TEORÍA DE VEHÍCULOS. PRESTACIONES

TEORÍA DE VEHÍCULOS. PRESTACIONES

Prof. Dr. Francisco APARICIO IZQUIERDO

Catedrático Emérito de la Universidad Politécnica

de Madrid

PRESTACIONES: ESQUEMA GENERAL

LÍMITE DE

ADHERENCIA

Fx=Fz

i

MOTOR

M

n

TRANSMISIÓN

IDEAL REAL F

V

F

V

1

q

F

V

J=0

J=n%

RESISTENCIA

AL

MOVIMIENTO

PRESTACIONES

_ +m

TFmax

1,............. qMECÁNICA

HIDRODINÁMICA

a

xyT

a

Tt

a

Td

F

F

F

a

TFmax

Vmax, amax, Jmax

m

T

a

T FóFm a xm a x

Menor

ESFUERZO

TRACTOR

EN LLANTA

TEORÍA DE VEHÍCULOS

CONTENIDO

DINÁMICA LONGITUDINAL. PRESTACIONES4.1.

INTRODUCCIÓN4.1.1.

RESISTENCIA AL MOVIMIENTO4.1.2.

ECUACIÓN FUNDAMENTAL DEL MOVIMIENTO LONGITUDINAL.4.1.3.

ESFUERZO TRACTOR MÁXIMO LIMITADO POR LA ADHERENCIA

EN VEHÍCULOS DE DOS EJES.

4.1.4.

ESFUERZO TRACTOR MÁXIMO LIMITADO POR LA ADHERENCIA

EN VEHÍCULOS COMPUESTOS TRACTOR-SEMIRREMOLQUE.

4.1.5.

TEORÍA DE VEHÍCULOS

Vx - VELOCIDAD LONGITUDINAL

Vy - VELOCIDAD LATERAL

Vz - VELOCIDAD VERTICAL

wx – VELOCIDAD ANGULAR DE BALANCEO

wy – VELOCIDAD ANGULAR DE CABECEO

wz – VELOCIDAD ANGULAR DE GUIÑADA

X

Z

Y

Vy

Vx

Vx

EJES DE REFERENCIA CON ORIGEN EN EL c.d.g. DEL VEHÍCULO

DINÁMICA LONGITUDINAL.

PRESTACIONES

G.D.L.: X, Z,

Vx, Vz, Wy

RESISTENCIA AL MOVIMIENTO

R. RODADURA: frPRRR rdrtr .cos

2

2

1VACF fxxa R. AERODINÁMICA:

senPRg R. GRAVITATORIA:

221cos VACfrsenPR fxT

2Vfff vor

PEQUEÑO

sen ≃ tan = j

cos ≃ 1

22/07/2019 6

ACCIONES AERODINÁMICAS SOBRE LOS SÓLIDOS.

CONCEPTOS GENERALES.

22/07/2019 7

FLUJO ALREDEDOR DE UN VEHÍCULO

AUTOMÓVIL

22/07/2019 8

FUERZAS Y MOMENTOS DE NATURALEZA AERODINÁMICA

QUE ACTÚAN SOBRE UN VEHÍCULO

2

fxxa VAC2

1F

2

fyya VAC2

1F

2

fzza VAC2

1F

2

fMxxa LVAC2

1M

2

fMyya LVAC2

1M

2

fMzza LVAC2

1M

0MMF0i zaxaya SI F.

SIMÉTRICO

0M

i

za

SI INESTABILIDAD

22/07/2019 9

ÁREA FRONTAL DE UN

VEHÍCULO

TIPO DE

COCHE

ÁREA

FRONTAL m2

MINI ≃ 1.8

MEDIO ≃ 1.9

MEDIO SUPERIOR ≃ 2.0

GRANDE ≃ 2.1

85.0a8.0fh.b.fA f

22/07/2019 10

COEFICIENTE Cx PARA DIFERENTES TIPOS DE VEHÍCULOS.

(HUCHO, 1986)

RESISTENCIA AL MOVIMIENTO DE UN VEHÍCULO, SOBRE RAMPAS DE

DIFERENTES VALORES (j), EN FUNCIÓN DE LA VELOCIDAD

m = 1200 kg.

Cx=0,35

Af=1,8 m2

= 1.225 kg/m3

R(N)

V(m/s)

fV=6.10-6s2/mfV=0

(Rr +Ra )

Rr

POTENCIA DE RESISTENCIA AL MOVIMIENTO

Fza ≠ 0

VmgsenVACVffVACmgH fxVfZ .2

1

2

1cos

22

0

2

1co s;;co s jseng mF z a

3VBVAH Jj

m

AC fx

c

cVj

j

Car

gf

jf

B

AV

2

10

C a rC a r VJfm gH 02

POTENCIA NECESARIA PARA EL MOVIMIENTO DE UN VEHÍCULO SOBRE RAMPAS

DE DIFERENTES VALORES (j), EN FUNCIÓN DE LA VELOCIDAD

Hr

Hr+Ha

H

V (m/s)

fV=6,10-6 s2/m2

fV=0

kgmC

2410.25,5

smV Ca r 66,20

kWH Ca r 811,6

FUERZAS Y MOMENTOS SOBRE UNA RUEDA

rz

c

r

c

FT fFr

I

r

MMF

.

c

z

rzcrr

dFRdFrR .

MODELO DE VEHÍCULO PARA EL ESTUDIO DE LA DINÁMICA LONGITUDINAL

PsenFFFma xadtx

rz

c

r

c

FTdt fF

r

I

r

MMF

.

,

c

ttddx

ztzd

xa

c

FtTt

c

FdTd

r

IIma

FFfrPsen

Fr

MM

r

MM

..

MODELO PARA EL CÁLCULO DE ESFUERZOS TRACTORES MÁXIMOS

LIMITADOS POR LA ADHERENCIA EN VEHÍCULOS DE DOS EJES

z d

a

d FF m a x

z t

a

t FF m a x

22/07/2019 17

i

Z

xxt F

F

DESLIZAMIENTO0 0,1 0,3 0,5 1

ESTABL

E

C

AB

INESTABILIDAD

max

d

xt

COEFICIENTE DE ADHERENCIA LONGITUDINAL

r

Vri

22/07/2019 18

VALORES MEDIOS DEL COEFICIENTE DE

ADHERENCIA ENTRE NEUMÁTICO Y

SUPERFICIE DE RODADURA

SUPERFICIEVALOR MAX.

(max.)VALOR DESLIZAMIENTO

(d)

ASFALTO Y HORMIGÓN SECOS 0,8 – 0,9 0,75

ASFALTO MOJADO 0,5 – 0,7 0,45 – 0,6

HORMIGÓN MOJADO 0,8 0,7

GRAVA 0,6 0,55

TIERRA SECA 0,68 0,65

TIERRA HÚMEDA 0,55 0,4 – 0,5

NIEVE DURA 0,2 0,15

HIELO 0,1 0,07

ESFUERZO TRACTOR LIMITADO POR LA ADHERENCIA

L

aMlFhRhPsenFag

PlP

F

yzabbxa

zd

22cos

Lhhsen ;1cos;0

bxazd RPsenFa

g

P

L

hP

L

lF 2

bxazt RPsenFa

g

P

L

hP

L

lF 1 +

_

bxa RPsenFag

P

rRF frPF

L

hP

L

lF Tzd 2 _

frPFL

hP

L

lF Tzt 1 +

FUERZAS DE TRACCIÓN LIMITADAS POR LA ADHERENCIA

PfrF

L

hP

L

lFF TdZdTd

2

hL

hfrlP

L

hL

hfrlPFTd

22

1

FUERZAS DE TRACCIÓN LIMITADAS POR LA ADHERENCIA

T. 4 X 4: cosm a x PFT

4 X 4

T. TRASERA:

hL

hfrlPFTt

1

max

Tt

T. DELANTERA:

hL

hfrlPFTd

2

max

Td

V

FT ctecte ;

FUNCIONES DE LA TRANSMISIÓN

M C.V.

EJ A G.C

Dnm nm

n2=nm/ξ´

nr =n2/ ξc

=nm/ξ´ ξc= nm/ξ

ξ´ξc

ξ=ξ´ ξc

CURVAS DE ESFUERZO TRACTOR EN LLANTA-VELOCIDAD PARA

DIFERENTES RELACIONES DE TRANSMISIÓN

(CAJA DE ENGRANAJES DE 4 RELACIONES)

10000

9000 8000

7000

6000

5000

4000

3000

2000

1000 0

1

2

3

4

F(N)

V(km/h.) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

DETERMINACIÓN DE LAS RELACIONES DE TRANSMISIÓN

SIGUIENDO UNA PROGRESIÓN GEOMÉTRICA

6.400

4.375

0

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

20 40 60 80 100 120 140 160 180

1 2 3 4

1

q-1 q

nm1

nm2

Nr(r.p.m.)

V(Km/h)

Nm(r.p.m.)

54 77 112 Vmax =165

n1 ........ nq-1 nq

DETERMINACIÓN DE LAS RELACIONES DE TRANSMISIÓN SIGUIENDO UNA

PROGRESIÓN GEOMÉTRICA

1

21

q

m

q

mq

n

n

n

n

2

2

1

11

q

m

q

mq

n

n

n

n

1

11

n

nm

.

.

.

.

1

2

1

2

2

1

1 m

m

q

q

q

q

n

nK

1

1

qqK

1 JJ K 1

1

1

qq

K

CÁLCULO DE 1

tm

cT

M

rR

ma x

1

ag

PfrPPsenRT 111 cos

222 cos frPP senRT

jtmc MF r

1 TRF

CÁLCULO DE q

irrV rer 1

irn

irVj

m

j

m 130

1

irV

nmq 1

30 max

1

DIAGRAMA DE CARACTERÍSTICAS DE TRACCIÓN. CURVAS DE ESFUERZO EN

LLANTA-VELOCIDAD, RESISTENCIA-VELOCIDAD Y LÍMITE POR ROZAMIENTO

-3.000

-2.000

-1.000

0

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

7.000

8.000

9.000

10.000

180

1 23

4

V(km/h)

F(N)

µ = 0.850%

40%

20%

10%

Rr + R

Rr-10

µ = 0.4

4

3

2

1

J (12.84 ; 8.78 . 6 . 4.1)

K = 0.6835

EMBRAGUE: 99%

ENGRANAJES: 95 ÷ 97%

COJINETES, JUNTAS: 98 ÷ 99%

DIRECTA: 90%

OTRAS:

ALTA REDUCCIÓN: 0.75÷0.85%

ESFUERZO

TRACTOR

LÍMITE DE

ADHERENCIA

RESISTENCIAS AL

MOVIMIENTO

TEORÍA DE VEHÍCULOS

CONTENIDO

PREDICCIÓN DE LAS PRESTACIONES DE UN VEHÍCULO.4.3.

INTRODUCCIÓN4.3.1.

VELOCIDAD MÁXIMA4.3.2.

4.3.3. ACELERACIÓN.

RAMPA MÁXIMA.4.3.4.

CÁLCULO DEq=f(Vmax )

irn

irrVj

m

j

me

j

m 130

1

irV

nmq 1

30 max

1

PRESTACIONES. VELOCIDAD MÁXIMA

1 irn

Vq

m 1

30

11

max

2 3

m a xm a xm a x B VA VH t

jfm gA 0 fXV ACfmgB 2

1

31

311m a x 11 BBAV

3

max1

2

12

fXV

d

ACmgf

HA

3 2

max

3

0

22

1

2

127

41

mg

CAfH

fgmB

Xf

Vd

td HH m a xm a x

CARDANO

ECUACIÓN DEL MOVIMIENTO LONGITUDINAL

x agrTtTdxm FRRFFM a 2

0025,004,1 im

ESFUERZO DE TRACCIÓN (FT)

L Í M I T E S

( I ) ADHERENCIA NEUMÁTICO-CALZADA

Z

a

T FF

( II ) ESFUERZO MOTRIZ

c

jmm

Tr

MF

PRESTACIONES. ACELERACIÓN MÁXIMA

V

V

(b) Rt (V)

J = cte.

= cte.

Fda

(a) Ft (V) F , R

ESFUERZO TRACTOR MÁXIMO DISPONIBLE PARA ACELERAR.

(a) CURVA DE ESFUERZO TRACTOR EN LLANTA PARA UNA RELACIÓN

DE TRANSMISIÓN j Y MOTOR A PLENA ADMISIÓN.

(b) CURVA DE RESISTENCIAS TOTALES SOBRE UNA RAMPA DETERMINADA.

,, VRVFF jTd a

M

VFa

m

Jda

.

,,

20025,004,1 jm

CURVAS CARÁCTERÍSTICAS DE ACELERACIÓN DE UN TURISMO CON CUATRO RELACIONES

DE TRANSMISIÓN Y CAMBIO MANUAL

S(t)

1ª

2ª

3ª

4ª

V(t)

V(km/h.)

t(s)

S(m)

2000

1500

1000

500

160

120

80

40

10 30 50 70

TIEMPO PARA ACELERAR

m

VFa

m

da

VF

dVm

a

dVdt

da

m .

2

1

.2,1

V

Vda

mVF

dVmt

ESPACIO

VF

VdVmVdtds

da

m

2

12,1

V

Vda

mVF

VdVmS

CÁLCULO DE1=f(max )

ag

PfrPPsenRa T 111 cos0

222 co s0 frPP senRa T

T

jmc

RF

MrF

.1

max

1

.

m

cT

M

rR

PRESTACIONES: RAMPA MÁXIMA

V = cte. Ra : pequeña

m a xco s TT FfrPP senR

P

frPFsenarc T m axm ax

m ax

cos

m a xm a xm a x tan J

irn

VM

130 1

m a x

m a x

a

T

c

tT

T Fór

MF max

1maxmax

FUENTE: PNGV (PARNERSHIP FOR A NEW GENERATION OF VEHICLE (1996)

% REPRESENTA A CICLO URBANO (CARRETERA)

DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA EN AUTOMÓVILES

VEHÍCULO TÍPICO DE TAMAÑO MEDIO

MOTOR

17.2%

(3.6%)RELENTÍ

100% 18.2%

(25.6%)

PÉRDIDAS

EN MOTOR62.4%

(69.2%)

PÉRDIDAS EN

TRANSMISIÓN

5.6%

(5.4%)

12.6%

(20.2%)

AERODINÁMICA

RODADURA

E. CINÉTICA

FRENADO

ACCESORIOS

2.6%

(10.9%)

4.2%

(7.1%)TRANSMISIÓN

5.8%

(2.2%)

Grupo de Ingeniería de

Vehículos y Transportes,

GIVET. Departamento de

- 38 -

ECONOMÍA DE COMBUSTIBLE. PAPEL DE LA TRANSMISIÓN

CONSUMO DE COMBUSTIBLEFACTORES:

ASOCIADOS

AL PROPIO

VEHÍCULO:

ASOCIADOS A LA VÍA

Y CONDICIONES

AMBIENTALES:

GEOMETRÍA DE LA CALZADA

ESTADO DE LA SUPERFICIE

VIENTO Y OTRAS CONDICIONES MEDIOAMBIENTALES

MASA, EN PROCESOS DE ACELERACIÓN

EFICIENCIA EN LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA PARA LA PROPULSIÓN:

POTENCIA REQUERIDA PARA LA PROPULSIÓN:

-RESISTENCIA AERODINÁMICA AL AVANCE

-RESISTENCIA ALA RODADURA:

- RENDIMIENTO DE LOS MOTORES

- SISTEMA DE TRANSMISIÓN

PESOCARAC. DE LOS NEUMÁTICOS

Grupo de Ingeniería de

Vehículos y Transportes,

GIVET. Departamento de

- 39 -

2020

4040

6060

8080

MMmm

600600 14001400 22002200 30003000 38003800

VV11

MMRR((i i ))

MMRR((j j ))MM

HH11

COCOMMpapa

0,260,26

VV22

HHJJ

0,250,25

0,26

0,26

0,270,27

0,280,28

0,300,30

0,360,36

0,410,41

VV22

VV22

VV11

VV11

r.p.mr.p.m..

C < 0,25C < 0,25

2600 3400

2020

4040

6060

8080

2020

4040

6060

8080

MMmm

600600 14001400 22002200 30003000 38003800

VV11

MMRR((i i ))

MMRR((j j ))MM

HH11

COCOMMpapa

0,260,26

VV22

HHJJ

0,250,25

0,26

0,26

0,270,27

0,280,28

0,300,30

0,360,36

0,410,41

VV22

VV22

VV11

VV11

r.p.mr.p.m..

C < 0,25C < 0,25

2600 3400

MMmm

600600 14001400 22002200 30003000 38003800

VV11

MMRR((i i ))

MMRR((j j ))MM

HH11

COCOMMpapa

0,260,26

VV22

HHJJ

0,250,25

0,26

0,26

0,270,27

0,280,28

0,300,30

0,360,36

0,410,41

VV22

VV22

VV11

VV11

r.p.mr.p.m..

C < 0,25C < 0,25

2600 3400600600 14001400 22002200 30003000 38003800600600 14001400 22002200 30003000 38003800

VV11

MMRR((i i ))

MMRR((j j ))MM

HH11

COCOCOCOMMpapa

0,260,26

VV22

HHJJ

0,250,25

0,26

0,26

0,270,27

0,280,28

0,300,30

0,360,36

0,410,41

VV22

VV22

VV11

VV11

r.p.mr.p.m..

C < 0,25C < 0,25

2600 3400

CARACTERÍSTICAS DE CONSUMO DE COMBUSTIBLE DE UN MOTOR DIÉSEL (C= Kg./kW.h.)

cT

m

rRM

e

mr

Vn

30

INFLUENCIA DE LA TRANSMISIÓN

TEORÍA DE VEHÍCULOS

Prof. Dr. Francisco APARICIO IZQUIERDO

Catedrático Emérito de la Universidad Politécnica

de Madrid