El movimiento longitudinal o movimiento hacia adelante, respectivamente, es muy importante para todos los vehculos que representan el movimiento deseado para cualquier tarea de transporteEn particular, el rendimiento de un vehculo depende de la capacidad de conduccinalcanzado por su sistema de propulsin que resulta en el movimiento longitudinal lo quese discutir a continuacin.En este captulo los vehculos de carretera slo se consideran particularmente difciles por la elasticidad de los neumticosDelas muchas referencias los libros de Gillespie(1992),yMitschkeWallentowitz(2004) yWong(2001)se mencionan.8.1 RUEDA ELASTICA.Un componente esencial de los sistemas de accionamiento y el freno, es la rueda ,con un neumtico elstico que ha sido tratado en detalle en la Seccin.3.4.4.Las importantes relaciones para el movimiento longitudinal se resumen una vez ms en esta seccin.La fuerza de contactode la rueda elstica depende de acuerdo con (3.138)en eldeslizamiento longitudinals, en las definiciones en la ltima columna de la tabla 3.9sonutilizados. Entonces, los rendimientosTabla 3.9.La comparacin delas diferente definiciones de deslizamiento, teniendo en cuenta el deslizamiento longitudinal como Por ejemplo, para una rueda girando en un plano verticalDeslizamiento paraManejo

Frenado

FUENTEDe este libroPacejka(1986)Pacejka(1975)Mitschke andWallentowitz(2004)

Slip Valor de deslizamiento de las ruedas

11

Slipvalordebloqueo de deslizamiento de la rueda

1-1

1

Slipvalorpara la rueda derodaduralibre

0000

: Velocidad Traslativa del centrode la ruedaa lo largo delplano de la rueda

:Velocidad angular alrededor del eje de la rueda.

:Radio de rodadura efectivo.

Donde es el coeficiente derodaduray significa la fuerzanormal.Eldeslizamiento longitudinal se distingue por el tipo de movimiento:Delsizamiento del Movimiento: Deslizamiento de frenado: Donde vase tambin(3.108).Entonces, los rendimientos:

Los casos especiales se incluyen para rodamiento puro,para el patinado de las ruedas (purodeslizamiento) y para elbloqueo de las ruedas(purodeslizamiento).Las diferencias en el coeficiente de rodadura para la conduccin y el frenado se ignoranaqu ==.Un coeficiente tpico de rodadura es independiente del deslizamientos como se muestra en la figura.3.9.Por otra parte,el coeficiente de rodadura depende de muchos factores: Tipo de neumtico, Perfil de neumtico, Superficie de la carretera, Estado de la superficie(hmedo, seco), La velocidad, Rueda decarga, Fuerza lateral.Por lo tanto,el coeficiente derodaduratiene que ser medidoexperimentalmente. Sin embargo, los modelos presentados en la Seccin.3.4.4son ms tiles, as como la frmula mgica Pacejka,verPacejka(2002).Como resultado de las caractersticas de los neumticoscomo se muestra en la figura.8.1se encuentran:

Coeficiente de rodadura dependiendo del deslizamiento S.De ello se desprende una vez ms por el neumtico elstico:Fuerzas que no se pueden transmitir sin deslizamientoEl estndar de las condiciones de conduccin se caracteriza por un deslizamiento del 3 a 10%,i.e. es decir, el deslizamiento se debe a la deformacin del neumtico, pero no hay deslizamiento sobre la superficie de la carretera.En la Tabla 8.1 algunos valores caractersticos de la adherencia y deslizamientocoeficiente de friccin y se resume los valor mximo del coeficiente de rodadura. Los coeficientes de rodadura estn sujetos agrandes variaciones, resultantes en los problemas conocidos de seguridad de frenado.Por lo tanto,es conveniente utilizar el mximo coeficiente de contacto, si es necesario. Para ello los sistemas antibloqueo de frenos (ABS)y los reguladores dela aceleracin de deslizamiento (ASR) se han desarrollado que garanticen la utilizacin del coeficiente mximo contacto de rodadura mediante la ingeniera de control.Ms recientemente, ambos sistemas han sido incluidos en un programa electrnico de estabilidad (ESP).Para verlos detalles de ingeniera Bosch(2007), Leiber yCzinczel(1979),Burckhardt, 1986).

Problema8.1Control de proceso de una rueda de vehculoUna rueda de frenado con un neumtico est sujeto a un parParael diseo del controlde la velocidad relativaen el punto de contacto,se usa un modelo lineal.Para la solucin del a tarea encomendada las ecuaciones de movimiento (3.51) aplica a la rueda que patinase. Como las coordenadas de posicin del movimiento absolutodel centro de la masa y el movimiento relativo del punto de contacto P se introducen .A continuacin, se produce de acuerdo con (8.2)de la cinemtica teniendo en cuenta la velocidad negativa enel punto de contacto.

Obviamente, las ecuaciones de movimiento(2),(3)son fuertemente no lineal debido a lala fuerza de contactoEl proceso de control tpico tambin no son lineales. Sin embargo, durante el inicio del evento de frenado slo la deformacindeslizamiento se produce y se mantiene por la fuerza de contacto.Ec 4donde k es un coeficiente constante. Inicialmente, la velocidad de cambioson pequeos

Dondees la velocidad inicialde la rueda. Entonces, (4)puede ser linealisada, y se obtiene de(3)un escalarPT1proceso de control de la velocidad en el punto de contacto.

Para este procesoPT1-proceso de control, un diseo de control de proceso se podra usar. Sin embargo, un diseo de control no es factible para los sistemas de frenado ABS.Las no linealidades fuertes y los requisitos de fiabilidad muy alto se manejan digitalmentecon circuitos lgicos.Para el movimientolongitudinalde la ruedaelstica,otra consecuencia de laelasticidad,tiene que ser consideraday es laresistencia a la rodadurao la friccion de rodadura, respectivamente. Por el proceso estable de rodadura y elefectoviscoelastico de la llnata resulta en una cierta pertida de energa.El consumo deenerga se traduceen unpar deresistencias derodaduraMRproporcional a la fuerzanormal ocarga de la rueda, respectivamente,ver fig.8.2.Seproduceporuna velocidad constante v = const., = const.,

Laresistencia a la rodadurapuede serinterpretado de forma diferente: ya sea comoeel desplazamiento dela lnea de accinde la fuerza normal Fno eltorque MRpar, tantoque resulta en unafuerza de resistenciaWRque actan sobre elcuerpo del coche.Los valores tpicos paraturismos

Fig.8.2.Diagrama derueda libreconaplicacin del torque MR y larestriccin dela fuerzafxen el rodamientoque acta comofuerza de resistenciaWRenla carrocera del vehculo.

8.2vehculo completoLas ecuaciones de movimientoen la direccin longitudinalse generan ahoraun de dos ejesdel automvil, como se muestraen la fig.8.3 De acuerdo conel principio decuerpo libreque el vehculo,est representado portres cuerposen el plano vertical. Elmodelo de vehculotiene tresgrados de libertadsi la suspensindela parte delantera y el eje traserono son tomados en cuenta. Las coordenadas generalizadasson elegidosxelmovimiento hacia delantey los movimientosde rotacin deambas ruedas deleje delantero y trasero, respectivamente. Enlos rodamientosdelanteros y dos traserosestn actuandolas fuerzas de reaccinen cada ejenombrado como El caminoes cargado porlas fuerzas normales y debidoa la rigidez de la llanta. Las fuerzas aplicadasestn actuando comofuerzas aerodinmicas yWL, FL, MLparesen la carrocera del vehculo,tanto conduciendo, como en los torques de frenadoMV, MH, respectivamente, entrela carrocera del vehculoy sus ejes, as comoTHTVfuerzastangenciales,en las ruedas, debido a la elasticdad de la llantas y las fuerzas tangenciales.Laresistencia a la rodaduraes considerado porun desplazamientode las fuerzas normales Nv y Nh que representan las fuerzas aplicadas, tambin. La resistencia a laescaladase caracteriza por elngulo de inclinacin dela carretera. Utilizando las dimensionesgeomtricasdefinidas en la figura.8.3,Newton yEuler ecuacionesdelmovimiento en el planocomo sigue:

carroceras de vehculos:

Eje delantero:

Eje trasero:

La masa dela carrocera del vehculose denotam, la masa delas dos ruedasen cada ejeesmV, mH,yIV,IHson loscorrespondientes momentosde inercia.Hay nueveecuaciones(8.5)a(8.13)paralonueve desconocido deeste modelo, es decir,As, la dinmicadel vehculoestn completamente determinadas. Asumiendo una constante de deslizamiento resultadosdelas restriccionesadicionalespara la conducciny el frenado, respectivamente,

Fig.8.3.Modelo planode un automvil

con la consecuencia deque lafuerzas tangenciales Tv yThsonlas fuerzas reaccionales quepueden ser eliminado .Con(8,8)y(8.10)o(8.11) y(8.13), respectivamente, se obtienedelos ejesde

Manejando:

Frenado:

donde laresistencia a la rodadurafuerzaWRcaracteriza laresistencia a la rodadurade acuerdo con (8.4).Por otra parte,los paresde frenadotiene unsigno negativo.inerciageneralizadaDebido al deslizamientode la de larueda motrizest aumentando, mientrasquedisminuyela ruedafrenada.El deslizamientocompatible conlapotencia de frenadodel vehculode una manera natural. Adems,para ladesaparicinde deslizamientose sigue de (8.5),(8.16)o(8.17)la ecuacin fundamentaldel movimientolongitudinal dondeWR=WRV+WRHsignifica que laresistencia totalde rodadura delas cuatro ruedasyG = (m+mV+mH)grepresenta el pesototal del vehculo.

8.3Las fuerzas aerodinmicasyTorquesLas fuerzas aerodinmicasy momentosson los msesenciales para lacapacidad de conduccin delos automvilesa velocidadesmedias y altas.La aerodinmicatambin son importantespara la conservacin dela energay la eficiencia econmicade los coches.Laresistencia aerodinmicaes originariade tres fuentes: forma de resistencia debido ala turbulenciadel flujo de aireen la parte traseradel vehculocon una fuerte influenciadel diseodel vehculo(85%) friccin de resistencia debido alflujo de cortante enla carrocera del vehculoen funcin desu superficie(10%) resistencia internadebido al flujoa travs dela carrocera del coche(5%).El flujointerno esnecesario para larefrigeracin del motory laventilacindel habitculo.

Laresistencia aerodinmica ypor lo tanto,las fuerzas aerodinmicasson principalmente resultadode laforma deun flujo turbulentoyqueson proporcionalesa la presin dinmica

Dondeesla densidad del airey VLes la velocidaddel aireen relacin conel coche.Las fuerzas aerodinmicasy los torques dependen dedimensiones delcoeficientesc,Unacaractersticade la rea Adel vehculo yladistancia entre ejesl.

La resistencia del airese leecomo:

la fuerza de elevacincomo:

yla torsin aerodinmicaest dada por:

Por otra parte,para el movimientolateral del lado de fuerza:

y el parde derrape:

tienen que ser considerados.Los coeficientes cdependercomo ya se mencionen gran medida deldiseo de la carrocerayla direccindel flujo de aireen relacin conel vehculo.Algunoscoeficiente dela resistencia del airecWdecabezaen el flujose presentanen la Tabla8.2.Estos coeficientesse encuentrande forma experimental entneles de vientoo evaluados porla dinmica de fluidoscomputacional (CFD)software. Todos los vehculos nuevosestn sujetos auna optimizacinexhaustivapara reducirla resistencia del aire.Como se muestra en(8.20)la fuerza dela resistencia del aireno slo depende dela coeficientesCWde uso frecuenteen los comerciales, sino tambinen la superficie frontalAdel vehculo.

Tabla 8.2.coeficientes de resistencia deAire para diferentes tipos devehculos.

8.4Conduccin ypares de frenado

Elpar de aceleracinode conduccin,respectivamente, yel par de frenadoestn actuandoen la parte frontaly / odel eje traserodel vehculoen funcin desu diseo.

Elpar de frenadoMBse originaen el sistema de frenosy escontrolado por el conductor medianteel pedal del freno.Por lo tanto, elpar de frenadoMB(t)es una funcin arbitrariadel tiempo t.

ElMApar de aceleracines originariadel motor yquese transmite porla transmisina los ejes.Enel tren de transmisin,las relaciones de transmisiniDyiGdediferencial ycaja de cambios, as comolos momentos de inerciaIGy IM de lacaja de cambiosy el motortiene queser consideradoPara el motor un promedio deun momentode inercia constanteque se elija.. Adems, el gradode eficienciade la transmisines una caracterstica importante.El grado de eficienciaes de alrededor demientras quepara las transmisiones manualesy msse logra mediante latransmisin automticaPara un vehculode traccin delantera,por ejemplo,el par motorse leecomo:

ElMMpar motordepende dela velocidad del motorcomo se muestraen la fig.8.4.ElMla velocidad del motorse relaciona conla velocidad del vehculoxcomo:

Por lo tanto,la ecuacin fundamentaldel movimientolongitudinal (8.18)se puede reescribirse como:

con las abreviaturas siguientes:generalizadainercia

la fuerza motriz:

fuerza total de frenado:

el peso del vehculo:

fuerza de resistencia de aire:

Resistencai de fuerza de rodadura:

Es demencionar que(8.18)est sujeta anumerosos supuestosen que eldeslizamiento de los neumticosde fuga yel momentode inercia constantedel motorson slo dos deellos.

Fig.8.4.MMparmotoren funcinde lavelocidad del motorMpara unmotor de combustin

8.2Problemade aceleracinde un automvil

Para la evaluacin dela aceleracinde un automvilen una carreterahorizontal,se dan los datos siguientes:

Total mas Momento de inerciadeun eje Momento de inerciade la transmisin Momento de inercia del motor Relacin de transmisin(tren dealta) Radio de la rueda Torque del motor Mm=300 Nm Velocidad del motor Grado de eficiencia Fuerza de frenado B=0 Inclinacin dela carretera frente ala zona Densidad del aire Coeficiente de la resistencia del aire Coeficiente deresistencia a la rodadura

Solucion:La solucinse desprende dela ecuacin fundamental (8.28).Las cantidades requeridasse calculande la siguiente manera.La velocidad del vehculoes de acuerdo a(8.27)

Laresistencia fuerza del aireWLest dada por (8.18),(8.20)y (1)

Para la fuerza deresistencia a la rodaduraseproducede acuerdo con (8.4)

Adems,uno tiene lafuerza motriz

y la inerciageneralizadacomo

Por lo tanto,para la aceleracinqueproduce

Resulta quela parte giratoria delmotor y las ruedastienen slouna pequea influencia en la aceleracinenuna marcha alta.

8.5rendimiento de la conduccin

En esta seccinalgunas cantidadesque caracterizan elrendimiento de la conduccinse presentan.La velocidad mximaest definidapor un caminohorizontal. Con y se sigue de (8.28)la ecuacin de lavelocidad mxima Una representacin grficase muestraen el diagrama derendimiento de la conduccin, Fig 8.5 que se obtiene delas caractersticas del motor, fig 8.4 y cincomotoresdiferentesorelaciones de transmisin, respectivamente.La pendiente se encuentra parapequeosngulosde grado

La fuerza mximade conduccindisponibles yla velocidad correspondiente se pueden encontraren el diagrama derendimiento de la conduccin, tambin.

Fig.8.5.Diagrama de rendimientode conduccin,de conduccin ylas fuerzas de resistenciaen funcin de lavelocidad del vehculovderelaciones de transmisin diferentes.

Para la evaluacin delos lmitesde traccinpara la aceleracin mximay lamxima de frenadoa las fuerzastangenciales adems tienen que ser determinadas, Para ellolas ecuaciones(8.10) y(8.13)con(8.14),(8.15)y(8,28)estn a la mano. Dejar de ladolos momentos de inerciade las ruedasse sigue inmediatamentela forma (8.10)o(8.13), respectivamente,en el caso defrenadodelas fuerzastangenciales

en el que slolas fuerzas de frenado aparece Las fuerzastangencialesmximas sedeterminapor el coeficiente derodaduramxima y lacarga de la ruedaen el eje delanteroy trasero , conocidoa partir de (8.6) y(8,7) Los resultados correspondientesse pueden derivarpara la aceleracindel vehculo, Entonces,resulta quea las cuatro ruedasmejoran los lmitesde traccinlo ms valioso para conducir eninvierno.

El kilometrajede un automvil estambin una caracterstica importantede un vehculo, Como se muestraen la fig.8.4el mnimoconsumo de unmotor de combustines diferente de su potencia mxima. Unpoco kilometrajese logravelocidades demotorbajas y medias. Estas propiedadespueden ser consideradosen eldiseo de la transmisin A menudo, unvehculomseconmico en laquinta marchaal igual que enla cuarta marchaque puedeofrecerla mxima velocidad,ver fig.8.5.

Capitulo 9. Movimientos Laterales

El movimientolateral de los vehculosse trata por separadopara los vehculos decarretera y ferrocarrilDebido a limitaciones dediferentestiposde vehculostantorequieren enfoquesdinmicos diferentes unos de otros. Al contrario delos automvilesequipados con direccinactiva, vehculos ferroviariostienen unaorientacinlateralpasiva. Para los automvilesde conduccinse logre la estabilidadola mejora, respectivamente,por lainteraccindel conductory el vehculo.

9.1 Manejo delos vehculos de carreteraEl anlisisdel manejodel automvil esun problema sumamente complejo. Sin embargo,el comportamientode manejofundamental delos vehculos de carreterayase puede entenderpor el modelofuertementesimplificadospublicados porRiekertySchunck (1940)hoy en datambin denominadomodelo de bicicleta. sumodelo se basa enlos siguientes supuestos:

velocidad constantela del vehculo, desapareciendola aceleracin longitudinal. Desapareciendo el ancho del vehculo, no desbalance. cargaconstantede la rueda,No haymovimiento deoscilacin vertical y cabeceo pequeos desplazamientos,fuerzas linealesde los neumticos ruedas sin inercia

Comoun modelo simplificadodel vehculose muestra en lafig.9.1.

9.1modelo simplificadodel Vehculo omodelo de bicicleta, respectivamente

9.1.1ruedaelsticaPara el vehculo de carretera la rueda elstica es uno de los componentes mas importantes. Visto con detalle en la seccin 3.4.4..En este caso,las relaciones esencialesse revisanuna vez ms.La fuerza lateral

9.1modelo simplificadodel Vehculo omodelo de bicicleta, respectivamente

La fuerza lateral esta en funcin del ngulo de deslizamientoo eldeslizamiento lateral, respectivamente, vase(3.112), as comoen larueda la carganormal defn. La caracterstica coeficiente de contacto de rodadurase muestraen la fig.9.2.

Fig.9.2.coeficiente de rodadura decontactode un neumticoen funcin delngulode deslizamiento

El punto deaccin de la fuerzalateral se desplaza hacia laparte traseradela pista acorde 3.130. para pequeos ngulosde deslizamiento