ESTG - Mestrado em Engenharia Automóvel
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- Desenvolvimento de uma Estrutura Híbrida Resistente ao Impacto para Alojamento de Baterias de Veículos ElétricosPublication . Lampreia, Tiago Filipe Marantes; Santos, Sérgio Pereira dosOs veículos elétricos, para além de cumprirem os requisitos comuns de segurança estrutural, possuem uma necessidade que se baseia na proteção adicional ao conjunto de baterias, devido à sua perigosidade quando danificadas. Por prevenção, as práticas comuns dos fabricantes de veículos elétricos, em caso de embate de pequena intensidade, promovem a substituição completa das baterias, por razões de segurança. Esta prática tem levado à consideração da perda total do veículo acidentado e colocação das baterias no percurso de reciclagem prematuro, dado ao seu período de vida útil projetado. Para a resolução desta problemática, desenvolveu-se uma estrutura de alojamento de baterias, com o conceito híbrido, constituído por uma duas estruturas, uma interna de elevada resistência mecânica e uma exterior atenuadora de impacto, no caso desta última, que seja permitida a sua substituição, em caso de colisão e deformação. Para alcançar esse objetivo, em termos metodológicos, foram estudados os materiais para a produção das duas estruturas, com recurso a modelação através do software “Solidworks” e foram implementadas simulações em software “LS_DYNA”, para testagem de materiais e dos impactos nas zonas críticas do sistema híbrido de modo a determinar as capacidades destes em situações de colisão. Dos resultados obtidos, permitiu concluir que o sistema híbrido resiste de forma eficiente a impactos laterais com velocidades até 5 Km/h. Para as restantes velocidades ocorreu deformação da estrutura supostamente “indeformável”. O impacto no plano inferior, demonstrou ser o mais vulnerável dos dois tipos estudados: Para todas as velocidades ocorre deformação significativa nessa estrutura. Contudo, os fundamentos para a implementação deste tipo de sistemas foram estabelecidos, e, com a alteração de alguns parâmetros estruturais e materiais, é evidente a potencialidade deste sistema para melhorar a sustentabilidade das baterias de alta tensão.
- Análise sobre a utilização de software AVL - mobilidade (AVL CRUISE)Publication . Antunes, Miguel Duarte; Serrano, Luis Manuel Ventura; Gaspar, Marcelo Rudolfo CalveteA utilização de ferramentas de simulação permite o desenvolvimento de produtos no setor automóvel com menor investimento financeiro e de tempo. Permite ainda a diminuir a pegada ecológica no seu desenvolvimento de diferentes soluções, nomeadamente no que diz respeito às emissões de poluentes criadas pela produção de protótipos e nos testes laboratoriais. Neste projeto implementou-se um modelo no software de simulação AVL CRUISE M, considerando uma simulação o mais próximo possível do Volkswagen EOS com motor diesel 2.0 TDI presente no Laboratório de Engenharia Automóvel da ESTG, utilizando os dados deste veículo na sua modelação. Para fazer a modelação foi necessária uma aprendizagem do software, recorrendo à elaboração de um tutorial com uma explicação detalhada do funcionamento deste, para o objetivo pretendido. Após a modelação do veículo, foi então realizada a simulação considerando o ciclo de condução selecionado. Os resultados obtidos foram avaliados quanto ao consumo de combustível para um ciclo de condução New European Driving Cycle (NEDC). Estes resultados foram comparados com valores obtidos experimentalmente no banco de ensaios, sendo obtidos valores muito aquém dos esperados, com uma relação de cerca de metade dos obtidos experimentalmente, mas ainda assim coerentes. Adicionalmente, foram retirados valores referentes à emissão de CO2 que, comparativamente aos resultados obtidos para o consumo, são coerentes. Devido à falta de dados fornecidos para as emissões, não houve possibilidade de avaliar uma comparação entre estes parâmetros.
- DEVELOPMENT OF A PRE-IMPACT DYNAMICS SIMULATOR FOR A VEHICLE INVOLVED IN A ROAD ACCIDENTPublication . Gomes, Luís Miguel Marques; Santos, Sérgio Pereira dos; Ferreira, Carlos Daniel HenriquesThis Master's thesis in Automotive Engineering focuses on the development of a Pre-Impact Dynamics Simulator (PIDS) for vehicles involved in road accidents. In response to the latest European Union (EU) regulation mandating Event Data Recorders (EDR) in all passenger cars and goods vehicles up to 3.5 tonnes circulating in EU since 2022, this report explores how EDR data can enhance the understanding of vehicle trajectories before collisions, i.e., the pre-impact trajectories of vehicles involved in road accidents, thereby contributing to increased rigour and accelerating road accident investigations. The PIDS integrates pre-impact data extracted from EDRs with vehicle dynamics models, providing reliable reconstructions of pre-impact trajectories. To complement the interpretation of the simulator's results, this Master’s thesis also includes a comprehensive scientific review of vehicle dynamics, drivers’ behaviours in pre-impact situations, and advanced driver assistance technologies (ADAS). Furthermore, it examines methodologies for reconstructing vehicle collisions at accident sites, with a particular focus on existing kinematic methods and data collection tools. The validation of the PIDS results was conducted using AVL VSM™ software and it was also applied to real-world case studies, highlighting its effectiveness in accurately reconstructing pre-impact trajectories across various scenarios. The findings underscore the simulator’s potential to significantly improve the efficiency and rigour of road accident reconstructions, providing valuable insights for legal, engineering, and road safety applications. This Master’s thesis ends with recommendations for future enhancements to the PIDS, focusing on the use of more complex vehicle dynamics models and the implementation of alternative methods for measuring vehicle speed under rollover conditions.
- Análise sobre a utilização do software AVL – combustão (AVL FIRE)Publication . Henriques, Gonçalo Gaspar; Serrano, Luis Manuel Ventura; Carvalho, Paulo Alexandre de Matos e Henriques deO motor de combustão interna é um sistema mecânico complexo que desempenha um papel essencial em várias indústrias e no nosso dia a dia, tendo, por isso, grande relevância para a sociedade. Atualmente, as pesquisas neste campo estão focadas em encontrar soluções inovadoras para a construção, processos termodinâmicos e tecnologias aplicadas, com o objetivo de aumentar a eficiência de trabalho e reduzir as emissões de gases de escape. Com o auxílio de softwares avançados, o tempo necessário para analisar novas variações e conceitos de funcionamento de motores foi significativamente reduzido. Por isso, as simulações computacionais assumem um papel crucial no desenvolvimento de motores. A modelação e simulação precisa da geometria do motor e do escoamento de fluidos são, assim, fundamentais para o design e otimização de motores. Este trabalho centrou-se na análise da utilização do software AVL FIRE™ M, um software de dinâmica de fluidos computacional utilizado principalmente no desenvolvimento de vários tipos de unidades motrizes e seus componentes. A análise da utilização do software foi feita através de um modelo focado na análise de escoamento no cilindro de um motor diesel de injeção direta, tendo sido analisada com detalhe a pressão de combustão. Este modelo foi posteriormente adaptado de acordo com um outro estudo realizado onde foram realizados testes experimentais de desempenho do motor para dois combustíveis diferentes, diesel B7 e B100, sendo o objetivo comparar estes resultados com os resultados obtidos nas simulações com o intuito de validar a utilização do software. Verificou-se que os resultados obtidos para os regimes às 1600 rpm com 25 e 57% de carga apresentam grande concordância com os resultados experimentais. Para os regimes às 2400 rpm com 45 e 100% de carga, os resultados obtidos já desviavam um pouco dos resultados experimentais, tendo obtido num dos casos cerca de 10% de diferença de pressão máxima em relação aos valores experimentais. No entanto, pode-se concluir que os resultados foram bons o suficiente para a finalidade pretendida, validando assim os resultados obtidos pelo software.
- Implementação de sistema VECTO em veículos em PortugalPublication . Vieira, Duarte Silva; Serrano, Luis Manuel VenturaO presente projeto tem como objetivo implementar a ferramenta VECTO em veículos em Portugal e analisar a ferramenta e todos os seus parâmetros de simulação, de forma a numa fase final simular um veículo real para fins de homologação e de otimização. A VECTO, ou Vehicle Energy Consumption calculation Tool, é uma ferramenta de simulação desenvolvida pela Comissão Europeia utilizada para o cálculo do consumo de combustível e de emissões de CO2 de veículos pesados para fins de homologação. Antes de ser efetuada a matrícula de qualquer veículo pesado é necessário efetuar uma simulação nesta ferramenta, que tem como objetivo garantir a existência de um método de simulação normalizado para calcular o consumo de combustível e de emissões de CO2. Inicialmente neste projeto são apresentados alguns dados referentes aos gases de efeito de estufa e quais os setores que mais contribuem para as emissões destes gases. De seguida é resumida a legislação relacionada com a ferramenta VECTO e quais os limites de emissões de CO2 que os veículos necessitam de cumprir, assim como as coimas aplicadas caso não haja cumprimento. Após esta introdução ao tema analisou-se a ferramenta VECTO e todos os parâmetros necessários para efetuar uma simulação. Relacionado a esta análise verificou-se qual a influência que certos parâmetros têm no consumo de combustível e nas emissões de CO2 concluindo-se que a resistência aerodinâmica, a carga transportada pelo veículo e a resistência ao rolamento são os parâmetros que mais influenciam o consumo de combustível e consequentemente as emissões de CO2. Devido à pouca fabricação de veículos trator em Portugal e à maior fabricação de reboques em Portugal decidiu-se analisar a ferramenta VECTO Trailer, uma ferramenta especializada no cálculo da influência do reboque no consumo de combustível e emissões de CO2 de um veículo pesado. Também se observou qual o impacto de certos parâmetros no consumo de combustível e nas emissões de CO2. Para finalizar este projeto decidiu-se simular dois casos reais e utilizou-se a ferramenta VECTO Trailer para simular a homologação de um semirreboque e utilizou-se a ferramenta VECTO para simular o consumo de um camião rígido conhecido num percurso conhecido e assim verificar qual a precisão da ferramenta. Também se otimizou o camião rígido com a colocação de pneus mais eficientes e com a introdução de dispositivos aerodinâmicos, ambos com o objetivo de reduzir o consumo de combustível e obter retorno financeiro.
- VERIFICAÇÃO FORMAL DE REDES NEURONAIS PROFUNDAS EM CONTEXTO DE CONDUÇÃO AUTÓNOMAPublication . Gonçalves, Carlos André Macedo; Bento, Luís Manuel Conde; Baptista, Diogo Pedro Ferreira Nascimento; Baptista, Alexandra Cristina Ferros dos Santos NascimentoAo longo deste projeto automóvel, é abordada a verificação formal de redes neuronais profundas (DNN) aplicadas à condução autónoma, com o objetivo de garantir a robustez e segurança desses modelos em situações críticas. A verificação formal é utilizada para avaliar as redes neuronais, visando prevenir falhas que possam resultar em riscos para a segurança, principalmente no contexto de veículos autónomos. Esta abordagem torna-se essencial, considerando o elevado impacto das decisões que as redes neuronais tomam ao classificar diferentes classes de sinais de trânsito, algo crucial para uma navegação segura. Foram desenvolvidos, treinados e testados 3 modelos diferentes de redes neuronais convolucionais (CNN) capazes de classificar mais de 40 categorias diferentes de sinais de trânsito, utilizando a base de dados GTSRB, que contém cerca de 51839 amostras de imagens. A implementação foi realizada visando uma estrutura computacionalmente eficiente e robusta para potencial uso futuro em veículos autónomos. O trabalho também aborda a vulnerabilidade das redes neuronais a ataques adversariais, como o FGSM e o PGD, que podem levar a falhas na classificação de imagens de sinais de trânsito e, consequentemente, comprometer a robustez dos modelos. Para isso, foram aplicados métodos de verificação formal, que fornecem garantias matemáticas sobre a robustez e exatidão dos modelos desenvolvidos, mesmo quando expostos a um determinado conjunto de valores de perturbação. Os resultados obtidos demonstram que, não obstante das dificuldades inerentes ao campo da verificação formal de DNN, é possível testar a robustez dos sistemas de classificação de sinais de trânsito, contribuindo para uma maior segurança no domínio da condução autónoma. Este estudo contribui para o avanço na verificação formal de redes neuronais treinadas para a classificação de sinais de trânsito, destacando a importância de continuar a investigar soluções que garantam a segurança e a fiabilidade em sistemas críticos, como a condução autónoma.
- Definição de Modelo Dinâmico e Análise de Performance de um Veículo Terrestre não TripuladoPublication . Andrade, António Rego; Santos, Sérgio Pereira dos; Gouveia, Olivier RodriguesEste trabalho focou-se no desenvolvimento de um veículo terrestre não tripulado (UGV – Unmanned Ground Vehicle) capaz de operar em ambientes industriais e agrícolas. O conceito inovador do chassis extensível, tanto em comprimento quanto em largura, foi desenvolvido para melhorar a manobrabilidade e a capacidade de transporte de carga em diferentes cenários operacionais, considerando superfícies e condições diversificadas. Para alcançar os objetivos, foi realizada a modelação de todos os componentes e sistemas no software SolidWorks, permitindo uma integração eficiente entre a direção, suspensão, travagem e propulsão. Adicionalmente, análises estruturais foram feitas no software ANSYS Student, avaliando as tensões e a deformada da estrutura de suporte da roda e do chassis extensível. Complementarmente, um código em Python foi implementado para simular as trajetórias circulares, investigando a influência da distância entre eixos e da largura entre rodas no desempenho do UGV. Os resultados obtidos demonstraram eficácia do design proposto, com o veículo operando de forma eficiente em superfícies com maior aderência, como o asfalto seco, mas apresentando limitações em pisos com baixa aderência, como terra molhada. Este estudo não só validou o conceito do UGV como também identificou áreas de melhoria, especialmente na modelação de componentes específicos. O trabalho estabelece uma base sólida para o desenvolvimento futuro, incluindo a integração de sistemas de automação e sensores para otimizar a navegação e performance do veículo.
- Projeto de Componente Estrutural em Material Compósito de Elevado DesempenhoPublication . Ferreira, André Meliciano; Santos, Sérgio Pereira dosO uso de materiais compósitos tem se tornado cada vez mais comum em estruturas sujeitas a elevados esforços, devido à sua rigidez específica, possibilitando a redução do peso estrutural. O presente trabalho foi realizado de modo a desenvolver uma ideia da empresa parceira deste projeto, a Gelu Carbon Creation. Trata-se de uma empresa com experiência na área dos materiais compósitos, seja em reparações ou em produção de componentes neste tipo de material. A ideia era criar um produto que fizesse diferença no mercado, mais precisamente um espigão telescópico. Nesse seguimento, os trabalhos de Mestrado iniciaram-se com uma análise ao estado de arte sobre as tecnologias utilizadas neste mercado das bicicletas de projeto mais evoluído. Foram abordados diferentes processos de fabrico para a produção de tubos em material compósito. Em seguida, apresentou-se a proposta do produto, que conta com um funcionamento mecânico no seu interior, com possibilidade de comando mecânico ou wireless e com os dois tubos produzidos em fibra de carbono, permitindo ser um espigão telescópico. Após a definição dos esforços aplicados ao componente durante a operação, foi realizado um estudo numérico ao sistema. Avaliou-se estruturalmente o sistema mecânico interno, tratando-se de um material isotrópico (alumínio), e o sistema de tubos telescópico produzido em material de elevado desempenho, nomeadamente em compósito de matriz polimérica com reforço em fibra de carbono (propriedades ortotrópicas). Os testes experimentais não foram realizados. Conclui-se que o produto desenvolvido apresenta capacidades suficientes para suportar os esforços aplicados.
- Otimização de parâmetros de suspensão utilizando algoritmos genéticosPublication . Silva, Iúri Miguel Cassiones da; Batista, Fernando da Conceição; Gouveia, Olivier RodriguesNeste estudo é apresentada uma análise detalhada da otimização de sistemas de suspensão num modelo quarter car e num modelo full car de veículos, através de algoritmos genéticos, de modo a minimizar a resposta em aceleração e deslocamento da massa suspensa. Os modelos foram sujeitos a dois tipos de excitação, o primeiro simulando uma lomba na estrada e o outro através de uma função sinusoidal. O algoritmo genético foi introduzido através do software MATLAB®, utilizando bibliotecas já incluídas nativamente no mesmo. Foi criado, para cada um dos modelos de veículo, um código e um diagrama de blocos, desenvolvido em Simulink, onde foi simulado o comportamento de dinâmica vertical de cada um dos modelos e em seguida obtidos os resultados. Os resultados demonstraram melhorias significativas no sistema de suspensão, com reduções até 50,27% e 27,26% da resposta em RMS da aceleração e deslocamento da massa suspensa, respetivamente, com a excitação de lomba e reduções de 16,54% e 17,87% da resposta em RMS da aceleração e deslocamento da massa suspensa, respetivamente, para a excitação de função sinusoidal, destacando assim a eficácia da utilização de algoritmos genéticos na otimização de sistemas de suspensão de veículos, contribuindo para o desenvolvimento de sistemas mais eficientes que contribuam para o melhor conforto e segurança dos veículos.
- Constituição da empresa: Volt RidersPublication . Lienhard, David Damas; Conceição, Joaquim Paulo Cordeiro daO ponto de partida deste projeto é encontrar alternativas para um mundo mais ecológico e verde. O setor do turismo, nomeadamente os passeios turísticos, pode ser o novo pilar para uma onda de inovação que visa a responsabilidade ambiental. Este projeto, a criação da empresa Volt Riders, foi concebido para responder à forte procura turística pelo lado mais natural, onde o Homem ainda não industrializou. Por essa razão, o projeto se localiza no Parque Natural Sintra-Cascais. A Volt Riders visa proporcionar aos turistas a oportunidade de conhecerem uma zona natural e participarem ativamente numa atividade de lazer limpa, com foco no meio ambiente. Uma nova geração está a crescer, com ideologias verdes e ecológicas, e, tendo isso em conta, proporcionar momentos de diversão enquanto se descobre um recanto natural pode ser uma fórmula de sucesso. A empresa fornecerá passeios turísticos off-road, utilizando uma frota de ATV's e UTV's totalmente elétricas. Pretende-se também conectar a empresa à história local, compartilhando lendas e histórias de cada local visitado. Na fase inicial do projeto, realizou-se uma descrição da indústria do turismo para entender se existe oportunidade e pertinência na criação da empresa. Analisando a oferta turística e o perfil do turista que frequenta a zona de atuação da empresa, bem como as ideologias corporativas, concluiu-se que a Volt Riders destinar-se-á a turistas com motivações radicais, ambientais e histórico-culturais. Diversos fatores foram analisados, incluindo a localização da empresa, estratégias de marketing a adotar, identificação do público-alvo, infraestruturas, equipamentos necessários e, principalmente, a crença de que a inovação do produto será a grande vantagem competitiva deste estudo. No contexto nacional, existem várias empresas que fornecem passeios turísticos, mas no contexto off-road, todas utilizam frotas com motores a combustão interna. A inovação proposta é a transição para veículos totalmente elétricos, o que trará grandes vantagens, mas também algumas desvantagens. Este projeto especificará as vantagens e desvantagens dos veículos elétricos em comparação aos de motor a combustão interna, no contexto de passeios turísticos off-road. No final, será realizada uma análise financeira para determinar a viabilidade do negócio. As descobertas feitas durante este projeto poderão fornecer informações valiosas para aqueles que desejam investir em passeios turísticos com veículos elétricos, contribuindo para o ambiente, desenvolvimento económico e preservação cultural.