diseño de un chasis tubular para un monoplaza e instalación de

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI)
GRADO EN INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA
ESPECIALIDAD MECÁNICA
DISEÑO DE UN CHASIS TUBULAR PARA UN
MONOPLAZA E INSTALACIÓN DE UN MOTOR
EN EL CHASIS
Autora: Inés Camacho Erice
Director: Philippe Boutin
Coordinador : Jesús Jiménez Octavio
Madrid
Julio 2016
AUTORIZACIÓN PARA LA DIGITALIZACIÓN, DEPÓSITO Y DIVULGACIÓN EN RED
DE PROYECTOS FIN DE GRADO, FIN DE MÁSTER, TESINAS O MEMORIAS DE
BACHILLERATO
1º. Declaración de la autoría y acreditación de la misma.
El autor D. Inés Camacho Erice
DECLARA ser el titular de los derechos de propiedad intelectual de la obra: Diseño del chasis de
un monoplaza e implantación del motor en un chasis, que ésta es una obra original, y que ostenta la
condición de autor en el sentido que otorga la Ley de Propiedad Intelectual.
2º. Objeto y fines de la cesión.
Con el fin de dar la máxima difusión a la obra citada a través del Repositorio institucional de la
Universidad, el autor CEDE a la Universidad Pontificia Comillas, de forma gratuita y no exclusiva,
por el máximo plazo legal y con ámbito universal, los derechos de digitalización, de archivo, de
reproducción, de distribución y de comunicación pública, incluido el derecho de puesta a disposición
electrónica, tal y como se describen en la Ley de Propiedad Intelectual. El derecho de transformación
se cede a los únicos efectos de lo dispuesto en la letra a) del apartado siguiente.
3º. Condiciones de la cesión y acceso
Sin perjuicio de la titularidad de la obra, que sigue correspondiendo a su autor, la cesión de
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internet y hacerla accesible; incorporar metadatos para realizar el registro de la obra e
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incluyendo el derecho de reproducir y almacenar la obra en servidores, a los efectos de
garantizar su seguridad, conservación y preservar el formato.
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f) Asignar por defecto a estos trabajos un HANDLE (URL persistente).
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b) Comunicar y dar publicidad a la obra en la versión que ceda y en otras posteriores a través
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personas en relación con la obra y, en particular, de reclamaciones relativas a los derechos
de propiedad intelectual sobre ella.
5º. Deberes del autor.
El autor se compromete a:
a) Garantizar que el compromiso que adquiere mediante el presente escrito no infringe ningún
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de derechos derivada de las obras objeto de la cesión.
6º. Fines y funcionamiento del Repositorio Institucional.
La obra se pondrá a disposición de los usuarios para que hagan de ella un uso justo y respetuoso
con los derechos del autor, según lo permitido por la legislación aplicable, y con fines de estudio,
investigación, o cualquier otro fin lícito. Con dicha finalidad, la Universidad asume los siguientes
deberes y se reserva las siguientes facultades:

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La Universidad informará a los usuarios del archivo sobre los usos permitidos, y no
garantiza ni asume responsabilidad alguna por otras formas en que los usuarios hagan un
uso posterior de las obras no conforme con la legislación vigente. El uso posterior, más allá
de la copia privada, requerirá que se cite la fuente y se reconozca la autoría, que no se
obtenga beneficio comercial, y que no se realicen obras derivadas.
La Universidad no revisará el contenido de las obras, que en todo caso permanecerá bajo
la responsabilidad exclusive del autor y no estará obligada a ejercitar acciones legales en
nombre del autor en el supuesto de infracciones a derechos de propiedad intelectual derivados
del depósito y archivo de las obras. El autor renuncia a cualquier reclamación frente a la
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de las obras.
La Universidad adoptará las medidas necesarias para la preservación de la obra en un futuro.
La Universidad se reserva la facultad de retirar la obra, previa notificación al autor, en
supuestos suficientemente justificados, o en caso de reclamaciones de terceros.
Madrid, a 18 de Julio de 2016
ACEPTA
Fdo
Motivos para solicitar el acceso restringido, cerrado o embargado del trabajo en el Repositorio
Institucional:
Declaro, bajo mi responsabilidad, que el Proyecto presentado con el título
Diseño del chasis de un monoplaza e instalación del motor en el chasis
en la ETS de Ingeniería - ICAI de la Universidad Pontificia Comillas en el
curso académico 2015-2016 es de mi autoría, original e inédito y
no ha sido presentado con anterioridad a otros efectos. El Proyecto no es plagio de
otro, ni total ni parcialmente y la información que ha sido tomada
de otros documentos está debidamente referenciada.
Fdo.: Inés Camacho Erice
Fecha: 18/ 07/ 2016
Autorizada la entrega del proyecto
EL DIRECTOR DEL PROYECTO
Fdo.: Philippe Boutin
Fecha: ……/ ……/ ……
Vº Bº del Coordinador de Proyectos
Fdo.: Jesús Jiménez
Fecha: ……/ ……/ ……
DISEÑO DE UN CHASIS TUBULAR PARA UN MONOPLAZA E
INSTALACIÓN DE UN MOTOR EN EL CHASIS
Autora: Inés Camacho Erice
Director: Philippe Boutin
Coordinador : Jesús Jimenéz Octavio
RESUMEN DEL PROYECTO
1. Introducción
Se trata de un proyecto realizado en dos etapas: la primera consiste en el diseño del chasis
de un monoplaza, la segunda, en la implantación de un motor de una moto Aprilia Mana 850
en un chasis ya construido (proporcionado por Marc Azra, creador del proyecto Formule A).
Ambos proyectos, originalmente independientes, pero relacionados entre sí, han sido
propuestos por la universidad de l´École Centrale Paris como proyecto innovación por mi
director de proyecto, Philippe Boutin. La primera parte se desarrolló durante el primer
cuatrimestre, con un equipo de 5 miembros, constituyendo así uno de los cuatro sectores del
proyecto: dinámica, motor, ‘management’, estructura o chasis, éste último, del que formé
parte (cada sector estaba formado por 5 miembros).
Para el diseño de un monoplaza, se siguieron las indicaciones y reglas impuestas por la
competición Formula Student Series (FSAE) [3]. Ésta es la competición automóvil más
grande de Europa, gestionada por el Instituto de Ingenieros Mecánicos.
En el presente proyecto, aunque no se construyó el vehículo, debido a la falta de presupuesto,
sí que se desarrollarán test sobre los diseños en programas de ordenador (CAO: NX 10.0 de
Siemens) como, por ejemplo, aquellos destinados a comprobar la resistencia del chasis,
estudiando deformaciones y desplazamientos, además de los puntos críticos del chasis.
Respecto a la segunda etapa, se abandonó el contexto de FSAE y se colaboró con Marc Azra
y su equipo del proyecto Formule A. Formule A es una empresa creada por Marc Azra, que,
junto con su equipo, construyen vehículos cuyo concepto se sitúa entre un kart y un
monoplaza, para, posteriormente, alquilarlos (generalmente destinados al público joven,
mayores de 14 años). El trabajo consistió en la extracción del motor de una moto y la
posterior implantación del mismo en el chasis proporcionado por Formule A para lograr
poner en marcha el vehículo, realizando las modificaciones necesarias tanto en el chasis
como en la moto y la realización de la conexiones pertinentes.
2. Metodología
Con el proyecto, se quiere llevar a cabo el diseño y estudio del chasis de un monoplaza,
respetando las reglas de la competición FSAE. En concreto, se realizaron distintos
procedimientos, que serán detallados en los puntos siguientes, para atender a unos objetivos
concretos:
I) Diseño del chasis
Diseño chasis 3D
Rendimiento del vehículo: peso ligero, gran resistencia
Se busca que el monoplaza, de construirse y participar en la competición, tuviera las mejores
características aerodinámicas. Esto implica, conseguir la mayor velocidad y un buen sistema
de arranque-frenada-aceleración. Para ello, se realizó un análisis de las cargas que soportará
el coche (intentando que el conjunto sea lo más ligero posible) y un estudio de la caja de los
pedales. Es de igual importancia la resistencia del chasis, ya que tiene que soportar todas las
cargas que alberga el vehículo al ser sometido a distintas pruebas estáticas y dinámicas (de
arranque, frenada, curva, aceleración y remolque). El análisis de las cargas que actúan sobre
el chasis permitirá estudiar la flexión que se ejerce sobre el mismo. La rigidez a la torsión se
estudiará con el diseño en software (CAO), comprobando así las deformaciones y tensiones
sobre el monoplaza. Se realizará un estudio de las interacciones entre el chasis y el resto de
elementos, como el sistema de frenos, las suspensiones y el motor. Cuanto más ligero sea el
monoplaza, menor será su consumo y la potencia suministrada por el motor se optimizará.
El objetivo reside en lograr un balance entre rigidez y peso (al aumentar la rigidez, aumenta
también el peso), para lo cual se buscarán las dimensiones de los tubos que mejor permitan
dicho balance.
Correcta posición del piloto
El piloto es el elemento clave, ya que es el cual va a tener que conducir el vehículo y lograr
los mejores resultados. Su posición será determinada siguiendo los criterios de confort y
rendimiento. Un test ergonómico en 3D será realizado para determinar dicha posición y, así,
las dimensiones de la cabina del mismo.
Los mencionados objetivos contribuyen a que el diseño y concepción del vehículo se realice
de tal modo que, de construirse y participar en la competición, obtuviera los mejores
resultados en las pruebas mencionadas en la introducción.
II) Implantación del motor en el chasis
Desmontaje
Extracción del motor de una moto Aprilia Mana 850 y su preparación para poder ser
arrancado. Determinación de las conexiones necesarias con las distintas partes del chasis.
Moto Aprilia Mana 850
Montaje
Implantación del motor en el chasis. Para ello se procedió a modificar el chasis suministrado
por Formule A (cortar, soldar, añadir los elementos necesarios,…) para que el motor entrara
en él, se fijara al chasis y fuera conectado con los distintos elementos del vehículo.
El principal problema planteado fue gestionar el nivel de peso/potencia, teniendo 5 Kg por
CV, lo cual daría lugar a un pedal sensible. Esto implica que al presionar el acelerador, el
motor suministraría mucha potencia en comparación al peso del chasis en el que será
instalado. Se pretenderá encontrar una solución a dicho problema.
Arranque del vehículo
Una vez realizadas todas las conexiones entre el motor y el chasis, se pudo poner en marcha
al vehículo, conservando un video de su puesta en marcha. Por último, se colocó la carrocería
sobre el chasis. Ésta consiste en una estructura metálica que sirve para que el resto de
elementos vayan sujetos a ella, oculta el chasis y las cargas que soporta. Su principal función
es la de absorber la energía ante un impacto, impidiendo que se deforme la cabina del piloto.
3. Resultados y conclusiones
El objetivo del proyecto partió del estudio de la estructura de un monoplaza, estudiando en
concreto las normas establecidas por la competición de Formula SAE. Se tenía como
propósito último presentarse a la competición organizada por FSAE, para lo cual había que
diseñar el vehículo, partiendo de la estructura y añadiendo posteriormente los demás
elementos (de los cuales se encargaban el resto de sectores). Para ello se utilizó el programa
de software de CAO: NX 10.0 de Siemens.
Los estudios realizados se llevaron a cabo para asegurar el confort del conductor, al mismo
tiempo que el monoplaza obtendría los mejores resultados durante una carrera o en las
distintas pruebas que desarrollara.
Primero se llevó a cabo el estudio de la posición del piloto (con la realización de un test
ergonómico), que influye en gran medida en la localización del centro de gravedad global
del monoplaza, ya que es una de las cargas de mayor peso. A continuación, los diseños en
CAO permitieron realizar un estudio detallado de las deformaciones y desplazamientos que
se producirían al aplicar fuerzas externas sobre el chasis que originarían una torsión. Se llegó
a la conclusión de que las zonas sometidas a mayores esfuerzos serían la parte alta de los
arcos principal y frontal, así como las abrazaderas de dichos arcos. Es por ello que la
normativa de la competición es tan exigente en lo que a estas estructuras respecta. También
se pudo observar que al colocar placas protectoras se reducirían dichas deformaciones (de
0,799 mm sin placas a 0,533 mm con ellas) y esfuerzos (0,06 MPa/mm2 a 29,63 MPa/mm2).
Estos estudios, junto con las dimensiones de los tubos, permitieron realizar un balance entre
peso y rigidez para determinar el óptimo del vehículo diseñado, comprobando que al
aumentar la rigidez, aumenta el peso. Variando los distintos parámetros se comprueba que
al aumentar el diámetro (manteniendo constante el espesor) la rigidez y el peso aumentan, y
viceversa. Se prestó especial atención en la determinación de las dimensiones de los tubos
que sufren mayor deformaciones y desplazamientos (como los arcos principal y frontal), de
acuerdo a los resultados obtenidos anteriormente en CAO.
Para concluir, se estudió la interacción entre el chasis y los demás elementos que intervienen
en el monoplaza. Estableciendo las reacciones ejercidas en los puntos de fijación del chasis
con el motor (obteniendo unas reacciones en los puntos de fijación) y en las ruedas cuando
el vehículo está parado y cuando está en movimiento (hay vibraciones). Se concluye de dicho
estudio que el peso que debe soportar el vehículo al moverse a gran velocidad es superior a
la reacción producida por la masa suspendida en estática, debido a las vibraciones a las que
se somete. Siendo este valor, calculado para las ruedas delanteras, de 4,71 veces la carga al
moverse a gran velocidad. La fuerza máxima ejercida en las ruedas delanteras cuando hay
vibraciones (a gran velocidad, de 27 m/s) es de 3.000 N y la reacción cuando el monoplaza
está en reposo de 636,03 N.
El material se eligió con el objetivo de obtener un gran factor de seguridad del vehículo.
Siendo la capacidad máxima del sistema (con acero E370) de un valor de 305 MPa, el
vehículo podría soportar 4,38 veces el requerimiento real al que será sometido. El valor
numérico es coherente con los requisitos mínimos que impone la normativa. Para los
amortiguadores el factor de seguridad mínimo es de 2, en caso de choques, dicho valor será
de 3. Al ser un vehículo de carreras, es imprescindible que tenga una capacidad considerable
superior a la real, debido a posibles problemas o accidentes que puedan suceder durante la
carrera.
Con los datos de las dimensiones de los tubos y el material elegido, el coste total de los tubos
se estimó de 24,02 €, lo cual demuestra que el chasis tubular resulta económico.
Como se expuso anteriormente, el proyecto no pudo concluirse dada la falta de presupuesto,
por lo que no se construyó el monoplaza. Por ello, se decidió continuar el proyecto con una
parte práctica que fue propuesta por mi jefe del proyecto de FSAE. Recuperamos una moto
Aprilia Mana 850 que había sufrido un accidente con el propósito de extraer y acondicionar
el motor para implantarlo en un chasis ya construido, sobre el cual debíamos realizar ciertas
modificaciones. Fue de gran interés trabajar con el motor, ya que al identificar los elementos
electrónicos se profundizó en el funcionamiento del mismo. Además, esta segunda parte
permitió aplicar y ampliar el estudio de la caja de los pedales realizado en la primera parte.
Se añadió, concretamente, una mejora electrónica realizando un código Python para
determinar la posición del acelerador según el modo de conducción elegido (de un
principiante, aficionado o profesional). Para cada uno de dichos modos, la posición del
acelerador determina el ángulo de apertura de la válvula del tanque de combustible. Esta
solución respondió al problema planteado entre peso/potencia, ya que el motor tenía una
potencia de 110 CV para un peso del chasis del monoplaza de 500 Kg (vehículos de potencia
similar rondan los 1500 Kg, como ocurre con un Peugeot 208), lo cual hacía que el pedal del
acelerador fuera sensible, abriendo demasiado la válvula del tanque de combustible para lo
que realmente se necesitaba.
Todo ello aportó un gran aprendizaje en el dominio del sector automóvil, partiendo de una
documentación de carácter técnico que hubo que comprender para poder desarrollar el
vehículo. Se aprendió a saber contrastar y tomar decisiones según los resultados obtenidos,
así como a un mayor control del software sobre el que se trabajó. Así mismo, fue clave la
colaboración entre todos los sectores involucrados en el proyecto.
DESIGN OF A RACE CAR´S TUBULAR CHASIS AND
INSTALLATION OF AN ENGINE IN THE CHASIS
Author: Inés Camacho Erice
Director: Philippe Boutin
Coordinator : Jesús Jimenéz Octavio
SUMMARY OF THE PROJECT
1. Introduction
The project was developed in two stages: the first one consisted on the design of the chassis
of a race car; the second, in the installation of an engine in a motorcycle Aprilia Mana 850
in an existent chassis (given by Marc Azra, the creator of Formule A´s project). Both of
them, originally independent, but related, were proposed by École Centrale University of
Paris as innovation project by my project´s director, Philippe Boutin. The first part was
developed by a group of 5 members, being the whole team composed by 20 people, my
group was in charge of the chassis. The others sectors were dynamics, engine and
management.
The regulation stablished by FSAE were followed while designing the race car. FSAE is the
biggest vehicle contest, hosted by the Institute of Mechanical Engineers.
In the project, although the construction of the vehicle didn´t occur, due to the lack of budget,
computer design tests were carried out by means of CAO: NX 10.0 de Siemens, to determine
the resistance of the chassis and the deformations and displacements, as well as the critic
points in the chassis.
In the second phase, we collaborated with Marc Azra and his team of his company Formule
A. It´s a company created to build vehicles which concepts is between a kart and a race car,
with the aim to rent them to children. The work developed consisted on the extraction of the
motorcycle engine and its later installation on the chassis of Formule A, making
modifications both in the chassis and engine when required, and stablishing the electronic
connections between them.
2. Metodology
With the project, we want to develop the design and study of the chassis. In particular, the
following procedures were developed:
I) Chassis design
Design chassis 3D
Performance of the vehicle: light weight with great endurance.
Our aim was for our single seater car, in case of construction and consequential participation
in the competition, to possess the best aerodynamic characteristics possible. This implies
obtaining the highest speed and a good start, stop and acceleration systems. With these goals
in mind, a test to determine the loads that the car will have to bear (striving for the set to be
as light as possible), and a study on the pedal box were effectuated. In regards to this aspect,
the resistance of the chassis is also a key factor that must be taken into account, as it has to
endure with the loads that come from all the static and dynamic exams (start, stop, curves,
acceleration and towing). The analysis of the strain and stresses suffered by the vehicle was
performed with the aid of a computer program, attempting to have the highest resistance
with the lightest weight, the lighter our single seater is the less petrol consumption we will
have.
Besides that, the power supplied by the motor will be optimized.
Our objective was to achieve the correct balance between stiffness and lightness (as the
system becomes stiffer the weight is increased proportionally), and for that we used the
dimensions of the tubes that achieve this balance.
Optimal positioning of the pilot.
The pilot is of the utmost importance as it will be the one in charge of driving the vehicle
and getting the best results. His position will be decided by the balance of the criteria of
comfortability and efficiency. An ergonomic test will be executed in 3d to determine the
final position of the cockpit and its dimensions.
The aforementioned objectives direct the design and concept of the vehicle, so as to in case
of taking part in a competition, it would be guaranteed to achieve the best results in the
aforementioned tests.
II) Installation of the motor in the chassis
Disassembly
The motor was extracted from an Aprilia Mana 850 motorcycle afterwards it was prepared
to be able to start it. We identified the necessary connections with the different parts of the
chassis.
Aprilia Mana 850 motorcycle
Assembly
Installation of the motor in the chassis. We proceeded to modify the chassis provided by
Formule A (cutting, welding, adding all the essential elements required) so that the engine
could be connected to the chassis. An objective was to improve the ratio between weight and
power (the engine had 110 CV for a weight of the race car´s chassis of 500 Kg), in order to
avoid an excessive waste of fuel. Otherwise, when a pilot would press the accelerator, a
considerable quantity of fuel, in comparison to the vehicle´s weight, would be provided. The
aim was to find a technical solution to solve this problem.
Start of the engine
Once effectuated all the connections between chassis and engine, it could be started. Lastly,
the bodywork was added to the chassis. This consists in a metallic structure that serves the
purpose of supporting the rest of the elements, concealing the chassis and the loads supported
by it. It´s main objective is to absorb the energy produced by an accident, preventing the
cockpit from deforming.
3. Results and conclusions
Our objective in this project arose from our research in the structure of a single seater race
car, in particular the rules established by the competition of formula SAE. What we hoped
to achieve was to take part in the FSAE competition, in order to do that, we had to design
this vehicle, beginning from the structure and adding afterwards all the other components
(which the other sectors were in charge of providing), with the software program CAO: NX
10.0 de Siemensd us
These studies were carried so as to assure the comfort of the driver, and at the same time that
the single seater would get the best results in a race or any kind of test it might take part in.
Firstly we started by studying which might be the best positioning for the cockpit (with the
execution of an ergonomic test), that has a huge influence in the location of the global gravity
center of our vehicle, as it is one of the loads with the highest weight. Thereafter, the designs
of CAO allowed us to effectuate a study on the deformations and rearrangements produced
by external forces in the chassis that cause torsions. It was concluded that the areas suffering
the biggest burdens will be the highest part of the principal and frontal arches, and it´s cleat.
This way the regulations of the competition are so demanding in regards to this structures.
It was observed that using protective plates reduced those deformations ( 0,799 mm without
them and 0,533 mm with them) and stresses (0,06 MPa/mm2 with them and 29,63
MPa/mm2 without them). This studies along with the dimensions of the tubes, allowed us to
reach a balance between weight and stiffness, so as to determine the optimal one in our
vehicle, proving that the stiffer it was the heavier it became.
Finally, we researched the interaction between the chassis and the rest of the components.
Determining the reactions in the points that the chassis is joined to the motor (obtaining a
reaction in the points fixed) and in the wheels when it is still and when it is moving fast (27
m/s), due to the vibrations occurred during the race. It could be concluded from this study
that the reactions in the wheels when the car is moving at 27 m/s are 4,71 times higher than
when the car is still. Being the maximum force at 27 m/s of 3.000 N and that when it´s still
of 636,03 N.
The material was chosen with the purpose of obtaining the maximum value of the security
factor that could be possible. Being the maximum capacity of the system (using steel E370)
305 MPa, the vehicle could stand 4,38 times the real requirement to which it will be
submitted. The numerical value is coherent with the minimum values imposed by the
security rules (2 in case of a damper´s failure, 3 in case of an impact). Due to possible
problems or accidents that could occur, it´s essential that the securirity factor is high.
Taking into account the dimensions of the chassis´s tubes, 24,02 € estimated as the total cost
for them, proving the economic efficiency of the tubular chassis.
As previously exposed, FSAE project didn´t end, as we didn´t present the car to the
competition race, however, we decided to continue with another project, Formule A,
remaining in the vehicle sector. The objective was to introduce the engine of a motocycle
Aprilia Mana 850 that had suffered an accident in the chassis of a race car. It was interesting
to work with the engine, so that we could deep into its characteristics. Besides, this second
phase allowed us to apply the theory learned during the first one, as well as to broden the
pedal box´s study. In particular, a technical solution was developed in order to solve the
disequilibrium between the power of the engine and the weight of the chassis. A Python code
was developed in order to control the angle of the fuel´s valve depending on the position of
the accelerator (when a pilot had pressed it). For a given force of a pilot into the accelerator,
the answer (vale´s opening) will be absorbed if the pilot is an inexpert one.
To sum up, all the study allowed a great learning of the vehicle´s sector. Starting from
technical documentation, we had to learn, interpret and contrast that information, as well as
coordinate with all the members of the team, in order to make decisions, depending on the
results obtained. Besides, we increased our knowledge in the software program used, as well
as the electronic elements of the engine.
ÍNDICE
Pág.
INTRODUCCIÓN
1.- Contexto…………………………………………………………………………………………………………………1
2.- Estado de la cuestión………………………………………………………………………………………………3
3.- Objetivos………………………………………………………………………………………………………………..5
PARTE I: DISEÑO DE UN CHASIS TUBULAR PARA UN MONOPLAZA
Capítulo 1.- Introducción del chasis……………………………………………………………………………..9
Capítulo 2.- Tipos de chasis…………………………………………………………………………………………11
Capítulo 3.- Normativa de la competición…………………………………………………………………..15
3.1.- Reglas generales……………………………………………………………………………….15
3.2.- Definiciones de los elementos del chasis…………………………………………..15
3.3.- Requisitos mínimos de los tubos……………………………………………………….17
3.4.- Arcos de seguridad…………………………………………………………………………..18
3.4.1.- Arco principal……………………………………………………………………….20
3.4.2.- Arco frontal………………………………………………………………………….21
3.4.3.- Tirantes del arco principal…………………………………………………….21
3.4.4.- Tirantes del arco delantero…………………………………………………..22
3.4.5.- Otros arcos de refuerzo y tubos laterales………………………………22
3.5.- Estructura frontal de impacto………………………………………………………….23
3.6.- Atenuador de impacto……………………………………………………………………..23
3.7.- Estructura de impacto lateral……………………………………………………………23
3.8.- Cabina del piloto………………………………………………………………………………24
3.9.- Equipamiento de los conductores…………………………………………………….25
3.10.- Caja de los pedales…………………………………………………………………………26
3.11.- Consideraciones sobre resistencia…………………………………………………27
Capítulo 4.- Análisis y resultados…………………………………………………………………………………29
4.1.- Estudio de las cargas ejercidas sobre el chasis……………………………………29
4.2.- Cabina del piloto……………………………………………………………………………….31
4.2.1.- Introducción………………………………………………………………………31
4.2.2.- Criterios sobre la posición del piloto……………………………………31
4.2.3.- Proceso del test ergonómico………………………………………………32
4.2.4.- Lisa de materiales del test………………………………………………….33
4.2.5.- Medidas…………………………………………………………………………….35
4.2.6.- Resultados…………………………………………………………………………37
4.2.7.- Conclusión del test…………………………………………………………….38
4.3.- Caja de los pedales……………………………………………………………………………40
4.3.1.- Introducción………………………………………………………………………40
4.3.2.- Análisis de las exigencias……………………………………………………40
4.3.3.- Interdependencias con el resto de sistemas………………………40
4.3.4.- Montaje……………………………………………………………………………..41
4.3.5.- Modelo propuesto……………………………………………………………..44
4.4.- Chasis: diseño y análisis de resultados………………………………………………46
4.4.1.- Wireframe………………………………………………………………………….46
4.4.2.- Proceso de diseño en software……………………………………………46
4.4.3.- Método de elementos finitos……………………………………………..49
4.5.- Interacción del chasis con otros componentes…………………………………52
4.5.1.- Sistema de frenado…………………………………………………………….52
4.5.2.- Sistema de suspensión……………………………………………………….58
4.5.3.- Unión motor-chasis……………………………………………………………64
4.6.- Elección del tubo para la construcción………………………………………………66
PARTE II: INSTALACIÓN DE UN MOTOR EN EL CHASIS
Capítulo 5.- Trabajos realizados………………………………………………………………………………….69
5.1.- Instalación del motor en el chasis…………………………………………………..69
5.2.- Adaptaciones sobre el chasis del monoplaza………………………………….69
Capítulo 6.- Motor………………………………………………………………………………………………………73
6.1.- Descripción del motor de trabajo……………………………………………………73
6.2.- Extracción del motor y desmontaje de piezas sobrantes…………………73
6.3.- Arranque del motor……………………………………………………………………….74
Capítulo 7.- Parte electrónica……………………………………………………………………………………..77
7.1.- Objetivos……………………………………………………………………………………….77
7.2.- Descripción de los componentes y conexiones………………………………77
7.2.1.- Potenciómetro……………………………………………………………………..77
7.2.2.- Labjack U3……………………………………………………………………………79
7.2.3.- Raspberry pi…………………………………………………………………………80
7.2.4.- Pololu…………………………………………………………………………………..80
7.3.- Procedimiento……………………………………………………………………………….81
CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS…………………………………………………………85
ANEXOS
A.1.- Lista de componentes electrónicos de la moto……………………………………………………87
A.2.- Conexión de los componentes……………………………………………………………………………90
A.3.- Especificaciones del Labjack U3………………………………………………………………………….91
A.4.- Especificaciones de la Raspberry pi…………………………………………………………………….91
A.5.- Código Python……………………………………………………………………………………………………92
A.6.- Explicación del código Python: Kart.py……………………………………………………………….93
BIBLIOGRAFÍA
Parte I……………………………………………………………………………………………………………….95
Parte II………………………………………………………………………………………………………………96
INTRODUCCIÓN
1.- Contexto
Se trata de un proyecto realizado en dos etapas: la primera consiste en el diseño del
chasis de un monoplaza (según la normativa de la competición de Formula Student
Series [1]), la segunda, en la implantación del motor de una moto Aprilia Mana 850 en
un chasis ya construido (proporcionado por Marc Azra, creador del proyecto Formule A
[2]). Ambos proyectos, originalmente independientes, pero relacionados entre sí, han
sido propuestos por la universidad de l´École Centrale Paris como proyecto innovación
por mi director de proyecto Philippe Boutin. La primera parte se desarrolló durante el
primer cuatrimestre, con un equipo de 5 miembros, constituyendo así uno de los cuatro
sectores del proyecto: dinámica, motor, ‘management’, estructura o chasis, éste último,
del que formé parte.
Para el diseño de un monoplaza, se siguieron las indicaciones y reglas impuestas por la
competición Formula Student Series (FSAE) [3]. Ésta es la competición del automóvil más
grande de Europa, gestionada por el Instituto de Ingenieros Mecánicos. Apoyada por la
industria, el deporte automovilístico e ingenieros de alto nivel, persigue desarrollar las
competencias de jóvenes ingenieros, emprendedores e innovadores.
El proyecto comenzó con el propósito de presentarse a la competición FSAE (FS), que
tendrá lugar este año en Alemania, en el mes de agosto. Finalmente, la construcción del
vehículo no se llevó a cabo, dada la falta de presupuesto, de modo que no se participará
en dicha competición. A pesar de ello, se siguieron las normas impuestas por la
competición para el estudio y diseño en software del chasis.
Imagen 1. Logo Formula Student (FSAE).
La primera edición de FSAE tuvo lugar en la Universidad de Texas, en Austin, en 1981.
En ella participaron 6 equipos y un total de 40 alumnos. Debido al éxito de la
competición, hoy en día existen 9 competiciones integrantes de la Formula Student
Series: Formula SAE en Michigan (EEUU), en California (EEUU), VIR en Virginia (EEUU),
Australia, Brasil, Italia, Reino Unido, Alemania, Austria y en Barcelona [4].
Todas ellas utilizan la misma normativa base original de la Formula SAE y llegan a
albergar hasta 120 equipos y más de 2.000 estudiantes. La competición consta de
diversas pruebas que se puntúan sobre un total de 1.000 puntos, las cuales se dividen
en eventos estáticos y eventos dinámicos. Los resultados de las competiciones son
1
recogidos y puntúan en el ranking mundial. En concreto, dichas pruebas son las
siguientes [5]:
Eventos estáticos
Presentación
Diseño
Análisis de costes
Eventos dinámicos
Skidpad
Aceleración
Autocross
Endurance
Consumo
Total
325
75
150
100
675
75
75
100
325
100
1.000
En nuestro caso, aunque no presentemos el vehículo a las distintas pruebas, al no
construirse el coche, se desarrollarán test sobre los diseños en programas de ordenador,
como por ejemplo, aquellos destinados a comprobar la resistencia del chasis.
Dada la gran dimensión del proyecto, es fundamental la buena coordinación y
comunicación (contraste e intercambio de información) entre los miembros del equipo.
Esto es, dentro del sector del chasis (de seis miembros) y con el resto (un total de 20).
Mi equipo, en concreto, es el que se encargó del chasis, estructura fundamental que
sirve para unir los ejes y albergar todas las cargas y componentes del monoplaza, siendo
éstos, principalmente, el motor, el sistema de suspensión, caja de pedales, la célula del
piloto, y éste mismo.
Respecto a la segunda etapa, se abandonó el contexto de FSAE y se colaborará con Marc
Azra y su equipo del proyecto Formule A. Formule A es una empresa creada por Marc
Azra, que, junto con su equipo, construyen vehículos cuyo concepto se sitúa entre un
kart y un monoplaza, para, posteriormente, alquilarlos (generalmente destinado al
público joven, mayores de 14 años). El trabajo consistía en la extracción del motor de
una moto y posterior implantación del mismo en el chasis proporcionado por Formule
A para lograr poner en marcha el vehículo, realizando las modificaciones pertinentes.
2
Imagen 2. Logo Formule A.
En resumen, durante el primer semestre se llevó a cabo el diseño de un monoplaza
(siguiendo las instrucciones de la competición Fórmula SAE), y durante el segundo se
trabajó en el contexto del proyecto de Formule A, a modo de completar el trabajo
anterior. De esta manera, se ha podido dotar al proyecto de la parte teórica, el estudio
(diseño del chasis), para el posterior trabajo sobre un motor real, con sus adaptaciones
para poder ser insertado en un chasis ya construido.
2.- Estado de la cuestión
Son numerosos los equipos de las distintas universidades que participan en FSAE,
llevando a cabo el estudio, diseño y construcción del monoplaza. De hecho, en mi misma
universidad, el año pasado, un equipo se encargó de la realización de este proyecto, sin
llegar a presentarse a la competición.
Muchos aspectos del proyecto pasado han sido modificados (empezando por las
medidas del chasis), adaptándolos al catálogo de reglas de la competición de este año.
Un programa de software permitió el diseño y estudio de las distintas restricciones,
deformaciones y esfuerzos sobre el chasis, estudiando así su rigidez y respuesta a las
diferentes cargas que deberá albergar el mismo (se detallará posteriormente).
El proyecto tiene aspectos en común con los coches que se venden hoy en día en el
mercado, como por ejemplo, la búsqueda de aquellas soluciones tecnológicas a
implantar para lograr las mejores características aerodinámicas en aceleración, frenada
y velocidad. En concreto, en lo referente al chasis y sus componentes (pedales, volante,
asiento del piloto, puntos de anclaje del cinturón), hay numerosos estudios al respecto.
Por ejemplo, sobre el lugar en el que se encuentra el centro de gravedad (CG). Éste está
influido por todas las cargas que soporta el coche (siendo la mayor de éstas el piloto) y
deberá situarse cuanto más bajo posible, mejor, sin perjudicar la visibilidad del piloto.
Ello garantizará unas características aerodinámicas óptimas, razón por la cual, los
monoplazas son coches de baja altura [6]. Dada la importancia de la seguridad del piloto,
hay ciertas medidas que habrá que respetar. El asiento deberá poder extraerse
totalmente del coche; el chasis, contar con una barra transversal paralela al suelo que
sirva de remolque y seis puntos de anclaje del cinturón de seguridad [7]. Para contribuir
al confort del piloto, se han desarrollado test ergonómicos, como el que llevaré a cabo
en este proyecto.
3
Otro aspecto clave es la caja de pedales. Como en cualquier coche de los que se
encuentran actualmente en el mercado, debe contar con un sistema que convierte la
energía aportada por el piloto en energía mecánica, permitiendo así la aceleración o
frenada del vehículo. Asimismo, con pedales sobre los cuales el conductor ejerza la
fuerza necesaria y unos cilindros capaces de absorber la fuerza transmitida por los
pedales. Para ello se recuperaron los pedales y cableado del año pasado. Anteriormente
se han desarrollado estudios sobre la colocación de los pedales y cilindros, tema que
abordaremos en la realización del proyecto, para determinar, así, un modelo de la caja
de pedales.
Como se precisó anteriormente, dada la falta de presupuesto, no se realizaron las tareas
de construcción del chasis e implantación del resto de elementos que constituyen el
monoplaza (posteriores al diseño e imprescindibles para la participación en la
competición de FSAE). Sin embargo, y con el objetivo de completar el proyecto, se
realizó una segunda etapa: la extracción del motor de una moto Aprilia Mana 850 que
había sufrido un accidente, para su posterior implantación y arranque en un chasis ya
construido. Las características de dicho chasis serán muy similares a las del chasis
previamente diseñado bajo las normas de la competición de FSAE. Se realizaron las
preparaciones y desarrollo de las conexiones y ajustes necesarios en el motor, así como
las modificaciones pertinentes en el chasis (soldar, cortar, añadir,...) en el cual se instaló
el motor, para poder implantarlo correctamente. El motor de una Aprilia Mana 850
desarrolla una potencia de más de 75 caballos, para una carrocería que pesa 250 Kg [8].
Por lo tanto, tenemos un radio peso-potencia que podría asemejarse al de un Porche
911. Sin embargo, dado que el vehículo irá destinado a jóvenes sin experiencia de
conducción, puede tener lugar un accidente. Anteriormente, se han realizado estudios
para lograr un balance entre peso-potencia de los vehículos que establecen el radio
óptimo para cada tipo de vehículo. En el presente proyecto se gestiona la potencia
desarrollada por el motor, sin limitar la marcha máxima del pedal del acelerador, lo cual
puede ser muy frustrante para el piloto y podría perjudicar la conducción. El interés
también reside en que dicho control se realice a distancia y en tiempo real, así, si el
sistema de control determina que el conductor no tiene problemas en controlar el
vehículo, podrá permitir un poco más de potencia. Se desarrolló dicho sistema de
control a distancia, aportando otra novedad de aplicación al desarrollo del proyecto.
El proyecto fue idea de mi coordinador del proyecto Fórmula SAE, Philippe Boutin, quien
tiene mucha experiencia en el sector del automóvil, sobre todo en el de los Karts.
Previamente, ha trabajado con su propio Kart, de modo que los trabajos que
desarrollaremos durante la segunda parte (implantar el motor en el chasis y el sistema
de control electrónico de potencia del motor) los conoce de primera mano, lo cual nos
fue de gran ayuda para seguir los avances del proyecto.
Esta segunda etapa permitió enriquecer mis conocimientos acerca de los vehículos de
carreras y su funcionamiento interno, al tener que establecer las conexiones entre el
motor y el chasis, aportando soluciones prácticas a los problemas encontrados durante
el arranque e implantación del motor. Siendo cinco en el equipo, dos nos encargamos
4
de los aspectos mecánicos y otros dos se encargaron de la electrónica del vehículo.
Aunque, tal como ocurría durante la primera parte del proyecto en el contexto de FSAE,
fue imprescindible la coordinación entre ambos, al tratarse de aspectos directamente
relacionados, en concreto, para la instalación del sistema electrónico del acelerador.
3.- Objetivos
Con el proyecto, se quiere llevar a cabo el diseño y estudio del chasis de un monoplaza,
respetando las reglas de la competición FSAE. En concreto, se realizaron distintos
procedimientos (que serán detallados en los puntos siguientes) para atender a unos
objetivos concretos, enumerados a continuación, según las distintas etapas del
proyecto:
III) Diseño del chasis
Imagen 3. Diseño chasis 3D
Rendimiento del vehículo: peso ligero, gran resistencia
Se busca que el monoplaza, de construirse y participar en la competición, posea las
mejores características aerodinámicas. Esto implica, conseguir la mayor velocidad y un
buen sistema de arranque-frenada-aceleración. Para ello, se realizó un análisis de las
cargas que soportará el monoplaza (intentando que el conjunto sea lo más ligero posible)
y un estudio de la caja de pedales. En cuanto a este aspecto, es de igual importancia la
resistencia del chasis, ya que tiene que soportar todas las cargas que alberga el vehículo
al ser sometido a distintas pruebas estáticas y dinámicas (de arranque, frenada, curva,
aceleración y remolque). Cuanto más ligero sea el monoplaza, menor será su consumo y
la potencia suministrada por el motor se optimizará.
El objetivo reside en lograr un balance entre rigidez y peso (al aumentar la rigidez,
aumenta también el peso), para lo cual se buscarán las dimensiones de los tubos que
mejor permitan dicho balance.
5
Correcta posición del piloto
El piloto es el elemento clave, ya que es quien va a tener que conducir el vehículo y
lograr los mejores resultados. Su posición será determinada siguiendo los criterios de
comodidad, tanta como sea posible (accesibilidad a los elementos de control y
movimientos libres), visibilidad óptima (mínima de 100º a cada lado) y rendimiento (que
el centro de gravedad se sitúe lo más bajo posible). Un test ergonómico en 3D será
realizado para determinar dicha posición.
Mencionados objetivos contribuyen a que el diseño y concepción del vehículo se realice
de tal modo que, de construirse y participar en la competición, obtuviera los mejores
resultados en las pruebas mencionadas en la introducción.
IV) Implantación del motor en el chasis
Desmontaje
Extracción del motor de una moto Aprilia Mana 850 y su preparación para poder ser
arrancado. Determinación de las conexiones necesarias con las distintas partes del
chasis.
Imágenes 4 y 5. Moto Aprilia Mana 850.
6
Montaje
Se implantó el motor en el chasis. Fue necesario realizar ciertas modificaciones en el
chasis suministrado por Formule A (cortar, soldar, reparar, añadir los elementos
necesarios,…) para que el motor entrara en él, se uniera al chasis y fuera conectado con
los distintos elementos del vehículo.
El principal problema planteado fue gestionar el nivel de peso/potencia, teniendo 5 Kg
por CV, lo cual daría lugar a un pedal sensible. Esto implica que al presionar el acelerador,
el motor suministraría mucha potencia en comparación al peso del chasis en el que será
instalado. Se pretenderá encontrar una solución a dicho problema.
Arranque del vehículo
Una vez realizadas todas las conexiones entre el motor y el chasis, se pudo poner en
marcha al vehículo. Por último, se colocó la carrocería sobre el chasis. Ésta consiste en
una estructura metálica que sirve para que el resto de elementos vayan sujetos a ella y
absorber la energía ante un impacto, impidiendo que se deforme la cabina del piloto.
Imagen 6. Chasis que albergará el motor.
7
8
PARTE I
DISEÑO DE UN CHASIS TUBULAR PARA UN MONOPLAZA
Capítulo 1.- Introducción del chasis [9]
El chasis es la estructura del vehículo encargada de conectar las cuatro ruedas, albergar
todos los elementos del vehículo y soportar los esfuerzos y torsiones ejercidos sobre el
mismo. Además, debe ser resistente en caso de sufrir un accidente, haciendo las veces
de célula de seguridad o supervivencia del piloto. Las partes más importantes del chasis
son los arcos de seguridad (principal y frontal), la estructura de impacto lateral y los
anclajes con el sistema de suspensiones y con el motor. Ésos dos últimos se detallarán
en el presente proyecto.
Los principales factores en el diseño del chasis que determinarán la eficiencia del
vehículo, son: ligereza, resistencia, rigidez torsional (fuerza necesaria para torcer el eje
longitudinal del chasis), resiliencia (resistencia al impacto y capacidad del sistema en
recuperar su forma original) y sencillez. Para conseguir la mejor respuesta del vehículo,
los tubos que componen el chasis deben disponerse mediante una geometría
triangulada, consiguiendo así reducir costes y aumentar la rigidez torsional del vehículo.
El chasis es el primer elemento que debe comenzar a realizarse, ya que será el elemento
en el cual se insertarán el resto de componentes. Sin embargo, por la misma razón, a lo
largo de la construcción de un vehículo monoplaza, se deberán realizar los cambios
necesarios, según las interacciones y uniones con el resto de elementos, de modo que
también será el último en ser acabado.
9
10
Capítulo 2.-Tipos de chasis [10]
Existen distintos tipos de chasis, según el tipo de vehículo que se desee construir y de
las características que se deseen conseguir o priorizar. Se precisarán los distintos tipos
con una breve explicación de su diseño y funcionamiento, así como sus principales
ventajas e inconvenientes y el material del que están constituidos.
El chasis en escalera está, generalmente, configurado por dos carriles longitudinales,
unidos por refuerzos transversales y diagonales. La función de los carriles longitudinales
es de soportar la carga y fuerzas longitudinales originadas por aceleración o frenada. Los
tubos transversales y diagonales proporcionan resistencia a las fuerzas laterales e
incrementan la rigidez de torsión (definida posteriormente). Sus principales ventajas son
su durabilidad, simplicidad de diseño y fácil acceso a los componentes mecánicos. Sin
embargo, es pesado, y posee menor rigidez torsional que otros tipos de chasis (que
cuentan con un mayor número de elementos transversales), por lo que serán necesarios
soportes de suspensión delantera que sean muy rígidos, además de incluir algún soporte
para la dirección. Debido a su baja rigidez, se recomienda construirlo en un acero
resistente. Se utiliza en la construcción de vehículos como Karts.
Imagen 1.1. Chasis en escalera.
El chasis tubular emplea decenas de tubos de sección circular (o cuadrada, aunque los
circulares son más fáciles de soldar y de mayor rigidez debido a su momento de inercia)
en posiciones con diferentes direcciones proporcionando resistencia mecánica contra
11
fuerzas provenientes de cualquier lugar del espacio. Estos tubos están soldados entre sí
formando una estructura muy compleja triangular. La razón es que al empujar una
disposición cuadrada, ésta se deforma con facilidad debido a que no hay apoyo frontal
o trasero. Sin embargo, si es triangulada, el elemento diagonal reparte las tensiones,
disminuyendo así la deformación o desplazamiento del conjunto de la estructura. Los
monoplazas de estructura tubular cuentan con unas placas de protección para disminuir
en mayor medida las tensiones en el chasis. En la sección de análisis y resultados se
realizarán test en software para observar los desplazamientos y deformaciones sobre el
chasis tubular con y sin placas, y así poder comparar ambos resultados.
Su ventaja principal es que es muy fuerte en cualquier dirección respecto al chasis en
escalera y al monocasco de metal del mismo peso. La desventaja es la complejidad, coste
y tiempo de fabricación del mismo.
Imagen 1.2. Chasis tubular.
El chasis cercha consiste en una estructura articulada formada por elementos rectos
conectados entre sí mediante conexiones llamadas nudos, los cuales se colocan siempre
en los extremos con el objetivo de obtener una estructura rígida y que no se traslade.
Por lo general, los elementos a unir suelen ser delgados y soportan poca carga lateral,
ya que la finalidad de la cercha es soportar cargas directamente en los nudos, y no sobre
los elementos.
El material que se utiliza para su construcción puede ser desde un acero al carbono. Su
elección no es tan relevante como en el caso del chasis de escalera, ya que el de cercha
presenta, de por sí, una estructura muy resistente.
Este chasis es uno de los más eficientes, debido a su bajo peso y gran resistencia a la
torsión y a la flexión, bajo coste de la materia prima económica (acero normalmente),
su alta durabilidad (debido a que todas las cargas son axiales a lo largo del eje de los
tubos). Otra ventaja es que al ser un chasis constituido por varias subestructuras,
12
aguanta muy bien los impactos y la deformación es progresiva. A pesar de ello, los costes
de fabricación y diseño son elevados en comparación con los chasis anteriores.
Imagen 1.3. Chasis cercha.
Por último, el chasis monocasco. Las primeras aplicaciones de este concepto surgieron
en el campo de la aeronáutica, y más tarde, se trasladarían al automóvil. El principio de
diseño y funcionamiento se basa en que las cargas son absorbidas por el contorno de
dicho chasis. El hecho de que cuente con espesores de lámina excepcionalmente bajos
(0,6-0,8 mm), con una estructura aún más eficiente que el chasis cercha y la posibilidad
de utilizar materiales compuestos (como la fibra de carbono) en su fabricación, hacen
que este chasis sea uno de los más utilizados para la fabricación de vehículos. La única
desventaja es su elevado coste de desarrollo (si no es producción en serie), pero dadas
las múltiples e importantes ventajas anteriormente expuestas, este aspecto se ve
mitigado. Es el chasis utilizado en la alta competición, como en Fórmula 1, cuyos chasis
son monocasco construidos en fibra de carbono.
En la FSAE, el chasis que se elige es tubular, debido a sus grandes prestaciones, como la
alta rigidez, siendo superado únicamente por el chasis monocasco. Debido a la
diferencia de precios entre ambos, y teniendo en cuenta que la competición impone un
presupuesto límite, en la mayoría de casos es el elegido. Es el que se diseñó para este
trabajo, por lo tanto, las normas detalladas en el apartado siguiente harán referencia al
chasis tubular, aunque en la documentación también podemos encontrar aquellas
concernientes al monocasco. En concreto, dichas normas se han resumido, resaltando
las más importantes para los desarrollos llevados a cabo en este proyecto.
13
14
Capítulo 3.- Normativa de la competición [3]
3.1.- Reglas generales [11]
A continuación se procede a indicar la normativa de la organización Formula SAE que
interviene en el diseño del chasis. Dicha normativa está escrita en inglés y es de carácter
técnico, de modo que se procede a su interpretación. Se precisarán dichas reglas que afectan
a las distintas partes que componen el chasis, aquellas que tuvieron un impacto en el
desarrollo de los puntos tratados en el proyecto, describiéndolas previamente, así como los
materiales que podrán ser utilizados para la construcción de cada una de ellas. Se realizará un
estudio del material elegido y la forma de los tubos al final de la sección de resultados.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Sólo puede haber una entrada, aquella para el acceso del piloto.
La batalla (distancia mínima entre los ejes de las ruedas) debe ser de 1.525 mm. Dicha
distancia es medida desde el centro del punto de contacto entre el neumático y el suelo,
con las ruedas en posición recta.
La vía (distancia entre las ruedas del mismo eje) menor no será en ningún caso menor
que el 75% de la mayor.
La distancia al suelo de la parte inferior del chasis ha de ser la suficiente para no
contactar en ningún momento con la pista, o partes de ella (como por ejemplo con
badenes).
Las ruedas deben ser de un diámetro superior a 203,2 mm (no se tiene en cuenta la
medida del neumático).
En la parte posterior del coche se debe facilitar un punto de enganche que debe soportar
el peso del vehículo. Debe estar orientado perpendicularmente a la línea longitudinal
del vehículo, y debe ser horizontal. Su forma deberá ser tubular, con un diámetro
superior a 25,4 mm. La longitud debe ser mayor de 300 mm, y la altura mínima al suelo
debe superar los 75 mm medida desde la parte más baja del tubo de enganche. Además,
los 180º inferiores del tubo deben estar descubiertos a lo largo de una distancia mínima
de 280 mm. Esto se requiere para la sujeción y remolque del vehículo por parte de los
jueces o empleados de pista en caso de ser necesario.
3.2.- Definiciones de los elementos del chasis [12]
El chasis deberá contar con los siguientes elementos principales que serán posteriormente
identificados en una imagen.
1. Arco principal: Barra antivuelco situada detrás del torso del piloto.
2. Arco frontal: Barra antivuelco situada por encima de las piernas del conductor en la
proximidad del volante.
3. Arcos antivuelco: Son el arco principal y el frontal.
4. Soporte de refuerzo de los arcos antivuelco: Tubo que ejerce la sujeción de dichos
arcos.
5. Bastidor: Conjunto estructural que soporta todos los sistemas funcionales del vehículo.
6. Estructura primaria: Está formada por los elementos anteriormente mencionados,
además de la estructura de impacto delantera, mampara trasera, su soporte y todos
15
los elementos del bastidor, guías y elementos esructurales que transfieren cargas
desde el sistema de sujeción del conductor.
7. Estructura principal del bastidor: La porción del bastidor que se encuentra dentro de
la envolvente comprendida por la estructura primaria y la parte superior del arco
principal y sus refuerzos.
8. Mampara delantera: Estructura plana que define el plano delantero de la estructura
principal del bastidor y proporciona una protección para los pies del piloto.
9. Atenuador de impacto: Dispositivo deformable que absorbe energía para que no se
transmita a la estructura y que se sitúa delante de la mampara.
10. Zona de impacto: Área del lado del vehículo que se extiende desde la parte superior
de la planta a 350 mm por encima del suelo y que va desde el arco frontal al principal.
11. Triangulación nodo-nodo
Imagen 1.4. Triangulación nodo-nodo.
12. Barra antivuelco: Estructura que sirve para que los inspectores o cualquier miembro
pueda remolcar el vehículo sin que contacte con el suelo.
16
Imagen 1.5. Identificación de los elementos del chasis.
3.3.- Requisitos mínimos de los tubos [13]
La estructura principal del coche deberá ser construida en acero bajo en carbono o
aleado (mínimo 0,1% de carbono), con tubos de las dimensiones especificadas a
continuación.
Imagen 1.6. Elementos del chasis con las dimensiones de sus tubos de acero.
17
Imagen 1.7. Dimensiones de los tubos si se construyen con acero.
Podrán utilizarse otras geometrías y/o materiales, teniendo en cuenta que el arco
principal y su soporte deberán estar construidos en acero, de modo que el uso de
aluminio, titanio u otros materiales está prohibido para los elementos mencionados
anteriormente.
Si el equipo decidiera utilizar aluminio para los tubos permitidos, el mínimo espesor
deberá ser 3,0 mm (0,118 in). Todo equipo que haya elegido otro material distinto del
acero, deberá presentar a la organización todos los documentos en los que se detalle el
proceso llevado a cabo para la construcción con el material escogido, incluyendo los
cálculos de rendimiento y resistencia a la ruptura de pandeo (módulo de pandeo = E*I),
flexión, tensión, módulo de deformación, etc. Como se verá en la sección del material
elegido, se escogió un tipo de acero.
3.4.- Arcos de seguridad [14]
1. Las manos y cabeza del piloto no pueden tocar el suelo, bajo ninguna circunstancia.
2. La estructura principal deberá incluir los Arcos Principal y Frontal como se muestra
en la imagen 1.5.
3. Cuando el piloto se siente en posición normal de conducción, el casco de un 95%
percentil masculino, así como de todos los miembros del equipo, deberá cumplir las
siguientes normas (imagen 1.8):
3.1. Haber una distancia mínima de 50.8 mm (2 pulgadas) desde la línea recta
trazada desde la parte superior del arco principal a la parte superior del arco
frontal.
3.2. Haber una distancia mínima de 50.8 mm de la línea recta trazada desde la
parte superior del arco principal al extremo inferior de los soportes de los
esfuerzos del arco principal si el anclaje se extiende hacia atrás.
3.3. El casco no debe estar hacia atrás más allá de la superficie trasera del arco
principal si los soportes de los refuerzos de dicho arco se extienden hacia
delante.
4. Se toman las dimensiones del percentil 95 (sólo el 2,5 % de los miembros del equipo
son más grandes que él, y el 2,5 % son más pequeños) [15] utilizando una plantilla
bidimensional (imagen 1.9):
18
4.1. Un círculo de diámetro 200 mm (7.87 pulgadas) representará las caderas y las
nalgas.
4.2. Un círculo de diámetro 200 mm representará el hombro/región cervical.
4.3. Un círculo de diámetro 300 mm representará la cabeza (incluyendo el casco).
4.4. Una línea recta de 490 mm (19,29 pulgadas) conectará los centros de los 2
círculos de 200 mm
4.5. Una línea recta de 280 mm (11,02 pulgadas) conectará los centros de la parte
superior del círculo de 200 mm y el círculo de la cabeza de 300 mm.
Imagen 1.8. Reglamento de la posición del casco.
5.
El percentil 95 % masculino deberá posicionarse de la siguiente manera:
5.1. El asiento podrá ajustarse a la posición más atrasada posible.
5.2. Los pedales se colocarán en la posición más adelantada posible.
19
5.3. La parte inferior del círculo de 200 mm se colocará en la parte inferior del
asiento de tal manera que la distancia entre el centro de este círculo y la cara
trasera de los pedales no sea menos de 915 mm (36 pulgadas).
5.4. El medio círculo central de 200 mm, que representa a los hombros, se
colocará en la parte posterior del asiento.
5.5. El círculo superior de 300 mm se colocará a una distancia no mayor de 25,4
mm (1 pulgada) entre éste y la cabecera.
Imagen 1.9. Posición de un maniquí masculino, percentil 95 % masculino, en el vehículo
3.4.1 .- Arco principal [16]
1.
2.
3.
4.
5.
El arco principal debe estar construido de una sola pieza, sin cortar, de acero de las
características (espesor y diámetro) especificadas para los tubos de acero
anteriormente (imagen 1.6).
No se podrán utilizar aleaciones de aluminio, titanio o materiales compuestos para
su construcción.
El arco principal debe prolongarse desde la parte inferior de un lado del chasis hasta
la parte inferior del otro lado.
En una vista lateral del vehículo, la parte del acero principal que se encuentra por
encima del punto de unión de éste con el chasis ha de tener una inclinación menor
de 10º con respecto a la vertical.
En una vista frontal del vehículo, los miembros verticales del arco principal de
seguridad, deben estar separados, al menos, 38 mm de distancia entre el lugar en el
que el arco principal se une con el resto del bastidor.
20
3.4.2.- Arco frontal [17]
1.
2.
3.
4.
5.
6.
El arco frontal deberá construirse de acero de las mismas características
dimensionales que el arco principal.
Con una triangulación y refuerzos adecuados, este arco podrá constituirse de más
de una pieza.
El arco debe ir desde la parte inferior de un lado del chasis hasta la parte inferior
del otro.
La parte más alta del arco frontal ha de ser más baja que la parte más alta del
volante, en cualquier posición de éste, en cualquier situación.
El arco frontal no deberá situarse a una distancia mayor de 250 mm (9,8 pulgadas)
por delante del volante de dirección. Dicha distancia se medirá horizontalmente,
sobre la línea central del vehículo, desde la superficie posterior del arco frontal a la
delantera que más sobresalga del volante con la dirección en posición de marcha
en línea recta.
En una vista lateral, el arco frontal no podrá tener una inclinación mayor de 20º
sobre la vertical.
3.4.3.- Refuerzos del arco principal [18]
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Deben estar construidos en acero con sección cerrada.
El arco principal debe ir reforzado con dos tirantes, posicionados hacia delante o
hacia atrás. La inclinación de los tirantes de refuerzo deberá ser hacia el lado
opuesto al cual se inclina el arco principal (de inclinarse).
Los refuerzos deben estar soldados a la parte más alta posible del arco principal,
nunca en un lugar por debajo de 160 mm (6,3 pulgadas) desde la parte superior del
arco.
El ángulo que forman el arco principal y sus refuerzos deberá ser de al menos 30º,
como muestra la figura 1.10.
Los refuerzos deberán ser rectos, sin ninguna curvatura.
Las uniones de los refuerzos del arco principal deberán ser capaces de transmitir
todas las cargas del mismo a la estructura principal del bastidor. Es necesario
recalcar la importancia de una correcta triangulación entre los elementos.
21
Imagen 1.10. Reglamento del arco principal.
3.4.4.- Refuerzos del arco delantero [19]
1.
2.
3.
4.
Los tirantes del arco frontal deberán cumplir los mismos requisitos que la sección
de los del arco principal.
Los refuerzos deberán proteger las piernas del conductor, por lo que deberán estar
en el lado izquierdo y derecho, llegando hasta la parte delantera de la estructura de
protección de los pies del piloto.
Han de ser soldados lo más cercano posible a la parte superior del arco frontal, sin
quedar por debajo de 50,8 mm (2 pulgadas) de la parte superior del arco.
Deberán añadirse refuerzos adicionales en la parte trasera si el arco frontal se
inclina hacia atrás más de 10º respecto de la vertical.
3.4.5.- Otros arcos de refuerzo y tubos laterales [20]
1.
2.
Las placas de montaje de los arcos antivuelco deben ser al menos de 2 mm de
espesor.
Deberá incluirse un tubo de acero o una placa metálica sujeta al bastidor si hay
refuerzos de los arcos antivuelco u otros tubos a la altura del cuello del conducto.
Esto es para prevenir que los hombros del piloto pasen por debajo de dichos
refuerzos.
22
3.5.- Estructura frontal de impacto [21]
1.
2.
3.
4.
Debe estar situado de tal forma que los pies del piloto (sin presionar los pedales)
queden protegidos por dicha estructura.
Por delante del plano frontal se colocará un atenuador de impacto que absorba la
energía.
El plano frontal deberá estar construido con tubos de las mismas características
geométricas que los usados para los arcos de seguridad.
Debe estar sujeto, nodo a nodo, triangulando, con al menos una diagonal a cada lado.
3.6.- Atenuador de impacto [22]
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Instalado delante de la estructura frontal de impacto.
Tener una longitud de, por lo menos, 200 mm (7,8 in).
Tener una altura de, por lo menos, 100 mm (3,9 in) y 200 mm de ancho.
Correcta sujeción a la estructura frontal de impacto para que en caso de impacto no
penetre en ella.
La unión entre el chasis y el atenuador de impacto debe ser realizada para
proporcionar una adecuada trayectoria a las cargas transversales y verticales en el
caso de que hubiera impactos fuera del centro y eje de impacto.
Una placa de acero de 1,5 mm o bien una de aluminio de 4 mm deberá integrarse
como “placa anti-intrusión” en el atenuador de impacto. Podrá ser atornillada o
soldada a la mampara delantera.
3.7.- Estructura de impacto lateral [23]
1. Una protección lateral estará formada, al menos, por tres tubos que deberán cumplir
las especificaciones de material y dimensiones establecidas anteriormente en la
imagen 1.6.
2. Con un piloto de 77 kg. sentado en el coche, la pieza más alta de la protección lateral,
debe unir el arco frontal y el principal a una altura del suelo mayor de 300 mm (11.8
in) y menor de 350 mm (13.8 in).
3. El tubo inferior de la protección lateral, debe conectar la base del arco frontal con la
base del arco principal.
4. El tubo diagonal de impacto lateral deberá conectarse a los tubos superior e inferior
de impacto, así como a la parte delantera del arco principal y trasera del frontal.
5. Con la adecuada triangulación y estudio es posible construir las piezas con más de un
tubo.
6. Se deberá poner una diagonal que complete la protección como muestra de la
imagen 1.11.
23
Imagen 1.11. Estructura de impacto lateral.
3.8.- Cabina del piloto [24]
Con el objetivo de asegurar que el acceso de entrada al vehículo es del tamaño
adecuado, la plantilla mostrada en la imagen 1.12 será insertada en el acceso de dicha
cabina. Será sostenida horizontalmente e insertada verticalmente hasta que haya
pasado por debajo del punto más alto de la estructura lateral de impacto.
Imagen 1.12. Plantilla horizontal de la sección transversal interna.
24
Sección transversal interna de la cabina del piloto [25]
1
2
Una sección vertical libre permitirá que la plantilla de la figura 1.13 pase a través
de la cabina, hasta un punto situado a 100 mm (4 in) hacia la parte posterior de la
cara del pedal más retrasado en la posición de reposo. Si los pedales pueden
ajustarse, serán posicionados en su posición más adelantada durante su inserción.
La plantilla tendrá un espesor máximo de 7 mm (0,275 in). Se insertará
verticalmente en la abertura de la cabina del piloto hacia la parte trasera del arco
frontal.
Imagen 1.13. Plantilla vertical de la sección transversal interna.
Visibilidad del conductor [26]
El piloto deberá tener una visibilidad suficiente hacia la parte frontal y laterales del
vehículo. Cuando se encuentra sentado, en posición normal de conducción, deberá
tener un campo mínimo de visibilidad de 200 º (100º a cada lado). El conductor podrá
obtener dicha visibilidad girando la cabeza a ambos lados o por el uso de espejos
retrovisores que amplíen el campo de visión.
3.9.- Equipamiento de los conductores [27]
El vehículo debe contar con 5, 6 ó 7 puntos de anclaje del cinturón de seguridad, arneses
del hombro y correa anti-submarino.
1. Arnés para los hombros
1.1. Deberá estar 10 º por encima de la horizontal y 20 º por debajo de la misma,
medidos desde la parte de atrás de los hombros del conductor hasta el punto
de montaje o guía estructural, como se muestra en la imagen 1.14.
25
1.2. Si el arnés está montado en un tubo que no es recto, las juntas entre este tubo
y la estructura a la que se monta deberán reforzarse mediante fuelles o tubos
de triangulación en vista lateral para evitar la torsión del arnés.
Imagen 1.14. Colocación arnés para los hombros.
2. Punto de remolque
Estructura que permita levantar el vehículo del suelo, ya sea por los controladores de
la organización al revisar el vehículo, o, en la competición, por un accidente que
hubiera ocurrido. Tendrá que poder alcanzarse, sin encontrar obstáculos en, al
menos, 300 mm medidos desde la parte trasera del coche.
2.1 Deberá ser visible por una persona que se encuentra de pie, estando a una
distancia de 1 m por detrás del coche.
2.2 Su color será naranja.
2.3 Orientación horizontal y perpendicular a la línea central del vehículo.
2.4 Compuesto por un tubo de 25 a 29 mm de diámetro exterior, construido en
aluminio o acero.
2.5 Tener un mínimo de 300 mm de largo.
2.6 La altura medida desde el suelo hasta la parte inferior del tubo será de un
mínimo de 75 mm.
2.7 Si la altura es de unos 200 mm (el vehículo se encuentra elevado), las ruedas
no podrán estar en contacto con el suelo.
3.10.- Caja de los pedales [28]
Sistema de frenos
1.
El coche deberá estar equipado con un sistema de freno que actúe sobre las cuatro
ruedas y sea operado por un único control.
26
2.
3.
4.
5.
Deberá contar con dos circuitos hidráulicos independientes, para prevenir una fuga
o fallo en el sistema, en cualquier momento. De este modo, se mantendrá poder
efectivo de freno en, al menos, dos ruedas. Cada circuito hidráulico deberá tener su
propio tanque de reserva de fluido.
El sistema de freno deberá ser capaz de bloquear las cuatro ruedas durante el
desarrollo de las pruebas de la competición.
El pedal de freno deberá diseñarse para soportar una fuerza de 2000 N sin dar lugar
a ningún fallo del sistema de frenos o de la caja de los pedales. Esto podrá
comprobarse presionando el pedal con la mayor fuerza posible, ejercida por un
conductor sentado en posición normal.
El pedal de freno deberá fabricarse en acero, aluminio o titanio.
Prueba del freno
El sistema de freno deberá ser testado dinámicamente y deberá demostrarse su
capacidad para bloquear las cuatro ruedas y parar el vehículo en una línea recta al final
de una aceleración especificada por los inspectores de la competición.
Conmutador
Deberá instalarse para que, en el caso de fallo en el sistema de freno, sea éste el que
controle los sistemas de frenada.
3.11.- Consideraciones sobre resistencia
La rigidez es la capacidad de un objeto sólido o de un elemento estructural de someterse
a esfuerzos sin deformarse o desplazarse.
Rigidez de torsión [1]
Es la capacidad de una estructura de someterse a un momento sin dar lugar a un ángulo
de deformación considerable. Este momento es ejercido por fuerzas longitudinales al
chasis y afecta a parámetros tan importantes como el rendimiento en carretera, la
comodidad o la seguridad del vehículo.
Los equipos de FSAE con más experiencia en la competición obtienen un valor de 3000
Nm/º, al aplicar un par torsor en el eje de las ruedas delanteras, al fijarse el trasero.
K es la rigidez de torsión
M el momento torsor
Ɵ el ángulo de deformación
27
(1)
Rigidez de flexión
Depende del momento transversal ejercido por las cargas sobre el eje longitudinal del
vehículo según el esquema siguiente:
Imagen 1.15. Fuerzas de flexión sobre el chasis
Es imprescindible que la unión motor-chasis se realice correctamente para evitar que el
chasis se deforme, lo cual implicaría serios problemas de conducción. Además, esta
unión es clave para llegar al punto máximo, óptimo de rigidez, para evitar el
deslizamiento del vehículo durante la carrera. Posteriormente, en la sección de
interacciones con el chasis se analizarán las fuerzas que se ejercen sobre el chasis, en
concreto en las ruedas y en los puntos de fijación con el motor.
28
Capítulo 4.- Análisis y resultados
4.1.- Estudio de las cargas ejercidas sobre el chasis
Es imprescindible realizar un análisis de las cargas que actúan sobre el chasis. Esto es
clave por dos motivos principales:
1. El centro de gravedad del vehículo dependerá de la distribución de los pesos de las
cargas.
2. Las cargas ejercen un par torsor, lo cual influirá en la rigidez del chasis y tendrá que
tenerse en cuenta para evitar deformaciones excesivas.
De acuerdo con la normativa de la competición, hay que diferenciar entre:
1. Masa suspendida: peso del chasis y todas las cargas que debe soportar.
2. Masa no suspendida: ruedas (muelles, amortiguadores, accionadores de
suspensión,…).
Nº
1
2
3
4
5
6
7
8
Componente
Masa (Kg)
Piloto
75
Motor
35
Sistema de suspensión
40
(Ruedas, sistema de frenado y transmisiones)
Tanque de combustible
7
Batería
4
Pedales y cilindros
3
Diferencial
3
Radiador
3,5
Imagen 1.16. Masas principales que actúan sobre el chasis.
1. Piloto
Es una de las mayores cargas que soporta el chasis y deberá posicionarse de tal modo
que el centro de gravedad del vehículo sea lo más bajo posible (permitiéndole una
conducción óptima) para dar mayor estabilidad al monoplaza. Para determinar la
posición del conductor, se detallará más adelante el test ergonómico realizado, siempre
bajo las normas de la competición.
2. Motor
Segunda carga más importante. Su función principal es la de transformar la energía
química que proporciona la combustión, producida por una mezcla de aire y
combustible, en energía mecánica o movimiento. También se verá en la sección de unión
29
chasis-motor la importancia de este elemento como elemento estructural, ya que
aumenta la rigidez del vehículo.
3. Suspensión
Como se verá más adelante es clave la relación entre el chasis y el sistema de suspensión.
Las ruedas (unidas al chasis) reciben de forma directa las irregularidades de la superficie
transitada. El conjunto de elementos que forman la suspensión del vehículo absorben
las irregularidades del terreno por el que se circula para aumentar la comodidad y el
control del vehículo.
4. Tanque de combustible
Es un contenedor seguro para líquidos inflamables, que forma parte del sistema del
motor, y en el cual se almacena el combustible. Se tendrá que estimar cuál es el máximo
peso de combustible que el vehículo va a necesitar.
5. Batería
Es el elemento que proporciona la energía química al motor. Sin ella el vehículo no podrá
ponerse en marcha. Se sitúa en la parte baja del arco de seguridad principal, justo detrás
del asiento del piloto.
6. Pedales y cilindros
Permiten al conductor frenar, acelerar, o cambiar de marcha al pasar el líquido de
combustible a las ruedas, en mayor o menor medida según se pisen los pedales.
7. Diferencial
Es el componente mecánico que permite que las ruedas derecha e izquierda de un
vehículo giren a velocidades diferentes cuando éste tome una curva hacia un lado o
hacia el otro. Adaptando el sistema de engranajes, considerando que la rueda más
próxima al centro de la curva (interior) recorre menos distancia que la más alejada
(exterior).
8. Radiador
Elemento que permite disipar el calor producido por la combustión en el motor y evitar
el sobrecalentamiento del vehículo.
Una repartición ideal de las masas sería del 50-50%, de modo que el centro de gravedad
se situaría en el punto medio de los dos ejes del vehículo. Debido a los datos obtenidos
de las cargas que actúan sobre el chasis, y su repartición, se estimó una distribución de
las masas de un 45-55 %, lo que implica que el centro de gravedad se situaría
ligeramente hacia la parte trasera del vehículo (al situarse el piloto y el motor, pesos de
mayor magnitud, hacia la parte trasera). De esta forma, a la hora de calcular la reacción
que soportarán las ruedas, se obtendrá un par mayor en las ruedas delanteras que en
las traseras (se detallará posteriormente la aplicación en la sección de resultados del
proyecto).
30
4.2.- Cabina del piloto
Es la célula del piloto desde la cual deberá conducir el coche de carreras. Los elementos
principales que incluyen son: volante, asiento, pedales y puntos de anclaje del cinturón.
4.2.1.- Introducción
En los puntos siguientes se explicarán los criterios para determinar la posición del
conductor y el test ergonómico desarrollado para lograr dicho propósito. Es preciso
tener en cuenta las funciones del conductor, así como asegurar su confort, al mismo
tiempo que se intenta que el vehículo sea lo más ligero posible. Esto le permitirá obtener
una mejor respuesta aerodinámica, es decir, obtener mejores resultados en las distintas
pruebas, como son, aceleración y frenada óptimas y una velocidad máxima. El conductor
se colocará cuanto más estirado pueda en el vehículo, con el objetivo de obtener un
centro de gravedad (CG) lo más bajo posible. El centro de gravedad (CG) representa el
punto sobre el que se aplicarían todas las fuerzas que actuaran sobre el vehículo, como
el peso o la fuerza de aceleración [29]. Es por ello que la posición del piloto influye en la
localización del centro de gravedad, al ser uno de los mayores pesos que debe soportar
el monoplaza. Si se sitúa elevado, favorece la aceleración, ya que la carrocería bascula
hacia la parte trasera, lo que hace que los neumáticos traseros se adhieran mejor al
suelo y mejore la adherencia del vehículo. Sin embargo, un CG muy elevado hace que el
vehículo pierda estabilidad en las curvas, ya que las ruedas exteriores pierden
adherencia y haya un mayor riesgo de volcar. Por ello, se suele intentar distribuir los
pesos de forma que el CG sea lo más bajo posible, ya que los monoplazas van por
circuitos con muchas curvas y en ocasiones muy cerradas, y el objetivo es que no
disminuya la velocidad en gran medida al pasar por ellas.
4.2.2.- Criterios para la determinación de la posición del piloto [30]
Para determinar la posición del piloto, hay que garantizar que tenga los pies en los
pedales, la espalda apoyada en el respaldo del asiento, las rodillas bajo el arco frontal,
las manos en el volante y su cabeza encima del arco principal y apoyada sobre la
cabecera. Las dimensiones del piloto que influirán en el diseño de la célula son:
31
Dimensión
Influencia
Longitud del torso
Altura del asiento
Longitud de las piernas
Distancia entre el asiento y los pedales.
Distancia entre las partes superiores e Entrar y salir del coche.
inferiores de las piernas
Longitud de los brazos
Posición del volante
Anchura de las caderas
Amplitud de la célula
Anchura de los hombros
Anchura del asiento
Imagen 1.17. Parámetros del piloto que influyen en el diseño de la cabina.
Se llevó a cabo un test ergonómico para determinar la posición óptima del conductor,
teniendo en cuenta el criterio del percentil 95. Esta regla impone que, si se eligiera al
azar a un miembro del equipo para conducir el coche, la célula del mismo tendría las
medidas correctas para que dicho miembro pudiera conducir y llegar a todos los
elementos del coche con facilidad, en el 95% de los casos.
La posición final será determinada al realizar la construcción del test ergonómico, y
tomar los valores de los distintos parámetros según la opinión de cada miembro del
equipo. Esto permitirá establecer las medidas relativas entre asiento, pedales y volante.
Dichas medidas influenciarán el lugar donde se encuentre el centro de gravedad del
vehículo, situándose más bajo cuando el piloto se encuentre más estirado. Tener en
cuenta la regla del percentil 95 implica que, de escoger al azar a cualquier miembro del
equipo, éste podrá conducir cómodamente el vehículo, ya que incluso el hombre que
representa el percentil 95 podrá hacerlo (sólo el 2,5 % de los hombres son más grandes
que él, y el 2,5 % de las mujeres son más pequeñas).
4.2.3.- Proceso del test ergonómico
Para comenzar el test ergonómico, lo que debemos hacer es fijar una referencia, ya sea
la cabeza, las caderas o los pies y, a partir de ahí, establecer la posición del resto del
cuerpo. Es importante, cada vez que se determina la posición o ángulo de una parte del
cuerpo del piloto, verificar que aquellas medidas previamente determinadas son
compatibles con esta última.
Se fijaron las caderas. De esta manera, las medidas que se tomaron, por orden, son las
siguientes:
32
1. Rotación del torso: ángulo medido con referencia a la vertical. Se comprobó que el
piloto más bajo veía correctamente la carretera, de esta forma, el más alto no tendría
problemas. Esta medida dio la posición más baja posible del punto más alto del arco
frontal.
2. Posición de los pedales, para que el piloto más bajo acceda a ellos cómodamente.
Ello determinó el ángulo formado por las piernas en las rodillas.
3. Posición del torso, que influye en la visibilidad del piloto.
4. Volante
4.1 Se tomaron las medidas de las posiciones extremas de los brazos, que se
encuentran en movimiento durante la conducción.
4.2 Se aseguró que la visibilidad del piloto no quedaba bloqueada por el arco
principal.
4.3 Se comprobó que el volante no quedaba muy próximo al piloto más alto para
que pueda mover sus brazos correctamente.
5. Posición del torso y piernas: se verificó la posición de los pedales y el ángulo que
formaban las piernas.
4.2.4.- Lista de materiales del test
El modelo en 3D fue construido a partir de materiales comprados en Leroy Merlyn [31]
o encontrados en el taller donde trabajábamos (que fueron utilizados el año pasado).
Las tres estructuras que constituyen el modelo son: 1) Asiento, 2) Volante, 3) Pedales
Estructura 1 (Asiento)
- 1 placa de madera (600*800*10 mm)
- 1 placa de madera (600*400*10 mm)
- 2 placas de madera (400*300*10 mm)
- 2 vigas de madera (40*40*400 mm)
- 2 vigas de madera (40*40*800 mm)
- 16 tachuelas de madera (10 mm)
Estructura 2 (Volante)
- 2 placas de madera (400*300*10 mm)
- 3 vigas de madera (40*40*600 mm)
- 1 tubo metálico (20*400 mm)
- 2 tachuelas de madera (10 mm)
- Volante reutilizado del año pasado
Estructura 3 (Pedales)
Pedales del año pasado con soporte metálico.
33
Imagen 1.18. Representación esquemática del test (vista lateral izquierda), con sus
estructuras principales.
Imagen 1.19. Fotografía del test, realizada en el taller de trabajo.
34
4.2.5.- Medidas
Así, vemos que la determinación de la posición del piloto es un elemento clave para
determinar las dimensiones de la cabina del piloto y, así, las finales del chasis.
Como se ha mencionado anteriormente, el piloto, junto con las demás cargas, influye en
la localización del centro de gravedad. Se intentará que se sitúe lo más bajo posible, sin
perjudicar la visibilidad ni el confort que asegura una buena conducción. Recordemos
que la visibilidad mínima es de 200º (100 a cada lado), ya sean girando la cabeza o
ayudándose de los espejos retrovisores.
Las medidas tomadas a los miembros del equipo (recogidas en un documento Excel,
incluido a continuación, son las siguientes:
M1: (Medida) de la placa pequeña a la estructura 3 (pedales).
M2: De la placa pequeña a la estructura 2 (volante).
M3: De la viga pequeña vertical a la estructura 2.
M4: De la gran viga vertical a la estructura 2.
* Considerando que n=0 es la medida de mayor altura, el nivel n indica:
H1: El punto más alto de la placa pequeña.
H2: El punto más alto de la placa grande.
H3: La altura del volante.
Imagen 1.20. Representación en 3D de test, indicando las distancias relativas medidas
entre las estructuras.
35
Imagen 1.21. Representación en 3D de test, indicando las alturas medidas.
Imagen 1.22. Representación de la planta de las tres estructuras.
4.2.6.- Resultados
Tomar las diferentes medidas a los miembros del equipo permitió tener una idea general
de la posición del piloto. Ésta se determinó con el criterio del percentil 95, como si uno
de los miembros fuera elegido aleatoriamente para conducir el vehículo.
36
Imagen 1.23. Cuadro Excel con las mediciones de los parámetros para cada miembro.
Las medidas se obtuvieron con el criterio del percentil 95 (α=0,05), ayudándose de las
fórmulas y tablas de estadística [32], calculando la media y varianza de la distribución
(aproximada a una normal) para cada columna y tipificando se despeja, con Z0 = Z (1 α/2) = 1,96, el valor de X. Éste será, para cada columna, el valor del dato que deja a su
izquierda el 95% de los datos.
Imagen 1.24. Tipificación de una normal en el 95 % de los casos.
37
4.2.7.- Conclusión del test
El test ergonómico ha permitido determinar la altura del volante, la inclinación del
respaldo y las distancias relativas entre las tres estructuras principales de la cabina del
piloto (asiento, volante y pedales). Para reducir al máximo las dimensiones del vehículo,
se escogieron las medidas que redujeran la cabina del piloto al espacio justo necesario,
al mismo tiempo que se respetaba el criterio del 95%.
Una vez diseñada la cabina del piloto, sólo faltaría construirlo. Para ello, habría que
construir cada estructura de manera que fuera lo más ligera y espaciosa posible, de
manera que el piloto pueda entrar y salir fácilmente del coche (en un tiempo inferior a
5 segundos).
El asiento es donde el piloto pasará numerosas horas sentado durante la carrera,
sometiéndose a altas velocidades y fuertes aceleraciones. La construcción se realizará a
partir de un molde y el material elegido será uno resistente a impactos y ligero. En la
mayoría de casos es fibra de carbono, al ser un material que respeta estos requisitos.
Además, habrá que construir el asiento de modo que pueda ser extraído completamente
de la cabina, para que en caso de accidente, no sea necesario mover al piloto.
El volante deberá contar con todos los botones necesarios, los pedales con el freno,
acelerador y embrague (opcional, pueden ser paletillas a ambos lados del volante, como
se realizará en la segunda parte).
Para finalizar, se colocará el cinturón de seguridad, concretamente, la determinación de
los puntos de anclaje (6 normalmente) que aseguren que el piloto esté bien sujeto y
protegido en caso de fuerte impacto y no salga despedido.
Por exigencias de la organización FSAE, para comprobar que el acceso a la cabina tiene
una dimensión apropiada, se insertará una plantilla (imagen 1.23) en la apertura,
horizontalmente, hasta que pase por encima de la viga superior de la estructura de
impacto lateral (o 350 mm por debajo del suelo).
Imagen 1.25. Plantilla horizontal.
38
Una segunda plantilla (imagen 1.24) se introducirá a través de la cabina hasta el punto
que se encuentra a 100 mm del punto más alejado de los pedales, en reposo. El modelo
tiene un espesor máximo de 7 mm y es insertado horizontalmente, lo más hacia atrás
que fuera posible.
Imagen 1.26. Plantilla vertical
39
4.3.- Caja de los pedales
4.3.1 Introducción
Un monoplaza debe estar equipado con un sistema de conversión de la energía
suministrada por el piloto, cuando éste ejerza la fuerza necesaria sobre los pedales, en
energía mecánica que permita la aceleración o frenada del vehículo. Los elementos de
la caja de los pedales son la parte del vehículo que contiene los pedales y los sistemas
de conversión de energía anteriormente mencionados.
En esta parte del proyecto, se ha propuesto comprender y analizar las exigencias
funcionales, así como el reglamento de la competición sobre los sistemas involucrados.
Por último, se analizarán las interacciones con el resto de sistemas del vehículo para
poder, así, realizar un primer diseño de la caja de los pedales.
4.3.2.- Análisis de las exigencias
La caja de los pedales debe contar con, al menos, un sistema de frenada y otro de
aceleración para que la fuerza ejercida por el conductor pueda ser convertida en energía
mecánica. Como en la mayoría de coches presentes en el mercado, la caja de los pedales
puede contener también un pedal de embrague.
El sistema de frenado está compuesto por un pedal y por los cilindros maestros, los
cuales deben absorber la fuerza transmitida por el pedal. En ese apartado se tendrá en
cuenta ciertas consideraciones, como por ejemplo, que la distancia entre el asiento del
piloto y los pedales pueda ser fácilmente ajustable para que todo el equipo pueda
conducir, aportando mayor adaptabilidad a las necesidades de cada conductor (al
modificarse la distancia entre el asiento y los pedales). Además, para un confort
adecuado para el mayor número de miembros, habrá que elegir con precaución el
ángulo que forman el pedal con el suelo del chasis.
4.3.3.- Interdependencias con el resto de sistemas [28]
La caja de los pedales está en relación con otros sistemas del vehículo, incluyendo el
chasis, la estructura de impacto, los sistemas de frenada y aceleración, el motor y la
electrónica. Cada vez que se toma una decisión sobre uno de estos elementos, influye
en la concepción de la caja de los pedales (y viceversa), y de este modo, en el
rendimiento global del vehículo.
Chasis
El reglamento impone ciertas condiciones para su colocación en la parte delantera
interior del chasis. Para empezar, debe estar fijada a él sin comprometer la estructura
del monoplaza. Además, la caja de los pedales debe ser capaz de resistir a la fuerza
aplicada por el piloto sobre los pedales, independientemente de la inclinación y
localización.
40
Estructura de impacto
Según las reglas, los cilindros maestros no deben atravesar la mampara que separa el
interior del chasis del atenuador de impacto. De la misma manera, los pedales tampoco
podrán atravesar dicha mampara cuando estén presionados.
Frenos
Este sistema es la parte más importante de la caja de los pedales. Debe albergar los
cilindros maestros que controlen la presión del fluido en los cables de frenada. Otro
elemento de la caja de los pedales es la barra de equilibrio que une los dos cilindros
maestros y los tanques para la reserva de fluidos. Dichos tanques nunca podan estar
situados entre las piernas del piloto y los pedales.
Acelerador
El pedal del acelerador está conectado al carburador por medio de un cable que permite
controlar la inyección de carburante en el motor. Este cable tiene que volver a su
posición inicial, junto con el pedal cuando la fuerza ejercida sobre el mismo desaparezca.
En esta parte se abordará el sistema de frenada y en la segunda se desarrollará el
sistema de aceleración.
Motor
Si se incluye el embrague en la caja de los pedales, hay una interacción del motor con la
transmisión del vehículo, ya que éste tiene que suministrar el par motor a las ruedas
traseras. En la parte II se desarrollará una aplicación práctica, en concreto, la
implantación del motor en un chasis, aunque no influirá en la caja de los pedales, ya que
el embrague consistirá en las dos paletillas a ambos lados del volante.
Electrónica
La electrónica desempeña un papel importante en la caja de los pedales debido a que el
reglamento requiere que el pedal de freno posea un interruptor que apague el motor al
acabar la carrera. El sistema hidráulico, debe contar con un captador de presión que
encienda los faros traseros cuando se presiona el pedal de freno. Al igual que con el
motor, se llevará a cabo una aplicación práctica más detallada en la parte II del proyecto.
4.3.4.- Montaje [33]
Se analizarán los tipos de montajes existentes en la actualidad de los distintos elementos
de la caja de los pedales para poder determinar el modelo que mejor se adapte a
nuestras necesidades. Si cuenta con los tres pedales, el de la derecha es el del
acelerador, el del centro el freno y el de la izquierda el embrague. Como se verá en la
parte segunda, se elegirá una caja de pedales sin embrague, el cual se colocará como
dos paletas a ambos lados del volante para simplificar la conducción, como se ha
mencionado anteriormente. Existen dos tipos de montajes de los pedales, la caja se sitúa
en el suelo del vehículo y se conecta a los pedales que se localizan en la parte superior,
o bien la caja se ubica en la parte superior. A continuación se mostrará una imagen de
estos dos tipos de montajes, siendo el primero el más frecuentemente empleado.
41
Imagen 1.27. Pedales
Cilindros maestros
Son los elementos que permiten enviar el líquido de freno a las ruedas mediante unos
cables hidráulicos (uno para las ruedas delanteras y otro para las traseras), cuando se
ejerce fuerza sobre el pedal de freno. Siguiendo las indicaciones de la organización, el
sistema debe contar con dos circuitos hidráulicos independientes, para que en caso de
que haya un problema en uno de los dos circuitos, al menos dos ruedas sean bloqueadas.
Al frenarse las ruedas, el peso del vehículo tiende a pasar hacia la parte delantera, siendo
más difícil bloquear estas ruedas que las traseras. De hecho, la presión debe ser de 815
psi para las ruedas delanteras, y 496 psi para las traseras (datos obtenidos del
reglamento).
Para repartir la frenada, se unen los dos cilindros por una barra de equilibrio, de forma
que queden desfasados el uno respecto del otro. Esto permite que la presión en los dos
circuitos hidráulicos independientes (uno para las ruedas delanteras y otro para las
traseras) sea distinta, habiendo aplicado sobre el pedal una misma fuerza. De esta
forma, el ajuste de la barra de equilibrio permite controlar la diferencia de presiones
entre ambas ruedas y, por lo tanto, también la fuerza de frenada.
Imagen 1.28. Posición de la barra de equilibrio
Hay tres tipos de montajes de los cilindros maestros: detrás de los pedales, delante, o
con un cierto ángulo.
En el primer caso, el más convencional, la principal ventaja es que los pistones se
comprimen en el mismo sentido que la fuerza ejercida por el pie, de manera que la
presión hidráulica es mayor. Todos los esfuerzos se realizan en una sola dirección, en el
42
sentido longitudinal del monoplaza. La concepción del sistema es bastante simple, al
igual que el cálculo del radio del pedal, como se explicará a continuación. Sin embargo,
esta disposición ocupa mucho espacio.
Al colocar los cilindros maestros delante de los pedales, los pies se situarían en medio
de los cilindros o por encima. La principal ventaja es la reducción de la longitud entre el
pivote del pedal y la parte delantera de la caja de los pedales, haciéndolo más ligero. Sin
embargo, el inconveniente de esta solución es que hace falta separar tanto los cilindros
entre sí que el momento ejercido sobre la barra de equilibrio es mayor.
La última solución consiste en posicionar los cilindros con un cierto ángulo respecto del
pedal, reduciendo el espacio necesario para la caja de los pedales. No se utiliza
frecuentemente debido a la dificultad geométrica y de construcción para poder tener el
mismo radio del pedal real que teórico. Además, haría falta una rótula para que los
cilindros formaran un ángulo entre sí, lo que añade otro coste al montaje.
Palanca de embrague
La colocación de los cilindros maestros no interviene en la decisión de poner una
palanca, en vez de un pedal. Se suele insertar la palanca al lado del volante para
simplificar la concepción del modelo de la caja de los pedales. Habrá más espacio para
instalar los pedales de freno y de aceleración, siendo, a la vez, más fáciles de utilizar para
los usuarios de mayor tamaño. El problema es que la mayoría de conductores están más
habituados a conducir con un pedal de embrague y no con una palanca.
Radio del pedal
Como mencioné anteriormente, el cálculo del radio del pedal depende de la localización
de los cilindros maestros. Para simplificar los cálculos, se decidió centrarse en el modelo
en el cual los cilindros se colocan horizontalmente, detrás de los pedales. El radio es el
cociente entre la distancia entre el centro del pedal y el pivote y la distancia entre dicho
pivote y el lugar donde se encuentran los cilindros maestros. La fórmula queda de la
siguiente manera: Radio = X/Y
Imagen 1.29. Radio del pedal
Un radio elevado, mejora la eficacia de la fuerza ejercida, pero requiere al mismo tiempo
un recorrido mayor del pedal y una sensación menor de frenada. La eficacia de la fuerza
ejercida depende del radio, según la fórmula siguiente: Fuerza real=Fuerza teórica *
Radio del pedal. Generalmente, este radio deberá estar comprendido entre 5 y 6.5
43
4.3.5.- Modelo propuesto
En este apartado se procede a ofrecer las soluciones tomadas para el diseño de la caja
de los pedales, aunque dicho modelo no fue construido, en la parte II se desarrollará la
aplicación de los conceptos anteriormente expuestos, además del sistema para el
acelerador que será el que se desarrollará. Se tuvo en cuenta la importancia de que
personas de diferentes alturas pudieran ser capaces de conducir el monoplaza para el
correcto accionamiento de los pedales. Para ello, se decidió ubicar la caja de los pedales
sobre dos railes en sentido longitudinal al vehículo. El ajuste de la caja de los pedales se
realizaría con la ayuda de 4 pasadores que atravesarían el soporte de la caja de los
pedales y los raíles, en sentido horizontal.
Imagen 1.30. Diseño de la caja de los pedales de modo que puede desplazarse
longitudinalmente
El pedal del acelerador deberá ser capaz de volver a su posición inicial al desaparecer la
fuerza ejercida sobre el mismo. Para ello, una posible solución consistiría en un resorte
de torsión. Para evitar que se rompa el cable al presionar muy fuerte o lejos del pedal,
el modelo contará con una cuña de parada. El diseño del pedal se realizará con cierta
curvatura, lo que permitirá un mejor apoyo para ángulos distintos entre el pie y dicho
pedal.
A continuación, se muestra una representación del sistema de compresión del fluido por
los cilindros maestros.
44
Imagen 1.31. Representación del sistema de compresión del fluido por los cilindros
maestros.
La siguiente etapa para la concepción de la caja de los pedales sería conocer los
recorridos de los pedales necesarios para la concepción de la caja. Para ello, habría que
conocer las presiones hidráulicas necesarias para la frenada, así como la fuerza para tirar
del cable del freno. Llegados a este punto, se podrán determinar las dimensiones de los
pedales, el radio del pedal y se elegirán las piezas necesarias para ello (cilindros
maestros, barra de equilibrio,…).
45
4.4.- Chasis: diseño y análisis de resultados
4.4.1.- Wireframe
Consiste en el diseño de la estructura tridimensional del chasis, se representan las líneas
que constituyen el esqueleto del vehículo, para, posteriormente, precisar todas las
dimensiones y posiciones concretas de los puntos esenciales. El diseño del chasis se
realizó con el software CAO: NX 10.0 de Siemens [34]. Dado que el wireframe es
relativamente fácil de manejar, es sencillo realizar modificaciones si se desea. Es por ello
la primera etapa en este tipo de diseños.
4.4.2.- Proceso de diseño en software
Se comenzó definiendo la posición del eje de las ruedas, el cual sirvió de referencia. Para
evitar que el vehículo sea muy grande, se escogió la distancia mínima impuesta por las
reglas (1525 mm), entre la rueda delantera y la trasera. Esto permite reducir el peso del
monoplaza, al emplear una menor cantidad de tubos.
Imagen 1.32. Diseño del eje principal.
46
Parte delantera
Imagen 1.33. Vista lateral del chasis en proceso de diseño.
Entre el eje de las ruedas y la parte inferior del chasis, se reservó una distancia de 15
mm. A modo de simplificación en la construcción, no se introdujo ángulo de inclinación
entre los arcos (principal y frontal) y el plano vertical.
De acuerdo con la normativa, dos criterios deben ser respetados. En la zona de la célula
del piloto, una placa debe poder ser sostenida horizontalmente e insertada
verticalmente de manera que pase por debajo de la viga más alta de la estructura lateral
de impacto (imagen 1.12). Como muestra la captura de pantalla siguiente, la placa se
insertó correctamente.
Imagen 1.34. Inserción de la plantilla en el modelo de CAO.
47
También se verificó el requisito del percentil 95%. Como muestra la imagen 35, el
modelo de hombre que representa el 95% entra perfectamente en la cabina del piloto
y podría conducir correctamente el vehículo, considerando las medidas obtenidas en el
Excel (imagen 1.22).
Imagen 1.35. Comprobación de que el conductor especificado cabría en el modelo
diseñado.
Parte trasera
Imagen 1.36 y 1.37. Puntos de anclaje del motor al chasis (vista lateral y trasera).
48
Es el lugar donde se encuentra el motor, el cual deberá ser introducido desde arriba.
Para la fijación del mismo al chasis, se ha obtenido un modelo en 3D. Primero se coloca
el motor en su lugar correspondiente y con la configuración correcta. Después, se
localizan los 6 puntos de fijación a la estructura, así como una barra en el centro del arco
principal, para sostener la espalda del piloto y fijar la cintura.
Así, tenemos el chasis perfectamente definido.
Imagen 1.38. Modelo de chasis en CAO acabado (vista lateral y trasera).
4.4.3.- Método de elementos finitos
El método de los elementos finitos permite realizar cálculos numéricos para objetos
complejos. Una vez establecido el wireframe, se comenzó con dicho análisis sobre el
chasis, para prever las deformaciones y esfuerzos internos, al someter a la estructura a
distintas cargas definidas. Para poder empezar, se debe definir al wireframe como un
solo objeto, una unidad, el chasis. Los tubos que lo constituyen son macizos, es decir, de
diámetro interior nulo, logrando así una mayor facilidad de cálculo. Se eligió para la
simulación el acero AISI-Steel-1005, similar al propuesto por Formula Student.
El objetivo principal de este análisis es poder ver la influencia de la existencia de placas
laterales en las deformaciones y desplazamientos, además de los puntos del chasis
sometidos a los valores máximos. Para ello, se desarrollaron dos test: uno con las placas
y otro sin ellas.
49
Imagen 1.39. Chasis sin placas.
Imagen 1.40. Chasis con placas laterales.
50
Definición del test
-Restricciones: Empotramiento en la viga más alejada.
-Esfuerzos exteriores aplicados: Dos fuerzas de 1.000 N se aplican en la pared delantera
de ambos lados para crear una torsión.
Imagen 1.41. Empotramiento en el chasis (tubo trasero).
Imagen 1.42. Fuerzas aplicadas en la parte frontal del chasis.
Resultados
1. Caso sin las placas
Imagen 1.43. Desplazamientos sin placas.
Imagen 1.44. Tensiones sin placas.
El desplazamiento máximo es de 0.799 mm y el esfuerzo máximo de 30.06 MPa/mm2.
51
2. Caso con las placas
Imagen 1.45. Desplazamiento con placas.
Imagen 1.46. Tensiones con placas.
El desplazamiento máximo es de 0.533 mm y el esfuerzo máximo de 29.63 MPa/mm2.
Comparando ambos resultados, se observa que con las placas laterales, las
deformaciones y esfuerzos internos del chasis se han reducido. En las imágenes se
observa que los esfuerzos más importantes aparecen en la parte alta de los arcos
principal y frontal, así como en las abrazaderas de dichos arcos. Es por ello que la
normativa de la competición es tan exigente en lo que a estas estructuras respecta y
deben contar con arcos de soporte.
4.5.- Interacción del chasis con otros componentes
En esta sección se demostrará el cálculo aproximativo de diferentes valores de la fuerza
lateral debidos a la frenada de la rueda y de las fuerzas de reacción en cada neumático.
Para ello, se parte de una masa total del vehículo de unos 280 Kg. Ésta comprende todos
los elementos del monoplaza, en particular, el chasis, las cuatro ruedas, el sistema del
motor y el piloto.
4.5.1.- Sistema de frenado
Se considerará un verdadero neumático que se deforma al estar en contacto con el
asfalto. Dicha deformación produce una presión no uniforme en la superficie de
contacto entre ambos elementos. Para calcularla, debemos conocer el coeficiente de
resistencia a la rodadura fr.
52
Imagen 1.47. Representación de la fuerza de fricción en el neumático.
La relación entre la fuerza lateral de contacto (de rozamiento) entre el neumático y el
asfalto y el coeficiente de resistencia a la rodadura viene dado por la ecuación siguiente:
(2)
Donde Rr es la fuerza de rozamiento y P es la fuerza normal en la rueda.
La fuerza de rozamiento aparece debido a la pérdida de energía por el fenómeno de
histéresis en el interior de la estructura del neumático. El coeficiente de resistencia a la
rodadura depende de diversas variables, como la velocidad y peso del vehículo, la
temperatura, la presión del neumático, etc. Las variables más importantes son la presión
del neumático y la velocidad del monoplaza. Pudiendo, así, calcularse el coeficiente de
rozamiento gracias a la ecuación siguiente [35]:
(3)
Donde V es la velocidad del vehículo en km/h y f0 y fs son los coeficientes que
intervienen en la ecuación (2).
53
Imagen 1.48. Coeficientes fo y f1 en función de la presión en el neumático.
Considerando una presión en el neumático de 0,5515 bar (generalmente utilizada para
los vehículos de Fórmula), tenemos un valor aproximado de f0 = 0,0180 et de fs = 0,0165.
Para una velocidad máxima de 97,2 km/h (27 m/s), valor máximo posible alcanzado en
la competición, se obtiene un coeficiente de rozamiento fr = 0,0334.
Faltaría calcular las reacciones en cada rueda. Para ello se utilizó el software xvigaswin
[36]. Se considera un equilibrio estático en el eje vertical y un par motor de 47.4824 Nm
(obtenido de la ficha técnica del mismo). Dividiendo la longitud del chasis en dos partes
(delantera y trasera), el peso está distribuido en proporciones distintas para cada una
de ellas.
El vehículo tiene un peso en reposo de 280 kg (W). Como se explicó en la sección anterior
del estudio de las cargas del vehículo, se tomó una distribución de los pesos del 45-55
%, 45% del peso total (126 Kgf) del vehículo en la parte delantera y 55% en la trasera
(154 Kgf). Se aproxima la acción de las cargas a la acción de dos fuerzas que actúan, cada
una de ellas, en la mitad de cada parte del vehículo. De esta forma los puntos de
aplicación de las cargas son los siguientes, tomando como referencia el punto más hacia
la izquierda (delantero), como X = 0 y considerando la viga el eje longitudinal del chasis
de 1.525 mm.
W1 = 126 Kgf aplicada en X = 1.525/4 = 381,25 mm
W2 = 154 Kgf aplicada en Y = 1.525 *0.75 = 1.143,75 mm
54
Imagen 1.49. Repartición de las fuerzas de las distintas cargas sobre el chasis
(xvigaswin)
Las ruedas delanteras se sitúan a 20 cm de la parte delantera del chasis y las ruedas
traseras a 17,5 cm del final del mismo. El par motor se aplica al nivel de las ruedas
traseras. También se introdujeron los siguientes datos: viga con dos apoyos, de
elasticidad la del acero (2.100 Tf/cm2) e inercia de un tubo de 25 mm (4.000 Tf/cm4),
valor aproximado de los tubos del reglamento [13].
La resolución del sistema (4) de ecuaciones permite obtener las reacciones A y B, siendo
éstas las reacciones verticales totales (normales a la superficie de contacto entre el
asfalto y el neumático) para cada par de ruedas. El programa xvigas, una vez introducido
el tipo de barra (isostática con dos apoyos), las cargas puntuales y el par del motor con
todas las distancias, resuelve el sistema de ecuaciones de la estática [37], obteniendo
los siguientes resultados:
A + B – W1 - W2= 0
-M + W1 * X + W2 * Y - A*d12 = 0
(4)
Imagen 1.50. Resultados del cálculo de las reacciones con el programa xvigas
55
Con este programa también pueden obtenerse las ecuaciones y gráficos de los esfuerzos
(cortantes y flectores) y deformaciones (giros y flechas) a lo largo de la viga:
Imagen 1.51. Ecuaciones de los esfuerzos a lo largo del eje longitudinal del chasis.
Imagen 1.52. Gráfica de los esfuerzos a lo largo del eje longitudinal del chasis.
56
Imagen 1.53. Ecuaciones de las deformaciones a lo largo del eje longitudinal del chasis.
Imagen 1.54. Gráfica de las deformaciones a lo largo del eje longitudinal del chasis.
57
Al haber modelizado el chasis en 2D, la fuerza vertical en cada rueda es el valor de dichas
reacciones dividido entre dos (en cada neumático).
Para cada rueda delantera: A/2 = 64,9 Kgf = 636,03 N
Para cada rueda trasera: B/2 = 75,1 Kgf = 735,97 N
Con estos resultados y el coeficiente de rozamiento, se puede calcular el valor de la
fuerza horizontal (de rozamiento, R r) en cada rueda con la ecuación (2):
Para cada rueda delantera: R r1 = 21,24 N
Para cada rueda trasera: R r2 = 24,58 N
Así, pueden deducirse las fuerzas sobre el chasis, que dependen de la configuración del
sistema de suspensión. Dado que el coeficiente de resistencia a la rodadura es de un
valor muy pequeño (fr = 0,0334), se deduce que las fuerzas horizontales en las ruedas
pueden ser despreciadas para el cálculo del esfuerzo de flexión en la pieza que une la
rueda con el chasis y podemos considerar solamente las fuerzas verticales (A y B) para
calcular dicha flexión.
4.5.2.- Sistema de suspensión [38]
Como se resaltó en apartados anteriores, es de suma importancia la coordinación con el
resto de sectores. En concreto, se trabajó con el sector encargado de la suspensión para
determinar los mejores muelles y amortiguadores. Dicho sector desarrolló el estudio de
las vibraciones y cálculo de las fuerzas ejercidas por el sistema de las suspensiones que
permitieron calcular la fuerza máxima que soportaría el vehículo, al desplazarse a una
velocidad de 27 m/s. Esto permitirá comparar la diferencia entre la fuerza normal
cuando el monoplaza está parado, sin sufrir vibraciones y cuando es sometido a ellas, al
moverse a gran velocidad. Se realizará a continuación una breve introducción al sistema
de las suspensiones y los cálculos realizados para la obtención de la fuerza máxima
ejercida por las suspensiones en el chasis.
La suspensión deberá asegurar el confort del piloto, estabilidad y direccionalidad para
que el monoplaza mantenga la trayectoria deseada por el conductor. Algunas de las
funciones que debe cumplir el sistema de suspensión son: transmitir las fuerzas de
aceleración y de frenada entre los ejes y bastidor, resistir el par motor y de frenada, así
como los efectos de las curvas, conservar el ángulo de dirección en todo el recorrido,
paralelismo entre ejes y perpendicularidad del bastidor, estabilidad adecuada del eje de
balanceo y aguantar la carga del vehículo.
Para cumplir dichos objetivos, el sistema debe cumplir las siguientes propiedades:
-Elasticidad, para evitar que las desigualdades del terreno se transmitan al vehículo en
forma de golpes secos.
-Amortiguación, que impide un balanceo excesivo de la carrocería y mantiene los
neumáticos en contacto con el terreno.
58
Imagen 1.55. Oscilaciones de un automóvil.
En esta sección se procederá al cálculo y determinación del sistema muelleamortiguador para unir las ruedas al chasis. Ello con el objetivo de encontrar el balance
entre el control del vehículo y la comodidad de los pasajeros (en este caso del piloto).
Imagen 1.56. Amortiguador con muelle
Se puede observar en la imagen que al aplicar fuerzas longitudinales sobre el sistema, el
muelle se comprimirá o alargará, y el cilindro que se encuentra en la parte interior
avanzará conforme a dichas fuerzas.
Cuando un vehículo se desplaza, sufre ciertas vibraciones que ocasionan que la fuerza
que debe soportar dicho vehículo sea mayor. Se diferenciarán dos frecuencias de
vibración, una para las ruedas delanteras y otra para las traseras. Esto ocurre debido a
que cuando el monoplaza pasa por encima de un bache en la carretera, las ruedas
delanteras sentirán el impulso antes que las traseras. Si las ruedas delanteras y traseras
sintieran dicha excitación al mismo tiempo, el coche se desestabilizaría, ya que se
produciría resonancia. Se define como el fenómeno que se produce cuando un cuerpo
capaz de vibrar es sometido a la acción de una fuerza periódica, cuyo periodo de
vibración se acerca al periodo de vibración característico de dicho cuerpo. Si esto sucede
59
y se aplicara una fuerza relativamente pequeña de forma repetida haría que la amplitud
del sistema oscilante se hiciera muy grande. La frecuencia de un monoplaza suele
situarse en torno a 3 Hz y 5 Hz.
Imagen 1.57. Desfasaje de las frecuencias de la rueda frontal y trasera tras sobrepasar
un bache con el vehículo.
Se muestra un extracto de la tabla Excel con los datos de las constantes del amortiguador
para las ruedas delanteras y traseras en función de dos velocidades tomadas para los
cálculos de las fuerzas máximas ejercidas por los amortiguadores sobre el chasis. Un
amortiguador puede trabajar en compresión o rebound. Para la realización de la tabla
se consideran como LS (Knee speed) un valor de 11 m/s y HS (High Speed) de 27 m/s.
Los datos de las constantes elásticas (Cam LS y HS), en función del modo del
amortiguador (compresión o rebound), fueron obtenidos teniendo en cuenta que si el
valor de la masa suspendida es de 240 Kg, si se repartiera dicha carga por igual en las
cuatro ruedas, cada una soportaría un peso de 60 Kg (588 N). Al dividir este valor entre
el desplazamiento máximo del amortiguador (22,39 mm) se obtiene un valor de
constante elástica de 26,26 N/mm [39]. Utilizando valores múltiplos de dicha constante
se obtienen el resto de constantes elásticas. Con la Ley de Hook para el cálculo de la
fuerza elástica, se obtiene el valor de la fuerza máxima, obteniéndola en modo rebound
a gran velocidad (3.000 N para las ruedas delanteras y 4.000 N para las traseras). Se
contrastaron las fuerzas máximas ejercidas por amortiguadores de coches de carreras
para la competición, verificando que sus valores se aproximaban a los obtenidos.
60
Imagen 1.58. Excel amortiguadores del sector de la suspensión.
A continuación se muestra la pieza que haría de unión entre el chasis y la rueda, y donde
se instalaría el sistema muelle-amortiguador.
Imagen 1.59. Pieza de unión del chasis con cada rueda.
Tras el estudio preliminar, considerando solamente el esfuerzo vertical, el esfuerzo de
flexión debido a la fuerza vertical es [37]:
(5)
Donde Mmax es el momento máximo en la pieza, r el radio de la pieza e Iz el momento
de inercia de la sección transversal de un cilindro (tubo). Se considerará, en una primera
aproximación, las medidas siguientes (correspondientes al chasis del año pasado):
61
r = 0.013 m
L = 0.48 m
Con r el radio de la pieza y L su longitud.
El momento de inercia del área (Iz) es una propiedad geométrica de la sección
transversal de elementos estructurales. Físicamente está relacionado con las tensiones
y deformaciones máximas que aparecen por flexión en un elemento estructural y, por
tanto, junto con las propiedades del material determina la resistencia máxima de un
elemento estructural bajo flexión.
Con los datos anteriores de la pieza se obtiene:
Iz = π/2 * r4 = 4,48 * 10 -8 m4
(6)
Se puede calcular el esfuerzo debido a la componente vertical de la fuerza del
amortiguador y la del sistema del muelle (línea diagonal en la imagen).
Imagen 1.60. Esquema de ligadura entre amortiguador-muelle con las ruedas.
Aplicando el equilibrio estático en el eje vertical, se tiene el siguiente diagrama de
cuerpo libre, aplicando los siguientes cálculos a una de las ruedas delanteras:
A
Fd
N
p
Imagen 1.61. Diagrama de cuerpo libre en el sistema amortiguadores-muelles y rueda
La fuerza N, es la normal ejercida por el asfalto sobre las ruedas, la fuerza Fdp es la
ejercida por el vehículo sobre el objeto de estudio muelle-amortiguador-rueda y Mmáx
es el momento en el punto A, esfuerzo originado por la reacción en el punto de unión al
resto del chasis, en el cual sólo hay torsión y no flexión dadas las características de la
pieza y considerando que se trata de un punto muy próximo a la rueda en comparación
con la longitud total del eje transversal que une las dos ruedas. En un primer momento,
62
el ángulo de la fuerza Fdp se toma como 90º, al no conocer todavía la configuración
definitiva.
Se toma la distancia entre A y el punto de aplicación de Fdp es de 2*L/3 y aquella del
punto de aplicación de Fdp a la rueda de L/3. Dado que la reacción en A equivale a un
momento, al hacer el equilibrio de fuerzas en el eje vertical, resulta que Fdp=N. Este
resultado es lógico, teniendo en cuenta que el amortiguador absorbería como máximo
toda la fuerza normal ejercida del suelo a las ruedas. Sabemos que el vehículo no podrá
soportar una fuerza mayor de 3.000 N para las ruedas delanteras y 4.000 N en las
traseras. Recordemos que en situación de equilibrio estático, la reacción normal en cada
rueda delantera es de 636,03 N (menor que los 3.000 N máximos en movimiento).
Utilizando las ecuaciones de la estática, se plantea la ecuación de momentos en A para
calcular el momento máximo en el punto de unión rueda trasera-chasis:
M = - Fdp * 2L/3 + Fdp * L = Fdp * L/3
(7)
Dado que el momento Mmáx hace referencia al momento en cada una de las dos
ramificaciones de la pieza de unión de la imagen 1.59, el momento M se divide entre
dos, obteniendo así Mmáx. Expresando todas las unidades en el sistema internacional, se
despeja en la ecuación (8), obteniendo un momento máximo de:
Mmáx = (Fdp * L/3) / 2 = M / 2
(8)
Esta ecuación permite hallar Mmáx, de valor igual a 240 Nm. Sustituyendo en la ecuación
(5), se obtiene un esfuerzo de flexión de 69,64 MPa. Dado que el objeto de estudio es
un vehículo que tendrá que soportar determinadas cargas, es conveniente calcular el
factor de seguridad, el cual se define como el cociente entre el valor calculado de la
capacidad máxima de un sistema y el valor del requerimiento esperado real al que se
verá sometido. Considerando un esfuerzo controlado (de fluencia) de 305 MPa (tomado
de la normativa) e introduciendo los datos en la fórmula, obtenemos así:
Fs = sigma fluencia/sigma flexión = 305/ 69,64 = 4,38
(9)
Gracias al previo estudio, podemos verificar que las reacciones en las ruedas, o lo que
es lo mismo, el peso que debe soportar el vehículo al moverse a gran velocidad es
superior a la reacción producida por la masa suspendida en estática, debido a las
vibraciones a las que se somete durante el movimiento. Siendo este valor, calculado
para las ruedas delanteras, de 4,71 veces la carga al moverse a gran velocidad (27 m/s).
Este valor ha sido calculado como el cociente entre la fuerza máxima cuando hay
vibraciones (a gran velocidad) y la reacción en la rueda cuando el monoplaza está en
reposo (3.000/ 636,03 = 4,71). La capacidad máxima del sistema será la de soportar 4,38
veces el requerimiento real al que se someterá al vehículo. El valor numérico es
coherente con los requisitos mínimos que impone la normativa. Para los amortiguadores
el factor de seguridad mínimo es de 2, en caso de choques, dicho valor será de 3. Al ser
un vehículo de carreras, es imprescindible que tenga una capacidad considerable
63
superior a la real, debido a posibles problemas o cuestiones que puedan suceder
durante la carrera.
4.5.3.- Unión motor-chasis
En esta sección se explica el procedimiento para determinar las diferentes reacciones
en los puntos de la estructura que fijan el motor al chasis. Este estudio será de gran
ayuda para la aplicación práctica de la parte II del proyecto en la que se unirá el motor
al chasis.
Imagen 1.62. Puntos de fijación entre el motor y el chasis
Como puede observarse, el motor dispone de 6 puntos de fijación al chasis (1, 2, 3, 4, 5,
6), sin embargo, y a modo de simplificación, se considerarán tres (3, 4, 6) para la unión.
Dichos puntos equivalen a los puntos de apoyo vistos de derecha a izquierda,
respectivamente, en la imagen 1.62.
Obteniendo el peso del motor y el par motor de la ficha técnica del mismo:
W motor = 35 kg
M motor = 47,4824 N m
64
Imagen 1.63. Modelo de fijación del motor al chasis: diagrama de cuerpo libre en
xvigaswin
Al igual que se realizó para calcular las reacciones verticales en las ruedas, el programa
resuelve las siguientes ecuaciones de la estática en el eje vertical (10), para calcular las
reacciones en los puntos de fijación del motor al chasis:
R1 + R2 – W + R3 = 0
W * d2A – M + R3A * d3A – R1 * d1A = 0
(10)
Siendo A, el punto donde se aplica el momento del motor (2 en la imagen 1.63) y las
distancias, las siguientes, se obtienen unas reacciones de valor el mostrado en la imagen
1.64:
d1A = 187,93 mm
d2A = 25 mm
d3A = 187,93 mm
65
Imagen 1.64. Resultado del cálculo de las reacciones en los puntos de unión chasis-motor
Estos cálculos permiten hallar las reacciones en los puntos de unión al chasis, siendo
éstas de:
(1) 110,35 N
(2) 371,19 N
(3) 138,55 N
4.6.- Elección del tubo para la construcción
Para la concepción del chasis, las dimensiones de los tubos debían de ser aquellas
aceptadas por la normativa, que permitieran obtener el mejor cociente rigidez/peso. Es
preciso recalcar que al aumentar la rigidez, el peso aumenta también, por ello se busca
un equilibrio y así lograr que el vehículo sea lo más ligero y resistente posible. Habrá que
determinar el diámetro y espesor para cada tipo de tubo, respetando las medidas
mínimas indicadas por el reglamento de la competición (imagen 1.65). Se eligieron tubos
de sección circular, por ser más resistentes, ya que a igualdad de sección trasversal, el
momento de inercia a la torsión de los circulares es, aproximadamente, dos veces
mayor:
S circular = π*R2
S cuadrada = L2
π * R2 = L2
I circular = π /2* R4
Icuadrada = L4/12 = (π * R2)2 /12
66
I circular = 6/π * I cuadrada
Se calcula, por una parte, la superficie de una sección de tubo (proporcional al peso):
S= π D (D - e)
(11)
Por otro lado, se calcula la rigidez mediante el segundo momento de inercia:
I = π/32*[D4 – (D – 2*e)4]
(12)
En un cuadro Excel se varían los distintos parámetros para determinar el mejor cociente,
como se muestra a continuación:
1. Main & Front Hoops, Shoulder Harness Mounting Bar
2. Side Impact Structure, Front Bulkhead, Roll Hoop Bracing, Driver´s Restraint
Harness Attachment
3. Front Bulkhead Support, Main Hoop, Bracing Supports
Imagen 1.65. Tabla Excel con las dimensiones de las estructuras y la relación
inercia/superficie (rigidez/peso)
Tras el previo estudio, se eligieron las siguientes medidas, para obtener el mejor cociente
entre inercia y superficie, y así, un equilibrio entre rigidez y peso del vehículo, Se elegirá
el radio de mayor valor, teniendo en cuenta que las medidas estén en el rango de las
permitidas por la competición (imagen 1.6).
Variando los distintos parámetros se comprueba que al aumentar el diámetro
(manteniendo constante el espesor) la rigidez y el peso aumentan, y viceversa. Se prestó
especial atención en la determinación de las dimensiones de los tubos que sufren mayor
deformaciones y desplazamientos (como los arcos principal y frontal), de acuerdo a los
resultados obtenidos anteriormente en CAO.
67
Main & Front Hoops,
Shoulder
Harness
Mounting Bar
Side
Impact
Structure,
Front
Bulkhead, Roll Hoop
Bracing,
Driver´s
Restraint Harness
Attachment
Front
Bulkhead
Support, Main Hoop,
Bracing Supports
OUTSIDE
DIMENSION x WALL
THICKNESS
ESTIMATED LENGTH
FOR THE CAR
ESTIMATED COST
25,4 x 2,4 mm
4,6 m
120 €/100 m
25,4 x 1,6 mm
15 m
100 €/100 m
26 x 1,2 mm
3,5 m
100 €/100 m
Imagen 1.66. Aproximación de longitud total necesaria para construir el chasis con su
coste.
El siguiente paso era determinar el acero que constituiría los tubos de la estructura. Se
eligió el acero E370, un acero común, para que fuera sencillo encontrarlo en los
proveedores de materiales para la construcción. El coste total de los tubos seria de 24,02
€, lo cual demuestra que el chasis tubular resulta económico.
El material se eligió con el objetivo de obtener un gran factor de seguridad del vehículo.
Siendo la capacidad máxima del sistema (con acero E370) de un valor de 305 MPa, el
vehículo podría soportar 4,38 veces el requerimiento real al que será sometido. El valor
numérico es coherente con los requisitos mínimos que impone la normativa. Para los
amortiguadores el factor de seguridad mínimo es de 2, en caso de choques, dicho valor
será de 3. Al ser un vehículo de carreras, es imprescindible que tenga una capacidad
considerable superior a la real, debido a posibles problemas o accidentes que puedan
suceder durante la carrera.
El acero E370 respectaba las especificaciones de la regla T.3.4.1 de la normativa [5]:
Cálculo de la fuerza de flexión y pandeo:
Módulo de Young (E): 200 GPa
Límite de elasticidad: 305 MPa
Resistencia a rotura: 365 MPa
Aunque la construcción del monoplaza no iba a tener lugar, para dar al proyecto una
perspectiva para el futuro, se buscó un posible proveedor, que nos suministrara tubos
de acero E370 de las dimensiones necesarias: Marcegaglia [40].
68
PARTE II
INSTALACIÓN DE UN MOTOR EN EL CHASIS
Capítulo 5.- Trabajos realizados
5.1.- Instalación del motor en el chasis
Tal como se expuso en la sección introductoria, el objetivo principal es la instalación del
motor de una moto Aprilia Mana 850 que había sufrido un accidente en el chasis de un
monoplaza. Como se detalló en la primera parte, el chasis es el elemento que debe
soportar todas las cargas del vehículo. De esta manera está sometido a diversos
esfuerzos, tanto en situaciones estáticas como dinámicas, como por ejemplo a las
fuerzas de inercia (durante las aceleraciones, tomando una curva o en un posible
accidente). Debido a que durante esta parte que se va a trabajar en la implantación de
un motor en el chasis, es importante recordar la gran importancia del chasis como
estructura principal del vehículo. El motor ejerce uno de los pesos más grandes sobre el
monoplaza, junto con el del piloto. Además, el motor es un elemento que aporta rigidez
de torsión al vehículo en el eje trasero y que centraliza la distribución de pesos junto con
la masa del piloto, debido a su volumen y tamaño. La unión óptima entre motor y chasis
puede permitir una aumentación de la rigidez de torsión global del automóvil como se
vio en la primera parte del trabajo.
5.2.- Adaptaciones sobre el chasis
Para instalar el motor de la Aprilia Mana 850 [2] en uno de los chasis suministrados,
hubo que llevar a cabo ciertas modificaciones en dicho chasis:
1. Prolongación de 20 cm en la parte trasera para poder introducir el motor.
2. Se añadió una aleta sobre la parte trasera de la carcasa de la moto y otra en la
parte delantera, fijada a la carrocería (con el objetivo de mejorar la estabilidad y
evitar al máximo el deslizamiento del vehículo).
69
Imagen 2.1. Colocación de la aleta trasera.
3. Colocación del radiador sobre el lado izquierdo, cuyo funcionamiento es esencial
para una buena marcha del motor y el monoplaza. Está formado por un conjunto
de tubos que conducen el líquido de refrigeración y así mantener la temperatura
del motor entre 75 y 90 ºC. El material del radiador escogido es aluminio, debido
a su buena relación calidad-precio.
Imagen 2.2. Colocación del radiador.
4. Redireccionar el tubo de escape para que no toque el suelo. El tubo de escape
permite reducir el ruido y la cantidad de toxinas resultantes de la combustión.
Está prohibido circular sin él.
70
Imagen 2.3. Colocación del tubo de escape.
Cuadro de velocidades [4]
Está constituido por todos los botones y elementos que informan al piloto sobre el
funcionamiento del motor y los parámetros de conducción:
- Velocidad instantánea (Km/h)
- Velocidad de rotación del árbol principal del motor (revoluciones/min)
- Indicador luminoso de cambio de velocidad
- Kilometraje recorrido (Km)
- Nivel de carburante
- Temperatura del líquido de refrigeración del motor
Las fotos siguientes muestran el cuadro de velocidades utilizado y el lugar en el
monoplaza, delante del piloto:
71
Imagen 2.8. Colocación del cuadro de velocidades.
Los distintos botones que se añadieron:
- Izquierda/Derecha/Aceptar: Permite navegar en el menú para seleccionar el modo de
operación.
- De arranque: Tiene por objetivo comenzar el arranque del motor con ayuda de una
fuente de energía externa (batería).
- Modo engranaje: Sistema de transmisión que permite al vehículo pasar
automáticamente de una velocidad a otra, cambiando el radio, sin que el piloto tenga
que hacerlo manualmente.
- Palancas detrás del volante: Permite al piloto cambiar de velocidad manualmente sin
la necesidad de un pedal de embrague. El hecho de que estén en el volante tiene ciertas
ventajas:
- Mayor fiabilidad
- Más rápido y preciso que el pedal de embrague
- Transmisión de potencia a la ruedas casi continua
- Piloto más concentrado, ya que tiene sus manos sobre el volante en todo
momento y puede cambiar de velocidad cuando desee sin retirarlas del
mismo.
- Una vez calibrado, no necesita prácticamente mantenimiento.
72
Capítulo 6.- Motor
6.1.- Descripción del motor de trabajo [5]
El motor utilizado formaba parte de la moto Aprilia Mana 850 2007. Las especificaciones
siguientes se extrajeron del manual:
- Cilindrada de 839 cm3 con 110 CV a 2.000 rpm
- Momento máximo: 73 Nm a 5.000 rpm
- Relación de compresión 10:1
La potencia desarrollada por el motor es más que suficiente para un pequeño monoplaza
si se tiene en cuenta que los vehículos pequeños (Ford Fiesta, Peugeot 208, etc.) tienen
una potencia de alrededor de 110 CV para un peso de 1.500 Kg. Sin embargo, el
monoplaza que utilizamos tenía un peso de 500 Kg, lo cual da una relación
potencia/peso mucho más elevada (de 5 Kg por CV, frente a los 14 del Peugeut). Es por
ello que hace falta encontrar una solución al problema de cómo regular la potencia del
motor para los conductores menos experimentados, de forma que sea controlada por
el vehículo. Una forma es impedir a la mariposa del acelerador abrirse completamente,
limitando así el recorrido del pedal de aceleración. Sin embargo, esta solución no es
eficaz, ya que da la impresión a los conductores de no poder acelerar a fondo. Para ello,
se implantó un potenciómetro lineal que permite detectar la posición del acelerador y
envía dicha señal al ordenador, el cual indica la potencia que debe suministrar el motor,
abriéndose, en mayor o menor medida la válvula del tanque de combustible.
6.2.- Extracción del motor y desmontaje de piezas sobrantes
Para poder trabajar cómodamente sobre el motor hizo falta desmontar todas las piezas
que impedían localizar los componentes del motor, como el asiento o los plásticos que
sirven para proteger algunas partes de los elementos del motor y de la transmisión.
La lista de las piezas importantes para el funcionamiento del motor que debían ser
reemplazadas por estar rotas son:
- Radiador y tuberías (reemplazar)
- Carcasa de la transmisión (reemplazar)
- Piñón para la transmisión (reemplazar)
- Cuadro de velocidades (reparar)
- Bomba de gas (reparar)
73
Imagen 2.9. Desmontaje del motor.
6.3.- Arranque del motor
Para poder conocer la función de cada componente electrónico de la moto hizo falta
seguir el esquema eléctrico que se encuentra en los anexos.
Con el esquema y la lista de componentes, se identificaron alrededor del 80 % de ellos.
El resto estarían, o bien dañados (debido a que el motor se extrajo de una moto que
había sufrido un accidente), o bien no eran relevantes en el funcionamiento del motor.
L´ECU (52) es una de las partes más importantes del sistema. Todos los componentes
identificados en la moto fueron etiquetados con celo blanco con su número de
referencia según el diagrama eléctrico, tal como muestra la siguiente imagen.
74
Imagen 2.10. Etiquetado de los componentes electrónicos.
-Se debían comprobar los siguientes elementos para el arranque del motor:
- Nivel de gasolina
- Bomba de gasolina conectada (tubería y cable de la parte electrónica)
- Nivel de aceite
- Nivel del depósito de agua (una vez implantado el radiador)
- ECU conectado (52)
- Controlador de la caja de velocidades y el módulo de la electrónica de
potencia (11 y 18) conectados
- Todos los inyectores funcionales
- Todos los captadores de posición de la transmisión y motor conectados
- Fusibles en buen estado
- Cuadro de velocidades (había que insertar un código para poder arrancar
el motor)
- Botón de arranque conectado
- Batería cargada y conectada (12 V)
- Llave de la moto en modo alumbrado
- Captor de freno delantero debe estar conectado (el de la manilla derecha)
- Botones para cambiar de modo y la velocidad de transmisión (hay dos, los
conmutadores en el pie izquierdo y los botones sobre la manilla
izquierda).
75
Imagen 2.11. Comprobación de elementos para conectar el motor al chasis.
Una vez comprobado que todas las conexiones se habían realizado correctamente y el
motor contaba con los niveles de gasolina, aceite y agua adecuados y se conectó la
batería (entre otros anteriormente nombrados), se puso en marcha el motor,
verificando su correcto funcionamiento. Llegados a este punto ya podía instalarse en el
chasis, faltando solamente por establecer las conexiones entre ambos.
La siguiente imagen muestra el momento, en el taller de trabajo, en el que se arrancó el
motor, ya instalado en el chasis, del que se conservó un video.
Ilustración 2.12. Arranque del motor.
76
Capítulo 7.- Parte electrónica
7.1.- Objetivos
Fue clave el trabajo conjunto con los otros tres compañeros que se centraron en la parte
electrónica para completar el presente proyecto y así, poder poner en marcha el motor.
Esta parte tiene por objetivo la regulación de la aceleración. El problema reside en el
hecho de que el motor tiene una potencia considerablemente elevada en relación al
peso del chasis. Debido a esto, el pedal del acelerador se vuelve “sensible”, es decir, al
pisarse el acelerador, hay un gran suministro de combustible. De esta manera, los pilotos
no experimentados tendrán, probablemente, problemas para adaptarse a esta
“sensibilidad”.
El trabajo realizado consiste en adaptar el recorrido del pedal de aceleración (carrera) al
caudal de combustible que entra en el motor, y así, dar lugar a un pedal menos sensible.
7.2.- Descripción de los componentes y conexiones
7.2.1.- Potenciómetro [3]
Es un tipo de resistencia variable que cuenta con tres patillas libres. Una de esas patillas
se une a un cursor que se desplaza sobre una pista de resistencia total limitada entre las
otras dos patillas. Este sistema permite recoger, entre la patilla unida al cursor y una de
las otras dos, una tensión que depende de la posición del cursor y de la tensión a la cual
se somete a la resistencia (total), siendo así un divisor de tensión.
Tipos de potenciómetro:
Rectilíneo/Rotativo
Lineal
Logarítmico/Anti logarítmico
Analógico/ Numérico
Mono/Estéreo
Con posición de parada
Con pantalla central
Acoplado
El potenciómetro más utilizado es el rotativo, pero en el presente proyecto se utilizó uno
lineal (su valor de resistencia varía proporcionalmente a la distancia entre las patillas y
el cursor), debido a que ocupaba menos espacio en el monoplaza. Se situó en el lado del
acelerador, contra la placa lateral del chasis.
77
Imagen 2.13. Potenciómetro rotativo común.
Esquema equivalente
Para el cálculo se escoge un potenciómetro de resistencia R, considerado como 2
resistencias R1 y R2 acopladas a un cursor. Estas dos resistencias tienen un valor que
depende de la posición del cursor.
El valor de cada resistencia se determina mediante un divisor de tensión, con la ayuda
de un parámetro k, comprendido entre 0 y 100% del recorrido total. Si la pista resistiva
total es AB, se asigna, por ejemplo k=0 para una extremidad (A) y k=1 para la otra
extremidad (B).
Imagen 2.14. Esquema equivalente del potenciómetro.
De esta forma se obtiene:
R1 + R2 = R
R1= k*R
R2= (1- k)*R
78
Imagen 2.15. Colocación del potenciómetro (en rojo).
El potenciómetro se conecta al eje del acelerador de forma que se mueven a la par. El
dispositivo envía una señal a la CPU de un ordenador (a la cual está a su vez conectado)
sobre la señal de voltaje, que depende de la posición del cursor C y será el avance del
acelerador al estar unidos. Dicha posición puede ser neutro (acelerador cerrado),
crucero (parcialmente en neutro) o una fuerte aceleración (acelerador muy abierto).
Esto permite controlar las mezclas de aire-combustible, avance del encendido o la
velocidad de neutro. En el presente proyecto se incluyó para determinar la potencia que
debía suministrar el motor al vehículo según indicara el conductor al pisar el acelerador,
como se comentará posteriormente.
Como el potenciómetro se usa en resistencia variable, el esquema equivalente
anteriormente expuesto se simplifica, ya que la resistencia R2 queda en cortocircuito, de
manera que el ordenador recoge la información (voltaje) de la resistencia R 1, dando así
la posición del acelerador.
7.2.2.- Labjack U3 [6]
Es un dispositivo de adquisición de datos con conexión USB, compatible con Python, de
ahí su interés práctico. Envía datos recibidos del potenciómetro al microcontrolador.
La imagen siguiente muestra el potenciómetro lineal conectado al pedal del acelerador
y al Labjack U3.
79
Imagen 2.16. Labjack u3 y potenciómetro.
7.2.3.- Raspberry pi [7]
Teóricamente, es un mini ordenador compuesto por una tarjeta madre y un procesador
ARM. Funciona bajo un sistema operativo de tipo Linux, compatible con muchos
softwares, entre los cuales, Python.
Imagen 2.17. Raspberry pi.
7.2.4.- Pololu [8]
Es un servo-controlador que permite generar hasta 8 señales destinadas a hacer
funcionar servomotores independientes. Los pulsos generados van de 0.25 ms a 2.75
ms. Utilizamos el modo MINI SSC II. Velocidad de transmisión = 9.600.
El protocolo consiste en enviar 3 bits a través del puerto serie : El primer bit (start byte)
es un bit de sincronización (igual a 225), el segundo bit (servo número) corresponde al
80
número del servomotor controlado (1 al 8), el último contiene la posición del
servomotor (entre 0 y 254).
Abajo muestro el protocolo MINI SSC II, extraido de la guía del usuario :
Imagen 2.18. Cableado del Pololu y servomotor.
7.3.- Procedimiento
Primero, queremos determinar la adquisición del dato sobre la posición del acelerador
con ayuda del potenciómetro lineal. Este útlimo dispositivo, de carácter pasivo, permite
obtener el valor de la señal eléctrica para que pueda ser convertido, por el Labjack, en
una señal digital (que pueda ser empleada por el ordenador). El Labjack se conecta a una
tarjeta Raspberry pi (que desempeña la función de un ordenador), que recoge la
información sobre la posición del acelerador y la guarda en un programa (Python), es la
entrada del programa. Posteriormente, el programa pone en marcha el Pololu
(servocontrolador), el cual envía los PWM al servomotor (motor de corriente continua
que transforma la señal eléctrica en mecánica). El servomotor se posiciona en el lugar
indicado, abriendo en mayor o menor medida la válvula que controla el caudal de
combustible.
En función del modo de pilotaje (lento para los principiantes, rápido para los aficionados,
y turbo para los profesionales), el servocontrolador conectado a la Raspberry pi envía la
señal PWM al servomotor para que se posicione sobre el ángulo de apertura deseado
del tanque de combustible. Siguiendo el modelo elegido, el código Python adjuntado en
los anexos envía una posición polinomial: lineal para el modo turbo, amortiguada para
el aficionado y fuertemente amortiguado para el principiante).
81
A continuación se muestran las funciones polinomiales introducidas, donde puede
observarse cómo varía el ángulo de apertura con la posición del acelerador, según el
tipo (modo) de conductor
Imagen 2.19. Modo turbo.
Imagen 2.20. Modo aficionado.
82
Imagen 2.21. Modo principiante.
83
84
CONCLUSIONES
El objetivo del proyecto partió del estudio de la estructura de un monoplaza, estudiando
en concreto las normas establecidas por la competición de Formula SAE. Se tenía como
propósito último presentarse a la competición organizada por FSAE, para lo cual había
que diseñar el vehículo, partiendo de la estructura y añadiendo posteriormente los demás
elementos (de los cuales se encargaban el resto de sectores).
Los estudios realizados se llevaron a cabo para asegurar el confort del conductor, al
mismo tiempo que el monoplaza obtendría los mejores resultados durante una carrera o
en las distintas pruebas que desarrollara.
Primero se llevó a cabo el estudio de la posición del piloto, que influye en gran medida en
la localización del centro de gravedad global del monoplaza, ya que es una de las cargas
de mayor peso. A continuación, los diseños en CAO permitieron realizar un estudio
detallado de las deformaciones y desplazamientos que se producirían al aplicar fuerzas
externas sobre el chasis, llegando a la conclusión de que las zonas sometidas a mayores
esfuerzos serían en la parte alta de los arcos principal y frontal, así como en las
abrazaderas de dichos arcos. Es por ello que la normativa de la competición es tan
exigente en lo que a estas estructuras respecta. También se pudo observar que al colocar
placas protectoras se reducirían dichas deformaciones (de 0,799 mm sin placas a 0,533
mm con ellas) y esfuerzos (de 30,06 MPa/mm2 a 29,63 MPa/mm2). Estos estudios, junto
con las dimensiones de los tubos, permitieron realizar un balance entre peso y rigidez
para determinar el óptimo del vehículo diseñado, comprobando que al aumentar la
rigidez, aumenta el peso. Variando los distintos parámetros se comprueba que al
aumentar el diámetro (manteniendo constante el espesor) la rigidez y el peso aumentan,
y viceversa. Se prestó especial atención en la determinación de las dimensiones de los
tubos que sufren mayor deformaciones y desplazamientos (como los arcos principal y
frontal), de acuerdo a los resultados obtenidos anteriormente en CAO.
Para concluir, se estudió la interacción entre el chasis y los demás elementos que
intervienen en el monoplaza. Estableciendo las reacciones ejercidas en los puntos de
fijación del chasis con el motor (obteniendo unas reacciones en los puntos de fijación) y
en las ruedas cuando el vehículo está parado y cuando está en movimiento (hay
vibraciones). Se concluye de dicho estudio que el peso que debe soportar el vehículo al
moverse a gran velocidad es superior a la reacción producida por la masa suspendida en
estática, debido a las vibraciones a las que se somete. Siendo este valor, calculado para
las ruedas delanteras, de 4,71 veces la carga al moverse a gran velocidad. La fuerza
máxima ejercida en las ruedas delanteras cuando hay vibraciones (a gran velocidad, de
27 m/s) es de 3.000 N y la reacción cuando el monoplaza está en reposo de 636,03 N.
El material se eligió con el objetivo de obtener un gran factor de seguridad del vehículo.
Siendo la capacidad máxima del sistema (con acero E370) de un valor de 305 MPa, el
vehículo podría soportar 4,38 veces el requerimiento real al que será sometido. El valor
numérico es coherente con los requisitos mínimos que impone la normativa. Para los
amortiguadores el factor de seguridad mínimo es de 2, en caso de choques, dicho valor
85
será de 3. Al ser un vehículo de carreras, es imprescindible que tenga una capacidad
considerable superior a la real, debido a posibles problemas o accidentes que puedan
suceder durante la carrera.
Con los datos de las dimensiones de los tubos y el material elegido, el coste total de los
tubos se estimó de 24,02 €, lo cual demuestra que el chasis tubular resulta económico.
Como se expuso anteriormente, el proyecto no pudo concluirse dada la falta de
presupuesto, por lo que no se construyó el monoplaza. Por ello, se decidió continuar el
proyecto con una parte práctica que fue propuesta por mi jefe del proyecto de FSAE.
Recuperamos una moto Aprilia Mana 850 que había sufrido un accidente con el propósito
de extraer y acondicionar el motor para implantarlo en un chasis ya construido, sobre el
cual debíamos realizar ciertas modificaciones. Fue de gran interés trabajar con el motor,
ya que al identificar los elementos electrónicos se profundizó en el funcionamiento del
mismo. Además, esta segunda parte permitió aplicar y ampliar el estudio de la caja de los
pedales realizado en la primera parte. Se añadió, concretamente, una mejora electrónica
para determinar la posición del acelerador según el modo de conducción elegido (de un
principiante, aficionado o profesional). Para cada uno de dichos modos, la posición del
acelerador determina el ángulo de apertura de la válvula del tanque de combustible. Esta
solución respondió al problema planteado entre peso/potencia, ya que el motor tenía una
potencia de 110 CV para un peso del chasis del monoplaza de 500 Kg (vehículos de
potencia similar rondan los 1500 Kg, como ocurre con un Peugeot 208), lo cual hacía que
el pedal del acelerador fuera sensible, abriendo demasiado la válvula del tanque de
combustible para lo que realmente se necesitaba.
Con perspectiva de futuro, podría continuarse dicho proyecto, en particular, la primera
parte, acabando el diseño en CAO del vehículo, incluyendo todos los elementos del
mismo: motor, tanque de combustible, suspensiones, transmisión,…para su posterior
trabajo de construcción utilizando las técnicas de corte y soldado de los tubos e
instalación del resto de elementos. También podrían ampliarse los estudios realizados
como el de deformaciones y desplazamientos, modificando distintos parámetros, como
las fuerzas externas aplicadas o momentos.
Respecto a la segunda parte, el sistema ABS de la moto (sistema antibloqueo que permite
variar la fuerza de frenado para evitar que los neumáticos pierdan la adherencia con el
suelo) se desmontó junto con sus componentes. En principio funciona y es un sistema
totalmente independiente de la parte electrónica de la moto. En una segunda fase de
mejora, podría pensarse en instalar dicho sistema ABS en el vehículo de Fórmula A.
Todo ello nos aportó un gran aprendizaje en el dominio del sector automóvil, partiendo
de una documentación de carácter técnico que había que comprender para poder
desarrollar el vehículo. Se aprendió a saber contrastar y tomar decisiones según los
resultados obtenidos, así como a un mayor control del software sobre el que se trabajó.
Así mismo, fue clave la colaboración entre todos los sectores involucrados en el proyecto
(como con el de suspensiones y del motor).
86
ANEXOS
A.1 Lista de componentes electrónicos del motor según la ficha de
especificaciones del motor, junto con su esquema.
Imagen A.1. Elementos de la moto Aprilia Mana 850.
87
1. Multiple connectors
2. Pulley position sensor
3. Start-up relay
4. Pulley speed sensor
5. Light logic relay
6. Right light switch
7. High-beam bulb
8. Horn
9. Left light switch
10. Ambient air temperatura sensor
11. Instrumental panel
12. Instrumental panel diagnostics
13. Key switch
14. Inmobilizer aerial
15. Rear right turn indicator
16. Rear light assembly
17. Rear left turn indicator
18. CVT control unit
19. Rear stop switch
20. Front stop switch
21. ECU diagnosis connector
22. Auxiliary fuses
23. Automatic transmission fuse
24. Starter motor
25. Battery
26. Voltage regulator
27. Generator
28. Injection main relay
29. Injection load relay
30. Oil pressure bulb
31. Gearshift switch on handlebar
32. Lambda probe
33. Side stand switch
34. Fuel reserve sensor (PIC)
35. Fuel pump
36. Intake air temperatura sensor
37. Water temperatura sensor
38. Automatic air
39. Throttle sensor
40. Front cylinder inner spark plug
41. Front cylinder outer spark plug
42. Rear cylinder inner spark plug
43. Rear cylinder outer spark plug
44. Front cylinder double coil
45. Rear cylinder double coil
88
46.
47.
48.
49.
50.
51.
52.
53.
54.
55.
56.
57.
58.
59.
60.
61.
62.
63.
64.
65.
66.
67.
68.
69.
Front cylinder injector
Rear cylinder injector
Pinion speed sensor
Fall sensor
Pick-up
Pick-up wire shielding
ECU
Front left turn indicator
Tail light bulb
Low-beam bulb
Headlight
Right front turn indicator
CVT motor
Gear downshift pedal switch
Gear upshift pedal switch
Fan
Fan control relay
Electric lock
Start-up remote control
Retention relay
License plate light
Main fuse
Plug socket
High-beam light relay
89
A.2. Conexión de los componentes electrónicos
Imagen A.2. Conexión de la batería (25).
Imagen A.3. Conexión de l´ECU (52).
90
Imagen A.4. Conexión del controlador de la caja de velocidades (18).
A.3 Especificaciones del Labjack U3
-
12 Flexible I/O (digital input, digital output, or analog input)
Up to 12 analog inputs with 12-bit resolution, 0 to +3.6V
Up to 16 digital I/O (3.3V logic)
Up to 2 counters (32-bits each)
2 analog outputs (10-bit, 0-5 volts)
Industrial temperature range (-40 to 85°C)
Capable of command/response times less than 1mS
Maximum input stream rate of 50 kHz (depending on resolution)
A.4 Especificaciones de la Raspberry pi
-
Processeur : ARM1176JZF-S (ARMv6) 700 MHz Broadcom 2835
RAM : 256 Mo
Unité de lecture-écriture de carte mémoire : SDHC / MMC / SDIO
1 Port USB 2.0
Prise pour alimentation Micro-USB (consommation : 400 mA + périphériques)
API logicielle vidéo : OpenGL : version embarquée OpenGL ES 2.0
91
A.5 Código Python
92
A.6 Explicación del código Python: Kart.py
- Bibliotecas utilizadas: time, u3, serial
- Funciones utilizadas:
posAccel() : Esta función devuelve un entero n entre 0 y 254 correspondiente a la
posición del pedal del acelerador. Primero llevando a cabo la adquisición y después la
conversión de la tensión en los extremos del potenciómetro. (n=0 es en reposo, n=254
cuando el pedal está pisado a fondo)
portserie() : Esta función envía la señal PWM al servomotor mediante el protocolo MINI
SSC II. Siguiendo el modelo elegido, envía una posición polinomial a posAccel(), lineal
para el modo turbo, amortiguada para el aficionado y fuertemente amortiguado para el
principiante).
Kart(): Es la función principal del programa, esto asegura enviar en continuo la señal
PWM al servomotor ayudándose de las dos funciones anteriores.
Para determinar la posición del acelerador, óptima según el modo de conducción, el
código Python escrito sólo tiene en cuenta el modo de pilotaje turbo (modelo lineal). Aun
así, es sencillo de modificar para obtener los otros modos de pilotaje introduciendo en la
función Kart() dos vectores D y C de longitud 255, uno para el modo principiante y otro
para el aficionado. Donde D[i] y C[i] son enteros que siguen las curvas de las figuras 2 y 3.
Algo que podría implantarse posteriormente es una aplicación móvil que permitiera
cambiar el modo de pilotaje, habiendo conectado la tarjeta Raspberry pi a internet y
usando una USB wifi.
93
94
BIBLIOGRAFÍA
Parte I
[1] Página oficial de la organización: students.sae.org/cds/formulaseries
[2] Página oficial de la empresa: formule-a.com
[3] Reglas de la
16_fsae_rules.pdf
competición:
students.sae.org/cds/formulaseries/rules/2015-
[4] Eventos de la competición: http://www.sae.org/events/
[5] Reglamento de la competición: Artículo 1.4.1
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[9] Alonso Pérez, José Manuel, 2008.Técnicas del automóvil: Chasis. Editorial Paraninfo.
[10] Toro, Mauricio. 2009. Diseño y tipos de chasis.
[11] FSAE Rules: Part T. General Technical Requirements. Article 1: Vehicle requirements
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[12] FSAE Rules: Part T.3.3: Definitions.
[13] FSAE Rules: Part T.3.4.1: Baseline material. Part T.3.6: Alternative steel tubing.
[14] FSAE Rules: Part T.3.10: Main and Front roll hoops: general requirements.
[15] FSAE Rules: Article 1: A.1.2.2: 95 percentile.
[16] FSAE Rules: Part T.3.11: Main hoop.
[17] FSAE Rules: Part T.3.12: Front hoop.
[18] FSAE Rules: Part T.3.13: Main hoop bracing.
[19] FSAE Rules: Part T.3.14: Front hoop bracing; T.3.18: Bulkhead.
[20] FSAE Rules: Part T.3.16: Other side tube requirements.
[21] FSAE Rules: Part T.3.19: Front bulkhead support.
[22] FSAE Rules: Part T.3.20: Impact attenuator (LA).
95
[23] FSAE Rules: Part T.3.24: Side impact structure for tube frame cars.
[24] FSAE Rules: Part T. Article 4: Cockpit.
[25] FSAE Rules: Part T.4.2: Cockpit internal cross section.
[26] FSAE Rules: Part T.4.7: Drivers visibility.
[27] FSAE Rules: Part T. Article 5: Driver´s equipment.
[28] FSAE Rules: Part T. Article 7: Brake system.
[29] Centro de gravedad: motorenmarcha.com/mecanica-automotriz
[30] Test ergonómico: Formula SAE Race Car Cockpit Design-Ergonomics study.pdf
[31] Materiales comprados en Leroy Merlin: leroymerlin.fr/
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[38] Dixon, J.C. 1999. Sistema de suspensiones: The shock absorber handbook.
[39] Proveedores: www.marcegablia.com/offiialwebsite
Parte II
[1] Rigidez torsional: caranddriverthef1.com/formula1/blogs/angelesf1/nocionestécnica-el-agarre-mecánico
[2] Ficha técnica moto Aprilia Mana 850: moto-station.com/article3120-aprilia-850mana-revolutionnaire
[3] Potenciómetro: areatecnologia.com/electrónica/potenciometro.html
[4] Cuadro de velocidades: aprilia.com/es_ES/accesorios/
[5] Datos moto Aprilia Mana 850: aprilia.com/es_ES/motos/road/mana/Mana-850-GTABS/
[6] Labjack u3: labjack.com/about
[7] Raspberry pi: raspberrypi.org/resources/
[8] Pololu: www.pololu.com/
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