Capítulo 3 – Medição da velocidade



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Capítulo 3 – Medição da velocidade

Em virtude do veículo em estudo não possuir qualquer tipo de dispositivo electrónico para a medição da velocidade, foi necessário projectar um sistema que a monitorize e que envie essa informação para o autómato. Com o valor da velocidade do veículo é possível fazer o controlo de velocidade em malha fechada, bem como estimar a distância percorrida pelo veículo, essencial para a aplicação de alguns algoritmos de condução autónoma.



Estudo da solução

No estudo do problema da medição da velocidade surgiram duas fortes possibilidades para a solução: uma solução indutiva e uma solução óptica.

Ambas as possibilidades se baseiam na contagem de pulsos cuja frequência indica a velocidade do veículo. A contagem dos pulsos é feita através do contador de alta velocidade do autómato.

Solução Indutiva

A solução indutiva baseia-se no princípio de medição de velocidade dos sensores do ABS, que se encontra ilustrada na FIGURA.



No eixo do veículo encontra-se instalada uma roda dentada e próximo desta encontra-se um sensor indutivo que vai gerar um pulso sempre que um dente se aproxima.

Esta solução tem como grande vantagem o facto de não existir contacto físico entre o sensor e o resto do veículo, tornando assim o tempo de vida da solução bastante elevado. Outra vantagem é o facto de o sensor não ser afectado pela humidade e ambientes com poeiras. Este factor é importante uma vez que o dispositivo está localizado junto às rodas do veículo, estando assim sujeito a um ambiente agressivo.

No entanto, apresenta algumas desvantagens, como é o facto de poder ser afectado por campos electromagnéticos.

Outa desvantagem dos sensores indutivos é a sua baixa frequência de funcionamento. Para esta aplicação é necessário que o sensor envie para o autómato vários pulsos por volta, de modo a que seja possível saber a velocidade com maior precisão e com uma mais elevada taxa de actualização. Quanto maior o número de pulsos por volta, maior será a frequência de comutação do sensor, podendo atingir frequências elevadas, que o sensor indutivo não é capaz de realizar.

Por fim, existe ainda outra desvantagem, que é o facto de não se poder saber qual o sentido em que o veículo se desloca. Para contornar este problema poderia ser possível a instalação de dois sensores desfasados, no entanto esta poderia ser uma solução de muito complexa implementação.



Solução Óptica

A utilização de um sistema óptico para a medição da velocidade consiste na utilização de um codificador. Um disco com um código digital gravado é colocado no eixo de rotação e quando a matriz do disco deixa que o receptor receba a luz do emissor é gerado um pulso eléctrico. A FIGURA ilustra a configuração habitual deste tipo de sensores.[B]



Esta solução tem como principais vantagens obter medições bastante fiáveis e, caso se utilize um encoder que tenha um disco com duas pistas, é possível saber em que sentido se desloca o veículo.

Este tipo de sensores permite ainda comutação a elevadas frequências.

Como desvantagens têm-se o desgaste mecânico originado pela rotação do sensor e a possibilidade de ser afectado por ambientes húmidos e com poeiras.



Escolha da solução

A solução escolhida para a medição da velocidade foi a solução óptica. Esta decisão foi tomada devido à dificuldade de implementação da solução indutiva e devido ao facto de com o codificador permitir saber em que sentido se desloca o veículo.



Projecto

Dimensionamento do encoder

O encoder escolhido foi o Hengstler RS32-O/50ER.11KB. A TABELA apresenta as suas principais características.



Encoder Hengstler RS32-O/50ER.11KB

Tipo

Incremental

Classificação IP

IP50

Diâmetro do corpo

30 mm

Pulsos por volta

50

RPM máximas

6000 rpm

Corrente consumida

30 mA

Tensão de alimentação

10 a 30 Vdc

Diâmetro do veio

6 mm

Sinais

Sinal A

Sinal B


Sinal N (índice)

O codificador vai ser acoplado a uma roda do veículo que tem 0,55 m de diâmetro e, considerando que o carro em modo autónomo não terá grandes velocidades, para o cálculo das rotações máximas a que vai estar sujeito utilizou-se 100 km/h (1666.6 m/min), valor já com elevado grau de segurança. Assim obtém-se as seguintes rotações por minuto

valor muito aquém do máximo permitido para o codificador escolhido.



Outro factor importante a ter em conta é a distância que é necessário percorrer para actualizar o valor da velocidade. O codificador escolhido tem 50 pulsos, assim obtém-se:

ou seja, a cada 3,49 cm que o carro se desloca, é possível actualizar o valor da velocidade, o que representa um valor bastante satisfatório.

Estes dois factores, aliados ao facto de poder ser alimentado a 24V e ter sinal em quadratura AB, são razões suficientes para comprovar que o codificador se adequa para a aplicação desejada.

O facto de ter uma classificação IP50 (protecção contra acumulação de pó e nenhuma protecção contra humidade) exige que este seja protegido externamente.



Projecto mecânico

Foi necessário projectar um sistema mecânico para acoplar o codificador a uma roda traseira do veículo. As FIGURAS X e Y apresentam o resultado do projecto.




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