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Subsistema de Geração para Veículo Urbano Leve Híbrido Flex

Antonio Nigro Zamur
Lucas Saraceni Carvalho
Pedro Sylvestre Scandoleira

Trabalho de conclusão de curso apresentado ao Departamento de Engenharia de Sistemas de Computação e Sistemas Digitais da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo para obtenção do Título de Engenheiro.

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Motivação

O setor automotivo está em constante evolução, impulsionado por avanços tecnológicos, preocupações ambientais e mudanças nas preferências dos consumidores. Tendências como segurança, redução de impactos ambientais e implementação de sistemas inteligentes impulsionam o desenvolvimento nesse setor. Além disso, as preocupações com a mobilidade urbana em grandes cidades, onde o tempo no trânsito é significativo, contribuem para novas abordagens.

No contexto urbano, veículos leves híbridos têm ganhado destaque, oferecendo maior eficiência energética, redução de emissões de gases poluentes e uma experiência de condução mais silenciosa. A ausência de uma definição formal de “veículo urbano leve” pela Secretaria Nacional de Trânsito permite uma interpretação centrada em veículos de dimensões reduzidas, peso abaixo de 800 kg e projetados especificamente para uso urbano, visando alta economia de combustível e baixas velocidades máximas.

Embora modelos como o Renault Twingo e o Smart ForTwo tenham sido comercializados no Brasil no passado, nenhum deles possuía configuração híbrida, e não têm sucessores diretos no mesmo nicho de mercado. O cenário atual destaca a relevância de veículos urbanos leves híbridos como resposta às demandas contemporâneas por eficiência energética e mobilidade sustentável.

Objetivos

Este trabalho visa implementar um subsistema de geração para um veículo híbrido leve, utilizando um motor flex, um gerador trifásico e um retificador. O controle autônomo da rotação do motor mantém a tensão constante na saída do retificador, alimentando os demais subsistemas do veículo. A abordagem segue a arquitetura em série, onde o motor a combustão age como gerador estacionário. O projeto inclui um retificador trifásico de até 15K watts, convertendo as ondas geradas pelo gerador em 96 volts DC, padrão para todos os subsistemas do veículo.

Componentes

ESP32

  • É utilizado como controlador, aplicando o software que desenvolvemos. Ele conta com um processador dual core de 32 bits, 520 kB de RAM, 448kB de ROM, sendo suficiente para nosso software.

Corpo de borboleta

  • O corpo de borboleta utilizado é um Delphi ETC Air Control Valve, que conta com um atuador eletrônico.

Motor elétrico

  • Para nossa prova de conceito, foi necessário a utilização de um motor elétrico equipado com tacômetro digital, que servirá como modelo análogo da rotação do eixo do motor a combustão.
  • O projeto contempla a aplicação de um motor Honda 250cc, visto que o sinal digital do motor elétrico utilizado é idêntico ao do motor a combustão.

Retificador

  • Um retificador com elevador de tensão topologia Boost-Interleaved foi desenvolvido para atender as necessidades do projeto.
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Exemplo simplificado da montagem

Ao lado, segue o esquema simplificado do nosso projeto, onde o eixo do motor irá transmitir o sinal do tacômetro ao software no ESP32, que irá controlar a abertura da válvula borboleta, manipulando a energia transferida ao motor, para que sua rotação seja regularizada à ideal.

Real montagem do sistema

  • Segue foto da real montagem de nosso sistema

Válvula Borboleta

  • Nesse vídeo, podemos ver a ação de correção da rotação do motor elétrico por meio do controle da abertura da válvula borboleta

Monografia

Para entender todos os detalhes do que se foi desenvolvido em nosso trabalho de conclusão de curso, cheque nossa monografia, que segue com arquivo em anexo.

Github

Para entender um pouco melhor o desenvolvimento passo a passo de nosso projeto, veja nosso Github!

Participantes

Antonio Nigro Zamur

Aluno de Engenharia elétrica com Ênfase em computação

Pedro Sylvestre Scandoleira

Aluno de Engenharia elétrica com Ênfase em eletrônica e sistemas

Lucas Saraceni Carvalho

Aluno de Engenharia elétrica com Ênfase em computação

Agradecimentos

Durante o desenvolvimento de nosso projeto, tivemos auxílio de Professores e Alunos.

  • Professor orientador Prof. Dr. Armando Antonio Maria Laganá
  • Professor orientador Prof. Dr. Bruno Augusto Angélico
  • Professor orientador Prof. Dr. Marco Túlio Carvalho de Andrade
  • Ao aluno da graduação Marcos Beleza Filho
  • Ao aluno da graduação Fernando Zolubas Preto
  • Ao mestrando Henrique Caballeria Mesquita