ESTG - Mestrado em Engenharia Automóvel
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- Estudo do sistema de gestão térmica de uma bateria para um veículo Formula StudentPublication . Arcanjo, Luís Filipe Delgado; Martinho, Nuno Alexandre Gonçalves; Santos, Helder Manuel Ferreira dosEste trabalho incide sobre o desenvolvimento de um sistema de gestão térmica para a bateria do T-24E, o primeiro veículo elétrico da Leiria Academic Racing Team (LART), no contexto da competição Formula Student. O principal objetivo foi conceber um sistema de refrigeração a ar eficiente, capaz de manter a temperatura das células cilíndricas Molicel P45B dentro de limites seguros, garantindo simultaneamente a uniformidade térmica e a viabilidade energética do sistema. Inicialmente, foram estudadas duas abordagens de refrigeração, axial e radial, sendo avaliado o seu desempenho através de um estudo analítico e de ensaios experimentais. Após comparação, o método de refrigeração radial foi selecionado como solução preferencial devido ao menor gradiente de temperatura registado no corpo da célula. Para caracterizar o comportamento térmico da bateria, foi desenvolvido um modelo integral num ambiente de simulação baseado em linguagem matricial e sistemas dinâmicos, permitindo analisar a evolução da temperatura ao longo do tempo. Complementarmente, realizaram-se ensaios experimentais com instrumentação térmica aplicada à bateria real, cujos resultados serviram para validar o modelo desenvolvido. Adicionalmente, recorreu-se à Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) para estudar o escoamento do ar no interior dos segmentos da bateria e a eficiência da convecção forçada. A definição da distância ótima entre células e a escolha do ventilador adequado foram estudadas de forma integrada, tendo em vista a redução da potência hidráulica necessária e o cumprimento dos limites regulamentares: temperatura máxima inferior a 60 ºC e diferença de temperatura entre células inferior a 5 ºC. Os resultados obtidos comprovaram que o sistema proposto assegura uma gestão térmica eficaz, mantendo as temperaturas abaixo dos limites definidos e garantindo uma distribuição térmica equilibrada. Nos ensaios realizados, a temperatura máxima registada foi de 40 ºC, com uma diferença máxima entre células de 5 ºC, validando experimentalmente a solução adotada e a robustez do modelo preditivo.
- Lean Thinking implementation in the automotive after-sales sectorPublication . Silva, João Jorge Comba da; Gaspar, Marcelo Rudolfo Calvete; Serrano, Luís Manuel VenturaA presente dissertação explora a aplicação dos princípios do Lean Thinking no setor de pós-venda automóvel, com especial enfoque no mapeamento do fluxo de valor (Value Stream Mapping - VSM) como ferramenta para identificar ineficiências e propor melhorias nos processos. O estudo foi conduzido através de um estudo de caso qualitativo realizado numa organização automóvel autorizada, recorrendo a uma metodologia de observadorparticipante, a entrevistas informais e ainda a análise documental para recolher dados empíricos sobre os processos de serviço existentes. Este estudo analisa o fluxo de valor no estado atual, mapeando cada etapa do processo de serviço de pós-venda, desde a marcação do serviço pelo cliente até ao acompanhamento pós-venda. O mapa do fluxo de valor no estado atual revelou várias ineficiências, incluindo redundância no tratamento de dados, atrasos na confirmação da disponibilidade de peças, aplicação inconsistente do processo de receção ativa e um fluxo de informação fragmentado entre departamentos. Com base nestas constatações, foi proposto um mapa de fluxo de valor do estado futuro, concebido para otimizar as operações, reduzir desperdícios e aumentar o valor percebido pelo cliente. As principais recomendações incluíram a integração dos sistemas de informação, a padronização dos procedimentos de receção e controlo de qualidade, a melhoria na gestão de peças e a redistribuição de tarefas não essenciais para pessoal de apoio. O estudo permitiu concluir que a aplicação dos princípios Lean neste contexto pode melhorar significativamente a qualidade do serviço e o desempenho operacional, oferecendo perspetivas práticas e aplicadas para organizações que pretendam otimizar as suas operações de pós-venda automóvel.
- Estudo termomecânico do processo de FDM de PETG com TungsténioPublication . Gonçalves, Luís Augusto Coelho; Alves, Maria Leopoldina Mendes Ribeiro de Sousa; Correia, Mário António SimõesA realização deste projeto tem como objetivo analisar o comportamento mecânico de provetes construídos utilizando fabrico aditivo, nomeadamente Fused Deposition Modeling (FDM), comparando dois materiais, PETG (Polyethylene Terephthalate Glycol) e PETG com Tungsténio. A produção das peças é feita através de um processo de extrusão onde o objeto é construído depositando o material camada a camada. Os materiais utilizados são os filamentos termoplásticos puros ou misturados com metal. Estes materiais são introduzidos numa impressora 3D que é programada com a temperatura que é necessário atingir. Assim que a mesma atinge a temperatura ideal, o processo inicia-se. O material é depositado nos locais determinados onde arrefece e solidifica. Este é um processo repetitivo, que exige várias passagens até que as peças fiquem completas. Uma das vantagens deste processo é o menor custo e também o tempo reduzido com que se consegue a obtenção de uma peça ou modelo. Contudo, existem outras vantagens muito competitivas como a possibilidade de gerar peças com elevado grau de complexidade geométrica, a capacidade de obter diferentes texturas numa mesma peça bem como a capacidade da utilização de múltiplos materiais no mesmo modelo e a baixa geração de resíduos. Os provetes foram construídos numa única orientação, com uma trajetória de construção designada de “aligned rectilinear”. Os ensaios realizados foram: de tração, compressão e dureza Shore. Estes ensaios permitiram analisar as propriedades mecânicas e térmicas dos provetes obtidos após a construção das peças em estudo. Também foram realizados ensaios DSC. O objetivo principal deste projeto é avaliar qual a influência da adição do metal na matriz polimérica bem como a sua utilização na indústria automóvel como substituição de materiais utilizados.
- Estudo da Variação das Propriedades Termomecânicas de Polímeros Reforçados com Cargas RecicláveisPublication . Cardoso, Nuno Filipe Sampaio Duarte; Alves, Maria Leopoldina Mendes Ribeiro de Sousa; Martinho, Pedro Miguel GonçalvesNesta dissertação, o foco são os materiais sustentáveis ou biodegradáveis, materiais estes utilizados na indústria automóvel e que podem ser usados como substitutos totais ou parciais. O conceito de material sustentável, por sua vez, significa um material que pode ser obtido por métodos que não utilizam combustíveis fósseis ou métodos que evitam a emissão de substâncias poluentes. Para tal, é essencial que os materiais indicados como possíveis substitutos dos existentes mantenham ou melhorem as suas propriedades mecânicas em função da aplicação do componente. Os temas da sustentabilidade, cujo conceito está associado à capacidade de satisfazer as nossas necessidades no presente sem comprometer a capacidade das gerações futuras satisfazerem as suas próprias necessidades - e da economia circular - baseado na redução, reutilização, recuperação e reciclagem de materiais e energia, são, atualmente, muito pertinentes. Substituir o conceito de fim de vida da economia linear por novos fluxos circulares de reutilização, restauração e renovação num processo integrado, conceitos que foram tidos em consideração uma vez que esta dissertação aborda o efeito de cargas sustentáveis em materiais poliméricos para moldação por injeção. O objetivo deste trabalho é compreender e analisar o impacto de materiais biodegradáveis e sustentáveis, como grafite, argila e ácido poliláctico (PLA), no comportamento mecânico de compósitos com polipropileno e poliestireno, quando incorporados em proporções variando de 3% a 15%. O procedimento consistiu em misturar diferentes percentagens de cargas com cada polímero de base para transformar no provete padrão definido, utilizando uma máquina de injeção, para depois verificar o efeito dessas partículas nas propriedades com a execução de ensaios mecânicos e térmicos. Em termos de ensaios mecânicos, foram realizados ensaios de tração, flexão e dureza, em relação aos ensaios térmicos, foram realizados os de índice de fluidez, calorimetria diferencial de varrimento (DSC) e densidade.
- 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.