Nf2 Característiques Constructives De La Carroseria

Esforços de tracció (acceleracions i frenades)
Esforços de flexió (pes aplicat eixos devanter i posterior)
Esforços de torsió (desplaçament vertical eix en terreny irregular)
Esforços de cisallament (impactes frontals i posteriors sobre les rodes)

Mòdul davanter o frontal: té la funció de protegir la zona central, transformant l’energia de l’impacte en energia de deformació per evitar la seva transmissió a l’interior. La deformació es programada i progressiva.

Mòdul central: es la zona més rígida indeformable de la carrosería per protegir als ocupants.

Mòdul darrera o posterior: similar en funció al davanter però en col.lisions posterior.


Energia cinètica.
Energía que adquireix un cos de massa M quan està en moviment a una velocitat V
Els vehicles actuals estan dissenyats per a que es deformin al màxim possible, interconnectant elements de la carroseria a fi de que l’esforç es reparteixi per tota ella.
L’objectiu és evitar al màxim que la desacceleració arribi als ocupants i d’altra banda absorbir tota l’energia possible.

Tota l’energia que no absorbeix la carrosseria, l’absorbirà els ocupants
El xassis no ha de torcionar-se ni flexionar-se així evitará el mal funcionament del sistema de suspensió i direcció.

Les avantatges d’una carrosseria rígida són:

Menys vibracions
Menys sorolls
Evitar desajustos en elements amovibles
Facilitat de conducció
Més resistència de la carrosseria en terrenys irregulars
Major sensació de solidesa del vehicle

Fan disminuir el grau de confort, i produir trencaments de peces si entra en ressonància

Solucions:
Els components susceptibles de vibracions de la carrosseria han de tenir una geometria adequada amb nervis, variacions de gruix i de secció.
Utilitzant materials aïllants adhesius o de PU
Utilitzant tacs de goma i silentblocks per filtrar les vibracions dels elements mecànics (tren de rodatge i grup motopropulsor)

Ressonància mecànica, és un fenomen que es produeix quan un cos capaç de vibrar és sotmès a l’acció d’una força periòdica, el període de vibració coincideix amb el període d’oscil.lació característic d’aquest cos.

Es busca que les peces suguin el màxim de durables possible sense que això comprometi en excés els costos d'aquesta, s’utilitzen algunes tècniques com:

Construcció sòlida i estable en general i en particular en els punts d’unió amb el tren de rodatge, direcció, transmissió i suspensió, així com a punt de soldadura per evitar esquerdes produïdes pels esforços de torsió i flexió
Utilització de materials de qualitat i de deteriorament lent
Utilitzar una protecció anticorrosiva adequada

Els elements més exposats a petits cops han de ser fàcilment reparables o de fàcil substitució, sense que perjudiqui a la rigidesa de la estructura.

Factor bàsic per al disseny del vehicle i per les seves prestacions i consums, ha d’assolir:

Obtenir una bona economía de consum
Bon comportament dinàmic a altes velocitats
Adequada evacuació de l’aigua per mantenir nets les finestres, retrovisors, llums,...

La carrosseria ha de transformar l’energia cinètica en treball de deformació en el major grau possible, tot i que l’habitacle ha de ser lo màxim de indeformable possible.


Deformació dels llarguers: s’utilitza un perfil pre-arrugat, uns orificis o osques a fi de dirigir la deformació
L’habitacle forma una mena de gàbia de gran rigidesa
Per protegir els ocupants en cas de impacte lateral, s’utiluta barres en el pis, els pilars i barres longitudinals o creuades a les portes

Força de sustentació (L):

Resistència aerodinàmica (D):

Força lateral (Y):

Del quadrat de la velocitat (V²):

Densitat del fluid (p):

Àrea transversal (S1):

A part de condicionar les prestacions i el consum, pot tenir altres problemes com:

Pot desestabilitzar el vehicle en cas de vent creuat
Font de soroll interior i exterior
Condiciona l’estabilitat
Limita eficiència dels neteja vidres
Provoca l’embrutiment de la carrosseria

En el disseny és busca el mínim coeficient aerodinàmic per evitar els possibles efectes negatius.

Flux d’aire: el contacte entre el vehicle i l’aire poden provocar diferents corrents

Flux interior: es considera el flud de l’interior del vehicle, el de l’admissió i el de refrigeració. Suposa el 20% de total de la resistència aerodinàmica del vehicle, aquest tipus de ventilació ha de ser capaç de:
Mantenir la temperatura interior constant
Renovar l’aire de forma efectiva
No variar la humitat interior
Permetre diversos nivells de temperatura


Flux exterior, el soroll provocat per les turbulències ve donat òbviament per la aerodinámica del vehicle i també per l’amplitud i freqüència
Els factors més influents són: la mida, la forma, la velocitat relativa entre vehicle i aire, la densitat de l’aire i superfície de la carrosseria.
L’aire pot fluir de forma uniforme, de manera que totes les particules es desplacen a la mateixa direcció i velocitat (flux laminar), a major flux laminar menor resistència, o de forma turbulenta que tenen velocitats i direccions diferents entre elles.

Cx; un cos que es desplaça ha d'invertir una certa quantitat de potència per travessar la massa d’aire que l’envolta. La potencia invertida estarà directament relacionada amb el volum del cos. Aquest coeficient indica la penetració que té el vehicle en l’aire en forma que quan menor sigui més penetració tindrà.

L'aire ha de tenir el menor fregament en la superficie de la carrosseria, d’aquesta forma s’eviten les turbulències que són una resistència al avanç.

CxA. El valor de Cx no ens dona un valor de resistència total del vehicle, ja que solament dóna una qualitat de la carrosseria, és a dir, dóna informació sobre la forma, no sobre les dimensions.
Exemple: tindrà més resistència aerodinàmica d'un vehicle a escala 1.1 que el mateix vehicle a escala 1.10 (té més superfície frontal).
Així doncs per obtenir un valor més aproximat de la resistència aerodinàmica, es necessari multiplicar per Cx, el valor de l’àrea de penetració en el fluid (A)[m2]

W: Cx · A · (p/2 · Vf2)
Cx: Coeficient de penetració aerodinàmica
A: Superficie d'atac en m2
p: Densitat de l’aire
Vf: Velocitat del vehicle

Cy és el coeficient de deriva el qual fa referència a l’afectació de l’aire lateral

Cz fa referència a les forces que incideixen verticalment sobre la carrosseria, també anomenat coeficient de sustentació que mesura el recolzament de les 4 rodes sobre el terra.

Quan un cos asimètric es desplaça per l’aire, aquest ha de recórrer més superfície per la part superior que per l’inferior de forma que crea una força ascensional
A altes velocitats les forces ascensionals disminueixen la força que fa el vehicle contra el terra i compromet l’estabilitat
De aqui la necessitat de acoblar alerons als vehicles d’altes prestacions.
Si la força és en sentit de baix a dalt se’n diu ascensional, el contrari, es diu assentament, les dues forces proporcionen una conducció estable.

Existeix un compromís entre el Cx i el Cz, ja que tenir un bon ceoficient de sustentació implica augmentar el coeficient aerodinàmic.

Les primeres condicions per aconseguir un bon coeficient Cx es fixen amb la forma de la part davantera que és la zona on es reparteix el flux d’aire denominat punt dinàmica

Les zones estudiades per al disseny són:

Part davantera, s’evita les formes anguloses per evitar turbulències
Inclinació del parabrises un angle elevat suposa un bon Cx


La inclinació de la lluneta posterior
Part posterior
La inclinació i els radis dels muntants davanters i posteriors
Línia genèrica de la carrosseria
Altres elements com neteja llunes o retrovisors

Degut al baix coeficient aerodinàmic de les actuals carrosseries, és necessari la utilització d’afegits aerodinàmics que milloren, per exemple, l’adherència i la refrigeració dels frens.

Deflectors

Posteriors: és solen situar-se sobre el sostre, el maleter o la part superior de la lluna posterior amb la finalitat de augmentar el Cx i aconseguir més força sobre l’eix posterior.

Baixos: situats entre les rodes davanteres i posteriors, l’objectiu es millorar el coeficient de penetració i reduir la pressió sota el vehicle, reduint les turbulències creades per les rodes, i les turbulències sota el vehicle.

Davanter: redueix la quantitat d’aire que circula per sota el vehicle, creant una zona de baixa pressió sota el vehicle i millorant l’adherència

Alerons posteriors: es situen a un pla superior al de la carrosseria deixant un espai, té la forma a similar a la de les ales d’un avió i la seva funció és crear una força descendent sobre l’eix posterior

Les suspensions auto-nivellant (intel.ligents), tenen la funció de reduir l’altura del vehicle quan es sobrepassa una velocitat establerta de forma que es redueix la quantitat d’aire que circula per sota del vehicle i reduïm les forces ascensionals

Forma aerodinàmica de la carrosseria (forma de “cunya”)

Perfil del vehicle que provoqui un lliscament de l’aire conjugant-ho amb una visibilitat acceptable.
Posició inclinada de la reixeta frontal i paracops davanter garantint un flux laminar
Incorporació de deflectors en la part baixa dels passos de roda per reduir les forces ascensionals i la pressió dinàmica.
Incorporant pantalles sobre les finestres davanteres per evitar l’embutiment de les finestres laterals, enviant l’aigua cap al sostre.

En qualsevol cas les mesures adoptades per afavorir l’aerodinàmica, no han de perjudicar d’altres aspectes com:

Garantir una adequada distancia al terra
Evitar que s’embrutin les llunes lateral i posterior
Assegurar unes dimensions adequades per la reixeta frontal del radiador, (refrigeració i climatització)
Disposar de flux d’aire per refrigerar els frens
Disposar de retrovisors de dimensions funcionals

Túnels de vent de circuit obert
Es basen en el túnel d’Eiffel, on el principi bàsic radica en un tub obert que succionna l’aire i el torna a l'atmosfera per l’altre extrem. la velocitat de l'aire en la superficie del objecte augmenta falsejant els resultats, ja que la velocitat és un factor determinant en el càlcul
En el túnels oberts, les parets retrocedeixen per evitar aquest fet

Túnels de vent de circuit tancat
En aquests casos, la massa d’aire, una vegada en moviment, solament és necessari, mantenir la velocitat reduint d’aquesta forma l’energía consumida
dues càmeres d’assaigs per velocitats elevades i corrents estretes i l’altra per velocitats baixes i assajos climàtics.

Efecte Doppler: consisteix en la variació de la freqüencia de qualsevol ona emesa per un objecte en moviment.

Anemòmetre: aparell que serveix per mesurar la velocitat del vent.

Velocímetre d’imatges de partícules: aparell que serveix per mesurar la velocitat d’una partícula efectuant dues fotografies desfasades en el temps i mesura la seva posició, i per tant la seva velocitat. Utiliza un làser

Termògraf infraroig: aparell que recull dades sobre la temperatura.

Disposa d’una bascula dinamomètrica giratoria de fins a 24000 N, dotada de set sensors per calcular forces en els tres eixos
Tmbe disposen de terres en moviment per a que el vehicle pugui estar en moviment (rodes) i poder donar resultats més precisos.
Utilitza uns pigments sintètics en el fluixos d’aire

Aeroacustic: la finalitat és investigar sobre les fonts de soroll del vehicle i poder reduir-les, s’ha de discriminar el soroll operacional del propi túnel degut a les altes velocitats de lfux que es poden aconseguir (300 km/h)
Tèrmic: la finalitat és simular situacions de temperatures i velocitats de vent molt elevades per poder investigar sobre rendiment i dimensionat dels sistemes de climatització i confort i rendiment del motor
Climàtic: permet reproduir condicions climàtiques com fred de fins a -24º, neu, gel, calor extrem, pluja,etc.. A fi d’investigar sobre la resposta del prototip davant aquest circumstàncies.

En els xocs frontals es busca optimitzar els reforços d'estructura i mitjans de retenció adequats.
En els xocs laterals s’intenta evitar la instrusió en l’habitacle
En les bolcades, s’intenta limitar les deformacions del habitacle per aixafament
En els xocs posteriors s’estudia els reposacaps, el dipòsit de combustible i les seves canonades

Els aspectes que ha de superar el vehicle en aquesta prova són:
no ha d’obrir-se les portes ni bloquejar-se
Després de la col·lisió s’haurà de poder obrir almenys una porta davantera y una posterior amb una força de 60 N màx i s’ha de poder abatre els seients enrere.
El desplaçament del volant no será superior a 80mm cap a dalt i a 100mm cap enrere
Durant la col·lisió no es pot desprendre cap peça que pugui augmentar el risc d'impactar contra l’ocupant
Solament es poden produir fugues de combustible de l’orde de 0,5g/s

Una vegada finalitzat el xoc, l’habitacle ha de quedar intacte, fonamentalment:

La zona de la paret frontal (columna de direcció desplaçada, panell d’instruments, pedals i contracció de l’espai per als peus)
El terra (enfonsament o inclinació dels seients).
La paret lateral (obertura de les portes després de l’accident)

Lateral
el requisits que han de superar són similars als d’impacte frontal.
Les zones dels cos afectades són:
-Cap: segons criteri HIC 36
-Coll: tensió, extensió i força tallant
-Torax: compressió i criteri viscos
-Abdomen: força abdominal total
-Cintura: força púbica.

Els punts estructurals resistents es centren en la resistència de les unions superiors i inferiors dels pilars i la fixació de les portes als muntants, la capacitat de càrrega de les barreres del pis i portes i la del seient.

Posterior
En aquest cas l’habitacle ha de deforma-se mínimament , les portes han de poder obrir-se, la tapa de maleter no ha de introduir-se dins l’habitacle a través de la lluneta posterior i el sistema de combustible no a de sofrir alteracions.

Prova de bolcada
Es llença el vehicle 50 km/h inclinat.
També es realitzen tests estàtics de compressibilitat o aixafament a di d’analitzar la resistència de l’estructura.

Prova de prevenció contra el risc d’incendi
Es sotmet el vehicle a una prova de bolcada estàtica per assegurar la desconnexió dels elements elèctrics i electrònics i l’estanquitat del sistema de combustible.

Prova atropellament de vianants
Col·lisió entre el vehicle a 40 km/h i maniquí de mida adulta i de nen, per determinar la afectació que té la forma davantera front els danys ocasionats amb la finalitat de introduir i/o millorar sistemes de seguretat contra vianants

La seva construcció (Hybric III) són d’acer per al seu esquelet, y de goma per tot lo que envolta; el cap és d’alumini amb un tipus de goma similar al de la carn humana a més incorpora masses suspeses per simular les vísceres humanes

Existeixen dummies específics per a impactes lateral (SID i ES-2), que estan equipats amb sensors a les costelles, columna vertebral i òrgans interns.

Per les proves d’impactes posteriors s’utilitzen els BioRID i el CRABI (nen) per a proves de funcionament del cinturó i airbag.

Incorporen una sèrie de sensors, acceleròmetres, equips de gravació de dades repartits per tot el cos, que donen informació d’acceleracions, forces, compressions, flexions, traccions, etc…

En alguns casos pinten diferents zones del cos (tarjets) per estudiar quina zona o quantitat d’aquesta ha estat en contacte amb els diferents elements.

“dummies” digitals anomenats NUM

Tot laboratori ha de contenir:
Equip de guiatge del vehicle.
Equip de vídeo/fotografía.
Equip d’il·luminació.
Equips d’impacte: murs, vagonetes, plataformes de bolcada, etc…
Cabina de comandament.
Cabina de mesurament.

Calibratge dels dummies
Col.locació dels targets o pintats de les zones determinades d’estudi
Instal.lació dels elements de mesurament i registre
Situar els dummies en els seients correctament.
Connectar l’equip d'enllumenat i l’equip de gravació d’imatge.
Col·locar el vehicle sobre la llançadora.
Fase d’impacte.

Bastidor: estructura formada per bigues o llargues d’acer units per travesses soldades, cargolades o reblonades, disposades perpendicularment a les bigues o de forma obliqua, en ell s'instal·la, la transmissió i propulsor, la carrosseria, eixos…
Obté una gran resistència mecànica y absorbeixen les flexions i torsions que es puguin produir.

Carrosseria: és la part externa del vehicle i no te funcions de resistència estructural. Va muntada amb unions roscades al xassís (bastidor amb tots els elements mecànics incorporats).
Amb aquest tipus de configuració independent s’aconsegueix:
Gran robustes i resistència per transportar càrregues.
Alta rigidesa.

Inconvenients:
Augment del pes del vehicle.
Menys control sobre les zones de deformació.
Centre gravetat més alt.
Major cost de fabricació.

En escala (en H): dos llargues o bigues normalment paral·leles de capa laminada o embotida i soldada, unides per travesses.
Antigament els més utilitzats, actualment destinats en camions i furgons lleugers.

De columna (en X): aquest tipus s'uneix part davantera i posterior per una única biga central, fent una forma de rellotge de sorra. La forma ve donada per contrarestar els punts de torsió elevada, la travessa davantera es molt rígida per servir de suport a la suspensió i direcció.

Perimètric: ofereixen més protecció en cas d’impacte lateral, estan configurats de forma escalonada davants i darrera, de forma que en cas d’impacte absorbeixen part de l’energia.
Les travesses posteriors estan dissenyats per absorbir en cas d’impacte posterior.
En cas d’impacte lateral el llarguer o biga, impedeix la intrusió de la carrosseria.
Tubular: estructura d’elevada rigidesa i lleugera. S’utilitza en competició bàsicament, en que la carrosseria exterior es simplement estètica i aerodinàm

Similar a l’anterior però amb la diferencia en que incorpora una sèrie de planxes que formen una base de suport a les parts mecàniques i la carrosseria.

La carrosería pot anar unida amb elements roscats (aletes, portes…), soldada o reblonada (menys pes)

La configuració més utilitzada en l’actualitat. Consisteix en una caixa de xapa de diferents gruixos (entre 2,5 i 0,7mm) i formes, capaç de suportar esforços mecànics i a si mateixa i als elements mecànics que es fixin sobre ella.

L'estructura ha de proporcionar al vehicle:

Resistència adequada a les sol.licitacions dinàmiques de flexió i torsió
Resistència necessària a les càrregues estàtiques (pes del vehicle, ocupants, equipatge,..)
La forma externa característica
La base per incorporar directament tots els elements mecànics i elèctrics

Gran rigidesa, estabilitat i lleugeresa
Facilitat de fabricació en sèrie
Centre de gravetat més baix
Mes econòmiques degut al alt grau

Carrosseria autoportant amb elements desmuntables: dissenyada de forma que les peces amb més freqüència de sofrir cops, siguin fàcilment substituïbles (portes, aletes, capós, tapes maleters…)

Carrosseria autoportant monocasc soldada: dissenyada de forma que les peces desmuntables siguin les menors possibles (capó, portes i tapa maleter), de forma que la resta de peces van soldades, contribuint en la resistència de la carrosseria, l’inconvenient serà la reparació.

Carrosseria autoportant amb elements desmuntables: dissenyada de forma que les peces amb més freqüència de sofrir cops, siguin fàcilment substituïbles (portes, aletes, capós, tapes maleters,...)

Les peces que la constitueixen poden agrupar-se en dos classificacions depenent de la funció que tinguin, segons la posició que tinguin i segons la fixació dels elements externs.

Funció: elements estructurals i elements de revestiment
Posició: elements externs i elements interns
Fixació: elements fixes (soldats, encolats…) i elements amovibles.

A nivell general la carrosseria esta formada per dos conjunts, subestructura (basament) i superestructura (habitacle)

Les peces que van unides poden ser molt nombroses, els conjunts es poden diferenciar en panells exteriors, estructura davantera, estructura central, i posterior i estructura del pis.

El coneixement del nom dels conjunts o peces és necessari per la cerca en manuals o interaccionar amb d’aletes professionals, aquest coneixement ve dificultat degut a:

No tots els vehicles tenen el mateix nombre de peces.
Les mateixes peces, depèn del fabricant, tenen noms diferents.
Una mateixa peça pot ser un element simple o formar part d’algun conjunt.