CARROS DO FUTURO (novos sistemas mecatrônicos embarcados)

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1 CARROS DO FUTURO (novos sistemas mecatrônicos embarcados) Henrique Reis Munhoz João Henrique Gonçalves Luiz Gustavo Cançado Nelson Ferraz Neto Curso de Engenharia Mecatrônica Professor: Renato de Souza Dâmaso Divinópolis Outubro de 2012 I

2 CARROS DO FUTURO (novos sistemas mecatrônicos embarcados) Trabalho apresentado à disciplina de Contexto Social e Profissional da Engenharia Mecatrônica, do curso de Engenharia Mecatrônica do Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais. Divinópolis Outubro de 2012 II

3 SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS INTRODUÇÃO SOFTWARE PARA CARROS TECNOLOGIAS DE SEGURANÇA TECNOLOGIA DE AIRBAGS FRENAGEM INTELIGENTE PÁRA-BRISA QUE 'AMPLIA' VISÃO CARRO QUE PREVÊ FERIMENTO V2V - VEHICLE-TO-VEHICLE: FUNCIONAMENTO FREIOS MECATRÔNICOS: SISTEMA MECATRÔNICO DE AJUSTE VANTAGENS DISCO DE FREIO MICRO-AJUSTÁVEL OS BENEFÍCIOS PARA OS CONSUMIDORES PILOTO AUTOMÁTICO ADAPTATIVO COMPONENTES FUNCIONAMENTO ESTRATÉGIAS DE FUNCIONAMENTO ASSISTENTE DE ESTACIONAMENTO COMPONENTES DO SISTEMA CONTROLE DA DISTÂNCIA DE ESTACIONAMENTO DIREÇÃO ASSISTIDA ELETROMECÂNICA MANOBRA DE ESTACIONAMENTO SINALIZADOR ACÚSTICO TRASEIRO H15 E DIANTEIRO H SISTEMA DE FREIO ABS TEMPO DE FRENAGEM O ABS OUTROS SENSORES VISÃO NOTURNA COM RECONHECIMENTO DE PEDESTRES AVISO DE ALTERAÇÃO DA FAIXA DE RODAGEM SISTEMA DE CÂMERAS CURIOSIDADES - STANLEY III

4 10.1 O VEÍCULO FUNCIONAMENTO Visão Navegação Pilotagem CONCLUSÃO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS IV

5 LISTA DE FIGURAS CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS Figura 1 - Microprocessadores espalhados na carroceria... 4 Figura 2 - Frenagem inteligente: sistema de sensores permite que o carro consiga frear automaticamente. [Imagem: BBC]... 5 Figura 3 - Câmeras infravermelhas filmam o motorista para monitorar a posição de sua cabeça e a direção de seu olhar na estrada. [Imagem: BBC]... 6 Figura 4 - Microchip (esquerda) e sistema de rastreamento (direita)... 7 Figura 5 - Funcionamento do sistema V2V... 8 Figura 6 Terceira Geração de Freio Mecatrônico... 9 Figura 7 Manobra de Estacionamento...16 Figura 8 Distância de segurança de estacionamento...17 Figura 9 Distância de frenagem...18 Figura 10 O ABS...19 Figura 11 Veiculo Autônomo - Stanley

6 1. INTRODUÇÃO As tecnologias atuais vêm moldando os carros inteligentes do futuro, de modo que, graças ao acúmulo de circuitos, sensores e microprocessadores, a barreira rumo ao controle próprio começa a ser quebrada. A estrada pra o uso de tecnologias dentro de um veículo passa não pelo acúmulo, mas pela harmonização de todos os sensores oferecidos. E, neste contexto, os computadores de bordo têm o papel de maestros do carro digital. Já presente em veículos de montadoras como Audi, Mercedes-Benz, Volkswagen, Ford, Toyota, Fiat e Citröen, computadores são responsáveis por bem mais do que simplesmente reproduzir graficamente as direções indicadas pelo sistema de localização - Global Positioning System (GPS)[11]. Automóveis recheados de telas de cristal líquido, sistemas de comando de voz, navegação e acesso ao celular por meio de bluetooth já fazem parte da realidade da indústria automotiva há algum tempo. Agora, as montadoras têm ampliado a oferta de equipamentos de informação, entretenimento, segurança, conforto e desempenho em automóveis para todas as classes. Com o avanço das tecnologias no ambiente automotivo, sistemas eletrônicos, mecânicos e computacionais se integram, tornando os veículos cada vez mais autônomos, conectados e inteligentes. Neste universo, a atuação do engenheiro mecatrônico torna-se fundamental para realizar a conciliação destas áreas. A evolução da tecnologia nos veículos já permite uma transformação no papel do motorista. Quando se trabalha com ergonomia, os controles são dispostos para exigir o mínimo de esforço do condutor na hora de acionar funções. Carro sem motorista é uma ideia praticável, e ainda que envolva muito dinheiro e investimentos tecnológicos, não está longe de futuramente ser algo em massa. 2

7 2. SOFTWARE PARA CARROS O sistema de um avião caça F-22 Raptor, produzido desde 1997 e usado atualmente pela força Aérea Americana, é composto por cerca de 1,7 milhões de linhas de código de software. O F-35 Join Strike, programado para tornar-se operacional em 2013, exigirá cerca de 5,7 milhões de linhas de código para operar seus sistemas de bordo. O Boeing 787 Dreamliner, operando desde o final do ano passado, requer cerca de 6,5 milhões de linhas de código de software para operar todo o seu sistema de suporte abordo [1]. Estes números podem parecer impressionantes, no entanto, "existem carros de luxo que contem provavelmente cerca de 100 milhões de linhas de linhas de códigos de software", diz Manfred Broy, professor de informática da Universidade de Técnica de Munique [1]. Todo o software é executado usando de 70 a 100 microprocessadores em rede espalhados em toda carroceria do veiculo. A quantidade atual de software nos carros é bastante surpreendente, dado que o primeiro microcomputador automotivo era um controlador de função única usado para temporização de ignição eletrônica de 1977 da General Motors. Em 1978, GM ofereceu como opção, um computador de bordo no Cadillac Sevilha. O computador era um microprocessador Motorola 6802 e que exibia no painel informações como a velocidade, combustível, viagem e informações sobre o motor [1]. No entanto, o chip serviu outra função: ela foi usada pela GM para testar quão bem um microprocessador pode controlar várias funções, como injeção de porta de combustível, sincronismo de ignição eletrônica e controle de cruzeiro. Mesmo os carros mais comuns do mercado já possuem em torno de 30 a 50 microprocessadores incorporados na carroceria, portas, painel, teto solar, porta-malas, bancos e qualquer outro lugar que os designers do modelo criarem [Figura 1]. Isso significa que os automóveis mais novos estão executando dezenas de milhões de linhas de código de software: controlam tudo, desde seus freios até o volume do seu rádio. 3

8 Figura 1 - Microprocessadores espalhados na carroceria Automóveis não são mais uma bateria, um distribuidor ou alternador e um carburador; eles são extremamente modernos em sua complexidade. As metas para poupar energia, reduzir emissões e melhorar a segurança têm impulsionado a especialização e a adoção de produtos eletrônicos em particular. Estima se que mais de 80% das inovações de carro são provenientes de sistemas de computador e que o software se tornou o principal fator contribuinte do valor (como preço de etiqueta) nos carros. O custo do sistema eletrônico já havia saltado de 5% do valor do veículo no final da década de 1970, para 15% em 2005 (excluindo custos de montagem final). Para os híbridos, onde a quantidade de software necessária para apenas o controle do motor é quase duas vezes maior do que o de um modelo com motor movido a combustível tradicional (o custo nos modelos híbridos pode chegar a 45%) [1]. Em 10 anos, alguns especialistas preveem que as percentagens relativas ao custo do sistema devem aumentar para 50% do valor dos veículos convencionais e 80% nos híbridos. Tal complexidade traz consigo problemas de confiabilidade. IBM (International Business Machines) afirma que cerca de 50% dos custos de garantia de automóveis são agora relacionados à eletrônica e seu software incorporado, custando às montadoras americanas cerca de US$350 e às montadoras europeias 250 por veículo (dados de 2005). 4

9 3. TECNOLOGIAS DE SEGURANÇA A segurança é um dos principais focos do desenvolvimento tecnológico automotivo, buscando evitar e amenizar acidentes. A seguir são descritos alguns sistemas desenvolvidos para tais fins. 3.1 TECNOLOGIA DE AIRBAGS Num futuro próximo, os sistemas de controle de airbags, por exemplo, irão utilizar mais do que apenas informações de impacto. Por exemplo, a BMW anunciou em 2009 que muitos modelos seriam equipados com seu sistema auxiliar, que apresenta um cálculo de risco de prejuízo grave com base nas informações coletadas do controlador de airbags do veículo e seus outros microprocessadores, onde irão gerar respostas instantâneas ao acidente, e a probabilidade de passageiros ficarem gravemente feridos. 3.2 FRENAGEM INTELIGENTE Na pista de testes da empresa Volvo, na Suécia, o cientista Erik Coelingh testa uma tecnologia de frenagem automática para garantir que os carros parem quando detectam a aproximação de outro veículo pela frente ou pelos lados. "O carro tem um sistema de sensores que tenta detectar onde estão os objetos ao redor dele. Há um GPS e um sensor no teto que permite medir a localização de outros veículos", explica [Figura 2]. Figura 2 - Frenagem inteligente: sistema de sensores permite que o carro consiga frear automaticamente. [Imagem: BBC] 5

10 3.3 PÁRA-BRISA QUE 'AMPLIA' VISÃO Cientistas do laboratório de pesquisa da General Motors em Detroit, nos Estados Unidos [1] investigam maneiras de fazer com que o carro compense falhas na visão do motorista. Eles estão desenvolvendo um protótipo de para-brisa que pode dar aos condutores dos carros uma espécie de visão aumentada de determinados pontos da estrada [Figura 3]. A tecnologia se chama Sistema de Visão Avançada (Advanced Vision System). "Nosso objetivo não é mudar a percepção que a pessoa tem do mundo, mas ressaltar pontos importantes", diz o coordenador do projeto, Thomas Seder. Em momentos de dificuldade, o carro pode realçar determinadas partes do trajeto ou pontos de referência para ajudar o condutor [1]. Figura 3 - Câmeras infravermelhas filmam o motorista para monitorar a posição de sua cabeça e a direção de seu olhar na estrada. [Imagem: BBC] 3.4 CARRO QUE PREVÊ FERIMENTO O programa "Algoritmo de Urgência" (Urgency Algorithm, no original em inglês) ajuda o carro a alertar os centros de emergência de incidentes que coloquem os passageiros de qualquer veículo em perigo. O projeto aproveita uma tecnologia de localização já disponível em milhares de veículos na América do Norte, que permite que o carro envie uma mensagem com sua localização a um destinatário escolhido. O programa reúne todos os dados que o carro fornece, como mudanças de velocidade, a velocidade com que o carro freou e qual foi o ângulo do primeiro impacto, e determina se a batida pode causar ferimentos mais sérios. 6

11 4. V2V - VEHICLE-TO-VEHICLE: V2V significa Vehile-to-Vehicle communication, comunicação veículo a veículo, é parte do Programa Inteligente de Sistemas de Transporte da National Highway Traffic Safety Administration, que se propõe desenvolver e avaliar sistemas automáticos permanentes de comunicação entre os veículos numa via qualquer. As montadoras que se aliaram ao consórcio Crash Avoidance Metric Partners, associados métricos para evitar colisões (GM, Ford, DaimlerChrysler, Toyota e Honda) ficam com 20% do custo total do projeto e o governo federal americano com o resto [2]. O V2V é um sistema de ajuda ao motorista que evita que ele seja surpreendido pelo aparecimento ou manobra inesperada de um outro veículo a seu redor. O sistema transmite a localização de seu carro e monitora a posição de centenas de outros igualmente equipados, dentro de um raio de 300 metros, três vezes mais longe do que um radar tradicional, 10 vezes por segundo. 4.1 FUNCIONAMENTO O sistema da V2V da GM usa um transceptor em um espectro de frequência, uma antena específica e um microchip que controla o sistema todo [Figura 4]. Para maior condição de controle do veículo, o V2V está acoplado a um sistema de controle eletrônico de estabilidade e um sistema de navegação, comunicação e rastreamento [2]. Figura 4 - Microchip (esquerda) e sistema de rastreamento (direita) 7

12 O V2V enxerga ao redor de curvas e de veículos maiores (caminhões, ônibus) que estejam ao seu redor, comunicando posição, velocidade e direção deles [Figura 4]. Quando você está chegando perto de outro veículo à sua frente, mas as condições atmosféricas e de iluminação não permite que você o veja a tempo, o sistema lhe avisa do problema. Se você estiver distraído, cansado ou talvez equipado demais com alguma outra coisa (celular, acompanhante etc), o sistema passa a vibrar forte seu banco e, se assim mesmo você não reagir, entra sozinho nos freios e evita a colisão. O V2V faz isso tranquilamente, conectando o seu veículo aos satélites do GPS. Se por qualquer razão ele perder a conexão, o sistema determina a posição dos mais próximos por dedução [2]. Veja os detalhes de funcionamento na Figura 5. Figura 5 - Funcionamento do sistema V2V 8

13 5. FREIOS MECATRÔNICOS: O sistema foi desenvolvido pela Knorr-Bremse e ainda não está disponível para o mercado. O projeto visa trazer mais benefícios para os consumidores, incluindo economia de combustível, menor desgaste de pneus e, é claro, controle do desgaste das pastilhas. Seu desenho é moderno e otimiza a redução de espaço e peso. Na terceira geração, o sistema de freios é pneumático, baseado em uma pinça fixa com operação de um único lado e transmissão mecânica interna. Essa pinça é equipada com sistema independente de ajuste nos dois lados do disco. Ele tem um movimento específico para compensar o desgaste [4]. Figura 6 Terceira Geração de Freio Mecatrônico 5.1 SISTEMA MECATRÔNICO DE AJUSTE O novo sistema mecatrônico de ajuste de desgaste é controlado por motores elétricos e instalado no alojamento do freio, nos dois lados do disco. Eles são comandados por um sistema eletrônico, também integrado no alojamento do freio, que se comunica com o controlador do sistema de freio e com a unidade eletrônica de comando do veículo (módulo de controle/centralina) [4]. O módulo de controle também transmite dados sobre as condições do veículo necessárias para o ajuste de desgaste dos freios e para ativar o serviço, além de diagnosticar funções. Por outro lado, o freio envia informações sobre o desgaste das pastilhas de fricção e mensagem de falhas no sistema. 9

14 5.2 VANTAGENS Entre as vantagens estão o ajuste da folga do freio controlado pelo motorista, independente da frenagem e o ajuste de folga determinado em um valor inferior, pois o sistema de ajuste compensa a expansão de temperatura das pastilhas de freio e do disco automaticamente. As funções adicionais são: folga determinada automaticamente para zero quando a pastilha de freio é substituída; melhor desempenho em condições de chuva, operações fora da estrada ou em construções; o ajuste das pastilhas para pressionar levemente o disco, a fim de manter a superfície de contato limpa, assim como uma performance de frenagem mais eficiente [4]. O controle de posição dos dois motores de ajuste também dá a indicação exata do desgaste das pastilhas. Quando os freios não estão funcionando, a folga é automaticamente elevada para certificar que não há contato com o disco. Isto aumenta a durabilidade das pastilhas e do disco, além de ajudar a reduzir o consumo de combustível. 5.3 DISCO DE FREIO MICRO-AJUSTÁVEL O disco de freio é instalado nas estrias do cubo, com elementos isolados termicamente [4]. Essa configuração permite o movimento axial necessário e a expansão radial restrita para evitar estresse térmico e deformações. O funcionamento do disco estriado da Knorr-Bremse inclui a pressão contra a parede do cubo por meio de elementos espirais pré-tensionados [4]. Como resultado, a conexão entre o disco de freio e o cubo de roda protege das vibrações e desgaste, enquanto uma posição axial fixa para ajuste e manutenção da folga é garantida pelo sistema. Quando o freio está operando, o disco é empurrado levemente fora de sua posição. 10

15 5.4 OS BENEFÍCIOS PARA OS CONSUMIDORES O sistema mecatrônico de ajuste de freios traz para os consumidores outros benefícios, como redução de peso e espaço, além de robustez, características da utilização da pinça fixa. A folga pode ser determinada com precisão e a abertura ativa das pastilhas de freio torna o sistema mais confiável. O sistema também melhora o funcionamento dos discos de freios e facilita a instalação, o que reduz a necessidade de manutenção e também os custos. Além disso, proporciona a redução de 150 Kg no peso total do veículo [4], garantindo mais segurança nas estradas e proteção do meio ambiente. 11

16 6. PILOTO AUTOMÁTICO ADAPTATIVO O sistema de piloto adaptativo permite que o veículo siga outro durante uma viagem acelerando e freando para manter uma trajetória uniforme. 6.1 COMPONENTES - Câmera: é fixada no espelho retrovisor interno ou na grade dianteira e transmite as imagens para um módulo específico; - Módulo de processamento de imagens: recebe as imagens da câmera e, por meio de um software específico, é capaz de fazer o reconhecimento de outros veículos ou pessoas; - Radares: instalados no para-choque dianteiros, um em cada extremidade, identificam à distância do veículo até os objetos a frente, por intermédio de ondas de ultrassom. Por este motivo, são os principais componentes do ACC; - Sensores de ultrassom (radares): são fixados nas laterais dos para-choques e na traseira do veículo, são responsáveis por coletar informações sobre a presença ou aproximação de outros veículos. 6.2 FUNCIONAMENTO O sistema quando ativado, o condutor deve selecionar à distância do veículo a frente e a velocidade, que devem ser mantidos. Depois disso, a câmera começa a coletar imagens da área, imediatamente à frente do veículo, transmitindo essas imagens para o módulo de processamento, enquanto os radares passam a emitir e receber sinais, transmitindo-os para um módulo específico. O módulo é capaz de saber a distância e a velocidade do outro veículo, pela frequência de resposta do sinal, já que, quanto mais próximo ele está, mais rápido é o retorno e maior será a frequência [7]. Desta forma, é possível criar uma área de monitoramento na frente do veículo. Quanto mais alta for a velocidade, maior será a região monitorada. Assim, é possível monitorar, constantemente, uma área de aproximadamente 25 metros quadrados à frente do carro [7]. 12

17 Graças aos sensores nas laterais e na traseira, o ACC é capaz de monitorar também os carros que seguem atrás e ao lado, podendo atuar em conjunto com outros sistemas de segurança e auxílio ao motorista, como por exemplo, o auxílio de mudança de faixa. Em alguns modelos americanos, como os Chrysler e Jeep, existem sensores laser, ao invés de emissores de ultrassom, mas o princípio de funcionamento é o mesmo. 6.3 ESTRATÉGIAS DE FUNCIONAMENTO Para que o sistema possa manter a distância e à velocidades selecionadas, as seguintes informações devem ser coletadas: A distância do carro à frente A velocidade dele e a sua posição na faixa de rolagem Ângulo do volante e das rodas. Com isso tráfego. O sistema seleciona a melhor estratégia a ser adotada dependendo do tipo de Se o veículo à frente reduzir a velocidade, o sistema detecta esta mudança e também acionará os freios. Em alguns modelos, pode ocorrer a parada total do veículo, quando necessário. Caso o veículo à frente saia da faixa de rolagem, o sistema irá manter a velocidade até que a presença de outro veículo seja detectada, restabelecendo a distância configurada. É importante ressaltarmos que, independente da distância ou velocidade configurada, o monitoramento da região traseira e das laterais é feito de modo contínuo, como forma de evitar acidentes. A identificação de outros elementos, na via, pela estrada, por meio da câmera no para-brisa ocorre em velocidades reduzidas, em geral até a 15 ou 20 km/h e, em determinados modelos, como o Audi A8, o Mercedes-Benz Classe S e o Lexus LS 460, o módulo de processamento de imagens consegue distinguir caminhões, ônibus, motos e automóveis [7]. 13

18 Como medida de segurança, existe um medidor de torque na coluna de direção que é capaz de detectar quando o motorista retira as duas mãos do volante. Neste caso, o ACC é desativado até que o motorista retorne as mãos ao volante. Ao ativar o ACC em situações de baixa aderência, como em pistas com lama, grama ou água, o programa de controle de estabilidade (ESP) adota uma estratégia mais rígida [7], para evitar que o motorista perca o controle do veículo. Na terceira geração, o sistema de freios é pneumático, baseado em uma pinça fixa com operação de um único lado e transmissão mecânica interna. Essa pinça é equipada com sistema independente de ajuste nos dois lados do disco. Ele tem um movimento específico para compensar o desgaste. 14

19 7. ASSISTENTE DE ESTACIONAMENTO O assistente de estacionamento é um sistema que auxilia a execução de manobras de marcha a ré. Por meio de sensores localizados nas extremidades do veículo manobra automaticamente a direção para o estacionamento. O condutor deverá somente acionar o pedal do acelerador e o pedal do freio. 7.1 COMPONENTES DO SISTEMA o o o o Direção assistida eletromecânica; Sistema de freios com ESP. O controle da distância de estacionamento (PDC). A função de assistência ao volante. 7.2 CONTROLE DA DISTÂNCIA DE ESTACIONAMENTO Este sistema permite calcular, por meio de quatro sensores ultrassônicos dispostos tanto na parte frontal como na parte posterior do veículo, a distância com relação a um objeto que possa haver adiante ou atrás do veículo. Quando a distância entre o veículo e o objeto em questão é inferior a um valor determinado, o sistema emite um aviso acústico. Quando o veículo somente está equipado com este sistema de controle da distância de estacionamento, a unidade de controle J446 se encarrega de gerenciar o funcionamento do dito sistema [5]. Além dos sensores para o PDC, o sistema assistente de estacionamento conta com um sensor ultrassônico, disposto em cada extremo da parte dianteira do veículo, que se encarrega de varrer a zona paralela ao veículo para detectar possíveis espaços onde estacionar. 7.3 DIREÇÃO ASSISTIDA ELETROMECÂNICA A direção assistida eletromecânica é um componente imprescindível para poder instalar o sistema assistente de estacionamento. Permite à unidade de controle do sistema de estacionamento assistido manobrar a direção, de forma ativa e automática, com a ajuda do motor elétrico da direção assistida [5]. 15

20 Consta de uma caixa de direção com um motor elétrico para a servo assistência, um sensor de torque de direção, um sensor de ângulo de direção e de uma unidade de controle da direção assistida. Dependendo do tipo de sistema de direção assistida eletromecânica, os componentes podem variar construtivamente. 7.4 MANOBRA DE ESTACIONAMENTO A manobra com o sistema assistente de estacionamento [Figura 7], consta de quatro fases: 1. Ativar o sistema de estacionamento assistido 2. Buscar uma vaga adequada para estacionar (velocidade deve ser abaixo de 30km/h) 3. Estacionar com a ajuda da função de assistência ao volante 4. Em caso de o veículo não ficar na posição correta deve-se ativar o sistema novamente, engatar 1 marcha e controlar a aceleração. 5. Finalizar a manobra de estacionamento Figura 7 Manobra de Estacionamento 16

21 Os sinais de ambos os sensores são utilizados exclusivamente para a função de assistência ao volante e para estacionar. Estes sensores cumprem dupla função: Varrer as possíveis vagas para estacionar e supervisionar as distâncias laterais da zona dianteira do veículo durante a manobra de estacionamento. Com o seu sinal, a unidade de controle também calcula o ângulo de passada do veículo e a linha de referência da borda da calçada. 7.5 SINALIZADOR ACÚSTICO TRASEIRO H15 E DIANTEIRO H22 Geralmente o sinalizador acústico H15 está localizado no porta malas à direita, enquanto que o sinalizador acústico H22 se encontra à esquerda da coluna de direção. Através dos sinalizadores o sistema de controle da distância de estacionamento envia sinais acústicos que, em função dos intervalos com que são emitidos, indica ao condutor a distância que se encontra o objeto ao estacionar [Figura 8]. Quando a sequência de sinais intermitentes passa para um sinal contínuo, significa que foi alcançada a distância mínima de segurança com relação ao objeto [5]. Figura 8 Distância de segurança de estacionamento 17

22 8. SISTEMA DE FREIO ABS Um dos pontos mais importantes de um veiculo é o seu sistema de freios. Atualmente a eletrônica se faz presente em diversos setores, em busca de um melhor desempenho, ela também marca sua presença neste importante item, com dispositivos que empregam avançadas tecnologias. Nesse trabalho falaremos do sistema de freio antibloqueio ou ABS que já faz parte de muitos veículos. O ABS traz como significado um considerável aumento na segurança do carro num momento tão crítico como é o da frenagem [8]. 8.1 TEMPO DE FRENAGEM No momento em que a força necessária a redução ou paralisação do movimento vence o coeficiente de atrito das rodas com o chão, as rodas tendem a deslizar, e como nestas condições o coeficiente de atrito é menor, o espaço necessário a uma determinada redução de velocidade aumenta, conforme mostra a [Figura 9]. Figura 9 Distância de frenagem 18

23 8.2 O ABS A ideia de um sistema de freio capaz de "prever" quando a roda esta prestes a deslizar, ou seja, quando ocorre o "travamento" já é usada para aviões a muito tempo. A maioria dos sistemas criados para esta finalidade era baseada em recursos mecânicos até que a Bosch em 1970 começou a se preocupar em fazer um sistema Anti- Bloqueio que pudesse ser usado em carros sem aumento muito grande de seu custo ou que fosse complicado demais [8]. Os sistemas desenvolvidos pela Bosch receberam então nome genérico de ABS (Anti Blocking System). O primeiro veículo de linha a receber o ABS foi o Mercedes modelo 1978 [8] e a partir daí muitos outros começaram a ser equipados, inclusive os japoneses que passaram a ter um sistema semelhante denominado ALB. A ideia básica do ABS (Sistema de Freios Anti-Bloqueio) é mostrada na figura abaixo. Figura 10 O ABS 19

24 9. OUTROS SENSORES 9.1 VISÃO NOTURNA COM RECONHECIMENTO DE PEDESTRES O sistema dispõe de uma câmera térmica, a qual permite ver a uma distância de até 300 metros [9], mesmo em noites escuras. A imagem de eventuais obstáculos é projetada na tela de controles, através de figuras amarelas apresentadas, pode-se identificar imediatamente a presença de obstáculos na via, por exemplo, pedestres ou ciclistas. Um algoritmo de cálculo inteligente verifica se existe o perigo de colisão entre o veículo e os pedestres. Neste caso são projetados sinais de advertência na tela ou no Head-Up Display. 9.2 AVISO DE ALTERAÇÃO DA FAIXA DE RODAGEM Os sensores do sistema de aviso de alteração da faixa de rodagem controlam o trânsito na traseira e lateral do veículo, avisando discretamente o condutor por meio de vibrações no volante, em situações de perigo. Um símbolo projetado no retrovisor exterior mostra ao condutor quando um veículo se aproxima do ponto cego ou da traseira do veículo em que seguimos. Se o condutor acionar as luzes de mudança de direção para mudar de faixa de rodagem, o sistema avisa-o por meio de vibrações no volante ou sinais intermitentes no retrovisor, em caso de perigo [9]. 9.3 SISTEMA DE CÂMERAS O sistema de câmeras de visão lateral melhora a visibilidade nas saídas da garagem e nos cruzamentos com pouca visibilidade. Nas laterais do para-choque frontal estão instaladas duas câmeras de, que abrangem o lado esquerdo e direito da faixa de rodagem. Na tela de controles é projetada a imagem, por exemplo, de ciclistas, antes do condutor poder os identificar a olho nu [9]. A câmera traseira ajuda o condutor nas manobras de estacionamento. A imagem projetada na tela de controles é completada por meio de traços e marcação de obstáculos, para ajudar a estacionar ou sair sem problemas. 20

25 10. CURIOSIDADES - STANLEY O Stanley é um veículo autônomo criado pelo Stanford Racing Team da Universidade Stanford dos EUA [Figura 11]. Trata-se de um Volkswagen Touareg modificado para ser pilotado por computadores de bordo. O Stanley competiu, e venceu, o 2005 DARPA Grand Challenge, arrebatando para o Stanford Racing Team o prêmio de 2 (dois) milhões de dólares, o maior prêmio relacionado à área da robótica na história O VEÍCULO O Stanley [Figura 11] utilizou cinco sensores laser para medir distâncias (ou LIDAR), um par de radares, uma câmera stereo e uma câmera monocular. O veículo era capaz de inferir sobre sua posição através de um receptor GPS, uma bússola GPS, um sistema de orientação inercial, bem como obtinha informações de odometria das rodas do próprio veículo, através do circuito interno de controle do Touareg (ou CAN bus: Controller Area Network). O processamento computacional ficava por conta de seis computadores com chip Intel Pentium M, rodando várias versões do sistema operacional Linux [10]. Figura 11 Veiculo Autônomo - Stanley 21

26 10.2 FUNCIONAMENTO A ideia por trás do Stanley se baseava em ser uma máquina autônoma, capaz de detectar e desviar de obstáculos com eficiência Visão O veículo enxerga através dos dados recebidos dos sensores, que "scaneavam" o caminho 30 metros à frente [10], formando um mapa do local. Os dados então eram combinados às imagens do sistema de visão procurando padrões similares ao chão com passagem segura, o que aumentava o campo de "visão" do veículo a distâncias de até 80 metros à frente [10], garantindo uma segurança maior para acelerar. Se o veículo não conseguisse "enxergar" um caminho por onde pudesse passar à frente, a velocidade era diminuída e os sensores laser de distância eram utilizados para localizar o caminho mais seguro em um raio mais curto Navegação A antena GPS acoplada ao carro recebia informações de localização duas vezes. Uma para captar a posição inicial com tolerância de até 1m de erro, e uma segunda vez para corrigir o erro da primeira. No final do processo, a precisão era de 1 cm [10]. Para evitar possíveis falhas causadas pelo bloqueio do sinal (como ao passar por um túnel, por exemplo) um foto-sensor acoplado as rodas do veículo, que monitorava o padrão de movimento das mesmas, era capaz de medir o quanto o carro se moveu desde o "blackout", tornando-se assim possível rastreá-lo através da posição apontada pelo GPS Pilotagem O sistema de auto aprendizado do Stanley foi "treinado" para simular um humano dirigindo o veículo pelo deserto [10]. Tendo então gravados esses dados em seu sistema, ele atribuía valores de precisão aos dados gerados pelos sensores, sendo assim capaz de diferenciar uma sombra de uma árvore cruzando a estrada de uma rachadura ou um buraco. Muitos outros competidores do desafio não tinham essa habilidade originalmente, e por isso saíam da estrada para desviar dos "buracos". 22

27 11. CONCLUSÃO A crescente modernização de veículos automotores, assim como as vias nas quais se trafega, torna o meio automotivo cada vez mais automatizado e inteligente. A demanda pelo desenvolvimento de novas tecnologias de interação entre carros, segurança e desempenho, torna a atuação do engenheiro mecatrônico imprescindível. Os novos sistemas que auxiliam o motorista deixam o ato de dirigir mais seguro e agradável, mas ainda apresentam preço elevado e geralmente são presentes em veículos não populares. A direção se torna mais dinâmica e futuramente a presença de um motorista será desnecessária. 23

28 12. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Acessado em 09 de Novembro de Acessado em 09 de Novembro de Acessado em 05 de Novembro de Acessado em 01 de Novembro de Acessado em 13 de Novembro de s/ergonomics/night_vision.html, Acessado em 13 de Novembro de Acessado em 29 de Outubro de Acessado em 25 de Outubro de uction.html, Acessado em 26 de Outubro de Acessado em 04 de Novembro de Acessado em 09 de Novembro de Acessado em em 22 de Outubro de Acessado em em 21 de Outubro de