Notas
 
Instituto Mexicano del Transporte
Publicación bimestral de divulgación externa

NOTAS núm. 62, enero-febrero 2002, artículo 3
Comportamiento dinámico de vehículos terrestres.
 

Hoy en día, el estilo de vida moderno ha hecho imprescindible el uso de los vehículos automotores de transporte, ya sea para desplazar personas o trasladar bienes. La evolución que los vehículos terrestres autopropulsados han sufrido desde su creación, en 1769, hasta nuestros días, ha ido más allá de la simple estética o el confort, que, sin que estas características sean menospreciadas, no constituyen un indicador de la forma en que el vehículo puede ser conducido.

Normalmente, el usuario de un vehículo evalúa su funcionamiento de una manera parcial, anteponiendo el confort, la estética, la “potencia” y la capacidad de carga, al resto de las características del vehículo. Sin embargo, un vehículo de autotransporte es un sistema complejo, cuyo comportamiento es el resultado de la interacción entre diversos dispositivos y elementos, que muchas veces el usuario común no conoce.

Desde un punto de vista técnico, el comportamiento dinámico de un vehículo terrestre puede ser descrito en términos de tres grupos de características, a saber: de su desempeño mecánico, de su manejabilidad y de la calidad o confort de viaje. El desempeño de un vehículo normalmente está asociado con las capacidades de acelerar, de desacelerar, de tracción y para vencer obstáculos y resistencias al movimiento. Las cualidades de manejabilidad se refieren fundamentalmente a la respuesta del vehículo a las acciones del conductor y a la capacidad para estabilizar su movimiento cuando se presenta una perturbación externa. Las características de confort se relacionan principalmente con la vibración del vehículo producida por las irregularidades del camino y su efecto sobre los pasajeros y la carga transportada.

Desempeño mecánico.

El desempeño mecánico de un vehículo depende en gran medida de sus fuentes de energía, de los dispositivos para su transmisión, de la forma en que se transmite para desarrollar la tracción en las ruedas (como generador del movimiento) y de los mecanismos para desacelerar el vehículo. De esta manera, en este grupo de características se incluyen la eficiencia del tren de potencia y los requerimientos para vencer las fuerzas de resistencia al movimiento, tales como las resistencias de inercia, fuerzas de ascenso en pendiente, la resistencia al rodamiento, la resistencia aerodinámica y otras resistencias ambientales; además, toma en cuenta la capacidad de frenado del vehículo.

Calidad de viaje o confort.

La calidad de viaje está relacionada con la sensación que desarrolla el pasajero cuando un vehículo está en movimiento. El confort que puede proporcionar un vehículo está estrechamente ligado con la forma y amplitud en que las vibraciones se transmiten desde las fuentes de excitación (carretera, viento, sistemas y componentes en movimiento del vehículo) hacia el objeto transportado o los pasajeros, a través de sus diferentes sistemas, como las llantas y ejes, mecanismos de suspensión, chasis y elementos de soporte y alojamiento de la carga y de los individuos. Además de la vibración mecánica, el confort considera también vibraciones visuales (percepción del movimiento de objetos al ser enfocados por el ojo) y la vibración auditiva o ruido. Estos tres tipos de vibración están usualmente tan interrelacionados, que puede ser difícil considerar cada uno de manera separada. Así, el entorno de vibración es uno de los criterios más importantes a través del cual la gente juzga la calidad del diseño y la construcción de un vehículo. Puesto que es un juicio de naturaleza subjetiva, genera enormes dificultades para el desarrollo de objetivos ingenieriles enfocados a la definición de la calidad de viaje, como un modo de desempeño del vehículo.

Manejabilidad.

De estos tres grupos de características, la manejabilidad se asocia directamente con la estabilidad del vehículo. El término estabilidad se refiere al comportamiento o condición en el que un fenómeno se desarrolla y que puede ser predecible, generando un patrón de permanencia periódico y repetible. En otras palabras, la estabilidad de un sistema se refiere a aquellas pequeñas desviaciones de las posiciones de equilibrio, que no se apartan mucho de éstas. De acuerdo a este concepto, la inestabilidad se refiere a cambios repentinos en el comportamiento estable, o a las desviaciones crecientes de las posiciones de equilibrio, lo que se relaciona con estados transitorios (fuertemente dependientes del tiempo), debido a las perturbaciones que originan esos cambios. Así, los estudios de estabilidad frecuentemente se enfocan implícitamente a estudios de inestabilidad, por ser los estados transitorios la respuesta directa a esas perturbaciones, que describen los comportamientos bruscos o inesperados, de acuerdo a las condiciones bajo las cuales se aplican tales perturbaciones. Una grave manifestación de inestabilidad lateral de un vehículo es la volcadura.

Participación de sistemas y componentes.

Es indudable que en la definición de las características anteriores, las llantas tienen una gran participación. Dentro de las funciones de estos componentes en el vehículo, se cuentan la de soportar su peso, atenuar el efecto de la rugosidad del terreno sobre el vehículo, desarrollar y proporcionar la tracción para el movimiento y, además, proporcionar un control direccional. El comportamiento dinámico de un vehículo tiene una dependencia significativa de las propiedades mecánicas de las llantas utilizadas.

Otros sistemas mecánicos cuya participación en el comportamiento del vehículo es preponderante, son el sistema de suspensión y el sistema de dirección. De manera particular, las propiedades del sistema de suspensión tienen un efecto en el comportamiento cinemático (de movimiento) y en la respuesta a las fuerzas y momentos que el sistema de suspensión debe transmitir de las ruedas al chasis del vehículo. En el caso del sistema de dirección, su función es encauzar el avance del vehículo, comúnmente a través de las ruedas delanteras, en respuesta a las acciones del conductor, con objeto de proporcionar un control direccional.

Cada uno de los sistemas y componentes del vehículo poseen características que, de manera directa o indirecta, proporcionan en conjunto la respuesta global del comportamiento dinámico del vehículo. Similarmente, cada conjunto de características está asociado a un conjunto de parámetros para su determinación y evaluación. El conocimiento del efecto y la variación de cada uno de estos parámetros, puede ser utilizado para el entendimiento, el diseño, la construcción y el desarrollo de vehículos, además de su operación, actividades todas que en su conjunto afectan la productividad y la seguridad al utilizar los vehículos terrestres como medios de transporte. Así, el comportamiento dinámico de un vehículo representa los resultados de las interacciones entre el conductor, el vehículo y el medio ambiente.


Manuel de Jesús Fabela Gallegos, Investigador del IMT
David Vázquez Vega,  Investigador del IMT
Andrés Hernández Guzmán,  Investigador del IMT
José Ricardo Hernández Jiménez, Investigador del IMT
Pablo Rodrigo Orozco Orozco, Investigador del IMT

 

 
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