EL MOVIMIENTO DE LOS VEHÍCULO

TEMA 4

EL MOVIMIENTO DE LOS VEHÍCULOS. FACTORES QUE INFLUYEN. PAR MOTOR Y ESFUERZO TRACTOR. RESISTENCIA AL AVANCE. MARCHA DE LOS VEHÍCULOS EN RECTA. TRAYECTORIA DE LOS VEHÍCULOS EN LAS CURVAS. INTERACCIÓN ENTRE RUEDA Y PAVIMENTO EN RECTAS. INTERACCIÓN ENTRE RUEDAS Y PAVIMENTO EN CURVAS.

1 EL MOVIMIENTO DE LOS VEHÍCULOS

2 FACTORES QUE INFLUYEN

3 PAR MOTOR Y ESFUERZO TRACTOR

3.1 DEFINICIÓN DE PAR MOTOR

3.1.1 OTRAS CONSIDERACIONES

3.2 CAJA DE CAMBIOS

3.2.1 FUNDAMENTO

4 RESISTENCIA AL AVANCE

4.1 RESISTENCIA A LA RODADURA

4.2 RESISTENCIA AERODINÁMICA

4.3 RESISTENCIA DE PENDIENTE

5 MARCHA DE LOS VEHÍCULOS EN RECTA

5.1 ESFUERZOS VERTICALES

5.2 DINÁMICA LONGITUDINAL

5.3 DINÁMICA DE FRENADO

5.3.1 SITUACIONES DE BLOQUEO EN RECTA

6 TRAYECTORIA DE LOS VEHÍCULOS EN LAS CURVAS

6.1 DISEÑO DE LA TRAZA DE UNA CARRETERA

6.1.1 SOBREANCHO DE UNA CURVA

6.2 CONTROL DEL EQUILIBRIO EN CURVA DE UN VEHÍCULO

6.2.1 FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE CONTROL DE ESTABILIDAD

7 INTERACCIÓN ENTRE RUEDA Y PAVIMENTO EN RECTAS

7.1 RESISTENCIA A LA RODADURA

7.1.1 DESARROLLO DEL CONCEPTO

7.1.2 RODADURA CON Y SIN DESLIZAMIENTO

7.2 ESFUERZO DE FRENADO

7.2.1 DISTANCIA MÍNIMA DE FRENADO

7.2.2 REPARTO DE CARGAS ENTRE EJES

8 INTERACCION ENTRE RUEDAS Y PAVIMENTO EN CURVAS

8.1 CURVA SIN PERALTE

8.2 CURVA CON PERALTE

8.3 ESTABILIDAD DE UN VEHÍCULO

1 EL MOVIMIENTO DE LOS VEHÍCULOS

Según las leyes de la Mecánica Clásica, cualquier cuerpo que deba moverse de forma continua y uniforme deberá recibir una fuerza impulsora que iguale y anule las fuerzas que se opongan al movimiento.

De tal forma que solo en una situación ideal sin fuerzas de oposición, un cuerpo podría moverse a velocidad constante sin necesidad de un esfuerzo o aporte energético exterior.

Según estas mismas leyes físicas para que un cuerpo experimente una variación de su velocidad, lo que se denomina aceleración, dicho cuerpo debe sufrir una fuerza neta que aumentará su cantidad de movimiento si esta es positiva; si la fuerza es negativa, es decir, opuesta al movimiento, la cantidad de movimiento del cuerpo disminuirá pues estará sometido a una deceleración, como es el caso de una frenada de un vehículo.

En el caso concreto de un vehículo de motor, éste ha de vencer unas fuerzas que se oponen a su avance y que detallaremos más adelante gracias a la potencia del motor, sea de explosión, diesel o tal vez en un futuro próximo, eléctrico.

Estos elementos del vehículo que intervienen de modo secundario, pero no por ello poco relevante, son la suspensión y la dirección.

Obviamente, la dirección interviene cuando el vehículo ha de trazar las curvas; y si bien la suspensión tiene un papel primordialmente de búsqueda de comodidad para el conductor y los pasajeros cuando el vehículo se desplaza en línea recta, su papel en el equilibrio dinámico del vehículo es muy grande en el trazado de curvas.

2 FACTORES QUE INFLUYEN

Las tres leyes de Newton, puntal de la Física Clásica junto con la Ley de Gravitación Universal y el principio de transformación de Galileo, rigen el movimiento de todos los vehículos.

Así pues, en primer lugar, el movimiento de un vehículo se verá afectado por la masa inercial del mismo.

A mayor masa de un vehículo será necesario un motor más potente para conseguir unas prestaciones dinámicas determinadas (fundamentalmente una aceleración y recuperación) e igualmente serán necesarios unos frenos más grandes y para conseguir una frenada (aceleración negativa o deceleración).

Esto, como veremos más adelante, influye enormemente en el consumo de combustible del vehículo. Y lamentablemente, los vehículos modernos han llevado en los últimos años, una escalada en su tamaño y en el aumento de accesorios instalados que hacen que el peso de los coches haya aumentado sobremanera. Basta, como ejemplo, que en un coche actual de gama media la longitud de hilo de cobre utilizado en cable eléctrico se mide ya por miles de metros por vehículo.

En segundo lugar, el motor del vehículo, o más bien la forma en que dicho motor entrega la fuerza impulsora del vehículo. En la actualidad todos los vehículos de motor utilizan un motor que genera un impulso rotacional transmitido por una cadena cinemática compleja hasta las ruedas motrices.

Por último, el movimiento de un vehículo viene determinado por el conjunto de fuerzas resistivas que se oponen al avance.

Estas son:

• Fuerza de rozamiento con el suelo

• Fuerza o resistencia aerodinámica

• Fuerza de gravedad

Veremos que la importancia de esta última es relevante cuando el movimiento tiene lugar en un plano no horizontal.

3 PAR MOTOR Y ESFUERZO TRACTOR

En la actualidad, los vehículos de motor son impulsados por un motor de combustión interna. Es posible que en un futuro aumente el parque de vehículos eléctricos. El comportamiento dinámico de éstos es completamente diferente de aquellos.

3.1 DEFINICIÓN DE PAR MOTOR

El par motor es el momento de fuerza que ejerce un motor sobre el eje de transmisión de potencia.

La potencia desarrollada por el par motor es proporcional a la velocidad angular del eje de transmisión, viniendo dada por:

donde:

• P es la potencia (en W)

• M es el par motor (N.m)

• es la velocidad angular (en rad/s)

Un ejemplo práctico para comprender la diferencia entre par y potencia lo podemos observar en los pedales de una bicicleta. El motor sería la persona que pedalea y el par motor sería el proporcionado por el par de fuerzas que se ejerce sobre los pedales. Si por ejemplo, la persona conduce su bicicleta a una determinada velocidad fija, digamos 15 km/h, en un piñón grande, dando 30 giros o pedaleadas por minuto, estaría generando una potencia determinada; si cambia a un piñón pequeño, y reduce a 15 pedaleadas por minuto, estaría generando la misma potencia, pero el doble de par; pues deberá ejercer el doble de fuerza en la pedaleada para mantener la velocidad de 15 km/h.

3.1.1 OTRAS CONSIDERACIONES

El par motor viene determinado en los motores de combustión interna alternativos, por la presión media efectiva de la expansión de los gases sobre la cabeza del pistón. Esta presión la define la masa de mezcla que se expande, cuanto mayor sea esta masa, a igual volumen de cilindro, más par. El control sobre esta masa de mezcla la tiene el mando del acelerador, que regula la entrada de más o menos aire (motor Otto) o de más o menos combustible (motor diésel). Esto quiere decir que a un régimen de revoluciones determinado, el motor puede estar produciendo más o menos par. Imaginemos por ejemplo un vehículo que sube una cuesta a 3000 rpm, y baja la misma cuesta al mismo régimen. En un caso el par necesario para moverlo será mayor que en el otro, este par es el que obtenemos regulando con el mando de acelerador. Esto es lo que se denomina carga motor.

En los motores eléctricos, sin embargo el par motor es máximo al inicio del arranque, disminuyendo luego paulatinamente con el régimen. Por este motivo es el tipo de motor idóneo par a tracción ferroviaria. Si se mantiene constante la tensión, cuando la resistencia al giro aumenta, el par deberá aumentar para mantener las revoluciones, mediante el aumento de la corriente eléctrica consumida.

En los motores de vapor hoy día en desuso, el par era máximo ya desde el inicio del movimiento En los motores de combustión interna sin embargo, la zona del régimen de revoluciones en las que el par es aprovechable es bastante reducido. Esto viene determinado sobre todo por el tipo de combustión que es muy corta en duración, especialmente en el de ciclo Otto.

En las turbinas de gas la curva que dibuja el par máximo a lo largo del régimen de revoluciones es más abrupta. Por este motivo, y por su “pereza” a la hora de cambiar el régimen, las turbinas de gas se utilizan casi siempre a régimen constante fijo.

Es interesante resaltar que el máximo aprovechamiento del combustible (Consumo específico), se consigue alrededor del régimen de par máximo y con el motor casi a la máxima carga, es decir dando el par máximo.

Como normalmente es deseable que el par sea lo más regular posible en todo el régimen de giro, se han ideado métodos para conseguirlo: turbocompresor de baja carga, distribución variable, admisión variable, etc.

3.2 CAJA DE CAMBIOS

El bajo par motor a pocas revoluciones obliga a la existencia de la caja de cambios de modo que en primera el motor gira 3 ó 4 veces más rápido que el eje secundario que conecta con el árbol de transmisión.

En los vehículos, la caja de cambios o caja de velocidades (también llamada simplemente caja) es el elemento encargado de obtener en las ruedas el par motor suficiente para poner en movimiento el vehículo desde parado, y una vez en marcha obtener un par suficiente en ellas para poder vencer las resistencia al avance, fundamentalmente las resistencias aerodinámicas, de rodadura y de pendiente.

3.2.1 FUNDAMENTO

El

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