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Project Cars Project Cars #100

O desenvolvimento aerodinâmico, módulos eletrônicos e o motor do Project Cars #100

Fala, galera! Voltando agora para a segunda parte do projeto, quero falar de algumas coisas mais específicas. Pra quem não lembra muito do projeto, recomendo lerem o primeiro post antes de prosseguir. Agora que já temos o projeto apresentado, a competição e tudo mais, podemos ir para assuntos mais detalhados. O que acham?

 

Antes de começarmos, gostaria de deixar pra vocês um vídeo da nossa volta na competição, de novo, só que dessa vez sem música de fundo, só o som do carro. Aproveitem!

Uma pergunta que fazem muito quando apresentamos o carro e falamos do projeto nos mais diversos lugares (inclusive nos comentários aqui no FlatOut) é “quanto custa pra fazer um carro desse?”. Honestamente falando é bem difícil saber o preço exato. São várias as coisas que conseguimos através de patrocinadores ou da própria universidade: material (metais e compósitos), maquinário, ferramentas, manufatura de várias peças, componentes eletrônicos e por aí vai.

Além disso, conseguimos aproveitar bastante coisa de anos anteriores. Por exemplo, mantivemos os mesmos amortecedores e diferencial usados do projeto anterior, então isso faz com que o projeto vá ficando mais barato.

Considerando que você queira começar um projeto do zero, comprar praticamente tudo, mandar fazer todas as peças, pagar viagens e tudo mais, você precisaria reservar um valor de mais ou menos R$ 230.000 por ano! E você dividiria mais ou menos assim:

Imagem 1 - Custos

É realmente é um valor bem alto. Mas graças ao incansável pessoal do marketing e mais um esforço pra reutilizar alguns componentes, nosso custo pode cair pra até 20% disso — que é o que gastamos mais ou menos para fazer o E60.

Falando em fazer, nessa parte do texto eu queria mostrar para vocês um pouco mais de algumas áreas do carro, começar a entrar em alguns detalhes e tudo mais. Como dividimos o projeto em oito áreas, infelizmente não vou conseguir falar de todas em um post só, por isso vou começar falando da aerodinâmica, da eletrônica e do motor.

 

Aerodinâmica

Imagem 2 - Carro CFD

No E60 foi o ano que decidimos implementar aerodinânica pra valer e com tudo que tem direito: asas dianteira e traseira, assoalho difusor e carenagem especial.

Tudo isso surgiu da ideia de um membro de Engenharia Aeronáutica que tinha entrado na equipe no ano anterior e já era o responsável por essa área no E60. Logo na primeira reunião que fizemos ele bateu no peito e falou que iria fazer. Claro, apoiamos a ideia!

E então começamos um período de simulações e desenhos em softwares que tínhamos utilizado muito pouco, como o Star-CCM+, que temos a foto logo acima. Foi um desafio enorme traçar a meta para nossas asas. Tivemos que unir muito o trabalho do pessoal do chassi, da suspensão, do motor e, agora, da aerodinâmica. Depois de muita conversa definimos o que queríamos: analisamos a potência e torque que nosso motor poderia chegar numa curva realista, após modificações e calibração para o nosso módulo de controle, e disso definimos o drag máximo que gostaríamos que o carro tivesse em determinadas velocidades. Depois disso, foi só mirar no máximo de downforce possível.

Usamos como base do projeto a velocidade de 50 km/h, que foi o que determinamos que era a velocidade média em um circuito normal, como aquele do vídeo que deixei para vocês lá em cima. E disso podemos tirar alguns valores legais:

Asa traseira: 35 kg de downforce e 12 kg de drag;

Imagem 3 - Asa trás CFD

Asa dianteira: 24 kg de downforce e 8 kg de drag;

Imagem 4 - Asa frente CFD

Difusor: 15 kg de downforce e 2 kg de drag;

Imagem 5 - Difusor

Tivemos um resultado bem legal e foi dentro do esperado para o primeiro ano de asas. Atingimos nossa meta de drag, somando ao que a carenagem gera, e também atingimos quase 70 kg de downforce, o que é um valor bem bacana para o nosso carro. Claro, tivemos que fazer algum estudo também para ver se nossas asas iriam aguentar a força que elas geravam…

Imagem 6 -Asa trás FEA

… porque senão esse tipo de coisa acontece:

Imagem 7 – Asa traseira quebrada

Isso foi bom porque aprendemos que uma coisa é o carro andando no circuito, outra é ele indo no caminhão até o local de testes. A partir daí a asa começou a ir em um local mais seguro, preferencialmente sem muito vento contra além do planejado.

Claro, depois de projetar tudo, tivemos que fazê-las. E nessa hora foi necessária muita calma, pois fizemos tudo com fibra de vidro e carbono, com uma ajudinha de isopor, e nessas horas usar a quantidade certa de resina e fibra é crítico. Nossa meta era que a aerodinâmica inteira representasse por volta de 6% do peso do carro, ou seja, 12kg, no máximo. E no final das contas passamos um pouco: nosso pacote (asas + difusor) fechou com 14kg, sem contar nossa carenagem.

Bom, o resultado final desse projeto inteiro foi muito bom. Aprendemos um monte sobre aerodinâmica, como projetar, simular, saber dar limites nos parâmetros e até bastante do processo de manufatura. Além disso, o carro ficou animalmente bom de pilotar. A sensação das asas e difusor colando o carro no chão é indescritível.

 

Eletrônica e motor

Agora entram duas grandes áreas que fica bem difícil falar em separado no nosso carro. Isso porque todo nosso controle do motor é feito eletronicamente, com um módulo de injeção da ProTune Electronics, parceira da equipe desde 2011. E também porque toda nossa eletrônica é interligada com módulos que desenvolvemos e conseguimos ver todo sensoriamento do carro através da telemetria que desenvolvemos também. Então vamos por partes…

Vou começar explicando um pouco da nossa eletrônica, que dividimos em duas partes: Eletrônica de Aquisição de Dados (DAq), onde concentramos toda a parte de sensoriamento e telemetria do carro, e Eletrônica do Motor, que fica responsável pela instalação do chicote elétrico do carro e também pela instalação dos sensores e componentes eletrônicos do motor, além, claro, do módulo de injeção.

Imagem 8 – Módulo eletrônica

Na Eletrônica DAq, existe um objetivo “simples”: fornecer um sistema de aquisição de dados confiável, utilizando sensores por todo o carro, de forma que a equipe consiga ter informações para determinar se o comportamento do protótipo está dentro do esperado ou não, e isso é feito tanto com a telemetria em tempo real quanto com a análise de dados depois dos testes. E para isso, primeiro de tudo, precisamos saber quais são as necessidades de sensores que a equipe tem para que o projeto possa começar. Para o E60 usamos os seguintes:

Sensores do motor: temperatura de água do radiador, temperatura do óleo, temperatura do combustível, temperatura do ar da admissão, pressão da linha de combustível, pressão do ar da admissão, sensor de neutro, sensor de rotação, sensor de posição da borboleta, sensor lambda e sensor de fase.

Sensores do carro: Acelerômetro, esterço do volante, pressão da linha de freio, temperatura dos discos de freio, temperatura dos pneus, sensor de velocidade das quatro rodas, GPS.

Depois disso, partimos para o projeto dos módulos de leitura. Aqui na equipe sempre tivemos um grande time na eletrônica, o que nos permite que possamos fazer todos módulos eletrônicos de aquisição de dados que usamos. Isso quer dizer que partimos da escolha do microcontrolador, design do circuito, manufatura das placas (essas com apoio da nossa Universidade), solda dos componentes e testes. Atualmente temos diversos módulos no carro, cada um com uma função específica. Dependendo da região que o módulo se encontra, ele vai ler determinados sensores. Fizemos isso para que tivéssemos o mínimo de chicote possível no carro, menos fios, menos peso e menos possíveis problemas.

Imagem 9 – Alguém trampando oficina

Todos os módulos do sistema de sensoriamento estão interligados através da Rede CAN, que é um protocolo de comunicação muito utilizado no automobilismo hoje em dia. Todos esses módulos se comunicam com um transmissor central, que com a ajuda de uma antena, consegue enviar todos esses dados para um notebook com um outro pequeno módulo ligado numa porta USB, e no computador temos a informação que quisermos na tela. Todo o programa da nossa telemetria foi desenvolvido por nós também nos LabView, que permite com que qualquer computador nosso facilmente possa servir como uma estação para receber os dados.

Imagem 10 – Tela da telemetria

E ligado junto no sistema de sensoriamento, temos nosso módulo de injeção: A ProTune PR440. A ECU nos permite calibrar os mapas de injeção do motor com base em diversos parâmetros, o que nos dá uma maior precisão na hora de determinar as curvas de torque, potência e também o consumo do nosso motor. Além disso, temos uma quantidade imensa de informações em tempo real do nosso motor, então conseguimos ter bastante noção do funcionamento dele. E falando do motor…

 

Motor

Como eu disse no primeiro texto, no E60 decidimos trocar um motor de 600cm³ por um de 450cm³, sendo que a principal vantagem pra gente seria poder modelar melhor a curva de torque do motor para o carro ficar mais ‘na mão’ do piloto, além, claro, de o motor ser bem mais leve. Dentre as opções que nós tínhamos, decidimos por um YFZ450R de 2009, que já vinha pronto para injeção.

Imagem 11 - Motor

E então tivemos que começar um trabalho pesado no motor: O YFZ450R vem de fábrica com mais ou menos 40hp de potência, e depois de fazermos a instalação do restritor da entrada de ar e instalar o sistema de admissão e exaustão, chegamos a 32 hp! Então decidimos fazer a troca de alguns componentes do motor e trabalhar um pouco com a taxa de compressão, que inicialmente era 11.5:1 e subimos para algo próximo de 13.5:1. E daí começou o trabalho junto com o pessoal da ProTune: Fizemos um estudo de target para o nosso motor, estimar a curva de torque e de potência para deixá-las do jeito que queríamos, e disso partimos para o dinamômetro e dois dias depois tínhamos um motor funcionando.

Infelizmente o vídeo não é no dyna, e sim a gente rodando o motor na nossa oficina, pra coletar alguns dados que precisávamos.

No final de tudo conseguimos uns valores bem legais para o motor: potência máxima de 55hp e torque máximo de 48Nn. E tudo isso com o motor rodando bem suave, deixando o carro bem na mão do piloto, que era a nossa intenção inicial. Claro que também houve uma preocupação com o consumo do carro, afinal 10% da nossa pontuação na competição envolve quanta gasolina (Podium, por sinal) vamos consumir depois de rodar 22km. Nosso tanque foi projetado para ter 6L, então tínhamos um limite… heheh

Bom galera, vou parar por aqui por enquanto. Nessa parte de hoje tentei ilustrar algumas partes do nosso projeto, e na próxima quero trazer algumas outras que deixei de fora por enquanto, tal como a suspensão e os freios.

Valeu pela atenção e pela leitura! Deixem sugestões e comentários pro próximo post e assim a gente vai melhorando os textos.

Abraço!

Por Danilo Porto, Project Cars #100

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