Por Dino Florjančič - Diretor administrativo da MonoDAQ e ex-capitão da equipe de estudantes de Fórmula 1

Estudantes de engenharia em todo o mundo desenvolvem e produzem carros de corrida e competem nas pistas mais famosas. Os Sistemas de Aquisição de Dados Dewesoft ajudam os estudantes eslovenos a entender seus carros de corrida e resolver problemas técnicos ... e eles ajudam a Dewesoft a encontrar e recrutar engenheiros motivados.

Formula student UNI Maribor GPE racing car 2013O carro de corrida UNI Maribor GPE 2013 - massa 178 kg, potência máxima de 35 kW, chassi de tubo de alumínio, motor KTM 450 SX-F, caixa de câmbio seqüencial com 75ms de tempo de mudança de marchas, rodas OZ racing 13 ″ e aceleração 0-100km / h em 3,7 s.

Você sabia que a Eslovênia tem uma equipe de jovens engenheiros que desenvolvem carros de corrida poderosos para competir nas pistas de corrida mais famosas do mundo?

Os alunos da  Universidade de Maribor participam da Engenharia do Grande Prêmio UNI Maribor e usam suas criações através da Formula Estudante para ingressar na elite da engenharia automotiva. A primeira equipe de 30 alunos da UNI Maribor Grand Prix Engineering foi formada em 2011 e, desde então, 9 carros de corrida foram construídos e jovens engenheiros estão atualmente trabalhando no carro do ano 2020.

The full student formula team of the University of Maribor Grand Prix Engineering (UNI Maribor GPE) 2013A equipe completa de fórmulas para estudantes do Grand Prix de Engenharia da Universidade de Maribor (UNI Maribor GPE) 2013.

Formula Estudante

O Formula Estudante é um concurso de design de engenharia - o maior do mundo para estudantes de ciências da engenharia, todos os anos eles competem com seu conhecimento, experiência e com a ajuda de universidades e seus patrocinadores na fabricação de carros de corrida e em diferentes etapas da corrida. Os alunos adquirem uma valiosa experiência prática por meio da participação na concepção, projeto, produção, teste e corrida de um carro, além de preparar um plano de negócios e um relatório de custos.

O conceito por trás da Formula Student é que uma empresa de fabricação fictícia contratou uma equipe de design para desenvolver um pequeno carro de corrida estilo Formula. O protótipo de carro de corrida deve ser avaliado quanto ao seu potencial como item de produção.

Cada equipe estudantil projeta, constrói e testa um protótipo com base em uma série de regras, cujo objetivo é garantir a segurança na pista - os carros são conduzidos pelos próprios alunos - e promover a solução inteligente de problemas.

Formula student action

Globalmente, existem várias centenas de equipes universitárias que competem a cada ano em mais de 40 competições realizadas em várias pistas de corrida em todo o mundo. Os organizadores da competição são associações profissionais de engenharia, com a ajuda das maiores empresas do setor automotivo, como Porsche, Daimler, Audi, Jaguar e outras - a iniciativa também visa treinar seu futuro pessoal de engenharia.

Conectando à Dewesoft

A equipe do Grand Prix de Engenharia da Universidade de Maribor (UNI Maribor GPE) conheceu a Dewesoft quando estávamos procurando um sistema de aquisição de dados para o nosso carro de corrida.

Inicialmente, solicitamos patrocínio ao escritório local da National Instruments e eles estavam dispostos a nos apoiar com hardware e software gratuitos. No entanto, eles enfatizaram que precisaríamos programar um aplicativo dentro do SW deles para poder medir dados dos sensores em nosso carro. Eles poderiam fazer isso por nós, mas essa parte não seria gratuita ou patrocinada. Não tínhamos recursos internos nem conhecimento para criar um aplicativo de medição; portanto, essa não era realmente uma opção viável.

Felizmente, um dos membros da nossa equipe havia sido patrocinado pela Dewesoft em seu projeto anterior e sugeriu ligar para a empresa. Visitamos a sede em Trbovlje e a Dewesoft nos ofereceu hardware e software gratuitos - e não precisávamos desenvolver o aplicativo!

software Dewesoft X3 DAQ já era um aplicativo pronto para uso. Simplesmente tivemos que conectar os dispositivos USB (SIRIUS and DEWE-43A) ao SBOX PC, conectar os sensores e os dados já estavam entrando nos gravadores na tela.

Aquisição de Dados em Carros de Corrida

A aquisição de dados em carros de corrida é uma tarefa bastante complexa para um sistema de medição, pois requer muitas técnicas diferentes de DAQ. Os parâmetor típicos medidos incluem:

Parâmetro medido Sensor Condicionamento de sinais / tipo de aquisição de dados
Força vertical da roda Strain gauge / célula de carga nas hastes de tração da suspensão / hastes Amplificador de ponte completa/quarto de ponte / meia ponte 
Deslocamento do amortecedor Potenciômetro linear Entrada analógica de 10 V do potenciômetro 
Velocidade (RPM) da roda Sensores indutivos ou de efeito hall em uma roda dentada Entrada de contador
Posição do volante Encoders magneticos Entrada de contador
Pressão do freio Sensor de pressão Entrada de voltagem
Aceleração da carroceria do veículo e velocidade de rotação Dispositivo de medição inercial Comunicação da porta COM
Localização do veículo Receptor GPS Interface GPS NMEA
Imagens de vídeo a bordo Câmera de vídeo Interface de vídeo
Parâmetros da unidade de controle do motor (ECU)   Porta CAN

Dispositivos Dewesoft DAQ oferece todos os terminais de condicionamento de sinal necessários para os canais analógicos incluídos na tabela, bem como as entradas do contador. Usamos um módulo SIRIUS-STG de 8 canais para conectar extensômetros de ponte completa e potenciômetros de cada uma das quatro rodas. Um DEWE-43 forneceu 8 canais analógicos e de contador adicionais.

Os canais do contador foram utilizados para os sensores de velocidade das rodas e o codificador do volante, enquanto os canais analógicos do DEWE-43A foram utilizados para a pressão do freio e outros sensores auxiliares. O SIRIUS e o DEWE-43A Também forneceram a interface de barramento CAN, que usamos para conectar à MoTeC ECU para ler todos os tipos de parâmetros do motor: RPM, posição do acelerador, óleo e temperatura da água.

A Dewesoft também nos forneceu dispositivos IMU e GPS (DS-IMU-2) que precisava ser conectado através de uma porta COM ao PC executando o software Dewesoft X. O mesmo vale para uma câmera de vídeo de alta velocidade que conectamos via Ethernet (GigE).

Welding on the formula student car frameSoldagem na estrutura do carro do fórmula estudante (SAE).

Dewesoft - Simples e Eficaz

A integração de todos esses sinais foi perfeita no Dewesoft: você configura os canais analógicos no menu »Analog In«, os canais de contador no menu »Counters«, o GPS em seu próprio menu, existe um plug-in especial para a instalação e configuração do IMU e o menu do barramento CAN possui sua própria ferramenta de decodificação CAN fácil de usar.

Mesmo se o hardware consistir em vários sensores e dispositivos diferentes, o usuário não sentirá nenhuma complexidade ao trabalhar com a GUI do software Dewesoft X DAQ. Tudo o que há são canais de dados baseados no tempo que podem ser armazenados ou usados ​​em canais matemáticos. Todos os sinais no Dewesoft também são sincronizados, independentemente do tipo (analógico, digital, GPS, vídeo).

Não tínhamos muita experiência com tecnologia de medição, pois havia predominantemente engenheiros mecânicos na equipe. O Dewesoft tornou nossa vida mais fácil, pois era apenas plug and play. Tome medidores de tensão como um exemplo. Os diagramas de fiação na configuração do canal da Dewesoft deram instruções claras sobre como conectá-los. Se você trocou os fios de entrada mais e menos, basta pressionar o botão +/- na configuração e o sinal estará na direção certa.

Calibramos os extensômetros nas hastes puxando o carro em quatro escalas de peso e usamos a calibração de dois pontos da Dewesoft: insira os valores de peso com um carro vazio, depois coloque um motorista pesado no carro e insira os novos valores de peso em as escalas. Finalmente, os parâmetros foram salvos em um chip TEDS no conector DSUB9 das entradas do strain gage que configuraram automaticamente qualquer canal ao qual o sensor estava conectado a qualquer momento.

Formula student racing

O módulo Dewesoft X Math foi especialmente útil para nossa análise do comportamento do carro. Para observar a aceleração lateral nos cantos, os canais de aceleração precisavam ser filtrados com passa-baixa a cerca de 5 Hz. Os valores de deslocamento do amortecedor foram utilizados nas equações para o cálculo de pitch and roll. Dados de vídeo e GPS foram extremamente úteis no pós-processamento para referenciar a localização na pista de corrida. O plugin Polygon também foi usado para exibir a pista de corrida e o carro.

O objetivo da aquisição de dados era entender o comportamento do carro e melhorar suas características. Pudemos ver os picos de aceleração e as cargas das rodas que ocorrem na pista de corrida e compará-los com nossos valores simulados para validar nosso design e melhorar o design do carro do próximo ano.

Fórmula Estudante - Grand Prix de Engenharia UNI Maribor (GPE) - Carros
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Massa 242 kg 211 kg 178 kg
Potência Max 60 kW 62 kW 35 kW
Chassi Chassi de tubo de alumínio Chassi de tubo de alumínio Chassi de tubo de alumínio
Motor Honda CBR 600 RR PC40 Honda CBR 600 RR PC40 KTM 450 SX-F
Câmbio Sequencial com 100ms de tempo de mudança de marchas Sequencial com 100ms de tempo de mudança de marchas Sequencial com 100ms de tempo de mudança de marchas
Rodas Keizer OZ racing 13″ OZ racing 13″
Aceleração 0-100km/h: 3,5 s 0-100km/h: 3,4 s 0-100km/h: 3,7 s

Problema - Rodas fora do chão

Um problema específico ocorreu nos primeiros testes do carro GPE12, que foram resolvidos com os dados adquiridos: o carro repentinamente levantou as duas rodas internas do chão em uma das curvas e apenas uma reação rápida do motorista o impediu de tombar. Realmente não conseguimos entender esse fenômeno, pois a combinação da largura da roda (1200 mm) e altura do centro de gravidade (270 mm) permitia uma aceleração lateral máxima de 2,2 g para as rodas internas permanecerem no chão.

Os dados gravados no Dewesoft mostraram valores máximos de aceleração lateral de 1,7-1,8 g na pista muito aderente do aeroporto que usamos como pista de teste. Em teoria, isso não deveria ter força suficiente para tirar as rodas internas do chão. Então, o que aconteceu nessa ocasião específica? Os dados também mostraram que o pico de aceleração lateral naquela ocasião não foi maior do que nas voltas anteriores.

Como a carga não aumentou, o aumento do ângulo do rolagem só pôde ser causado por uma rigidez menor ou amortecimento menor. Examinamos as barras anti-rolagem e descobrimos que uma quantidade substancial de folga se desenvolveu em seus rolamentos. As barras anti-rolagem basicamente não ofereceram resistência ao rolamento devido a essa folga. Isso fez com que o chassi ganhasse impulso no início da aceleração, que tombou o carro.

O cálculo da aceleração lateral máxima de 2,2 g foi baseado em uma suposição quase estática e não levou em consideração a inércia de rolagem do chassi, especialmente não com as barras anti-rolagem defeituosas! Finalmente, nosso sistema de medição nos ajudou a identificar o problema e até corrigi-lo no mesmo dia em que ocorreu.

Arquivo de dados do Dewesoft X tirado com os dispositivos de aquisição de dados da Deweoft durante o teste do carro de corrida da Fórmula Estudante (SAE)

Contratados pela Dewesoft - A Gang GPE 

A experiência de trabalhar com hardware Dewesoft , software Dewsoft, e a equipe da Dewesoft convenceu vários membros da equipe do UNI MB GPE a se unirem às forças da Dewesoft logo após seus estudos. Agora existe uma »gangue GPE« de cinco pessoas na empresa.

Bojan Čontala foi o primeiro membro a ingressar na Dewesoft logo após terminar suas funções de GPE como capitão de equipe em 2013. Sendo engenheiro mecatrônico, ele foi responsável pelo DAQ e pela eletrônica e trabalhou com o sistema Dewesoft em 2012 antes de assumir o cargo de capitão de equipe. Ele dirigiu a van da equipe por 26 horas direto de Maribor para Silverstone, Reino Unido. Atualmente, ele está fazendo o mesmo como gerente regional de vendas da Europa na Dewesoft.

Dois anos depois, mais três ex-membros do GPE se juntaram à Dewesoft: Luka Jerman, Aleksander Klemenčič e eu. Luka desempenhou muitas funções técnicas importantes na equipe GPE desde o início de 2011, trabalhando em simulação e design de compósitos (2012), depois em simulação dinâmica de veículos e design de suspensão (2013) e, finalmente, como diretor técnico (2014). Hoje, Luka é desenvolvedor de software para aplicativos automotivos na Dewesoft.

The Dewesoft GPE Gang - from left to right: Luka Jerman, Primož Gorenšek, Dino Florjančič, Aleksander Klemenčič (in the car), and Bojan Čontala.A Gang Dewesoft GPE - da esquerda para a direita: Luka Jerman, Primož Gorenšek, Dino Florjančič, Aleksander Klemenčič (no carro) e Bojan Čontala.

Alex era um "pau para toda obra" e mestre de muitos já naquela época. Ele trabalhou no mecanismo de mudança seqüencial, eletrônica, ajuste do motor e soldou alumínio de 0,5 mm quando necessário. Em 2012, tivemos um grande lançamento de carros no centro de Maribor com a presença do ministro da Educação da Eslovênia. O motor não ligou apenas meia hora antes do evento. Quando todos perderam a esperança, Alex abriu o MoTeC ECU e soldou um fio no PCB que resolveu o problema. Atualmente, ele faz o mesmo como desenvolvedor-chave focado em dispositivos DAQ de baixo custo.

Co-fundei a equipe GPE em 2011 e fui capitão de equipe nas duas primeiras temporadas. Foi um passeio inesquecível, projetando o carro, perseguindo patrocinadores, correndo pela Europa contra concorrentes de todo o mundo. Hoje, não é muito diferente no meu papel como diretor administrativo do MonoDAQ.

Logo após Primož Gorenšek também entrou. Eu acho que o projeto GPE pode ter durado menos de um ano se não fosse por Primož. Ele foi o único cara em nosso primeiro ano que foi capaz de trabalhar com o motor e seus componentes eletrônicos - e realmente o fez funcionar. Bem, ele destruiu alguns deles também, ainda é possível encontrar válvulas e pistões esmagados na oficina GPE em Maribor. Primož agora é engenheiro de aplicação automotiva e de combustão na Dewesoft e trabalha em estreita colaboração com Bojan e Luka ainda hoje.

Considerações Finais

O Formula Student é a melhor escola de engenharia do mundo”, afirmou o fundador e presidente do grupo internacional de consultoria em dinâmica de veículos OptimumG, Claude Rouelle, em entrevista: “O sucesso do Fórmula SAE não se resume apenas ao design de bons carros, mas sim ao design de boas equipes ".

E claro, ambos foram alcançados na Eslovênia. O GPE certamente cumpriu seu objetivo de nossa parte - acrescentou a experiência prática à teoria que nos permite contribuir para uma empresa eletrônica avançada que fornece à indústria automotiva em todo o mundo. A equipe de engenharia do UNI Maribor Grand Prix está recrutando novamente em março de 2020!