CÁLCULO DE LA TENDENCIA DE UN COCHE AL SOBRE Y AL SUBVIRAJE: DYNAMIC INDEX

(Importante: podéis ver al final de este post, cómo descargaros LIBREMENTE la Plantilla Excel acerca este importantísimo Coeficiente.)

Todos conocemos el concepto de centro de gravedad; no es más que el punto en el cual, la masa en cualquiera 2 sentidos es la misma; es decir: el punto medio de la masa del coche; este punto se calcula conociendo las masas de cada una de las piezas y conociendo sus ubicaciones; el otro Artículos, veremos cómo se calcula, ya que no es tan directo como se puede pensar: hay que tener en cuenta que es un punto en 3 dimensiones… y ello, hace que sea un punto un tanto complicado de calcular con precisión.

Este centro de gravedad es un punto muy importante a tener en cuenta si se quiere conocer la dinámica de un coche y cómo calcularlo; ya veremos también en otros artículos esta dependencia dinámica; en definitiva, es un punto que nos habla del reparto de las masas en un coche y su valor nos puede indicar si dicho reparto es idóneo o no.

Pero hay otros valores que son quizás, más importantes: cualquier pieza del coche (batería, motor, caja de cambios, piloto, chasis, etc) no sólo posee una masa y un centro de gravedad; también tiene lo que se denomina momento de inercia; este momento indica lo fácil o difícil que es girarlo o hacerlo rotar; este es el significado que tiene dicho momento. Por tanto, al estar el coche compuesto de muchas piezas, hace que el coche tenga una tendencia a girar más o menos rápida, dependiendo del reparto de los momentos de inercia de cada pieza; este es el concepto esencial que expresa en llamado DYNAMIC INDEX (DI): es un valor, que determina cuánto de fácil o difícil es que un coche gire; en otras palabras y es otra acepción de este coeficiente: indica la velocidad de giro del coche.

Este parámetro influye en la respuesta del vehículo durante los momentos transitorios, como en los giros, es decir, entre la entrada de la dirección en el eje delantero y la fuerza acumulada en el eje trasero.

Es posible compensar parcialmente la mala relación de inercia de la masa durante la fase de diseño de la cinemática de la suspensión, aunque esto, a su vez, impondrá otros compromisos de diseño. Si esto se tiene en cuenta a la hora de diseñar el embalaje y la disposición del vehículo, hay más libertad en el proceso de ingeniería para cumplir otros objetivos del chasis y la suspensión.

Inercia de guiñada: reticencia que presenta un coche a cambiar la velocidad a la que gira sobre su eje vertical.

Conjugado de inercia: Para cualquier cuerpo, el conjugado inercial de una fuerza aplicada es aquel punto que no presenta ninguna aceleración lineal resultante.

Efecto de la relación masa-inercia en los momentos transitorios del vehículo: para un vehículo, en el momento inicial del giro, la entrada de la dirección genera una fuerza en el eje delantero que puede traducirse en una fuerza y un momento en el centro de gravedad.

Por lo tanto, la fuerza lateral, la dirección y la magnitud en las ruedas traseras están determinadas por:

El reparto de pesos y la distancia entre ejes (es decir, la distancia de los ejes delantero y trasero al centro de gravedad del vehículo).
La masa.
El momento de inercia.

Durante el giro, desde el punto de vista del conductor, el movimiento del vehículo puede dividirse en traslación lateral más rotación sobre su eje vertical.

Si el coche tiene:

Un gran momento de inercia respecto a su masa, las ruedas traseras tenderán a ser empujadas lateralmente hacia el centro de la curva.
Un momento de inercia pequeño en relación con su masa, las ruedas traseras serán empujadas lateralmente hacia el centro de la curva.

Estas dos situaciones tienen un efecto pronunciado en la relación de fase inicial entre la aceleración lateral y la velocidad de guiñada.

Índice dinámico (DI): Es una forma conveniente de cuantificar los efectos combinados de la masa, los momentos de inercia, la distancia entre ejes y la distribución del peso en la respuesta del vehículo.

El DI define la posición del conjugado inercial (d) como una proporción de la distancia entre el CG y el eje trasero (b).

Ejemplo:

– DI = 0,5 , el conjugado inercial se encuentra a medio camino entre el CG y el eje trasero.

– DI = 1 , el conjugado de inercia se encuentra en el eje trasero. “Parece que el giro inicial del vehículo se produce alrededor del eje trasero”.

Cuanto mayor sea el valor del DI, menos ágil será el vehículo. Sin embargo, cuanto más bajo sea el valor, más probable es que el vehículo sea ingobernable.

La DI tiene una gran influencia en la sensación subjetiva de la confianza que un conductor obtiene del coche. El valor en el que la mayoría de los conductores coinciden en la mejor respuesta es para una DI de alrededor o justo por encima de 0,9 .

Los valores típicos de DI:

Los coches de fórmula de rueda abierta suelen oscilar entre 0,5 y 0,6.
Los deportivos con motor central y los coches de rueda abierta con motor delantero (tipo Lotus 7) suelen oscilar entre 0,6 y 0,7.
Los vehículos de producción con motor delantero suelen oscilar entre 0,7 y 1,0.

Consideraciones de diseño:

Si todos los demás factores se mantienen iguales, la DI se reduce si:

Se aumenta la distancia entre ejes.
Se reduce el momento de inercia (centralización de masas).
Se aumenta la masa.
La distribución del peso se hace más uniforme entre la parte delantera y la trasera.

El DI o dynamic index se expresa como:

Donde k es el radio de giro y a y b son las distancias respectivas del eje delantero y trasero al CG.

Se elabora una lista con los componentes del vehículo. Todos los componentes de volumen y peso relevantes tienen sus propiedades de masa estimadas.

Creación de una hoja de cálculo para determinar las propiedades de la masa a partir del diseño y el embalaje:

A partir de un boceto inicial del vehículo, se posicionan los componentes y se miden sus distancias respecto a un eje de referencia.

Ejemplos de cálculo sobre un vehículo en particular:

Se trata de un valor POCO CONOCIDO y de hecho (lo sabemos por experiencia) que no sólo la inmensa mayoría de equipos de FSAE y demás categorías afines, sino un gran número de empresas diseñadoras y fabricantes de coches deportivos, no trabajan con él.

Recordar simplemente que un coche ya construido con un mal DI, es prácticamente un coche “desechable”; es muy muy difícil cambiar este coeficiente una vez el coche ya está construido; es algo a tener en cuenta; esencial diríamos:

Una vez que el coche ya está diseñado o construido, si ya es complicado variar el centro de gravedad, es muchísimo más difícil varia el DI; no lo olvidéis.

Esperamos sinceramente que a partir de ahora, se tenga en cuenta este valor y se haga un uso adecuado.

LINK PARA DOWNLOAD EL EXCEL PARA CALCULAR EL DYNAMIC INDEX: Dynamic-Index-1

Autor:

TIMOTEO BRIET BLANES Twitter @timoteobriet

-Licenciado Matemáticas, Profesor Ingeniería Industrial.
-Especialista en Aerodinámica y CFD, Cosmología y Astronomía.
-Profesor de Master en Ingeniería de Competición (Sun Red -Barcelona, Ismans -Le Mans, Metca – Epsilon Euskadi, MIC – Universidad Valencia, Universidad Nebrija -Madrid).
-Diseñador de: Xerus Bus (Tata Motors), Aprilia 125 cc 2005, Casco Jorge Lorenzo 2007- 250 cc, LMP3 Ismans -Le Mans, Enviate – Pikes Peak, Super TC2000 Peugeot Oficial -Argentina,
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Enrique Scalabroni: Dallara Automobile, Williams F1, Ferrari F1 Chief Designer y Lotus F1, Peugeot Group C, entre otros muchos.

Nacho Suárez – PhD Electronics Engineer Vehicle Dynamics, Virtual 7-post rig, Simulation, Autonomous Vehicles, Embedded Systems, Control:
nachosuamar@gmail.com – https://www.linkedin.com/in/nachosuarezphd/