Fundamentos de la Dinámica Vehicular: Aerodinámica, Resistencia al Avance y Seguridad Pasiva

Dinámica Vehicular y Aerodinámica: Fundamentos de Diseño

H3. Coeficientes y Fuerzas Aerodinámicas

• Cx (Coeficiente de Resistencia Aerodinámica): Cantidad de resistencia que opone un cuerpo al desplazarse a través de la masa de aire que lo rodea.
• CxA (Coeficiente de Penetración Aerodinámica): Coeficiente de resistencia aerodinámica multiplicado por la superficie frontal del vehículo (en m²).
• Cy (Fuerza Lateral): Fuerza lateral que se aplica al vehículo (viento cruzado).
• Cz (Fuerza Vertical): Fuerza que se realiza con el peso que se ejerce sobre el coche (sustentación o asentamiento).

H3. Tipos de Resistencias al Movimiento

1. Resistencia a la rodadura.
2. Resistencia a la pendiente.
3. Resistencia a la aceleración.
4. Resistencia al aire (aerodinámica).

H3. Factores Determinantes de la Resistencia Aerodinámica

La resistencia aerodinámica depende de:

• Coeficiente de penetración aerodinámica (Cx).
• Superficie de ataque (frontal) en m².
• Densidad del aire.
• Velocidad del vehículo.

H3. Factores que Influyen en la Dinámica del Vehículo

• La forma y superficie de la carrocería.
• Peso total.
• Distribución de masas.
• Distancia entre los ejes y entre ruedas.
• Adherencia de las ruedas.
• Centro de presión.

H4. Fuerzas Verticales

• Fuerza hacia arriba: Empuje ascensional (sustentación).
• Fuerza hacia abajo: Asentamiento (carga aerodinámica).

H4. Diseño de la Carrocería para Optimización del Flujo

La superficie ideal de la carrocería será aquella que sea capaz de conservar un flujo de aire con mínimas turbulencias. Para ello, en la fase de diseño se intenta que los elementos que pueden provocar alteraciones en el flujo de aire se encuentren enrasados con la carrocería.

H4. Objetivos Aerodinámicos Clave

1. Dar forma óptima a la parte delantera.
2. Conseguir un punto dinámico (centro de presión) muy bajo.

H4. Elementos de la Carrocería que Afectan al Cx

• Parte delantera.
• La inclinación de la luneta trasera.
• Parte trasera.
• La inclinación y radios de paso de los montantes delantero y trasero.
• Línea general de la carrocería.

H3. Centro de Presión (CP)

El Centro de Presión es el punto de aplicación donde se manifiesta toda la fuerza que ejerce el viento sobre la carrocería del vehículo en función del avance del mismo y la dirección y velocidad del aire.

Se intenta que el centro de presión del viento se encuentre detrás del centro de gravedad para que la influencia del viento sobre las ruedas delanteras sea menor. Un CP mal ubicado altera las condiciones dinámicas del vehículo, sobre todo en frenadas y curvas a cierta velocidad.

H3. Elementos Aerodinámicos Adicionales (Alerones)

Son elementos exteriores de la carrocería que, además de mejorar la estética del vehículo, consiguen ciertas mejoras en sus prestaciones: mejor adherencia, mayor ventilación de los frenos, etc.

Los alerones se sitúan en un plano superior al de la carrocería, dejando espacio libre entre ambos elementos.

Seguridad Pasiva Vehicular y Pruebas de Colisión

H3. Concepto de Seguridad Pasiva

Es el estudio del comportamiento del vehículo en caso de colisión, con el objeto de tratar de mejorar la seguridad reduciendo las consecuencias de los accidentes. Este estudio es fundamental para los fabricantes de vehículos.

H4. Tipos de Impactos Estudiados

• Frontales y laterales.
• Vuelcos.
• Golpes traseros.
• Impactos a peatones.

H4. Organismos Evaluadores de Seguridad

Organismos clave en la evaluación de la seguridad vehicular:

• NHTSA (National Highway Traffic Safety Administration).
• IIHS (Insurance Institute for Highway Safety).
• NCAP (New Car Assessment Program).

H4. Objetivos de Diseño Estructural por Tipo de Colisión

Frontales:

Optimizar los refuerzos de la estructura portante y conseguir unos medios de retención adecuados (cinturones, airbags).

Laterales:

Evitar la intrusión en el habitáculo.

Vuelcos:

Limitar las deformaciones del habitáculo por aplastamiento.

Traseros:

Estudiar el comportamiento del reposacabezas y el depósito de combustible.

H4. Requisitos Post-Colisión y Criterios de Lesión

Requisitos reglamentarios tras una colisión (ejemplos):

• No debe abrirse ninguna puerta ni accionarse los bloqueos de las puertas delanteras durante el impacto.
• Después de la colisión debe poder abrirse una puerta delantera y otra trasera.
• El desplazamiento del volante no será superior a 80 mm hacia arriba ni 100 mm hacia abajo.
• Durante el choque no se desprenderá ninguna pieza o componente interior.
• Solo se admitirán pequeñas fugas de combustible, del orden de 0,5 gr/s.

Zonas críticas de lesión evaluadas:

• Cabeza y cuello.
• Tórax.
• Parte superior de la pierna.
• Parte inferior, pie y tobillo.