Dinámica del vehículo

Para los vehículos motorizados, como automóviles, aeronaves y embarcaciones, la dinámica del vehículo es el estudio del movimiento del vehículo, por ejemplo, cómo cambia el movimiento hacia adelante de un vehículo en respuesta a las acciones del conductor, salidas del sistema de propulsión, condiciones ambientales, condiciones del aire/superficie/agua, etc.

La dinámica de vehículos es una parte de la ingeniería basada principalmente en la mecánica clásica.

Factores que afectan la dinámica del vehículo

Los aspectos del diseño de un vehículo que afectan la dinámica se pueden agrupar en transmisión y frenado, suspensión y dirección, distribución de masa, aerodinámica y neumáticos.

Transmisión y frenado

• Diseño de automóviles (es decir, ubicación del motor y las ruedas conducidas)
• Powertrain
• Sistema de frenos

Suspensión y dirección

Algunos atributos se relacionan con la geometría de la suspensión, la dirección y el chasis. Éstas incluyen:

• Geometría de dirección Ackermann
• Axle track
• Ángulo de camber
• Ángulo de fundición
• Altura de montaje
• Roll center
• Scrub radius
• Tasa de dirección
• Toe
• Ajuste de la rueda
• Base de ruedas

Distribución de masa

Algunos atributos o aspectos de la dinámica del vehículo se deben únicamente a la masa y su distribución. Éstas incluyen:

• Centro de masas
• Momento de inercia
• Momento de giro
• Masa de Sprung
• Masa desprung
• Distribución del peso

Aerodinámica

Algunos atributos o aspectos de la dinámica del vehículo son puramente aerodinámicos. Éstas incluyen:

• Coeficiente de arrastre de automóviles
• Aerodinámica automotriz
• Center of pressure
• Downforce
• Efecto terrestre en los coches

Neumáticos

Algunos atributos o aspectos de la dinámica del vehículo se pueden atribuir directamente a los neumáticos. Éstas incluyen:

• Propulsión de camber
• Círculo de fuerzas
• Parche de contacto
• Fuerza de manipulación
• Presión terrestre
• La fórmula mágica de Pacejka
• Sendero neumático
• Variación de la fuerza radial
• Longitud de relajación
• Resistencia al rodillo
• Arque autoalineante
• Skid
• ángulo de desplazamiento
• Deslizamiento (dinámica de vehículos)
• Spinout
• Tasa de dirección
• Sensibilidad de carga

Comportamientos del vehículo

Algunos atributos o aspectos de la dinámica del vehículo son puramente dinámicos. Éstas incluyen:

• Cuerpo flex
• Rollo de cuerpo
• Bump Steer
• Análisis de Bundorf
• Estabilidad orientada
• Velocidad crítica
• ruido, vibración y dureza
• Pitch
• Calidad del rizo
• Roll
• Velocidad wobble
• Subsisterio, sobresisterio, desmontaje y cola de pescado
• Transferencia de peso y transferencia de carga
• Yaw.

Análisis y simulación

El comportamiento dinámico de los vehículos se puede analizar de varias maneras diferentes. Esto puede ser tan sencillo como un simple sistema de masa de resorte, a través de un modelo de bicicleta de tres grados de libertad (DoF), hasta un alto grado de complejidad utilizando un paquete de simulación de sistema multicuerpo como MSC ADAMS o Modelica. A medida que las computadoras se han vuelto más rápidas y las interfaces de usuario del software han mejorado, los paquetes comerciales como CarSim se han vuelto ampliamente utilizados en la industria para evaluar rápidamente cientos de condiciones de prueba mucho más rápido que en tiempo real. Los modelos de vehículos a menudo se simulan con diseños de controlador avanzados proporcionados como software en el bucle (SIL) con software de diseño de controlador como Simulink, o con hardware físico en el bucle (HIL).

Los movimientos de los vehículos se deben en gran medida a las fuerzas de cizallamiento generadas entre los neumáticos y la carretera y, por lo tanto, el modelo del neumático es una parte esencial del modelo matemático. En los modelos actuales de simuladores de vehículos, el modelo de neumático es la parte más débil y más difícil de simular. El modelo de neumático debe producir fuerzas de cizallamiento realistas durante el frenado, la aceleración, las curvas y las combinaciones, en una variedad de condiciones de superficie. Muchos modelos están en uso. La mayoría son semiempíricos, como el modelo Pacejka Magic Formula.

Los simuladores o juegos de carreras de autos también son una forma de simulación de dinámica de vehículos. En las primeras versiones, eran necesarias muchas simplificaciones para obtener un rendimiento en tiempo real con gráficos razonables. Sin embargo, las mejoras en la velocidad de la computadora se han combinado con el interés en la física realista, lo que ha dado lugar a simuladores de conducción que se utilizan para la ingeniería de vehículos utilizando modelos detallados como CarSim.

Es importante que los modelos coincidan con los resultados de las pruebas del mundo real, por lo que muchas de las siguientes pruebas se correlacionan con los resultados de los vehículos de prueba instrumentados.

Las técnicas incluyen:

• Soporte constante de radio de rango lineal
• Fishhook
• Respuesta a la frecuencia
• Cambio de carril
• Prueba de moose
• Dirección sinusoidal
• Skidpad
• Análisis de la ruta