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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
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
