Automação de veículo elétrico: de comando mecânico convencional para computadorizado "self-drive" visando a autonomia

Abstract

Autonomous vehicles represent a technological revolution in the automotive industry, eliminating the need for human intervention in driving. The idea of vehicle automation began to take shape in the early 20th century, initially focusing on autonomy functions such as speed control. This work proposes the development of an autonomous driving system for an electric vehicle, customized for internal use at the Instituto Mauá de Tecnologia. This involves replacing traditional steering, acceleration, and brake components with automated solutions. Additionally, a graphical interface will be created for monitoring and controlling the vehicle. To facilitate this replacement, all developed systems were simulated, tested, and validated before implementation in the vehicle. In the steering system, a servo-driver coupled with a reducer was used. Through a shaft, it is directly connected to the vehicle's original steering system, allowing electronic control of the direction. For the brake system, a linear actuator was dimensioned to perform the same role as the brake pedal. To control the vehicle's acceleration, information was directly requested from the native vehicle driver, allowing data exchange for speed definition. For data visualization and communication, the dashboard enabled the display of signals from the driver, such as battery level, speed, and engaged gear. Finally, to power all implemented peripherals, a sinusoidal inverter was added to meet the need for supplying alternating current. Therefore, all integrated systems in the vehicle make it capable of automation and receiving inputs to move autonomously and safely on the campus of the Instituto Mauá de Tecnologia.

Os veículos autônomos representam uma revolução tecnológica na indústria automobilística, eliminando a necessidade de intervenção humana na condução. A ideia da automação de veículos começou a ganhar forma no início do século XX, com foco inicial na autonomia de funções como controle de velocidade. Neste trabalho, é proposto o desenvolvimento de um sistema de condução autônoma para um veículo elétrico, adaptado para uso interno no Instituto Mauá de Tecnologia. Isso implica na substituição dos componentes tradicionais de direção, aceleração e freio por soluções automatizadas. Além disso, será criada uma interface gráfica para monitoramento e controle do veículo. A fim de viabilizar esta substituição, todos os sistemas desenvolvidos foram simulados, testados e validados antes de serem implementados no veículo. Para tanto, no sistema de direção, fora utilizado um conjunto servo-driver acoplado a um redutor que através de um eixo, é conectado diretamente no sistema de direção original do veículo, permitindo um controle da direção de forma eletrônica. No sistema de freio, foi dimensionado um atuador linear para que desempenhe o mesmo papel do pedal de freio. A fim de controlar a aceleração do veículo, foram requisitadas as informações diretamente do driver nativo do veículo, assim como é possível enviar valores para definição de velocidade. Para visualização dos dados e comunicação o dashboard viabilizou a exibição dos sinais provenientes do driver, como por exemplo, nível de bateria, velocidade e marcha engatada. E por fim, para alimentação de todos os periféricos implementados, foi adicionado um inversor senoidal visando a necessidade de suprir corrente alternada. Portanto, todos os sistemas integrados no veículo, o tornam apto a automação e recebimento de inputs para se locomover de maneira autônoma e segura no campus do Instituto Mauá de Tecnologia.