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Achilles Perissinotto Arbex

Sistema para simulação de um banco de testes para transmissão veicular

automática.

Trabalho de conclusão de curso

apresentado ao Campus Experimental da

Universidade Estadual Paulista para

obtenção do certificado de graduação no

curso de Engenharia de Controle e

Automação.

Sorocaba

2008

Achilles Perissinotto Arbex

Sistema para simulação de um banco de testes para transmissão veicular

automática.

Trabalho de conclusão de curso

apresentado ao Campus Experimental da

Universidade Estadual Paulista para

obtenção do certificado de graduação no

curso de Engenharia de Controle e

Automação.

Área de concentração: Engenharia de

Controle e Automação.

Orientador: Prof.Dr.Galdenoro Bottura Jr.

Sorocaba

2008

Dedicatória

À minha família, amigos, professores e colegas de trabalho, que vivenciaram cada

dificuldade encontrada no exercício de adquirir conhecimento. Que com paciência

souberam superar os momentos de ausência, que com extrema dedicação fortaleceram-me e

incentivaram-me na busca contínua do objetivo. A todos aqueles que com o passar do

tempo compartilharão comigo a transformação do conhecimento em aplicação da

sabedoria.

Agradecimentos

Aos orientadores e professores, que com paciência e conhecimentos souberam colaborar

nos momentos de aprendizado.

Aos amigos e colegas, que por tanto tempo dispensaram atenção e motivaram o

desenvolvimento deste trabalho.

À ZF do Brasil que pela compreensão, confiança e disponibilidade possibilitou o

desenvolvimento de um trabalho conciso, completo e coerente.

Aos especialistas da ZF do Brasil que com paciência e conhecimento orientaram e

contribuíram para o resultado positivo do trabalho.

Aos meus pais e familiares, que com toda a sabedoria souberam coordenar meus passos

sempre com o intuito de guiá-los e não limitá-los.

Prefácio

Tudo o que será apresentado no presente relatório é fruto de simulações e estudos

desenvolvidos durante a etapa de aprendizado, o que leva a crer que todos os modelos são

passíveis a incremento de valores significativos que poderiam ser incrementados no

decorrer da aplicação do projeto, podendo ser mais bem embasados e justificados quando

agregados novos resultados.

Sumário de Tópicos

Resumo ................................................................................................................................. 14

1. Introdução..................................................................................................................... 18

1.1. Objetivo Principal...................................................................................................... 18

1.2. Segmentação do Trabalho ......................................................................................... 18

2. Tipos de Transmissões e Aplicações Existentes........................................................... 19

2.1. Revisão dos Principais Conceitos de Transmissões Veiculares Existentes............... 19

2.2. Tipos de Transmissão Veicular ................................................................................. 21

2.3. Configurações Longitudinais e Transversais............................................................. 22

2.4. Transmissões automáticas com número elevado de velocidades .............................. 25

3. Principais Componentes das Transmissões Automáticas............................................. 28

3.1. Conversor de Torque ................................................................................................. 28

3.1.1. Princípios Básicos de Funcionamento do Conversor de Torque........................ 28

3.1.2. Componentes do Conversor de Torque .......................................................... 29

3.1.3. Princípio de Funcionamento do Conversor de Torque................................... 31

3.1.4. Características intrínsecas do conversor de torque......................................... 33

3.1.5. Principais equações de regimento do conversor de torque................................. 35

3.2. Características do fluido da transmissão automática................................................. 38

3.3. Embreagem de travamento ........................................................................................ 38

4. Controle Hidráulico de Transmissões Automáticas ..................................................... 39

4.1. Unidade de Controle Hidráulico................................................................................ 39

4.2. Unidade de Controle Eletrônico ................................................................................ 39

4.3. Programas de Controle na Unidade de Controle Eletrônico ..................................... 40

4.4. Principais Tipos de Sensores da Transmissão Automática ....................................... 41

5. Princípio de Funcionamento da Transmissão Automática ........................................... 44

5.1. Princípio de Funcionamento...................................................................................... 44

5.2. Disposição para o Engate de Marchas....................................................................... 45

6. Breve introdução ao LabView...................................................................................... 58

6.1. Instrumentação Virtual em Laboratórios Didáticos................................................... 60

6.2. Instrumentação Virtual – O conceito........................................................................ 63

6.3. Dispositivos de aquisição e controle: Hardware ....................................................... 65

6.3.1. Aquisição de dados............................................................................................. 65

6.4. Controle de instrumentos........................................................................................... 68

6.5. Ambiente de desenvolvimento: Software.................................................................. 70

6.6. Linguagem de Programação ...................................................................................... 71

7. LabVIEW...................................................................................................................... 72

8. Programa desenvolvido ................................................................................................ 74

9. Procedimento de criação de sistema em LabView ....................................................... 75

9.1. Lógica de Execução................................................................................................... 76

9.1.1. Simulação do Motor ........................................................................................... 77

9.1.2. Simulação da transmissão................................................................................... 79

10. Discussão dos resultados .............................................................................................. 82

11. Referências Bibliográficas.......................................................................................... 102

Anexo 1 .............................................................................................................................. 104

Sumário de Figuras

Figura 1. Transmissão e motor instalados longitudinalmente no veículo

(www.oficinaecia.com.br). ................................................................................................... 22

Figura 2 – Esquema simplificado do diferencial do automóvel (www.oficinaecia.com.br).23

Figura 3. Linha de transmissão dianteiro transversal (www.oficianecia.com.br). ............... 24

Figura 4. Transmissão automática ZF 6 HP 26 (Catálogo ZF). ........................................... 27

Figura 5. Turbina, estator e bomba do conversor de torque (Catálogo ZF). ....................... 29

Figura 6. Componentes do conversor de torque conectados a transmissão e ao motor

(Catálogo ZF). ...................................................................................................................... 30

Figura 7. Princípio de funcionamento do conversor de torque (HEISLER, 2002). ............ 33

Figura 8. Sistema de controle básico (HEISLER, 2002). ..................................................... 40

Figura 9. Sistema de controle eletro-hidráulico da transmissão – posição neutro

(HEISLER, 2002). ................................................................................................................ 43

Figura 10. Transmissão automática ZF de 5 marchas a frente e 1 reversa

(trasaxial/longitudinal) (HESILER, 2000). .......................................................................... 44

Figura 11. Figura de ilustração do mostrador do seletor de marchas (Catálogo ZF). .......... 46

Figura 12. Esquema de engate da primeira marcha de uma transmissão automática

(Catálogo ZF). ...................................................................................................................... 47

Figura 13. Disposição do conversor de torque quando engatada a primeira marcha da

transmissão (Catálogo ZF). .................................................................................................. 48

Figura 14. Esquema de engate da segunda marcha de uma transmissão automática

(Catálogo ZF). ...................................................................................................................... 49

Figura 15. Disposição do conversor de torque quando engatada a segunda marcha da



(Catálogo ZF). ...................................................................................................................... 51




(Catálogo ZF). ...................................................................................................................... 53




(Catálogo ZF). ...................................................................................................................... 55




(Catálogo ZF). ...................................................................................................................... 57



Figura 24. Arquitetura de um instrumento virtual. ............................................................... 64

Figura 25. Instrumento virtual baseado em aquisição de dados. .......................................... 67

Figura 26. Ilustração das possíveis plataformas encontradas atualmente. ........................... 68

Figura 27. Típico exemplo de aplicação que utiliza VI para instrumentação. ..................... 73

Figura 28. Exemplo de diagrama de blocos que desempenha a função do osciloscópio de

dois canais. ........................................................................................................................... 74

Figura 29. Parte do Block Diagram do programa de simulação. São indicados os blocos nos

quais estão implementadas as fórmulas de nmax e Vmaxtroca, tão como For Loop. ................. 81

Figura 30. Case Structure contendo os procedimentos para incremento de marcha e seleção

da rotação de mudança de marcha........................................................................................ 82

Figura 31. Resposta do motor à solicitação de aumento de rotação (c = 0,005 s-1). ............ 83

Figura 32. Resposta do motor à solicitação de aumento de rotação (c = 0,5 s-1). ................ 84

Figura 33. Interface de dados do motor na simulação (Front Panel).................................... 85

Figura 34. Interface de dados da transmissão....................................................................... 86

Figura 35. Interface de dados do pneu.................................................................................. 87

Figura 36. Resposta do modelo de transmissão proposto..................................................... 88

Figura 37. Gráfico dente de serra obtido também na simulação. O tracejado vermelho

indica a inclusão do dado de fim de execução rotação = 0 e velocidade = 0. ...................... 88

Figura 38. Front Panel de interface com o usuário. O comportamento da rotação do motor

na partida. Nesta interface também são escolhidas a velocidade objetivada e a constante de

tempo do motor. O indicador de 7 segmentos mostra a marcha em que a transmissão se

encontra. ............................................................................................................................... 89

Figura 39. Resposta do motor à solicitação de redução de velocidade. ............................... 90

Figura 40. Esquema simplificado da localização da embreagem no powertrain. ................ 92

Figura 41. Esquema dos componentes do conjunto de embreagem. .................................... 94

Figura 42. Figura do conjunto de embreagem devidamente montado. ................................ 95

Figura 43. Exemplos das diversas embreagens difundidas no mercado............................... 96

Figura 44. Esquema do circuito elétrico utilizado para simulação dos sensores.................. 97

Figura 45. Principal interface utilizada para aquisição de dados do sensor de curso de

embreagem............................................................................................................................ 98

Sumário de Equações

Equação 1. Equação de relação dos torques (HEISLER, 2002). .......................................... 31

Equação 2. Equação de eficiência. ....................................................................................... 36

Equação 3. Razão entre as velocidades de saída e entrada................................................... 36

Equação 4. Razão entre os torques de saída e entrada.......................................................... 36

Equação 5. Equação que descreve o comportamento da rotação do motor de combustão

interna. .................................................................................................................................. 78

Equação 6. Equação para a rotação de troca de marcha. ...................................................... 79

Equação 7. Equação que descreve a velocidade máxima de troca de marcha...................... 79

Equação 8. Equação da rotação de troca de marcha............................................................. 80

Sumário de Gráficos

Gráfico 1. Curvas características de desempenho (HEISLER, 2002). ................................. 34

Gráfico 2. Curvas características de desempenho (HEISLER, 2002). ................................. 35

Sumário de Tabelas

Tabela 1. Tabela de codificação de posições da alavanca. ................................................... 42

Resumo

O presente trabalho visa o estudo e implementação de um simulador de testes para

transmissões automáticas projetadas para veículos comerciais. As linhas que seguem trarão

um panorama geral sobre o assunto, bem como o enquadramento da tecnologia desta área

de pesquisa na economia dos dias atuais.

Perante todo um histórico de intenso desenvolvimento das transmissões veiculares

automotivas, duas variantes se mostraram em extremidades opostas no tema transferência

de torque por intermédio de engrenagens e componentes dentados: a transmissão veicular

automática e a transmissão mecânica convencional.

A tão consagrada transmissão automotiva automática [1], de acionamento por

sistemas hidráulicos, vem sendo implementada no mercado automobilístico a cerca de

cinco décadas e encontra-se atualmente sob um maciço investimento e incentivo ao seu

desenvolvimento. Os fabricantes e consumidores se mostram verdadeiramente interessados

neste tipo de tecnologia de controle automático de transmissão de torque, uma vez que este

conceito de transmissão oferece uma sensível melhoria quanto ao conforto durante as trocas

de marchas, consumo de combustível, inovação e a sua perfeita adequação às imposições

de emissões de poluentes.

Concomitantemente, a transmissão de conceito mecânico mostra-se

simultaneamente em constante desenvolvimento, mesmo sendo suas técnicas de fabricação

e análise já bastante difundidas nos veículos de informações da atualidade, em se

considerando que processo de fabricação de engrenagens não é mais nenhum mistério, uma

vez que as companhias apenas procuram deter os detalhes de projeto. Embora existam

pensamentos que digam que estas estão com os dias contados frente ao desenvolvimento

das transmissões automáticas descritas anteriormente [2], estas ainda dominam o mercado

quando se leva em conta o custo por unidade e a manutenção, já que se trata de um

complexo mais robusto de componentes mecânicos, como se pode facilmente constatar pela

quantidade de veículos comercializados com transmissão mecânica na atualidade.

A transmissão automática é dotada de conversor de torque, engrenagens planetárias

e embreagens multi-discos, componentes estes bastante peculiares e com funcionamento

totalmente distinto ao das transmissões convencionais. São estes componentes que

garantem todo o conforto e versatilidade das transmissões automáticas frente aos demais

conceitos de transmissão de torque por engrenagens.

As transmissões automáticas, desta forma, têm como principal objetivo oferecer um

diferencial capaz de atender as mais diversas necessidades dos clientes, permitindo ao

consumidor uma escolha entre os diferentes conceitos de produtos, o que pode ser mais

bem compreendido como uma vantagem competitiva.

Este trabalho por si só dá ênfase a simulação do comportamento deste tipo de

transmissão em trocas de marchas ascendentes, segundo uma rotação pré-estabelecida do

motor e condições que compreendam a realidade com a maior fidelidade de detalhes

possível. A partir de uma análise profunda do funcionamento da transmissão, é possível

analisar o seu funcionamento em um banco de provas para cada um dos sistemas presentes

na mesma, funcionando em conjunto e sendo avaliados individualmente.

Primeiramente, serão caracterizados detalhadamente cada sistema e seu

funcionamento, e posteriormente comparadas às respostas do banco de testes ao resultado

esperado segundo a experiência do operador e a teoria de funcionamento da transmissão.

Por se tratar de uma transmissão que oferece grande conforto em contrapartida a um

alto custo em manutenção e aquisição, esta pode ser descrita como um grande potencial

para desenvolvimento, apresentando um leque de possibilidades para atuação do

desenvolvimento de pesquisadores do ramo.

O aprimoramento e o desenvolvimento deste tipo de transmissão são factíveis

segundo o ponto de vista do desenvolvimento da microeletrônica e o advento da tecnologia

de testes presente em bancos de prova em todos os fabricantes, as quais serão abordadas

neste trabalho com a preocupação de se automatizar processos e garantir maior segurança

dos operadores durante o teste.

Assim, os sistemas em estudo durante este trabalho visam uma simulação de

funcionamento de transmissões automáticas, ressaltando as suas principais diferenças

quanto às transmissões mecânicas vigentes no mercado atual. O teste engloba variáveis

críticas para o perfeito funcionamento da transmissão, fatores estes que serão devidamente

explanados em momento oportuno, garantindo assim um produto de altíssima qualidade,

isento de qualquer problema de funcionamento.

Abstract

This project seeks the study and implementation of a system for tests in automatic

gearboxes for commercial vehicles. The lines that proceed will bring a general point of

view on the subject, as well as the field of action of the technology in this research area in

the economy of the current days.

Before all the historical of intense development of the automotive gearboxes, two

variants were shown in opposed extremities in the theme torque transfer through

engagements and tooth components: the automatic vehicular gearbox and such well-known

conventional mechanical transmission.

Such consecrated automatic gearbox [1], of action due to hydraulic systems, which

is being implemented in the automobile market almost for five decades, being now under a

massive investment and incentive to development. The suppliers and customers are shown

really interested in this kind of technology, once this gearbox concept offers a sensitive

improvement related to comfort during the changes of marches, consumption of fuel,

innovation and perfect adaptation to gas emission impositions.

At the same time, the mechanical gearbox concept is shown in constant

development, even being these production techniques and analysis already quite diffused in

the vehicles of information of the present time. Although thoughts say that these gearbox

are facing counted days of existence in front of the development of the automatic gearboxes

previously described [2], these still dominate the market when it is taken into account the

cost for unit and the maintenance, since it is a complex stronger than mechanical

components.

The automatic gearbox is endowed with torque converter, planet gear and multi-

disks clutches, components quite peculiar and with operation totally different of the

conventional gearboxes. These components guarantee the whole comfort and versatility of

the automatic gearboxes when analyzed front of the other concepts of torque transmission

due engagements.

The automatic gearboxes, this way, have as main objective to offer a differential

capable to assist the most several needs of the customers, allowing to the customer a choice

among the different concepts of products, what can be better understood as a competitive

advantage.

This work by itself gives emphasis to the behavior simulation of this gearbox type

regarding to ascending gear shift, according to a pre-established rotation of the motor and

conditions that comprehend the reality with the largest possible fidelity of details. Starting

from a deep analysis of the gearbox operation, it is possible to analyze the operation in a

test bench for each one of the present systems in the same, working together and being

individually appraised.

Firstly, each system and its operation will be featured in full detail, and later

compared the answers of the tests bench to the result waited according to the experience of

the operator and the theory of operation of the transmission.

Talking about this kind of gearbox, it offers great comfort in compensation at a high

cost in maintenance and acquisition, what can be described as a great potential for

development, presenting a fan of possibilities for performance of the researchers of the

branch development.

The increasing and development of this gearbox concept are feasible according to

the point of view of the development of the microelectronics and the coming of the

technology of tests present in test benches in all the suppliers, which will be approached in

this work concerning to automate processes and to guarantee larger safety of the operators

during the test.

Thus, the systems in study during this work seek a control of operation of automatic

gearboxes front the main differences with relationship to the effective mechanical

transmissions in the current market. The test includes critical variables for the perfect

operation of the transmission, factors that will be properly shown in opportune moment,

warranting high quality of the product, exempt of any operation problem.

1. Introdução

1.1. Objetivo Principal

Este trabalho tem por principal objetivo apresentar de forma detalhada um

complexo para simulação do funcionamento de um sistema de transmissão de torque

utilizado em veículos comerciais: a transmissão automática de atuação e controle

hidráulicos.

Para tanto foi utilizado o software de simulação de sistemas LabVIEW da National

Instruments, software este munido de instrumentos virtuais capazes de simular com alta

confiabilidade as condições reais a qual são submetidos tais conjuntos eletro-mecânicos.

1.2. Segmentação do Trabalho

O item 2 do presente trabalho será composto por um descritivo dos diversos tipos de

transmissões existentes nos veículos comerciais atuais. O intuito deste descritivo é

familiarizar o leitor com palavras chaves que serão utilizadas no decorrer do estudo, e

demonstrar segundo as perspectivas do autor, a possibilidade de se aplicar este sistema na

prática das empresas do ramo.

O item de número 3 irá oferecer uma breve explicação dos componentes de uma

transmissão automática, através da listagem e explicações de seus componentes básicos:

conversor de torque, engrenagens, embreagens, freios, dispositivos hidráulicos, tão como

seu funcionamento como um todo. Desta forma é possível o entendimento do

funcionamento da transmissão perante a leitura deste trabalho, bem como desenvolver uma

criticidade quanto ao funcionamento do conjunto e do teste em questão.

O item de número 4 oferece um panorama geral de funcionamento da transmissão

automática quanto à questão do controle utilizado para a harmonia e funcionamento da

transmissão quando em troca de marchas, para que por fim, no item 5 seja feita uma

avaliação das fases de troca de marcha.

O item de número 6 tem por intuito ambientar o leitor quanto ao software utilizado

tão como demonstrar as principais funções e possibilidades de trabalho. O item 7 fornece

algumas informação adicionais referentes ao LabVIEW.

Os itens 8 e 9 descreve toda a metodologia para desenvolvimento do teste, bem

como alguns detalhes de desenvolvimento e lógica de trabalho.

O item número 10 irá apresentar a avaliação integral do teste, todas as suas

variáveis, e também os pontos críticos encontrados durante avaliação da transmissão.

Finalmente, o item de número 11 irá apresentar as conclusões tiradas durante o

decorrer do trabalho, algumas opiniões do autor frente ao teste e ao produto testado, alguns

comentários sobre a simulação e as dificuldades encontradas, bem como a avaliação da

simulação como um todo.

2. Tipos de Transmissões e Aplicações Existentes

2.1. Revisão dos Principais Conceitos de Transmissões Veiculares Existentes

Qualquer veículo que se preze tem por finalidade fornecer movimento ao conjunto.

Por sua vez, o veículo necessita de um sistema bem arranjado para transformar o torque do

motor em rotação, o que possibilita a movimentação das rodas e por conseqüência do

veículo em si. Portanto, a principal tarefa de todo o veículo é converter da maneira mais

ideal possível o torque fornecido pelo motor em força trativa, capaz de movimentar o

veículo como um todo em diferentes velocidades.

O desenvolvimento de um sistema de transmissão deve visar o melhor compromisso

possível entre as relações de marchas, a capacidade de aceleração e de vencer obstáculos,

tais como rampas, subidas, curvas e manobras, demandando a menor quantidade de

combustível e emitindo a menor quantidade de poluentes possível.

As linhas que seguem fazem alusão a uma ordem cronológica do desenvolvimento

da tecnologia das transmissões de torque, bem como dos mais variados conceitos de

funcionamento da transmissão.

Dentre o intenso crescimento da produtividade de tecnologia automotiva da época,

aproximadamente por volta de 1784 até os idos de 1884, pode-se observar todo o

reconhecimento das características de torque e rotação de máquinas a vapor e de combustão

interna em veículos, as quais deveriam ser adaptadas as necessidades de desempenho

através da utilização de transmissões. Dentre o aprimoramento dos conceitos apresentavam-

se algumas idéias referentes ao aumento do número de marchas para o crescente aumento

do torque aplicado a transmissão.

A partir de então, nos 30 anos subseqüentes, o princípio do conversor de torque foi

introduzido ao conceito das transmissões automáticas. Juntamente com as transmissões de

engrenagens, foram realizadas tentativas de construção de várias outras formas de

transmissões, tais como as correntes, os discos de fricção e as correias, ao mesmo tempo em

que foram introduzidas as transmissões hidráulicas e pneumáticas com interrupção de

torque/aceleração e especialmente sem este recurso de interrupção.

Aproximadamente no início de 1914 e até o final da década de 70 tornaram-se

predominantes as transmissões com interrupção de torque devido ao seu elevado

rendimento e capacidade de transmissão. A afirmação da filosofia de uma transmissão

comum que pudesse facilmente ser utilizada em diversos veículos através de uma adaptação

simples foi aplicada, aliando todo o desenvolvimento em âmbito da durabilidade,

confiabilidade de produtos, ruído e qualidade de trocas (sincronização, transmissões

automáticas convencionais, trocas sem interrupção de torque, automatização com controle

eletrônico). Apenas para acompanhamento dos novos conceitos, o número de marchas e

tipos de transmissões cresceu vertiginosamente.

Por fim, da década de 70 até os dias atuais, o desafio no desenvolvimento de

transmissões se concentrou na redução do consumo de combustível e da emissão de gases

poluentes. O uso de transmissões de 5 e 6 marchas em caixas de câmbio mecânicas se

intensificou. Transmissões automáticas convencionais passaram a apresentar um maior

número de marchas e o conversor de torque passou a apresentar uma embreagem de

travamento. Foi então verificada a renascença do desenvolvimento de transmissões sem

interrupção de torque (CVT – transmissões continuamente variáveis), ao mesmo tempo em

que foram elaboradas alternativas para o conjunto motor e transmissão para veículos

elétricos e híbridos [3].

2.2. Tipos de Transmissão Veicular

No decorrer do tempo, foi possível identificar durante o desenvolvimento de todo o

conjunto de transmissões dos veículos, uma sensível mudança de conceito quanto à

localização e ao tipo da transmissão aplicada para os diferentes fins. Em veículos de

passageiro a configuração motor/transmissão, o que é comumente chamado de linha de

transmissão ou mesmo de trem de força, poderiam ser classificados em dois grupos: motor

e transmissão longitudinal em linha, sendo o motor e a transmissão posicionados a frente do

veículo tracionando apenas as rodas traseiras, e um segundo tipo, com motor e transmissão

transversal a frente do veículo, agora tracionando as rodas dianteiras. Também era possível

identificar algumas aplicações específicas, as quais se observavam motor traseiro

tracionando rodas traseiras (em carros de passeio, como o Fusca e Brasília da Volkswagen).

Com relação à transmissão, esta poderia ser de tipo manual ou automática, podendo

ter 4 ou 5 marchas. Com o aumento do mercado e da demanda de transmissões para

diferentes finalidades, foram criados outros tipos de linhas de transmissão, tão como

projetos novos de transmissão foram desenvolvidos de acordo com as necessidades das

montadoras.

Concomitantemente, o crescente comprometimento com os protocolos e convenções

a respeito de emissão de poluentes e sua redução, em conjunto com a contínua busca pelo

melhor desempenho, tornaram possíveis a localização de novos projetos de transmissões

dentro de nosso país.

Atualmente, a maioria das transmissões manuais para veículos comerciais possuem

um número superior a 6 marchas, podendo tais projetos serem automatizados em áreas

como atuação da embreagem e o chamado “shift” das marchas. A seleção automática das

marchas, seja esta por alavanca, por botões presentes no volante ou por modo totalmente

automático, é possível agora devido aos sistemas de controle determinados “shift-by-wire”

e aos chamados “power-packs”.

Apenas para um melhor entendimento da posição de tais tipos de transmissões no

mercado atual, enquanto transmissões automáticas de atuação e controle hidráulicos

comuns nos EUA normalmente possuem 4 velocidades, a maioria dos veículos

provenientes da Europa e Ásia possuem 5 velocidades, sendo possível observar a

introdução de 6 e 7 velocidades como projetos recentemente lançados pelas montadoras

Toyota e Mercedes-Benz.

Outra importante tecnologia desenvolvida a não muito tempo, embora seja aplicada

apenas em veículos de torque em um intervalo inferior a 200 Nm, é a transmissão

continuamente variável (CVT). O desenvolvimento do CVT nos dias atuais se encontra

concentrado no objetivo de estender este conceito de transmissões a veículos com torque

mais elevado, de porte médio, como a aplicação desenvolvida pela ZF para motores de até

310 Nm.

Nas linhas que seguem será descrita uma breve revisão das implicações de vários

sistemas de transmissões baseadas na demanda futura do mercado de veículos comerciais,

descrevendo a área de aplicação dos tipos de transmissões para várias configurações de

linhas de transmissão de torque [4].

2.3. Configurações Longitudinais e Transversais

A configuração longitudinal de motor e transmissão é o padrão para os veículos que

possuem tração traseira, como é possível encontrar na maioria dos modelos

comercializados na atualidade. Trata-se de uma combinação balanceada de transmissão e

motor instalados em linha, longitudinalmente (vide Figura 1 a seguir).

Figura 1. Transmissão e motor instalados longitudinalmente no veículo (www.oficinaecia.com.br).

No caso acima descrito, um eixo transfere torque de saída do motor para a

transmissão, onde é feita a melhor combinação para o movimento (escolhida de acordo com

a programação de troca de marchas previamente estabelecida na transmissão automática de

acordo com as necessidades do conjunto veículo/motorista), e esta por sua vez transfere

torque por seu eixo de saída para o diferencial e por fim para as rodas, promovendo a

locomoção de todo o veículo.

Apenas para efeito de entendimento, algumas determinadas disposições de motor e

transmissão dianteiros são munidas de bloco diferencial para diferenciação de torque para

as rodas traseiras. A figura 2 a seguir mostra o esquema simplificado de um diferencial.

Figura 2 – Esquema simplificado do diferencial do automóvel (www.oficinaecia.com.br).

No próximo caso a ser descrito ainda sendo utilizada esta disposição, um eixo

transfere torque de saída da transmissão para outro eixo com um diferencial integrado para

melhor distribuição da força frente ao movimento do veículo, o qual transfere o torque para

as rodas. Pela localização do motor, pode-se denominar esta disposição como longitudinal

com tração dianteira.

Por sua vez, a linha de transmissão longitudinal traseira apresenta motor e

transmissão em posição traseira, junto à tração, ainda sendo esta em linha de transmissão

(“Powertrain”) longitudinal, apenas com o detalhe de se encontrar em sentido oposto ao da

disposição longitudinal dianteira. A utilização clássica desta disposição para transmissão de

torque é a do consagrado Fusca, da Volkswagen, enquanto uma variação se encontra na

instalação do luxuoso Porsche Boxter.

Algumas variantes com trações integrais, mais comumente conhecidas no mercado

como “allwheel-drive”, podem ser derivadas de todas as linhas de transmissões

longitudinais existentes. Uma das versões mais amplamente utilizadas para este conceito de

transmissão é o padrão com um flange de transferência na saída da transmissão

(independente do tipo de flange utilizado no veículo). Nesta configuração, uma caixa de

transmissão de torque é localizada no veículo para a transferência da força de saída através

de eixos motrizes, para os eixos dianteiros e traseiros, que por fim transmitem o torque

finalmente para as rodas, garantindo a movimentação do veículo como um todo. Este

exemplo pode ser facilmente encontrado em campo nos dias atuais em veículos de médio

porte como “pick-ups” e utilitários em geral.

Por sua vez, a linha de transmissão dianteira transversal faz uso de um conjunto de

powertrain em linha instalado em posição transversal, em se considerando tração dianteira.

O eixo de tração e o diferencial estão integrados na transmissão, com tração das

rodas sendo proveniente diretamente das hastes do flange montada em ambos os lados da

transmissão. Esta configuração é comumente empregada em veículos pequenos e médios,

sendo passível ao segmento de torque relativamente maior, da linha pesada de veículos. Um

exemplo desta utilização é a grande maioria de veículos de passeio produzidos atualmente

em nosso país, tais como Celta, Astra, Vectra e demais carros da General Motors do Brasil.

Figura 3. Linha de transmissão dianteiro transversal (www.oficianecia.com.br).

É possível também observar uma variação um tanto quanto especial para esta linha

de transmissão, sendo esta conhecida como formato “U”, onde a transmissão localiza-se

atrás do motor do veículo. Esta configuração é comum a veículos que possuem motores de

grande dimensão, tais como aqueles com motores de até 12 cilindros em disposição “V”, e

que não possuem espaço suficiente para uma disposição em linha do sistema. Exemplos

clássicos de utilização desta configuração são veículos de grande porte das montadoras

Ford e General Motors (GM), principalmente nos Estados Unidos.

Por fim, a linha de transmissão em disposição transversal traseira, com motor e

transmissão instalados na parte traseira (tração traseira), que corresponde à linha de

transmissão transversal dianteira da Figura 3, porém com a direção de tração invertida. Este

modelo de transmissão mostra-se bastante raro nos dias atuais, sendo sempre encontrada

em veículos do tipo mini, como o “Smart” da Daimler Chrysler, as quais necessitam de

uma disposição mais “enxuta” do Power-train.

É importante salientar que existem ainda algumas variantes com tração integral que

podem ser também derivadas de linha de transmissões dos tipos dianteira e traseira, através

do projeto de dispositivos de acionamento dependentes do sistema de tração integral

utilizado. A maioria destas variantes utiliza uma haste de saída adicional para o seu

acionamento a partir da transmissão [4].

2.4. Transmissões automáticas com número elevado de velocidades

As transmissões automáticas atuais de 4 e 5 velocidades utilizadas em veículos com

motores longitudinais fazem uso de conjuntos de redutores planetários com conversores de

torque hidrodinâmicos como elementos de partida. Este conceito de transmissão domina o

segmento de veículos médios do mercado, segmento de luxo e também alguns esportivos.

A introdução de embreagens de travamento nos conversores de torque, controle

eletrônico, aumento do número de velocidades possíveis e algumas otimizações feitas em

componentes contribuíram significativamente para uma redução de perda de potência das

transmissões de conceito automático.

Como resultados foram atingidas diversas metas no decorrer destas modificações,

onde a quantidade de combustível demandada pelos veículos apresentou um sensível e

significativa redução, apresentando visão otimista do mercado para com as transmissões

automáticas. Assim, foi incrementada a qualidade das trocas de marcha quando foram

utilizadas técnicas inovadoras de controle de trocas, que permitem a adaptação da

transmissão às condições específicas de dirigibilidade com o objetivo de melhorar o

conforto do motorista.

Os requisitos de redução no consumo de combustível e emissões de gases, de

redução do tamanho e peso das transmissões fabricadas e a constante necessidade de

proteção ambiental, conforto ao dirigir e desempenho levaram ao desenvolvimento de

transmissões automáticas de 6 e 7 velocidades. Algumas vantagens que podem ser

apontadas da transmissão de 6 marchas frente as de 5 podem ser caracterizadas nos quesitos

redução da ordem de 5 ou 6 % no consumo de combustível, redução da emissões de

poluentes, melhoria em torno de 5 % na aceleração, redução de peso da ordem de 13 % e

uma maior durabilidade de produto.

Apenas a título de curiosidades, a Figura 4 apresenta a transmissão automática do

fabricante ZF Friedrichshafen AG, transmissão esta de 6 velocidades para motores com

capacidade de torque superior a 600 Nm e uma relação de primeira marcha de 6.05 em

modelo direct-drive.

Figura 4. Transmissão automática ZF 6 HP 26 (Catálogo ZF).

Devido principalmente aos requisitos de torque das montadoras atuais,

especialmente para motores desenvolvidos para trabalho a diesel, foram desenvolvidas

novas transmissões para projetos que comportam um valor superior a 600 Nm. Para

aplicações de menor torque, aliadas a motores de 4 cilindros, as transmissões automáticas

possuem desenho semelhante a transmissões manuais com o sincronizador, sendo

substituído por embreagens “molhadas”, como é o caso do Mercedes Benz Classe A.

3. Principais Componentes das Transmissões Automáticas

3.1. Conversor de Torque

Desde a sua introdução nos meados de 1940, o conversor de torque tem sido

utilizado como um mecanismo de acoplamento entre o motor e a transmissão. Suas

vantagens residem no princípio da transferência de força hidrodinâmica. O conversor de

torque proporciona a amplificação do torque fornecido pelo motor, o que por sua vez

melhora a aceleração e desempenho do veículo. Outra característica importante do

conversor de torque é o escorregamento existente entre o motor e a transmissão, fato este

verificado em todos os casos de sua aplicação.

A princípio, a necessidade de existência do conversor de torque encontra-se na sua

função de isolar a transmissão das vibrações torsionais do motor, podendo desta forma,

prevenir-se de reações a solicitações de mudança abrupta de aceleração, e com isso

proporciona mudanças de marchas mais confortáveis [4].

3.1.1. Princípios Básicos de Funcionamento do Conversor de Torque

Analogamente aos veículos com transmissões manuais convencionais, os veículos

que se valem da tecnologia das transmissões automáticas necessitam um funcionamento

que permita que o motor funcione enquanto as rodas e as marchas na transmissão

encontram-se paradas. Os veículos comuns, de transmissão manual (ou mecânica), valem-

se da embreagem para promover esta característica, que desconecta por completo o motor

da transmissão. Entretanto, os veículos munidos de transmissão automática utilizam um

conversor de torque para a realização desta mesma tarefa (NICE, 2005).

Para o perfeito funcionamento, o conversor de torque realiza uma espécie de

acoplamento fluido, o qual torna possível que o motor continue a funcionar de forma

praticamente independente a transmissão (NICE, 2005).

Neste sistema um fluido utiliza energia hidrocinética como meio de transferência de

torque do motor até o eixo da transmissão, de forma que a velocidade, carga e aceleração

do veículo como um todo se ajusta automaticamente com este recurso (HEISLER, 2002)

3.1.2. Componentes do Conversor de Torque

Conforme descrito na Figura 5 a seguir, o conversor de torque é composto por três

componentes principais dentro de sua carcaça: a bomba ou impulsor, a turbina e o estator.

Figura 5. Turbina, estator e bomba do conversor de torque (Catálogo ZF).

Primeiramente é interessante observar que a carcaça do conversor de torque é

parafusada ao volante do motor, e, portanto, possuem a mesma velocidade angular e linear,

girando assim solidária a este. As hastes flexíveis que formam por sua vez a bomba do

conversor de torque se encontram conectadas a esta carcaça, girando solidariamente e

definindo assim um movimento uniforme entre os diversos conjuntos de componentes

mecânicos presentes neste sistema. A Figura 6 pode fornecer uma visão mais ampla do

funcionamento descrito acima:

Figura 6. Componentes do conversor de torque conectados a transmissão e ao motor (Catálogo ZF).

É interessante observar que a bomba do conversor de torque é constituída por

aproximadamente 26 lâminas, enquanto na turbina pode-se apenas identificar a existência

de 23, sendo estas lâminas fabricadas com aço de baixo carbono prensado. O estator por

sua vez é composto por algo em torno de 15 lâminas, as quais são fabricadas em alumínio

(NICE, 2005).

Feitas as devidas considerações dos componentes mecânicos utilizados neste

sistema de conversão de energia, por fim, tem-se o fluido. Quando se considera o motor em

funcionamento, observa-se que o fluido captado pelas pás da bomba e da turbina

movimenta-se juntamente com eles em torno de seu próprio eixo de rotação, enquanto o

fluido que fica entre as pás da turbina e da bomba e o centro do conversor rotaciona em

uma trajetória circular, um movimento bastante conhecido na indústria como vortex

(HEISLER, 2002).

Assim, feita esta análise fica bastante simples perceber que o fluído é o meio

responsável por fornecer condições de movimento a transmissão do veículo, e

conseqüentemente o funcionamento do veículo.

3.1.3. Princípio de Funcionamento do Conversor de Torque

Uma vez que o motor movimenta a bomba do conversor, esta irá atuar como uma

centrífuga do fluído, succionando-o próximo ao centro de rotação do mesmo, exercendo

sobre este uma força radial para fora através das passagens observadas pelos caminhos que

o fluído forma quando em contato com as pás e em direção a saída periférica da bomba.

Neste passo o fluído é forçado em direção às passagens formadas pelas lâminas da

turbina, e neste processo acaba por exercer uma força contrária a suas pás sob um

determinado ângulo, fornecendo assim torque a turbina (HEISLER, 2002).

Com o fluído movimentando-se dentre as passagens da turbina, movimento este em

direção a saída da turbina, ele é compelido a fluir entre as lâminas do estator (atentando-se

ao detalhe que estas são fixas). Assim, a reação do torque do fluído enquanto ele desliza

sobre as superfícies curvas das lâminas é absorvido pelo suporte ao qual está preso o

estator. Neste passo o fluído acaba por ser redirecionado contra a entrada da bomba, onde

entra nas passagens formadas por suas pás, atuando em seu lado de tração, fornecendo

assim um torque de magnitude igual ao valor da reação do estator na direção de rotação

(HEISLER, 2002).

Portanto, é possível inferir que o torque do motor entregue a bomba e o torque de

reação transferido pelo fluido à bomba são ambos transmitidos a saída da turbina através do

fluído, o que pode mais facilmente ser descrito pela Equação 1 abaixo:

TreaçãoTmotorTsaída +=

Equação 1. Equação de relação dos torques (HEISLER, 2002).

onde: Tsaída = Torque de saída da turbina

Tmotor = Torque do fornecido pelo motor

Treação = Torque de reação

Portanto, pode-se dizer que a movimentação do veículo é basicamente dada pela

movimentação da transmissão após todo o percurso do fluido pelas lâminas da turbina.

Levando-se em conta que as lâminas da turbina são de geometria curva, este fato

implica que o fluido que entra na turbina pela parte externa tende a mudar de direção antes

de sair pelo centro da mesma, o que causa a movimentação de todo o complexo da turbina,

e, portanto, fazendo com que o fluido deixe a turbina movendo-se em direção contrária a da

bomba e do motor. Caso seja possível observar uma invasão por parte do fluído na bomba,

esta irá perder velocidade, conseqüentemente ocasionando perda de eficiência da

transmissão.

Em poucas palavras, o papel do estator é resumido em redirecionar o fluido que

retorna da turbina antes que este encontre a bomba, evitando a queda do rendimento do

conversor de torque como um todo.

A reversão de todo o sentido de escoamento do fluído se dá única e exclusivamente

pela geometria deveras agressiva das pás do estator. Uma espécie de embreagem que se

encontra no interior do estator, permite a rotação em apenas uma direção, uma vez que se

encontra conectado a um eixo rígido da transmissão. Desta forma, o estator pode apenas

rotacionar no sentido contrário ao do fluido, fazendo com que o fluido inverta sua direção

ao atingir as lâminas.

Assim, quando a velocidade de rotação tanto da bomba quanto do estator são

equivalentes (equivalente uma vez que a velocidade da bomba é sempre pouco maior que a

do estator), o fluido retorna a turbina, entrando na bomba e movendo-se na mesma direção,

o que é possível inferir que o estator passa a não ser mais necessário.

Atingida esta velocidade, o fluido entra pela parte de trás das lâminas do estator,

fazendo com que este rotacione livremente, também pelo motivo da existência da

embreagem, de tal forma a causar pouca interferência no fluido, operando assim o

conversor de torque junto a dois elementos acoplados.

Esta condição previne a redução do torque para velocidades de saída elevadas e

produz um aumento elevado da eficiência para velocidades acima do ponto de acoplamento

(HEISLER, 2002).

Para maiores detalhes do funcionamento, pode-se verificar a disposição destes

componentes em um esquema “explodido” do conversor de torque das caixas de

transmissão automática da Figura 7 a seguir.

Figura 7. Princípio de funcionamento do conversor de torque (HEISLER, 2002).

3.1.4. Características intrínsecas do conversor de torque

É de conhecimento que a rotação de uma bomba converte o torque fornecido pelo

motor em energia hidrocinética dentro do conversor de torque, a qual é utilizada de forma a

colocar em funcionamento a transmissão, promovendo a multiplicação do torque fornecido

pelo motor.

A multiplicação de valor máximo de torque pode ser verificada quando a diferença

entre a velocidade da bomba e da turbina é máxima. Pode-se mais facilmente entender a

afirmação anterior quando se tem uma saída estacionária, a qual referencia uma razão de

cerca de 2:1 entre a saída e a entrada. Nesta situação, a taxa de circulação do fluido dentro

do sistema conversor de torque se encontra em um pico inserido no seu comportamento,

como pode mais facilmente ser observado no Gráfico 1 a seguir. Este pico

conseqüentemente é quando ocorre a máxima transferência de energia da bomba para a

turbina e posteriormente estator.

Gráfico 1. Curvas características de desempenho (HEISLER, 2002).

Pelo gráfico proposto, é visto que à medida que a velocidade de saída da turbina

aumenta relativamente à velocidade da bomba, a eficiência aumenta e a velocidade do

fluido diminui, ao mesmo tempo que também a razão do torque, até que a velocidade de

circulação do fluido é tão baixa que permite o estabelecimento de uma única relação de 1:1

entre a entrada e saída.

Neste momento, o torque de reação será praticamente nulo, onde também é possível

inferir que acima desta velocidade o estator é girado livremente, fato que oferece menor

resistência para o fluido circulante e conseqüentemente produz um aumento na eficiência

de acoplamento (HEISLER, 2002). Trocando em miúdos, caso a transmissão seja carregada

subitamente, observar-se-á uma redução na velocidade de saída, causando um aumento na

circulação de fluido e conseqüentemente aumentando a taxa de multiplicação de torque,

porém reduzindo a eficiência devido ao aumento da diferença de velocidades entre a

velocidade observada na bomba e na turbina, respectivamente. Entretanto, quando a

condição de saída muda, verifica-se uma redução da carga ou o aumento da velocidade do

fluido na turbina, ocorrendo desta forma o processo inverso ao descrito anteriormente, onde

a eficiência aumenta e a relação de torque diminui, conforme pode ser observado no

Gráfico 2 a seguir.

Gráfico 2. Curvas características de desempenho (HEISLER, 2002).

3.1.5. Principais equações de regimento do conversor de torque

O conversor de torque de uma transmissão pode ser mais facilmente compreendido

quando absorvido o conhecimento adequado quanto aos variados termos técnicos a respeito

de sistemas mecânicos. Abaixo consta um resumo significativo das várias condições e

relações estabelecidas durante o estudo do sistema.

Eficiência – É o método mais significativo encontrado para demonstração das

perdas de energia durante a circulação do fluido a uma dada velocidade de saída ou taxa de

velocidade, dado em porcentagem. Sua equação é dada por:

100×=Ts

TeEficiência

Equação 2. Equação de eficiência.

onde: Ts = Trabalho realizado na saída

Te = Trabalho realizado na entrada

Razão de Velocidade – Comparação de velocidade entre a saída e a entrada durante

o evento.

1

2

N

NRazão =

Equação 3. Razão entre as velocidades de saída e entrada.

onde: Razão = razão de velocidade

N2 = velocidade de saída, observada na turbina

N1 = velocidade de entrada, observada na bomba

Razão de Torque – Comparação de multiplicação do torque entre a saída e a

entrada.

1

2

T

TRazão =

Equação 4. Razão entre os torques de saída e entrada.

onde: Razão = razão de torque

T2 = torque de saída, observado na turbina

T1 = torque de entrada, observado na bomba

Velocidade de Stall – Esta é a velocidade máxima atingida pelo motor quando este

está em máxima aceleração, quando a transmissão se encontra em módulo D (“Drive”) e o

freio de serviço se encontra em pleno trabalho. Verificadas estas condições, é possível dizer

que neste momento tem-se a maior variação de velocidade entre a bomba e a turbina,

obtendo-se a máxima circulação de fluido e conversão de torque, portanto com eficiência

próxima de zero. Durante todo o período observado nesta condição, prevalece o

pensamento de que o arraste da conversão de torque reduz a velocidade do motor de algo

em torno de 60 % até atingir o patamar denominado “Stall” por um curto espaço de tempo,

de modo a prevenir que o fluido ultrapasse a sua condição ótima de operação dentro do

conversor.

É importante que se tenha em mente que os conversores de torque são

dimensionados de forma que seja alcançada a menor resistência de circulação do fluido

possível entre os variados componentes, também obedecendo ao conceito da razão de

velocidade entre bomba e turbina estabelecida anteriormente, neste trabalho denominado

ponto de projeto.

Um valor bastante coerente para esta característica seria 0.8 : 1, o que pode-se

concluir que acima deste valor, o ângulo e a direção do fluido fazem com que seja criado

um torque resistente ao movimento, causando assim perda de eficiência. Dentre outros

fatores passíveis a perda de eficiência, é possível destacar a falta de acabamento durante a

fabricação dos componentes, rugosidade da superfície das peças, interferência na espessura

das lâminas ou até mesmo rebarbas nos componentes.

É interessante perceber que à medida que a velocidade da turbina aproxima-se da

velocidade da bomba, ou até mesmo a ultrapassa, a direção do escoamento do fluído dentro

do sistema se altera. A alteração se dá quando o fluido atinge a face convexa das lâminas ao

invés de atingir a face côncava, o que cessa a conversão de torque devido a resistência de

fluxo entre o estator fixo e a bomba que gira. Em se considerando o momento em que a

reação do estator é contrária a conhecida, a velocidade da turbina denomina-se ponto de

acoplamento, e encontra-se no intervalo de 80 % a 90 % da velocidade da bomba.

Outro conceito bastante interessante quando se trata de conversores de torque é o

freio motor. Este ocorre na direção contrária, quando a turbina impulsiona a bomba,

fazendo com que os ângulos de saída e de entrada das lâminas do conjunto bomba/estator

não sejam adequados para a transferência de energia cinética do fluido, de tal forma que

somente uma parcela de torque de freio motor pode ser absorvida pelo conversor, salvo

momentos de velocidade elevada da transmissão.

3.2. Características do fluido da transmissão automática

A caracterização do fluido a ser utilizado em uma transmissão automática é uma

característica intrínseca a ser seguida. Este deve apresentar dentre outras características,

propriedades que minimizem o efeito das vibrações quando verificado o acionamento das

válvulas nas trocas de marchas ou das vibrações provenientes da flutuação do conjunto

veículo/motor.

Ao mesmo tempo, o fluído deve possuir um coeficiente de atrito suficientemente

elevado para que a embreagem de travamento do conversor de torque e as embreagens

responsáveis pela modificação da marcha engrenada possam transferir integralmente o

torque do motor para os demais componentes.

Como pode ser observado durante o acompanhamento de uma gama de fabricantes,

o óleo a ser utilizado dentro dos componentes da transmissão é sempre muito bem

regulamentado sob forma de normas e regimentos internos embasados na vasta experiência

e na grande quantidade de estudos existentes relativos a este assunto.

3.3. Embreagem de travamento

A embreagem de travamento de uma transmissão automática consiste em um prato

deslizante para a transmissão de torque (mais conhecido no ramo industrial como sendo o

platô da embreagem), que torna possível a realização de duas atividades. A primeira

funciona como um dispositivo de acoplamento por fricção, agindo concomitantemente

como um pistão controlado hidraulicamente, de forma que seja possível energizar e

desernegizar os revestimentos de acoplamento da embreagem.

O platô da embreagem por sua vez é sustentado pelo centro da turbina e montado no

eixo piloto da transmissão, bastante similar ao utilizado em uma embreagem convencional.

A finalidade é absorver impactos quando a embreagem é acoplada ao sistema de troca de

marchas.

4. Controle Hidráulico de Transmissões Automáticas

Apenas para um melhor entendimento dos componentes e conceitos descritos neste

estudo, é importante que se diga que este foi baseado em uma transmissão veicular

hipotética de 5 marchas, ou seja, em um modelo similar da transmissão automática

fabricado pela ZF Friedrichshafen AG denominada 5HP24.

4.1. Unidade de Controle Hidráulico

A unidade de controle hidráulico encontra-se próxima ao reservatório de óleo e

abaixo das engrenagens da transmissão, sendo operada principalmente por uma bomba de

óleo localizada próxima a este sistema. Esta bomba passa a trabalhar a partir de um

acionamento dado pelo conversor de torque da transmissão, e, com isto, o fluido é

direcionado através de uma válvula reguladora de pressão para o interior do conversor de

torque e para as várias embreagens e freios através de circuitos hidráulicos e válvulas

devidamente controladas.

A ativação do circuito de controle hidráulico que opera as trocas de marcha é dada a

partir do acionamento de três válvulas eletromagnéticas de abertura e fechamento

progressivo controlado. A energização das válvulas é dada pela unidade de controle

eletrônico da transmissão, que por sua vez recebe sinais de entrada de vários sensores,

sejam eles de velocidade, de carga, de temperatura ou mesmo do pedal do acelerador. É

importante observar que todos estes sensores são monitorados simultaneamente e

continuamente, para que seja observado um perfeito funcionamento da transmissão. O

funcionamento destes sistemas também é bastante relacionado com a alavanca seletora de

posição e o botão operados pelo motorista, as quais selecionam diferentes programas de

direção para a unidade de controle eletrônico.

4.2. Unidade de Controle Eletrônico

Pode-se assim dizer que as principais funções da unidade de controle eletrônico são

analisar e processar todos os sinais de entrada, ao mesmo tempo armazenando os dados do

programa de tal forma que as pressões apropriadas do circuito hidráulico realizem com

sincronia e conforto as trocas de marchas em harmonia com a rotação e torque do motor,

por conseqüência ao peso e carga do veículo que se pretende analisar, as necessidades do

motorista e também às condições do pavimento (vide Figura 8).

As unidades de controle eletrônico são munidas de uma EEPROM que possibilita a

utilização de dados e funcionalidades do software de controle de uma forma rápida e

simplificada, sem que seja necessária uma substituição de componentes.

Figura 8. Sistema de controle básico (HEISLER, 2002).

4.3. Programas de Controle na Unidade de Controle Eletrônico

Todo programa armazenado na unidade de controle eletrônico tem por finalidade

avaliar os dados de forma a determinar o melhor momento para a realização das trocas de

marchas e para o acoplamento da embreagem de travamento do conversor de torque,

discernindo assim as melhores características do sistema para este acontecimento.

O programa é capaz de coordenar todos os parâmetros para os cálculos de pressão,

manipulação do motor e até mesmo da sincronização das fases de troca de marcha. Ele,

além disso, é capaz de fornecer parâmetros favoráveis de regulagem para a realização de

trocas de marchas suaves e confortáveis.

Por fim, é possível dizer que tais programas possuem parâmetros para a detecção de

falhas e a realização de diagnósticos. A título de curiosidade, a unidade de controle

eletrônico da transmissão automática de 5 marchas ZF 5HP24 subdivide o programa de

controle em módulos, segmentando o sistema em componentes a qual é possível denominar

programa de aplicação, bibliotecas de aplicação, dispositivos componentes, sistema

operacional e hardware, módulos estes que suportam o programa.

Conforme análise da aplicação da fabricante alemã ZF, o conceito foi criado a partir

da análise de diversas vantagens de aplicação, já que assim todos os segmentos

relacionados para o perfeito funcionamento do veículo se tornam influentes neste passo do

desenvolvimento do projeto. Um destaque que se pode identificar nesta transmissão é a

versatilidade do programa de troca de marchas, uma vez que o motorista se torna hábil a

escolher entre os diversos programas conhecidos, dentre eles o econômico, o esporte,

inverno ou até mesmo fora-de-estrada.

4.4. Principais Tipos de Sensores da Transmissão Automática

Dentre os vários sinais que ativam a unidade de controle eletrônico, alguns deles

podem ser destacados como sendo os mais importantes: transmissão, motor e aqueles

provenientes do veículo.

Para a transmissão, os sensores mais comumente utilizados são aqueles relacionados

à velocidade de entrada de fluido na turbina, sensor de velocidade de saída de fluido na

turbina, sensor de curso de embreagem, sensor de temperatura da transmissão e o

interruptor de posição da alavanca seletora de posição.

Para o motor, podem-se destacar os sensores de rotação, sensor de abertura do

injetor de combustível, potenciômetro de abertura da borboleta e, claro, sensor de

temperatura do motor.

Já para o veículo, os mais destacados seriam o interruptor de kickdown, sensor de

luz do freio e também o indicador de posição, onde se pode localizar as siglas referentes a

tabela abaixo, provenientes da língua inglesa.

Indicação da Seleção Significado

P (“Park”) Estacionamento

R (“Reverse”) Marcha reversora

N (“Neutral”) Neutro

D (“Drive”) Dirigir

Tabela 1. Tabela de codificação de posições da alavanca.

A Figura 9 a seguir mostra em detalhes o sistema de controle eletro-hidráulico de

uma transmissão automática, com todo o sistema elétrico e de válvulas solenóides. Apenas

para reconhecimento, a transmissão no caso encontra-se em posição neutra.

Figura 9. Sistema de controle eletro-hidráulico da transmissão – posição neutro (HEISLER, 2002).

5. Princípio de Funcionamento da Transmissão Automática

5.1. Princípio de Funcionamento

Neste tópico, será explanado em maiores detalhes o funcionamento como um todo

da transmissão automática de 5 velocidades a frente e 1 à ré da ZF. A figura 10 abaixo

mostra um esquema em corte da transmissão:

Figura 10. Transmissão automática ZF de 5 marchas a frente e 1 reversa (trasaxial/longitudinal) (HESILER, 2000).

Como já dito anteriormente, tanto nesta quanto em toda transmissão de conceito

automático, a transferência de torque é dada por um conversor de torque hidrodinâmico

composto por três elementos, a qual incorpora um disco de atrito do tipo de embreagem de

travamento.

A força provocada pelo efeito de tração é direcionada dentre os sulcos da carcaça da

transmissão através do redutor planetário duplo (de tipo Ravigneaux), proporcionando 5

marchas a frente e 1 reversa. Posteriormente, a força de tração através de um redutor,

constituindo assim um segundo estágio de transferência, sendo guiada então diretamente

para a saída.

Para conhecimento do funcionamento do redutor de tipo Ravigneaux, este possui

duas engrenagens solares de entrada em diferentes tamanhos, fato este que garante uma

relação de engrenamento podendo assim constituir uma alteração de velocidade de rotação.

Como um tipo particular de grupo planetário existente, a transmissão de conceito

automático apresenta duas engrenagens solares em posicionamento de entrada, possuindo

por sua vez diferente número de dentes (neste tópico serão denominadas solar pequena e

solar grande).

Enquanto a engrenagem solar grande trabalha engrenada com três engrenagens

planetárias de geometria mais extensa, a engrenagem solar de menor número de dentes se

encontrará trabalhando com três engrenagens planetárias pequenas. Ambos os conjuntos de

engrenagens solares e planetárias encontram-se por si só em contato com um único

portador planetário, a qual fornece torque para o funcionamento da redução.

Para a completa redução destes conjuntos então é possível observar a presença de

uma engrenagem de geometria bastante específica, esta com dentes internos denominada

por sua vez engrenagem oca ou anular.

Assim, o engrenamento de cada marcha está condicionado à disposição deste grupo

planetário de redução de transmissão com perfeita harmonia de relações de engrenamento,

que pode assim fornecer torque de aceleração ao veículo quando observados estados

estacionários outros membros da transmissão.

5.2. Disposição para o Engate de Marchas

A figura de número 11 descrita abaixo mostra um esquema simples do

funcionamento do seletor de marchas, que promove a interface do veículo e do condutor de

modo fácil, simples e rápido. Cada posição do mostrador define um método de operação da

transmissão, e por conseqüência, um programa de troca de marchas particularmente

diferente.

Figura 11. Figura de ilustração do mostrador do seletor de marchas (Catálogo ZF).

Quando a alavanca seletora das marchas se encontra na posição D, uma embreagem

de sentido único é acionada, retendo a porta-planetária dianteira, simultaneamente a

aplicação da embreagem multi-discos e freios. Desta forma, o torque flui do motor para a

bomba do conversor de torque e deste para a turbina através do deslocamento de fluido

entre as pás dos componentes internos do conversor de torque.

O torque, por sua vez, passa então a ser direcionado para o eixo piloto da

transmissão e para a embreagem externa, sendo direcionado também para a engrenagem

solar grande. Com o fechamento da porta-planetária dianteira pela embreagem de sentido

único, o torque passa da engrenagem solar grande para as engrenagens planetárias, em

sentido anti-horário. O torque é então passado de flanco em flanco dos dentes, com as

engrenagens satélites longas conseqüentemente tracionando as engrenagens satélites curtas

em sentido horário, desta forma, forçando a engrenagem anular dianteira a movimentar-se

no sentido horário.

A força de arraste flui então a partir da engrenagem anular dianteira através do eixo

intermediário traseiro para a engrenagem anular traseira do conjunto planetário traseiro

também em sentido horário. Entretanto, com a engrenagem solar traseira mantida parada

pelo freio multi-disco, as engrenagens satélites traseiras são forçadas a girar em torno da

engrenagem solar traseira, em sentido horário, o que por sua vez compele a porta planetária

traseira e o eixo principal da transmissão a rotacionarem em sentido horário e a uma

velocidade deveras reduzida.

Caso a primeira marcha seja selecionada de forma manual (posição 1 da alavanca da

Figura 11), o freio multi-disco é aplicado em conjunto com a embreagem multi-disco e o

freio multi-disco. Como resultado desta movimentação, ao invés de a embreagem de

sentido único permitir que o veículo mova-se livremente quando a velocidade da

transmissão excede a velocidade do motor, situação esta verificada em freio motor, o freio

multi-disco bloqueia a porta planetária dianteira e a carcaça, existindo, portanto tração entre

o motor e a transmissão nas situações de aceleração e freio, o que não permite que o freio

motor seja aplicado a transmissão quando esta traciona o motor. A Figura 12 e 13 que

seguem mostram um esquema de funcionamento da transmissão automática quando em

primeira marcha, tão como da disposição do conversor de torque durante o “Shift” de

marchas:

Figura 12. Esquema de engate da primeira marcha de uma transmissão automática (Catálogo ZF).

Figura 13. Disposição do conversor de torque quando engatada a primeira marcha da transmissão (Catálogo ZF).

Com a alavanca seletora de marchas em posição em D e as embreagens multi-discos

aplicadas, a força motriz flui do motor através do conversor de torque para o eixo piloto,

passando pela embreagem e posteriormente pela engrenagem solar. Pode-se afirmar, por

conseguinte, que neste passo o freio é acionado e, portanto a engrenagem solar pequena é

mantida estacionária. Conseqüentemente a engrenagem solar traciona as engrenagens

satélite longas no sentido anti-horário e as engrenagens satélites curtas no sentido horário.

Simultaneamente, as engrenagens satélites curtas são forçadas a girar em direção horária

em torno da engrenagem solar pequena, que se encontra estacionária.

A força motriz passa então da engrenagem oca do portador planetário dianteiro para

a engrenagem oca do portador planetário traseiro, mantendo a engrenagem solar do

conjunto planetário estacionária pela aplicação do freio multi-disco, onde a rotação horária

na engrenagem oca traseira promove movimento da engrenagem planetária do conjunto

planetário traseiro em sentido horário, fazendo assim o portador planetário traseiro e o eixo

principal da transmissão movimentarem-se em velocidade reduzida. Assim, é possível

inferir que a redução de marcha ocorre em ambos os conjuntos de redutores planetários

(Vide Figuras 14 e 15).

Figura 14. Esquema de engate da segunda marcha de uma transmissão automática (Catálogo ZF).

Figura 15. Disposição do conversor de torque quando engatada a segunda marcha da transmissão (Catálogo ZF).

Para o engate da 3º marcha, ainda com a alavanca seletora de posição em posição D

(“Drive”), as embreagens multi-discos acionadas, a força motriz proveniente do motor flui

através do conversor de torque para o eixo piloto da transmissão, sendo o seu fluxo

observado das embreagens multi-discos para as engrenagens solares maiores. Com o freio

multi-discos aplicado, a engrenagem solar pequena é mantida estacionária, o que implica

que a engrenagem solar maior traciona as engrenagens planetárias longas no sentido anti-

horário e as engrenagens planetárias curtas no sentido horário.

Simultaneamente, as engrenagens planetárias curtas são compelidas a rotacionar em

sentido horário em torno das engrenagens solares pequenas, sendo estas estacionárias.

Conseqüentemente, a engrenagem oca dianteira é também forçada a movimentar-se em

sentido horário, embora agora a uma velocidade reduzida em relação à velocidade de

entrada proveniente da engrenagem solar de maior tamanho.

A força motriz é desta forma transferida da engrenagem oca dianteira para a

engrenagem oca traseira através do eixo traseiro intermediário. Com a aplicação da

embreagem multi-discos, a engrenagem solar do conjunto planetário traseiro e a engrengam

oca traseira são mantidas unidas, evitando que o conjunto traseiro movimente-se

independentemente em torno de seus eixos.

Portanto, a força motriz passa diretamente da engrenagem oca traseira para o

portador planetário traseiro e desta para o eixo principal da transmissão. Por conseguinte, a

redução de marcha é obtida no conjunto dianteiro, enquanto o conjunto traseiro proporciona

somente uma relação de mesma velocidade (1:1 – Vide Figuras 16 e 17 a seguir).



Para o “Shift” de terceira marcha, a alavanca seletora deve estar posicionada em D

(“Drive”), as embreagens multi-discos devem estar acionadas, e pode verificar-se que a

força motriz proveniente do motor flui através do conversor de torque para o eixo de

entrada, passando então da embreagem para a engrenagem solar maior e através de outra

embreagem multi-discos para o portador planetário dianteiro. Conseqüentemente, a

engrenagem solar maio e o portador planetário dianteiro movimentam-se a uma mesma

velocidade, prevenindo qualquer movimento relativo entre os redutores planetários, ou seja,

a engrenagens encontram-se neste momento conectadas. Por este motivo, a velocidade de

saída através da engrenagem oca dianteira e do eixo intermediário traseiro é a mesma que a

velocidade do eixo piloto da transmissão.

Assim, a força motriz é então transferida para o conjunto de redutores planetários

traseiros pela engrenagem oca dianteira e do eixo intermediário traseiro para a engrenagem

oca traseira. No entanto, com a embreagem multi-discos acionada, a engrenagem oca

traseira acopla-se a engrenagem solar traseira. Por este motivo a força motriz acaba por

fluir diretamente da engrenagem oca traseira para o portador planetário traseiro, e deste

para o eixo principal da transmissão através dos conjunto de redutores planetário que se

encontram acoplados. Tendo este funcionamento em vista, é possível afirmar então que não

há redução de marcha em ambos os conjunto de redutores planetários, e as rotações de

entrada e saída são iguais, ou ao menos bastante próximas em magnitude (Vide Figura 18 e

19 a seguir).



Ainda com a alavanca em posição de movimentação (“Drive”), com as embreagens

multi-discos adequadamente acionadas, constata-se que a força motriz proveniente do

motor flui através do conversor de torque para o eixo piloto da transmissão, passando então

para o portador planetário dianteiro.

Com a embreagem ainda acionada, a engrenagem solar de menor tamanho

permanece estacionário, ocasionando uma movimentação em sentido horário do portador

planetário dianteiro, engrenagens planetárias longas e engrenagens planetárias curtas. Isto

promove uma movimentação das engrenagens planetárias curtas em sentido horário em

torno da engrenagem solar pequena, o que força a engrenagem oca dianteira a girar em

torno de seu próprio eixo (onde é possível observar que o movimento realizar-se-á em uma

velocidade superior a velocidade de entrada no portador planetário dianteiro).

Neste momento é válido compreender que apesar de as engrenagens planetárias

longas e a engrenagem solar apresentarem movimento, estas encontram-se inativas, ou seja,

a força motriz passa da engrenagem oca dianteira para a traseira através do eixo

intermediário da transmissão.

Ainda com a embreagem multi-discos acionada, a engrengem oca traseira e a

engrenagem solar do conjunto planetário estão conectadas e não apresentam qualquer tipo

de movimento. Com isso, as engrenagens planetárias do conjunto traseiro se comprimem

entre a engrenagem solar traseira e a engrenagem oca traseira, que por sua vez também se

acoplam.

Portanto, a força motriz flui diretamente através do conjunto da engrenagem

planetária traseira ao eixo principal sem mudança de magnitude de rotação. Desta forma,

uma elevação na velocidade total desenvolvida, ou seja, obtém-se um quinto engrenamento

que proporciona uma maior velocidade. A elevação da velocidade ocorre somente no

primeiro conjunto de redutores planetários, uma vez que o segundo conjunto fornece

somente relação de transmissão de velocidade de 1:1 (Vide Figuras 20 e 21 a seguir).



Para o engrenamento da marcha reversora do veículo, a alavanca seletora de

marchas deve posicionar-se em R (“Reverse”), as devidas embreagens multi-discos devem

estar acionadas, e a força motriz proveniente do motor flui através do conversor de torque

para o eixo piloto, passando então através da embreagem e sendo encaminhada direto para

a engrenagem solar de menor tamanho.

Com o freio multi-disco acionado, o portador planetário dianteiro permanece

estacionário e a força motriz fornecida pelo motor para da engrenagem solar de menor

tamanho, girando em sentido horário, para as engrenagens planetárias curtas, fazendo com

que estas girem em sentido anti-horário.

A força motriz passa da engrenagem oca dianteira para a traseira através do eixo

traseiro intermediário. Com a engrenagem solar do grupo planetário traseiro mantida

estacionária pela aplicação do freio multi-discos, a rotação anti-horário da engrenagem oca

traseira compele a engrenagem planetário do grupo traseiro a movimentar-se em sentido

anti-horário em torno da engrenagem solar do grupo planetário traseiro que se encontra

estacionária, e desta forma carregando o portador planetário traseiro e o eixo principal a

uma velocidade significativamente reduzida. Conseqüentemente, a direção da força motriz

é invertida no primeiro conjunto de redutores planetários, existindo assim uma redução de

marchas em ambos os conjuntos planetários (Vide Figura 22 e 23 a seguir).



6. Breve introdução ao LabView

Como já é de perfeito conhecimento dos envolvidos com desenvolvimento de

cálculo e análise em geral, constata-se que o uso de ferramentas como as réguas de cálculo,

ábacos e calculadoras mecânicas eram indispensáveis para os engenheiros e projetistas de

produto. Durante o decorrer do tempo, tais ferramentas foram substituídas por recursos

diversos, dentre os quais se destacam as calculadoras eletrônica gráficas e financeiras,

instrumentos estes indispensáveis para a realização de determinadas tarefas, ao mesmo

tempo em que os conceitos referentes à instrumentação e seus meios de comunicação foram

aperfeiçoados, tornando os meios de controle cada dia mais confiáveis.

Diversos autores, tais como Amorim e Naegeli (1997) apontam os frutos da

evolução tecnológica sobre os diversos setores produtivos, a necessidade de adaptação dos

profissionais, bem como a precisão de uma revisão profunda nos currículos de cursos, tão

como da maneira e do conteúdo que deve ser ministrado dentro da sala de aula, uma vez

que a principal função do ensino superior localiza-se em oferecer um ambiente educacional

que reflita fielmente as reais condições de trabalho em que o futuro profissional será

enquadrado. Este retrato do perfil profissional a ser formado segue as reais necessidades do

mercado no tempo em que está incluída a análise do ensino, fazendo com que os

profissionais sejam modulados de acordo com a demanda de trabalho, agregando assim

conhecimento deveras guiado pelos instrumentos disponíveis para o trabalho dos

engenheiros.

A distância que separa a prática de novas tecnologias no mercado de trabalho e no

universo acadêmico pode ser medida pela vivência, que o estudante de engenharia passa em

atividades laboratoriais com recursos tecnológicos avançados e aulas práticas em áreas tão

diversas quanto àquelas em que poderá atuar profissionalmente. Hoje em dia é possível

dizer que boa parte da experiência demandada pelo mercado pode ser adquirida ainda

dentro da universidade, sob forma de experimentos realizados em laboratório, onde o

objetivo maior é levantar discussões sobre o comportamento dos sistemas, consolidar

conclusões mesmo antes da conclusão de simulações e realizar uma profunda análise de

resultados de modo que nem sempre seja necessária a realização de modelagens por

completo.

Os avanços tecnológicos pelos quais o mundo vem passando, com reflexos

significativos no comportamento e nos valores da sociedade, criaram um novo paradigma

na formação de profissionais qualificados do ramo da tecnologia em área de ciências

exatas, no sentido de assimilar tais avanços na formação dos indivíduos de forma a prepará-

los para esta nova realidade. Atualmente apenas formar um bom profissional, com

conhecimentos sólidos não é o bastante, já que o mais importante para o trabalhador do

ramo tecnológico é mantê-lo sempre por dentro das atividades que estão sendo realizadas

para melhoria das ferramentas de trabalho, bem como estar em constante reciclagem de

conhecimentos e conceitos.

Segundo Moram, Massetto e Behrens (2000), a informática ou as chamadas

tecnologias de informação são meios auxiliares para se desenvolver as atividades em um

processo, atingir objetivos estabelecidos, chegando assim a uma meta pré-determinada. As

novas possibilidades de informação, caso sejam efetivamente bem utilizadas, poderão

tornar a educação inovadora e eficiente, garantindo todo um sucesso profissional e

assegurando a possibilidade de se desenvolver ainda mais a tecnologia. Nos tempos atuais,

os computadores com seus softwares são as principais ferramentas de auxílio nos cursos de

engenharia em geral, já que se mostram versáteis e podem ser utilizados em todo o tipo de

aplicação a ser implementada.

A proposta do presente trabalho é apresentar algumas potenciais aplicações do

software LabVIEW da National Instruments, associado a um hardware de aquisição de

dados, aplicando em experiências ligadas à área de sistemas de energia elétrica como

ferramenta de apoio ao ensino presencial.

Esta é uma aplicação bastante conhecida no ramo automotivo, onde por intermédio

de um programa com tarefas pré-determinadas supervisiona todo o funcionamento de um

sistema complexo de inúmeras variáveis. O controle das variáveis de uma transmissão

veicular é bastante árduo, porém interessante, a ponto de se observar sempre novas

possibilidades de desenvolvimento neste mesmo tópico.

O software permite realizar uma série de tratamentos relativos aos dados, como

também a sua visualização e gravação em arquivos para posterior análise por meio de

aquisição de um conjunto de grandezas elétricas, através de um conjunto de sensores, placa

de condicionamento de dados e placa de conversão analógica/digital e um micro padrão PC

para monitoramento e tratamento dos anteriormente citados.

O software utilizado é de fácil programação, pois é todo visual (por intermédio de

blocos) e possui uma interface que permite visualizar como os dados se propagam durante o

processo de aquisição e de tratamento dos sinais. Para um melhor aproveitamento do

circuito a ser desenvolvido, é interessante que sejam caracterizados e levada em conta toda

a possibilidade de isolamento galvânico, visto que este fenômeno pode influenciar

significativamente no resultado obtido a partir dos sinais colhidos do hardware.

6.1. Instrumentação Virtual em Laboratórios Didáticos

A rápida evolução dos computadores pessoais proporcionou uma revolução na

instrumentação utilizada em testes, medidas e na automação da indústria em geral. O

principal desenvolvimento resultante da evolução do PC é o surgimento do conceito de

instrumentação virtual, que oferece diversos benefícios aos engenheiros, cientistas e

também aos educadores, que requerem aumento de produtividade, exatidão e desempenho

de suas atividades. A versatilidade do PC em aliança ao surgimento de toda a conceituação

dos instrumentos virtuais pode constituir uma ferramenta bastante poderosa no processo de

tratamento de sinais, tendo em vista que a manipulação dos mesmos é feita praticamente

100% sob os cuidados do software, o que proporciona segurança e confiabilidade dos dados

obtidos ao final do projeto.

Os instrumentos tradicionais autônomos tais como osciloscópios e geradores de

sinais são muito poderosos e caros, além de serem projetados para executar uma ou mais

tarefas específicas definidas pelo fabricante, o que “congela” algumas atividades, limitando

o campo de atuação do engenheiro às possibilidades indicadas pelo fabricante do

instrumento.

Entretanto, o usuário geralmente não pode estendê-las ou customizá-las de acordo

com suas necessidades. Todos os botões e teclas do instrumento, como também os circuitos

internos e as funções disponíveis ao usuário são específicos e relativos à natureza do

instrumento. Esta tecnologia especial e os componentes que devem ser desenvolvidos para

construí-los tornam estes instrumentos caros e difíceis de se adaptar a outras aplicações

requeridas pelos seus usuários. É interessante comentar que toda a versatilidade de um

projeto, tanto em sua implantação quanto em sua adequação é dependente das

possibilidades de manuseio do instrumento, e, por mais que o engenheiro possa ser criativo,

nenhum trabalho é perfeitamente enxuto quando não se tem em mãos ferramentas

adequadas para a realização do mesmo.

Um instrumento virtual consiste em uma ferramenta de programação adequada, um

equipamento de aquisição flexível, que acoplado ao computador pessoal, executam juntos

as funções de instrumentos tradicionais de bancada. Neste ponto, levanta-se a seguinte

questão: onde está toda esta versatilidade comentada anteriormente?

A princípio, o primeiro ponto a ser discutido é a comodidade em modificações de

projetos já implementados. Imagine um sistema de tratamento de sinais munido de

osciloscópio, gerador de funções, dentre outros equipamentos muito utilizados em

experiências em laboratório, trabalhando entre si, agregando sinais e recalculando valores.

Caso seja necessária a inserção de mais um instrumento para complementação do

tratamento, é possível imaginar o transtorno de fios e cabos para o acoplamento deste ao

circuito? Pois é, todo este desconforto poderia ter sido facilmente evitado utilizando-se

instrumentos virtuais aliados a um computador pessoal, erradicando assim a necessidade de

utilização excessiva de cabos e conectores que muito futuramente exigiriam manutenção

que não seria de fácil acesso.

Os instrumentos virtuais, pela virtude de serem baseados em PC, beneficiaram-se

das últimas tecnologias incorporadas aos computadores. Estes avanços da tecnologia e de

desempenho estão diminuindo rapidamente a diferença entre instrumentos tradicionais e

virtuais, os quais incluem processadores mais velozes e sistemas operacionais que além de

incorporar características poderosas oferecem também o acesso fácil a ferramentas tais

como a Internet. Os instrumentos tradicionais também perdem, na maioria das vezes, por

não serem portáteis, visto que os instrumentos virtuais funcionam também em notebooks,

incorporando automaticamente a sua natureza de portabilidade. Para efeito de comparação,

um simples exemplo: o osciloscópio de bancada, normalmente com diversos canais para

leitura de sinais, botões dentre outros dispositivos, pode ser facilmente substituído por um

simples programa feito em LabVIEW, baseado integralmente em VI’s, o que resultaria em

um diagrama de blocos enxuto, apenas com a necessidade de uma placa específica instalada

no PC e alguns poucos fios de cobre.

Atualmente, diversos instrumentos analógicos ou digitais podem ser concentrados

de maneira virtual em um único instrumento virtual, possibilitando redução de espaço e

custo por unidade. Por exemplo, em um único computador é possível ter um gerador de

funções, um multímetro, um osciloscópio, um analisador de espectro e outros instrumentos,

sem a necessidade de equipamentos e dispositivos de diferentes fabricantes. Uma outra

pequena vantagem a ser observada neste exemplo é que todos estes equipamentos citados

poderiam estar trabalhando dentro de uma VI interligados, partilhando valores e

promovendo um tratamento completo de sinais, o que seria bastante complexo e árduo de

se fazer utilizando instrumentos físicos.

Empregando soluções de instrumentação virtual em laboratórios didáticos, podem-

se reduzir os custos com a aquisição de instrumentos de medição e controle necessários

para a montagem das bancadas experimentais, como também adicionar novas funções às

experiências didáticas, através do software, sem a necessidade de mudar o hardware

utilizado na montagem experimental, dando assim uma maior versatilidade ao laboratório,

promovendo economia de espaço, formando um ambiente mais limpo e enxuto quanto a

cabos e conectores, e de fácil manutenção, já que dispositivos físicos demandam no

decorrer do tempo manutenção e troca de componentes.

6.2. Instrumentação Virtual – O conceito

A instrumentação virtual combina as seguintes tecnologias: computador pessoal

padrão, software de programação adequado e uma grande variedade de dispositivos de

aquisição e controle, o que é comumente chamado de hardware, constituindo assim um

sistema complexo que possibilita uma enorme gama de aplicações tanto para a indústria

quanto para o meio acadêmico.

Um instrumento virtual (ou VI, como conhecida no ambiente acadêmico), é

usualmente constituído por um PC equipado com placas de medida (internas e/ ou externas)

e também com softwares específicos, que permite obter capacidade idêntica ou superior às

dos instrumentos tradicionais de bancada. A operação de um VI envolve a utilização de

interfaces gráficas especializadas que permitem uma comunicação fácil com o sistema que

se pretende monitorar e, por outro lado, uma representação adequada e flexível dos

resultados da medição feita pelo hardware em conjunto com o software. Considerando as

funções de aquisição, processamento e representação de dados, no caso de um instrumento

virtual é possível que apenas a primeira seja realizada por um hardware e as restantes por

software, já que todo o processamento de sinais se dá por intermédio da programação

embarcada em LabVIEW.

O instrumento virtual é um sistema formado por um computador mais um

instrumento de medida ou equipamento de comando (reais), colocados em comunicação

para análise e tratamento de dados e sinais em geral. Um programa executado no

computador torna o instrumento ou o controlador acessível ao operador por meio de uma

interface gráfica de software, a qual permite uma melhor compreensão dos acontecimentos

e melhor acompanhamento do processo de tratamento de sinais.

Essa interface pode ser dotada de botões, chaves, mostradores, indicadores, painéis

de exibição de gráficos, além de outros componentes eletrônicos conhecidos, apresentando

objetos interativos, animados sob ação do operador através do cursor do mouse e pelo

circuito de acordo com a freqüência de recepção de dados. O instrumento conectado ao

computador pode ser desde um equipamento completo, como um osciloscópio ou um

freqüêncímetro, até mesmo um simples sensor como um termopar ou um extensômetro

acoplado a um circuito externo.

Os botões e indicadores que aparecem na tela do instrumento virtual podem não

corresponder a controles reais do instrumento a qual está conectado o computador. Isto é,

usando o computador, podemos ampliar a funcionalidade de um instrumento,

acrescentando-lhe novas funções executadas com as medidas fornecidas pelo instrumento,

fortalecendo ainda mais o meio de controle e aquisição de dados que se pretende

desenvolver.

O conceito de instrumentação virtual consiste então em implementar instrumentos

tradicionais com o auxílio do computador e software hábil a desenvolvimento de sistemas

de supervisão. Seus principais elementos são:

• Sensores, que convertem grandeza de diversos tipos em sinais elétricos,

sinais estes passíveis a cálculo e tratamento.

• Condicionadores de sinal, utilizados para adequar os sinais provenientes dos

sensores às limitações do sistema de aquisição de dados.

• Placa de aquisição de dados.

• Computador.

• Softwares de desenvolvimento.

A título de ilustração, o esquema abaixo demonstra a arquitetura de um instrumento

virtual auxiliado por computador:

Figura 24. Arquitetura de um instrumento virtual.

6.3. Dispositivos de aquisição e controle: Hardware

Para que seja constituído um instrumento virtual de boa qualidade e confiabilidade,

todo o hardware deve ser associado ao computador pessoal, podendo assim ser dividido em

duas categorias: dispositivos de aquisição de dados e dispositivos de controle de

instrumentos.

Os dispositivos de aquisição de dados agem entre o computador e o mundo exterior,

ou seja, o sistema que se pretende monitorar. Estes dispositivos funcionam primeiramente

como um conversor dos sinais analógicos em sinais digitais, para que o computador seja

capaz de identificar todos os parâmetros que se pretende analisar, interpretando-os desta

forma. Sendo estes sinais obtidos pelos sensores ou transdutores dos fenômenos da natureza

envolvidos em cada experiência laboratorial, pode-se então concluir que o desenvolvimento

deste tipo de sistema pode ser aplicável a todo e qualquer arranjo eletrônico.

O controle de instrumentos pelo computador é realizado quando o computador é

responsável por monitorar e administrar os instrumentos utilizados nas experiências

laboratoriais via comunicação digital de dados, onde se requer o uso de interfaceamento e

transmissão de sinais digitais. É válido lembrar que todo o sinal deve ser previamente

interpretado pelo programa para ser posteriormente tratado e analisado.

6.3.1. Aquisição de dados

Há uma infinidade de hardwares disponíveis que se pode acoplar no computador ou

acessar através de uma rede bem arranjada. Estes dispositivos oferecem uma enorme gama

de possibilidades de aquisição de dados a um custo significativamente mais baixo do que se

utilizar dispositivos dedicados exclusivamente às tarefas especificadas pelo fabricante

durante o desenvolvimento de seus projetos.

À medida que a tecnologia de circuitos integrados avança e se moderniza, os

componentes eletrônicos tornam-se mais baratos, poderosos e capacitados, fazendo com

que os dispositivos de aquisição tornem-se maiores beneficiários de um aumento nas taxas

de aquisição de dados, na exatidão das medidas, na precisão, e em uma melhor isolação do

sinal analisado. Toda a tecnologia desenvolvida para este ramo sofre contínuas alterações,

em principal quando são analisadas as questões de capacidade e velocidade de

processamento.

O sinal analisado pode ser obtido a partir de um sensor ou transdutor responsável

por transformar uma dada grandeza física (sinais de natureza de corrente ou mesmo de

tensão, temperatura, pressão, dentre outros) em uma grandeza mensurável pelos

dispositivos de aquisição de dados.

Grande parte das vezes os transdutores e sensores geram sinais difíceis ou até

mesmo perigosos para se mensurar diretamente com um dispositivo de aquisição de dados

comum. Por exemplo, em se tratando de casos em que a grandeza que se pretende medir

compreende alta tensão, ambiente ruidoso, sinais elevados ou extremamente baixos, ou em

medidas simultâneas de sinais, torna-se necessário condicionar os sinais para uma eficaz

aquisição dos valores. O condicionamento de sinais maximiza a exatidão do sistema,

permitindo que os sensores operem em ponto ótimo e garantindo segurança e confiabilidade

dos sistema. Neste momento é válido relembrar que ambientes extremos sempre requerem

melhores condições tanto de aquisição quanto de processamento dos sinais.

Os dispositivos utilizados para condicionar sinais têm uma variedade de tarefas,

incluindo amplificação de sinais extremamente baixos, atenuação de sinais extremamente

altos, isolação galvânica de sistemas de alta-tensão, amostragem simultânea de sinais

elétricos, alimentação de transdutores ou sensores ativos e outros condicionamentos

necessários, claramente dependentes de cada aplicação, já que a peculiaridade do

dispositivo de tratamento se mostra intimamente ligada às expectativas e metas a serem

alcançadas pelo projeto.

Dependendo da aplicação particular, o dispositivo de aquisição utilizado para

implementar a experiência didática pode incluir: entradas ou saídas analógicas, entradas ou

saídas digitais, contadores, temporizadores e filtros, além de diversos componentes muito

utilizados no meio acadêmico para a realização das mais variadas experiências. A grande

diversidade de placas e de dispositivos disponíveis pode incluir qualquer uma destas

características ou uma combinação delas, formando assim um complexo poderoso para a

sustentabilidade do projeto. A Figura 25 a seguir ilustra um instrumento virtual baseado em

um sistema de aquisição de dados.

Figura 25. Instrumento virtual baseado em aquisição de dados.

Existem diversas plataformas de dispositivos utilizados na aquisição de dados. A

plataforma mais utilizada é o computador de mesa (mais comumente conhecido como

desktop), em que existem todos os tipos possíveis de placas de aquisição de dados com slot

tipo PCI. Além dessa plataforma, existem algumas outras como, por exemplo, os módulos

PXI / Compact PCI, plataformas de aquisição distribuída e plataformas portáteis USB e

PCMCIA, módulos portáteis de moderna tecnologia e grande capacidade, auxiliando

fortemente as diversas aplicações desenvolvidas.

Os módulos PXI / Compact PCI são uma plataforma de aquisição de dados mais

robusta, que possui um computador dedicado especificamente para controlar os dispositivos

de aquisição de sinais e dados. A plataforma de aquisição de dados distribuídos é baseada

em módulos de entrada e saída de sinais munida de comunicação do tipo Ethernet. A

plataforma portátil utilizada para aquisição de dados possui comunicação via porta USB ou

PCMCIA, que podem trabalhar com dispositivos que compreendem desde notebook até

PDA´s propriamente ditas. A Figura 26 mostra alguns modelos conhecidos no mercado

atual das plataformas acima descritas.

Figura 26. Ilustração das possíveis plataformas encontradas atualmente.

6.4. Controle de instrumentos

O principal objetivo de se controlar instrumentos tradicionais a partir do

computador é obter os sinais e transferi-los para o computador, uma vez que os fabricantes

destes instrumentos disponibilizam estes sinais na forma digital. A vantagem de se fazer

isto está na possibilidade de estender as funcionalidades do instrumento, além das funções

disponibilizadas como padrão pelo fabricante. Assim, o osciloscópio pode ser transformado

em algum tipo de analisador de sinais, realizando, por exemplo, uma análise espectral por

meio de transformada de Fourier, sendo esta calculada por computador.

Há diversas opções de dispositivos para se comunicar e controlar os instrumentos

laboratoriais. Historicamente, a maior parte dos instrumentos são controlados por meio de

protocolos de comunicação bem consolidados, como por exemplo, o GPIB e o tão

consagrado SERIAL (RS-232). Entretanto, alguns outros protocolos estão tomando espaço,

tais como o Ethernet e o USB, aparecendo assim como uma nova alternativa no controle de

instrumentos.

Os protocolos são responsáveis por todo o interfaceamento e transmissão de sinais

digitais entre os instrumentos e o computador. Segue abaixo a descrição de alguns desses

barramentos:

• GPIB (General Purpose Interface Bus) é um barramento desenvolvido pela

Hewlett-Packard para troca de informações entre computadores e equipamentos de

automação industrial. A definição elétrica desse barramento foi incorporada a um padrão do

IEEE, a IEEE 488. Este padrão especifica quais as linhas de dados, controles do mesmo,

níveis de voltagem e corrente devem ser usados.

• Serial é a transmissão de informações entre computadores, ou entre

computadores e equipamentos periféricos, um bit de cada vez por um único canal de

comunicação. A comunicação serial pode por sua vez ser síncrona ou assíncrona. Um

aspecto importante da comunicação serial é que o emissor e o receptor precisam usar a

mesma taxa de transfência, paridade e informações de controle. Foi definido um padrão

RS-232 para estabelecer as conexões seriais. Esta norma foi adotada pela Electrical

Industries Association dos Estados Unidos, em que se definem linhas específicas e

características de sinais usados pelas controladoras de comunicação serial, com finalidade

de padronizar a transmissão de dados seriais entre os equipamentos.

• Ethernet é um padrão baseado na normaização IEEE 802.3, que define o

método de disputa para redes. A Ethernet utiliza uma topologia em estrela ou de

barramento, baseando-se na forma de acesso conhecida como CSMA / CD (Carrier Sense

Multiple Access with Collision Detection) para controlar o tráfego nas linhas de

comunicação. Os nós da rede são interligados por cabos coaxiais, por cabos de fibra ótica

ou por fios de pares trançados comuns. Os dados são transmitidos em quadros de tamanho

variável, contendo informações sobre o controle e entrega e até 1500 bytes de dados. O

padrão Ethernet oferece transmissões em banda-base de dez megabits (10 milhões de bits)

por segundo.

• USB (Universal Serial Bus) é um barramento serial com uma largura de

banda de 1,5 megabits por segundo (Mbps), que se destina a conexões perféricas com um

microcomputador. O USB é capaz de conectar 120 perféricos, como sistemas de aquisição,

instrumentos de medidas e controladores. Há sistemas através de uma única porta. O USB

fornece suporte a conexões automáticas e multiple data streams.

6.5. Ambiente de desenvolvimento: Software

Embora o PC e a tecnologia de circuito integrado têm experimentado avanços

significativos nas últimas duas décadas, é o software que tem fornecido um verdadeiro

avanço na criação de instrumentos virtuais, fornecendo maneiras melhores e inovadoras de

se reduzirem os custos. Com os instrumentos virtuais, é possível construir sistemas de

medição e automação que servem exatamente às necessidades de uma determinada

aplicação (definida pelo usuário) ao invés de serem limitados pelos instrumentos

tradicionais que possuem as suas funções fixas, ou seja, definidas pelo seu fabricante.

À exceção dos componentes e dos circuitos especializados encontrados em

instrumentos tradicionais, a arquitetura geral de instrumentos autônomos é muito similar à

de um instrumento virtual. Ambos necessitam de um ou mais microprocessadores, portas

de comunicação (por exemplo, serial e GPIB), capacidade de apresentação, assim como

módulos de aquisição de dados. O que difere um do outro é a sua flexibilidade e o fato de

se poder modificar e adaptar um instrumento virtual as necessidades particulares. Um

instrumento tradicional pode conter um circuito integrado para executar um conjunto de

funções de processamento de dados e em um instrumento virtual. Estas funções são

executadas pelo software que está no processador do PC. Pode-se estender o conjunto das

funções facilmente, limitado somente pela capacidade do software de programação que está

sendo usado para desenvolver o instrumento virtual.

O software é o componente mais importante de um instrumento virtual. Com uma

ferramenta adequada de programação é possível eficientemente criar aplicações bastante

peculiares, projetar e integrar rotinas que um processo particular demanda. Cria-se uma

interface com o usuário apropriado, com o melhor conjunto de programas para a execução

de uma determinada função e os elementos que possam interagir com ela. É possível definir

como e quando o aplicativo adquire os dados dos dispositivos, como se processam,

manipulam-se e armazenam-se dados, e como os valores resultantes serão apresentado na

interface com o usuário.

Conforme já dito anteriormente, os instrumentos virtuais desenvolvidos são

programas conhecidos por VI’s (virtual instruments) e possuem como principal

característica a proposta da linguagem de programação gráfica.

A programação visual permite uma execução direta do algoritmo de medição,

mesmo aos usuários que não são peritos em programação de computadores. O algoritmo, de

fato, é criado graficamente no ambiente LabVIEW, selecionando e interconectando os

blocos funcionais disponíveis na biblioteca do sistema de desenvolvimento. As relações

gráficas, que se assemelham aos instrumentos reais, fazem o uso e a compreensão dos

instrumentos virtuais mais imediatos para indivíduos acostumados a trabalhar com

instrumentação convencional.

6.6. Linguagem de Programação

Muitas linguagens de programação foram projetadas para superar as dificuldades

entre as conexões dos dispositivos de medições e o computador, já que as linguagens

tradicionais não podem estabelecer facilmente esta comunicação. Linguagens de

programação, tais como JavaScript, Borland C++ Builder, Visual Basic e LabVIEW e

outras, são mais apropriadas para o desenvolvimento deste tipo de aplicação.

No entanto, para o desenvolvimento de aplicações específicas utilizando

instrumentação virtual em laboratórios, a linguagem de programação LabVIEW é a mais

utilizada por possibilitar um ambiente de programação gráfica que combina programação

flexível. Nessa linguagem os diagramas de blocos demonstram a lógica estabelecida para

resolver um determinado problema, por meio de conexão de ícones utilizados para

implementar uma determinada rotina.

Em se tratando de uma tarefa de maiores dimensões, o programador geralmente irá

particionar esta em tarefas menores e mais fáceis de serem executadas. Estas tarefas de

menor dimensão são de fácil manipulação e teste, já que as dependências que podem causar

comportamentos inesperados estão reduzidas. Assim, é possível desenvolver um

instrumento virtual que resolve Ada uma das tarefas diminutas, juntando-as então em um

sistema completo para resolver a tarefa maior. A facilidade encontrada para realizar esta

divisão depende muito da arquitetura do software utilizado para desenvolver o instrumento

virtual.

O ponto mais atrativo observado neste desenvolvimento é que um instrumento

virtual bem desenvolvido e embasado pode ser considerado como uma rotina de programa,

sendo, portanto, usado para projetar um sistema maior ou mais complexo. Sendo assim, é

importante que o ambiente de desenvolvimento de instrumentos virtuais forneça esta

modularidade.

Em LabVIEW este reuso de instrumentos virtuais é implementado, desenvolvendo-

os como sub-VI’s (sub virtual instrument), possibilitando diversos tipos de argumentos

como entradas e obtendo como saída um ou vários argumentos processados. Estes

argumentos podem compreender variáveis, strings, matrizes, imagens, gráficos e diversos

outros parâmetros disponíveis na linguagem de programação, portanto a possibilidade de

reuso destes VI’s torna o desenvolvimento de um novo VI ainda mais simples e rápido.

7. LabVIEW

O software de desenvolvimento fornece uma interface intuitiva para se desenvolver

os instrumentos virtuais específicos a cada experiência didática. O software de simulação

LabVIEW é um exemplo deste tipo de software, onde o ambiente gráfico de

desenvolvimento oferece uma linguagem de programação flexível e com funcionalidades e

configurações especificamente projetadas para aplicações de medidas e automação.

O LabVIEW foi desenvolvido pela National Instruments para ser um ambiente de

programação voltado ao desenvolvimento de aplicações, utilizando o conceito de

instrumentação virtual. A linguagem de programação visual é chamada de G (de Graphics,

numa referência à linguagem C).

O LabVIEW é então uma linguagem de programação gráfica que usa ícones ao

invés de linhas de comando para criar as suas aplicações e desempenhar funções. Contrasta

com as linguagens de programação baseadas em linhas de comando, em que as instruções

determinam a ordem de execução do programa. O LabVIEW usa o fluxo de dados dentro

do programa, sendo que este fluxo por meio dos nós no diagrama de blocos determina a

ordem de execução das VI’s e das funções.

O LabVIEW é o típico software de linguagem muito apropriada para o

desenvolvimento de interfaces com o usuário, interagindo com a pessoa que está

programando por intermédio de duas telas diferentes: o painel frontal e o diagrama de

blocos. No painel frontal podem ser vistos os botões, os indicadores e os gráficos, as quais

podem ser alcançados para controle direto do usuário. Entretanto, no diagrama de blocos o

fluxo de dados e as funções de controle podem ser desenvolvidos através do código fonte

gráfico que define toda a funcionalidade da VI desenvolvida.

O painel frontal é a parte componente da VI que define toda a interface

homem/máquina. A Figura 27 abaixo ilustra um típico exemplo de aplicação que se vale da

VI (osciloscópio). Esta interface com o usuário é desenvolvida por meio de controles e

indicadores, ou seja, terminais iterativos de entrada e de saída do VI, respectivamente. Os

controles são botões, chaves seletoras, dentre outros mecanismos de entrada que simulam

sistemas de entrada do instrumento virtual, fornecendo assim os dados básicos para o

funcionamento do diagrama de blocos. Os indicadores são os gráficos, LED’s, e os outros

componentes de saída que simulam sistemas de visualização no instrumento virtual,

apresentando assim os dados que o diagrama de blocos adquiriu ou gerou.

Figura 27. Típico exemplo de aplicação que utiliza VI para instrumentação.

O diagrama de blocos é todo desenvolvido através de representações gráficas de

funções para controlar os objetos do painel frontal. As representações gráficas das funções

podem ser operações matemáticas, lógicas ou estruturas de programação (while loop, for

looop, case structure, etc.) e os objetos do painel frontal são os terminais presentes no

diagrama de blocos dos respectivos controles e indicadores.

A título de ilustração, a Figura 28 a seguir mostra um diagrama de blocos

implementado em LabVIEW, pela National Instruments, para desenvolver a lógica de

funcionamento do osciloscópio de dois canais.

Figura 28. Exemplo de diagrama de blocos que desempenha a função do osciloscópio de dois canais.

8. Programa desenvolvido

Para a realização do presente projeto foi desenvolvido um programa utilizando o

conceito de instrumentação virtual descrito em momento oportuno, tendo como ambiente

de desenvolvimento o software LabVIEW.

A metodologia adotada no desenvolvimento deste programa consistiu em dividir o

processo geral e complexo que o programa deveria realizar em vários processos menores e

mais fáceis de serem implementados. Os processos menores foram implementados sob a

forma de Sub VI’s que quando unidos todos em um único VI, executam as funções

especificadas para o programa.

A especificação das tarefas a serem realizadas pelo programa foi determinada pela

organização do projeto em si, de acordo com o cronograma apresentado para

desenvolvimento do projeto e de quais instrumentos eram utilizados em sua execução. Para

concentrar todas as medições e informações necessárias para a confecção do relatório de

trabalho de graduação, o programa deve ser capaz de realizar tarefas que simplifiquem a

interpretação dos dados.

9. Procedimento de criação de sistema em LabView

A princípio, toda e qualquer simulação presente neste trabalho foi realizada com o

auxílio da ferramenta computacional LabView 8.5. Antes que seja iniciada a discussão

acerca das simulações propriamente ditas, são necessários alguns esclarecimentos para o

melhor entendimento das características de programações empregadas neste ambiente.

O LabVIEW da National Instruments é uma ferramenta de desenvolvimento de

rotinas voltadas principalmente ao controle de técnicas e aquisição de dados. Uma rotina

amplamente empregada neste ambiente de simulação é comumente denominada VI (Virtual

Instrument). Uma VI pode ser alocada dentro de outras VI´s para a facilitação da

visualização e compreensão, constituindo assim as chamadas sub VI´s.

Toda a programação desenvolvida para este projeto é gráfica, ou seja, existem

blocos responsáveis pela execução das tarefas que se pretende simular. Os blocos são

interligados entre si por conexões semelhantes a fios, onde os dados fluem de um bloco

para outro por linhas que os conectam.

Apenas para reconhecimento do tipo de dado que flui pelo fio que conecta os

blocos, os fios se apresentam em cores e estilos diferentes. Informações Booleanas (do tipo

verdadeiro ou falso) caracterizam fios verdes. Números de ponto flutuante de dupla

precisão em fios de tom alaranjado. Vetores unidimensionais caracterizam fios espessos,

enquanto os fios compostos por duas linhas são vetores bidimensionais.

A rotina de programação é dividida em duas interfaces. A primeira, denominada

“Block Diagram” ou Diagrama de Blocos, contém a programação em blocos da rotina

integrados entre si. A segunda, o “Front Panel”, ou Painel Frontal, é onde as respostas do

programa serão exibidas, ou seja, durante a execução do programa esta será utilizada como

interface homem/máquina.

É válido acrescentar que algumas tarefas se tornam de implementação

extremamente simples e rápida em LabVIEW, pois já existem diversas ferramentas e

funções previamente programadas. Além disso, em programas mais compactos, a lógica

utilizada torna-se mais facilmente visualizável. Por outro lado, em programas mais extensos

e elaborados, o fluxo de informações e a seqüência de execução tornam-se bastante

complexos, fato pela qual torna a manutenção da programação árdua e dificulta qualquer

tipo de alteração. Ainda, alguns casos cuja implementação seria bastante simples numa

linguagem baseada em código fonte podem se tornar bastante complicadas de serem

adaptadas a esse tipo de programação gráfica.

Portanto, para que as simulações implementadas neste trabalho pudessem ser

realizadas, foi necessário previamente despender tempo e esforço visando o

aprofundamento dos conhecimentos neste tipo de programação, almejando uma melhor

familiarização para com o ambiente LabVIEW.

9.1. Lógica de Execução

Para o início da programação da VI, é interessante que seja observado o

funcionamento do motor como um todo no contexto do “powertrain”. O motor de um

veículo possui uma faixa de rotação e torque específicos, e conseqüentemente de potência,

dentro da qual se pode trabalhar sob um regime de desempenho palpável, ou seja, desde

que sejam respeitados os limites do projeto do motor, onde qualquer mudança nas

condições de operação pode ser realizada.

Para a simulação das principais variáveis levadas em conta durante a análise de

aplicabilidade de uma transmissão para um determinado veículo, foram levadas em conta

algumas situações conhecidas como “situações de campo”, onde condições externas de

torque devidas a características do terreno, influência da massa do veículo, resistência ao

rolamento, arrasto aerodinâmico, dentre outros efeitos, fatores estes que modificam a

solicitação do “powertrain”.

Apenas para compreensão do programa construído, a velocidade objetiva representa

a velocidade final obtida pelo veículo. A aceleração por sua vez, obtida pela abertura da

borboleta, relaciona-se ao tempo em que o veículo leva para mudar de um determinado

estágio de rotação para outro.

Em toda mudança de estágio de rotação observada no motor do veículo, seja esta

devido à troca de marchas ou em conseqüência de alteração de alteração da abertura da

borboleta, a função que dimensiona a rotação instantânea do motor deve receber o valor

objetivado e a velocidade com que a transição ocorrerá, que corresponde à constante de

tempo do processo.

Portanto, a lógica de programação segue a seguinte linha de pensamento:

a) Caso seja verificada a abertura da borboleta, uma nova velocidade é

objetivada, logo, a rotação deve ser alterada até alcançar a combinação de

marcha / rotação exigida.

b) Se for necessária uma eventual troca de marcha durante o processo, os

seguintes passos devem ser observados:

i. A rotação tida como meta deve receber o maior valor da rotação de

mudança de marcha.

ii. Quando a rotação de mudança de marcha for atingida, o motor deve

recomeçar a aceleração, até que a velocidade meta seja atingida ou

reiniciar o processo de aceleração até que uma nova mudança de

marcha se mostre necessária, o que conduzirá o processo novamente

ao passo i.

9.1.1. Simulação do Motor

Neste passo de implementação do projeto é válido salientar que todo o processo de

variação da rotação de um motor a combustão interna não ocorre de uma maneira

instantânea. A variação da rotação de um estágio preliminar para outro se dá em um certo

intervalo de tempo, podendo este ser devidamente estimado segundo alguns conceitos de

mecânica clássica.

Neste trabalho foram consideradas duas situações de mudança de rotação: a

variação na velocidade objetivada e mudança de marcha.

Assim, se a passagem de uma rotação para outra próxima não é instantânea, existe

uma resposta transiente que o leva de uma condição a outra. Inicialmente esta resposta

transitória pode ser modelada como um sistema de primeira ordem, logo, a equação que

descreve o comportamento da rotação poderia ser descrita como:

( )0.0 ).( ttc

ffa ennnn−−

−+=

Equação 5. Equação que descreve o comportamento da rotação do motor de combustão interna.

Sendo:

na – rotação atual no instante t.

n0 – rotação inicial do motor

nf – rotação final objetivada

t0 – instante de início da mudança rotação

c – constante de tempo

Assim sendo, quando é verificada uma abertura da borboleta verifica-se

concomitantemente uma nova rotação, ou seja, nf. No momento em que a abertura for

verificada, o motor entrará numa condição de rotação conhecida como rotação inicial do

motor, sendo descrita na Equação 5 acima como sendo n0. Tendo em vista todo este

comportamento, a rotação voltará a mudar e tenderá a rotação final objetivada (nf) segundo

o modelo proposto.

Já no caso de troca de marcha, ainda considerando o veículo em aceleração, a

rotação do motor subirá até atingir a rotação máxima onde será verificada a nova troca de

marcha. A mudança obrigatoriamente será efetuada, e, quando isso ocorrer, a seguinte

expressão irá reger a nova rotação do motor (ntroca).

⋅=

−1max

t

t

trocai

inn

Equação 6. Equação para a rotação de troca de marcha.

Portanto, na mudança de marcha descrita pela equação 6 acima, ntroca será ser o

valor da nova rotação objetivada (nf) para o motor. Assim, quando for verificada qualquer

troca ascendente de marcha, o motor reduzirá a rotação até que seja alcançada a rotação de

troca, momento este que ditará a volta da aceleração.

O cálculo da velocidade máxima de troca também está implementado na rotina

programa, sendo esta velocidade descrita pela equação 7 abaixo:

tdif

d

trocaii

cnRV

.

.. maxmax =

Equação 7. Equação que descreve a velocidade máxima de troca de marcha.

Onde:

Vmaxtroca – velocidade máxima para mudança da marcha

Rd – raio dinâmico do pneu

nmax – rotação máxima de troca

idif – razão de transmissão do diferencial

it – razão de transmissão da marcha a ser colocada

9.1.2. Simulação da transmissão

Além da simulação do motor, foi também implementada uma rotina referente ao

funcionamento da transmissão automática em questão. Seu funcionamento baseia-se em

alguns parâmetros necessários para que as condições de operação e mudança de marcha

sejam obtidas.

Os parâmetros que alimentam as variáveis da rotina desenvolvida são: relações de

transmissão de caixa de marchas, rotação de mudança de marcha, potência do motor e raio

dinâmico da roda do veículo.

A própria simulação se encarrega de determinar as velocidades ideais para mudança

de marcha e, posteriormente, utiliza estes valores para as mudanças durante a execução.

Como dito anteriormente, a rotação de mudança de macha é determinada pela seguinte

equação:

⋅=

−1max

t

t

trocai

inn

Equação 8. Equação da rotação de troca de marcha.

Sendo :

ntroca – rotação a ser alcançada com a troca de marcha

nmax – máxima rotação do motor

it-1 – razão de transmissão da marcha atual

it – razão de transmissão da marcha a ser colocada

Para efeito de informação, esta equação foi implementada num bloco fórmula e

posteriormente inserida em um For Loop. A cada ciclo de Loop a rotação de mudança é

determinada para cada uma das marchas. O Loop é então acionado até que as rotações de

troca tenham sido calculadas.

Figura 29. Parte do Block Diagram do programa de simulação. São indicados os blocos nos quais estão

implementadas as fórmulas de nmax e Vmaxtroca, tão como For Loop.

Cada uma dessas rotações é adicionada por um vetor que se forma na borda do

Loop. Por sua vez, os valores presentes no vetor são selecionados dentro da Case Structure,

para que seja dada a rotação de mudança correspondente à troca atual.

Entretanto, a condição que determina qual caso da Case Structure será executada é o

valor da rotação. Se caso a rotação se encontre abaixo da rotação máxima, é executado o

caso “False”. Quando a rotação torna-se igual ou superior a rotação máxima, o caso “True”

é executado.

O caso “False” apenas possibilita que a rotação continue a aumentar ou permaneça

estável no patamar em que se encontra. Já o caso “True”, quanto ativado, determina a

marcha que deve ser engatada e seleciona qual a rotação de mudança de marcha a ser

utilizada.

A lógica implementada se encarrega de encerrar a execução do programa depois que

a última marcha que tiver sido colocada e a rotação atingir a rotação máxima do motor.

Cálculo de Nmax

Cálculo de Vmaxtroca

For... Loop

Figura 30. Case Structure contendo os procedimentos para incremento de marcha e seleção da rotação de

mudança de marcha.

10. Discussão dos resultados

Para o desenvolvimento deste projeto foram programadas três tipos de

implementação. A primeira trata-se apenas do motor, sendo a segunda focada na

transmissão e se utilizando de uma forma simplificada para geração de rotação do motor e a

terceira incorporando o motor implementado na primeira com a transmissão automática da

segunda simulação.

Na primeira etapa de simulação foi analisada a resposta transiente do motor às

solicitações de mudança de rotação. Como é possível observar a partir dos gráficos plotados

durante a execução do programa, o motor responde conforme desejado às alterações

impostas, ou seja, segundo o modelo de primeira ordem descrito no tópico anterior.

Case Structure

A entrada que alimenta a principal variável é a rotação objetivada para o motor,

sendo sua resposta apresentada no gráfico. A constante de tempo também pode ser

alternada, o que varia o tempo de resposta do motor.

Figura 31. Resposta do motor à solicitação de aumento de rotação (c = 0,005 s-1).

Figura 32. Resposta do motor à solicitação de aumento de rotação (c = 0,5 s-1).

Nas Figuras 31 e 32 descritas anteriormente, podem ser observadas duas respostas

diferentes do motor a mesma condição, ou seja, a partir da rotação zero e alcançar 3000

rpm. Ambas as respostas referenciam um sistema de 1º ordem, como previsto anteriormente

por meio de equacionamento, porém a constante de tempo da primeira simulação (0,005s-1)

causou no sistema uma resposta mais lenta quando comparada a segunda simulação (0,5 s-

1).

Como descrito no procedimento de simulação, a segunda implementação prevê o

funcionamento da transmissão isoladamente. Foi desenvolvida assim uma interface que

facilitasse a visualização das informações e utilização das mesmas.

A interface elaborada foi dividida em várias abas, como arquivos do Windows, fato

este que garantiu familiaridade para com o sistema proposto, apresentando cada aba um

tipo diferente de informação. Para melhor visualização dos acontecimentos é possível a

troca de abas durante a execução da simulação. Entretanto, nenhuma modificação é

permitida no “Block Diagram”.

A primeira aba diz respeito a simulação do motor, onde existem campos a serem

preenchidos pelo usuário, de acordo com o modelo do motor a ser testado. Estes campos

são compostos por: potência nominal do motor, rotação máxima, torque e rotação de

neutro.

A interface da aba “Motor” pode ser observada na figura abaixo.

Figura 33. Interface de dados do motor na simulação (Front Panel).

A segunda aba (transmissão) possui apenas um campo para inserção de dados: a

redução do diferencial. Os demais campos existentes são apenas para apresentação de

resultados, os quais são: relação de transmissão para cada engrenamento de marcha, rotação

máxima para troca de marcha e velocidade máxima para cada marcha.

No caso, a transmissão inserida foi o modelo 5HP24 do fabricante ZF

Friedrichshafen AG.

A terceira aba (Pneu) se refere aos pneus do veículo. O único campo de entrada é o

número de revoluções por quilômetro do pneu. Existe ainda um campo de saída, o qual

apresenta o raio dinâmico do pneu, calculado na execução do programa.

Essa informação apresenta-se bastante importante para a obtenção do cálculo da

velocidade do automóvel como um todo, tão como da velocidade máxima atingida durante

o engrenamento de cada marcha.

Porfim, a quarta e última aba (controle), é por onde se dá a maior iteração do

usuário com o programa em si. Nela são alteradas as rotações objetivadas, a constante de

tempo, além de serem visualizadas a velocidade do veículo e a rotação do motor.

Figura 34. Interface de dados da transmissão.

Figura 35. Interface de dados do pneu.

O primeiro teste realizado após a inserção dos dados foi a resposta rotação x

velocidade. Nos modelos convencionais, tão como na indústria atual, este gráfico é bastante

conhecido como “dente de serra”. Porém, na simulação implementada, foi adequado o

processo de adequação da rotação do motor com a da transmissão no momento de troca de

cada marcha.

Como pode ser mais facilmente no gráfico abaixo, o início da resposta obtida não é

linear, mas, com o decorrer do tempo e à medida que as rotações tendem ao sincronismo, a

resposta também tende a linearidade.

Figura 36. Resposta do modelo de transmissão proposto.

Concomitantemente, a simulação obtida anteriormente pode ser adequada aos

padrões mais utilizados na indústria atualmente, formando o conhecido e consagrado

gráfico “dente-de-serra” da figura abaixo.

Figura 37. Gráfico dente de serra obtido também na simulação. O tracejado vermelho indica a inclusão do dado de fim de execução rotação = 0 e velocidade = 0.

Neste momento é interessante observar que o gráfico “dente-de-serra” exibido pelo

programa possui uma pequena distorção. Com a finalização da execução do programa, a

rotação e a velocidade decrescem até atingir valor nulo, porém o gráfico ainda plota este

ponto. Logo, uma linha (como indica em vermelho no gráfico) é gerada, ligando o último

ponto válido ao ponto de fim de execução de código do programa.

Finalmente, foi implementada uma terceira VI, desta vez utilizando o motor

simulado na primeira e a transmissão criada na segunda VI.

Figura 38. Front Panel de interface com o usuário. O comportamento da rotação do motor na partida. Nesta interface também são escolhidas a velocidade objetivada e a constante de tempo do motor. O indicador de 7

segmentos mostra a marcha em que a transmissão se encontra.

Desta forma, os testes afirmaram que, a baixa velocidade, ou seja, antes que seja

verificada a mudança para a segunda marcha, a resposta do sistema é coerente e obedece ao

modelo proposto, tanto para a solicitação de aumento de rotação, quanto para a redução da

mesma.

No entanto, caso seja solicitada uma velocidade superior ao máximo valor

admissível para a primeira marcha, a simulação não segue o modelo esperado.

Este fato pode ser verificado devido à grande quantidade de condições necessárias e

seqüência de eventos para que o motor traga um comportamento coerente com a mudança

de marchas.

Como já comentado em momento oportuno, existe uma combinação entre a rotação

do motor e a marcha que proporcionará ao veículo a velocidade objetiva. Quando a rotação

máxima é alcançada, a marcha subseqüente deve ser selecionada e o bloco que simula a

resposta do motor deve receber a rotação de mudança de marcha como rotação objetivada.

Somente quando essa rotação for alcançada é que o motor pode volta a utilizar a velocidade

de referência para continuar subindo a rotação e passando as marchas em seqüência.

Figura 39. Resposta do motor à solicitação de redução de velocidade.

No entanto, a implementação desse tipo de lógica não é tão imediata em LabVIEW

e não foi obtido sucesso na programação destas condições, exceto quando em baixas

velocidades que não exigem mudança de marcha.

As atividades que seguem são relativas ao monitoramento dos sensores presentes na

caixa de transmissão automática, tomando-se o cuidado de representá-los da maneira mais

fiel a realidade possível.

Neste passo do projeto, foram desenvolvidos os esquemas elétricos dos sensores de

temperatura e de curso de embreagem. Para tanto, foi feito um breve estudo do

funcionamento dos mesmos dentro do complexo sistema elétrico das caixas de transmissão

automática atuais.

Primeiramente foi desenvolvido o esquema elétrico do sensor de temperatura,

sensor este que tem por principal finalidade indicar a temperatura do óleo existente dentro

das caixas de transmissão. Este fato garantiria a durabilidade das peças, bem como o

perfeito funcionamento dos componentes mecânicos que se encontram em contato durante

todo o processo de transmissão de torque.

Toda superfície de engrenagem é manufaturada de modo que se obtenha uma

rugosidade e granulometria determinada em projeto, oferecendo assim resistência e

aderência o bastante para promover o engrenamento em um patamar sustentável de ruído,

atingindo ao mesmo tempo uma durabilidade especificada pela montadora (que geralmente

compreende a durabilidade prevista para o motor do veículo). Portanto, dentre todas as

limitações apresentadas pelo material que se utiliza, pretende-se controlar uma gama de

variáveis que atenue o processo de aquecimento do conjunto e garanta condições eficazes

de trabalho das diferentes peças.

Os flancos dos dentes das engrenagens que compõem a caixa de transmissão podem

ser manufaturados em diversos tipos de processos finais, sendo os mais utilizados hoje em

dia a retífica e o rasqueteamento. A retífica normalmente é utilizada quando se pretende

atingir um grau elevado de torque, ou quando se exige uma maior durabilidade do conjunto

powertrain.

Como estamos falando de transmissões de torque consideravelmente elevado, é

válido ressaltar que caminhões operam com uma temperatura de óleo por volta de 90º C,

enquanto os ônibus urbanos operam a uma temperatura de 100º C, em se considerando que

motores destes veículos são encapsulados, ou seja, não existe troca excessiva de

temperatura com o ambiente que está inserido.

Para a confecção do circuito foi utilizado um transistor bastante conhecido no

mercado quando se pretende fazer a medição de temperatura: o LM 35. Descrito como IC1

é um sensor de temperatura que apresenta unicamente três terminais, um que corresponde a

alimentação de tensão positiva, outro conectado ao terra e o terceiro que, de acordo com a

temperatura, varia a tensão (saída). Esse sensor tem a capacidade de medir temperaturas

dentro da faixa de 0° C a +150° C, que em tensão corresponde a 0 mV a +1500 mV.

O segundo circuito consta em um sensor de curso de embreagem, sendo este

responsável pelo posicionamento do garfo da embreagem frente ao restante do conjunto que

realiza a troca de marchas. Para um melhor entendimento do sistema proposto, as linhas

que seguem descrevem brevemente o funcionamento da embreagem automotiva.

A Figura 40 abaixo mostra, sob uma visão simples e objetiva do powertrain do

veículo, o posicionamento do conjunto de embreagem frente aos demais componentes:

Figura 40. Esquema simplificado da localização da embreagem no powertrain.

A embreagem tem como principal finalidade o desligamento do motor das rodas

motrizes durante a consumação da mudança de velocidade ou mesmo quando se está em

processo de quebra de inércia do veículo. Desta forma, a embreagem possibilita o engate

suave de uma nova marcha antes que a transmissão volte a ser conectada, ou na situação em

que se pretende um novo arranque, permitindo assim que o motor atinja as rotações

suficientes para a movimentação do veículo como um todo.

O processo de debreagem pode ser mais facilmente descrito como sendo a

separação de três partes do conjunto da embreagem: o volante do motor, o disco e o platô,

ou a placa de pressão da embreagem. O volante do motor está fixado por meio de parafusos

ao virabrequim e roda solidário a este. O disco de embreagem se encaixa então por

intermédio de estrias, no eixo primário da caixa de câmbio e, assim, toma a mesma

velocidade angular deste. O platô da embreagem fixa o disco de encontro ao volante do

motor.

Observa-se que quando é diminuída a pressão do platô (carregando o pedal da

embreagem), o virabrequim e o eixo primário da caixa de câmbio passam a se movimentar

independentemente um do outro. No momento em que o motorista solta o pedal de

embreagem, estes tornam-se assim solidários, rotacionando agora com mesma velocidade.

Ambas as faces do disco de embreagem, um disco fino de aço de elevada tenacidade, estão

revestidas por um material de fricção, também amplamente conhecido como sendo a

guarnição da embreagem.

Quando o disco de embreagem se encontra fixado em relação ao volante do motor

por meio do platô da embreagem, a força de aperto deverá ser suficientemente grande a

ponto de evitar qualquer deslizamento entre os componentes sempre que o motor transmitir

o binário motor (torque) máximo ao volante. A figura 41 abaixo demonstra em melhores

detalhes todos os componentes do conjunto de embreagem.

Figura 41. Esquema dos componentes do conjunto de embreagem.

Figura 42. Figura do conjunto de embreagem devidamente montado.

Componentes de uma embreagem de molas:

• O platô está montado na tampa que, por seu lado, está fixada por parafusos

ao volante do motor, pelo que estas três peças se movem de forma conjunta. As molas de

encosto, apoiando-se contra a tampa, apertam o disco entre o platô e o volante.

Funcionamento do anel embreado:

• As molas mantêm o disco apertado entre o platô e o volante do motor, mas

quando a pressão sobre o pedal, através da placa de impulso faz com que as pastilhas

puxem para trás o platô.

Figura 43. Exemplos das diversas embreagens difundidas no mercado.

Como o pedal atua sobre a embreagem:

• No sistema hidráulico, a pressão do pedal força o óleo a penetrar no cilindro

mestre o qual aciona o cilindro servo que, por sua vez, aciona o anel de impulso. No

sistema mecânico, o pedal está ligado à embreagem por meio de tirantes e alavancas ou por

um cabo e alavancas.

Por fim, para a conclusão do sistema desenvolvido, fora confeccionados dois

diferentes circuitos para a simulação de sensor de temperatura e sensor de embreagem,

respectivamente.

O sensor de temperatura foi reproduzido utilizando-se o componente lm35,

amplamente utilizado comercialmente quando se pretende fazer um breve controle de

temperatura (ver data-sheet em anexo).

A Figura 44 e 45 abaixo descritas ilustram um breve esquema dos circuitos

utilizados e do tratamento de dados:

Figura 44. Esquema do circuito elétrico utilizado para simulação dos sensores.

Figura 45. Principal interface utilizada para aquisição de dados do sensor de curso de embreagem.

10. Conclusão

Após todo o desenvolvimento da tecnologia das transmissões automáticas, pode-se

inferir que:

• A funcionalidade, em se considerando o número de marchas e a relação total de

marchas, das transmissões automáticas continuará a aumentar.

• O tempo de operação do conversor de torque em aberto irá se tornar ainda mais

reduzido.

• O tempo de operação da embreagem de etravamento irá aumentar, tanto em

escorregamento quanto quando completamente fechada (WAGNER, 1998).

Em se considerando um ponto de vista da sustentabilidade frente às possíveis

tendências globais, é perfeitamente aceitável a opinião que o custo do combustível aumente

gradativamente com o decorrer dos tempos, o que por conseqüência irá acarretar uma maior

preocupação com as ameaças ao ambiente. Portanto, o desenvolvimento do conversor de

torque necessitará esforços na redução do consumo de combustível e também da emissão

de poluentes gasosos.

Para o acompanhamento da tecnologia das transmissões então será observado um

barateamento do conversor de torque, fato pela qual este será adequado as transmissões de

torque continuamente variável (CVT) e aplicações em veículos de tração dianteira,

passando desta forma a serem amplamente utilizados no mercado automotivo.

Com respeito as simulações apresentadas neste trabalho, estas foram implementadas

para um powertrain considerando atrasos e transientes existentes no processo de shifts de

marchas. Para o motor foi desenvolvida uma VI que fornecesse uma resposta de um sistema

de primeira ordem para a progressão da rotação. A resposta para a simulação apresentada

foi obtida exatamente como proposta pelo modelo adotado.

A simulação da transmissão envolve também o processo de mudança de marcha,

apresentando o gráfico “dente-de-serra” corrigido para uma melhor visualização. Como

apresentado nos resultados, esta simulação foi realizada com sucesso, resultando em um

gráfico condizente com o esperado.

De maneira geral, portanto, o objetivo do presente trabalho era o desenvolvimento e

implementação de modelos que tornassem a resposta dos elementos do powertrain mais

próximas da real através da adição de atrasos e transientes, o que é válido tanto para a

simulação do motor quanto para a transmissão.

Como proposta para projetos futuros, indica-se a compatibilização total entre a

simulação em LabView e o motor e a transmissão do veículo.

Vantagens da automação LabView

O conceito de instrumentação virtual aplicado à experiência, contribui com a

melhoria no desenvolvimento das atividades laboratoriais nos seguintes aspectos:

• Possibilitou a automação das medidas e maior controle da experiência,

concentrando todos os dados na tela do computador, fato que permite uma

melhor visualização do projeto como um todo, e que permite ao operador

capturar a tela e gravá-la em arquivo para auxiliá-lo posteriormente.

• A agilidade do sistema de medições simultâneas favorece o operador tendo

em vista que este não precisa desconcentrar-se dos fenômenos de interesse

da experiência, com a necessidade de ter que realizar diversas medidas em

locais distintos do sistema, através da divisão do grupo para leitura dos

instrumentos de medição.

• A diversidade de informações apresentadas na tela do programa

desenvolvido e os instrumentos virtuais disponíveis facilitaram a

demonstração do funcionamento do sistema, melhorando a compreensão e

facilitando a operação.

• Proporciona ao operador a utilização de um sistema de aquisição e

tratamento de dados por meio do uso de hardware e software apropriado,

familiarizando-o com as ferramentas utilizadas atualmente no

monitoramento, operação e manutenção de sistemas ligados á área da

eletrônica.

Desvantagens da automação em LabView

As principais dificuldades e problemas encontrados durante a realização da

experiência foram as seguintes:

• A necessidade de treinamento e orientação do operador para manuseio do

sistema automatizado no início de cada medição não proporciona redução no

tempo gasto para a realização do dimensionamento das grandezas porque o

tempo que se economizou na obtenção das medidas acabou por ser utilizado

com a familiarização com o sistema de aquisição.

• O operador não interfere na montagem experimental, ligando os circuitos em

que se pretende fazer a medição.

11. Referências Bibliográficas

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em 28 de setembro de 2008.

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[4]WAGNER, G. Transmissions options. Revista AEI, Julho 2001.

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[11]PESSEN, D.: Industrial Automation: Circuit Design and components, New York

: Wiley-Interscience, c1989.

[12]PAZOS, FERNANDO: Automação de Sistemas & Robótica, Rio de Janeiro :

Axcel Books, c2002.

[13]<http://www.ppg.unifei.edu.br:8080/cad_pesq/arquivos/arecon.pdf>. Acesso em 26

de maio de 2008.

Anexo 1

ZF Ecomat.vi

Rotação Neutro do Motor

Revol/km do Pneu

Redução Eixo Diferencial

Tab Control

Potência

Potência

Potência

Potência

Potência

Boolean

Rotação do Motor

Constante

Relação de Marchas

Numeric

Conta Giros

Raio Dinâmico do Pneu

Velocímetro

Potência (kW)

Rotação para Troca de Marcha

Numeric

Velocidade Máxima em cada Marcha

Numeric

Transmissão

Motor

A

B

C

G

D

E

F

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