Revista Nexos Científicos ISSN: 2773-7489
Enero - Junio 2018 pp. 8-19 Correo: editor@istvidanueva.edu.ec
Volumen 2, Número 1 URL: http://nexoscientificos.vidanueva.edu.ec/index.php/ojs/index
Fecha de recepción: febrero 2018 Fecha de aceptación: abril 2018
8
Análisis de la metodología de ingeniería concurrente para la implementación
del tren motriz para un Prototipo Biplaza Urbano
Aguas Luis
1
; Ugeño Denis
2
; Chiliquinga Edwin
3,
Edision Criollo
4
, Cristian Guachamin
5
1
Empresa Aguaszoft, Quito-Ecuador, aguaszoft@live.com
2
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE-Departamento de Ciencias de la Energía y Mecánica, Ecuador, dmarceft@yahoo.com
3
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE-Departamento de Ciencias de la Energía y Mecánica, Ecuador, eomar1chiliquinga@gmail.com
Instituto Tecnológico Superior Vida Nueva, edison.criollo@istvidanueva.edu.ec
Instituto Tecnológico Superior Vida Nueva, cristian.guachamin@istvidanueva.edu.ec
Resumen: Analizando la topografía de la ciudad de Latacunga y aplicando la ingeniería
concurrente, se implementó el tren motriz en la nueva carrocería auto portantente del prototipo
biplaza, se efectuó el cálculo de cada una de las fuerzas resistivas que se oponen al movimiento
con la finalidad de determinar la potencia necesaria que requiere el ten de propulsión para vencer
dichas fuerzas, seguido del cálculo matemático para la validación de los órganos mecánicos
restantes (caja de cambios, sistema de embrague) que conforma el tren motriz para empezar con
el proceso de ensamblaje conjuntamente con los sistemas automotrices. Para finalizar se ejecutó
un protocolo de pruebas de ruta, evaluando la funcionalidad, eficiencia, comportamiento de todos
los componentes que conforma el tren motriz, por otro lado, se calibro y se comprobó el correcto
funcionamiento del control inteligente de velocidad para que el prototipo biplaza pueda circular
sin ningún inconveniente por la ciudad de Latacunga, naciendo un transporte urbano alternativo.
Palabras clave: Control inteligente de velocidad, Ingeniería concurrente, prototipo biplaza, Tren
motriz.
Analysis and Application of the Concurrent Engineering Methodology for the
Implementation of the Motor train for an Urban Biplaza Prototype for the City
of Latacunga
Abstract: Analyzing the topography of the city of Latacunga and applying concurrent
engineering, powertrain was implemented in the new auto body of the prototype two-seater, it was
calculated each of the Resistive forces that oppose movement in order to determine the necessary
power required by the propulsion train to overcome these forces, followed by the mathematical
calculation necessary for the validation of the remaining mechanical components (gearbox, clutch
system) that forms the power train to begin the assembly process in conjunction with the
automotive systems. As the vehicle is specifically for the urban area of the city of Latacunga where
speed is limited by the national transit agency, intelligent speed control was designed and built.
Calibrated and verified the correct operation of the intelligent speed control so that the two-seater
prototype can circulate without any inconvenience by the city of Latacunga, creating an
alternative, comfortable environmentally friendly urban transportation.
Keywords: Smart speed control, concurrent engineering, prototype Biplaza, Powertrain.
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9
1. 1INTRODUCCIÓN
En la ciudad de Latacunga existen problemas de
movilidad y congestión vehicular, en el centro
histórico y su periferia se ubica el problema más
grave, debido a que la movilidad, es
extremadamente limitada, los niveles de congestión
son muy elevados, sus calles y aceras son muy
estrechas, consecuencia de esto se ve la necesidad
de implementar un vehículo pequeño, ligero y
confortable, aplicando la ingeniería concurrente y la
casa de la calidad, traduciendo las demandas de los
usuarios (voz del cliente) en requerimientos técnicos del
producto, se implementó el tren motriz en la nueva
carrocería auto portante del prototipo biplaza
urbano.
La potencia del tren de propulsión, está sujeto a una
serie de factores, tales como la resistencia a la
rodadura !
!
, resistencia por pendiente !
"
,
resistencia por inercia !
#
y la resistencia por el aire
!
$
, fuerzas resisitivas que tiene que vencer el
prototipo para iniciar el movimiento. ( Domínguez
& Ferrer, Sistemas de transmisión y frenado, 2012).
Teniendo en cuenta de que el prototipo Biplaza es
específicamente para la zona urbana de la ciudad de
Latacunga, donde el límite de velocidad establecida
por la Agencia Nacional de Tránsito es de 50 Km/h,
se planteó el diseño y la construcción de un control
inteligente de velocidad con la finalidad de limitar
la velocidad del vehículo, impidiendo superar la
velocidad mientras lo decida el conductor,
ayudando a proteger la vida de los ocupantes del
vehículo.
Según (Walgor TM G2) “el control inteligente de
velocidad induce en gran parte en el ahorro de
combustible”, al mantener una misma velocidad no
es necesario estar acelerando y frenando con tanta
frecuencia, que al conducir a alta velocidad,
evitando el desgaste prematuro del sistema de
frenos.
El prototipo Biplaza al ser un vehículo pequeño y
ligero, requiere un menor esfuerzo mecánico para
ser impulsado, optimizando la demanda energética
y a la vez transformándose en un transporte
alternativo.
1. aguaszoft@live.com
2. dmarceft@yahoo.com
2. METODOLOGÍA
2.1 Cálculo de las fuerzas resistivas que se
oponen al movimiento y de la potencia del tren
de propulsión
Para determinar el valor de las fuerzas resistivas que
se oponen al movimiento y de la potencia necesaria
del tren de propulsión del prototipo biplaza se
aplicaron las ecuaciones obtenidas de (Cascajosa,
2005)
a. Resistencia por rodadura "
𝒓
Cuando un vehículo se pone en movimiento, se
produce en él una resistencia a rodar que genera una
fuerza de rodadura (R
r
). La fuerza de Resistencia a
la rodadura depende de los siguientes factores: peso
a soportar por la rueda, tipo de terreno por el que se
desplaza el vehículo, dimensiones del neumático. (
Domínguez & Ferrer, 2012)
Figura 1 Resistencia a la rodadura
Según (Cascajosa, 2005) la ecuación para calcular
la Resistencia por rodadura esta expresada por la
ecuación 1
!
!
#$%&
(1)
Donde:
!
!
= Resistencia a la rodadura
'
(
)
.
$= Coeficiente de rodadura*
&'(
)
+.
&= Peso del vehículo
'
,
)
.
b. Resistencia por pendiente "
𝒑
3. Egresado de la Carrera de Ingeniería Automotriz en la Universidad
de las Fuerzas Armadas ESPEL; eomar1chiliquinga@gmail.com
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10
Figura 2 Fuerzas que intervienen en el ascenso por pendiente
Como afirma (Cascajosa, 2005) la Resistencia a la
pendiente se la puede determinar utilizando las
ecuaciones 2 y 3 (págs. 20-21).
!
"
#&%-./01
!
"
#234&45
(2)
(3)
Donde:
!
"
= Resistencia por pendiente
'
(
)
.
&= Peso del vehículo
'
6
)
.
1= Ángulo de la pendiente
'
789:;-
)
.
5= Porcentaje de inclinación de la pendiente.
c. Resistencia por inercia "
𝒋
La resistencia por inercia se debe a un fenómeno
físico conocido como la inercia de los cuerpos en
rotación. Esto significa que varias partes de la
cadena cinemática (árbol de leva y cigüeñal, disco
de embrague, árbol de transmisión, etc.) tienen una
inercia proporcional a su masa que tiende a frenar
su propio movimiento de rotación. (Rafael &
Zavala, Seleccion del Tren Motriz de Vehicuos
Pesados (carga y pasajeros) destinados al servicio
publico federal, 1999).
De acuerdo con (Cascajosa, 2005) “se origina con el
incremento de velocidad y se la puede determinar
aplicando las ecuaciones 4 y 5”.
<#
=
,
>=
-
6
!
#
#
23334&4<
?@A2
(4)
(5)
Donde:
!
#
# Resistencia por inercia
'
(
)
.
<= es la aceleración para adelantar a otro
vehículo*
.
/
!
+.
=
,
= Velocidad inicial *
.
/
+.
=
-
= Velocidad final *
.
/
+.
6 = Tiempo invertido para pasar de =
-
a =
,
(-).
&= Peso del vehículo
'
,
)
.
d. Resistencia por el aire "
𝒂
Según (Cascajosa, 2005) Para calcular la !
$
se
emplea formulas empíricas obtenidas con la ayuda
de ensayos en túneles. Intervienen: carrocería,
presión, temperatura, sección transversal máxima
del vehículo y fundamentalmente la velocidad.
El valor de la resistencia por aire viene dada por:
!
$
#B%-%=
,
(6)
Donde:
!
$
= Resistencia al aire
'
(
)
.
B= Coeficiente del aire *
/
!
.
"
+.
== Velocidad del vehículo *
.
/
+.
B se ha desglosado de la formula principal,
obteniendo la siguiente ecuación
B#C%
D
E7
(7)
Donde:
C = peso específico del aire en condiciones normales
(
&'
.
#
).
D= constante.
El valor de D en turismos está situado entre 0,25 y
0,7. La superficie frontal del vehículo sobre la que
incide el aire (F), se obtiene de forma aproximada,
multiplicando el ancho por el alto del vehículo,
obteniendo la siguiente ecuación.
Figura 3 Variables para el cálculo de la superficie expuesta al
viento
F#3@A%9%G
(8)
Donde:
F# Superficie expuesta al viento
'
H
,
)
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9# Ancho
'
H
)
G# Alto
'
H
)
2.2 Calculo de la Potencia del motor
El cálculo de la potencia del tren de propulsión se lo
realiza aplicando la ecuación 9
I
.
#
'
!
!
J!
$
)
4=
(9)
Donde:
!
$
= Resistencia al aire
'
(
)
!
!
= Resistencia a la rodadura
'
(
)
.
== Velocidad del vehículo*
.
/
+.
2.3 Cálculo de la potencia para superar una
pendiente de 6% a 30 Km/h
Para calcular la potencia para superar la pendiente
(I
")
) se emplea los valores calculados de la
resistencia por rodadura mas la resistencia por
pendiente, despreciando el valor de la resistencia
aerodinámica (el cálculo se efectua a una baja
velocidad).
I
")
#
K
!
!
J!
"
L
4=
(10)
Donde:
!
"
= Resistencia por pendiente
'
(
)
!
!
= Resistencia a la rodadura
'
(
)
.
== Velocidad del vehículo*
.
/
+.
2.4 Cálculo de la potencia necesaria para
arrancar en la pendiente de 12% a 15 Km/h
Para realizar este cálculo se toma en cuenta la
resistencia por rodadura, la resistencia por pendiente
más la resistencia por inercia, multiplicando por la
velocidad, se desprecia la resistencia por el aire
porque a velocidades bajas es relativamente
pequeña
I
$"
#K!
!
J!
"
J!
#
L4=
(11)
Donde:
!
"
= Resistencia por pendiente
'
(
)
!
!
= Resistencia a la rodadura
'
(
)
.
!
#
= Resistencia por inercia
'
(
)
.
== Velocidad del vehículo*
.
/
+.
2.5 Validación de los sistemas de transmisión
2.5.1 Disco de embrague
El dimensionado del disco de embrague, depende de
la aplicación a un determinado vehículo,
fundamentalmente al par a transmitir y el esfuerzo
resistente (peso del vehículo). (Alonso, 2014, pág.
6)
Como plantea (Cascajosa, 2005) “aplicando los
principios básicos de la mecánica se obtiene las
ecuaciones para el cálculo del disco de embrague”.
8.#
M
E%N
E%O%3@P2%&HQ5%R%2@S
(
#
)
(12)
8T#3@S%8.
(13)
Donde:
N= Par máximo del motor (Nm)
8.= Radio exterior del forro de fricción del
embrague (mm)
8T= Radio interior del forro de fricción del embrague
(mm)
R= Coeficiente de rozamiento forro-volante
&HQ5= Presión máxima de trabajo sobre el disco
(N/m
2
)
Para calcular la presión entre el disco y el volante
del motor, la fuerza normal (carga que el plato va a
aplicar al disco) y el par de rozamiento que el disco
puede soportar. Para ello, se utiliza la hipótesis de
desgaste constante en donde dicha “hipótesis
menciona que la presión no es contante a lo largo
del radio del disco” (Tulio Piovan, 2014). Por lo
tanto “admite que hay una distribución uniforme de
la presión en el disco” (Frenos y embragues, 2004).
Por medio de la hipótesis se obtiene las ecuaciones
14-15-16
&#&HQ50%
8T
8.
(14)
U/#EO%&HQ5%8T%'8.>8T)
(15)
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12
,8;V#/%R%U/%
'
8.>8T
)
E
(16)
Donde:
&# Presión entre el disco y el volante del motor
(N/m
2
)
U/# Fuerza normal (N)
/# Numero de caras de rozamiento
,8;V# Par de rozamiento que el disco puede
soportar (Nm)
Se toma en cuenta que el par de rozamiento
desarrollado por el embrague (,8;V) debe ser mayor
que el par que desea transmitir entre los dos ejes (T)
(el Par Motor generado por el tren de propulsión), si
el par desarrollado es insuficiente (,8;V <T), el
embrague patina; si es excesivo (,8;V>>T),
generalmente implica un embrague de gran tamaño
con demasiada inercia. (Ingeniería FUA, 2015)
2.5.2 Caja de cambios y diferencial
Para el cálculo de las relaciones de transmisión, se
debe establecerse en función del régimen
comprendidos entre el par máximo, ya que es de ahí
donde se obtiene la mayor fuerza de impulsión en
las ruedas y el régimen de potencia máxima.
(Mezquita & Dols, 2001, pág. 6.6)
Las ecuaciones a utilizar para calcular dichas
relaciones han sido obtenidas del manual de Manuel
Cascajosa (Ingeniería de Vehículos Sistemas y
Cálculos).
W
-
#
X
/Y
/
Z
1
%WHQ5
(17)
W
,
#
X
/Y
/
Z
2
%WHQ5
(18)
W
2
#
X
/Y
/
Z
,
%WHQ5
(19)
W
1
#
X
/Y
/
Z
%WHQ5
(20)
Donde:
W
-
# Velocidad máxima en primera marcha (Km/h)
W
,
# Velocidad máxima en segunda marcha (Km/h)
W
2
# Velocidad máxima en tercera marcha (Km/h)
W
1
# Velocidad máxima en cuarta marcha (Km/h)
/Y# Régimen del par máximo (RPM)
/# Régimen de la potencia máxima (RPM)
WHQ5#Velocidad máxima (Km/h)
Para el cálculo de la velocidad angular máxima de
la rueda en cada marcha, se aplica la ecuación 21.
I
!345$
#X
W
!
Z
(21)
Donde:
I
!345$
#Velocidad angular en la rueda (rad/s)
W#Velocidad máxima en cada marcha (m/s)
!#Radio de la rueda (m)
Para calcular el Radio de la rueda, se requiere las
especificaciones técnicas de la llanta y el neumático
y para determinar su valor se aplica la ecuación 22.
[
!345$
#0[
66
JE'\.8$T]0./0\;8^./69<.
%_
7
)
(22)
Donde:
[
!345$
#Diámetro de la rueda (mm)
[
66
#Diámetro de la llanta (mm)
_
7
#Ancho de la banda de rodadura (mm)
Para calcular la relación de transmisión de las
distintas marchas, se emplea la ecuación 23.
T
8988988898:9:
#T
;;
%T
5<(
(23)
Donde:
T
8988988898:9:
# Relación de transmisión de las
distintas marchas
T
;;
# Relación de desmultiplicación de la caja de
cambios
T
5<(
# Relación de transmisión del diferencial
Es necesario calcular la relación de transmisión en
el diferencial, debido a que influye en la
desmultiplicación de las revoluciones del motor a
las ruedas. Aplicando las ecuaciones obtenidas del
manual de Manuel Cascajosa (Ingeniería de
Vehículos Sistemas y Cálculos).
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T
5<(
#
/
,
/
-
(24)
/
,
#
W
.á>
E%O%!
(25)
Donde:
/
-
# Régimen de giro máximo del motor (RPS)
/
,
# Régimen de giro en las ruedas (RPS)
W
.á>
# Velocidad máxima (m/s)
!# Radio de la rueda (m)
La relación de desmultiplicación de la caja de
cambios es la relación entre Régimen de giro
máximo del motor y el régimen de giro en las ruedas
en cada una de las marchas, dicha relación se calcula
con la ecuación 26
T
;;
#
/
/
-
(26)
Donde:
/# Régimen de giro máximo del motor (RPM)
/
-
# Régimen de giro en las ruedas (RPM)
Según (Gil martìnez, 2003) “en los turismos
actuales la marcha atrás es más reducida incluso que
la primera velocidad, ya que su utilización no ha de
implicar desplazamientos rápidos y violentos, es por
este motivo que está comprendido entre 3,2 a 3,8:1”
(pág. 90).
Cabe recalcar un dato muy importante, si no hubiera
la caja de cambios el par motor generado por el tren
de propulsión sería igual al par resistente en las
ruedas, el par resistente en las ruedas se obtiene
aplicando la ecuación 27.
D
!
#
D
.
!6
(27)
Donde:
D
!
#0Par resistente en las ruedas (Nm)
!6# Relación de trasmisión total
D
.
#Par desarrollado por el motor (Nm)
2.6 Diseño del diseño del CIV
El control inteligente de velocidad tine la función de
controlar el límite de velocidad del prototipo
biplaza, el mismo que está conformado por dos
sistemas principales
• Sistema de control y comunicación
• Sistema de corte de inyección
El diseño de los sistemas, se desarrollaron en el
software denominado Altium Designer el cual es un
programa que proporciona la tecnología de diseño
de PCB más avanzada que permite obtener el
máximo potencial y ahorrar tiempo, la simulación
del CIV se ejecuto en el software proteus el cual
permite simular cualquier circuito electrónico en
tiempo real.
2.6.1 Ecuaciones fundamentales para el diseño
del CIV
Aplicando la ley de ohm y las ecuaciones
obtenidas de (Reyes C. , 2006) , se seleccionaron e
implementaron los components electrónicos
activos en la PCB.
W#!%`
(28)
Donde:
!# Resistencia (Ω)
W# Voltaje (Voltios)
`# Corriente (A)
3.6.2. Potencia Eléctrica
&#`
,
%!
(29)
Donde:
&= Potencia (Watts)
`# Corriente (A)
!# Resistencia (Ω)
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1 Potencia del tren de propulsión del prototipo
Biplaza
Al hacer uso las ecuaciones para el cálculo de las
fuerzas resistivas y la potencia del tren de
propulsión, en la tabla 1 se visualiza la potencia
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máxima en condiciones standard a una velocidad de
120 Km/h, obteniendo un resultado de 61,59 HP,
tomando en cuenta que el cálculo se realizó a plena
carga.
Tabla 1 Calculo de la potencia máxima en condiciones
standard
Velocidad
(Km/h)
Wmáx
(HP)
10
1,21
15
1,87
20
2,59
25
3,39
30
4,29
35
5,32
40
6,49
45
7,83
50
9,35
55
11,07
60
13,02
65
15,22
70
17,69
75
20,44
80
23,50
85
26,89
90
30,63
95
34,74
100
39,24
105
44,15
110
49,49
115
55,28
120
61,55
La potencia necesaria del tren de propulsión del
prototipo biplaza para vencer las fuerzas resistivas
al movimiento a una velocidad máxima de 50km/h
es de 13,71 Hp. Tal como se observa en la tabla 2.
Tabla 2 Potencia requerida a una velocidad de 50Km/h
Velocidad
(Km/h)
Wmáx (HP)
Urbano
10
2,08
15
3,18
20
4,33
25
5,57
30
6,91
35
8,38
40
9,98
45
11,76
50
13,71
En la figura 4 se observa la potencia máxima en
urbano (Wmáx urbano) y la potencia máxima en
condiciones standard (Wmáx), el cual viene a
representar la potencia del tren de propulsión antes
de modificar el prototipo.
Una alternativa será optar un tren de propulsión que
posea 13,80 Hp de potencia el cual dispone una
motocicleta modelo Gixxer para que el prototipo
pueda circular sin ningún inconveniente.
Figura 4 Potencia máxima calculada
La potencia máxima en condiciones standard es de
61,59 Hp, llegando a la conclusión de que es 4,48
veces que la Wmáx urbano Por lo tanto, el tren de
propulsión que dispone el prototipo tiene 63 HP de
potencia, el cual es apropiado para vencer las
fuerzas resistivas, en la tabla 3 se visualiza las
características técnicas del tren de propulsión del
Biplaza.
Tabla 3 Características técnicas del tren de propulsión
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DEL TREN DE
PROPULSIÓN DEL PROTOTIPO BIPLAZA
Cilindrada:
1000 cc
Potencia máxima
63 Hp a 5400 rpm
Relación de
compresión
9,3:1
Torque máximo
87 Nm @ 4200 rpm
Diámetro x carrera
68,5 x 72,0 mm
Tipo de encendido
Sistema de encendido
directo (DIS)/ Encendido de
alta energía (HEI)
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15
Tipo de inyección de
combustible
MPFI
Motor
4 cilindros, 8v, SOCH
3.2 Dimensionamiento del disco d embrague
Aplicando las ecuaciones para el dimensionamiento
del embrague, se obtuvo un diámetro exterior de
139,46 cm, en el catálogo (ZF Friedrichshafen AG,
2015) se observa el “diámetro de 184 mm con un
estriado de 19 mm”, siendo el diámetro exterior
adecuado del disco de embrague para el prototipo
Biplaza, por lo tanto,
Según (Hormaeche de Lucas, 2015) “el par que
puede, transmitir el embrague debe mayor que el
que pueda generar el motor, dimensionado de esta
manera para que no se produzca deslizamiento al
juntar las caras”
En la tabla 4 se aprecia las características técnicas
del dimensionamiento del disco de embrague
Tabla 4 Características técnicas del disco de embrague
CARACTERISTICAS DEL DISCO DE EMBRAGUE
Diámetro exterior del forro de fricción
del embrague
184 mm
Diámetro interior del forro de fricción
del embrague
128,8 mm
Presión entre el disco y el volante del
motor
164,81
Kpa
Fuerza normal (carga que el plato va a
aplicar al disco)
1840,57 N
Par de rozamiento que el disco puede
soportar
115,15Nm
Aplicando la ecuación 16, se obtuvo lo siguiente:
,8;V#22P@2P0(H
,#N#AS0(H
Por lo tanto:
abcdea
El disco de embrague que se selecciono es el
adecuado para implementar en el prototipo biplaza.
3.3 Caja de cambios y diferencial
Los datos requeridos para poder validar la caja de
cambios, se puede observar en la tabla 5.
Tabla 5 Datos requeridos para la Validación de la caja de
cambios
DATOS REQUERIDOS PARA LA
VALIDACIÓN DE LA CAJA DE CAMBIOS
Tracción
Delantera
Numero de marchas
5
Potencia máxima del motor
63 HP
Régimen de potencia máxima
5400 rpm
Par máximo
87 Nm
Régimen de par máxima
4200 rpm
Velocidad máxima
50 Km/h
Ruedas
175/70/R13
En la tabla 6 se visualiza los valores calculados de
las velocidades en cada una de las marchas a
régimen de giro máximo de la potencia del motor es
decir a 5400 rpm, a una velocidad de 50Km/h
La relación que existe entre la velocidad alcanzada
por el vehículo y el número de revoluciones del
motor correspondiente a esa velocidad puede
representarse gráficamente como se observa en la
figura 5, en las que se han llevado en abscisas las
velocidades del vehículo en Km/h y en ordenadas el
régimen del motor, dando como resultado un
diagrama de velocidades correspondientes a las
distintas reducciones de la caja de cambios.
Tabla 6 Calculo de velocidades a distintos regímenes del
motor
Régimen
Velocidades Km/h
RPM
1a
2a
3ª
4ª
5ª
1000
3,38
4,35
5,60
7,20
9,25
1500
5,08
6,53
8,40
10,80
13,88
2000
6,77
8,71
11,20
14,40
18,51
2500
8,46
10,88
14,00
18,00
23,14
3000
10,16
13,06
16,80
21,60
27,77
3500
11,85
15,24
19,60
25,20
32,40
4000
13,54
17,42
22,40
28,80
37,03
4500
15,24
19,60
25,20
32,40
41,66
5000
16,93
21,77
28,00
36,00
46,29
5400
18,29
23,52
30,24
38,88
50,00
Las rectas V1, V2, V3, V4, V5, representan las
diferentes velocidades a regímenes máximo (5400
rpm) y mínimo (1000 rpm) que puede proporcionar
el motor, es decir, en primera velocidad se obtiene
18,29 Km/h a 5400 rpm, en segunda 23,52 Km/h, en
tercera 30,24 Km/h, en cuarta 38,88 Km/h, en quinta
(toma directa) 50Km/h al mismo régimen.
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Figura 5 Diagrama de velocidades
Aplicando la ecuación 21, en la tabla 7 se visualiza
los resultados obtenidos de la velocidad angular
máxima de la rueda en cada marcha
Tabla 7 Calculo la velocidad angular de la rueda en las
distintas marchas
Velocidad
(Km/h)
Velocidad
(m/s)
Wmáx (rad/s)
1a
velocidad
18,29
5,08
17,67
2a
velocidad
23,52
6,53
22,72
3a
velocidad
30,24
8,40
29,21
4a
velocidad
38,88
10,80
37,56
5a
velocidad
50
13,88
48,29
Aplicando la ecuación 23, en la tabla 8 se visualiza
los valores obtenidos de la relación de transmisión,
datos muy importancia para el cálculo del par
resistente en las ruedas.
Tabla 8 Relación de transmisión en cada una de las marchas
RELACIÓN DE TRANSMISIÓN CALCULADO
i1
i2
i3
i4
i5
iR
2,72
2,11
1,65
1,28
0.99
3,2
El par motor generado por el tren de propulsión es
modificado por el conjunto diferencial y caja de
cambios, es decir, en primera y marcha atrás, el par
aumenta pero la velocidad disminuye, en segunda,
tercera, cuarta y quinta, el par disminuye pero
aumenta la velocidad, tal como se observa en la
tabla 9.
Tabla 9 Cálculo del par resistente en la ruedas
Icc
Idif
Rt
Cm
(Nm)
Cr1
(Nm)
1a
velocidad
0,36
0,085
0,031
87
2783,82
2a
velocidad
0,47
0,085
0,040
87
2165,19
3a
velocidad
0,60
0,085
0,051
87
1684,04
4a
velocidad
0,77
0,085
0,066
87
1309,81
5a
velocidad
1,00
0,085
0,085
87
1018,74
M.A.
0,31
0,085
0,026
87
3259,97
3.4 Control inteligente de velocidad
Figura 6 Diagrama Electrónico de la PCB del CIV
El control inteligente de velocidad, corta la
alimentación negativa de los inyectores 2-3 cuando
haya superado la velocidad máxima programada.
Para que la ECU del biplaza no genere un código
DTC, se implementó en la PCB del CIV dos
resistencias de 47 Ω con una potencia de 3 watts
para evitar el sobrecalentamiento del mismo,
dispositivo electrónico activo que simula la
presencia del inyector.
3.5 Protocolo de pruebas.
3.5.1 Prueba de maniobrabilidad del prototipo
biplaza
Con el test de maniobrabilidad, se determinó el
correcto funcionamiento del sistema de dirección y
suspensión, dando confort al conducir
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3.5.2 Prueba de frenado
En la tabla 10, se determina los valores calculados
de la distancia de frenado a distintas velocidades,
calculando el espacio recorrido desde el momento
que se acciona los frenos hasta que se detiene
totalmente el vehículo, dependiendo de la fuerza de
frenado, velocidad del vehículo, grado de
adherencia al suelo y del estado del neumático
Tabla 10 Distancia de frenado a distintas velocidades y tipo
de calzada
velocidad
(Km/h)
Df en asfalto
(m)
Df en adoquín (m)
0
0
0
5
0,16
0,13
10
0,66
0,52
15
1,48
1,18
20
2,62
2,10
25
4,10
3,28
30
5,91
4,72
35
8,04
6,43
40
10,50
8,40
45
13,29
10,63
50
16,40
13,12
En la figura 96 se visualiza que a mayor velocidad
el prototipo tendrá que recorrer una mayor distancia
para detenerse, es decir a una velocidad de 40 Km/h
en asfalto, la distancia de frenado es de 10,5 m y a
la misma velocidad en adoquín la distancia de
frenado es de 8,4 m.
Figura 7 Diagrama de la distancia de frenado
Ejecutando el test de la prueba de frenado de forma
experimental, el prototipo recorrio una distancia de
25 metros, en asfalto a una velocidad promedio de
25 Km/h antes de efectuar el frenado, obteniendo
una distancia de 4,20 m, tal como se observa en la
figura 7.
Figura 8 Prueba de distancia de frenado en asfalto
Al circular por una carretera de adoquín, se obtuvo
una distancia de frenado de 3,55 m, tal como
observa en la figura 8
Figura 9 Prueba de distancia de frenado en adoquín
Debido a la alta rugosidad del adoquín, se obtuvo
una distancia de frenado menor, en asfalto al tener
baja rugosidad, la distancia de frenado aumenta, es
decir el prototipo necesita una mayor distancia para
que se detenga por completo.
Los resultados obtenidos de la distancia de frenado
mediante cálculos matemáticos y experimentación,
son casi similares, comprobando la eficacia del
frenado del prototipo.
3.5.3 Prueba de consumo de combustible
Para conocer la cantidad de kilómetros que puede
recorrer por galón y/o litro de combustible, se
determinó que el deposito almacena 23078,76 cm
3
o 6,1 galones de combustible, al hacer uso del
OBDLink SX Scan, el cual permite medir y
visualizar el ahorro de combustible por medio de un
tablero digital que se exhibe en la PC, tal como se
observa en la figura 9.
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Figura 10 Consumo de combustible del prototipo biplaza
En 5,1 Km el prototipo biplaza ha consumido 0,34
litros, por lo tanto con un litro de combustible el
prototipo podrá recorrer una distancia de 15,31 km
(15,31 Km/lt), para saber cuántos litros consume por
cada 100 Km, realizamos la siguiente operación
matemática.
f6
2330gH
h #
2330gH%3@ij0]6
P@E20gH
f6
2330gH
h #k@Pi0f6
Con el depósito en su máxima capacidad (23,1 lt),
el biplaza puede recorrer una distancia de 353, 58
Km y efectuando una comparación con el Chevrolet
spark que consume 8,8 lt/100 Km, el prototipo
biplaza consume 6,53 lt/100 Km
3.6 Test control inteligente de velocidad
Figura 11 Prueba de funcionamiento del CIV
En la prueba de ruta, el CIV funciona perfectamente,
es decir 5 km antes de la velocidad programada
emite una señal acústica advirtiendo al conductor de
que tiene que reducir la velocidad, omitida esta
señal corta la alimentación negativa de los
inyectores 2-3, limitando la velocidad del biplaza,
tal como se observa en la figura 11.
4. CONCLUSIONES
- Para establecer la potencia requerida del tren de
propulsión del prototipo biplaza, se calculó
todas las fuerzas que se oponen al movimiento
como: la resistencia por rodadura !
!
, resistencia
por pendiente !
"
, resistencia por inercia !
#
y la
resistencia por el aire !
$
, con la finalidad de que
el tren de propulsión pueda superar todas las
fuerzas que se generan, iniciando el movimiento
del prototipo.
- La potencia requerida del tren de propulsión del
prototipo biplaza es de 13,71 Hp, una alternativa
será optar un tren de propulsión que posea 13,80
Hp de potencia el cual dispone una motocicleta
modelo Gixxer para que el prototipo pueda
circular sin ningún inconveniente, la potencia
máxima en condiciones standard es de 61,59 Hp,
llegando a la conclusión de que es 4,48 veces
que la Wmáx urbano, por lo tanto, el tren de
propulsion que dispone el prototipo tiene 63 HP
de potencia. Motor apropiado para vencer todas
las fuerzas resistivas.
- El rendimiento de combustible está relacionado
directamente con la reducción del peso, al
disminuir la masa del prototipo, el biplaza
consume 6,53 lt/100 Km en la zona urbana de la
ciudad Latacunga, comparando con el Chevrolet
spark que consume 8,8 lt/100 Km en las mismas
condiciones, en prototipo ahorra 2,2 lt de
combustible cada 100 Km, logrando economizar
el combustible.
- El control inteligente de velocidad incide en el
ahorro de combustible porque evita acelerones y
frenazos bruscos a altas velocidades, además
evita el desgaste prematuro de los frenos porque
no es lo mismo frenar a baja velocidad, que
frenar conduciendo a altas velocidades
- Al controlar la disminución de la velocidad del
prototipo mediante un control inteligente de
velocidad, incide de manera muy importante en
la disminución del riesgo de accidentes,
fundamentalmente en zona urbana, porque el
tiempo de reacción del conductor sera óptimo en
condiciones críticas.
REFERENCIAS
Revista Nexos Científicos ISSN: 2773-7489
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