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Ver la Versión Completa : Angulo de deriva y agarre lateral


turboed
29-Jun-2006, 14:06
Espero les sea util

saludos

El neumático supone una unión elástica entre la llanta y el suelo. Como si de un muelle se tratara, para transmitir una fuerza entre ambos elementos debe sufrir una deformación que tense su estructura en la dirección en la que dicha fuerza debe ser aplicada. En el caso de solicitaciones transversales (cuando el vehículo traza una curva), da lugar a una flexión lateral que se caracteriza por el ángulo de deriva.
http://www.km77.com/tecnica/bastidor/angderiva/med/01.jpgAl entrar en contacto con el suelo, cada pequeña sección de la superficie del neumático se adhiere a él y se va alejando progresivamente de su posición original conforme se desplaza hacia la parte trasera de la huella, mientras la rueda gira. Al llegar al extremo trasero de la huella, pierde contacto con el suelo y recupera su posición original.
El ángulo formado por la dirección en que apunta la rueda y aquélla en la que verdaderamente se está desplazando (coincidente con la orientación de la parte de la huella firmemente adherida al asfalto) se denomina ángulo de deriva. La figura de la izquierda muestra de manera esquemática este ángulo. El tamaño de la huella (sombreado en gris) y su forma se han exagerado en todos los dibujos para facilitar su representación.
Cuando giramos el volante para trazar una curva, lo que hacemos realmente es inducir un ángulo de deriva. Lógicamente, mayores ángulos de deriva se corresponden con una fuerza lateral mayor, dado que una mayor flexión requiere una mayor fuerza. Aunque carezcan de sistema de dirección, las ruedas traseras también desarrollan ángulo de deriva, a pesar de que apunten siempre en la misma dirección. se puede ver una animación de cómo el neumático desarrolla un creciente ángulo de deriva. La situación mostrada correspondería a un giro a izquierdas tomada a una creciente velocidad, con el volante fijado en una misma posición: la mayor fuerza lateral requerida por la creciente velocidad obliga al neumático a desarrollar una deriva mayor.
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En el desarrollo del ángulo de deriva pueden distinguirse tres diferentes etapas. En un primer tramo la relación entre fuerza lateral y deriva es aproximadamente lineal. Toda la superficie de la huella mantiene un perfecto contacto con el suelo, y el mecanismo que mantiene la adherencia es por tanto el de adhesión.
Dado que es la zona trasera de la huella la que sufre una mayor flexión, es allí donde se desarrolla la mayor parte de la fuerza lateral. Pero a consecuencia de ello, es la que primero alcanza el límite de adherencia de la goma con el suelo, y empieza a deslizar; podemos decir que se satura. En estas áreas es la histéresis del neumático la que se hace responsable de mantener un cierto grado de adherencia.
Áreas más frontales de la huella aún no se han saturado, por lo que todavía pueden incrementar su aporte a la fuerza lateral. En suma, la fuerza total sigue creciendo con la deriva, pero a un ritmo cada vez menor. Es la etapa de transición; el paso de la zona lineal a la de transición se produce aproximadamente a la mitad de la deriva de máximo agarre.
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Llegado un momento, suficiente huella se encuentra saturada como para que el neumático sea incapaz de generar más fuerza lateral y alcanza su máximo, a partir del cual cae. Esto se refleja, por ejemplo, en una situación de subviraje pronunciado, en la que girar más el volante no hace sino empeorar las cosas, puesto que hacemos trabajar al neumático en la zona en que la adherencia disminuye. Lo conveniente es abrir un poco la dirección para acercarnos al ángulo de deriva óptimo, intentando recuperar la adherencia.
El ángulo de deriva en el que un neumático alcanza su máximo agarre lateral varía grandemente de unos modelos a otros y de su uso (de calle o competición), y para un neumático en particular, del peso que recae sobre él y de su grado de desgaste. Los fabricantes de neumáticos no suelen proporcionar este tipo de información

El concepto coloquial de subviraje o sobreviraje, entendiendo como tal la pérdida de adherencia del eje delantero o trasero respectivamente, no es sino un caso particular de su definición estricta. De hecho, ambos términos cobran sentido desde que el automóvil empieza a girar, mucho antes de alcanzar el límite de adherencia.
Ignorando los efectos direccionales de la suspensión (que es mucho ignorar), las reacciones de un coche están totalmente relacionadas con la forma en que los neumáticos delanteros o traseros (en particular, los exteriores a la curva) desarrollan deriva en función de la solicitación lateral, tan pronto como se gira el volante. La siguiente figura muestra, de izquierda a derecha, un vehículo subvirador, uno sobrevirador, y uno neutro. Por simplicidad, las dos ruedas de un mismo eje muestran el mismo ángulo de deriva.
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Cuanto mayor ángulo de deriva adquieran los delanteros en relación a los traseros, mayor será su carácter subvirador: el creciente desfase entre la dirección en la que realmente avanzan y la que la llanta está indicando no queda compensado por la menor deriva de las ruedas traseras, obligando al conductor a cerrar la dirección.
Lo contrario ocurre en un coche sobrevirador. Si son las ruedas traseras las que desarrollan más ángulo de deriva, el conductor se encontrará con que el eje trasero tiende a abrirse hacia el exterior de la curva: el coche gira de más, y tanto mayor será este efecto cuanta mayor sea la fuerza lateral que deban desarrollar las ruedas. Llevando esta definición a sus últimas consecuencias, nos encontraríamos con que para trazar una misma curva a una velocidad superior con un coche sobrevirador, tendríamos que girar menos el volante. Esto es algo que, afortunadamente, no ocurre en circunstancias normales con ningún automóvil de producción. Todos ellos tienen, en mayor o menor medida, un carácter básicamente subvirador, y el sobreviraje es algo que no aparece salvo provocado intencionadamente por el conductor o por una maniobra errónea.
Cuanto más peso recae sobre el eje delantero, más subvirador tenderá a ser el coche, a igualdad de todos los demás factores. Al tener su centro de gravedad desplazado hacia delante, la distancia que lo separa de las ruedas delanteras es menor que de las traseras. Debido a esta menor distancia, el eje delantero debe desarrollar una mayor fuerza lateral, y por tanto, sus ruedas adoptan un mayor ángulo de deriva. Lo contrario ocurre si es el eje trasero el que está más cargado, generando mayores ángulos de deriva en las ruedas posteriores, dando lugar por tanto a un vehículo inherentemente sobrevirador.

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Vista la influencia que el ángulo de deriva tiene en las reacciones del coche, conviene recordar que cada modelo de neumático tiene una relación diferente entre fuerza lateral y deriva, y que puede variar con su antigüedad. Es fácil entender cómo montar modelos diferentes en ambos ejes es desaconsejable, por cuanto puede variar las reacciones normales del vehículo. Tampoco es recomendable tener ruedas nuevas en un eje y viejas en el otro, aunque sean del mismo modelo.

turboed
29-Jun-2006, 14:07
Ya se ha visto que la distribución de fuerza lateral no es homogénea en toda la huella. En términos físicos, dado que la distribución de esfuerzos es más intensa en su parte trasera, la fuerza resultante no pasa por su centro, sino por un punto por detrás de él. http://www.km77.com/tecnica/bastidor/angderiva/med/07.jpg
Esta es la causa del par de autocentrado del neumático o arrastre neumático , que es una de las causas de la tendencia del volante a deshacer el giro.
Puesto que conforme aumenta la deriva aumenta esta fuerza lateral, también lo hace el par de autocentrado de la huella. Sentados al volante, cuanto más cerrada es una curva o a mayor velocidad la queremos tomar, mayor será el esfuerzo requerido.
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Pero de nuevo, la relación entre el par de autocentrado y la deriva sólo es lineal para aceleraciones laterales reducidas. La figura de la derecha muestra la evolución aproximada del par de autocentrado, con la fuerza lateral superpuesta a título meramente comparativo.

Como se ha dicho, llega un momento en que la parte trasera de la huella se empieza a saturar y deja de incrementar su aporte a la fuerza lateral total, mientras que zonas más frontales incrementan su participación.
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Esto reduce la asimetría de los esfuerzos laterales (Figura b), acercando el punto de aplicación de la fuerza lateral resultante al centro de la huella. En otras palabras, la rueda disminuye su par de autocentrado. Esto es percibido por el conductor a través del volante, que siente que la dirección se suaviza y requiere menos esfuerzo. Es una señal valiosísima para estimar a qué distancia se encuentra del límite de adherencia de los neumáticos delanteros, y por eso es tan importante que la dirección asistida no filtre en exceso esta sensación. En casos extremos (Figura c), el par de autocentrado por arrastre neumático de la rueda se hace muy pequeño e incluso negativo. Es decir, si éste fuera el único origen de la tendencia autocentrante del volante, llegados a su límite de adherencia la rueda podría intentar cerrar más la dirección.

Pero el par de autocentrado del neumático descrito es responsable únicamente de parte de la tendencia autocentrante que percibe el conductor a través del volante. El resto, denominado arrastre mecánico , viene dado por el eje de giro de la rueda, cuya intersección con el suelo se produce por delante del centro de la huella.
Este arrastre mecánico da estabilidad a la dirección, por cuanto mantiene una deseable tendencia autocentrante en el volante aun cuando el par de autocentrado del neumático es muy reducido o incluso negativo. El típico ejemplo para ilustrar este efecto es el de las ruedas de carrito de supermercado, que a pesar de tener absoluta libertad de giro siempre permanecen alineadas. Y hasta que alguien decida lo contrario, los carritos de supermercado carecen de dirección.

Del mismo modo que las deformaciones que un neumático experimenta ante solicitaciones laterales se pueden caracterizar por el ángulo de deriva, las que sufre ante esfuerzos longitudinales quedan representadas por el grado de deslizamiento.
Es posible visualizar estas deformaciones si imaginamos un neumático en cuyo flanco se han pintado una serie de radios, como muestra la siguiente figura de manera exagerada.
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Ignorando otros efectos como la resistencia a la rodadura, si ni el motor ni los frenos están transmitiendo fuerza alguna, no existirán tensiones que deformen tangencialmente el neumático y las franjas mantendrán una orientación perfectamente radial.
Cuando se acelera, la potencia del motor, transmitida a través de la llanta, tira del interior del neumático en sentido horario, intentando que gire más rápido. Por el contrario, y mientras el límite de adherencia no sea superado, la fricción con el suelo hace que la huella permanezca en contacto con el asfalto. El mismo efecto se observa en el caso de una frenada. En este caso la llanta, por acción de los frenos, tira del interior del neumático en sentido antihorario.
La distribución de esfuerzo de aceleración o frenada en la huella tiene una distribución similar a la asociada al ángulo de deriva: la parte trasera de la huella desarrolla un mayor esfuerzo y por tanto se satura antes.
En todo caso, la deformación tangencial del neumático es consecuencia de la tensión ejercida entre la llanta y el asfalto, y que en última instancia determina si el coche acelera o frena. Como consecuencia de esta deformación, en aceleración o frenada el neumático tiene una velocidad angular que no se corresponde con la que tiene en situación de rodadura perfecta.
Este desfase en su velocidad de rotación recibe el nombre de grado de deslizamiento. Su definición matemática puede encontrarse, pero no es imprescindible para seguir el resto de las explicaciones.
Un grado de deslizamiento del 0% se corresponde con una rodadura perfecta. Valores positivos indican que el neumático gira a una velocidad superior, que se corresponde con un esfuerzo de aceleración. Igualmente, valores negativos reflejan una velocidad inferior y, por tanto, un esfuerzo de frenada. Un deslizamiento de -100% indica una rueda completamente bloqueada; a +100% el neumático patina mientras gira a muy elevada velocidad (literalmente infinita).
http://www.km77.com/tecnica/bastidor/angderiva/med/11.jpg
El modo en que la fuerza de aceleración o frenada transmitida por el neumático varía en función del grado de deslizamiento está representado esquemáticamente en la siguiente figura, únicamente para deslizamientos positivos (aceleración). Cualitativamente hablando, el efecto en frenada es similar, pero con valores de deslizamiento y fuerza negativos.
En un primer tramo, la fricción disponible se incrementa de manera prácticamente lineal con el deslizamiento. A partir de ahí su pendiente decrece, y tras alcanzar un máximo en valores habitualmente en torno al 15 ó 20% de deslizamiento tiende a decrecer ligeramente.
Esta tendencia muestra que la máxima efectividad del neumático está disponible en un estrecho rango de deslizamiento. Mantenerlo en este punto es la misión del control de tracción y del antibloqueo de frenos. Un sistema de ABS bien calibrado puede mejorar también la distancia de frenado, manteniendo con precisión el grado de deslizamiento adecuado.
Por el mismo motivo, una rueda bloqueada por los frenos o patinando sin control por una presión excesiva sobre el acelerador son situaciones ineficaces desde el punto de vista del aprovechamiento de la fricción de la rueda (y por supuesto, de su durabilidad).