leccion 1a
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SEGURIDAD Y CONFORTTRANSCRIPT
Seguridad y confort del
AutomóvilMaestría en sistemas vehiculares
Seguridad y confort del automóvil
Sistemas de seguridad activa
Sistemas de seguridad pasiva
Sistemas de confort
Sistemas OBDII
Sistemas OBDIII
Sistemas de información (GPS, otros)
Sistemas de seguridad
Sistemas de seguridad para pasajeros
Sistemas de seguridad de marcha y cadena cinemática
Sistemas de información
Iluminación
Instalaciones de limpieza
Protección antirrobo
Sistemas de confort
Sistemas de seguridad
Sistemas activos
son aquéllos que trabajan para reducir el riesgo de sufrir un accidente. Los frenos puede ser el más evidente de todos los sistemas de seguridad activa, y siendo sistemáticos listaríamos decenas de sistemas (con sus respectivos y múltiples nombres y denominaciones).
Sistemas pasivos
Son los elementos que reducen al mínimo los daños que se pueden producir cuando el accidente es inevitable
Sistemas activos
El sistema de frenado
Su función es fundamental para la seguridad del conductor.
Todos los sistemas de frenado actuales cuentan con circuitos
independientes que permiten frenar con seguridad en caso de que
alguno falle.
Entre los mejores se encuentran los antibloqueo (ABS) que mejoran
la distancia de frenado manteniendo la capacidad de cambiar de
dirección para evadir obstáculos, ya que no bloquean las ruedas.
Los frenos convencionales poseen seguridad activa ya que
preveen diferentes tipos de circuito que permiten seguir contando
con el sistema de frenado aún en caso de roturas
Sistemas activos
El antibloqueo de frenos es más conocido como ABS, y su principal
función es evitar que los neumáticos patinen durante una
frenada fuerte.
Sucede que, sin ABS, una frenada fuerte puede implicar que el
coeficiente de rozamiento entre el neumático y el asfalto (o la
superficie que sea) sea inferior a la adherencia máxima.
Otro sistema que brinda mayor seguridad es El sistema de
asistencia a la frenada de emergencia, o BAS, es bastante sencillo
de entender. En colaboración con el ABS, el sistema detecta
cuando estamos efectuando una frenada de emergencia (por la
velocidad en la que soltamos el acelerador para pisar a fondo el
freno, por ejemplo), y hace los cálculos necesarios para ejercer la
mayor potencia de frenado posible en cada momento
Sistemas activos
El sistema de dirección
Garantiza la correcta maniobra del vehículo. Los
sistemas de dirección de los coches actuales se
endurecen a altas velocidades para evitar posibles
accidentes.
La dirección asistida es uno de esos sistemas de
seguridad activa y de confort.
Los sistemas principales de dirección asistida son el
hidráulico, el electrohidráulico y el eléctrico.
Sistemas activos
El sistema de suspensión
El automóvil se mantiene estable y absorbe las
irregularidades de la carretera.
Las barras estabilizadoras conectan las dos ruedas de
cada eje y sirven para controlar la inclinación del
coche en las curvas, evitando así una salida de la vía.
Sistemas activos
Suspensión activa se encarga de gestionar y controlar de forma
independiente la amortiguación en cada una de las ruedas
Sistemas de suspensión neumática o hidroneumática con control
de despeje
Amortiguadores “activos”, con sistemas mecánicos o electrónicos
de control
Amortiguadores reológicos (liquido magnético)
Sistemas activos
Neumático
los neumáticos son el principal sistema de seguridad activa porque
forman el único punto de contacto entre el coche y el asfalto.
Además, evolucionan constantemente para ofrecer la mayor
adherencia, la menor distancia de frenado y la mejor estabilidad
en curva.
Son el sistema de seguridad activa más importante, y
curiosamente es al que se le dedica menos atención. Conviene
mantenerlos en el mejor estado posible, con una presión de inflado
correcta, porque solo así trabajará al 100% de su capacidad.
Sistemas activos
Los neumáticos y su adherencia al suelo
El compuesto de los neumáticos y su dibujo deben garantizar
tracción adecuada en cualquier clima y condición.
Deben estar en las mejores condiciones para obtener la máxima
adherencia con el suelo.
Diseño y confort
Sistemas activos
La iluminación Hasta hace pocos años la luz que emitían los faros era muy débil y no era
blanca. Recientes investigaciones han resuelto estos inconvenientes. Lo
importante es ser vistos y ver bien.
Sistemas activos direccionales (doblan)
Sistemas de control de estabilidad El control de tracción, o TCS, ASR, es un sistema de seguridad activa que
trabaja para que los neumáticos de las ruedas motrices se mantengan en
contacto con la calzada sin patinar.
El control de estabilidad trata de mantener al coche en la trayectoria
correcta, actuando sobre el conjunto de las cuatro ruedas (motrices o no).
Gracias a tres tipos de sensores (ángulo de dirección, velocidad de giro de
cada rueda y ángulo de giro y aceleración transversal), la unidad de
control del ESP comprueba los datos unas 25 veces por segundo
Sistemas activos
Otros sistemas activos
Limpieza de parabrisas
Limpiezas de faros
Sistemas de barras antivuelco en Sport
Indicadores de zonas “muertas”
Asistencia de estacionamiento
Sistemas de detección de cambio de carril
Sistemas de detección de colisión
Sistemas pasivos
Son los elementos que reducen al mínimo los daños que
se pueden llegar a producir cuando el accidente es
inevitable.
Son los equivalentes a los EPIS, equipos de protección
individual, que no evitan los accidentes sino que
minimizan sus consecuencias.
Entre los sistemas de seguridad pasiva tenemos los
cinturones de seguridad y los airbags.
También podemos considerar dentro de este grupo al
chasis y a la carrocería, los cristales y los reposacabezas.
Sistemas Pasivos
Cinturones de seguridad
Imprescindibles para cualquier viajero, básicos en la seguridad vial. En
caso de impacto, cuentan con un dispositivo que bloquea el mecanismo
en caso de sufrir una fuerte desaceleración. Evitan que la persona salga
despedida.
Inerciales, pirotécnicos,etc.
Airbags
Son bolsas que, mediante un sistema pirotécnico, se inflan en fracciones
de segundo cuando el coche choca con un objeto sólido a una
velocidad considerable. Su objetivo es impedir que los ocupantes se
golpeen directamente con alguna parte del vehículo. Actualmente
existen las bolsas frontales, laterales, tipo cortina (para la cabeza) e incluso
para las rodillas.
Sistemas Pasivos
Estructura Para protección de pasajeros
Sistemas deformables de absorción de energía
Protección e indeformabilidad de “cabina”
Fundamentales a la hora de absorber la energía de un impacto. Cristales. El compuesto del cristal parabrisas está preparado para que, en caso de accidente, no salten astillas que puedan dañar a los pasajeros del vehículo. Las ventanillas laterales son más débiles y se pueden romper. Es la salida más cómoda si en caso de vuelco las puertas se quedan bloqueadas.
Reposacabezas. Son los elementos fundamentales en la protección de la persona frente al latigazo cervical, siempre que se ajusten a la altura de la persona que vaya sentada.
Para protección de peatones
Formas de capot
paragolpes
Sistemas de confort
Minimización de ruido y vibraciones
Ruido interior y exterior. Sistemas activos
Vibraciones , suspensión
Sistemas de información (GPS, RDS, TMC, información del vehículo)
Sistemas de estacionamiento (seguridad)
Regulador de velocidad de marcha (Tempomat)
Cierre y apertura de vidrios y techo
Regulación de volante
Regulación de asientos y calentamiento
Calefacción y Aire acondicionado
NeumáticosSeguridad Activa
Introducción
Las fuerzas laterales
Chevrolet y Gough Experiencia
Curva de las fuerzas laterales de acuerdo con el ángulo de deslizamiento
Coeficiente de fricción lateral
Rigidez
Par de autoalineación
Efecto de la comba
Camber coeficiente de rigidez
operación combinada
Experiencia Sakai
La fricción y el círculo elipse
Modelado: Modelo Pacejka
Introducción
Importancia de ruedas:
Excepto las fuerzas aerodinámicas, todas las fuerzas de control y las
perturbaciones que actúan sobre el vehículo pasan a través del contacto
rueda-suelo (no más grande que la palma de la mano)
Conocimiento de los fenómenos implicados en el contacto rueda-suelo es
esencial para la comprensión de la dinámica del vehículo
Elemento esencial:
El control direccional
Comfort
Introducción
El neumático tiene esencialmente tres funciones:
Apoyar la carga vertical al tiempo que proporciona un
solicitaciones primera amortiguación de la carretera
Desarrollar las fuerzas longitudinales para acelerar y frenar
Desarrollar fuerzas laterales
El neumático está sujeto a las limitaciones operativas
Ser operativo durante muchos kilómetros y con una alta
fiabilidad
menor resistencia posible al avance
Neumático
Complejidad del neumático:
Geometría: cuerpo toroidal
Material: material viscoelástico
El refinamiento y la optimización de sus propiedades lo
convierten en un sistema no lineal complejo difícil de modelar y
cuantificar
Comportamiento de los neumáticos depende fuertemente:
Condiciones de operaciones: velocidad, presión de inflación,
humedad carretera, tipo de superficie de la carretera, etc.
Características constructivas
Neumático
Dos enfoques:
Análisis de los datos experimentales
Modelado de propiedades
Requiere modelos numéricos extremadamente
complejos para predecir cuantitativamente el
comportamiento y las propiedades
Modelos analíticos simples sólo pueden predecir las
tendencias y explicar la física del comportamiento
observado.
Aspectos constructivos
Estructura mecánica:
Toroide elásticas compuestas de:
Capas de caucho compuestas flexibles con carcasa reforzada
con fibras de módulo de alta resistencia
Los talones de cable de acero conectados a la llanta de la
rueda
Una banda de rodadura (banda de rodadura), una capa de
desgaste en contacto con la carretera, cuyo diseño permite el
flujo de agua y enfriamiento
La presión interna
Activa la estructura de empuje ante cualquier deformación de
la estructura permite fuerzas de reacción
Estructura
carcaza
cintura
Banda de rodadura
Talon
Flanco
Características
Un neumático es caucho mezclado con otros componentes tales como
aceite o carbón negro
Neumático típico (peso pesado) = 12 kg con 4 kg de goma, 2 kg de negro
de humo, 2 kg de aceite, 3 kg de acero y 1 kg de rayón y otras fibras
Densidad de caucho de neumáticos: 1.200 kg / m³
Cp capacidad calorífica = 1200 J / kg.K
baja conductividad térmica del caucho natural a partir del cual es
necesario la introducción de negro de carbono.
k20 ° = 0,23 W / mK
k = k20 ° (293 / T) (entre 0 y 150 °)
Tipos
Dos tipos básicos de construcción:
Neumático radial (tirones radiales)
Neumático Diagonal (neumático diagonal capas)
Radial
Carcasa = pliegues paralelos (goma
reforzada con tejido nylon, rayón, poliéster
o fibra de vidrio) corriente desde un talón al
otro con un ángulo nominal cerca de 90 °
respecto a la dirección circunferencial .
pared lateral extremadamente flexible
proporciona una suspensión flexible, pero
no puede proporcionar un control
direccional
telas de cinturón de acero o tejido rígido
alrededor de la circunferencia del
neumático entre la carcasa y la banda de
rodadura. El ángulo normal del tejido en las
cintas es de aproximadamente 20 ° a la
banda de rodadura.
Radial
Estos cinturones proporcionan un control direccional. El cinturón estabiliza
la banda de rodadura mantenerla plana en la carretera a pesar de la
deflexión lateral del neumático
La mayoría de los neumáticos para automóviles de pasajeros en general
tienen dos pliegues en los lados, y 1 o 2 cinturones tejidos de acero o 2 a 6
cinturones de tela.
Diagonal
Carcasa = un número par (2 o más) capas
alternantes cubren el talón a la otra con fibras
que forman un ángulo de 35 a 40 ° con la
dirección circunferencial
Los pliegues angulares son el resultado de un
compromiso: el alto ángulo (90 °) dan
flexibilidad y confort de marcha, mientras que
valores bajos del ángulo (0 °) son mejores para
el control direccional.
Banda de rodadura
Códigos de
dimensión y carga
Códigos de identificación
En las indicaciones en los laterales de los neumáticos, también se puede leer la fecha de fabricación. Junto a la marca DOT, un grabado de cuatro cifras indica cuando fue creado. Los dos primeros números indican la semana del año, y los dos siguientes, el año de fabricación. Así, un neumático con el código DOT 4905, fue fabricado en la 49.ª semana del año 2005.
Velocidad y carga
Ejemplo
ejemplo:
195/60 R15 91V
anchura 195 mm,
relación de aspecto de 60% o pared lateral de altura = 195 * 0.6 = 117 mm
R = radial
diam. llanta de 15 pulgadas,
índice de velocidad V = 240 km / ha 615 kg de peso vivo. maxi
Diámetro exterior: 15 * 25.4 + 2 * 117 = 615 mm
(R = 307,5 mm)
Llantas (Rin)
Llantas
Se caracteriza por:
Diámetro de la llanta (en pulgadas - pulgadas)
ancho
Detalles de la instalación (normalización)
Ejemplo: 61/2 J x 14
ancho 6,5 pulgadas, J = tipo, diámetro de la
llanta = 14 pulgadas,
Sistema Run Flat
SST tecnología (Self Supporting Tyres)
Terminología SAE
Fuerza longitudinal Fx: componente de la fuerza ejercida por la carretera en el neumático en el plano de la carretera y paralela a la intersección del plano de la llanta y el plan de ruta
Fuerza Lateral Fy: componente de la fuerza ejercida por la carretera en el neumático en el plano de la carretera y la normal a la intersección del plano de la llanta y el plan de ruta
Fuerza normal Fz: componente de la fuerza ejercida por la carretera en el neumático, normal al plano de la carretera
Terminología SAE
Momento de vuelco Mx: momento
en el neumático en el plano de la
carretera y paralela a la intersección
del plano de la llanta y el plan de
ruta
Momento resistencia a la rodadura
My: momento normal en la
intersección del plano de la rueda y
el plano de la carretera
Momento de alineamiento Mz:
momento normal en el plano de la
rueda
Terminología SAE
Ángulo de deriva (a):
ángulo entre la dirección de
la marcha de la rueda y la
dirección de
desplazamiento de la
rueda.
Camber - ángulo de caída
(g): ángulo entre el plano
de la rueda y la vertical.
Radio de llantas
Definición de la radio del neumático es importante para la formulación de
la relación de deslizamiento longitudinal
Existen:
El radio sin carga del neumático Ru: el radio de la llanta rígida, sin
distorsión, inflado a la presión normal
El radio de la Rl cargado neumático: medido por la distancia entre el
centro de la zona de contacto del neumático en el centro de la rueda en
el plano de la rueda
El funcionamiento eficaz radio Re: el radio obtenido como la relación de la
velocidad de alimentación lineal en la dirección x a la velocidad de
rotación angular.
Mecanismos de generación de fuerzas
de adherencia
Mecanismos de generación de fuerzas
Mecanismo de histéresis:
A diferencia de muchos pares de coeficiente de fricción, en el caucho de debido al materias, el rozamiento depende de la superficie de contacto debido a su carácter viscoelástico.
El material viscoelástico se caracteriza por una fuerza de descarga menor que la requerida por la carga
Incluso si la superficie está lubricada, todavía existe la posibilidad de tener una fuerza de fricción, ya que tiene diferentes fuerzas de contacto sobre las superficies inclinadas de los salientes debido a la histéresis (viscoelasticidad) del caucho.
Mecanismos de generación de fuerzas
Mecanismo de histéresis
Mecanismos de generación de fuerzas
Corolarios del mecanismo de histéresis:
El coeficiente de fricción no depende de la escala de la rugosidad, pero si
de su tendencia de tal manera que el coeficiente de fricción se
incrementará con la rugosidad y el ángulo promedio de aspereza.
No se ve afectado por la presencia de agua, de modo que la tracción es
factible con cauchos que tiene una histéresis significativa en la banda de
rodadura
Mecanismos de generación de fuerzas
Corolarios del mecanismo de histéresis:
Aumentar la presión vertical aumenta el área de contacto entre el
caucho y la carretera, pero no linealmente (a fin de reducir la linealidad)
Esto aumentará la fuerza de fricción, pero el coeficiente de fricción
disminuye (generalmente en proporción a la potencia de -0,15 de la
presión media).
Mecanismos de generación de fuerzas
Adhesión a la superficie:
Enlaces intermoleculares (fuerzas de Van der Waals) entre el caucho y la
superficie de la carretera
Los mayores fenómenos en carreteras secas, pero se reducen
sustancialmente en mojado, por lo tanto, pérdida de fricción en carretera
mojada
La energía liberada durante la formación de las conexiones no es
importante, pero la demanda de energía intramolecular enlaces de
ruptura resulta en resistencia a la rodadura y la deriva
Mecanismos de generación de fuerzas
Fenómenos de deslizamiento:
Cuando se alcanza el coeficiente local de la fricción,
una parte del caucho se introduce en la cavidad en la
carretera, pero este fenómeno no es predominante en
el mecanismo de adhesión
Los primeros 2 fenómenos dependen de una tasa
moderada de deslizamiento en la interfaz entre la
carretera y el neumático.
Distribución fuerza -presión
Resistencia a la rodadura
Cuando el neumático está rodando a una velocidad constante, también encontramos la necesidad de desarrollar una cupla para mantener una velocidad constante, este es el fenómeno de resistencia al avance.
Causa 1: Histéresis de materiales viscoelásticos en la deformación del neumático durante la rodadura
Otras causas:
La fricción cuando se desliza
Circulación de aire
Efecto del ventilador del neumático cuando rueda
Ejemplo: en 130 kmh
90-95% = histéresis
2-10% de fricción
La resistencia del aire del 3,5% - 1,5 Disipación de
energía
Resistencia a la rodadura
Origen mecánico de las fuerzas de resistencia a la rodadura
Fuerza de resistencia a la rodadura del
neumático
Para un neumático rodando libremente, es necesario aplicar un par para
contrarrestar el momento de flexión que se deriva del movimiento del
centro de presión
El coeficiente de resistencia a la rodadura, la relación de fuerza de
resistencia a la rodadura y la fuerza normal.
Incluye todas las propiedades y complejo y fenómenos físicos acoplados
que existen entre el neumático y el suelo
Fuerza de resistencia a la rodadura del
neumático
La generación de calor de histéresis causas inherentes:
El aumento de temperatura
Disminución de la resistencia a la abrasión y resistencia a la fatiga por flexión del material de los neumáticos
Resistencia a la rodadura se ve afectada por:
la estructura del neumático: la resistencia a la rodadura de los neumáticos con carcasa radial y más débil que los neumáticos diagonales
Condiciones de operación: resistencia a la rodadura disminuye con la presión de inflado
velocidad
deslizamiento longitudinal y la deriva
Resistencia a la rodadura es mucho menor en superficies duras y lisas
La aparición de la vibración y la deformación de ondas estacionarias por encima de un umbral de velocidad provoca pérdidas de energía adicionales, la disipación de calor y desgaste acelerado
Fuerza de resistencia a la rodadura del
neumático
La aparición de la vibración y la deformación de las ondas estacionarias
encima de los resultados de la velocidad límite en las pérdidas de energía
adicionales, disipación de calor y desgaste acelerado
Coeficiente de rodadura
Influencia de la
velocidad
Influencia
presión- piso
Coeficiente de rodadura
Influencia de la presencia
de fuerzas laterales
Influencia del tipo
de neumático
Fuerzas longitudinales
Fuerza en la frenada
Deformación del
área de contacto
durante la frenada
Modelo de “la
brocha”
Fuerzas longitudinales
Fuerza en aceleración- tracción
Deformación del área de contacto
durante la tracción
Modelo de “la brocha”
Rueda libre
Si el neumático rodando libremente también tenemos una tensión de cizallamiento debido a la reducción forzada del radio de la llanta cuando los elementos entran en la huella
Para una velocidad angular constante W0, velocidad caída lineal primero y luego re aumenta
Esto da lugar a la distribución de la tensión de cizalla alterna
Fuerza longitudinal
Distribución de cizallamiento (3)
resulta de la superposición de dos
efectos:
La distribución de la tensión alterna de cizallamiento debido a la la reducción del radio (1)
Una distribución triangular (Modelo de la brocha) (2)
El esfuerzo cortante (El camino
en el neumático) es en la
dirección de progresión y los
elementos están flexionadas en la
parte delantera (2)
El esfuerzo de corte local,
aumenta linealmente
Fuerza longitudinal
Cupla motor donde la fuerza de
tracción que desplaza la zona
de contacto de avance
comprimiendo los elementos
antes de la huellay deforma el
neumático en la dirección
circulferencial.
La fuerza de corte longitudinal
produce un descenso cuando
la presión de contacto
disminuye y una caída
localizada se produce en la
parte trasera del neumatico
Fuerza longitudinal
Par de frenado produce fuerza
hacia atrás y la impresión es
empujada hacia atrás
Además, la compresión de los
elementos en la parte trasera de
la zona de contacto mientras que
los de frente se extienden
Para un frenado moderado, los
elementos se adhieren a la
carretera.
La tensión de cizallamiento
aumenta linealmente
Fuerza longitudinal
Relación de deslizamiento longitudinal (relación de deslizamiento)
Si Re es el radio de rodadura efectivo de la rueda libre
Rueda libre SR = 0
Rueda bloqueada SR = -1
Rotación : SR = 1
Patinaje: SR → ∞
Las fuerzas de tracción y frenado pueden ser estudiados de acuerdo a la variable SR
Fuerza longitudinal
Fuerza longitudinal
Fuerza longitudinal
Variación del coeficiente de fricción
con las condiciones de la superficie
Definición de velocidad de
deslizamiento
Definición de la velocidad de deslizamiento
Re radio efectivo rueda libre ángulo de deriva cero
Definición Calspan TIRF
Ri radio de carga
Pacejka
Cantidad de deslizamiento Práctica
Cantidad de deslizamiento Independiente
Sakai
Tracción
Frenado
Trabajo sobre neumaticos
Algunos temas……
Sistemas de fabricación
Ensayos dinámicos en laboratorio
Parámetros de selección
Capacidad de tracción en piso mojado
Frenado y giro combinados
Circulo de rozamiento
Vibración de un neumático
Temperaturas en un neumático
Ensayos en pista
Fin introducciónMaestría en sistemas vehiculares