Cómo se diseña un chasis moderno

Cómo se diseña un chasis moderno:
estructura, materiales, rigidez y seguridad

Cómo se diseña un chasis moderno es una pregunta mucho más compleja de lo que parece, porque el chasis de un automóvil ya no se puede entender como una simple estructura que sostiene ruedas, motor y carrocería. En un vehículo actual, la arquitectura estructural debe integrar seguridad, rigidez, masa, comportamiento dinámico, confort, fabricación, costes, aerodinámica y, cada vez más, el enorme volumen y peso de las baterías. El resultado es una estructura optimizada desde las primeras fases mediante CAD, CAE, ensayos y decisiones de arquitectura que condicionarán prácticamente todo el automóvil.

Conviene empezar aclarando una confusión habitual: chasis y carrocería no son necesariamente elementos separados. En muchos turismos modernos con carrocería autoportante o unibody, la propia estructura de la carrocería constituye buena parte de la función que tradicionalmente asociamos al chasis. Por eso, cuando hablamos de diseñar un chasis moderno estamos hablando realmente de diseñar una estructura resistente capaz de gestionar cargas, deformarse donde interesa y mantener la integridad del habitáculo donde resulta imprescindible.

Qué tiene que conseguir la estructura de un coche moderno

El diseño comienza mucho antes de dibujar largueros y travesaños. Primero se define qué debe hacer el vehículo. La arquitectura de un SUV eléctrico, un deportivo de altas prestaciones y un utilitario urbano no puede resolverse con exactamente los mismos criterios porque cambian masa, distribución de cargas, posición del centro de gravedad, espacio disponible, rigidez necesaria, requisitos de seguridad, costes y proceso industrial.

La estructura debe crear caminos de carga eficientes. Cuando una rueda transmite una fuerza vertical, lateral o longitudinal, esa carga no desaparece en la suspensión: entra en puntos de anclaje, pasa por elementos estructurales y se distribuye por el conjunto. Lo mismo ocurre cuando el vehículo frena, acelera, gira o recibe un impacto. Diseñar un chasis consiste, en buena medida, en decidir por dónde queremos que viajen esas cargas y qué partes de la estructura deben absorberlas.

Esta idea explica por qué la rigidez no significa simplemente "hacer el coche lo más duro posible". Una estructura necesita suficiente rigidez global y local para mantener geometrías y controlar vibraciones, pero también necesita zonas capaces de deformarse de manera controlada durante un impacto. En un choque frontal, por ejemplo, no interesa que toda la estructura sea infinitamente rígida: interesa que determinadas zonas absorban energía mientras el habitáculo conserva el espacio necesario para proteger a los ocupantes.

La ingeniería de seguridad trabaja precisamente con esta distribución deliberada de rigidez y capacidad de deformación. Los largueros delanteros, travesaños, pilares, taloneras, estructuras laterales y zonas de transición no tienen exactamente la misma función. Un diseño eficiente consigue que cada parte contribuya a la respuesta global sin añadir material innecesario.

Aquí aparece uno de los grandes conflictos del desarrollo: rigidez, seguridad y masa están conectadas, pero no son equivalentes. Aumentar espesor o añadir refuerzos puede mejorar determinadas prestaciones estructurales, pero incrementa masa. Esa masa afecta consumo, autonomía, neumáticos, frenos, dinámica y costes. En un vehículo eléctrico, además, transportar masa adicional durante cientos de miles de kilómetros tiene una consecuencia directa sobre la eficiencia energética.

Por eso el chasis moderno se diseña como un problema de optimización. No se trata de encontrar la estructura más resistente, sino la que consigue los objetivos del programa con la menor penalización posible. Los estudios de SAE sobre optimización estructural del Body-in-White muestran precisamente cómo se utilizan optimización topológica, dimensionado de espesores y análisis CAE para identificar caminos de carga y reducir masa manteniendo objetivos de rigidez, durabilidad e impacto.

La rigidez torsional es otro parámetro importante. Cuando un vehículo circula por una superficie irregular o toma una curva, diferentes puntos de la estructura reciben cargas que tienden a retorcerla. Una estructura insuficientemente rígida puede permitir movimientos relativos que complican el trabajo de suspensión, generan ruidos y vibraciones y alteran la percepción de calidad del vehículo. Pero tampoco tiene sentido perseguir rigidez sin considerar masa, costes y función estructural.

La rigidez local es igualmente importante. Una estructura globalmente resistente puede tener zonas débiles alrededor de una fijación, una unión o un panel. Los puntos donde se montan suspensiones, asientos, cinturones, dirección o componentes pesados concentran cargas y requieren un diseño especialmente cuidadoso. En un coche eléctrico, los soportes de la batería introducen además nuevas exigencias porque la batería puede convertirse en uno de los elementos estructurales de mayor masa del vehículo.

La batería cambia profundamente el problema. En lugar de tener un motor relativamente concentrado en la parte delantera y un depósito de combustible relativamente ligero, un eléctrico suele incorporar una gran masa distribuida bajo el habitáculo. Esto puede ser beneficioso para bajar el centro de gravedad, pero obliga a diseñar cuidadosamente el suelo, las uniones, los largueros laterales y las estructuras de protección de la batería.

El desafío no consiste únicamente en evitar que la batería se deforme. Hay que protegerla frente a impactos, controlar intrusión, gestionar cargas estructurales y mantener una arquitectura compatible con refrigeración, cableado, mantenimiento y fabricación. La estructura deja de ser simplemente el soporte del vehículo y pasa a interactuar directamente con el sistema energético.

Esta transformación está favoreciendo también nuevas arquitecturas de fabricación. Los grandes componentes de aluminio fundido, conocidos como megacastings o giga-castings, permiten integrar numerosas piezas en componentes de mayor tamaño. Un trabajo presentado en SAE en 2025 analiza precisamente el aumento del uso de grandes componentes de fundición de aluminio en estructuras delanteras, traseras y compartimentos de batería, aunque también señala desafíos relacionados con fabricación, calidad, reparación, microestructura y utilización de aluminio reciclado.

Por tanto, el diseñador de chasis ya no puede decidir la geometría independientemente de la fábrica. Una estructura excelente sobre el papel puede ser complicada o demasiado cara de producir. El diseño debe contemplar estampación, extrusión, fundición, soldadura, adhesivos estructurales, remachado, atornillado y otras tecnologías de unión desde fases tempranas.

Los materiales también se seleccionan en función de la posición y función de cada componente. El acero sigue siendo extraordinariamente importante porque ofrece una combinación muy competitiva de resistencia, coste, disponibilidad y capacidad industrial. Los aceros de alta y ultraalta resistencia permiten utilizar espesores menores en determinadas zonas, mientras que el aluminio puede ofrecer ventajas de masa y determinadas posibilidades de integración. También existen aplicaciones de magnesio y materiales compuestos cuando las condiciones de coste, volumen y prestaciones lo justifican.

Por eso hablar de "chasis de aluminio" o "chasis de acero" simplifica demasiado la realidad. Los vehículos modernos pueden utilizar estrategias multimateriales, asignando diferentes materiales a diferentes funciones. SAE ha estudiado precisamente la optimización multimaterial aplicada a estructuras de vehículos, combinando acero de alta resistencia, aluminio, magnesio y composites para buscar una distribución eficiente de material y prestaciones.

La elección no depende únicamente de la densidad del material. Importan módulo elástico, resistencia, comportamiento a fatiga, absorción de energía, conformabilidad, corrosión, uniones, tolerancias, reparación y coste. Un material que pesa menos por kilogramo puede no resultar mejor para una determinada pieza si obliga a aumentar espesores, introduce dificultades de fabricación o encarece excesivamente las uniones.

Aquí se entiende por qué diseñar un chasis es una disciplina multidisciplinar. El ingeniero estructural debe dialogar con diseño, fabricación, seguridad, dinámica, NVH, aerodinámica, térmica, compras y producción. Una modificación aparentemente pequeña puede tener consecuencias en varias áreas. Cambiar una sección estructural puede mejorar rigidez pero dificultar el espacio disponible para un conducto; modificar un punto de suspensión puede alterar cargas y comportamiento dinámico; aumentar un refuerzo puede resolver un problema de crash y crear otro de masa.

El desarrollo virtual permite detectar buena parte de estas interacciones antes de construir el vehículo. En una fase inicial puede utilizarse optimización topológica para determinar por dónde deberían pasar las principales cargas dentro de un volumen de diseño. Posteriormente, esa información se convierte en una geometría fabricable y se somete a análisis más detallados de rigidez, resistencia, durabilidad, NVH y seguridad.

Un estudio de SAE sobre el diseño del Body-in-White mediante optimización topológica muestra precisamente esta lógica: utilizar los caminos de carga obtenidos de la optimización como guía para diseñar posteriormente elementos de chapa y secciones estructurales. Otro trabajo aplicado a un SUV de tamaño medio estimó oportunidades de reducción de masa del Body-in-White manteniendo objetivos de rigidez, durabilidad e impacto.

Lo importante es entender que la optimización no dibuja directamente el chasis definitivo. El resultado matemático debe convertirse en una estructura que pueda fabricarse, ensamblarse, inspeccionarse y repararse. La forma óptima desde el punto de vista de un algoritmo puede no ser viable industrialmente. El ingeniero transforma esa información en geometrías reales.

La simulación también permite estudiar el comportamiento frente a diferentes escenarios de carga. No existe un único caso de carga que defina un vehículo. Hay frenadas, aceleraciones, curvas, irregularidades, bordillos, baches, cargas de pasajeros, remolque, fatiga y diferentes condiciones de impacto. En seguridad, además, la estructura debe responder de manera controlada ante diferentes tipos de choque.

Esto hace que el diseño estructural sea necesariamente iterativo. Una primera geometría puede funcionar bien frente a rigidez estática y después mostrar problemas de frecuencia, durabilidad o crash. Una modificación destinada a resolver un impacto lateral puede alterar masa o NVH. Por eso los programas avanzados emplean optimización y CAE en varias fases, desde la definición conceptual hasta el diseño detallado. SAE ha documentado metodologías que combinan optimización topológica, optimización de paneles y secciones y posteriores iteraciones CAE para converger hacia una estructura equilibrada.

Del concepto al chasis fabricable: cómo se valida una estructura moderna

Una vez definida una arquitectura estructural razonable, el proceso se convierte en un diálogo continuo entre CAD, CAE y fabricación. El CAD proporciona la geometría, pero el verdadero desarrollo comienza cuando esa geometría se somete a las condiciones que tendrá que soportar durante toda la vida del vehículo.

Imaginemos el desarrollo de un larguero delantero. Su geometría debe integrarse en el espacio disponible, conectarse con otros elementos y permitir la fabricación prevista. Pero también debe proporcionar una respuesta determinada ante cargas normales y durante un impacto. El modelo CAE permite analizar diferentes espesores, materiales y secciones, comparar variantes y observar dónde se concentran tensiones o deformaciones.

En una estructura moderna, la distribución de material es tan importante como la cantidad total. Dos chasis con la misma masa pueden comportarse de manera muy diferente dependiendo de dónde se haya colocado esa masa. El objetivo de la optimización estructural es precisamente encontrar configuraciones que aprovechen mejor cada kilogramo. SAE ha demostrado mediante diferentes metodologías que combinar optimización de topología, forma y espesor puede mejorar la eficiencia estructural respecto a procesos que simplemente añaden material allí donde aparece un problema.

Después llega un aspecto menos visible pero decisivo: las uniones. Un chasis no funciona como una colección de piezas independientes. Soldaduras, adhesivos, remaches, tornillos, fundiciones y combinaciones de estas tecnologías determinan cómo se transmiten las cargas entre componentes. Una sección extremadamente resistente puede perder buena parte de su potencial si la unión con la estructura circundante es insuficiente.

En estructuras multimateriales esto se vuelve especialmente complejo. Unir acero y aluminio, por ejemplo, requiere considerar comportamiento mecánico, corrosión galvánica, tolerancias y procesos industriales. Los adhesivos estructurales pueden contribuir tanto a la unión como a la distribución de cargas, mientras que soldadura, remachado o atornillado ofrecen otras ventajas dependiendo del diseño.

También hay que considerar el NVH, es decir, ruido, vibración y aspereza. Una estructura puede cumplir perfectamente un objetivo de resistencia y resultar desagradable desde el punto de vista acústico. Las frecuencias naturales de la carrocería, la transmisión de vibraciones desde suspensión y propulsión y la interacción entre paneles afectan directamente a la percepción de calidad.

La electrificación modifica nuevamente este equilibrio. Al desaparecer buena parte del ruido característico de un motor térmico, determinados ruidos que antes quedaban parcialmente enmascarados pueden hacerse más perceptibles. Vibraciones procedentes de motores eléctricos, neumáticos, aerodinámica o elementos estructurales adquieren mayor relevancia. Por eso la estructura debe diseñarse también como parte del sistema acústico del vehículo.

La aerodinámica introduce otra interacción. La estructura y el diseño exterior no son independientes porque los puntos duros, pasos de rueda, suelo y compartimentos condicionan la geometría exterior y viceversa. El desarrollo del vehículo es un problema de integración desde el principio, no una suma de departamentos que trabajan sucesivamente.

Después de la simulación llegan los prototipos y ensayos. Una estructura puede someterse a pruebas de componentes, subconjuntos y vehículo completo para comprobar que el comportamiento real coincide con las predicciones. Cuando aparece una discrepancia, los datos del ensayo permiten mejorar el modelo y comprender qué fenómeno no estaba suficientemente representado.

Esta correlación es crítica porque el CAE no sustituye a la realidad. La simulación sirve para reducir incertidumbre y acelerar decisiones, pero el vehículo final debe demostrar físicamente que cumple los requisitos definidos. La combinación de simulación y ensayo permite además reducir iteraciones físicas innecesarias y concentrar los recursos en las configuraciones realmente relevantes.

Hay un aprendizaje importante detrás de todo esto: un buen chasis no es el que tiene más material, sino el que coloca el material adecuado en el lugar adecuado y consigue que las cargas recorran la estructura de manera controlada. Parece una afirmación sencilla, pero explica buena parte de la evolución de la ingeniería estructural del automóvil.

La tendencia actual lleva esta idea todavía más lejos mediante automatización y optimización multidisciplinar. Los algoritmos pueden explorar simultáneamente espesores, secciones, materiales y geometrías bajo diferentes restricciones. El objetivo deja de ser optimizar una única propiedad y pasa a ser encontrar un compromiso global entre masa, rigidez, seguridad, NVH, fabricación y coste.

El reto futuro será integrar además las decisiones de producción. Una estructura que reduce masa pero requiere un proceso industrial complejo puede no ser la mejor solución. El aumento de grandes fundiciones de aluminio demuestra precisamente que el diseño estructural y el diseño de fabricación están cada vez más conectados. El vehículo se diseña pensando simultáneamente en cómo funcionará y en cómo será producido.

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Y esa es probablemente la mayor transformación del chasis moderno. Antes podía imaginarse como una estructura mecánica sobre la que se montaba el resto del coche. Hoy es una plataforma de integración en la que convergen seguridad, dinámica, energía, fabricación, materiales, electrónica y diseño. Diseñar el chasis significa diseñar buena parte de las posibilidades del automóvil.

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Conclusión

Cómo se diseña un chasis moderno se responde entendiendo que ya no existe una única prioridad estructural. El objetivo es conseguir una arquitectura capaz de gestionar cargas, proteger ocupantes, controlar vibraciones, minimizar masa, integrar baterías y sistemas, fabricarse con eficiencia y mantener un coste compatible con el producto. Para conseguirlo, el desarrollo combina arquitectura, materiales, CAD, CAE, optimización, fabricación y validación física.

La verdadera excelencia estructural no consiste en construir el chasis más robusto, sino en hacer que cada kilogramo tenga una función. Esa filosofía, llevada al límite mediante simulación y optimización, es la que está definiendo la próxima generación de vehículos.

Miguel Ángel Cobo – Ex-CEO MotorLand Aragón, PM Audi y Nissan. Visión global de la automoción.

Preguntas frecuentes sobre cómo se diseña un chasis moderno

¿Qué es lo primero que se define al diseñar un chasis?

Antes de diseñar las piezas se establecen la arquitectura del vehículo, requisitos de seguridad, objetivos de masa, rigidez, dinámica, espacio disponible, sistema de propulsión y proceso de fabricación. Estos condicionantes determinan posteriormente los caminos de carga, materiales, secciones estructurales y tecnologías de unión.

¿Qué materiales se utilizan en un chasis moderno?

El acero continúa siendo fundamental, especialmente mediante grados de alta resistencia, pero los vehículos actuales pueden combinar acero, aluminio, magnesio y materiales compuestos. La elección depende de resistencia, rigidez, masa, coste, fabricación, uniones, durabilidad y requisitos concretos de cada zona del vehículo.

¿Por qué es tan importante la rigidez del chasis?

Una rigidez estructural adecuada ayuda a mantener la geometría del vehículo, mejorar la respuesta de la suspensión, controlar vibraciones y evitar deformaciones no deseadas. Sin embargo, la rigidez debe equilibrarse con masa, coste y capacidad de deformación controlada durante un impacto.

¿Qué función tiene la optimización topológica?

La optimización topológica permite estudiar cómo distribuir material dentro de un volumen de diseño para alcanzar determinados objetivos estructurales bajo unas restricciones. En automoción puede ayudar a identificar caminos de carga y orientar posteriormente el diseño de elementos fabricables.

¿Un coche eléctrico necesita un chasis diferente?

No existe una única arquitectura obligatoria, pero la batería modifica de forma importante el problema estructural. Su masa, ubicación, protección y necesidad de integración con el suelo condicionan la arquitectura, los caminos de carga y las estrategias de fabricación. Por eso las plataformas eléctricas suelen diseñarse alrededor de requisitos estructurales y de empaquetado específicos.

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