovendo: a geração de conhecimentos, a nacionalização de tecnologias e
processos produtivos, a capacitação de recursos humanos, a inovação e a
geração de patentes.
Estes estudos serão de grande valia para a cadeia produtiva do setor, uma
vez que serão criados centros de excelência, com competências especializadas,
para promover a formação profissional e o desenvolvimento de soluções,
tecnologias e assistências técnicas, relevando a importância do setor automotivo
na geração de novos empregos, e na produção de bens de alto valor agregado,
tanto para o mercado nacional como internacional.
Para uma primeira fase de 5 (cinco) anos, será dada ênfase ao
desenvolvimento de sistemas de propulsão para veículos elétricos híbridos com
topologia série, por apresentarem menor custo, menor complexidade mecânica,
e consequentemente, maior viabilidade de aplicação imediata no país. Essa
topologia também é vantajosa, uma vez que permite, no futuro, uma fácil
migração para o desenvolvimento de sistemas de propulsão puramente elétricos,
ou topologias série-paralelo, de acordo com as demandas do mercado, e das
especificidades dos diversos cenários de aplicação de veículos automotores no
país.
Nesse contexto, está previsto o projeto, criação e operação de,
aproximadamente, 5 (cinco) plataformas de propulsão híbridas e elétricas,
distribuídas em várias entidades executoras no país. Basicamente, tais
plataformas poderão ter como componentes os seguintes itens: um MCI e seu
sistema de gerenciamento, um gerador elétrico e seu conversor eletrônico de
potência para regulação de tensão, um gerador eletroquímico baseado em célula
a combustível tipo SOFC e seu conversor eletrônico de potência para regulação
de tensão, conjuntos de armazenamento de energia com baterias,
supercapacitores e seus sistemas de gerenciamento e conversores eletrônicos,
um ou mais motores elétricos de tração e seus conversores eletrônicos de
acionamento, além de um dinamômetro e outros sistemas de apoio para
sensoriamento e controle da operação. A plataforma servirá como bancada
instrumentada para desenvolvimentos, de alta flexibilidade para receber outros
componentes e alterações. Prevê-se, por exemplo, a aplicação de células a
combustível a partir de etanol, como fonte energética alternativa ao conjunto MCI
e gerador elétrico.
Por se tratar de um programa (eixo) estratégico inicial, nesta primeira fase
não há uma preocupação com a aplicação direta desses sistemas em um veículo
de testes, uma vez que isso requer outras especialidades e competências, de
uma montadora, por exemplo. Além disso, nessas condições o total dos recursos
financeiros necessário para o programa seria, aproximadamente, 4 vezes maior.
Inicialmente, a plataforma será elaborada utilizando componentes
disponíveis no mercado para permitir, tanto o desenvolvimento imediato dos
módulos de gerenciamento, como o desenvolvimento dos componentes
individuais do powertrain híbrido completo. Simultaneamente, podem ser feitos
desenvolvimentos de novos componentes para substituir os existentes, com
outras topologias e materiais, com maior eficiência, maior desempenho, redução
de peso e dimensões, e menores custos de produção. É importante ressaltar que
o estabelecimento dessa plataforma também é determinante para o
desenvolvimento de novas ferramentas de projeto e engenharia para essa área.
6. Objetivos Específicos:
No âmbito deste eixo 2 serão identificados os objetivos específicos
mencionados a seguir:
6.1 Projeto e construção de aproximadamente 5 (cinco) plataformas de
propulsão híbridas e elétricas, distribuídas em várias entidades
executoras no país, completas, compreendendo a cadeia cinemática,
energética e de controle de um sistema de propulsão híbrido elétrico,
em topologia série, com componentes de mercado, com as seguintes
características:
Motor de combustão interna (MCI), com seu sistema de controle e
gerenciamento.
Geradores elétricos, com sua eletrônica e sistemas de controle e
gerenciamento.
Geradores eletroquímicos baseados em células a combustível tipo
SOFC e seu conversor eletrônico de potência para regulação de tensão,
Baterias ou unidade de armazenamento, com seu sistema de controle,
proteção e gerenciamento.
Conversores eletrônicos DC-DC, com seus sistemas de controle e
gerenciamento.
Inversores eletrônicos e seus sistemas de controle e acionamento para
motores de tração.
Um ou mais motores elétricos de tração.
Dinamômetro, instrumentações e sistemas de proteção e controle.
6.2 Desenvolver e implantar a plataforma em diversas entidades executoras
no país, em escalas desde 6,0 até 150,0 [kW] de potência instalada, com
energias desde 3,0 até 60,0 [kWh].
6.3 Permitir o desenvolvimento de módulos de controle eletrônico que sejam
capazes de integrar os diferentes subsistemas do powertrain híbrido,
para seu gerenciamento energético, em diferentes condições de uso e
graus de solicitação (controle da fonte primária de energia,
carregamento das baterias, propulsão ativa para tração, frenagem
regenerativa).
6.4 Aplicar na plataforma híbrida um motor a combustão interna TSI com 03
cilindros sobrealimentado.
6.5 Desenvolver geradores elétricos com alta densidade potência e baixo
peso, utilizando diferentes topologias de construção.
6.6 Desenvolver sistemas geradores a base de células a combustível tipo
SOFC e seu sistema de conversão e regulagem.
6.7 Permitir o desenvolvimento de arquiteturas de baterias flexíveis, para
vários tipos de arranjos e topologias, priorizando baterias com lítio,
incluindo seus sistemas de gerenciamento e proteção, além de sistemas
de carga para as aplicações em veículos híbridos e puramente elétricos.
6.8 Desenvolver conversores para acionamento de motores de tração, com
diferentes dispositivos semicondutores, com fluxo de potência
bidirecional, de alta eficiência, com alta densidade de potência e
diferentes tecnologias de refrigeração, e conversores CC-CC compactos
e competitivos.
6.9 Desenvolver motores elétricos de tração com alta densidade de potência
e baixo peso, utilizando diferentes topologias de construção.
6.10 Desenvolver um sistema de propulsão híbrido elétrico completo,
competitivo, para ser aplicado em um veículo híbrido com topologia
série.
6.11 A formação de aproximadamente 80 (oitenta) profissionais pós-
graduados e especialistas na área de sistemas de propulsão
híbrida/elétrica abrangendo gerenciamento eletrônico, projeto de
geradores, baterias e supercapacitores, conversores de acionamento e
motores elétricos e célula combustível.
7. Linhas de Atuação
7.1 Plataformas de Propulsão Híbrida/Elétrica e Desenvolvimento de
Sistemas de Gerenciamento de Energia
Consiste na implementação de pelo menos 5 (cinco) plataformas
híbridas/elétricas distribuídas por entidades executoras no país, na topologia
série, com componentes de mercado, constituídas de motor a combustão interna
(com gerenciamento eletrônico com arquitetura aberta), gerador, retificador
controlado, conjunto de armazenamento de energia (bateria e supercapacitores),
inversor de acionamento e motor elétrico de tração, ligado a um dinamômetro.
As plataformas contam com vasta instrumentação, com sensores e sistemas de
coleta de dados. Associada a esta implementação serão desenvolvidos módulos
eletrônicos para o gerenciamento integrado de energia do veículo. O módulo
deve compatibilizar as diferentes demandas do veículo com as várias
disponibilidades energéticas (energia elétrica das baterias, energia do
combustível ou energia cinética), controlando os conversores eletrônicos,
retificadores controlados, inversores em quatro quadrantes, além de freios e
resistores de descarga. Esta plataforma deve chegar a uma primeira versão já
com um sistema de controle próprio desenvolvido no âmbito do programa. As
plataformas deverão evoluir com o constante melhoramento do software de
controle a partir da aplicação de novas técnicas de controle e aperfeiçoamento
dos modelos de seus componentes, e pela substituição de componentes por
novos, desenvolvidos em outras linhas de atuação.
7. 2 Plataformas de Propulsão Híbrida/Elétrica e Desenvolvimento de
Sistemas de Gerenciamento de Energia
Esta linha de atuação prevê o desenvolvimento de sistemas de
gerenciamento eletrônico (ECUs abertas) para motores a combustão interna
para aplicação em sistemas de propulsão híbrida. Para a primeira versão será
utilizada sistemas abertos existentes (não é ECU de calibração) para motor
aspirado convencional. Posteriormente a linha deve evoluir para aplicação em
um motor TSI sobrealimentado com 3 cilindros e substituir o motor MCI da
primeira versão, requerendo o desenvolvimento de novas estratégias para sua
aplicação em sistemas de propulsão híbrida.
7.3 Desenvolvimento de máquinas elétricas para os geradores
Essa linha de atuação objetiva o desenvolvimento de geradores elétricos
de alta densidade de potência, com peso e volume reduzidos, refrigerados de
forma ativa, com capacidade de regulação de tensão, em topologias diversas,
como um gerador síncrono com excitação controlada e retificação convencional,
gerador síncrono de imãs permanentes ou geradores de relutância variável, com
retificadores e conversores CC-CC controlados. A tendência nessa linha é o
gerador estar solidário ao bloco do motor de combustão interna, fazendo uso dos
sistemas de refrigeração do bloco, em uma montagem compacta e monolítica.
Além disso o gerador proposto deve possuir alto desempenho e capacidade de
captar energia em diversas faixas (torque, velocidade) de operação para ser
considerado compatível com aplicações em veículos híbridos.
7.4 Desenvolvimento de Sistemas de Armazenamento de Energia (SAE)
com seu respectivo módulo de gerenciamento (BMS)
Esta linha de atuação prevê o desenvolvimento de sistemas de
armazenamento de energia (SAE) com seu respectivo módulo eletrônico de
controle para atuação como fonte energética de veículos híbridos e elétricos.
Sistemas de armazenamento de Energia são dispositivos eletroquímicos
complexos com um comportamento não linear distinto, que depende de várias
condições internas e externas. O monitoramento dos SAE ou baterias se torna
complexo devido às mudanças consideráveis nas características das baterias
durante sua vida útil. Quase todas as características da bateria, incluindo, a
capacidade e a impedância, mudam significativamente durante a vida útil da
bateria devido ao envelhecimento. Nas aplicações automotivas, as baterias são
constituídas de algumas ou várias células associadas em série e paralelo
definidas de acordo com a necessidade de tensão, energia e potência de cada
aplicação. O sistema BMS deve fazer o monitoramento das tensões, correntes e
temperaturas de cada módulo interno das baterias para cálculo e controle do
State of Charge, State of Health e State of Functionality. A importância do BMS
e de sua inteligência artificial embarcada fica evidente com a corrida das
montadoras em busca da maior autonomia para os veículos híbridos e elétricos.
O desenvolvimento desta linha de atuação também inclui os elementos de
proteção ativa (EVR) controlados pelo BMS, o desenvolvimento de hardwares e
algoritmos de BMS adequados, com capacidade de comunicação com outros
módulos de gerenciamento energético do veículo (EMS), e o desenvolvimento
de sistemas de gerenciamento para supercapacitores, permitindo novos arranjos
de baterias híbridas, empregando células convencionais, supercapacitores e
outros elementos de armazenamento de alta densidade de potência como, por
exemplo, o Armazenamento Cinético Rotacional - Flywheel, para absorver altas
potências de carga durante fortes frenagens regenerativas.
7.5 Desenvolvimento de Inversores para Acionamento de Motores
elétricos de tração e conversores CC-CC
Conversores para o acionamento de motores
Nessa linha serão desenvolvidos conversores eletrônicos de potência para
o acionamento das máquinas elétricas de tração, utilizando diferentes
tecnologias de semicondutores, de elevada eficiência, com topologias diversas
(conversor de três níveis, multinível, etc.). São desejados inversores que façam
a alimentação das máquinas elétricas a partir de uma fonte de tensão contínua,
proveniente das baterias ou de um conversor CC-CC boost, com operação nos
quatro quadrantes de tensão e corrente, com controle de torque e velocidade de
rotação da máquina elétrica. O desenvolvimento do módulo de controle do
inversor será feito de forma específica para as tecnologias empregadas na
concepção da máquina elétrica rotativa de tração, compreendendo os sensores
de temperatura, tensão, corrente, rotação ou torque necessários para a sua
operação controlada. O inversor deve empregar técnicas que permitam a
racionalização e simplificação da quantidade e tipos de sensores (técnicas de
controle sensorless), com estratégias de controle de campo orientado ou de
controle de torque. Essa linha deve fazer uso também de componentes do
estado da arte, que permitam alta eficiência, integração e compactação da
eletrônica de potência, minimizando a interferência eletromagnética e dissipação
térmica, com o uso, por exemplo, de baixas frequências de chaveamento (inferior
a 5,0 [kHz]), para maiores frequências máximas de acionamento para o motor
(até 180,0 [kHz]). Uma tendência interessante dessa linha é o desenvolvimento
de inversores para motores de tração polifásicos integrados ao conjunto de
baterias, em uma topologia de conversor multinível, para aplicação em veículos
puramente elétricos. Devido à alta densidade de potência, tais dispositivos
devem ser capazes de ser refrigerados de forma ativa, com água ou outro
elemento refrigerante. Outros motores que podem ser utilizados são os motores
de relutância variável que possuem possui características de funcionamento que
permitem: a operação em uma ampla faixa de velocidade, o baixo custo de
fabricação, à baixa relação peso/potência quando comparada com outras
máquinas elétricas e a ausência de imãs permanentes.
Desenvolvimento de conversores CC-CC de alta potência
Essa linha engloba o desenvolvimento de conversores eletrônicos de
potência de corrente contínua (CC-CC) bidirecionais, que possam operar nos
quatro quadrantes de tensão e corrente, para compatibilizar o nível de tensão do
sistema de armazenamento de energia (baterias ou supercapacitores) aos níveis
desejados para os conversores de acionamento dos motores, seja durante a
aceleração do veículo, bem como durante sua frenagem regenerativa. Nessa
linha devem ser aplicadas técnicas e componentes do estado da arte, para obter
alta eficiência, baixas perdas e alta compactação, usando as mesmas
considerações feitas para os inversores de acionamento das máquinas elétricas.
Esses conversores CC-CC também podem ser integrados aos inversores para
atingir um maior grau de compactação e o compartilhamento e diminuição do
número de sensores. Topologias com transistores MOSFET de carbeto de silício
(SiC) devem ser desenvolvidas de modo a melhorar o rendimento e
desempenhos dos conversores.
Desenvolvimento de conversores CC-CC de baixa potência
Outros conversores CC-CC também são responsáveis por prover uma
tensão de carregamento, proveniente do barramento principal de corrente
contínua do veículo, para um sistema de baterias auxiliares, que mantem a
alimentação de diversos módulos eletrônicos e subsistemas do veículo durante
sua partida ou marcha. Esses conversores também podem ser integrados aos
inversores e conversores CC-CC de alta potência.
7.6 Projeto de motores elétricos com diferentes topologias:
Nessa linha de pesquisa serão projetados e construídos os motores
elétricos para utilização nos protótipos a serem desenvolvidos. A máquina
elétrica escolhida para um sistema de propulsão de veículo elétrico ou
híbrido deve satisfazer requisitos como: a) Alta densidade de potência; b)
Alta densidade de torque; c) Alto torque de partida; d) Alta razão
torque/inércia; e) Faixa larga de velocidade de operação; f) Alta eficiência;
g) Baixo ruído acústico; h) Robustez contra interferências
eletromagnéticas; i) Confiabilidade e robustez (tolerância contra faltas); j)
Baixa frequência de manutenção; k) Volume e peso reduzidos; l) Baixo
custo;.
Sendo assim, serão estudas algumas topologias de motores para as
aplicações e será realizada uma análise comparativa entre as soluções
utilizadas no mercado e as propostas do projeto.
Poderão ser estudadas as seguintes soluções:
- projeto, construção de protótipo e ensaios de motor de ímãs
permanentes de fluxo axial e configuração "yokeless".
Os motores, conhecidos como "yasa - yokeless and segmented
armature" possuem, segundo a bibliografia e alguns fabricantes (nenhum
nacional), as maiores densidades de potência dentre as máquinas
elétricas, chegando até a ordem de 6 kW/kg, ou até mais em regime
transitório. Desse modo, são bastante indicados para uso veicular, devido
à sua compacidade e peso reduzido.
- projeto, construção de protótipo e ensaios de motor elétrico de
excitação híbrida, parte provida por ímãs permanentes e parte por
enrolamentos de excitação.
Na aplicação veicular, é importante na operação no modo motor a
extensão da faixa de velocidades com potência constante, o que
pressupõe a atenuação de fluxo magnético, o que fica muito facilitado com
a excitação híbrida ao invés de puramente por ímãs permanentes, o que
contribui também para a redução da potência aparente dos conversores
de alimentação. No modo gerador a possibilidade de ajuste da excitação,
e consequentemente da tensão gerada, contribui para melhor configurar
os regimes de regeneração e recuperação da energia cinética nas
frenagens dos veículos.
- projeto, construção de protótipo e ensaios de motores elétricos de
excitação puramente elétrica, com configuração de fluxo homopolar sem
escovas ou anéis coletores para o enrolamento de campo, que é
estacionário.
Essa configuração, além das vantagens apontadas no motor de
excitação híbrida, ainda contribui para a eliminação do uso de ímãs
permanentes. Numa intensa busca bibliográfica, verificou-se a dificuldade
de obtenção, alto custo e incerteza no fornecimento dos ímãs, cuja
fabricação e reservas de matéria prima são de domínio de poucos países,
notadamente a China.
- projeto, construção de protótipo e ensaios de motores elétricos de relutância
variável.
Quando comparada às outras máquinas elétricas, o MRV (motor de
relutância variável) possui como principais vantagens: estrutura simples,
facilitando a sua construção, robustez, ausência de imãs permanentes em
sua estrutura; ausência de escovas; e possibilidade de operar em altas
temperaturas ou locais com variação intensa de temperatura. Por ter
também uma alta eficiência em conjunto com o baixo custo, facilidade de
manutenção e densidade de potência elevada, as MRVs tornam-se
atraentes ao mercado como fortes candidatas para aplicações de tração
de veículos elétricos.
7.7 Desenvolvimento sistemas geradores eletroquímicos baseados em
células a combustível
Essa linha de atuação objetiva o desenvolvimento de geradores
eletroquímicos de alta densidade de potência, com peso e volume reduzidos,
estes geradores serão baseados em novas tecnologias de células tipo SOFC
que tem alta eficiência podem trabalhar com uma grande variedade de
hidrocarbonetos destacando o GNV, o metano e o metanol. A tendência nessa
linha é o gerador estar solidário ao bloco do motor de combustão interna, fazendo
uso dos sistemas de refrigeração do bloco, em uma montagem compacta e
monolítica. Este sistema utilizará a temperatura do motor para o warm-up e
poderá trabalhar em paralelo as baterias para acionamento do motor elétrico. Na
alteração do projeto para um sistema puramente elétrico será necessária a
utilização das baterias para a inicialização do processo. Após a inicialização o
sistema é autônomo e pode manter em funcionamento o motor elétrico e o
armazenamento de energia. Também é objetivo desta linha o gerenciamento
térmico e elétrico do sistema e a otimização dos materiais utilizados na
fabricação das células a combustível
7.7.1 Desenvolvimento novos materiais
Desempenho energético é uma condição crítica em motores em veículos
híbridos ou totalmente elétricos, por afetarem diretamente a autonomia dos
veículos. Em outro viés, a contenção do ruído eletromagnético é crítica para a
estabilidade da eletrônica veicular.
Novos materiais deverão oferecer condições para melhorar o desempenho
dos motores elétricos e dos sistemas em desenvolvimento nesta proposta. Este
projeto deverá ser conduzido em sintonia com os demais, aproveitando para
incluir novos materiais nas plataformas que serão testadas. Tres novos materiais
já podem ser incluídos no programa:
U novo aço elétrico, do tipo totalmente processado, desenvolvido por
empresa brasileira para aplicação em frequência da ordem de 400Hz
Um segundo novo aço, objeto de patente da USP, também para
aplicação a 400Hz.
Avaliação da oportunidade de uso de material nanocristalino de alta
permeabilidade magnética em filtros do tipo common mode choque, para
redução do ruído eletromagnético nos circuitos elétricos do veículo.
8 Plano de Execução
8.1 Plano de execução para Implementação de Plataformas de Propulsão
Híbrida/Elétrica
8.1.1 Fases do projeto
Adquirir conhecimentos do estado da arte envolvendo temas como:
Topologia de veículos híbridos e elétricos, componentes de
armazenamento de energia, estratégias de gerenciamento de motores a
combustão interna para aplicação híbrida, inversores para acionamento
e motores elétricos para aplicação híbrida. Estabelecer requisitos
básicos para a primeira versão.
Planejamento, aquisição de componentes, dinamômetro, sensores, e
medidores, montagem estrutural da plataforma incluindo, toda a
instrumentação.
Desenvolvimento dos controles específicos associados aos
componentes.
Desenvolvimento do sistema de gerenciamento de energia (EMS)
Evolução contínua dos sistemas de controle a partir da aplicação de
novas técnicas de controle.
Evolução contínua da plataforma pela substituição de componentes,
sempre fixando novos requisitos.
8.1.2 Metodologia de intervenção/ Estratégias
Garantir a que a execução seja realizada com a participação de
aproximadamente 05 entidades de pesquisa, que atuarão paralelamente
na implementação de plataformas, buscando uma relativa convergência,
maximizando desta forma a sinergia na execução.
Contar com a assessoria de pelo menos 02 especialistas internacionais
em projeto de sistemas de propulsão híbrida e 03 em projeto de
componentes.
Adotar como meta um sistema de propulsão híbrida com topologia série.
A primeira versão tem que ser implementada com componentes
disponíveis no mercado para acelerar o início do desenvolvimento de
controle de energia e específicos para componentes.
Os protótipos de novos componentes deverão ser fabricados em
quantidade suficiente para atender as demandas de todas as
plataformas.
Entende-se que serão necessários dois anos para a conclusão da
primeira versão e cada entidade executora das plataformas deve
apresentar uma nova versão a cada 1 ano.
8.1.3 Cronograma
Na Tabela 1 apresenta-se o cronograma previsto para a execução do
programa proposto.
Tabela 1:
Ano 1 Ano2 Ano 3 Ano 4 Ano 5
Quadrimestres 1º 2 º 3 º 4 º 5 º 6 º 7 º 8 º 9 º 10 º 11 º 12 º 13 º 14 º 15 º
Estabelecimento dos requisitos do Estado da Arte
X X
Planejamento e Aquisições de Componentes
X X
Desenvolvimento de controles específicos
X X
Desenvolvimento EMS X X X
Novas Técnicas de Controle X X X X X X X
Evolução contínua X X X X X X X X X
8.2 Plano de execução para o Desenvolvimento de Sistemas de
Gerenciamento Eletrônico para Motores MCI.
8.2.1 Fases do projeto
Aplicar motor aspirado com ECU aberta disponível na montagem da
primeira versão da plataforma;
Planejamento, determinação de estratégias para aplicação em sistemas
híbridos.
Desenvolvimento do software de aplicação.
Desenvolvimento do sistema de gerenciamento eletrônico para um
motor TSI com 03 cilindros sobrealimentado.
Planejamento, determinação de estratégias para aplicação do novo
motor em sistemas híbridos.
Aplicar TSI com 03 cilindros sobrealimentado com ECU aberta
disponível na montagem da segunda versão da plataforma;
Desenvolvimento do software de aplicação do motor TSI.
8.2.2 Metodologia de intervenção/ Estratégias
Garantir a que a execução seja realizada com a participação das 05
entidades de pesquisa, que atuarão paralelamente na implementação de
plataformas, buscando uma relativa convergência, maximizando desta
forma a sinergia na execução.
Empregar motores MCI disponíveis no mercado brasileiro com
disponibilidade de ECU aberta. Adotar como meta um sistema de
propulsão híbrida com topologia série.
O desenvolvimento da ECU para motor TSI deve ser desenvolvido em
entidades que já disponham de dinamômetro de bancada.
8.2.3 Cronograma
Na Tabela 2 apresenta-se o cronograma previsto para a execução do
desenvolvimento de sistemas de gerenciamento Eletrônico para Motores MCI.
Tabela 2.
Ano 1 Ano2 Ano 3 Ano 4 Ano 5
Quadrimestres 1º 2 º 3 º 4 º 5 º 6 º 7 º 8 º 9 º 10 º 11 º 12 º 13 º 14 º 15 º
Aplicar motor Aspirado com
ECU aberta X X
Planejamento de estratégias
em sistemas híbridos X X
Desenvolvimento do Software
de Aplicação X X X
Desenvolvimento ECI motor
TSI 3 cilindros X X X X
Planejamento de estratégias
em sistemas TSI aplicados em
híbridos X X
Aplicar motor TSI com ECU
aberta X X X
8.3 Plano de execução para desenvolvimento de máquinas elétricas para
os geradores
8.3.1 Fases do projeto
Especificação da primeira versão dos geradores síncrono de excitação
controlada e síncrono de imâs permanente a serem projetados e
construídos.
Projeto e simulação utilizando ferramentas computacionais.
Construção da primeira versão dos protótipos.
Características obtidas para cada tipo de protótipo.
Aplicação dos diferentes protótipos nas plataformas.
Especificação da segunda versão dos geradores síncrono de excitação
controlada e síncrono de imâs permanente a serem projetados e
construídos.
Projeto e simulação utilizando ferramentas computacionais para a
segunda versão.
Construção da segunda versão dos protótipos.
Características obtidas para cada tipo de protótipo da segunda versão.
Aplicação da segunda versão dos diferentes protótipos nas plataformas.
8.3.2 Metodologia de intervenção / Estratégias para projeto de motores
elétricos com diferentes topologias.
Garantir que a execução seja realizada com a participação de 02
entidades de pesquisa para cada tipo de topologia, que atuarão
paralelamente na implementação de plataformas, buscando uma mínima
convergência, maximizando desta forma a sinergia na execução,
principalmente na fase de concepção e construção.
A segunda versão dos motores deve considerar a influência do processo
de regeneração de energia em frenagens.
8.3.3 Cronograma
Na Tabela 2 apresenta-se o cronograma previsto para a execução do plano
de desenvolvimento de máquinas elétricas para os geradores.
Tabela 3.
Ano 1 Ano2 Ano 3 Ano 4 Ano 5
Quadrimestres 1º 2 º 3 º 4 º 5 º 6 º 7 º 8 º 9 º 10 º 11 º 12 º 13 º 14 º 15 º
Especificação 1º versão dos
Geradores Síncrono a serem
construídos X X
Projeto e simulação em
ferramentas computacionais X X
Construção 1º Versão dos
protótipos X
Características obtidas para
cada tipo de protótipo X X
Aplicação dos diferentes
protótipos nas plataformas X X
Especificação 2º versão dos
Geradores Síncrono a serem
construídos X X
Projeto e simulação em
ferramentas computacionais X X
Construção 2º Versão dos
protótipos X
Características obtidas para
cada tipo de protótipo X X
Aplicação dos diferentes
protótipos nas plataformas X X X X
8.4 Plano de execução para o desenvolvimento dos Sistemas de
Armazenamento de Energia (SAE) com seu respectivo módulo de
gerenciamento (BMS)
8.4.1 Fases do projeto
Adquirir conhecimentos do estado da arte envolvendo temas como:
Tipos, modelos e principais parâmetros da bateria, estado de carga
(SOC), estado de saúde (SOH), estado de funcionalidade,
envelhecimento das baterias, gerenciamento térmico, balanceamento
das células, estratégias de gerenciamento de baterias para aplicação
híbrida.
Especificação da bateria a ser implementada.
Planejamento, aquisição de componentes, elementos de lítio, sensores,
circuitos integrados, microcontroladores, materiais para montagem
estrutural do PACK da bateria.
Modelamento e projetos dos controles específicos associados aos
componentes.
Desenvolvimento do sistema de gerenciamento de baterias (BMS).
Evolução contínua dos sistemas de controle a partir da aplicação de
novas técnicas de controle.
Evolução contínua do BMS pela substituição de componentes, sempre
fixando novos requisitos.
8.4.2 Metodologia de intervenção / Estratégias
Garantir a que a execução seja realizada com a participação de 03
entidades de pesquisa, que atuarão paralelamente na implementação de
plataformas, buscando uma relativa convergência, maximizando desta
forma a sinergia na execução.
Desenvolvimento de unidade BMS aberta e modular capaz de atender
baterias entre 1 e 100 KWh das mais variadas tecnologias utilizadas no
setor automotivo.
Os protótipos de novos componentes deverão ser fabricados em
quantidade suficiente para atender as demandas de todas as
plataformas.
8.4.3 Cronograma
Na Tabela 4 apresenta-se o cronograma previsto para a execução do plano
de desenvolvimento dos sistemas de armazenamento de energia (SAE) com seu
respectivo módulo de gerenciamento (BMS).
Tabela 4.
Ano 1 Ano2 Ano 3 Ano 4 Ano 5
Quadrimestres 1º 2 º 3 º 4 º 5 º 6 º 7 º 8 º 9 º 10 º 11 º 12 º 13 º 14 º 15 º
Estabelecimento dos requisitos do Estado da Arte
X X
Especificação da Bateria a ser implementada
X
Planejamento e aquisição dos componentes
X
Modelamento e projeto dos controles específicos
X X
Desenvolvimento do sistema de gerenciamento de baterias (BMS)
X X X X
Novas Técnicas de Controle X X X X X X X
Fixação de Novos Conceitos X X X X X X X X X
8.5 Plano de execução para desenvolvimento do Inversor para
Acionamento de Motores elétricos de tração e conversores CC-CC
8.5.1 Fases do projeto
Especificação da primeira versão do inversor de acionamento e dos
conversores CC-CC a serem projetados e construídos.
Projeto e simulação utilizando ferramentas computacionais.
Construção da primeira versão dos protótipos.
Características obtidas para cada a primeira versão do inversor de
acionamento e conversores CC-CC.
Aplicação do inversor de acionamento e conversores CC-CC nas
plataformas.
Especificação da segunda versão do inversor de acionamento e dos
conversores CC-CC a serem projetados e construídos.
Projeto e simulação utilizando ferramentas computacionais para a
segunda versão.
Construção da segunda versão dos protótipos.
Características obtidas para cada a segunda versão do inversor de
acionamento e conversores CC-CC.
Aplicação da segunda versão do inversor de acionamento e conversores
CC-CC nas plataformas.
8.5.2 Metodologia de intervenção / Estratégias para desenvolvimento do
Inversor para Acionamento de Motores elétricos de tração e conversores
CC-CC
Garantir a que a execução seja realizada com a participação de 04
entidades de pesquisa para cada tipo dos componentes, que atuarão
paralelamente na implementação de plataformas, buscando uma mínima
convergência, maximizando desta forma a sinergia na execução,
principalmente na fase de concepção e construção.
A segunda versão do Inversor para Acionamento de Motores elétricos
de tração e conversores CC-CC
8.5.3 Cronograma
Na Tabela 5 apresenta-se o cronograma previsto para a execução do
desenvolvimento dos conversores para acionamento de motores elétricos de
tração e conversores CC-CC.
Tabela 5.
Ano 1 Ano2 Ano 3 Ano 4 Ano 5
Quadrimestres 1º 2 º 3 º 4 º 5 º 6 º 7 º 8 º 9 º 10 º 11 º 12 º 13 º 14 º 15 º
Especificação 1º versão dos Conversores CC-CC a serem construídos
X X
Projeto e simulação em ferramentas computacionais
X X
Construção 1º Versão dos protótipos
X
Características obtidas para cada tipo de protótipo
X X
Aplicação dos diferentes protótipos nas plataformas
X X
Especificação 2º versão dos Conversores CC-CC a serem construídos
X X
Projeto e simulação em ferramentas computacionais
X X
Construção 2º Versão dos protótipos
X
Características obtidas para cada tipo de protótipo
X X
Aplicação dos diferentes protótipos nas plataformas
X X X
8.6 Plano de execução para projeto de motores elétricos com diferentes
topologias.
8.6.1 Fases do projeto
Especificação da primeira versão dos diferentes motores a serem
projetados e construídos.
Projeto e simulação utilizando ferramentas computacionais.
Construção da primeira versão dos protótipos.
Características obtidas para cada tipo de protótipo.
Aplicação dos diferentes protótipos nas plataformas.
Especificação da segunda versão dos diferentes motores a serem
projetados e construídos.
Projeto e simulação utilizando ferramentas computacionais para a
segunda versão.
Construção da segunda versão dos protótipos.
Características obtidas para cada tipo de protótipo da segunda versão.
Aplicação da segunda versão dos diferentes protótipos nas plataformas.
8.6.2 Metodologia de intervenção/ Estratégias para projeto de motores
elétricos com diferentes topologias.
Garantir que a execução seja realizada com a participação de 2
entidades de pesquisa para cada tipo de topologia, que atuarão
paralelamente na implementação de plataformas, buscando uma mínima
convergência, maximizando desta forma a sinergia na execução,
principalmente na fase de concepção e construção.
A segunda versão dos motores deve considerar o processo de
regeneração de energia em frenagens.
8.6.3 Cronograma
Na Tabela 6 apresenta-se o cronograma previsto para a execução do projeto de
motores elétricos com diferentes topologias.
Tabela 6.
Ano 1 Ano2 Ano 3 Ano 4 Ano 5
Quadrimestres 1º 2 º 3 º 4 º 5 º 6 º 7 º 8 º 9 º 10 º 11 º 12 º 13 º 14 º 15 º
Especificação 1º versão dos motores elétricos de tração a serem construídos
X X
Projeto e simulação em ferramentas computacionais
X X
Construção 1º Versão dos protótipos
X
Características obtidas para cada tipo de protótipo
X X
Aplicação dos diferentes protótipos nas plataformas
X X
Especificação 2º versão dos motores elétricos de tração a serem construídos
X X
Projeto e simulação em ferramentas computacionais
X X
Construção 2º Versão dos protótipos
X
Características obtidas para cada tipo de protótipo
X X
Aplicação dos diferentes protótipos nas plataformas
X X X
8.7 Plano de execução para Desenvolvimento de novos materiais.
8.7.1 Fases do projeto
Adquirir conhecimentos do estado da arte envolvendo temas como:
Tipos, modelos e principais parâmetros de células a combustível, estado
de funcionalidade, envelhecimento, gerenciamento térmico,
balanceamento das células, estratégias de gerenciamento de ara
aplicação híbrida.
Especificação da célula a ser implementada.
Planejamento, aquisição de componentes, placas polares, MEAs.
catalizadores, sensores, circuitos integrados, microcontroladores,
materiais para montagem estrutural do PACK da célula.
Modelamento e projetos dos controles específicos associados aos
componentes.
Desenvolvimento do sistema de gerenciamento de células).
Evolução contínua dos sistemas de controle a partir da aplicação de
novas técnicas de controle.
Estudo da deposição de nanopartículas e otimização das células a
combustível.
8.7.2. Metodologia de intervenção / Estratégias
Garantir a que a execução seja realizada com a participação de 02
entidades de pesquisa, que atuarão paralelamente na implementação de
plataformas, buscando uma relativa convergência, maximizando desta
forma a sinergia na execução.
Desenvolvimento de unidade eletroquímica aberta e modular capaz de
atender entre 0,1 e 10 KWh das mais variadas tecnologias utilizadas no
setor automotivo.
Os protótipos de novos componentes deverão ser fabricados em
quantidade suficiente para atender as demandas de todas as
plataformas.
8.7.3 Cronograma
Na Tabela 4 apresenta-se o cronograma previsto para a execução do plano
de desenvolvimento dos sistemas eletroquímico de energia (SAE) com seu
respectivo módulo de gerenciamento.
Tabela 4.
Ano 1 Ano2 Ano 3 Ano 4 Ano 5
Quadrimestres 1º 2 º 3 º 4 º 5 º 6 º 7 º 8 º 9 º 10 º 11 º 12 º 13 º 14 º 15 º
Estabelecimento dos requisitos do Estado da Arte
X X
Especificação da célula a ser implementada
X
Planejamento e aquisição dos componentes
X
Modelamento e projeto dos controles específicos
X X
Desenvolvimento do sistema de gerenciamento de células
X X X X
Novas Técnicas de Controle X X X X X X X
Fixação de Novos Conceitos X X X X X X X X X
8.8 Plano de execução para o desenvolvimento novos materiais
8.8.1 Fases do projeto
Identificação, junto aos demais coordenadores de subprojetos acima
descritos, de qual seriam as melhores oportunidades de aplicação de
materiais de melhor desempenho eletromagnético nas plataformas que
serão investigadas.
Definição, junto aos fabricantes de aços elétricos, das melhores opções
de processamento para os fins desejados.
Fabricação das lâminas nas geometrias desejadas conforme acima
definido.
Fabricação dos motores com esses materiais (de preferência pelo
menos 3 conjuntos testando motores com materiais convencionais e
novos materiais)
Testes desses motores elétricos nas condições preconizadas
Identificação da melhor especificação de aços para esses motores.
Identificação da condição mais crítica de ruído eletromagnético
vivenciada pelos circuitos aqui projetados.
Proposição de um conjunto de filtros que poderiam ser testados nos
protótipos que serão fabricados, comparando materiais convencionais
(cerâmicos) e materiais inovadores ( nanocristalinos).
Avaliação dos resultados
8.8.2 Metodologia de intervenção/ Estratégias
Garantir a que a concepção seja realizada com a participação das 05
entidades de pesquisa, que a aplicação de novos materiais seja justificada pelo
potencial de ganho de desempenho, e cuja construção seja factível e testável
nas plataformas aqui mobilizadas.
Empregar materiais disponíveis no mercado brasileiro, tanto para os aços
elétricos quanto para os nanomateriais.
8.8.3 Cronograma
Na Tabela 2 apresenta-se o cronograma previsto para a execução do
desenvolvimento de sistemas de gerenciamento Eletrônico para Motores MCI.
Tabela 2.
Ano 1 Ano2 Ano 3 Ano 4 Ano 5
Quadrimestres 1º 2 º 3 º 4 º 5 º 6 º 7 º 8 º 9 º 10 º 11 º 12 º 13 º 14 º 15 º
Fase 1 x
Fase 2 x
Fase 3 x x
Fase 4 x x
Fase 5 x x x x
Fase 6 x
Fase 7 x x
Fase 8 x x
Fase 9 x x
9. Resultados Esperados
9.1 Resultados esperados para Implementação de Plataformas de
Propulsão Híbrida/Elétrica:
No final do programa espera-se obter um protótipo de propulsão híbrida
com topologia série, funcionando conforme as especificações e
competitivo para sua aplicação em veículos.
Após dois anos termos as primeiras versões de plataforma funcionando
e depois uma atualização a cada ano contemplando evolução no
controle e agregando componentes desenvolvidos nas outras linhas de
atuação.
Domínio teórico experimental dos protótipos desenvolvidos.
9.2 Resultados esperados para o Desenvolvimento de Sistemas de
Gerenciamento Eletrônico para Motores MCI.
No final do programa obter uma ECU para motor MCI TSI com 03
cilindros para aplicação protótipo de propulsão híbrida com topologia
série, funcionando conforme as especificações e competitivo para sua
aplicação em veículos.
Após dois anos termos a ECU para motor aspirado concluída juntamente
com a primeira versão da plataforma.
No final do terceiro ano ter uma primeira versão para motor TSI
concluída, e depois uma atualização a cada ano contemplando evolução
no controle.
Domínio teórico experimental das ECUs desenvolvidas.
9.3 Resultados esperados para desenvolvimento de máquinas elétricas
para os geradores
Obter ao final do programa protótipos de geradores elétricos com diferentes
topologias, com alta eficiência e peso reduzido, atendendo as especificações
fixadas e com alto índice de competitividade.
9.4 Resultados esperados para o desenvolvimento dos Sistemas de
Armazenamento de Energia (SAE) com seu respectivo módulo de
gerenciamento (BMS)
No final do programa obter um protótipo de BMS completo aberto e
modular capaz de gerenciar e proteger baterias de todas as
eletroquímicas existentes atualmente. Operando plenamente conforme
as especificações para as aplicações em veículos elétricos e híbridos.
Após dois anos termos uma atualização a cada ano contemplando a
evolução no controle e agregando componentes desenvolvidos nas
outras linhas de atuação.
9.5 Resultados esperados para o desenvolvimento do Inversor para
Acionamento do motor elétrico de tração e conversores CC-CC
Obter ao final do programa protótipos de conversores para acionamento do
motor elétrico de tração e dos conversores CC-CC, atendendo as especificações
fixadas e com alto índice de competitividade.
9.6 Resultados esperados para projeto de motores elétricos com diferentes
topologias.
Obter ao final do programa protótipos de motores elétricos com
diferentes topologias, com alta eficiência e peso reduzido, atendendo as
especificações fixadas e com alto índice de competitividade.
9.7 Resultados esperados para o desenvolvimento sistemas geradores
eletroquímicos baseados em células a combustível
No final do programa obter um protótipo de completo aberto e modular
capaz de gerenciar as eletroquímicas desenvolvidas. Operando
plenamente conforme as especificações para as aplicações em veículos
elétricos e híbridos.
Após dois anos termos uma atualização a cada ano contemplando a
evolução no controle e agregando componentes desenvolvidos nas
outras linhas de atuação.
9.8 Resultados esperados para aplicação de novos materiais
Objetiva-se um aumento de eficiência energética da ordem de 5% nos
motores elétricos que aplicarem os novos materiais em teste, em relação
ao desempenho dos motores elétricos com aços convencionais (aços
3% silício, espessura 0,3mm) .
Objetiva-se avaliar as relações ganho x custo nma redução de ruído
eletromagnético com o uso de materiais nanocristalinos.
10. Metas e indicadores de acompanhamento
10.1 Metas e indicadores de acompanhamento para Implementação de
Plataformas de Propulsão Híbrida/Elétrica.
10.1.1 Metas:
Primeira versão funcionando em dois anos,
Segunda versão funcionado no final do 3º ano,
Segunda versão funcionado no final do 4º ano,
Versão competitiva funcionando no final do 5º ano.
10.1.2 Indicadores de Acompanhamento:
Relatório Técnico determinando os requisitos para a primeira versão e
definição de componentes para aquisição. (4º mês),
Relatório Técnico sobre o andamento da montagem da primeira versão
(12º mês),
Relatório Técnico sobre o andamento do desenvolvimento do sistema de
gerenciamento de controle de energia. (18º mês),
Relatório Técnico final da primeira versão da plataforma híbrida incluindo
características de funcionamento, atendimento aos requisitos e
descrição do sistema de gerenciamento de controle de energia incluindo
simulações e validação experimental. (24º mês),
Relatório Técnico determinando os requisitos para a segunda versão e
caracterização dos componentes que serão incluídos. (24º mês),
Relatório Técnico final da segunda versão da plataforma híbrida
incluindo características de funcionamento, atendimento aos requisitos
e descrição do sistema de gerenciamento de controle de energia
incluindo simulações e validação experimental. (36º mês),
Relatório Técnico determinando os requisitos para a terceira versão e
caracterização dos componentes que serão incluídos. (36º mês),
Relatório Técnico final da terceira versão da plataforma híbrida incluindo
características de funcionamento, atendimento aos requisitos e
descrição do sistema de gerenciamento de controle de energia incluindo
simulações e validação experimental. (48º mês),
Relatório Técnico determinando os requisitos para a versão final e
competitiva (48º mês),
Relatório Técnico final da versão final e competitiva da plataforma híbrida
incluindo características de funcionamento, atendimento aos requisitos
e descrição do sistema de gerenciamento de controle de energia
incluindo simulações e validação experimental. (60º mês).
10.2 Metas e indicadores de acompanhamento para o Desenvolvimento de
Sistemas de Gerenciamento Eletrônico para Motores MCI.
10.2.1 Metas:
Primeira versão funcionando em dois anos,
Primeira versão para motor TSI funcionado no final do 3º ano,
Segunda versão funcionado no final do 4º ano,
Versão competitiva funcionando no final do 5º ano.
10.2.2 Indicadores de Acompanhamento:
Relatório técnico determinando os requisitos para a versão ECU para
motor aspirado e definição de estratégias. (4º mês),
Relatório técnico sobre o andamento do desenvolvimento da primeira
versão (12º mês),
Relatório técnico sobre o andamento do desenvolvimento final da versão
para motor aspirado (24º mês),
Relatório técnico determinando os requisitos para a primeira versão
ECU para motor TSI e definição de estratégias. (24º mês),
Relatório técnico final da primeira versão para motor TSI incluindo
simulações e validação experimental. (36º mês),
Relatório técnico final da segunda versão para motor TSI incluindo
simulações e validação experimental. (48º mês),
Relatório técnico final da versão competitiva para motor TSI incluindo
simulações e validação experimental. (60º mês).
10.3 Metas e indicadores de acompanhamento para desenvolvimento de
máquinas elétricas para os geradores
10.3.1 Metas
Primeira versão dos protótipos funcionando em dois anos,
Segunda versão dos protótipos funcionando em quatro anos,
10.3.2 Indicadores de acompanhamento
Relatório técnico determinando os requisitos para a primeira versão dos
motores. (4º mês),
Relatório técnico sobre o andamento do desenvolvimento da primeira
versão dos protótipos (12º mês),
Relatório Técnico final da primeira versão dos protótipos. (24º mês),
Relatório técnico determinando os requisitos para a segunda versão dos
protótipos. (28º mês),
Relatório técnico sobre o andamento do desenvolvimento da segunda
versão dos protótipos (36º mês),
Relatório técnico final da segunda versão dos protótipos. (48º mês),
10.3 Metas e indicadores de acompanhamento para o desenvolvimento dos
Sistemas de Armazenamento de Energia (SAE) com seu respectivo módulo
de gerenciamento (BMS)
10.3.1 Metas:
Primeira versão funcionando em dois anos,
Segunda versão funcionado no final do 3º ano,
Terceira versão funcionado no final do 4º ano,
Versão competitiva funcionando no final do 5º ano.
10.3.2 Indicadores de Acompanhamento:
Relatório Técnico determinando os requisitos para a versão BMS para
bateria de 9.6KWh e definição de estratégias. (4º mês),
Relatório Técnico sobre o andamento do desenvolvimento da primeira
versão (12º mês),
Relatório Técnico sobre o andamento do desenvolvimento final da
versão para bateria de 9.6KWh (24º mês),
Relatório Técnico final da primeira versão para bateria de 9.6KWh
incluindo simulações e validação experimental. (36º mês),
Relatório Técnico final da versão competitiva para bateria de 9.6KWh
incluindo simulações e validação experimental. (60º mês).
10.5 Metas e indicadores de acompanhamento para desenvolvimento do
Inversor para Acionamento de Motores elétricos de tração e conversores
CC-CC
10.5.1 Metas
Primeira versão dos protótipos funcionando em dois anos,
Segunda versão dos protótipos funcionando em quatro anos.
10.5.2 Indicadores de acompanhamento
Relatório técnico determinando os requisitos para a primeira versão do
Inversor para Acionamento de Motores elétricos de tração e conversores
CC-CC.(4º mês),
Relatório técnico sobre o andamento do desenvolvimento da primeira
versão do Inversor para Acionamento de Motores elétricos de tração e
conversores CC-CC. (12º mês),
Relatório Técnico final da primeira versão do Inversor para Acionamento
de Motores elétricos de tração e conversores CC-CC. (24º mês),
Relatório técnico determinando os requisitos para a segunda versão do
Inversor para Acionamento de Motores elétricos de tração e conversores
CC-CC. (28º mês),
Relatório técnico sobre o andamento do desenvolvimento da segunda
versão do Inversor para Acionamento do motor elétrico de tração e
conversores CC-CC. (36º mês),
Relatório técnico final da segunda versão do Inversor para Acionamento
do motor elétrico de tração e conversor CC-CC. (48º mês).
10.6 Metas e indicadores de acompanhamento para projeto de motores
elétricos com diferentes topologias.
10.6.1 Metas
Primeira versão dos protótipos funcionando em dois anos,
Segunda versão dos protótipos funcionando em quatro anos.
10.6.2 Indicadores de acompanhamento
Relatório técnico determinando os requisitos para a primeira versão dos
motores. (4º mês),
Relatório técnico sobre o andamento do desenvolvimento da primeira
versão dos protótipos (12º mês),
Relatório Técnico final da primeira versão dos protótipos. (24º mês),
Relatório técnico determinando os requisitos para a segunda versão dos
protótipos. (28º mês),
Relatório técnico sobre o andamento do desenvolvimento da segunda
versão dos protótipos (36º mês),
Relatório técnico final da segunda versão dos protótipos. (48º mês).
10.7 Metas e indicadores de acompanhamento para para o
desenvolvimento sistemas geradores eletroquímicos baseados em células
a combustível
10.7.1 Metas:
Primeira versão funcionando em dois anos com células comerciais,
Segunda versão funcionado no final do 3º ano com células montadas no
âmbito do projeto.
Terceira versão funcionado no final do 4º ano utilizando membranas
desenvolvidas no âmbito do projeto,
Versão competitiva funcionando no final do 5º ano com a incorporação
de nanoparticulas e/ou nanotubos de carbono.
10.8 Metas e indicadores de acompanhamento para desenvolvimento do
novos materiais
10.8.1 Metas:
Motores construídos com novos materiais em dois anos,
Motores com novos materiais deverão estar testados ao fim do 3º ano,
Avaliação do potencial de sucesso desses novos materiais ao final do 3º
ano: alcançar 5% de aumento de rendimento energético de motores
construídos com novos materiais.
Avaliação da relação desempenho/custo do uso de materiais
nanocristalinos em filtros de ruído eletromagnético.
10.8.2 Indicadores de Acompanhamento:
Relatório Técnico tratando da Identificação, junto aos demais
coordenadores de subprojetos acima descritos, de qual seriam as
melhores oportunidades de aplicação de materiais de melhor
desempenho eletromagnético nas plataformas que serão investigadas.
(4º mês),
Relatório Técnico sobre Definição, junto aos fabricantes de aços
elétricos, das melhores opções de processamento para os fins
desejados (8º mês),
Relatório Técnico Fabricação das lâminas nas geometrias desejadas
conforme acima definido. (16º mês),
Relatório Técnico Fabricação dos motores com esses materiais (de
preferência pelo menos 3 conjuntos testando motores com materiais
convencionais e novos materiais) (24º mês),
Relatório Técnico Testes desses motores elétricos nas condições
preconizadas. (32º mês),
Relatório Técnico Identificação da melhor especificação de aços para
esses motores. (36º mês),
Relatório Técnico Identificação da condição mais crítica de ruído
eletromagnético vivenciada pelos circuitos aqui projetados. (8º mês),
Relatório Técnico Proposição de um conjunto de filtros que poderiam ser
testados nos protótipos que serão fabricados, comparando materiais
convencionais (cerâmicos) e materiais inovadores ( nanocristalinos). (8º
mês),
Relatório Técnico final da Avaliação da relação desempenho/custo do
uso de materiais nanocristalinos em filtros de ruído eletromagnético. (20º
mês).
11. Diretrizes orçamentarias para o eixo 2
O Conselho Tecnológico ao formular a Chamada Pública para a escolha
dos executores dos projetos deve conceber um formato que ao mesmo
tempo crie uma competição sadia, garanta a execução conjunta
conforme apresentado no programa. A chamada deve focar nas linhas
de atuação propostas para que não haja dispersão dos objetivos e da
metodologia, o que aumentaria o risco de insucesso do programa,
Os projetos deverão destinar pelo menos 25% do total de recursos total
dos mesmos em bolsas de mestrado, doutorado e pós-doutorado, com
valores maiores que os praticados pelos programas convencionais,
estabelecidos como padrão no âmbito de todo o Programa Rota 2030,
Os dispêndios com investimentos em equipamentos, nos projetos
relativos as plataformas, não deverão ultrapassar 20%. do total de
recursos do projeto Não inclui compra de componentes e ferramentas
computacionais para projeto. Casos excepcionais serão decididos pelo
Conselho Tecnológico do Programa,
Os dispêndios com reformas e adequações de prédios, não deverão
ultrapassar 5% do total de recursos do projeto, nos três primeiros anos.
12. Estimativa Orçamentária
ORÇAMENTO ESTIMADO do EIXO 2
13. Entidades que participaram na formulação deste eixo.
Escola Politécnica da Universidade de São Paulo,
Instituto de Pesquisas Tecnológicas
Faculdade de Engenharia Elétrica da Universidade de Campinas,
Departamento de Engenharia Automotiva da Universidade Nacional de
Brasília,
Universidade Tecnológica Federal do Paraná,
ITEM (R$) Valor acumulado (R$)
1 Bolsas de mestrado 60x R$2.500x 12mesesx 2,5 anos 4.500.000
2 Bolsas de doutorado 15x R$3.500x 12mesesx 4 anos 2.520.000
3 Bolsa de Pós-Doc 15x R$6.000x 12mesesx 2 anos 2.160.000
4 Bolsa Professores 25x R$2.500x 12mesesx 5anos 3.750.000
5 Técnicos de apoio 6x R$ 6.000x 12mesesx 5anos 2.160.000 15.090.000
1 Geradores 10x R$ 90.000 900.000
2 Motores 40kwatts 15x R$ 90.000 1.350.000
4Componentes para primeira
montagem da plataforma5x r$ 120.000 600.000
5
Elementos de lítio, componentes
para BMS e complementos (U$ 1.000
por kWatt)
5x( R$ 4.000x 10kWatts+ R$ 6.000) 230.000
6Elementos para célula de
combustível 2x 150.000 300.000
7 Dinamômetros 5x R$ 250.000 1.250.000
8 Motor MCI (completo) 5x R$ 20.000 100.000
9Plataformas Eletrônicas ( Flex-ECU,
LABCAR,National)5x R$ 80.000 400.000
10 Computadores 20x R$ 5.000 100.000
11 Componentes Elétricos 5x R$ 20.000 (diversos) 100.000
12 Componentes Eletrônicos 5x R$ 20.000 (diversos) 100.000
13 Montagens mecânicas 5x R$ 100,000 500.000
14 Pequenas obras 5x R$ 100.000 500.000
15 Outros serviços de terceiros 5x R$ 50.000 250.000
16 Diárias 5x R$ 50.000 250.000 23.972.000
17 Taxa de administração 2.663.000
TOTAL 26.635.000
3Conversores/Inversores (material
eletrônico e montagem)30x R$ 50.000 1.500.000
Descrição
Recursos humanos
Construção de protótipos e dinamômetros
EIXO 3: SEGURANÇA VEICULAR ATIVA
1. Nome do Eixo 3:
Segurança Veicular Ativa
2. Público Alvo:
Empresas Montadoras, Sistemistas do setor Automotivo, Ministério da
Infraestrutura, DNIT, ANTT, Ministério da Saúde; Secretarias de Transportes de
Estados e Municípios; Agenda 2030 para o Desenvolvimento Sustentável - ONU
Brasil; Latin Ncap.
3. Prazo de Vigência:
05 anos
4. Objetivo Geral:
Estudar e desenvolver funções de segurança ativa para veículos
automotivos incluindo veículos leves, pesados e agrícolas com ênfase nos
sistemas de gerenciamento eletrônico, bem como estudar, avaliar e avançar no
estado da arte de componentes de segurança veicular em ambiente simulado de
direção e de condução autônoma e semi-autônoma.
5. Estratégia para o programa:
Os acidentes de trânsito são responsáveis por grande parte das mortes
registradas no mundo. No ano 2000, eles foram listados como a décima primeira
causa de fatalidades no planeta, com estimativas maiores que 1 milhão de casos.
Em 2012, essa mazela da sociedade subiu duas posições no ranking geral, em
função dos mais de 1,2 milhões de registros feitos no período (WHO, 2014). Se
nenhuma medida for tomada, projeta-se que em 2030, os falecimentos
decorrentes dos desastres no trânsito subam para a quinta posição da lista global
de causas de morte (WHO, 2015).
Os acidentes fatais de trânsito são problemas enfrentados tanto em países
ricos como nas regiões em desenvolvimento. Nos Estados Unidos, eles são
considerados como uma das maiores questões de segurança nacional. Os
últimos anos apresentaram tendência de queda nos registros e na taxa de
fatalidade, naquele país, e, mesmo assim, os números ultrapassam 30.000
casos por ano. Para mudar essa realidade, a AASTHO – American Association
of State Highway and Transportation Officials – adotou a Visão Zero em seus
planos e reformulou normas técnicas associadas ao tema, e assim, pretende
reduzir as fatalidades pela metade até 2030 (FHWA, 2013). As ações para
alcançar este objetivo envolve fabricantes de veículos, universidade e órgãos
governamentais. Os estudos foram conduzidos em simuladores de direção de
diversas universidade do país.
No Brasil, em 2013, os acidentes de transportes foram responsáveis por
46.051 dos 1.181.166 óbitos registrados no Sistema de Informações sobre
Mortalidade – SIM (DATASUS, 2016). Os dados do DATASUS (2016), em
comparação com o WHO (2014), mostram que na realidade brasileira, os
acidentes de trânsito têm maior representatividade como causa de morte do que
no resto do mundo, 3,6% ante 2,3%. Somente nas rodovias federais brasileiras,
morreram 53.343 pessoas entre janeiro de 2009 e julho de 2015. Houve, nesse
período, uma queda no número absoluto de fatalidades, porém, a taxa de
mortalidade aumentou. Essas ocorreram com maior frequência em ambiente
rural e nos trechos em tangente (DPRF, 2015).
Para prevenir as ocorrências, é fundamental entender os eventos que as
antecedem, os pré-acidentes. Não é significante analisar os mecanismos que
geram acidentes sem considerar os fatores humanos, pois as pessoas reagem
de maneira diferente em suas percepções, mesmo quando estão submetidas a
uma mesma ação. Para auxiliar no ato de dirigir e diminuir os erros cometidos
pelos condutores, diversas ações de sucesso, do ponto de vista das seguranças
veicular e viária foram conduzidos em simuladores de direção em países como:
Estados Unidos, Canadá, França, Austrália, China. Adicionalmente a estes
estudos, novas investigações estão sendo conduzidas sobre dispositivos que
podem ser instalados na infraestrutura da rodovia para coletar dados sobre a
velocidade e acidentes de veículos (short-range communications (DSRC)
devices to transmit information on road conditions, traffic and closures), para
emitir os mais diversos alertas aos condutores e gerente do sistema viário. O
objetivo é tornar as viagens mais eficientes e melhorar o tráfego, informando os
motoristas e os veículos sobre os próximos perigos, na tentativa de mitigar a
ocorrência de acidentes e ou diminuir a sua severidade. O índice que mede a
qualidade do projeto de infraestrutura de via urbana e rural que suporta as
tecnologias de assistência ao motorista (cooperative adaptive cruise control to
improve traffic flow stability) e os níveis crescentes de veículos automatizados e
autônomos é denominado de Infrastructure Star Ratings for the Self-Driving Car.
A adoção destas tecnologias pode reduzir acidentes graves em rodovias, por
exemplo, em um quarto nos próximos 30 a 40 anos. No entanto, a transição, com
a passagem por período com frota mista e necessidade de um sistema viário que
os carros “possam conversar”, apresenta um gargalo em virtude das
peculiaridades da infraestrutura viária brasileira, que não tem homogeneidade e
a sua manutenção é precária.
Indiscutivelmente, há duas transições simultâneas acontecendo: uma é a
extensão em que veículos com pelo menos algum grau de automação estão se
tornando parte da frota de veículos; o outro é a proporção de carros sem
motorista. Dentro dessa transição também está o desenvolvimento de veículos
que se comunicam quer com outro(s) veículo(s) quer com a rodovia (bluetooth
and Adaptive Signal Control Data for Real-Time Safety Analysis on highways) e
o grau em que eles podem interagir com infraestrutura (cooperative adaptive
cruise control to improve traffic flow stability), uns com os outros, com outros
veículos e com usuários vulneráveis da via. Essas frentes precisam ser
estudadas e avaliadas para garantir a aplicação destas tecnologias no Brasil,
com segurança. Estes projeto, prevê o estudo, o desenvolvimento e a avaliação
dos benefícios da implantação dessas tecnologias no conjunto veículo-condutor-
infraestrutura.
6. Objetivos Específicos:
6.1 Implementação de Veículos Plataformas para o Desenvolvimento de
Funções Ativas de Segurança (Sistemas Avançados de Assistência ao
Motorista/ ADAS).
Projeto e implementação de 5 (cinco) veículos plataformas para o
desenvolvimento de funções de segurança ativa, distribuídas regionalmente pelo
País (sul, sudeste, centro oeste e nordeste/norte com pelo menos um veículo)
em várias entidades executoras no país,compreendendo:
● Sistema de controle e gerenciamento do motor “open source”.
● Freio Eletrônico com sistema de gerenciamento eletrônico desenvolvido
no âmbito do projeto (“open source”).
● Sistema de controle e gerenciamento do sistema de transmissão “open
source”.
● Direção eletrônica.
Este domínio sobre os módulos de controle dos subsistemas citados acima é
imprescindível para o desenvolvimento de funções de segurança ativa.
6.2 Avaliação da infraestrutura viária brasileira para uso das tecnologias de
comunicação e automação veicular na prevenção e mitigação de acidentes
No âmbito do programa são identificados os objetivos específicos mencionados
a seguir:
● Desenvolver um Simulador Nacional de direção com plataforma móvel,
equipado com sistema de rastreio do olhar e validá-lo com coletas naturalísticas
em ambientes reais: rodoviários e urbanos;
● Analisar a segurança veicular, em ambiente simulado de direção, por meio
do desempenho do modelo dinâmico do veículo (leve e pesado) associado à
medida da percepção de risco do condutor em trechos rodoviários críticos
(curvas) que contribuem para a ocorrência de capotamento;
● Analisar, em ambiente simulado de direção, o desempenho dos sistemas
embarcados de proteção para pedestre (Pedestrian Protection Systems) e
demais usuários vulneráveis do sistema viário, associado à medida da
percepção de risco do condutor em trechos rodoviários e urbanos;
● Desenvolver dispositivo de frenagem para identificação das condições da
superfície do pavimento em pista experimental com vistas à melhoria da
segurança veicular, por meio da avaliação em simulador HVS (Heavy Vehicle
Simulator) e em veículo-tipo;
● Identificar os elementos da infraestrutura viária brasileira que devem ser
modificados implantação de sensores de comunicação com os veículos (short-
range communications (DSRC) devices to transmit information on road
conditions, traffic and closures) para a mitigação das ocorrência de capotamento
em trechos de curva de rodovias;
● Identificar, a partir do resultados obtidos, elementos da infraestrutura
viária brasileira (safety performance) que devem ser ajustados para viabilizar de
forma mais rápida, no Brasil, o uso das tecnologias Connected and Automated
Vehicle (CAV).
6.3 Desenvolvimento de Funções de Segurança Ativa (ADAS)
Desenvolver as seguintes funções de Segurança Ativa:
● ABS (Anti-lock Braking System),
● ESC (Electronic Stability Control),
● ACC (Adaptive Cruise Control),
● “Lane Keeping”,
● “Blind Spot”,
● Anticolisão,
● Sistema de Frenagem Automática Pré-Colisão com Pedestre,
Utilizando técnicas da teoria de controle para a implementar as unidades de
gerenciamento eletrônico cujas plataformas de hardware serão desenvolvidas
no âmbito do programa e compatíveis com a ferramenta ASCET, muito
utilizada no setor automotivo (nas matrizes ).
As três primeiras serão desenvolvidas, novamente, a partir do 3º ano visando
agora aplicações em veículos pesados, O mercado brasileiro, ao contrário da
Europa, não aceita freios a disco em caminhões, impedindo a simples
transferência de tecnologia das matrizes.Trata-se de um problema típico
brasileiro dando origem a uma significativa oportunidade tecnológica para a
nossa engenharia.
6.4 Desenvolvimento de Métodos Computacionais para Sistemas
Autônomos, Semi-Autônomos e ADAS
No âmbito do programa são identificados os objetivos específicos mencionados
a seguir:
● Desenvolver software para a detecção e o rastreamento de pedestres e
veículos para sistemas de auxílio ao motorista (ADAS) e condução
autônoma/semi-autônoma utilizando câmeras monoculares, estéreo e outros
sensores.
● Desenvolver software para a detecção de sinalização vertical e horizontal
para sistemas ADAS e condução autônoma/semi-autônoma utilizando câmeras
monoculares, estéreo e outros sensores.
● Desenvolver software para a fusão das informações de diferentes
sensores como câmeras monoculares, câmeras estéreo, radares e LIDARs para
aperfeiçoar a precisão e a confiabilidade do resultado da percepção.
● Desenvolver software para controle longitudinal e lateral para condução
autônoma e semi-autônoma de veículos leves e pesados em diferentes
ambientes.
● Desenvolver sistemas de monitoramento do condutor e da condução do
veículo, de modo a registrar, analisar e apresentar alertas sobre a forma como o
veículo está sendo conduzido.
7. Linhas de Atuação
7.1 Implementação de Veículos Plataformas para o Desenvolvimento de
Funções Ativas de Segurança (Sistemas Avançados de Assistência ao
Motorista/ ADAS).
Consiste na implementação de pelo menos 05 (cinco) veículos plataformas
para o desenvolvimento de Sistemas Avançados de Assistência ao Motorista
(ADAS), distribuídos por entidades executoras distribuídas regionalmente pelo
País (Sul, Sudeste, Centro Oeste e Nordeste/Norte com pelo menos um),
atuando conjuntamente numa estrutura de rede nacional. Estes veículos serão
preparados para conter motor, transmissão automatizada ou automáticas, freios
e direção controlados eletronicamente (sem a participação do motorista ), sendo
que todos estes componentes deverão ter módulos eletrônicos de controle com
“open software”, desenvolvidos na fase inicial especificamente para o projeto.
O domínio do software de gerenciamento dos componentes citados é
fundamental para permitir o desenvolvimento de funções de assistência ao
motorista como ABS (Anti-lock Braking System), ESC (Eletrônic Stability
Control), ACC (Adaptive Cruise Control), “Lane Keeping”, “Blind Spot”,
Anticolisão, Sistema de Frenagem Automática Pré-Colisão com Pedestre.
Estes veículos serão implementados a partir de veículos leves com motores
ciclo Otto, cujo o modelo a ser escolhido será aquele que impor menor restrição
ao desenvolvimento. Veículos mais complexos, mesmo tendo as funções
desejadas, tendem apresentar uma rede CAN de comunicação com um grande
número de mensagens, praticamente inviabilizando o desenvolvimento
desejado, já que alguns subsistemas deixam de operar se não receberem
determinadas mensagens.
O desenvolvimento da ECU do motor será realizada a partir de uma
plataforma compatível com a Ferramenta ASCET ou com Matlab/Simulink,
aproveitando-se conhecimentos já desenvolvidos no âmbito da academia. A
partir deste resultado será obtido o modelo do motor utilizando-se um
dinamômetro de bancada (pelo menos um dos grupos da rede) e implementado
um Hardware in the Loop (HiL) deste motor, utilizando-se uma Plataforma
LABCAR ou outra equivalente. Esta implementação visa também colaborar com
o desenvolvimento do Simulador Nacional, que constituirá uma outra linha de
atuação neste programa.
Com relação ao desenvolvimento do módulo de controle de uma
transmissão automatizada, a partir de um modelo convencional serão
identificados os valores dos seus parâmetros. Com este modelo da planta real
será implementado um HiL utilizando-se uma Plataforma LABCAR ou outra
equivalente. A partir deste HiL será desenvolvida a Unidade Eletrônica de
Controle e calibrada no veículo.
Para o desenvolvimento do freio eletrônico será utilizado um módulo de
ESC (com sistema hidráulico básico/tradicional), independente do cilindro
mestre, para o qual será desenvolvido uma nona unidade eletrônica de controle.
Inicialmente será montada uma plataforma do sistema de frenagem que
associado a um software de simulação da dinâmica veicular dará origem a um
HiL do sistema, a partir do qual será desenvolvido o software de controle do
sistema, utilizando-se uma plataforma compatível com a Ferramenta ASCET ou
com Matlab/Simulink. O presente procedimento já cria uma infraestrutura para o
desenvolvimento dos sistemas ABS e ESC.
Finalmente, o desenvolvimento da direção controlada eletronicamente que
é responsável pelo controle lateral e longitudinal do veículo. Essa tecnologia
exige uma grande adequação para as condições Brasileiras, principalmente
pelas condições de conservação das vias, largura estreita e vias sinuosas. O
sistema de direção assistida é parte fundamental para o desenvolvimento dos
controles de estabilidade, frenagem de emergência e manutenção da faixa, e
assistência na condução. O equipamento estará integrado com outras
plataformas de gerenciamento de modo a permitir uma ação coordenada entre
a dinâmica veicular, powertrain e segurança do condutor e pedestres.
O estudo da arquitetura do sistema de direção com assistência elétrica
pode se beneficiar do desenvolvimento dos motores elétricos para o sistema
híbrido, pois ambas compartilham de equipamentos e tecnologias similares.
Pode-se também estudar como reduzir os custos de implantação dessa
tecnologia nos veículos de menor valor agregado.
7.2 Avaliação da infraestrutura viária brasileira para uso das tecnologias
de comunicação (V2V e V-Via) e automação veicular na prevenção e
mitigação de acidentes em simulador de direção
Simuladores de direção são ferramentas de pesquisa que permitem
estudar o comportamento do modelo dinâmico do veículo e do condutor de forma
ampla, segura e econômica. A inclusão do auxílio de técnicas de processamento
gráfico em ambiente tridimensional (3D) e com Realidade virtual (RV) ou não, é
avaliada pela heterogeneidade de detalhes reais inerentes a diversos elementos
de uma via terrestre, tal como a geometria, pavimento e elementos da
infraestrutura por exemplo, permitindo assim a construção de sistemas
computacionais de apoio ao condutor, durante a condução, como também para
controle autônomo do veículo, proporcionando robustez e autonomia na
dirigibilidade e manobrabilidade nas vias rurais e urbanas.
O corrente projeto contempla parte de um conjunto de pesquisas com a
aplicação de simuladores de direção de base móvel no apoio aos estudos inter,
multi e transdisciplinares das engenharias automobilística, civil, eletrônica, da
computação e a implantação de políticas públicas voltadas para segurança
veicular e viária no Brasil. Tais premissas se contextualizam com o objetivo
principal da pesquisa, com a mitigação da severidade e quantidade de acidentes
de trânsito, em conformidade com a AGENDA 2030 PARA O
DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL - ONU BRASIL; LATIN NCAP.
Ainda, em particular, é proposta a análise de como os condutores
percebem os pedestres e demais usuários vulneráveis do sistema viário, dentro
de um ambiente simulado de direção, apoiado no uso de um sistema de rastreio
ocular (percepção visual) e plataforma móvel dinâmica. Paralelo a esta análise,
com o uso de simuladores dinâmicos de direção, é pretendido o desenvolvimento
e implementação de uma arquitetura computacional para o controle de veículos
autônomos.
A pesquisa abrange: - a montagem de um Simulador Nacional de direção
com base móvel, e a sua validação; - a geração do ambiente virtual a partir da
extração de cenários reais; - experimentos para medir a percepção de risco do
condutor em trechos rodoviários críticos (em curva, por exemplo), a percepção
dos usuários vulneráveis e as associações e interação com o desempenho do
modelo dinâmico veicular no ambiente rural e urbano.
Plataformas de movimento são comumente utilizados no campo da
engenharia para análise e verificação de desempenho e design do veículo. A
capacidade de vincular um modelo dinâmico do veículo baseado em computador
de um sistema específico de movimento físico fornece ao usuário a capacidade
de sentir como o veículo responde aos controles das entradas sem a
necessidade de construir protótipos custosos. Integrado ao simulador de direção,
um sistema de rastreio ocular, o qual consiste em quatro câmeras, permite
detectar o movimento das pupilas do condutor e o local que está olhando dentro
do ambiente virtual, é integrado.
Complementar, acredita-se que as tecnologias Connected and Automated
Vehicle (CAV) possam contribuir para o aumento da segurança veicular e
consequentemente para a segurança do tráfego nas rodovias. Diversas
questões que ainda precisam ser estudadas, mundialmente, são: Até qual nível
as tecnologias de CAV poderiam reduzir os acidentes quando todos os veículos
estivessem equipados com eles? Para quais tipos de acidentes essas
tecnologias poderiam trazer o maior benefício - redução da severidade, por
exemplo? As respostas a essas perguntas poderiam fornecer orientações
importantes para políticas públicas relacionadas a CAV, alocação de recursos
de pesquisa, fabricação, divulgação e adoção desses sistemas.
No momento, poucas pesquisas foram desenvolvidas para responder a
essas perguntas. Na verdade, há muitos estudos que focalizam o desempenho
de segurança veicular separada de uma ou várias tecnologias, mas poucos
tentaram integrar todos os estudos relacionados ao CAV para fazer uma
estimativa abrangente e geral de benefícios para a segurança. A eficácia das
tecnologias CAV em condições adversas de visibilidade, por exemplo, podem
ser analisadas com simulação de direção e simulação microscópica de tráfego.
Os modelos microscópicos de fluxo de tráfego simulam unidades do conjunto
veículo-condutor, e desta forma, as variáveis dinâmicas dos modelos
representam as propriedades microscópicas como, por exemplo, a posição e a
velocidade de veículos individuais.
As características do fluxo de tráfego deterioram-se significativamente em
condições de visibilidade reduzida, resultando em alto risco de colisão. O projeto
prevê a aplicação das tecnologias de Connected Vehicle (CV) em um trecho de
uma rodovia brasileira para melhorar a segurança veicular e viária (short-range
communications (DSRC) devices to transmit information on road conditions,
traffic and closures). Dois tipos de abordagens de CV (isto é, veículos
conectados sem platooning (CVWPL) e veículos conectados com o platooning
(CVPL) serão aplicados para reduzir o risco de acidente. O projeto prevê o
estudo em simulação de direção do design do display de heads-up. Embora o
projeto se concentre nos benefícios de segurança do CV, ele também abordará
problemas relevantes na operação do tráfego, big data, gerenciamento de
tráfego ativo e comportamento do condutor.
O projeto prevê a realização do estudo utilizando simulador dinâmico de
direção com plataforma móvel, com sistema de rastreio do olhar e a sua
validação. Complementarmente, o projeto ambiciona aumentar a segurança
veicular, através dos estudo e desenvolvimento dos sistemas embarcados de
proteção para o pedestre (Pedestrian Protection Systems) em simulador de
direção e de condução autônoma. Embora o projeto se concentre nos
benefícios de segurança do CV, ele também abordará problemas relevantes na
operação do tráfego, big data, gerenciamento de tráfego ativo e comportamento
do condutor. Desta forma, o projeto envolverá o estudo utilizando simulador
dinâmico de direção com plataforma móvel, com sistema de rastreio do olhar e
a sua validação.
Com base nas recomendações do Infrastructure Star Ratings for the Self-
Driving Car o projeto prevê a medição da qualidade do projeto de infraestrutura
de via urbana e rural que suporta as tecnologias de assistência ao motorista no
futuro e os níveis crescentes de veículos autônomos. Acidentes graves em
rodovias, por exemplo, podem ser reduzidos em um quarto nos próximos 30 a
40 anos com a introdução de veículos automatizados (AVs). No entanto, a
transição, com a passagem por período com frota mista e necessidade de um
sistema viário que os carros “possam ler”, apresenta com gargalo as
peculiaridades da uma infraestrutura viária não homogênea e com manutenção
precária.
Indiscutivelmente, há duas transições simultâneas acontecendo: uma é a
extensão em que veículos com pelo menos algum grau de autonomia estão se
tornando parte da frota de veículos; outro é a proporção de carros sem
motorista. Dentro dessa transição também está o desenvolvimento de veículos
conectados e o grau em que eles podem interagir com infraestrutura, uns com
os outros, com outros veículos e com usuários vulneráveis.
A infraestrutura da via envolve a capa asfáltica, que é o elemento de
interface da via com pneu do veículo. O projeto prevê a elaboração de dispositivo
de frenagem para identificação da superfície de pavimento considerando o atrito
pneu/superfície e a influência do enrijecimento da superfície. A ideia é averiguar
experimentalmente o desempenho de veículos em diferentes condições de
estradas pavimentadas e não pavimentadas por meio simulador HVS (Heavy
Vehicle Simulator) em pista experimental. O pavimento deve apresentar
diferentes configurações compatíveis com a realidade brasileira que
frequentemente apresenta condições adversas quanto ao tipo de solo, ao clima
e também à manutenção das estradas.
O dispositivo de frenagem será composto por um sistema eletromecânico
capaz de identificar o tipo de superfície de pavimento. Esta superfície está
intimamente associada à deformação das camadas de pavimento (capa
asfáltica, base, sub base e subleito) e de suas propriedades mecânicas.
Inicialmente este dispositivo será avaliado no simulador HVS e posteriormente
em veículo-tipo. Com base na resposta do atrito pneu/superfície por meio do
dispositivo será possível fornecer automaticamente ao motorista tomadas de
decisão eficazes para a melhoria da segurança veicular, como a diminuição da
velocidade e pressão de pneus. Sendo assim, o sistema será composto por toda
a montagem eletromecânica no veículo-tipo, incluindo vasta instrumentação das
camadas de pavimento (em diferentes camadas/interfaces) na pista
experimental e a aquisição do simulador HVS.
7.3 Desenvolvimento de Funções de Segurança Ativa (ADAS)
Essa linha de atuação tem como objetivo desenvolver funções de
segurança ativa como ABS (Anti-lock Braking System), ESC (Electronic Stability
Control), ACC (Adaptive Cruise Control), “Lane Keeping” (manutenção do
veículo na faixa em estradas), “Blind Spot” (visão do ponto morto), Anticolisão,
Sistema de Frenagem Automática Pré-Colisão com Pedestre. Dividiremos esta
linha de atuação em três grupos, a saber:
● grupo 1 contendo ABS, ESC, ACC e Anticolisão,
● grupo 2 contendo as mesmas funções acima voltadas para veículos
pesados com freios a tambor (forte característica no Brasil);
● grupo 3 contendo “Lane Keeping”; “Blind Spot” e Sistema de Frenagem
Automática Pré-Colisão com Pedestre, que são funções com forte
influência de câmaras e sensor Lidar.
As funções dos grupos 1 e 3 serão desenvolvidas e aplicadas nos veículos
plataforma descritos na linha de atuação 7.1. Desta forma teremos 05 grupos de
pesquisa distribuídos por diferentes regiões do País (Sul, Sudeste, Centro Oeste
e Nordeste/Norte com pelo menos um) desenvolvendo conjuntamente estas
funções,numa estrutura de rede nacional.
Para o desenvolvimento das funções do grupo 1 serão obtidos modelos a
partir de aplicação degraus de aceleração ou de frenagem nos veículos,e
conjuntamente com os modelos dos hardwares in the loops da frenagem
eletrônica, também desenvolvido na linha de atuação citada, serão utilizados
para o projeto dos controladores com o auxílio das ferramentas Matlab e
Simulink. Com este resultado o sistema de gerenciamento será implementado
numa plataforma eletrônica desenvolvida no âmbito do projeto, compatível com
a ferramenta ASCET. Uma vez validado através de simulações, o sistema
eletrônico de controle será aplicado no Hardware in the Loop e novamente
validado. Finalmente será aplicado no veículo e testado em pista.Para o ACC
será utilizado um radar comercial já com aplicação veicular.
As funções do grupo 2 terão início a partir do terceiro ano a partir do
aprendizado obtido no desenvolvimento do grupo 1. Estes serão desenvolvidos
em até 02 veículos pesados, portanto apenas dois grupos de pesquisa atuarão
nesta sub-linha, devido ao seu alto custo. Mas seguirão a mesma metodologia
utilizada na linha de atuação 7.1 e na sub-linha do grupo 1.
Para o desenvolvimento das funções do grupo 3 será necessário iniciar os
estudos sobre direção elétrica assistida, bem como se familiarizar com as
tecnologias de sensores do tipo LiDAR, Radar Automotivo e Câmeras. A ideia
aqui será desenvolver tecnologias de baixo custo que viabilizem o conceito do
“mortes zero” no trânsito, dando ao veículo a capacidade de antever um acidente
e reagir preventivamente. Isso pode estar associado a tomadas de decisões pelo
veículo para redução autônoma de velocidade, sinalização sonora e visual para
os pedestres, e alertas para o motorista.
7.4 Desenvolvimento de Sistemas de Comunicação Veicular V2V
Inteligentes
Esta linha de atuação prevê o desenvolvimento de comunicação veicular
veículo a veículo (V2V) em ambiente de simulação e em ambiente real com
inteligência agregada.
Utilizando uma rede V2V, cada veículo é capaz de perceber a presença de
outros veículos usando um protocolo de comunicação baseado em ondas de
rádio. Desta forma, é possível enviar e receber informações relevantes em tempo
real, tais como posição, velocidade, alertas de acidentes, mau tempo ou
catástrofes, blitzes e informações sobre o trânsito em geral. Redes V2V possuem
um grande potencial para evitar acidentes e diminuir o número de mortos e
feridos no trânsito, que tem constituído uma severa ameaça à vida e ao sistemas
públicos e privados de saúde em diversos países.
Tais informações, a depender do cenário, pode demandar requisitos que
afetarão o desempenho na comunicação, tais como perda de pacotes, delay e
throughput. Nesse sentido, permitir desenvolver um modelo adaptativo que
avalie o cenário e configure o sistema para se adequar ao problema, é altamente
desejável em redes V2V. O uso de computação inteligente para encontrar o
ponto de equilíbrio com base em aprendizado passado é uma alternativa em
geral adequada ao problema.
7.5 Desenvolvimento de Métodos Computacionais para Sistemas
Autônomos, Semi-Autônomos e ADAS
Uma parte considerável dos acidentes no trânsito urbano se deve à falta de
atenção motorista. Sistemas capazes de detectar a presença de pedestres e
outros veículos em uma área de risco de colisão, emitir um alerta para o
motorista, ou frear o veículo podem evitar acidentes sérios e salvar vidas. Além
de detectar esses objetos, é interessante que os mesmos sejam rastreados para
e que seja feita uma previsão de de suas trajetórias com o objetivo de antecipar
possíveis colisões. O desenvolvimento de software que processa imagens de
câmeras, detecta objetos de interesse e faz o rastreio dos mesmos pode
contribuir significativamente para a redução de acidentes por falta de atenção do
motorista. Esse tipo de software deve ter alta eficiência computacional para ser
executado em tempo real em dispositivos de hardware de baixo custo, e alta
acurácia para detectar objetos de interesse em diferentes condições de
luminosidade com baixa taxa de falsos positivos.
A falta de atenção pode levar motoristas a não observar importantes
elementos de sinalização em uma via urbana como: placas de trânsito,
semáforos e faixas de trânsito. A não observância dessas informações podem
levar a acidentes e multas. O desenvolvimento de software que processa
imagens de câmeras e detecta e interpreta elementos de sinalização horizontal
e vertical podem ser utilizados para alertar o motorista em casos de saída de
faixa, sinal vermelho de um semáforo ou limite de velocidade ultrapassado,
evitando situações de risco. Esse tipo de software deve ter alta eficiência
computacional para ser executado em tempo real em dispositivos de hardware
de baixo custo, e alta acurácia para detectar a sinalização em diferentes
condições de luminosidade com baixa taxa de falsos positivos.
Existem diversos tipos de sensores que podem ser utilizados na percepção
de veículos inteligentes, como câmeras monoculares, câmeras estéreo, LIDARs
e radares. Cada um destes sensores tem características próprias e limitações
em sua utilização. Câmeras tem baixo custo e são capazes de obter informações
bastante detalhadas do ambiente. No entanto, elas requerem condições
favoráveis de luminosidade, demandam software de processamento complexos
e com alta demanda computacional e não são adequadas para estimar distância.
Câmeras estéreo tem a vantagem de identificar cores, texturas e estimar
distâncias, no entanto, dependem de calibração precisa e softwares de
processamento extremamente complexos. Radares tem um custo médio, são
capazes de detectar obstáculos a grandes distâncias (com pouca precisão), são
robustos e não dependem de luz para operar. LIDARs tem custo relativamente
alto, são bastante precisos para detectar obstáculos, e, dependendo do modelo,
tem restrições a operação onde há poeira excessiva, chuvas e vibração
excessiva.
Os métodos computacionais e algoritmos que processam as informações
obtidas por sensores tem um papel fundamental na interpretação dos dados
obtidos por eles e na extração de informações úteis que podem ser usadas para
notificar o motorista em sistemas ADAS, ou de tomar decisões e atuar no caso
de veículos com algum grau de autonomia. Quanto mais complexa é a tarefa que
o sistema de percepção deve desempenhar, mais sofisticados são os algoritmos
utilizados. Inclusive, é importante que o sistema computacional tenha acesso
também ao barramento de informações do veículo. Desse modo, ele pode obter
dados importantes para a tomada de decisão como: velocidade do veículo,
ângulo de esterçamento do volante, pressão exercida nos pedais de freio e
aceleração, dentre outras. Combinando dados de sensores externos e internos
do veículo, os sistemas ADAS e de condução semi-autônoma se tornam mais
inteligentes e eficientes.
Para veículos com algum grau de autonomia, as informações de sensores
internos e externos podem ser utilizadas para possibilitar o controle autônomo
de velocidade de cruzeiro (velocidade longitudinal) e o controle lateral para
manter o veículo em uma faixa de trânsito. Informações do perfil de relevo e
curvatura da via, condições do trânsito na rota desejada, e detecção local dos
demais veículos e pedestres podem ser utilizadas no controle do veículo para
proporcionar conforto aos passageiros, segurança, melhorar a utilização e
compartilhamento das vias de trânsito, e até mesmo reduzir o consumo de
combustível.
Além da operação de veículos leves em ambientes urbanos, pretende-se
desenvolver métodos computacionais e algoritmos para veículos pesados e para
a operação em ambientes parcialmente estruturados, como na mineração e
agricultura. Nesse tipo de cenário, não há presença de faixas de trânsito e
normalmente as vias são bastante irregulares. É também comum a presença de
poeira, o que dificulta a operação de alguns tipos de sensores e requer a
utilização de soluções computacionais específicas.
Atualmente, veículos pesados são responsáveis pela maior parte do
transporte de carga. Isso se deve a suas vantagens econômicas, eficiência no
transporte fretado, e alta capacidade de transporte. Entretanto, as dimensões
elevadas, configurações complexas, baixa capacidade de manobra, e a
variabilidade na quantidade de carga transportada são alguns dos aspectos
críticos que influenciam o controle do veículo com segurança e estabilidade.
A massa do veículo é um parâmetro crítico que influencia seu
comportamento dinâmico e controle, sendo que o peso da carga transportada
pode ser maior que o peso do próprio veículo. Dessa forma, o controle de
veículos pesados oferece desafios que requerem soluções robustas para lidar
com incertezas e variações de massa. Aspectos que devem ser considerados
tanto para o controle individual de veículos pesados quanto para o controle de
comboios.
Veículos articulados também são exemplos de sistemas que estão sujeitos
a instabilidades laterais tais como efeito canivete (jackknifing) e amplificação
traseira (rearward amplification) como resultado da adição de juntas de
articulação. Consequentemente, veículos pesados podem se envolver em
acidentes severos, causando perdas de vidas e perdas econômicas como
resultado desses problemas de estabilidade lateral. Diferentes estratégias de
controle lateral e longitudinal podem ser exploradas para evitar problemas de
estabilidade em veículos pesados articulados.
8 Plano de Execução
8.1 Plano de execução para Implementação de Veículos Plataformas para
Desenvolvimento de Funções Ativas de Segurança
8.1.1 Fases do projeto
● Adquirir conhecimentos do estado da arte envolvendo temas como:
funções de segurança ativa como ABS (Anti-lock Braking System), ESC
(Eletrônic Stability Control), ACC (Adaptive Cruise Control), “Lane
Keeping”(manutenção do veículo na faixa em estradas), “Blind Spot”
(visão do ponto morto), Anticolisão, Sistema de Frenagem Automática
Pré-Colisão com Pedestre. Sistemas de Frenagem envolvendo
funcionamento, componentes, modelos e gerenciamento.Ainda serão
estudados os sensores que compõem os veículos plataformas como
radares, câmeras e lidar.
● Estabelecer requisitos básicos para serem atendidos na implementação
do veículo plataforma.
● Planejamento, aquisição de componentes mecânicos, plataformas para
gerenciamento de medidores para a instrumentação prevista.
● Desenvolvimento da unidade de gerenciamento eletrônico do motor.
● Implementação de uma plataforma experimental para transmissão,
obtenção de modelos e geração de um HiL (Hardware in the Loop)
● Desenvolvimento do sistema de gerenciamento da transmissão
automatizada.
● Implementação de uma plataforma experimental para frenagem
eletrônica, obtenção de modelos e geração de um HiL (Hardware in the
Loop)
● Desenvolvimento do sistema de gerenciamento da frenagem eletrônica,
seja do módulo hidráulico, seja do sistema de frenagem.
● Desenvolvimento do sistema de gerenciamento da direção.
● Estabelecimento da base de mensagens CAN complementar para os
sensores.
● Validação da unidade de gerenciamento eletrônico do motor.
● Validação do sistema de gerenciamento da transmissão automatizada.
● Validação do sistema de frenagem eletrônica seja do módulo hidráulico
seja do sistema de frenagem.
● Validação do sistema de gerenciamento da direção.
● Instalação dos Sensores e acoplamento a rede CAN
● Testes e validação do veículo plataforma.
● Evolução contínua dos sistemas de gerenciamento a partir da aplicação
de novas técnicas de controle e pela substituição de componentes,
sempre fixando novos requisitos.
8.1.2 Metodologia de intervenção/ Estratégias
● Garantir a que a execução seja realizada com a participação de
aproximadamente 06 entidades de pesquisa, que atuarão paralelamente
na implementação dos veículos plataformas, buscando uma relativa
convergência, maximizando desta forma a sinergia na execução.
● Priorizar a execução desta linha de atuação, já que outras linhas de
atuação dependerão desses veículos plataformas.
● A primeira versão de veículo plataforma tem que apresentar resultados
em 18 meses.
8.1.3 Cronograma
Na Tabela 1 apresenta-se o cronograma previsto para a execução do
programa proposto.
Tabela 1:
Ano 1 Ano2 Ano 3 Ano 4 Ano 5
Quadrimestres 1º
2 º
3 º
4 º
5 º
6 º
7 º
8 º
9 º
10 º
11 º
12 º
13 º
14 º
15 º
Estudo básico e estabelecimento de requisitos
X
Planejamento e Aquisições de Componentes Mecânicos e Plataformas de Gerenciamento e Simulação
X
X
Desenvolvimento da Unidade de Gerenciamento Eletrônico do Motor
X X X
Implementação de HiL e de plataforma experimental da Transmissão
X X X
Desenvolvimento da Unidade de Gerenciamento Eletrônico da Transmissão
X X X
Implementação de Plataforma Experimental e HiL do Freio Eletrônico
X X X
Desenvolvimento da Unidade de Gerenciamento do Freio Eletrônico
X X X
Desenvolvimento do Sistema de Gerenciamento da Direção Eletrônica
X X X X
Estabelecimento da Base de Mensagens CAN
X X
Validação da Unidade de Gerenciamento Eletrônico do Motor
X X X
Validação da Unidade de Gerenciamento Eletrônico da Transmissão
X X
Validação da Unidade de Gerenciamento do Freio Eletrônico
X X
Validação do Sistema de Gerenciamento da Direção Eletrônica
X X
Instalação de Sensores e Acoplamento a Rede CAN
X X
Validação do Veículo Plataforma
X X
Evolução Contínua
X X
X
X X X
Organização dos Modelos Obtidos e Inclusão no Simulador Nacional
X X X X X X X X X X X X X X
8.2 Plano de execução para avaliação da infraestrutura viária brasileira para
uso das tecnologias de comunicação (V2V e V-via) e automação veicular
na prevenção e mitigação de acidentes
8.2.1 Fases do projeto
● Planejamento da aquisição de componentes, plataforma dinâmica
hexapod, sensores eye track system, hardwares, softwares: real-time
simulation, HIL, SIL, traffic simulation and ADAS, autonomous driving,
vehicle energy efficiency and tire modeling, sensores bluetooth para
instalação em trecho experimental de rodovia (bluetooth and Adaptive
Signal Control Data for Real-Time Safety Analysis on Urban);
● Montagem estrutural da plataforma incluindo, toda a instrumentação;
● Desenvolvimento do cockpit a partir de um modelo dinâmico de veículo
que a montadora irá escolher e disponibilizar seu modelo dinâmico.
● Realização de testes iniciais no Simulador Nacional de direção;
● Validação do Simulador Nacional de direção com dados coletados nos
ambientes rodoviários e urbanos, da forma naturalística de condução - 3
veículos equipados com eye track system;
● Instrumentação dos 4 veículos com sensores como: eye track system,
GPS e LIDAR para as coletas de dados naturalísticos;
● Definição das universidades parceiras que realizaram as coletas de
naturalísticas de direção no período de 1 ano e meio;
Instalação de sensores bluetooth em trecho experimental de rodovia - a ser
escolhida - etapa da pesquisa;
● Desenvolver os softwares de análise dos dados, em padrão de big, data
devido: à quantidade de dados coletados em cada coleta naturalística;
● Compartilhar com a(s) montadora(s) envolvidas as licenças dos mesmos
software definidos para serem incorporados ao Simulador Nacional de
direção para estudos e desenvolvimento dos modelos dinâmicos de
veículos e eficiência energética;
● Desenvolver os cenários reais rodoviários e urbanos para uso no
Simulador Nacional;
● Desenvolver e incorporar no Simulador Nacional de direção os softwares
para simulação de condução autônoma para testar as tecnologias
Connected and Automated Vehicle (CAV) com a rodovia que “ fala”
(bluetooth and Adaptive Signal Control Data for Real-Time Safety
Analysis on Urban);
● Adquirir conhecimentos do estado da arte envolvendo temas como:
Sistemas/dispositivos de reconhecimento das condições das estradas,
simuladores de tráfego linear móvel de pista, tipos de estradas
pavimentadas e não pavimentadas no Brasil e em países tropicais,
estatística dos acidentes em estradas tropicais considerando as
condições geotécnicas/climatológicas, tipos de camadas de pavimento e
a sua influência no atrito de interface pneu/pavimento e na durabilidade
das rodovias.
● Avaliação do atrito de interface pneu/solo e pneu/pavimento para
diferentes tipos de solos brasileiros considerando equipamento de
cisalhamento direto de grande dimensão para avaliar cargas estáticas
compatíveis a veículo-tipo. O valor do atrito de interface servirá de
referência para o atrito decorrente da frenagem em simulador HVS
(Heavy Vehicle Simulator) e em ambiente simulado de direção (veículo-
tipo)
● Planejamento, aquisição de componentes e sistema eletromecânico
para estimativa do atrito pneu/pavimento considerando a
deformabilidade das superfícies de pavimentos de estradas
pavimentadas, não pavimentadas, pavimentadas com reforço de
geossintéticos, pavimentadas com resíduos de construção e demolição,
estradas de acesso, estradas vicinais, rodovias, etc. O sistema
eletromecânico compõe todos os equipamentos/instrumentação
utilizados na montagem do dispositivo de frenagem para simulador HVS
(Heavy Vehicle Simulator) e veículo-tipo.
● Aquisição de simulador HVS (Heavy Vehicle Simulator) para avaliar
diferentes condições da pavimentação brasileira e em pista experimental
instrumentada;
● Construção de uma pista experimental para avaliação do dispositivo de
frenagem em veículo tipo considerando configurações geotécnicas do
pavimento, desempenho das misturas asfálticas, incluindo vasta
instrumentação nas camadas de pavimento para melhor avaliação da
rigidez do pavimento e sua influência no atrito pneu/pavimento;
● Evolução contínua dos controles específicos associados ao dispositivo
de drenagem no veículo tipo, sempre procurando reproduzir as
condições das estradas brasileiras e sua interferência na segurança e
eficiência veicular.
8.2.2 Metodologia de intervenção/ Estratégias
● Garantir a que a execução das etapas de validação do Simulador
Nacional seja realizada com a participação de pelo menos 03 entidades
de pesquisa (entende-se como entidade de pesquisa: universidades,
centros de pesquisa da(s) montadora(s) e programas de pós-graduação
do Brasil e/ou do exterior), que atuarão paralelamente nas 3 etapas de
validação: coleta de dados de velocidade operacional de rodovias; coleta
de dados naturalísticos (veículos serão instrumentados com sensores
eye track system; GPS e LIDAR).
● Garantir a que a execução seja realizada com a participação de pelo
menos 02 entidades de pesquisa (entende-se como entidade de
pesquisa: universidades, centros de pesquisa e programas de pós-
graduação do Brasil e/ou do exterior), que atuarão paralelamente na
implementação do dispositivo de frenagem para identificação da
qualidade/deformabilidade do pavimento e da segurança veicular, da
avaliação da frenagem de veículos e da implementação da pista
experimental instrumentada, buscando a interdisciplinaridade na
engenharia civil, mecânica e elétrica, maximizando desta forma a
sinergia na execução.
● Contar com a assessoria de pelo menos 02 especialistas internacionais
em simulação de direção e condução autônoma e 02 especialistas
internacionais em projeto de estradas pavimentadas e não
pavimentadas com utilização de polímeros e resíduos e em condições
adversas de climas.
● Capacitar uma rodovia com sensores para testes das tecnologias
Connected and Automated Vehicle (CAV) com a rodovia que “ fala”
(bluetooth and Adaptive Signal Control Data for Real-Time Safety
Analysis on Urban).
● Construir uma pista experimental suficiente para realizar os testes de
frenagem no veículo-tipo e no simulador HVS (Heavy Vehicle Simulator).
● Construir o dispositivo de frenagem com base na expertise de
profissionais ligados à engenharia elétrica, mecânica e civil.
● Equipar 4 veículos com sensores para coleta naturalística de condução
que serão executadas em 4 locais do país, pelas universidades
parceiras.
● Capacitar equipe de desenvolvimento da(s) montadora(s) nos softwares
de desenvolvimento de modelagem dinâmica veicular para integração
com a equipe de pesquisa da universidade.
8.2.3 Cronograma
Na Tabela 2 apresenta-se o cronograma previsto para a execução do programa
proposto.
Tabela 2:
Ano 1 Ano2 Ano 3 Ano 4 Ano 5
Quadrimestres
1º 2 º
3 º
4 º
5 º
6º
7 º
8 º
9 º
10 º
11 º
12 º
13 º
14 º
15 º
Estudo sobre infraestrutura rodoviária brasileira
X X X
Planejamento e elaboração da aquisição dos componentes do Simulador Nacional
XX
XX
X X
Planejamento e elaboração da aquisição dos equipamentos e sensores para validação do Simulador Nacional
XX
Instalação e integração dos softwares de modelagem dinâmica na(s) montadoras
XX
XX
x
(as), e no Simulador
Treinamento e integração das equipes da universidade (Simulador Nacional) e da(s) montadora(s)
xX
XX
Planejamento e elaboração do dispositivo de frenagem
X X X X
Implementação de pista experimental instrumentada
X X X X X
Aquisição e testes no simulador HVS
X X X X X X X X X X X X X
Validação do dispositivo de frenagem no simulador HVS e em veículo tipo
X X X X X X X X X X X X X
Aquisição e instrumentação dos veículos
xX
XX
para coletas naturalísticas - validação Simulador Nacional
Implantação dos 4 sensores bluetooth na rodovia escolhida - coleta dados tráfego e comportamento do condutor
XX
XX
XX
Desenvolvimento dos cenários rodoviários e urbanos para o Simulador
XX
XX
XX
XX
Desenvolvimento e integração Simulador com simulador de condução autônoma
XX
XX
XX
XX
XX
XX
XX
XX
Ajustes e integração do modelo dinâmico do veículo no Simulador
X X X X X X X
Coleta de dados no Simulador
X X X X
Análise de dados
X X X X X X X X
Elaboração de relatórios
X X X X X X
Auditoria X X X X
Evolução Contínua
X X X X X X X X X
8.3 Plano de execução para o desenvolvimento das funções de segurança
ativa
8.3.1 Fases do projeto
● Adquirir conhecimentos do estado da arte envolvendo temas como:
Motores a Combustão Interna envolvendo modelagem, gerenciamento
eletrônico, familiarização com ferramentas de projeto; Sistemas de
Transmissão envolvendo modelagem gerenciamento eletrônico;
Sistemas de Frenagem envolvendo funcionamentos, componentes,
modelos e gerenciamento, direção assistida, sistemas semi-autônomos
de anti-colisão contra veículos, pedestres, etc.. Ainda serão também
estudados os sensores que comporão os veículos plataformas como
radares, câmeras e LiDAR. Estabelecer requisitos básicos para serem
atendidos na implementação do veículo plataforma.
● Obtenção dos modelos para o desenvolvimento das funções de
segurança do grupo 1.
● Obtenção dos modelos para o desenvolvimento das funções de
segurança do grupo 3,
● Projeto dos controladores e simulações para a primeira validação para
as funções do grupo 1.
● Projeto dos controladores e simulações para a primeira validação para
as funções do grupo 3.
● Implementação do software de aplicação na plataforma eletrônica de
controle desenvolvida no âmbito desta linha de atuação e aplicação no
Hardware in the Loop e nova validação para as funções do grupo 1.
● Implementação do software de aplicação na plataforma eletrônica de
controle desenvolvida no âmbito desta linha de atuação e aplicação no
Hardware in the Loop e nova validação para as funções do grupo 3.
● Aplicação no veículo plataforma e teste em pista para as funções do
grupo 1 e validação final.
● Aplicação no veículo plataforma e testes em pista para as funções do
grupo 3 e validação final.
● Fase de aperfeiçoamento e aumento da segurança do software para as
funções do grupo 1.
● Fase de aperfeiçoamento e aumento da segurança do software para as
funções do grupo 3.
● Obtenção dos modelos para o desenvolvimento das funções de
segurança do grupo 2.
● Projeto dos controladores e simulações para a primeira validação para
as funções do grupo 2.
● Implementação do software de aplicação na plataforma eletrônica de
controle desenvolvida no âmbito desta linha de atuação e aplicação no
Hardware in the Loop e nova validação para as funções do grupo 2.
● Aplicação no veículo plataforma e teste em pista para as funções do
grupo 2 e validação final.
● Fase de aperfeiçoamento e aumento da segurança do software para as
funções do grupo 2.
8.3.2 Metodologia de intervenção/ Estratégias para projeto de motores
elétricos com diferentes topologias.
● Garantir que a execução referente aos grupos 1 e 3 de funções de
segurança ativa sejam realizadas com a participação de 05 entidades de
pesquisa, que atuarão paralelamente na implementação das funções,
buscando convergência, e assim maximizando a sinergia na execução,
principalmente na fase de modelamento e projeto dos controladores.
● Garantir que a execução referente ao grupo 2 de funções de segurança
ativa sejam realizadas com a participação de 02 entidades de pesquisa,
que atuarão paralelamente na implementação das funções, buscando
convergência, e assim maximizando a sinergia na execução,
principalmente na fase de modelamento e projeto dos controladores.
8.3.3 Cronograma
Na Tabela 3 apresenta-se o cronograma previsto para a execução do plano
de desenvolvimento de máquinas elétricas para os geradores.
Tabela 3.
Ano 1 Ano2 Ano 3 Ano 4 Ano 5
Quadrimestres 1º
2 º
3 º
4 º
5 º
6 º
7 º
8 º
9 º
10 º
11 º
12 º
13 º
14 º
15 º
Adquirir conhecimentos do estado da arte
X X
Obtenção dos modelos para o desenvolvimento das funções de segurança do grupo 1.
X X
Obtenção dos modelos para o desenvolvimento das funções de segurança do grupo 3.
X
X
Projeto dos controladores e simulações para a primeira validação para as funções do grupo 1.
X
X
Projeto dos controladores e simulações para a primeira validação para as funções do grupo 3.
X
X
Implementação do software de aplicação na plataforma eletrônica de controle desenvolvida no âmbito desta linha de atuação e aplicação no Hardware in the Loop e nova validação para as funções do grupo 1.
X
X
Implementação do software de aplicação na plataforma eletrônica de controle desenvolvida no âmbito desta linha de atuação e aplicação no Hardware in the Loop e nova validação para as funções do grupo 3.
X
X
Aplicação no veículo plataforma e teste em pista para as funções do
X
X
X
grupo 1 e validação final.
Aplicação no veículo plataforma e teste em pista para as funções do grupo 3 e validação final.
X
X
X
Fase de aperfeiçoamento e aumento da segurança do software para as funções do grupo 1.
X X X
Fase de aperfeiçoamento e aumento da segurança do software para as funções do grupo 3.
X X
Obtenção dos modelos para o desenvolvimento das funções de segurança do grupo 2.
X X X
Projeto dos controladores e simulações para a primeira validação para as funções do grupo 2.
X X X
Implementação do software de aplicação na plataforma eletrônica de controle desenvolvida no âmbito desta linha de atuação e aplicação no Hardware in the
X X
Loop e nova validação para as funções do grupo 2.
Aplicação no veículo plataforma e teste em pista para as funções do grupo 2 e validação final. .
X X X
Fase de aperfeiçoamento e aumento da segurança do software para as funções do grupo 2.
X X
8.4 Desenvolvimento de Sistemas de Comunicação Veicular V2V
Inteligentes
8.4.1 Fases do projeto
● Adquirir conhecimentos do estado da arte envolvendo temas como:
Redes Veiculares Ad-Hoc(VANETs), Qualidade de Serviço para redes
veiculares, Protocolos de Redes,principais parâmetros em uma rede
V2V, telemetria veicular e ECUs.
● Adquirir conhecimentos do estado da arte envolvendo computação
inteligente em temas tais como: computação evolucionária, redes
neurais artificiais, séries temporais, dentre outros aspectos.
● Especificação do sistema V2V a ser implementado.
● Preparação de Ambiente Experimental de Simulação.
● Modelagem dos algoritmos inteligentes para o problema de
comunicação V2V, considerando adaptabilidade para diferentes
cenários de uso em campo.
● Simulação intensiva de algoritmos de otimização visando melhoria na
qualidade do serviço (QoS).
● Planejamento, aquisição de componentes, equipamentos, sensores,
circuitos integrados, microcontroladores, materiais para montagem de
protótipo da ECU de telemetria veicular e comunicação V2V.
● Planejamento e aquisição de automóvel para teste em campo.
● Construção de protótipo funcional de ECU de telemetria e comunicação
V2V.
● Integração de ECU em automóveis.
● Modelagem do algoritmo de otimização indicado para ser incorporado
em ECU veicular.
● Desenvolvimento de firmware com ECU em automóvel.
● Desenvolvimento de infraestrutura de servidor, segurança e aplicação
para telemetria veicular.
● Evolução contínua dos mecanismos de otimização e comunicação.
● Teste em campo na comunicação V2V
● Análise de resultados na comunicação V2V com base em métricas de
avaliação levantados no estado da arte.
8.4.2 Metodologia de intervenção/ Estratégias
● Garantir a que a execução seja realizada com a participação de 02
entidades de pesquisa, que atuarão paralelamente na implementação de
plataformas, buscando uma relativa convergência, maximizando desta
forma a sinergia na execução.
● Desenvolvimento de unidade ECU parametrizável capaz realizar
telemetria veicular e comunicação V2V entre veículos usando uma rede
de comunicação indicada e selecionado no desenvolvimento do projeto.
● Desenvolvimento de placas de circuito impresso de circuito
condicionador.
● Compra de infraestrutura de servidores para simulação de tráfego e
redes veiculares usando os algoritmos inteligentes;
● Compra de 02 veículos para teste e avaliação em campo.
● Os protótipos de novos componentes deverão ser fabricados em
quantidade suficiente para atender as demandas de todas as
plataformas.
8.4.3 Cronograma
Na Tabela 4 apresenta-se o cronograma previsto para a execução do plano
de desenvolvimento dos sistemas de armazenamento de energia (SAE) com seu
respectivo módulo de gerenciamento (BMS).
Tabela 4.
Ano 1 Ano2 Ano 3 Ano 4 Ano 5
Quadrimestres 1º
2 º
3 º
4 º
5 º
6 º
7 º
8 º
9 º
10 º
11 º
12 º
13 º
14 º
15 º
Estabelecimento dos requisitos do Estado da Arte em V2V e Algoritmos Inteligentes
X X
Especificação do Sistema e definição dos requisitos
X
Planejamento e aquisição de Servidores para Simulação de algoritmos.
X
X
Modelamento de Algoritmos de Otimização
X X
Compra de Componentes e Aquisição de 02 veículos para construção de protótipo real
X X
Desenvolvimento de ECU de telemetria e comunicação V2V
X X X X X X X
Desenvolvimento firmware para ECU inteligente
X X X X
Integração ao Carro
X X
Teste em Campo do hardware desenvolvido
X X X
8.5 Plano de execução para o Desenvolvimento de Métodos
Computacionais para Sistemas Autônomos, Semi-Autônomos e ADAS
8.5.1 Fases do projeto
● Adquirir conhecimentos do estado da arte envolvendo temas como:
visão Computacional, processamento de imagens, fusão de sensores,
co-design software/hardware, filtros estatísticos e técnicas de controle.
● Aquisição de diferentes tipos de sensores e sistemas computacionais
embarcados para a realização de experimentos.
● Projeto e desenvolvimento de algoritmos para o processamento dos
dados obtidos por sensores
● Projeto e desenvolvimento de técnicas de fusão de sensores
● Projeto e desenvolvimento de técnicas de controle e de interface com
veículo experimental
● Avaliação de desempenho e confiabilidade dos algoritmos
desenvolvidos em diversos cenários e situações
● Avaliação de sistemas ADAS, de controle autônomo e semi-autônomo
8.5.2 Metodologia de intervenção/ Estratégias
● Garantir a que a execução seja realizada com a participação de pelo
menos 03 entidades de pesquisa, que atuarão paralelamente na
implementação dos algoritmos e sistemas computacionais, explorando a
sinergia das mesmas nas fases de desenvolvimento e testes.
● Realizar a coleta de dados para criar um benchmark de avaliação dos
algoritmos desenvolvidos, bem como utilizar bases de dados públicas
disponíveis por outros grupos de pesquisa. Os algoritmos desenvolvidos
serão comparados com estado da arte para se obter os resultados
pretendidos. Posteriormente, serão feitos experimentos com hardware in
the loop, que levará também em consideração a execução em tempo
real dos algoritmos desenvolvidos.
● Realizar testes de ADAS em simulador de direção, com diferentes tipo
de públicos, em diferentes situações.
● Realizar testes de ADAS, navegação semi-autônoma e autônoma em
plataforma experimental devidamente desenvolvida para esse propósito.
8.5.3 Cronograma
Na Tabela 5 apresenta-se o cronograma previsto para a execução do programa
proposto.
Tabela 5:
Ano 1 Ano2 Ano 3 Ano 4 Ano 5
Quadrimestres 1º
2 º
3 º
4 º
5 º
6 º
7 º
8 º
9 º
10 º
11 º
12 º
13 º
14 º
15 º
Estudo básico do estado da arte nos algoritmos e sistemas computacionais propostos
sX
XX
XX
XX
X
Planejamento do desenvolvimento dos algoritmos e sistemas computacionais
X
XX
XX
XX
XX
XX
XX
XX
XX
XX
XX
XX
X
Planejamento das aquisições necessárias para o desenvolvimento dos sistemas
XX
XX
XX
X
Coleta de dados para testes dos algoritmos
XX
XX
XX
XX
XX
X X X
X X
Desenvolvimento dos algoritmos e sistemas computacionais
XX
XX
XX
XX
XX
XX
XX
XX
XX
XX
XX
XX
XX
Realização de testes e comparação de algoritmos e sistemas com benchmarks
X XX
XX
XX
XX
XX
XX
XX
XX
XX
XX
Realização de testes com simuladores de direção
X X XX
XX
XX
XX
XX
XX
XX
XX
XX
XX
Realização de testes com plataforma experimental
X X X X XX
XX
XX
XX
XX
XX
9. Resultados Esperados
9.1 Resultados Esperados para o Desenvolvimento de Métodos
Computacionais para Sistemas Autônomos, Semi-Autônomos e ADAS
No final de 24 meses programa espera-se obter um protótipo do veículo
plataforma funcionando e validado conforme as especificações estabelecidas e
preparados para serem utilizados no desenvolvimento de funções de segurança
ativa.
● Após dois anos já ter contribuído significativamente para o projeto de
componentes para a cadeia produtiva e o desenvolvimento de Hardware
in the Loop de sistemas automotivos.
● Após dois anos já ter contribuído significativamente para o Simulador
Nacional.
● Domínio teórico experimental dos protótipos desenvolvidos.
9.2 Resultados esperados para avaliação da infraestrutura viária brasileira
para uso das tecnologias de comunicação (V2V e V-via) e automação
veicular na prevenção e mitigação de acidentes:
● Ao final de 18 meses de programa espera-se ter o Simulador Nacional
testado.
● Ao final de 18 meses espera-se que a(s) montadora (a) consiga instalar
a licença de uso de software para ajuste do modelo dinâmico do veículo.
● Ao final de 24 meses espera-se ter realizado as coletas naturalísticas na
cidade de 3 instituições, para validar o simulador.
Ao final de 24 meses espera-se ter realizado as coletas de velocidade
operacional nas rodovias utilizadas pelas 3 instituições, etapa de
validação do simulador.
● Ao final de 32 meses espera-se iniciar as coletas de dados no Simulador
Nacional.
● Ao final de 36 meses espera-se iniciar as coletas de dados de condução
autônoma e semi autônoma no Simulador Nacional;
● Após 36 meses teremos caracterizado a frenagem de diversas
condições de pavimento por meio de simulador HVS (Heavy Vehicle
Simulator).
● Ao final de 48 meses espera-se realizar coletas de dados no trecho da
rodovia-teste, equipada com 4 sensores bluetooth de comunicação com
veículos (short-range communications (DSRC) devices to transmit
information on road conditions, traffic and closures).
● Ao final de 52 meses espera-se iniciar as análises de dados dos
sensores embarcados no veículo e na rodovia, no simulador e prover
conclusão sobre: - eficiência do modelo dinâmico do veículo para
proteção ao pedestre, prevenção de capotamento, colisão na rodovia e
eficiência energética; - eficiência dos modelos de condução autônoma e
semi autônoma e o comportamento do condutor; - benefícios dos
sensores de comunicação veículo-veículo e veículo-rodovia sobre a
segurança viária.
● No final do programa espera-se obter um protótipo de dispositivo para
reconhecimento automático das condições de diferentes superfícies de
pavimento e a indicação de redução da velocidade para segurança
veicular nas estradas brasileiras e competitivo para sua aplicação em
veículos.
● Domínio teórico experimental da frenagem desenvolvida em veículo e
em simulador HVS (Heavy Vehicle Simulator).
● Relatório sobre eficiência e benefícios dos sensores analisados;
● Manual com diretrizes básicas para capacitar as rodovias existentes com
sistemas de comunicação para melhor a eficiência e segurança do
conjunto veículo-via-condutor-usuário vulnerável.
● Um Simulador Nacional validado com dados coletados em diversas
regiões do país (por meio das universidades parceiras) e que pode
trabalhar para prover políticas públicas e soluções para melhoria da
segurança veicular e viária;
● Aproximar, em definitivo, órgãos públicos gestores dos sistemas viários,
montadoras e as universidades, como ocorre em países como Estados
Unidos, Canadá, França, Holanda, Austrália, China, etc.
9.3 Resultados esperados para desenvolvimento de funções de segurança
ativa
● Obter ao final dos 03 anos resultados experimentais da implementação
das funções de segurança do grupo 1 funcionando no veículo plataforma
de acordo com as especificações de projeto.
● Obter no final do 4º ano resultados finais da validação da implementação
das funções de segurança do grupo 1, funcionando no veículo
plataforma de acordo com as especificações de projeto.
● Obter ao final dos 03 anos resultados experimentais da implementação
das funções de segurança do grupo 3 funcionando no veículo plataforma
de acordo com as especificações de projeto.
● Obter no final do 4º ano resultados finais da validação da implementação
das funções de segurança do grupo 3, funcionando no veículo
plataforma de acordo com as especificações de projeto.
● Obter ao final do 4º anos resultados experimentais da implementação
das funções de segurança do grupo 1 funcionando no veículo plataforma
de acordo com as especificações de projeto.
● Obter no final do 5º ano resultados finais da validação da implementação
das funções de segurança do grupo 1, funcionando no veículo
plataforma de acordo com as especificações de projeto.
9.4 Resultados esperados para o desenvolvimento do sistema de telemetria
e comunicação V2V
● No final do programa obter uma ECU veicular que seja capaz de realizar
telemetria e comunicação V2V entre veículos de forma inteligente em
carro real.
● Ao final do segundo ano, ter um ambiente experimental simulado capaz
de realizar simulações de tráfego e de rede veicular com integração de
algoritmos de otimização.
9.5 Resultados esperados para o Desenvolvimento de Métodos
Computacionais para Sistemas Autônomos, Semi-Autônomos e ADAS
● Após 18 meses de trabalho espera-se ter resultados de testes dos
algoritmos de percepção em bases de dados (benchmarks)
● Após 24 meses, espera-se obter resultados dos algoritmos de percepção
em bases de dados (benchmarks) com hardware in the loop.
● Após 36 meses pretende-se obter resultados dos sistemas ADAS com
simuladores de direção
● Após 48 meses pretende-se obter resultados dos sistemas autônomos
e semi-autônomos com simuladores de direção
● Após 48 meses pretende-se obter resultados dos sistemas ADAS e
sistemas semi-autônomos com plataformas experimentais
● Após 60 meses pretende-se obter resultados dos sistemas autônomos
com plataformas experimentais
10. Metas e indicadores de acompanhamento
10.1 Metas e indicadores de acompanhamento para desenvolvimento das
funções de segurança ativa
10.1.1 Metas:
● Plataformas experimentais e HiLs da transmissão e freio eletrônico
concluídas em 12 meses.
● ECU do motor, sistema de gerenciamento da transmissão, freio
eletrônico e direção eletrônica funcionando em 16 meses
● Versão validada do veículo plataforma em 02 anos.
10.1.2 Indicadores de Acompanhamento:
● Relatório Técnico determinando os requisitos para a primeira versão e
definição de componentes para aquisição. (4º mês),
● Relatório Técnico sobre a implementação das plataformas experimentais
e HiLs (12º mês),
● Relatório Técnico sobre o andamento do desenvolvimento da ECU do
motor, dos sistemas de gerenciamento da transmissão, freio eletrônico
e direção eletrônica funcionando. (18º mês),
● Relatório Técnico final da primeira versão do veículo plataforma de
Veículos Plataformas para Desenvolvimento de Funções Ativas de
Segurança. (24º mês),
● Relatório Técnico anual sobre a organização dos modelos obtidos e
inclusão no Simulador Nacional.
● Relatório Técnico da evolução contínua do veículo plataforma. (finais
dos 3° e 4º anos).
● Relatório Técnico determinando os requisitos para a versão final e
competitiva (48º mês).
10.2 Metas e indicadores de acompanhamento para Avaliação da
infraestrutura viária brasileira para uso das tecnologias de comunicação
(V2V e V-via) e automação veicular na prevenção e mitigação de acidentes
10.2.1 Metas:
● Simulador Nacional com plataforma móvel equipado com eye track
system;
● Validação do Simulador Nacional - desenvolvimento da coleta de dados
naturalísticos ;
● Implantação e integração dos 4 sensores bluetooth para Adaptive Signal
Control Data for Real-Time Safety Analysis on highways, para testes das
tecnologias Connected and Automated Vehicle (CAV) em trecho de
rodovia;
● Avaliação da eficácia de ajustes no modelo dinâmico do veículo (leve
e/ou pesado) à luz da prevenção ao capotamento, segurança do
pedestre;
● Relatório sobre eficiência e benefícios dos sensores analisados no
veículo e via;
● Avaliação da eficiência energética dos modelos dinâmicos dos veículos
em situações críticas - frenagem em curvas e frenagem bruscas -
proteção ao pedestre;
● Relatório sobre a eficácia do uso de dispositivo de frenagem através da
avaliação em simulador HVS (Heavy Vehicle Simulator) e em veículo
tipo, considerando a infraestrutura rodoviária brasileira;
● Manual com diretrizes básicas para capacitar as rodovias existentes com
sistemas de comunicação para melhor a eficiência e segurança do
conjunto veículo-via-condutor-usuário vulnerável.
10.2.2 Indicadores de Acompanhamento:
● Relatório Técnico determinando os requisitos para a definição de
componentes para aquisição.
● Relatório Técnico sobre a integração hardware - software do Simulador
Nacional.
● Relatório Técnico sobre testes de funcionamento do Simulador Nacional.
● Relatório Técnico sobre testes das licenças de softwares entregues nas
montadoras para estudo do modelo dinâmico do veículo.
● Relatório Técnico sobre os cenários virtuais de rodovia e ambiente
urbano.
● Relatório Técnico sobre o planejamento de experimento.
● Relatório Técnico - etapa 1 de validação do Simulador Nacional -
definição das universidades que irão participar das coletas naturalísticas.
● Relatório Técnico - etapa 2 de validação do Simulador Nacional - entrega
dos veículos instrumentados nas universidades parceiras.
● Relatório Técnico - etapa 3 de validação do Simulador Nacional - dados
de velocidade operacional (VO) coletados em algumas rodovias pelas
universidades parceiras.
● Relatório Técnico de implantação de 4 sensor bluetooth and Adaptive
Signal Control Data for Real-Time Safety Analysis on Urban para testes
das tecnologias Connected and Automated Vehicle (CAV) em uma
rodovia que será escolhida para testes.
● Relatório Técnico de desenvolvimento do software de condução
autônoma e integração com o software do Simulador Nacional.
● Relatório Técnico de implementação do software de condução autônoma
para testar as tecnologias Connected and Automated Vehicle (CAV) com
a rodovia que “ fala” (bluetooth and Adaptive Signal Control Data for
Real-Time Safety Analysis on Urban) no simulador direção.
● Relatório Técnico sobre e eficiência do modelo dinâmico do veículo -
aspectos relativos à: capotamento; proteção do pedestre e eficiência
energética.
● Relatório Técnico sobre os resultados analisados à luz da interface:
infraestrutura, pavimento, eficiência energética do modelo virtual do
veículo e testes em pista experimental; conectividade e automação;
eficiência dos ajustes no modelo dinâmico à capotamento e proteção do
pedestre.
● Relatório Técnico sobre os benefícios do programa ROTA 2030 para a
mitigação da acidentalidade viária no país e avanço tecnológico da
indústria automobilística em sua interface com a gestão do sistema viário
de rodovias e grandes centros urbanos.
10.3 Metas e indicadores de acompanhamento para Implementação de
Veículos Plataformas para Desenvolvimento de Funções Ativas de
Segurança
10.3.1 Metas:
● Modelos para os grupos de funções de segurança ativa 1 e 3 visando o
projeto dos controladores, obtidos em 12 meses.
● Projeto dos controladores para os grupos de funções 1 e 3 concluídos
em 20 meses
● Implementação do software de controle das funções de segurança dos
grupos 1 e 3 na plataforma eletrônica e validação no Hardware in the
Loop em 28 meses.
● Aplicação no veículo plataforma e validação das funções de segurança
dos grupos 1 e 3 em 03 anos.
● Validação final das funções de segurança dos grupos 1 e 3 em 04 anos.
● Modelos para o grupo 2 de funções de segurança ativa visando o projeto
dos controladores, obtidos ao final do 3º ano.
● Projeto dos controladores para o grupo 2 de funções concluído ao final
do 44º mês.
● Implementação do software de controle das funções de segurança do
grupo 2 na plataforma eletrônica e validação no Hardware in the Loop ao
final do 4º ano.
● Aplicação no veículo plataforma e validação das funções de segurança
do grupo 2 ao final do 52º mês.
● Validação final das funções de segurança do grupo 2 ao final do 5º ano.
10.3.2 Indicadores de Acompanhamento:
● Relatório Técnico determinando os requisitos para as funções de
segurança ativa dos grupos 1 e 3. ( 8º mês). mês),
● Relatório Técnico para os modelos obtidos para as funções de
segurança ativa dos grupos 1 e 3. (12º mês).
● Relatório Técnico para os projetos dos controladores obtidos para as
funções de segurança ativa dos grupos 1 e 3. (20º mês).
● Relatório Técnico para o software implementado na plataforma
eletrônica e validação no Hardware in the Loop obtida para as funções
de segurança ativa dos grupos 1 e 3. (28º mês).
● Relatório Técnico da aplicação no veículo plataforma e validação das
funções de segurança dos grupos 1 e 3 (3º ano)
● Relatório Técnico da validação final no veículo plataforma das funções
de segurança dos grupos 1 e 3. ( 4 º ano)
● Relatório Técnico para os modelos obtidos para as funções de
segurança ativa do grupo 2. (3º ano).
● Relatório Técnico para os projetos dos controladores obtidos para as
funções de segurança ativa do grupo 2. (44º mês).
● Relatório Técnico para o software implementado na plataforma
eletrônica e validação no Hardware in the Loop obtida para as funções
de segurança ativa do grupo 2. ( 4º ano).
● Relatório Técnico da aplicação no veículo plataforma e validação das
funções de segurança do grupo 2. ( 52º mês)
● Relatório Técnico da validação final das funções de segurança do grupo
2 no veículo plataforma ( 5º ano)
10.4 Metas e indicadores de acompanhamento para o desenvolvimento do
sistema de comunicação V2V
10.3.1 Metas:
● Primeira versão simulada funcionando em 1.5 anos,
● Primeira versão da ECU de comunicação V2V construída no final do 3º
ano,
● Segunda versão da ECU de comunicação V2V conectada ao carro real
e funcionado no final do 4º ano,
● Versão competitiva testada e funcionando no final do 5º ano.
10.3.2 Indicadores de Acompanhamento:
● Relatório Técnico determinando os requisitos para desenvolvimento da
ECU. (8º mês),
● Relatório Técnico sobre análise de mecanismos de otimização
simulados (18º mês),
● Relatório Técnico sobre o andamento do desenvolvimento da primeira
versão da ECU de telemetria e comunicação V2V(34ºmês),
Relatório Técnico sobre o andamento do desenvolvimento da segunda
versão da ECU de telemetria e comunicação V2V (48ºmês),
● Relatório Técnico final da versão competitiva da ECU de telemetria e
comunicação V2V(60º mês).
10.5 Metas e indicadores para o Desenvolvimento de Métodos
Computacionais para Sistemas Autônomos, Semi-Autônomos e ADAS
10.5.1 Metas
● Desenvolvimento de software para detecção de pedestres, veículos e
outros obstáculos para uso em ADAS, sistemas autônomos e sistemas
semi-autônomos
● Desenvolvimento de software para detecção de sinalização horizontal e
vertical para uso em ADAS, sistemas autônomos e sistemas semi-
autônomos
● Desenvolvimento de software para fusão de dados de diferentes
sensores e tomada de decisão
● Desenvolvimento de software para controle lateral e longitudinal do
veículo em sistemas autônomos e semi-autônomos
● Adaptação dos sistemas de software desenvolvidos para operação em
ambientes de mineração e agricultura
● Integração do software desenvolvido com sistemas computacionais
embarcados
10.5.2 Indicadores de acompanhamento
Relatórios técnicos elaborados a cada 12 meses com os resultados obtidos
até aquele momento.
11. Diretrizes orçamentárias para o programa
● O Conselho Gestor ao formular a Chamada Pública para projetos deve
conceber um formato que ao mesmo tempo crie uma competição sadia,
garanta a execução conjunta conforme apresentado no programa. A
chamada deve focar nas linhas de atuação propostas para que não haja
dispersão dos objetivos e da metodologia, o que aumentaria o risco de
insucesso do programa,
● Os projetos deverão destinar pelo menos 25% do total de recursos total
dos mesmos em bolsas de iniciação científica, mestrado, doutorado e
pós-doutorado, com valores maiores que os praticados pelos programas
convencionais, estabelecidos como padrão no âmbito de todo o
Programa Rota 2030,
● Os dispêndios com investimentos em equipamentos, nos projetos
relativos às plataformas, não deverão ultrapassar 20%. do total de
recursos do projeto Não inclui compra de componentes e ferramentas
computacionais para projeto. Casos excepcionais serão decididos pelo
Conselho Gestor,
● Os dispêndios com reformas e adequações de prédios, não deverão
ultrapassar 5% do total de recursos do projeto, nos três primeiros anos.
12. Estimativa Orçamentária
ORÇAMENTO ESTIMADO do EIXO 3
12. Entidades que participaram na formulação deste programa.
● Escola Politécnica da Universidade de São Paulo,
● Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo,
● Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação da Universidade de
São Paulo
● Universidade Federal de Pernambuco
● Fatec Santo André - Centro Paula Souza
ITEM (R$) Valor acumulado (R$)
1 Bolsas de mestrado 50x R$2.500x 12mesesx 2,5 anos 3.750.000
2 Bolsas de doutorado 15x R$3.500x 12mesesx 4 anos 2.520.000
3 Bolsa de Pós-Doc 12x R$6.000x 12mesesx 2 anos 1.728.000
4 Bolsa Professores 25x R$2.500x 12mesesx 5anos 3.700.000
5 Técnicos de apoio 5x R$ 6.000x 12mesesx 5anos 1.800.000 13.498.000
1 Veículos leves 5x R$ 40.000 200.000
2 Veículo pesados 2x R$ 250.000 500.000
7Computadores para análise
gráfica10x R$ 20.000 200.000
10 Computadores 20x R$ 5.000 100.000
11 Componentes Elétricos 5x R$ 30.000 (diversos) 150.000
12 Componentes Eletrônicos 5x R$ 25.000 (diversos) 150.000
13 Montagens mecânicas 5x R$ 1500,000 750.000
14 Pequenas obras 5x R$ 100.000 500.000
15 Outros serviços de terceiros 5x R$ 100.000 100.000
16 Diárias 5x R$ 50.000 250.000 16.898.000
17 Taxa de administração 1.887.000
TOTAL 18.775.000
3 Componentes Automotivos 5x R$ 100.000 500.000
Recursos humanos
Construção de protótipos e
Descrição