Modelling and aerodynamic simulation of a vehicle and failure analysis of a laminated front fender

Master Thesis in Mechanical Engineering field of Maintenance and Production

Statistical classification of road pavements using near field vehicle rolling noise measurements

Low noise surfaces have been increasingly considered as a viable and cost-effective alternative to acoustical barriers. However, road planners and administrators frequently lack information on the correlation between the type of road surface and the resulting noise emission profile. To address this problem, a method to identify and classify different types of road pavements was developed, whereby near field road noise is analyzed using statistical learning methods. The vehicle rolling sound signal near the tires and close to the road surface was acquired by two microphones in a special arrangement which implements the Close-Proximity method. A set of features, characterizing the properties of the road pavement, was extracted from the corresponding sound profiles. A feature selection method was used to automatically select those that are most relevant in predicting the type of pavement, while reducing the computational cost. A set of different types of road pavement segments were tested and the performance of the classifier was evaluated. Results of pavement classification performed during a road journey are presented on a map, together with geographical data. This procedure leads to a considerable improvement in the quality of road pavement noise data, thereby increasing the accuracy of road traffic noise prediction models.

Impact of a 1755-like tsunami in Huelva, Spain

Coastal areas are highly exposed to natural hazards associated with the sea. In all cases where there is historical evidence for devastating tsunamis, as is the case of the southern coasts of the Iberian Peninsula, there is a need for quantitative hazard tsunami assessment to support spatial planning. Also, local authorities must be able to act towards the population protection in a preemptive way, to inform 'what to do' and 'where to go' and in an alarm, to make people aware of the incoming danger. With this in mind, we investigated the inundation extent, run-up and water depths, of a 1755-like event on the region of Huelva, located on the Spanish southwestern coast, one of the regions that was affected in the past by several high energy events, as proved by historical documents and sedimentological data. Modelling was made with a slightly modified version of the COMCOT (Cornell Multi-grid Coupled Tsunami Model) code. Sensitivity tests were performed for a single source in order to understand the relevance and influence of the source parameters in the inundation extent and the fundamental impact parameters. We show that a 1755-like event will have a dramatic impact in a large area close to Huelva inundating an area between 82 and 92 km(2) and reaching maximum run-up around 5 m. In this sense our results show that small variations on the characteristics of the tsunami source are not too significant for the impact assessment. We show that the maximum flow depth and the maximum run-up increase with the average slip on the source, while the strike of the fault is not a critical factor as Huelva is significantly far away from the potential sources identified up to now. We also show that the maximum flow depth within the inundated area is very dependent on the tidal level, while maximum run-up is less affected, as a consequence of the complex morphology of the area.

Impacto da integração dos veículos eléctricos nos edifícios multi-habitacionais, nas redes de distribuição de baixa tensão e no diagrama de carga nacional

Associado à escassez dos combustíveis fósseis e ao desejado controlo de emissões nocivas para a atmosfera, assistimos no mundo ao desenvolvimento do um novo paradigma — a mobilidade eléctrica. Apesar das variações de maior ou menor arbítrio político dos governos, do excelente ou débil desenvolvimento tecnológico, relacionados com os veículos eléctricos, estamos perante um caminho, no que diz respeito à mobilidade eléctrica, que já não deve ser encarado como uma moda mas como uma orientação para o futuro da mobilidade. Portugal tendo dado mostras que pretende estar na dianteira deste desafio, necessita equacionar e compreender em que condições existirá uma infra-estrutura nacional capaz de fazer o veículo eléctrico vingar. Assim, neste trabalho, analisa-se o impacto da mobilidade eléctrica em algumas dessas infra-estruturas, nomeadamente nos edifícios multi-habitacionais e redes de distribuição em baixa tensão. São criados neste âmbito, quatro perfis de carregamento dos EVs nomeadamente: nas horas de chegada a casa; nas horas de vazio com início programado pelo condutor; nas horas de vazio controlado por operador de rede (“Smart Grid”); e um cenário que contempla a utilização do V2G. Com a obrigação legal de nos novos edifícios serem instaladas tomadas para veículos eléctricos, é estudado, com os cenários anteriores a possibilidade de continuar a conceber as instalações eléctricas, sem alterar algumas das disposições legais, ao abrigo dos regulamentos existentes. É também estudado, com os cenários criados e com a previsão da venda de veículos eléctricos até 2020, o impacto deste novo consumo no diagrama de carga do Sistema Eléctrico Nacional. Mostra-se assim que a introdução de sistemas inteligentes de distribuição de energia [Smartgrid e vehicle to grid” (V2G)] deverá ser encarada como a solução que por excelência contribuirá para um aproveitamento das infra-estruturas existentes e simultaneamente um uso acessível para os veículos eléctricos.

Análise dos métodos de medição dos parâmetros geométricos de via e correlação entre os dados obtidos

A razão atribuída à escolha do tema do T.F.M. em Caminhos-de-ferro, tem a ver com o facto de ser uma via de comunicação específica. Contrariamente ao que acontece na execução de auto-estradas, no caminho-de-ferro, a gestora da infra-estrutura responsabiliza-se pela execução, exploração (sinalização e controlo de circulação), abastecimento de energia fornecida às vias que dispõem de catenária (tracção eléctrica), manutenção e conservação da via. O processo de análise e inspecção de geometria de via, é usado quando e necessário preservar a infra-estrutura. Este processo iniciou-se nos caminhos-de-ferro portugueses, há muitos anos, depois da inauguração do primeiro troco de linha férrea. A primeira viagem ocorre em Outubro de 1856, sendo o início do processo em 1968, com a dresina “Matisa PV-6”. Em 1991 a C.P. adquiriu outro veículo de inspecção de via, tendo sido escolhido o VIV02 EM 120 da marca Plasser & Theurer, para substituir “Matisa PV-6”. O tema Análise dos Métodos de Medição dos Parâmetros Geométricos de Via e Correlação entre os Dados Obtidos está directamente relacionado com a manutenção e conservação de via. Na Unidade Operacional Sul (hoje ROS – Região Operacional Sul), local onde desenvolvi o T.F.M., não existem obras de construção de caminhos-de-ferro que pudesse acompanhar e constituir tema para o meu trabalho. Na realidade, com a falta de investimento que se perspectiva no futuro próximo, a manutenção da infra-estrutura passa a ser a actividade principal desenvolvida pela REFER, de modo a assegurar a comodidade, segurança e rapidez na deslocação de cargas e pessoas. A Analise Geométrica de Via e actualmente uma das principais actividades no âmbito da manutenção, que é feita por diagnóstico, contrariamente ao que acontecia no passado em que a conservação metódica era realizada num determinado ano num troço seleccionado independentemente da necessidade ou não da mesma. Uma ajuda preciosa, no que se refere à decisão de se realizar um determinado trabalho de conservação, e a do veículo VIV02 EM 120 que faz inspeções ao longo de toda a rede ferroviária e permite recolher dados e classificar através do desvio padrão, troços com extensão de 200 metros, obtendo os dados relevantes sobre a necessidade de intervenção. Para além do referido veículo existem também equipamentos ligeiros de inspecção dos parâmetros geométricos de via. Um desses equipamentos designa-se por Trólei, não sendo motorizado, pois o mesmo é movido manualmente por um operador. Obviamente que este equipamento não faz a inspecção a toda a rede pois a operação de medição é morosa, sendo contudo utilizado para análise de defeitos geométricos em pequenos trocos, tornando-se assim uma mais-valia, evitando o deslocar de um equipamento “pesado” como o VIV 02 EM 120. Para atingir os objectivos deste trabalho realizaram-se testes de medição com ambos (veiculo e equipamento ligeiro), no mesmo espaço temporal e com as mesmas características físicas, como a temperatura, humidade etc. Os resultados, de acordo com os objectivos, são a comparação entre as medições de ambos, com vista a comprovar a sua utilidade e necessidade, de acordo com os vários tipos de superstruturas constituintes da rede ferroviária nacional.

Potential inundation of Lisbon downtown by a 1755-like tsunami

In this study, we present 10 m resolution tsunami flooding maps for Lisbon downtown and the Tagus estuary. To compute these maps we use the present bathymetry and topographic maps and a reasonable estimate for the maximum credible tsunami scenario. Tsunami modeling was made with a non-linear shallow water model using four levels of nested grids. The tsunami flood is discussed in terms of flow depth, run-up height and maximum inundation area. The results show that, even today, in spite of the significant morphologic changes in the city river front after the 1755 earthquake, a similar event would cause tsunami flow depths larger than one meter in a large area along the Tagus estuary and Lisbon downtown. Other areas along the estuary with a high population density would also be strongly affected. The impact of the tide on the extent of tsunami inundation is discussed, due to the large amplitude range of the tide in Lisbon, and compared with the historical descriptions of the 1755 event. The results presented here can be used to identify the potential tsunami inundation areas in Lisbon; this identification comprises a key element of the Portuguese tsunami emergency management system.

Controlo de tráfego

O crescente número de automóveis nas ruas das grandes cidades, assim como o crescente número de transportes urbanos para atender o crescimento das populações, veio fazer com que as cidades cada vez mais fiquem mais congestionadas e mais propícias para acidentes envolvendo viaturas e peões. Devido a isso, foram criados sistemas de controlo de tráfego capazes de melhorar o tráfego urbano nas cidades, sem deixar de lado as preocupações com os peões e nem com as emissões de poluentes para o ar. Baseado nesse cenário, este trabalho tem como objetivo abordar as possíveis soluções existentes no mercado para melhorar o fluxo das viaturas, principalmente dos transportes colectivos, com prioridades para viaturas de emergências e autocarros, assim como, as passagens de peões, e sistemas de mobilidade urbana. Desempenho do transporte público pode ser melhorado através de um melhor controlo e gerenciamento de tráfego em geral. Nos testes realizados em campo: foi medida a velocidade de viagem do autocarro no cruzamento fixo (Praça de Espanha), e correlacionando-os com intervalos do ciclo dos semáforos para este cruzamento. A flexibilidade do controlador actuando, com o auxílio de detectores de veículos, sendo capaz de variar os intervalos dentro do ciclo, bem como o volume de carros e de prestações em velocidade de viagem do autocarro. Resultados mostram que, durante o período em estudo, os benefícios de velocidade da viagem do autocarro, seria possível, através de um verdadeiro controlo de tempo feedback de cooperação entre as áreas urbanas de controlo de tráfego (Gertrude) e do sistema de localização de veículos de transportes públicos (SAEIP). Ao longo prazo, sugerimos a implantação de um sistema integrado. Fazendo com que o volume no carro seja reduzido. Este efeito leva também, a um aumento da velocidade comercial do autocarro urbano, da mesma forma como foi proposto em nossa experiência.

Integrated vehicle classification system

This paper presents an integrated system for vehicle classification. This system aims to classify vehicles using different approaches: 1) based on the height of the first axle and_the number of axles; 2) based on volumetric measurements and; 3) based on features extracted from the captured image of the vehicle. The system uses a laser sensor for measurements and a set of image analysis algorithms to compute some visual features. By combining different classification methods, it is shown that the system improves its accuracy and robustness, enabling its usage in more difficult environments satisfying the proposed requirements established by the Portuguese motorway contractor BRISA.

Mobi_System: A Personal Travel Assistance for Electrical Vehicles in Smart Cities

In this work it is proposed the design of a mobile system to assist car drivers in a smart city environment oriented to the upcoming reality of Electric Vehicles (EV). Taking into account the new reality of smart cites, EV introduction, Smart Grids (SG), Electrical Markets (EM), with deregulation of electricity production and use, drivers will need more information for decision and mobility purposes. A mobile application to recommend useful related information will help drivers to deal with this new reality, giving guidance towards traffic, batteries charging process, and city mobility infrastructures (e. g. public transportation information, parking places availability and car & bike sharing systems). Since this is an upcoming reality with possible process changes, development must be based on agile process approaches (Web services).

Size distribution of polycyclic aromatic hydrocarbons in a roadway tunnel in Lisbon, Portugal

Atmospheric aerosols of four aerodynamic size ranges were collected using high volume cascade impactors in an extremely busy roadway tunnel in Lisbon (Portugal). Dust deposited on the tunnel walls and guardrails was also collected. Average particle mass concentrations in the tunnel atmosphere were more than 30 times higher than in the outside urban background air, revealing its origins almost exclusively from fresh vehicle emissions. Most of the aerosol mass was concentrated in submicrometer fractions (65%), and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) were even more concentrated in the finer particles with an average of 84% of total PAH present in sizes smaller than 0.49 mu m. The most abundant PAH were methylated phenanthrenes, fluoranthene and pyrene. About 46% of the total PAH mass was attributed to lower molecular weight compounds (two and three rings), suggesting a strong influence of diesel vehicle emissions on the production of local particulate PAH. The application of diagnostic ratios confirmed the relevance of this source of PAH in the tunnel ambient air. Deposited dust presented PAH profiles similar to the coarser aerosol size range, in agreement with the predominant origin of coarser aerosol particles from soil dust resuspension and vehicle wear products. (c) 201 1 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Smart Electric Vehicle Charging System

In this work is proposed the design of a system to create and handle Electric Vehicles (EV) charging procedures, based on intelligent process. Due to the electrical power distribution network limitation and absence of smart meter devices, Electric Vehicles charging should be performed in a balanced way, taking into account past experience, weather information based on data mining, and simulation approaches. In order to allow information exchange and to help user mobility, it was also created a mobile application to assist the EV driver on these processes. This proposed Smart ElectricVehicle Charging System uses Vehicle-to-Grid (V2G) technology, in order to connect Electric Vehicles and also renewable energy sources to Smart Grids (SG). This system also explores the new paradigm of Electrical Markets (EM), with deregulation of electricity production and use, in order to obtain the best conditions for commercializing electrical energy.

Desenvolvimento do sistema de protecção, monitorização e gestão de baterias de iões de lítio do tipo LiFePO4 para aplicação em veículos eléctricos

A mobilidade é considerada um dos factores chave na sustentabilidade e desenvolvimento de qualquer economia. Em Portugal essa realidade não é diferente. Em 2011 verifica-se que 41% do consumo global de combustíveis pertence ao sector rodoviário [1] o que evidencia a sua relevância na economia do país. No que concerne aos veículos de tracção eléctrica, começaram a surgir nos finais do séc. XIX, e no início do séc. XX nos Estados Unidos da América representavam 38% dos veículos [2]. Diversos factores económicos e tecnológicos conduziram a um crescente desinteresse por parte da indústria em investir na produção deste tipo de veículos. Contudo com a introdução de baterias de iões de lítio em veículos de tracção eléctrica, torna-os viáveis e competitivos. Neste trabalho é proposto o desenvolvimento de um sistema de gestão de baterias de iões de lítio do tipo LiFePO4 para aplicação em veículos eléctricos. O sistema deverá assegurar a protecção das baterias e indicar o estado de carga das mesmas. Este sistema permitirá uma optimização no uso deste género de baterias, proporcionará uma melhor utilização, aumentando a sua vida útil. O sistema irá ser aplicado e testado experimentalmente no veículo eléctrico ecológico (Veeco). No âmbito do projecto Veeco foi projectado e construído um banco de ensaios utilizado na análise do comportamento das baterias, e determinar quais os requisitos necessários para o sistema de gestão desenvolvido. Foi também projectado e realizado um sistema de aquisição e processamento de dados que permite obter informações acerca da bateria, dados que estarão disponíveis no interface Homem-máquina do Veeco.

Modelação e concepção da carroçaria do veículo eléctrico ecológico (VEECO)

Neste trabalho aborda-se o desenvolvimento da carroçaria do Veículo Eléctrico Ecológico – VEECO recorrendo a tecnologias assistidas por computador. Devido à impossibilidade de abranger toda a temática das tecnologias assistidas por computador, associadas ao desenvolvimento de uma carroçaria automóvel, o foco deste trabalho assenta no processo de obtenção de um modelo digital válido e no estudo do desempenho aerodinâmico da carroçaria. A existência de um modelo digital válido é a base de qualquer processo de desenvolvimento associado a tecnologias assistidas por computador. Neste sentido, numa primeira etapa, foram aplicadas e desenvolvidas técnicas e metodologias que permitem o desenvolvimento de uma carroçaria desde a sua fase de “design” até à obtenção de um modelo digital CAD. Estas abrangem a conversão e importação de dados, a realização de engenharia inversa, a construção/reconstrução CAD em CATIA V5 e a preparação/correcção de modelos CAD para a análise numérica. Numa segunda etapa realizou-se o estudo da aerodinâmica exterior da carroçaria, recorrendo à ferramenta de análise computacional de fluidos (CFD) Flow Simulation da CosmosFloworks integrado no programa SolidWorks 2010. Associado à temática do estudo aerodinâmico e devido à elevada importância da validação dos resultados numéricos por meio de dados experimentais, foi realizado o estudo de análise dimensional que permite a realização de ensaios experimentais à escala, bem como a análise dos resultados experimentais obtidos.

The electric vehicle integration into the power system: an application to the portuguese case

Electric vehicles (EV) offer a great potential to address the integration of renewable energy sources (RES) in the power grid, and thus reduce the dependence on oil as well as the greenhouse gases (GHG) emissions. The high share of wind energy in the Portuguese energy mix expected for 2020 can led to eventual curtailment, especially during the winter when high levels of hydro generation occur. In this paper a methodology based on a unit commitment and economic dispatch is implemented, and a hydro-thermal dispatch is performed in order to evaluate the impact of the EVs integration into the grid. Results show that the considered 10 % penetration of EVs in the Portuguese fleet would increase load in 3 % and would not integrate a significant amount of wind energy because curtailment is already reduced in the absence of EVs. According to the results, the EV is charged mostly with thermal generation and the associated emissions are much higher than if they were calculated based on the generation mix.

Automatic vehicle detection and classification

This paper presents a proposal for an automatic vehicle detection and classification (AVDC) system. The proposed AVDC should classify vehicles accordingly to the Portuguese legislation (vehicle height over the first axel and number of axels), and should also support profile based classification. The AVDC should also fulfill the needs of the Portuguese motorway operator, Brisa. For the classification based on the profile we propose:he use of Eigenprofiles, a technique based on Principal Components Analysis. The system should also support multi-lane free flow for future integration in this kind of environments.