Desenvolvimento de Simuladores de Movimento em Escala para Análise e Visualização da Dinâmica de Veículos. Sistemas de Instrumentação e Controle.

Transcrição

1 Desenvolvimento de Simuladores de Movimento em Escala para Análise e Visualização da Dinâmica de Veículos. Sistemas de Instrumentação e Controle. Aluna: Bruna Bergmann Orientador : Mauro Speranza 1

2 Sumário 1. Introdução: Objetivo: Metodologia : Cenário e Mapa : Carro e trajetória : Movimento e Aceleração : Resultados alcançados : Considerações finais : Bibliografia :

3 1. Introdução: A Engenharia de Controle e Automação tem despertado o interesse de muitos alunos, sendo que uma das suas aplicações mais interessantes possui uma grande interseção com a Engenharia Mecânica e é relacionada aos veículos em geral. Para motivar ainda mais e atrair novos alunos para essa habilitação estão sendo desenvolvidos para o Laboratório de Controle e Automação equipamentos para testes, avaliação e experimentação comuns em veículos reais, porém em escala reduzida empregando assim os mesmos conceitos básicos e dispositivos em tamanho real. Atualmente antes de muitos experimentos, são realizadas simulações para uma observação antes, sem gastos, sem perdas e dando uma maior certeza de qual será o resultado. Os simuladores de carro, aviões, entre outros, são de extrema importância pois não coloca a vida de nenhuma pessoa em risco, podendo verificar os resultados sem danos ao ser humano. O simulador de carros nos ajuda a verificar trajetórias, percursos, maior economia e menos danos e consegue nos aproximar bastante da realidade através da física do movimento e da tecnologia atual. 3

4 2. Objetivo: O objetivo deste trabalho é desenvolver os sistemas de instrumentação e controle, os simuladores, para os equipamentos a serem empregados em testes e demonstrações no Laboratório de Controle e Automação. O simulador consta de um programa, que esta sendo implementado para simular todas as possíveis trajetórias de um carro em um percurso, para que se possa avaliar e comparar todas elas. O programa em si tem a intenção de criar sistemas básicos que possam ser utilizados em diferentes simuladores, com as adaptações específicas necessárias, mas mantendo as principais características e componentes de emprego geral. O programa tem como objetivo simular as situações reais, tais como a velocidade, a aceleração e todo o movimento do carro para que seja realisada uma análise de melhor trajetoria, melhor tempo e menos gastos. O simulador tem como objetivo uma futura comparação de movimentos em um mapa para a verificação do melhor resultado. O programa para se aproximar da realidade tem como objetivo ter carros e mapas próximos da realidade. Para um programa mais fiel é necessario que o movimento seja também fiel, e assim o programa poderá ser denominado simulador. O objetivo do simulador é a sua similaridade com o real para que assim ele possa ser atrelado a outros projetos e a sua utilização seja para auxiliar uma trajetória e assim antes de ser realizada seja possível a verificação de acidentes, danos e gastos. 4

5 3. Metodologia : Na primeira fase deste trabalho, houve o estudo do programa Playlib e Labview, ambos utilizados para a implementação do simulador. Para o estudo da linguagem foi necessário o download e a leitura das suas bibliotecas. O PlayLib, por ser em linguagem C, facilitou a sua utilização, porém por existirem muitas funções necessárias para a implementação do simulador, foi necessário um tempo maior para estudo e testes com essa linguagem. Após o aprendizado do PlayLib, foi necessário o ínicio da criação do programa inicial: 3.1 Cenário e Mapa : A utilização de um mapa, ainda inicial, somente para um teste, que fosse de fácil locomoção do carro, possibilitou a criação inicial do programa. O mapa inicial foi criado com o cenário quadriculado para facilitar posteriormente a comparação das trajetórias. As marcas vermelha e verde foram feitas para facilitar o cálculo do tamanho do percuro e do fim e início das curvas. Figura 1 5

6 3.2 Carro e trajetória : Para o carro, em um projeto inicial foi criado com uma "bola" para simplificar e servir somente como um objeto se locomovendo. Ao se movimentar o programa deixaria marcada a sua trajetória facilitando o estudo posterior do seu movimento (Figura 2). Existe a possibilidade de realizar muitas trajetórias simultaneamentes para poder realizar uma comparação entre eles e assim verificar qual seria a melhor entre elas (Figura 3) Para que se possa escolher o melhor trajeto foi necessário a utilização de um vetor, para que assim possa ser possível a escolha de qualquer trajetoria. Inicialmente, para facilitar o programa, foi utilizado somente botões que pudessem tentar cobrir toda a angulação do movimento. Posteriormente o ângulo poderá ser escolhido e assim o programa se aproximará ainda mais da realidade (Figura 4). Figura 2 6

7 Figura 3 Figura Movimento e Aceleração : O movimento do carro se faz através da utilização de um vetor, onde se escolherá a angulação e o tamanho do vetor. Esse vetor inicialmente seria escolhido sem nenhuma fisica atraleda. Porém, como em um carro, é preciso a utilização da acelaração, da velocidade e também do ângulo do movimento. Para a criação do movimento foi utilizado um simples vetor para que o mesmo mostre aonde estará o carro em seguida. Para isso, com as setas do computador é possivel aumentar e diminuir o tamanho desse vetor e com as letras (q,w,e,a,s,d,z,x,c) que estão distribuidas no teclado de forma similar à apresentada no programa. 7

8 Figura 3 4. Resultados alcançados : A criação do programa inicial consegue dar uma ideia de como funcionará o simulador. Ainda muito básico porem com as funções principais já criadas. Tendo um limite onde o carro nao pode ultrapassar consegue dar uma ideia de até onde o carro pode ir e qual o limite para se realizar as curvas. Com a movimentação através do vetor, mesmo que ainda seja somente o vetor posição, é possível realizar uma comparação entre trajetorias e o tempo de realização. Sendo um vetor onde se pode escolher o ângulo, a trajetória fica ainda mais parecida com a realidade e mais proxima do objetivo do simulador. A movimentação feita para ser controlada através do teclado simplifica o programa caso haja a necessidade de uma alteração para um controle, ou até mesmo para o mouse. O teclado é a forma mais fácil de controle e com isso facilita qualquer modificação e aperfeiçoamento do programa. A física do movimento ainda está muito básica e nao está muito proxima da realidade, não existe ainda a noção de velocidade e como a aceleração alteraria o vetor de posição. Mas podendo quantificar exatamente o tamanho do vetor e o seu ângulo faz com que o movimento consiga atingir uma grande porção do mapa e assim possibilita uma comparação ainda que inicial das trajetórias. Um mapa ainda fixo foi criado para a utilização do seu limite e da sua simplicidade. Esse mapa seria o mais simples, onde possui quatro curvas e entre elas um espaço em linha reta. Com essa geometria, a comparação das trajetórias retilíneas e curvas fica mais evidente e facilita o estudo delas. 8

9 A criação do programa foi possível através do estudo inicial do PlayLib e a sua simplicidade se dá ao fato de ser um programa novo e com um estudo inicial e rápido não possibilitou a implementação de funções mais complicadas e assim mais próximas da realidade. Porém, como já existe um programa, aperfeiçoa-lo é mais fácil e leva menos tempo, podendo assim, esse programa chegar ao objetivo final. 5. Considerações finais : O aprendizado dos programas novos foram importantes para a realização do projeto, onde ocorreu um crescimento grande em relação ao simulador. A utilização do PlayLib foi necessária para a realização de movimentos complexos para deixar o simulador cada vez mais próximo da realidade e com ele a possibilidade de uma interface mais completa e de maior facilidade para que terceiros o utilizem. O programa criado ainda não se encaixa para um simulador, pois ainda está distante da realidade, mas ao modificar a física do movimento e o modo de controle o simulador estaria quase completo. Para uma melhor utilização do simulador, seria necessário o aumento do número dos mapas, para que assim possa ser analisado não só um percurso básico, como também um maior número de trajetórias. Existe a possibilidade de possibilitar que o usuário crie o seu próprio mapa com o número de curvas desejados e as suas amplitudes. Para isso é necessario que o simulador tenha uma interface inicial e com ela o usuário possa escolher todos os detalhes do simulador. O carro utilizado ainda está como uma "bola" pequena, precisando assim ser atualizada para um formato de um carro mais apropriado ajudando a aproximar o simulador com a realidade. Para isso, a escolha de um formato do carro também estaria presente na interface inicial. O programa inicial é o primeiro passo para a criação do simulador e assim é possível ter uma ideia de como ficará o resultado final. Como o programa inicial foi criado com a utilização de mapas e comandos vindos da internet, há a necessidade de mudar e crias mapas e de uma interface nova e não uma reutilizada. A utilização desses artifícios se deu pelo fato desse programa ter sido criado para dar uma ideia de como iria ser continuado o projeto. 9

10 6. Bibliografia : 1- PlayLib Educational Game Programming Library CREATED BY Edirlei Soares de Lima elima@inf.puc-rio.br disponível em : < Imagens e mapas: < =lnms&tbm=isch&sa=x&ved=0cayq_auoawovchmi753w6eofxwivriwech1gsqeg 10