Sem derrapar na curva

Tese analisa aspectos relacionados à interação entre pneu e solo, de modo a controlar o desempenho de veículos em terrenos escorregadios ou acidentados

A indústria automobilística ainda não desenvolveu um carro autônomo comercial, mas tem dotado vários modelos com recursos que dispensam a ação dos motoristas. Atualmente, já é possível sair da concessionária dirigindo um veículo capaz de controlar a velocidade em relação ao automóvel da frente ou de estacionar sem o auxílio do condutor. Ademais, o crescente mercado de veículos elétricos, incluindo modelos com múltiplos motores acoplados às rodas, abre possibilidades para o desenvolvimento de soluções inovadores. Seja qual for o recurso disponível, o funcionamento dessas tecnologias é orientado, em boa medida, pela percepção do próprio veículo e do seu ambiente. Com base nessa premissa, o engenheiro de controle e automação Rafael de Angelis Cordeiro pesquisou em sua tese de doutoramento, defendida na Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação (FEEC) da Unicamp, aspectos relacionados à interação entre pneu e solo, de modo a controlar o desempenho do veículo em situações adversas, como transitar por um terreno escorregadio ou acidentado.

O trabalho de Cordeiro, que se enquadra na área de pesquisa de veículos terrestres inteligentes, insere-se em um projeto multidisciplinar e multi-institucional do Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer (CTI) denominado VERO (Veículo Robótico de Exterior). Na Unicamp, a tese contou com a orientação dos professores Paulo Augusto Valente Ferreira, da FEEC, e Ely Carneiro de Paiva, da Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM). Parte dos estudos foi realizada no Instituto Superior Técnico de Lisboa (Técnico Lisboa - Portugal), sob a supervisão do professor José Raul Azinheira, e no laboratório HEUDIASYC da Université de Technologie de Compiègne (UTC - França), sob a supervisão do professor Alessandro Corrêa Victorino. No CTI, o trabalho foi supervisionado pelo pesquisador Samuel Siqueira Bueno. Embora o tema seja complexo, o engenheiro de controle e automação conta que procurou responder a duas perguntas básicas.

A primeira: é possível medir as forças exercidas sobre os pneus durante, por exemplo, uma curva? A segunda: uma vez aferidas as forças existentes, é possível determinar quanto de força aplicar para obter a melhor performance do veículo durante a manobra? Depois de várias análises teóricas e de ensaios técnicos, Cordeiro finalmente conseguiu chegar às respostas pretendidas.

Foto: Perri
O engenheiro de controle e automação Rafael Cordeiro, durante a defesa da tese: objetivo do estudo é contribuir para o desenvolvimento de tecnologias que tornem os automóveis mais eficientes e seguros

Uma das medidas adotadas pelo pesquisador foi criar modelos matemáticos que pudessem representar, de forma virtual, o comportamento do carro em situação real, a partir da agregação de diferentes parâmetros. Em seguida, o autor da tese partiu para os ensaios práticos. Um deles, realizado no Laboratório de Ensaios Dinâmicos da FEM, determinou o momento da inércia do carro. “Para fazer isso, tivemos que fazer um pêndulo com o veículo”, relata Cordeiro.

O pesquisador encontrou especial dificuldade para estabelecer as forças que atuam sobre os pneus durante uma manobra. “Fomos procurar sensores que fizessem esse tipo de medição, mas eles são muito caros, da ordem de US$ 100 mil por roda do carro. A alternativa que encontramos foi estimar essas forças, a partir da combinação de modelos matemáticos, técnicas de estimações e o uso de sensores mais comuns e mais baratos, como o acelerômetro. Com isso, conseguimos desenvolver um método para estimar essas forças sem o auxílio de equipamentos mais sofisticados”, pontua.

Por meio dessa metodologia, validada experimentalmente com o veículo DYNA do HEUDIASYC, o engenheiro de controle e automação estimou as forças laterais, longitudinais e verticais exercidas sobre as rodas do veículo. Ou seja, a primeira pergunta estava respondida. Faltava, porém, responder à segunda. Isso foi feito por intermédio da análise da dinâmica do carro em condições de curva. “Essa abordagem nos permitiu estabelecer, por exemplo, quais forças aplicar nos pneus e qual o ângulo mais adequado da direção para realizar determinada manobra”, explica Cordeiro.

Uma das constatações feitas pelo pesquisador foi que as curvas “comuns”, aquelas realizadas normalmente pelos motoristas, apresentam o que os especialistas classificam de “equilíbrio estável”. Nessas condições, o veículo consegue realizar a manobra sem dificuldade. Já nas curvas instáveis, nas quais o carro derrapa e “canta” o pneu, a manobra é bem mais difícil de ser realizada, o que exige que o condutor gire o volante no sentido oposto ao da curva.

Cordeiro também constatou que, embora modelos elétricos com motorização independente nas rodas – como o do projeto VERO – permitam configurar forças específicas para cada pneu com a intenção de melhorar o desempenho do carro, o diferencial eletrônico não gera o efeito desejado. “O que nós vimos foi que, a despeito do diferencial de força, a curva é feita exatamente da mesma maneira”. O estudo também analisou a performance do veículo durante manobra em terrenos distintos: em situação de neve, cascalho e asfalto seco. “Verificamos que se o carro estiver em velocidade constante e aplicar um ângulo de cinco graus na direção, ele fará a curva exatamente da mesma maneira, a despeito do terreno. Particularmente, fiquei surpreso com esse resultado”, admite.

Por último, Cordeiro verificou, em simulação, se era possível fazer com que o veículo realizasse, de forma autônoma, uma curva em condição estável de drifiting, manobra que consiste em deslizar nas curvas escapando a traseira. “Nós demonstramos que isso é possível, numa condição em que o volante está bem esterçado, tendo a roda na direção contrária à da curva”, detalha. Conforme o pesquisador, resultados como os obtidos em sua tese são importantes porque podem colaborar, no futuro, para o desenvolvimento de tecnologias que tornem os automóveis mais eficientes e seguros em condições adversas de terreno. Durante o doutorado, o pesquisador contou com bolsas de estudos concedidas pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e Fundação de Aparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp).