Curso Online de Diseño de Automóviles Gratuito

Curso online de diseño de automóviles gratuito

​Automotive Design & Marketing Management

Fuente: KS Engineering

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ENSAYO DE DINÁMICA VEHICULAR

Ensayo de dinámica vehicular

​Antes de entrar en los ensayos, vamos a ver de forma breve algunos conceptos básicos de dinámica vehicular. 

Nociones básicas de dinámica vehicular

En la conducción del coche es importante la estabilidad del mismo, el confort y la trayectoria  en la curva. Esto último es realmente importante, ya que el coche tiene que responder perfectamente a las instrucciones del conductor. Entre otros parámetros, son muy importantes: el diseño de la suspensión, la distribución de peso, los neumáticos del coche, el viento lateral y la rigidez del chasis. Veremos algunos conceptos más adelante; evitando en todo momento el empleo de fórmulas, como siempre. 

Un coche con un mal diseño vehicular puede hacer que este cabecee o se balancee, y, además, puede presentar un viraje incorrecto. Cuando un coche cabecea, el frontal y la trasera son las partes que se inclinan; mientras que en el balanceo son los laterales del coche los que continuamente se inclinan de un lado a otro. El viraje está ligado a la capacidad que va a tener nuestro coche para seguir la trayectoria adecuada: En el subviraje el coche va a girar mucho menos de lo deseado por lo que este se irá hacia el exterior de la curva, mientras que en el sobreviraje el coche girará mucho más de lo que el conductor desea y el coche irá hacia el interior de la curva en vez de seguir la trayectoria de la misma. Para que esto no ocurra hay que realizar una cantidad importante de cálculos, pero además, hay que probar el coche en la pista para salir momentáneamente de la teórica y asegurarnos de que el coche va por la trayectoria indicada. 
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Fuente: Subaru

DISEÑO DEL CHASIS DEL AUTOMÓVIL

Diseño del chasis del automóvil

Vamos a ver los principales criterios de diseño de un chasis desde el punto de vista de la dinámica vehicular, ya vimos en entregas anteriores de este curso de automoción algunos criterios de ergonomía y de seguridad. Vamos a considerar los chasis autoportantes al ser los más comunes en los vehículos, aunque también existen de otros tipos. 

Pero antes, haremos una especial mención a los chasis tubulares. Estos son muy empleados en algunos deportivos, small-volume car brands, exoskeletons (tipo Ariel Atom), Formula SAE, ect. Este tipo de chasis son relativamente fáciles de calcular y de fabricar. No requieren de la contratación de proveedores de chapa metálica para el chasis ni de robots industriales para su ensamblaje. Por lo que solamente necesitaremos tener una nave industrial o un taller para el montaje de nuestros coches, en vez de gigantescas factorías con líneas de montaje altamente automatizadas. 

Solamente se necesita una mesa de soldadura y un equipo de soldadores profesionales, al ser un proceso mucho más manual es idóneo para coches de baja producción. Si tienes en mente crear tu propia marca de coches, esta es una opción muy lógica. El coste unitario es mucho mayor, pero la inversión inicial es mucho menor. Otra ventaja que nos interesa mucho, como diseñadores automotrices, es que con SolidWorks podemos realizar todo el diseño del chasis tubular sin problemas, simulando todo el chasis desde el comportamiento del mismo mediante análisis por elementos finitos (Fem) hasta las soldaduras. En cambio, para un vehículo con un chasis autoportante es más óptimo emplear un programa más potente como Catia, así como un equipo de ingenieros mucho más numeroso. Por lo tanto, vosotros mismos podéis diseñar un vehículo con chasis tubular de una forma relativamente sencilla. Otra opción es emplear chasis monocasco o incluso híbridos, que sería una mezcla entre tubular y monocasco. Aunque suelen ser mucho más costosos, por lo que suelen quedar reservados para vehículos de competición o deportivos de altas prestaciones. 
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Rigidez torsional:
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Un factor importante en el diseño del chasis de un coche es la rigidez torsional. Nos interesa la mayor rigidez torsional posible para que el chasis del coche no se deforme y mantenga siempre el contacto con la carretera en las cuatro ruedas, lo que lógicamente se traduce en una mayor estabilidad y en una mayor calidad de la conducción. En vehículos con una alta rigidez torsional como el Rolls Royce Phantom o el VW Phaeton, el chasis prácticamente no se torsiona, siendo las suspensiones las principales encargadas de absorber las irregularidades de la carretera. De este modo, las suspensiones trabajan mucho mejor que en chasis de menor rigidez torsional.

Como diseñadores, para aumentar la rigidez torsional de un chasis podemos emplear aceros más rígidos (high-modulus steels (HMS)), incrementar el número de soldaduras y adhesivos de alta resistencia, emplear travesaños o incluso crucetas, conectar los puntos de un lateral del chasis al otro lateral para distribuir los esfuerzos y que sea lo más rígido posible. Pero todo esto hay que hacerlo de manera inteligente para no consumir más recursos de los necesarios; principalmente por el peso añadido que todo esto supone (y mayor consumo por ende), pero también se incrementan los costes económicos, ya sea por material como por los procesos añadidos en la cadena de montaje.

Esto se calcula de dos maneras, inicialmente con CAD (CAE para ser concretos), y después de manera física a través de los distintos ensayos de torsión que veremos más adelante. El cálculo en un chasis autoportante es algo más difícil por la complejidad del propio chasis y la cantidad de elementos, soluciones estructurales y conexiones que tiene, pero, cuando se trata de un chasis tubular podemos diseñarlo en nuestra propia casa al igual que un equipo de diseño de una gran marca. 

Es decir, ahora mismo somos capaces de diseñar cualquier coche con un chasis tubular desde nuestra casa, con una serie de nociones básicas y sin un desembolso económico, esto nos da un alcance que nunca antes se había tenido en la historia. Si deseamos hacer una prueba con nuestro programa de Cad, para un estudio básico de rigidez torsional, debemos dejar fija la parte trasera del coche y ejercer los esfuerzos en cada uno de los puntos de apoyo del chasis del vehículo, en horizontal y hacia arriba. Iremos alternando esos esfuerzos para ir viendo el comportamiento del vehículo. A pesar de que el análisis de elementos finitos es un área compleja, este cálculo en concreto es muy sencillo de efectuar y podéis hacerlo incluso sin conocimientos específicos de FEM, sin entrar en temas complejos como las vibraciones, y siempre, de una manera estática y con ciertas limitaciones. Recuerden que en Grabcad pueden descargar fácilmente un chasis para simularlo.  

Ejercicio hecho rápidamente en drivingyourdream.

Fuente: Superlite Cars

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También se emplea el dinamómetro de chasis. El vehículo se coloca sobre unos rodillos que simulan las distintas cargas a los que es sometido el vehículo a diario, mediante vibraciones y movimientos de los mismos. El departamento de motores también usan estos dinamómetros para realizar sus ensayos. 
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Fuente: Daimler

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Os dejamos dos libros recomendados para ampliar información, sobre todo en el campo del diseño de suspensiones ya que, debido su complejidad, no podemos entrar en ese área. 

El primero es excepcional, tanto para el diseño del chasis como de las suspensiones, está orientado a competición pero los principios de la dinámica se mantienen. Está en inglés, es la única pega. 

El segundo está en español, también es bueno, tiene una orientación más general.