CONTRIBUTOS PARA UM CONTROLO DE TRACÇÃO DE UM VEÍCULO ELÉCTRICO BIMOTOR ANTÓNIO ROQUE

OBJECTIVOS : Concepção e construção de um veículo eléctrico bimotor munido de diferencial eléctrico e estudo de um controlo de trajectória SUMÁRIO : INTRODUÇÃO CONFIGURAÇÕES DO SISTEMA DE PROPULSÃO MODELO GLOBAL DO VEÍCULO ACCIONAMENTO ELÉCTRICO DIFERENCIAL ELÉCTRICO CONTROLO DE TRAJECTÓRIA DO VEÍCULO CONSIDERAÇÕES FINAIS

INTRODUÇÃO Problemas ambientais Um crescimento significativo dos veículos de combustão interna, a nível mundial, contribuem com um aumento considerável da concentração de CO2 na atmosfera, tendo como consequência um crescimento dos problemas relacionados com o designado efeito de estufa Medidas políticas a adoptar para um incentivo à aquisição de veículos eléctricos Criação de taxas de produção de veículos eléctricos em relação aos veículos de combustão interna Diminuição do imposto automóvel para este tipo de veículos Abolição da taxa de estacionamento Criação de infra-estruturas para recarga

EXEMPLOS DE CONFIGURAÇÕES DE PROPULSÃO MOTOR + CAIXA REDUTORA DIFERENCIAL 2 MOTORES INDEPENDENTES + CAIXA REDUTORA 4 MOTOR INDEPENDENTES + CAIXA REDUTORA 4 MOTOR INDEPENDENTES

CONFIGURAÇÃO E VEÍCULO ADOPTADO NESTE ESTUDO VEÍCULO 2 MOTORES INDEPENDENTES + CAIXA REDUTORA CONFIGURAÇÃO

DIFERENCIAL MECÂNICO = L= R 2= L+ R Em corte Princípio de funcionamento Em recta Em curva = L= R 2= L+ R  R L 1 1 - Pinhão de ataque 2 2 - Satélite 5 5 - Roda de coroa Transformações realizadas no diferencial 3 3 - Planetário 4 4 - Caixa diferencial

DIFERENCIAL ELÉCTRICO Solução Proposta 2 Rodas motoras independentes 2 Motores Eléctricos desacoplados entre si mecanicamente Entradas do sistema Saída do sistema Modelo Matemático Posição do Ângulo do volante Velocidade de cada roda motora Velocidade linear de cada roda motora Velocidade linear das rodas motoras em curva Sinal de referência de velocidade para cada motor

DIFERENCIAL ELÉCTRICO Raio imaginário da curva Trajectória curvilínea Direita Esquerda Trajectória rectilínea Implementação

MODELO GLOBAL DO VEÍCULO Centro de gravidade teórico no plano XZ Referenciais Centro de gravidade real no plano XY Centro de gravidade teórico no plano XY

MODELO GLOBAL DO VEÍCULO Modelo de cada roda motora Raio da roda Carga em cada rodas Eixo da frente Eixo traseiro

MODELO GLOBAL DO VEÍCULO Forças aplicadas a cada roda motora Roda em repouso Roda em movimento

MODELO GLOBAL DO VEÍCULO Forças aplicadas a cada roda motora Força de aderência Fad Força de atrito estático Fae Força de atrito viscoso ou de (Stokes) Fae

MODELO GLOBAL DO VEÍCULO Forças aplicadas ao Chassis Força de atrito aerodinâmico F a ad Força centrífuga F c Força correspondente à componente do peso num plano inclinado Fi Força total F at

MODELO GLOBAL DO VEÍCULO Velocidade do veículo Trajectória rectilínea Trajectória curvilínea v Chassis 1/M´ ò a L 1/2 R + Roda L F Fae,Fas FadL Roda R FadR Fi Fa ad

ACCIONAMENTO ELÉCTRICO Esquema de Montagem do accionamento eléctrico de potência

ACCIONAMENTO ELÉCTRICO Motor eléctrico de tracção Características da máquina a seleccionar Funcionamento para níveis de tensão baixa Elevada potência específica Robusta e de fácil comando Máquina seleccionada Marca: Lynch Tipo: Máquina CC de magnetos permanentes Potência disponível: 10,3 kW (60 V, 200 A) Velocidade nominal: 3500 rpm Rendimento nominal: 86 % Peso: 11 kgf

ACCIONAMENTO ELÉCTRICO Modelo dinâmico da máquina eléctrica Equação eléctrica Equação mecânica

ACCIONAMENTO ELÉCTRICO Modelo dinâmico da máquina eléctrica Diagrama de blocos Espaço-Estados

ACCIONAMENTO ELÉCTRICO Ensaios da máquina

ACCIONAMENTO ELÉCTRICO Ensaios da máquina

ACCIONAMENTO ELÉCTRICO Resultados experimentais

ACCIONAMENTO ELÉCTRICO Baterias seleccionadas

ACCIONAMENTO ELÉCTRICO Ensaios de carga das baterias Ensaios de descarga das baterias

ACCIONAMENTO ELÉCTRICO Conversor electrónico de potência Tipo de conversor Características dos interruptores Tipo MOSFET Referência IXFN 200N07 VDSS= 70 V I D25 = 200 A TjM = 150 ºC RDSon = 6 m, para ID=100A Tqon,Tqoff < 200 ns

ACCIONAMENTO ELÉCTRICO Dissipador

ACCIONAMENTO ELÉCTRICO Controlo de corrente por modo de deslizamento Bem adaptado ao caracter discreto de funcionamento dos interruptores electrónicos potência Facilidade de dimensionamento e realizar na prática Capacidade de manter o erro limitado numa banda pré-definida

ACCIONAMENTO ELÉCTRICO Resultados experimentais Tensão e corrente no motor

ACCIONAMENTO ELÉCTRICO Resultados experimentais Tensão VDS no MOSFET

ACCIONAMENTO ELÉCTRICO Resultados experimentais Desempenho do controlador Viref - Tensão referência da corrente (4/div) im - Corrente no motor (40 A/div) t - 10 s/div Viref - Tensão referência da corrente (4/div) im - Corrente no motor (40 A/div) t - 10 s/div Viref - Tensão referência da corrente (2,5/div) im - Corrente no motor (50 A/div) t - 2 ms/div

DIFERENCIAL ELÉCTRICO Diagrama de blocos

DIFERENCIAL ELÉCTRICO Modelo detalhado do sistema Condições de convergência

DIFERENCIAL ELÉCTRICO Modelo detalhado do sistema Tensões de comando

DIFERENCIAL ELÉCTRICO Modelo simplificado do sistema

DIFERENCIAL ELÉCTRICO Variáveis de estado do sistema

DIFERENCIAL ELÉCTRICO Sensibilidade à variação dos parâmetros, J, kp e ki

DIFERENCIAL ELÉCTRICO Resultados de simulação do modelo simplificado Perturbação no binário Perturbação no volante

DIFERENCIAL ELÉCTRICO Resultados de simulação do modelo detalhado Perturbação no binário Perturbação no volante

CONTROLO DE TRAJECTÓRIA DE UM VEÍCULO ELÉCTRICO BIMOTOR COM RODAS DA FRENTE LIVRES r Roda L - Perturbação da estrada FadL Motor + Roda esquerda (L) Características de aderência do pneu iL TrL TmL + Dinâmica Electromagnética Diagrama Funcional Controlo Individual de corrente L Controlador de corrente L irefL - eiL icL + - icR volante Controlo de Trajectória Roda L Roda R VWL VWR iref acelerador Inclinação Chassis Cinemática do Veículo Resistência do ar Vx F a_ar FadL FyL FadR FyR Vx,Vy r iR Motor + Roda direita (R) Roda R - Características de aderência do pneu TmR + Dinâmica Electromagnética TrR Perturbação da estrada Controlo Individual de corrente R Controlador de corrente R irefR + - eiL + -

CONTROLO DE TRAJECTÓRIA DE UM VEÍCULO ELÉCTRICO BIMOTOR COM RODAS DA FRENTE LIVRES Diagrama de simulação em Simulink

CONTROLO DE TRAJECTÓRIA DE UM VEÍCULO ELÉCTRICO BIMOTOR COM RODAS DA FRENTE LIVRES Resultados de simulação sem controlo de trajectória Rodas motoras no mesmo tipo de piso Rodas motoras em tipo de piso diferente Espaço percorrido x y Erro dos espaços erro t Escorregamento s Coeficiente de aderência m Espaço percorrido x y Erro dos espaços erro t Coeficiente de aderência m Escorregamento s

CONTROLO DE TRAJECTÓRIA DE UM VEÍCULO ELÉCTRICO BIMOTOR COM RODAS DA FRENTE LIVRES Resultados de simulação com controlo de trajectória Rodas motoras em tipo de piso diferente Espaço percorrido y Erro dos espaços erro t Escorregamento s Coeficiente de aderência m x Velocidade das rodas e do veículo km/h Velocidade da roda com maior escorregamento Velocidade da roda com menor escorregamento Velocidade do veículo

Conclusões gerais e contributos CONSIDERAÇÕES FINAIS Conclusões gerais e contributos Modelização do diferencial eléctrico Controlo de trajectória do veículo Controlo de binário actuante nas rodas motoras

Perspectivas de desenvolvimento futuro CONSIDERAÇÕES FINAIS Perspectivas de desenvolvimento futuro No futuro o modelo do veículo terá de incluir os seguintes factores: A curto prazo o veículo terá as seguintes implementações: Diferencial eléctrico Controlo de tracção Travagem regenerativa Registo em tempo real das variáveis do sistemas Controlo de estabilidade Forças laterais actuantes no veículo Modelo do veículo com quatro rodas motrizes Inclusão de suspensão no modelo de veículo