Introdução à Engenharia Automobilística

Introdução à Engenharia

Automobilística

Prof. Dr. Álvaro Costa Neto

Conteudo

1. Visao geral do desenvolvimento da engenharia automotiva

2. Projeto do chassi – estrutura, suspensao, direcao e freios

3. Projeto da carroceria – estilo, aerodinamica, interior e seguranca veicular

4. Projeto do powertrain – motor e transmissao

5. Uso de materiais no projeto de veiculos automotivos 6. O desafio da manufatura para os projetistas

automotivo

7. Eletronica embarcada – sistemas e controles

1. Visao geral do desenvolvimento

• Introducao

• Inovacao tecnologica • Producao em massa

• O desenvolvimento da industria mundial • Desenvolvimento dos motores

• Desenvolvimento de transmissoes • Direcao, suspensao e freios

• Interior • Seguranca

1. Visao geral do desenvolvimento

1.1. Introducao

O desenvolvimento da engenharia automotiva engloba 3 grandes areas:

• Inovacao tecnologica

• _{Construcao, configuracao e estilo}

• Meios de producao e metodos de fabricacao

1. Visao geral do desenvolvimento

Competencias em gestao

• Gerenciamento do negocio • Gerenciamento de projetos

• Gerenciamento da manufatura • Sistemas da qualidade

Competencias em projeto

• Desenho industrial (design) • Desenho (CAD)

• Metodologia de desenvolvimento de produto • Definicao de atributos:

• _{Calculo dinamico}

• Ride and Handling

• Performance (aceleração e frenagem)

• _{Calculo estrutural}

• Linear, não linear

• Seguranca veicular: Crash

• _{Escoamentos e temperatura: CFD} • Vibracao veicular: NVH

Competencias em projeto

• Subsistemas veiculares

• Chassis: subframes

• Carroceria: interior e exterior • _{Motores/Transmissoes} • Suspensoes • Freios • _Direcao • Eletro/Eletronica • Sistemas hidraulicos • Construcao de protótipos • Testes e homologação

Competencias em manufatura

Atividades

• Implementação de Novos Programas • Melhoria de Processos Existentes

Novos Programas – Atividades

• Definição dos processos de Manufatura • Estabelecimento dos lay-outs

• Determinação do Investimento, Custo e timing • Especificação das máquinas e equipamentos • Coordenação do projeto do ferramental

Novos Programas – Atividades (cont.)

• Seleção de Fornecedores de máquinas/ equipamentos/ ferramentas

• Gerenciamento do projeto da manufatura • Follow-up

• Execução do Try-out

• Treinamento do pessoal

• Suporte do lançamento da produção

Melhoria de Processos – Atividades

• Mapeamento do Processo Atual (CSM) • Identificação de Oportunidades

• Plano de Melhorias (FSM)

• Implementação das Melhorias

• Verificação e certificação das modificações

Competencias em materiais

1. Visao geral do desenvolvimento

1.2. Inovacao tecnologica

Inovacoes sao o fruto do trabalho de varias pessoas que alguem, em algum momento capitaliza para si.

• _{Por exemplo: o diferencial era utilizado por relojoeiros antes de ser adaptado para} uso automotivo.

• Os Bollees criaram um veiculo no final do seculo 19 que incluia suspensao independente e direcao hidraulica.

• _{Amedee criou a turbina a gas, o sistema de injecao, supercharging e o acionamento} hidraulico de valvulas.

1. Visao geral do desenvolvimento

• Alguns exemplos tirados da apostila “resumo da

cronologia do automovel” do prof. Ricardo Bock (FEI)

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150 ac – projeto de Hero da Alexandria, da eolosfera, motor de combustao externa (esfera rotativa movida por jatos de vapor de agua)

1. Visao geral do desenvolvimento

• 1500 – Leonardo da Vinci projetou mecanismo destinado a girar espeto dentro de forno. Redutor!

• 1600 – construcao de canhoneira (Holanda) por Mauricio de Nassau movida a vela. 4 rodas. 28 ocupantes. 40 km/h.

• 1687 – Newton formulou as leis da mecanica.

• 1690 – Denis Papin (Franca) apresentou um motor a vapor com cilindro vertical aquecido.

• 1769 – James Watt patenteou a biela, virabrequim e volante.

1. Visao geral do desenvolvimento

• 1770 – Nicholas Cugnot (Franca) construiu a 1a carruagem a vapor utilizada em publico. Triciclo, biclindrico com bielas atuantes em virabrequim que

era o proprio eixo da roda, tambem direcional. 6 km/h. primeiro acidente com veiculo automotor. Fim do projeto.

1. Visao geral do desenvolvimento

• 1803 - Richard Trevithick (Inglaterra) – transporte coletivo a vapor, 14 cm de diametro, 45 cm de curso, 50 rpm. Pegou fogo.

1. Visao geral do desenvolvimento

• 1827 – Goldsworthy Gurney (Inglaterra) – fazia 4 viagens por dia entre Londres e Bath (200km) – 18 passageiros

• 1865 –Promulgacao do “locomotives act”: velocidade maxima de 6,4 km/h e o veiculo deveria ser precedido por um homem a pe, com bandeira

vermelha, 18m a frente. A noite, lanterna.

1. Visao geral do desenvolvimento

• 1866 – Nikolaus August Otto (Alemanha) testa motor monocilindrico, 4 tempos, alimentado por gas de

iluminacao (0.5HP e 180 rpm).

• 1873 – Amedee Bolee (Franca) onibus a vapor com dois motores de 20 cv cada. 38 km/h – 10 anos de servico. • 1876 – Gottlieb Daimler desenvolve o carburador, com o

aproveitamento da ignicao eletrica. Permitiu o controle de rotacao do motor (acelerador).

• 1883 – Karl Benz desenvolve o motor a gasolina, 2 tempos por centelha.

• 1885 - motor 4 tempos, 0,75 cv, rotacao de 300 a 450 rpm.

1. Visao geral do desenvolvimento

• 1888 – Conde Zeppelin (Alemanha) instala motor Benz em dirigivel.

• 1889 – Armand Peugeot (Franca) -1º frances a produzir e vender veiculos utilizando motores Daimler

• 1895 – Corrida Paris – Rouen (Franca) – 1178km. 46 veiculos largaram. 23 a gasolina, 13 a vapor, 2 eletricos 8 triciclos e bicicletas motorizadas. Vence um Panhard com motor Daimler.

• 1896 – Henry Ford (USA) constroi seu primeiro quadriciclo

1. Visao geral do desenvolvimento

• 1896 – Daimler e Maybach (Alemanha) produzem o 1º caminhao em duas versoes 2 e 10 cv. Cargas de 1.500 e 10.000 kg.

• 1897 – Manifestacoes anti-automovel. Obrigado a possuir um velocimetro externo. Velocidade maxima de 20km/h. Policia com maquina fotografica para registar. Primeiro ‘radar’.

• 1899 – Irmaos Renault (Franca) fundam a Renault Freres • 1900 – Karl Benz (Alemanha) maior fabricante do mundo.

1. Visao geral do desenvolvimento

• No inicio o transporte rodoviario esteve atras do ferroviario. • Nao existiam as rodovias

• O motor a vapor nao era adequado para o uso rodoviario:

• _{Grande tempo de partida} • Alto consumo de agua

• A primeira grande quebra de paradigma foi o aparecimento nos anos 1870s

do motor de combustao interna alternado movido a gasolina.

1. Visao geral do desenvolvimento

1.3. Producao em Massa

No inicio da industria automotiva, a producao era artesanal, da mesma forma que a utilizada na fabricacao de carruagens.

o grande salto ocorreu quando Henry Ford iniciou a utilizacao de metodos de producao em massa.

O principio basico da producao em massa e que cada trabalhador deve efetuar somente uma ou um numero limitada de operacoes que envolva pouco skill e um alto nivel de producao.

1. Visao geral do desenvolvimento

• Embora producao artesanal esteja vinculada a alta qualidade na cabeca das pessoas, a

producao em massa requer um padrao de acuracidade e consistencia dimensional muito maiores, porque todas as pecas devem ser

intercambiaveis.

• Em 1914 Ford implantou a linha de

montagem na qual o veiculo se deslocava ao

inves dos trabalhadores. • Resumindo:

• Alta producao, intercambiabilidade, e linha de montagem

1. Visao geral do desenvolvimento

• Ford modelo T – 15 milhoes de veiculos produzidos!! "I will build a car for the great multitude. It will be large

enough for the family, but small enough for the individual to run and care for. It will be constructed of the best materials, by the best men to be hired, after the simplest designs that modern engineering can devise. But it will be so low in price that no man making a good salary will be unable to own one—and enjoy with his family the blessing of hours of pleasure in God's great open spaces.“

• Preco: US$ 240 (equivalente a US$ 2.700 hoje!)

1. Visao geral do desenvolvimento

1.4. Desenvolvimento da industria mundial

• A origem da producao automotiva foi em pequenas oficinas com veiculos construidos artesanalmente

• A tecnica da producao em massa do henry ford logo foi copiada por outras empresas, mas por um tempo as duas formas foram capazes de conviver, entre os anos 20 e 30.

• Antes da 2a guerra mundial, ja havia a tendencia de fusao, aquisicao das pequenas, ou mesmo ocorreu o desaparecimento destas industrias.

1. Visao geral do desenvolvimento

• Apos a 2a guerra essa tendencia se acentuou e continua ate os dias de hoje.

• O que se afirma e que no futuro teremos somente 4 grandes empresas fabricantes no mundo

• Havera reducao similar na quantidade de fornecedores tanto de primeira (Tier 1), segunda (T2) e terceira linhas.

1. Visao geral do desenvolvimento

• O processo de fusao tambem teve os seus problemas.

• A aquisicao de uma empresa trouxe as vantagens e tecnologias, porem trouxe junto os problemas

• Um exemplo foi a British Motor Company (BMC) – fusao da Austin e da Morris e outras. Num determinado momento teve em estoque 100.000 componentes!!

• Na decada de 70 teve a British Leyland (5a maior fabricante do mundo e era praticamente toda industria britanica). Teve 46 modelos diferentes!!

1. Visao geral do desenvolvimento

• As empresas americanas cresceram de maneira diferente

• Elas criaram plantas em diversos paises como uma forma de superar barreiras de impostos.

• As demais industrias europeias tiveram uma historia similar a inglesa, porem conseguiram sobreviver

• Mais recentemente seguiram o exemplo da industria americana se tornando grandes conglomerados multinacionais.

• As empresas japonesas surgiram somente a partir do final da 2a guerra mundial.

1. Visao geral do desenvolvimento

• Assim como a toda a economia japonesa elas foram incentivadas pelo EUA atraves de planos economicos para conter o crescimento do

comunismo no mundo

• No inicio elas apresentavam baixa qualidade e eram copias baratas e de gosto duvidoso. Como a industria chinesa nos dias de hoje.

• A partir dos anos 60 revolucionou o sistema produtivo, atraves do

metodo Toyota de desenvolvimento e producao, introduzindo o conceito de manufatura enxuta (lean manufacturing)

1. Visao geral do desenvolvimento

primeiros veiculos eram inspirados nas carruagens.

• Precisavam ser leves. Usavam estruturas de madeira (chassi e gaiola) com paineis de madeira, ferro ou tecido.

• Porém, a estrutura de madeira nao era adequada para suportar maiores cargas do pavimento devido a maior velocidade nem as novas cargas do conjunto do

powertrain.

• Estruturas metalicas foram introduzidas para o chassi

1. Visao geral do desenvolvimento

• Paineis metalicos prensados tambem passaram a ser utilizados.

• Podiam ter formas curvas – maior resistencia – eliminacao da estrutura de madeira da gaiola.

• os paineis prensados comecaram a formar volumes fechados e o chassi em separado foi eliminado

• Hoje em dia: volume fechado (biw – com upper e lower body) e sub-chassi dianteiro e traseiro

• Outros tipos de construcao e materiais ainda existem, porem para veiculos especiais.

1. Visao geral do desenvolvimento

• No aspecto de estilo, o inicio tambem foi inspirado nas carruagens puxadas a cavalo.

• O motorista ficava para fora, exposto as condicoes climaticas. • Quando muito, havia uma cobertura retratil

• Somente a partir dos anos 30 e que o seda se tornou o estilo dominante.

• Bem no comeco os motores eram traseiros, mas logo foram colocados a frente.

• O comprimento do capo era um indicativo de potencia e status

1. Visao geral do desenvolvimento

aspectos aerodinamicos tornaram-se importantes. • Os carros com preocupacoes aerodinamicas surgiram

nos anos 30.

• Porem eram considerados muito feios.

• Houve um grande intervalo de tempo em que

aspectos aerodinamicos eram impeditivos no estilo. • Somente a partir da decada de 80 e que buscou-se

integrar a aparencia estetica a preocupacao aerodinamica cuidadosa.