Diseño de un sistema de detección del deslizamiento lateral para neumáticos instrumentados mediante extensometría
- Autores: Jorge Yunta Ramírez
- Directores de la Tesis: Daniel García-Pozuelo Ramos (dir. tes.), Vicente Díaz López (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Carlos III de Madrid ( España ) en 2018
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: José Luis San Román García (presid.), Fernando Viadero Rueda (secret.), Gabriel Anghelache (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería Mecánica y de Organización Industrial por la Universidad Carlos III de Madrid
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: e-Archivo
- Resumen
Los neumáticos han sido siempre un área de interés tanto para la sociedad como para la industria automovilística.
Como los únicos elementos que mantienen el contacto entre el vehículo y la calzada, los neumáticos son un factor clave en el rendimiento, confort, consumo de combustible y seguridad de los vehículos. Aunque las prestaciones de los neumáticos actuales son adecuadas para la gran mayoría de situaciones, éstos son sólo elementos pasivos que no asisten activamente a los conductores o a los sistemas de control de los vehículos para mejorar la experiencia de conducción y la seguridad del tráfico.
Debido a las características no lineales del contacto neumático-calzada, es difícil aplicar la fuerza exacta al pedal para detener el vehículo en la mínima distancia sin bloquear las ruedas ni perder el control del vehículo, que podría resultar en un accidente de tráfico a menos que el control de estabilidad (ESP) o el ABS actúen. Además, la situación podría empeorar si las condiciones de la calzada no son óptimas, como en caso de lluvia o barro donde la fricción varía. La posibilidad de que los neumáticos contribuyan activamente en este tipo de situaciones depende de su capacidad para proporcionar información a conductores y sistemas electrónicos para que intervengan antes de que se produzca un accidente. Estos son algunos de los motivos para desarrollar los denominados “neumáticos inteligentes”, comúnmente definidos como neumáticos instrumentados con sensores que serían capaces de proporcionar información en tiempo real sobre las condiciones de trabajo e interactuar con diferentes sistemas de control del vehículo para mejorar sus prestaciones, así como prevenir a los conductores de potenciales peligros. Sin embargo, para la obtención de información a partir de dichos sensores se deben considerar múltiples obstáculos, como la compatibilidad de los mismos con las características del caucho, la transmisión de datos o temas económicos, pero, sobre todo, el mayor obstáculo es cumplir con las necesidades energéticas de los componentes electrónicos.
El potencial y las dificultades para su desarrollo hacen de los neumáticos inteligentes uno de los más prometedores y ambiciosos campos de investigación para ingenieros e investigadores. Los sistemas de monitorización de la presión del neumático (TPMS) fueron introducidos en 2002, siendo los primeros sistemas producidos y desarrollados en masa. Aunque fueron un gran logro, el potencial del neumático inteligente es aún mayor; tendría el objetivo final de monitorizar en tiempo real las fuerzas en el contacto neumático-calzada, el coeficiente de fricción, la condición de la calzada, etc. De este modo, el vehículo tendría un sistema de seguridad activo con información fiable sobre las condiciones de trabajo del neumático.
En esta Tesis Doctoral se presenta un método de estimación de las condiciones de trabajo de un neumático instrumentado mediante extensometría y el coeficiente de adherencia lateral solicitado en el contacto neumático-calzada, detectando el deslizamiento lateral del mismo.
Se han llevado a cabo una serie de ensayos mediante bandas extensométricas y un banco de pruebas de neumáticos. Estos equipos se eligieron para medir la deformación del neumático bajo condiciones dinámicas, que podrían ayudar a introducir sistemas de neumáticos inteligentes en un futuro próximo. Los ensayos se centran en analizar la influencia de la presión de inflado, la fuerza vertical, el ángulo de deriva y el ángulo de caída en los valores máximos de deformación y la medida de fuerza lateral para establecer cómo estos parámetros están relacionados. Los datos experimentales se han utilizado para estimar condiciones de trabajo mediante lógica difusa, desarrollando un sistema de detección del deslizamiento basado en un modelo experimental del comportamiento de la fuerza lateral.
Los resultados de los ensayos y de las simulaciones confirman la viabilidad de las bandas extensométricas y del modelo computacional propuesto para resolver las características no lineales de los parámetros del neumático, convirtiendo éste en un sistema de seguridad activo.
