of 8 /8
1 CONSIDERAŢII PRIVIND STIMULAREA CREATIVITĂŢII STUDENŢEŞTI PRIN PROMOVAREA PROIECTELOR DIDACTICE INOVATIVE LineAR şi BrizARCONSIDERATIONS REGARDING APLICATIONS OF THE ENGINEERING STUDENTS CREATIVITY STIMULATION THROUGH THE INNOVATIVE DIDACTICAL PROJECTS „LineAR and BrizARAdriana-Teodora MANEA, Prof.univ.dr.ing.Universitatea „Ovidius” din Constanţa Laurenţiu-Claudiu MANEA, Prof.univ.ec.dr.ing.Universitatea „Ovidius” din Constanţa E-Mail:[email protected] Rezumat: Lucrarea exemplifică, prin intermediul a două platforme didactice creative, beneficiile utilizării sistemului mecatronic de control al suspensiei pneumatice a autovehiculului (proiectul LineAR) şi al intervenţiei propulsiei adiţionale solare sau eoline în dinamica deplasării unei biciclete inovative (proiectul BrizAR), elementele componente şi modul de funcţionare al acestora şi modul de control şi reglare automată a sistemelor. Prin construirea acestor aplicaţii creative se simulează (prin localizarea şi identificarea denumirii componentelor electrice, cât şi prin analiza privind diagnosticarea şi parametrizarea sistemului prin evaluarea variabilelor mărimilor fizice şi electrice, măsurarea parametrilor, semnalelor şi tensiunilor şi simularea şi identificarea unor defecţiuni ale componentelor, electronice şi/sau mecanice) comportarea reală a unor sisteme mecatronice, venind în sprijinul înţelegerii atât a modului de funcţionare, control şi reglare automată a parametrilor suspensiei vehiculelor (ca în cazul Proiectului LineAR ) cât şi a modificărilor parametrilor dinamici şi a conservării eficiente a efortului uman la acţionarea unei biciclete prin sisteme de propulsie auxiliare ce integrează energia solară şi eoliană (ca în cazul Proiectului BrizAR ). Cuvinte cheie:mecatronica supsensiei automobilelor, standuri mecatronice didactice, creativitate, biciclete ecologice cu propulsie solară şi eoliană Abstract:This paper illustrates, through two educational platforms, the benefits of using the mecathronic control system of a vehicle's pneumatic suspension (LineAR Project), and of the solar and wind additional propulsion in the dynamic functioning of an innovative bike (BrizAR project), in respect with the components and their mode of operation and the control and automatic adjustment mode of the system. In the LineAR Project, by building an educational stand which simulates the real behavior of this mecathronic system, we aim to support the comprehension of both the operation, control and automatic adjustment mode, by the localization and identification of the electric components and through the analysis regarding the diagnose and parameterization of the system through the evaluation of physical and electrical variables, the measurement of parameters, signals and voltages and the simulation and identification of some malfunctions of the electronic and/or mechanic components. In the BrizAR Project we assist the basic principle of cycling in our experimental model by a mecathronical system which permit the optimization of the human effort including in the complex formula of moving on roads or waters the power of the light and the wind. We expect that the project will be considered, in a creative way of speaking, as our Constanta “Ovidius” University’s team contribution to the global polluting combat. Keywords:Automotive Suspension mechatronics, applied automotive mechatronics, special didactical learning platforms, technical automotive laboratory stands didactical car prototypes, Bike Mechatronics, applied mechatronics, didactical bike prototypes

CONSIDERAŢII PRIVIND STIMULAREA CREATIVITĂŢII … · În cazul proiectului LineAR s-a dorit analiza utilizării suspensiei cu elemente elastice pneumatice la autovehicule, îndeosebi

  • Author
    ngokiet

  • View
    215

  • Download
    3

Embed Size (px)

Text of CONSIDERAŢII PRIVIND STIMULAREA CREATIVITĂŢII … · În cazul proiectului LineAR s-a dorit...

  • 1

    CONSIDERAII PRIVIND STIMULAREA CREATIVITII

    STUDENETI PRIN PROMOVAREA PROIECTELOR DIDACTICE

    INOVATIVE LineAR i BrizAR

    CONSIDERATIONS REGARDING APLICATIONS OF THE ENGINEERING

    STUDENTS CREATIVITY STIMULATION THROUGH THE INNOVATIVE

    DIDACTICAL PROJECTS LineAR and BrizAR

    Adriana-Teodora MANEA, Prof.univ.dr.ing.Universitatea Ovidius din Constana

    Laureniu-Claudiu MANEA, Prof.univ.ec.dr.ing.Universitatea Ovidius din Constana

    E-Mail:[email protected]

    Rezumat: Lucrarea exemplific, prin intermediul a dou platforme didactice creative, beneficiile utilizrii sistemului

    mecatronic de control al suspensiei pneumatice a autovehiculului (proiectul LineAR) i al interveniei propulsiei

    adiionale solare sau eoline n dinamica deplasrii unei biciclete inovative (proiectul BrizAR), elementele

    componente i modul de funcionare al acestora i modul de control i reglare automat a sistemelor. Prin

    construirea acestor aplicaii creative se simuleaz (prin localizarea i identificarea denumirii componentelor

    electrice, ct i prin analiza privind diagnosticarea i parametrizarea sistemului prin evaluarea variabilelor

    mrimilor fizice i electrice, msurarea parametrilor, semnalelor i tensiunilor i simularea i identificarea unor

    defeciuni ale componentelor, electronice i/sau mecanice) comportarea real a unor sisteme mecatronice, venind n

    sprijinul nelegerii att a modului de funcionare, control i reglare automat a parametrilor suspensiei vehiculelor

    (ca n cazul Proiectului LineAR ) ct i a modificrilor parametrilor dinamici i a conservrii eficiente a efortului

    uman la acionarea unei biciclete prin sisteme de propulsie auxiliare ce integreaz energia solar i eolian (ca n

    cazul Proiectului BrizAR ).

    Cuvinte cheie:mecatronica supsensiei automobilelor, standuri mecatronice didactice, creativitate, biciclete

    ecologice cu propulsie solar i eolian

    Abstract:This paper illustrates, through two educational platforms, the benefits of using the mecathronic control

    system of a vehicle's pneumatic suspension (LineAR Project), and of the solar and wind additional propulsion in the

    dynamic functioning of an innovative bike (BrizAR project), in respect with the components and their mode of

    operation and the control and automatic adjustment mode of the system. In the LineAR Project, by building an

    educational stand which simulates the real behavior of this mecathronic system, we aim to support the

    comprehension of both the operation, control and automatic adjustment mode, by the localization and identification

    of the electric components and through the analysis regarding the diagnose and parameterization of the system

    through the evaluation of physical and electrical variables, the measurement of parameters, signals and voltages

    and the simulation and identification of some malfunctions of the electronic and/or mechanic components. In the

    BrizAR Project we assist the basic principle of cycling in our experimental model by a mecathronical system which

    permit the optimization of the human effort including in the complex formula of moving on roads or waters the

    power of the light and the wind. We expect that the project will be considered, in a creative way of speaking, as our

    Constanta Ovidius Universitys team contribution to the global polluting combat.

    Keywords:Automotive Suspension mechatronics, applied automotive mechatronics, special didactical learning

    platforms, technical automotive laboratory stands didactical car prototypes, Bike Mechatronics, applied

    mechatronics, didactical bike prototypes

  • 2

    1. Introducere

    Proiectele propuse au fcut parte succesiv din aplicaiile practice ale calculelor teoretice

    realizate de absolveni n cadrul lucrrilor de licen i disertaie avnd ca rol mbuntirea

    procesului instructiv-educativ din laboratorul de mecatronica automobilelor prin stimularea

    intuitiv a studenilor n diagnosticarea sistemelor mecatronice moderne, cu referire direct

    asupra analizei parametrilor sistemului de suspensie pneumatic (n cazul Proiectului LineAR) i

    optimizrii interveniilor surselor de propulsie adiional (solar-electric i eolian - n varianta

    Proiectului BrizAR).

    2.Configurarea creativ a proiectelor

    n cazul proiectului LineAR s-a dorit analiza utilizrii suspensiei cu elemente elastice

    pneumatice la autovehicule, ndeosebi la autocamioane variant ce contribuie esenial la

    creterea fiabilitii acestora datorit reducerii uzurii pieselor aflate n micare relativ,

    asigurrii stabilitii la ncrcarea neuniform i posibilitii de majorare a sarcinii utile. Pe

    lng aceste beneficii, suspensia pneumatic s-a dovedit c mai contribuie i la reducerea

    sarcinilor dinamice verticale, micornd amplitudinea oscilaiilor caroseriei i a frecvenei

    acestora, fcndu-le suportabile pentru conductor i pasageri, dar i pentru marfa transportat.

    Elementul elastic pneumatic a fost raional s fie introdus n special n componena suspensiei

    autovehiculelor la care greutatea maselor suspendate variaz n limite largi n funcie de

    ncrctur, sau unde se dorete o mrire a confortului la rularea pe suprafee denivelate. Prin

    modificarea presiunii aerului din elementul elastic pneumatic se poate regla automat rigiditatea

    suspensiei, astfel nct frecvena vibraiilor proprii s rmn aceeai, indiferent de valoarea

    sarcinii statice [1], [3].

    Conform informaiilor furnizate de firma productoare de echipamente i tehnologii pentru

    autovehicule WABCO, scopul de baz al sistemului mecatronic de control al nivelului este de a

    corecta i echilibra orice deviaie de nivel ntre asiu si axa controlat, deviaia reprezentnd

    abaterea de la distana stabilit dintre acestea. Aceste abateri pot fi determinate fie de modificarea

    sarcinii, fie de modificarea voit a valorii nominale de ctre conductorul autovehiculului, prin

    intermediul unei telecomenzi.

    Principiul de funcionare este reprezentat n Figura 1,a: Un senzor inductiv de distan

    (nivel) 3 este montat pe asiul autovehiculului i este conectat la axa acestuia printr-un sistem de

    prghii, acesta avnd rolul de a evalua (msura) permanent distana dintre acestea. Valoarea

    msurat este utilizat ca valoare real n bucla de control si este transmis unitii electronice

    de control. Aceasta compar valoarea real cu valoarea nominal, valoare predefinit n

    memoria unitii electronice. Controlul nivelului este o funcie care monitorizeaz distana ntre

    asiul i osia vehiculului ca funcie de baz pe care trebuie s o realizeze sistemul mecatronic

    pentru controlul nivelului, aceasta fiind necesar pentru reajustarea distanei din cauza diverilor

    factori perturbatori (cum ar fi starea drumului sau a valorii nominale de ncrcare a

    autovehiculului). Pentru nelegerea eficient a modului n care sistemul mecatronic controleaz

    procesul de control al nivelului, n figura 1,b este reprezentat structura de reglare i funcionare

    a controlului automat (electronic si pneumatic) al suspensiei pneumatice. Astfel:

  • 3

    1-unitate electronic de control; 2-telecomand; 3-senzor de nivel;4-supap electromagnetic; 5-pern pneumatic

    a Sistemul mecatronic de baz pentru corecia nivelului [1]

    b. Structura sistemului mecatronic pentru controlul nivelului [1]

    Fig. 1 Sistemul mecatronic de control al suspensiei autocamionului real Surs: Wabco

    Un senzor de nivel sau curs 3, (fig. 2) capteaz n mers poziia nlimii asiului fa de axa de sprijin i

    transmite valorile msurate unitii electronice de control. Dac dup evaluare unitatea electronic

    recunoate o abatere de la

    nivelul impus, supapa

    acionat electromagnetic

    4 primete o comand ca

    prin alimentarea sau

    evacuarea de aer

    comprimat n/din pernele

    de aer s se ating nivelul

    necesar. Printr-o unitate de

    comand de la distan 2

    conductorul vehiculului

    poate, sub un anumit prag

    de vitez impus sau n

    staionare, s modifice

    nivelul impus, spre

    exemplu pentru descrcri

    la ramp (fig.3).

    1-unitate electronic de control; 2- unitate de control de la distan; 3-senzor de

    nivel (curs); 4-supap electromagnetic; 5-pern suspensie pneumatic

    Fig. 2 Schema de baz a sistemului mecatronic de control al suspensiei

    pneumatice [1] Surs: Wabco

  • 4

    Prin intermediul unor

    lmpi de semnalizare

    optic, se poate afia

    cu o lamp roie

    starea de funcionare

    incorect i cu o

    lamp galben nivelul

    de lucru al

    autovehiculului

    diferit de nivelul

    prescris pentru mers

    (nivelul normal). Luminarea continu a lmpi roii poate indica prezena unei defeciuni depistat

    de ctre unitatea electronic de control n sistem, culoarea verde reflectnd nivelul optim.

    3.Realizarea standul didactic LineAR

    Construcia standului educaional a fost posibil prin utilizarea senzorului de distan, a

    unitii de comand electronice i a unei telecomenzi produse de firma WABCO, asamblate ca n

    fig. 4 ntr-o structur - panou, respectnd schema electric de conexiuni a productorului.

    Micarea de translaie a elementului elastic pneumatic a fost simulat prin suprapunerea i

    deplasarea a dou imagini ale acestuia. O parte a imaginii este fix i conine desenul

    elementului elastic i legtura cu axa (partea de jos), iar partea mobil pe care este montat

    senzorul de nivel conine desenul elementului elastic, partea de legtur cu asiul.

    Simulatorul micrii de

    translaie este format

    dintr-un motor de curent

    continuu de 24 Voli,

    prevzut cu reductor cu

    melc - roat melcat

    care antreneaz n

    micarea de rotaie un

    urub. Prin rotirea

    acestuia n interiorul

    unei tije prevzut cu

    filet interior ntr-un sens

    sau altul se efectueaz

    micarea de translaie a

    acesteia. De tij prin

    intermediul a dou

    resoarte este prins

    placa asiului pe care

    este montat senzorul de distan (nivel). Partea mobil a senzorului este legat de partea fix prin

    intermediul unor prghii. Prin micarea plcii, senzorul msoar diferite poziii, iar valorile

    msurate sunt transmise unitii electronice de control. Arcurile elicoidale sunt folosite pentru

    Fig. 4 Standul educaional mecatronic LineAR

    1-sub nivel; 2-nivel standard; 3-peste nivel.

    a. Semnal de nivel al senzorului b. Semnal de Ceas c. Semnal Date

    Fig. 3 Forme semnal detectabile in sistemul LineAR[2]

  • 5

    simularea elasticitii pernei pneumatice. Rotirea n cele dou sensuri este asigurat de comanda

    care vine de la unitatea electronic de control i care trece printr-un inversor electronic de sens.

    Acest simulator este folosit pentru a nlocui demonstrativ supapa electromagnetic i perna

    pneumatic, implementarea acestora, n condiii de laborator, presupunnd utilizarea unui sistem

    presurizat de aer comprimat, considerat periculos n context didactic.

    Conexiunile electrice ntre unitatea de comand electronic i celelalte componente s-au

    realizat prin intermediul unor borne de conexiune electric, dispuse pe desenul schemei electrice

    de conexiuni, cea ce permite conectarea i deconectarea acestora, astfel nct se pot simula unele

    defeciuni, fiind posibil msurarea valorilor acestora cu un multimetru, sau vizualizarea

    semnalelor cu ajutorul unui osciloscop. n fig.3,a este reprezentat semnalul senzorului de

    distan, n fig.3,b semnalul ceas, iar n fig. 3,c semnalul de date provenind de la telecomand

    (vizualizate pe osciloscopul din laborator), semnalul fiind posibil de investigat didactic de la

    bornele de conexiune special adaptate. Standul mai este prevzut i cu o muf ce permite

    conexiunea cu o unitate de diagnosticare Off-board, ceea ce faciliteaz att diagnosticarea

    electronic a sistemului, ct i parametrizarea acestuia.

    3.Realizarea prototipului didactic BrizAR

    Vehiculele de tip biciclet cu propulsie mixt,

    ocup un loc tot mai important ntre preocuprile

    constructorilor din domeniu. Datorit faptului c

    dispun de dou sau mai multe sisteme de propulsie

    ce folosesc diferite tipuri de energie, printre care cea

    electric i fora muscular pe care le folosesc n

    mod alternant sau chiar simultan, aceste vehicule au

    emisii poluante mult diminuate sau chiar zero.

    Comutarea ntre cele dou sisteme de

    propulsie, la fel ca i folosirea n tandem a acestora,

    se poate face n multiple moduri. Sistemele ce

    asigur managementul energiei permit combinarea

    funcionrii acestora ntr-o gam variat. n general

    punerea n micare a vehiculului de tip duble seat

    bike este asigurat cu ajutorul pedalelor, n timp ce

    propulsia la viteze sau sarcini peste valori

    prestabilite, este asistat de motorul electric i

    posibil prin aportul eolian.

    Folosirea temporar a motorului electric, doar

    dac funcionarea celorlalte sisteme nu este dorit sau nu se desfoar la un regim eficient,

    este realizat prin folosirea unor acumulatori de o capacitate mic de tip LiIon (avnd n vedere

    c tehnologia n domeniu a evoluat-, permind obinerea de acumulatori cu capaciti sporite i

    timpi de ncrcare redui).

    Poate fi interesanta ideea avansat n proiectul teoretic i anume aceea de a utiliza vehiculul

    att pentru a se deplasa terestru ct i pe suprafaa apei, adaptarea necesitand un timp destul de

    redus i constnd din echiparea cu flotoare n prealabil, eventual i cu vel i catarg -trecerea de

    Fig. 5 Realizarea proiectului BrizAR

  • 6

    la un mediu la altul necesitnd existena unui plan nclinat de lansare/ieire. In ultima vreme

    conceptul de biciclet cu traciune electric a cptat o rspndire destul de mare, att prin

    dezvoltarea de acumulatori performani, ct i prin folosirea de motoare electrice cu o construcie

    simpl i adaptat destinaiei velo. Unitile electronice de control ale motoarelor au fost

    miniaturizate i

    terminalele de comand

    mecatronic au fost

    optimizate pentru o

    utilizare confortabil i

    eficient. Sistemul de

    asistare electric a

    propulsiei, propus

    pentru acest proiect, se

    bazeaz pe utilizarea

    unui motor de curent

    continuu DC fr perii,

    (BLDC motor),

    traductor de turaie i

    modulator de cuplu

    mecanic. Acestea pot asigura deplasarea cu asisten la pedalare, n mod independent, sau pot fi

    adaptate efortului muscular la nvingerea rezistenei de rulare.

    Sistemul electric asist un mecanism tip manivel dotat cu pedale ce este dispus n dreptul

    fiecruia din cele dou locuri ale cockpit-ului, ocupantul locului din stnga avnd i rolul evident

    de a conduce vehiculul,

    iar cel din dreapta de a

    manevra vela (realizat

    dintr-un material

    fotosensibil generator

    de curent electric

    stocabil n baterii).

    Fiecare dintre

    ansamblurile cu pedale

    se sprijinit pe lagre cu

    rulmeni. Ctre ieire,

    acestea sunt conectate

    prin intermediul unor

    mecanisme cu clichet

    care vor face posibil

    pedalatul n ritm

    individual i alegerea

    efortului de traciune

    dorit de fiecare ocupant.

    Fig. 7 Proiectul BrizAR premiat internaional la InoPoCBike Contest

    SC Ina Schaeffler Germania, filiala Braov, 2015

    Fig. 6 BrizAR pe calea rutier i acvatic

  • 7

    Motorul electric reversibil a fost amplasat, n varianta proiectat, n locul arborelui de

    legtur dintre cele dou mecanisme tip clichet. Micarea se transmite astfel de la pedale prin

    intermediul rotorului motorului electric. Rotorul are montat pe una din feele laterale o roat

    dinat conic ce asigur, mpreun cu pinionul montat pe primul arbore al transmisiei i cu

    flane elastice, o transmisie la 90 grade. Statorul

    motorului, la rndul lui, este montat astfel nct s

    poat fi rotit cu aproximativ 30 grade n jurul axei

    de rotaie i blocat n poziia aleas. Arborele de transmisie cu flan elastic face legtura cu

    transmisia principal. In varianta realizat practic

    constrngerile materiale au evideniat oportunitatea

    introducerii motoarelor electrice n butucul roilor

    fa, cu modularea asistenei la pedalare n

    momentul ncrcrii suplimentare a roilor fa odat

    cu rezistena creat de existena propulsiei eoliene

    (materializat prin cataerg si vel). Sistemul de

    propulsie cu vel rigid folosit este detaabil. O alt

    variant luat n calcul este rabatarea catargului i

    plierea velei (articulate ca i catargul de altfel),

    acesta din urm devenind astfel un hard-top pentru

    cockpit-ul vehiculului. Plierea sistemului poate fi

    operat n mod manual deoarece sistemele ajuttoare

    ar ngreuna inutil structura. Orientarea velelor va

    putea fi realizat prin intermediul catargului, cele

    dou elemente fiind solidarizate. Controlul rotirii

    catargului, va fi realizat din cockpit cu ajutorul unui levier. O alt posibil utilizare a acestui

    vehicul ar putea fi aceea de vehicul amfibiu. Cu ajutorul a dou flotoare construite din cte trei

    module rabatabile, bicicleta cu patru roi poate deveni catamaran. Aceste flotoare au nevoie de un sistem de brae rotitoare ce asigur deprtarea de saiu. n acest caz propulsia este asigurat prin

    acionarea de ctre motorul electric sau pedale a unui arbore port elice. Acesta din urm poate fi

    schimbat din poziia sa de transport rutier n pozitia de propulsie a catamaranul pe suprafaa apei.

    Pentru guvernare, se poate folosi o crm controlat prin rotirea volanului n direcia dorit.

    Proiectul BrizAR a a fost expus i a partcipat la Concursul internaional INO POC Bike

    organizat de SC INA Schaeffler din Germania, la Braov, n anul 2015. Proiectul i modelul

    experimental au fost evaluate de comisia internaional care a jurizat participanii la concursul de

    vehicule inovative de tip ecologic i BrizAR a fost recompensat, dup probele demonstrative n

    care i-a validat calitile dinamice i ecologice, cu premiul Sisteme inovative de propulsie

    pentru biciclete, n anul 2015. Cupa i diplomele echipei cstigtoare a programului de studiu

    Autovehicule rutiere formele de nvmnt cu frecven i cu frecven redus (IFR) din

    Universitatea Ovidius din Constana au contribuit la promovarea creativitii studenilor

    constneni i validarea aprecierii acesteia la nivel internaional.

    Fig. 8 BrizAR Premiat n faa

    Universitii Ovidius din Constana

  • 8

    4. Concluzii

    Alturi de facilitile aduse n procesul de aplicare a cunotinelor inginereti prin proiecte

    practice, standul didactic LineAR i prototipul didactic BrizAR au canalizat i apoi au reprezentat

    capacitatea inginereasc aplicativ a studenilor notri care au dus pn la capt proiectele

    asumate teoretic, demonstrnd, n ciuda greutilor de ordin material, c acestea sunt viabile i

    pot deveni realitate.

    Mulumim studenilor notri (Rducan Marius, Ionel erban i multor multor altora),

    pentru ncrederea n noi i pentru sprijinul acordat n dotarea laboratoarelor specializrii

    Autovehicule rutiere din Universitatea Ovidius din Constana i pentru c prin stradania lor

    neobosit au lsat generaiilor viitoare o baz academic de nelegere la nivel practic a

    cunotinelor.

    Considerm c aciunea lor, prin participarea la Concursul internaional INO POC Bike

    2015 i Congresul internaional de Autovehicule i transport internaional CONAT 2016, [3] , [4]

    au constituit o promovare de succes a imaginii universitii noastre i a nvmntului

    superior de automobile constnean, ce a gsit n profesorii, studenii i absolvenii si resursele

    de a supravieui i de a se face cunoscut prin realizri de excepie.

    Acesta este crezul i rspunsul nostru n viziunea comemorrii, la 2000 de ani, a poetului pontic

    Ovidiu !

    Bibliografie

    [1]. www.wabco-auto.com

    [2]. TEXA IDC 4 Truck Plus v. 39, Texa SpA.

    [3]. erban I., coordinated by Manea, L., Manea A., The Mechatronic Control System of vehicle's

    Pneumatic Suspension-Educational Stand, International Congress of Automotive and transport

    Engineering, Editori: Chiru,A., Ispas, N., Preda, I., Transilvania University Press, Braov 2016, ISSN

    2069-0401 / ISSN 2069-0428, pag.355-361

    [4]. Rducan M., erban I., coordinated by Manea, L., Manea A., BrizAR a didactical and Ecological

    Prototype Boby-smARt a didactical prototype, International Congress of Automotive and transport

    Engineering, Editori: Chiru,A., Ispas, N., Preda, I., Transilvania University Press, Braov 2016, ISSN

    2069-0401 / ISSN 2069-0428, pag.371-378

    http://www.wabco-auto.com/