18-27 Diseño y desarrollo de un vehículo de tres ruedas con ...

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13.07.2015 Views

E. Cañibano XIX Congreso Nacional de Ingeniería Mecánica 2estado de la técnica en la que se ha buscado información acerca de los vehículos disponiblesde transporte personal que son similares al que se ha diseñado, realizando, por tanto, unestudio de mercado y benchmarking. También es un aspecto vital el estudio de la normativade aplicación para estos vehículos, con el fin de poder comercializar el diseño final y que noquede en un mero vehículo de concepto. Una vez que ya se conocían los límites ycondiciones para el diseño, se realiza un análisis cinemático que se encuentra centrado enel estudio de la geometría del vehículo y del trazado de curvas que éste puede realizar.Figura 1. Metodología de diseño empleadaTambién se ha realizado un análisis dinámico para garantizar que el vehículo seasuficientemente estable para generar autoconfianza y seguridad en el conductor en su uso.El siguiente paso ha sido el dimensionamiento del sistema de tracción con la consiguienteadaptación a futuras normativas que aparecerán a corto plazo.Finalmente, con el objetivo de validar y comprobar los modelos virtuales que se hanutilizado en los estudios cinemáticos y dinámicos, se ha fabricado un prototipo que serviráde demostrador tanto la validación de las simulaciones, como para conocer las sensacionesque produce la conducción al usuario al conducir este ciclo de tres ruedas. Este aspecto seconsidera trascendental debido a la dificultad de extraer conclusiones subjetivas delconductor a partir de la evolución de las variables dinámicas de interés en distintasmaniobras.2. DESCRIPCIÓN DEL VEHÍCULOEste vehículo es un triciclo con una configuración (2+1), es decir, dos ruedas en el ejedelantero y una en el trasero. Las ruedas delanteras son las directrices y la trasera lamotriz, en cuyo eje va implementado el motor que proporciona la asistencia al pedaleo.Se tomó la decisión de elegir una configuración (2+1), ya que es la proporciona másestabilidad al vehículo en situaciones de riesgo como una frenada [2]. El tren delantero delvehículo está compuesto por diferentes elementos rígidos unidos por pares cinemáticos, loscuales definen la suspensión delantera. Esta suspensión es independiente para cada ruedaya que proporciona mayor estabilidad y confort al usuario, además, la suspensión, tiene lamisión de bloquear o proporcionar la inclinación en el chasis del vehículo a voluntad delusuario, diferenciando de esta forma dos modos diferentes de conducción, el Confort(Inclinación bloqueada) y el Modo Sport (Inclinación Libre).El vehículo tiene una anchura de 750(mm), esta es el resultado de una optimización en laque se ha tenido en cuenta diferentes parámetros cómo la estabilidad, los huecos de laszonas de paso por dónde circulará el vehículo y el sistema de dirección, siendo esta anchurala que mejor conjugaba con todas ellas.

D. y D. de un Vehículo de Tres Ruedas con Asistencia Eléctrica al Pedaleo artículo para el XIX CNIM 33. DEFINICIÓN DEL SISTEMA DE DIRECCIÓNEl sistema de dirección es el encargado de proporcionar un ángulo de giro determinado acada uno de las ruedas directrices cuando el vehículo debe describir una curva. Elcomportamiento ideal se consigue cuando la intersección de las prolongaciones de los ejesperpendiculares a las ruedas por sus centros coincida con el centro de giro del vehículodefinido por la rueda virtual (simplificación del modelo de bicicleta) (Figura 4). Paraconseguir este propósito, se ha implementado en el vehículo mediante un mecanismoconocido como trapecio de Ackermann (Figura 5). Este mecanismo tiene que conseguir quese cumpla una relación entre los ángulos de giro de las dos ruedas, que se denomina reglade las cotangentes [3] y tiene como ecuación definitoria:Cotg ∂ext) − Cotg(∂ ) =(intjL(1)Donde∂extes el ángulo girado por la rueda exterior;intinterior; j: es el ancho de vía y L es la batalla del vehículo.j∂ el ángulo girado por la ruedaL∂int∂extTrapecio deAckermannFigura 2: Centro de giro del vehículoFigura 3: Trapecio de AckermannLa geometría de este mecanismo se ha optimizado mediante la ecuación de Freudestein, contres puntos de precisión [4] (Fig. 6). Para ello se ha requerido la realización de variasiteraciones de diseño.K Cosψ− K · Cosϕ+ K = Cos(ψ − )(2)1· 23ϕaφcdεbψFigura 4: Parámetros del trapecio para la optimización de la geometría

E. Cañibano XIX Congreso Nacional <strong>de</strong> Ingeniería Mecánica 2estado <strong>de</strong> la técnica en la que se ha buscado información acerca <strong>de</strong> los vehículos disponibles<strong>de</strong> transporte personal que son similares al que se ha diseñado, realizando, por tanto, <strong>un</strong>estudio <strong>de</strong> mercado y benchmarking. También es <strong>un</strong> aspecto vital el estudio <strong>de</strong> la normativa<strong>de</strong> aplicación para estos vehículos, <strong>con</strong> el fin <strong>de</strong> po<strong>de</strong>r comercializar el diseño final y que noque<strong>de</strong> en <strong>un</strong> mero vehículo <strong>de</strong> <strong>con</strong>cepto. Una vez que ya se <strong>con</strong>ocían los límites y<strong>con</strong>diciones para el diseño, se realiza <strong>un</strong> análisis cinemático que se encuentra centrado enel estudio <strong>de</strong> la geometría <strong>de</strong>l vehículo y <strong>de</strong>l trazado <strong>de</strong> curvas que éste pue<strong>de</strong> realizar.Figura 1. Metodología <strong>de</strong> diseño empleadaTambién se ha realizado <strong>un</strong> análisis dinámico para garantizar que el vehículo seasuficientemente estable para generar auto<strong>con</strong>fianza y seguridad en el <strong>con</strong>ductor en su uso.El siguiente paso ha sido el dimensionamiento <strong>de</strong>l sistema <strong>de</strong> tracción <strong>con</strong> la <strong>con</strong>siguienteadaptación a futuras normativas que aparecerán a corto plazo.Finalmente, <strong>con</strong> el objetivo <strong>de</strong> validar y comprobar los mo<strong>de</strong>los virtuales que se hanutilizado en los estudios cinemáticos y dinámicos, se ha fabricado <strong>un</strong> prototipo que servirá<strong>de</strong> <strong>de</strong>mostrador tanto la validación <strong>de</strong> las simulaciones, como para <strong>con</strong>ocer las sensacionesque produce la <strong>con</strong>ducción al usuario al <strong>con</strong>ducir este ciclo <strong>de</strong> <strong>tres</strong> <strong>ruedas</strong>. Este aspecto se<strong>con</strong>si<strong>de</strong>ra trascen<strong>de</strong>ntal <strong>de</strong>bido a la dificultad <strong>de</strong> extraer <strong>con</strong>clusiones subjetivas <strong>de</strong>l<strong>con</strong>ductor a partir <strong>de</strong> la evolución <strong>de</strong> las variables dinámicas <strong>de</strong> interés en distintasmaniobras.2. DESCRIPCIÓN DEL VEHÍCULOEste vehículo es <strong>un</strong> triciclo <strong>con</strong> <strong>un</strong>a <strong>con</strong>figuración (2+1), es <strong>de</strong>cir, dos <strong>ruedas</strong> en el eje<strong>de</strong>lantero y <strong>un</strong>a en el trasero. Las <strong>ruedas</strong> <strong>de</strong>lanteras son las directrices y la trasera lamotriz, en cuyo eje va implementado el motor que proporciona la asistencia al pedaleo.Se tomó la <strong>de</strong>cisión <strong>de</strong> elegir <strong>un</strong>a <strong>con</strong>figuración (2+1), ya que es la proporciona másestabilidad al vehículo en situaciones <strong>de</strong> riesgo como <strong>un</strong>a frenada [2]. El tren <strong>de</strong>lantero <strong>de</strong>lvehículo está compuesto por diferentes elementos rígidos <strong>un</strong>idos por pares cinemáticos, loscuales <strong>de</strong>finen la suspensión <strong>de</strong>lantera. Esta suspensión es in<strong>de</strong>pendiente para cada ruedaya que proporciona mayor estabilidad y <strong>con</strong>fort al usuario, a<strong>de</strong>más, la suspensión, tiene lamisión <strong>de</strong> bloquear o proporcionar la inclinación en el chasis <strong>de</strong>l vehículo a vol<strong>un</strong>tad <strong>de</strong>lusuario, diferenciando <strong>de</strong> esta forma dos modos diferentes <strong>de</strong> <strong>con</strong>ducción, el Confort(Inclinación bloqueada) y el Modo Sport (Inclinación Libre).El vehículo tiene <strong>un</strong>a anchura <strong>de</strong> 750(mm), esta es el resultado <strong>de</strong> <strong>un</strong>a optimización en laque se ha tenido en cuenta diferentes parámetros cómo la estabilidad, los huecos <strong>de</strong> laszonas <strong>de</strong> paso por dón<strong>de</strong> circulará el vehículo y el sistema <strong>de</strong> dirección, siendo esta anchurala que mejor <strong>con</strong>jugaba <strong>con</strong> todas ellas.

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