4. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Introducci´on
Los conceptos de propulsi´on h´ıbrida surgen con la idea de mejorar
la econom´ıa en el consumo de combustible y reducir las emisiones
contaminantes, principalmente.
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 3/56
5. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Introducci´on
Los conceptos de propulsi´on h´ıbrida surgen con la idea de mejorar
la econom´ıa en el consumo de combustible y reducir las emisiones
contaminantes, principalmente.
Adem´as mejoras en cuanto al consumo de combustible en los
motores se han logrado debido a la introducci´on de nuevas
tecnolog´ıas como actuaci´on de v´alvulas, inyecci´on directa de
combustible, raz´on de compresi´on variable, desactivaci´on de
cilindros, sistemas turbo y supercargados.
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7. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Introducci´on
La eficiencia de los motores con ECI es del 60 %, que puede
incrementarse con algunas de los siguientes mejoras:
Arrastre aerodin´amico.
Materiales ligeros.
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8. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Introducci´on
La eficiencia de los motores con ECI es del 60 %, que puede
incrementarse con algunas de los siguientes mejoras:
Arrastre aerodin´amico.
Materiales ligeros.
Reducci´on en el coeficiente de rodamiento en las llantas.
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9. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Introducci´on
La eficiencia de los motores con ECI es del 60 %, que puede
incrementarse con algunas de los siguientes mejoras:
Arrastre aerodin´amico.
Materiales ligeros.
Reducci´on en el coeficiente de rodamiento en las llantas.
Sustituci´on de sistemas mec´anicos por elementos
mecatr´onicos.
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 4/56
10. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Introducci´on
La eficiencia de los motores con ECI es del 60 %, que puede
incrementarse con algunas de los siguientes mejoras:
Arrastre aerodin´amico.
Materiales ligeros.
Reducci´on en el coeficiente de rodamiento en las llantas.
Sustituci´on de sistemas mec´anicos por elementos
mecatr´onicos.
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 4/56
11. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Autos h´ıbridos
Los autos h´ıbridos de gasolina o diesel pueden tener una
arquitectura serie o paralela; todos tienen una configuraci´on de pre
transmisi´on donde los torques de los motores van conectados a la
transmisi´on.
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12. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Autos h´ıbridos
Los autos h´ıbridos de gasolina o diesel pueden tener una
arquitectura serie o paralela; todos tienen una configuraci´on de pre
transmisi´on donde los torques de los motores van conectados a la
transmisi´on.
Estudios muestdran que si hoy se introducen los autos h´ıbridos con
una penetraci´on completa en 10 a˜nos, es equivalente a doblar la
raz´on anual de creaci´on de nuevos pozos petroleros.
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 5/56
14. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Autos h´ıbridos
En el mundo, 40 % del petr´oleo se usa para transporte.
En EU el 97 % del transporte depende de la gasolina y el
diesel, y 67 % del total del petr´oleo se usa en transporte de
personas.
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 6/56
15. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Autos h´ıbridos
En el mundo, 40 % del petr´oleo se usa para transporte.
En EU el 97 % del transporte depende de la gasolina y el
diesel, y 67 % del total del petr´oleo se usa en transporte de
personas.
Exist´ıan 130,000 autos h´ıbridos en EU (2004).
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 6/56
16. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Autos h´ıbridos
En el mundo, 40 % del petr´oleo se usa para transporte.
En EU el 97 % del transporte depende de la gasolina y el
diesel, y 67 % del total del petr´oleo se usa en transporte de
personas.
Exist´ıan 130,000 autos h´ıbridos en EU (2004).
Toyota es l´ıder en esta tecnolog´ıa, anunci´o que en el a˜no 2005
producir´a 300,000 unidades. En el mismo a˜no se vender´an 55
millones de autos.
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 6/56
17. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Autos h´ıbridos
En el mundo, 40 % del petr´oleo se usa para transporte.
En EU el 97 % del transporte depende de la gasolina y el
diesel, y 67 % del total del petr´oleo se usa en transporte de
personas.
Exist´ıan 130,000 autos h´ıbridos en EU (2004).
Toyota es l´ıder en esta tecnolog´ıa, anunci´o que en el a˜no 2005
producir´a 300,000 unidades. En el mismo a˜no se vender´an 55
millones de autos.
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 6/56
18. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Autos h´ıbridos
El liderazgo de esta tecnolog´ıa pertenece a los japoneses.
Tecnolog´ıas empleadas para la propulsi´on en autos h´ıbridos:
Internal combustion engine: compression ignited direct
injection (CIDI)
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 7/56
19. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Autos h´ıbridos
El liderazgo de esta tecnolog´ıa pertenece a los japoneses.
Tecnolog´ıas empleadas para la propulsi´on en autos h´ıbridos:
Internal combustion engine: compression ignited direct
injection (CIDI)
Internal combustion engine: spark ignited
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 7/56
20. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Autos h´ıbridos
El liderazgo de esta tecnolog´ıa pertenece a los japoneses.
Tecnolog´ıas empleadas para la propulsi´on en autos h´ıbridos:
Internal combustion engine: compression ignited direct
injection (CIDI)
Internal combustion engine: spark ignited
Gas turbine
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 7/56
21. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Autos h´ıbridos
El liderazgo de esta tecnolog´ıa pertenece a los japoneses.
Tecnolog´ıas empleadas para la propulsi´on en autos h´ıbridos:
Internal combustion engine: compression ignited direct
injection (CIDI)
Internal combustion engine: spark ignited
Gas turbine
Fuel cells[*]
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 7/56
22. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Autos h´ıbridos
El liderazgo de esta tecnolog´ıa pertenece a los japoneses.
Tecnolog´ıas empleadas para la propulsi´on en autos h´ıbridos:
Internal combustion engine: compression ignited direct
injection (CIDI)
Internal combustion engine: spark ignited
Gas turbine
Fuel cells[*]
Flywheel
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 7/56
23. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Autos h´ıbridos
El liderazgo de esta tecnolog´ıa pertenece a los japoneses.
Tecnolog´ıas empleadas para la propulsi´on en autos h´ıbridos:
Internal combustion engine: compression ignited direct
injection (CIDI)
Internal combustion engine: spark ignited
Gas turbine
Fuel cells[*]
Flywheel
Advanced battery
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 7/56
24. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Autos h´ıbridos
El liderazgo de esta tecnolog´ıa pertenece a los japoneses.
Tecnolog´ıas empleadas para la propulsi´on en autos h´ıbridos:
Internal combustion engine: compression ignited direct
injection (CIDI)
Internal combustion engine: spark ignited
Gas turbine
Fuel cells[*]
Flywheel
Advanced battery
Ultra-capacitor
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 7/56
25. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Autos h´ıbridos
El liderazgo de esta tecnolog´ıa pertenece a los japoneses.
Tecnolog´ıas empleadas para la propulsi´on en autos h´ıbridos:
Internal combustion engine: compression ignited direct
injection (CIDI)
Internal combustion engine: spark ignited
Gas turbine
Fuel cells[*]
Flywheel
Advanced battery
Ultra-capacitor
Lightweight materials
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 7/56
26. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Autos h´ıbridos
El liderazgo de esta tecnolog´ıa pertenece a los japoneses.
Tecnolog´ıas empleadas para la propulsi´on en autos h´ıbridos:
Internal combustion engine: compression ignited direct
injection (CIDI)
Internal combustion engine: spark ignited
Gas turbine
Fuel cells[*]
Flywheel
Advanced battery
Ultra-capacitor
Lightweight materials
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 7/56
27. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Toyota
Algunas compa˜n´ıas entre los a˜nos 2003-2007 introducen su primer
generaci´on de autos h´ıbridos a diferencia de Toyota que ser´ıa su
tercera generaci´on.
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28. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Toyota
Algunas compa˜n´ıas entre los a˜nos 2003-2007 introducen su primer
generaci´on de autos h´ıbridos a diferencia de Toyota que ser´ıa su
tercera generaci´on.
Figure shows the display model that is said to deliver V8
performance with a V6 power plant using NiMH battery
technology and a system voltage of 500 V.
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 8/56
29. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Toyota
The prevailing system voltage for hybrid electric personal
transportation vehicles is 300 V nominal with power levels up to
100 kW. The orange colored high voltage distribution and motor
harness wire shown in Figure.
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 9/56
33. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Honda
Honda has recently introduced the S2000 Roadster that achieves
more than 650 miles cruising range on a single fill up of 13 US
gallons.
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 13/56
36. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Nissan
Anunci´o una camioneta con capacitores h´ıbridos y motor Diesel. La
propulsi´on es lograda con dos motores s´ıncronos de 75kW. El
ultra-capacitor entrega 1310Wh y pesa 194kg. El capacitor de la
camioneta Condor emplea 346V, puede soportar 2.4 millones de
ciclos stop-go y una vida ´util de 600,000 km. Las pruebas indican
un 50 % de mejora en combustible y reducci´on de 33 % de las
emisiones de CO2.
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 16/56
38. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Honda
No existen partes m´oviles debajo del cofre. Existe aire para la
inducci´on y compresi´on de las celdas de combustible, un enfriador
t´ermico para la misma, radiadores, bombas el´ectricas y
ventiladores. El crecimiento del mercado para el a˜no 2009 fue de
3 % (500,000). Para el a˜no 2013 se espera llegar a un 5 %
(900,000). Sus emisiones est´an en menos de 140 gCO2/Km
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 18/56
39. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Motores el´ectricos h´ıbridos 2010
Estad´ısticas de la EDTA (Electric Drive Transportation
Association) de la situaci´on actual y su relaci´on con el petr´oleo.
El transporte contribuye con el 50 % de la contaminaci´on y
33 % con las emisiones de efecto invernadero en los EU.
Hoy 50 % de los americanos viven en ´area que no cumplen
con los est´andares de calidad del aire.
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 19/56
40. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Motores el´ectricos h´ıbridos 2010
El consumo global de petroleo se espera que alcance 119M de
barriles en el 2025, 60 % de los cuales ser´an suministrados por
la OPEC.
La Energy Unformation Administration (EIA) estima que las
importaciones constituir´an 61 % de la demanda de
combustible en el 2030 en EU.
Los veh´ıculos con tracci´on el´ectrica pueden reducir el consumo
de petroleo en un 40 % y las emisiones en un 50 %. El tr´ansito
de autobuses h´ıbridos puede mejorar las emisiones en 90 % y
de NOx en un 50 %.
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 20/56
49. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Caracter´ısticas de rendimiento de autom´oviles
La asociaci´on americana para una nueva generaci´on de veh´ıculos
establece las siguientes caracter´ısticas (US Partnership for a New
Generation Vehicle - PNGV)
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 24/56
51. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Reducci´on del tama˜no del motor
En la figura se muestra un estudio comparativo de los auto
h´ıbridos PNGV a trav´es de los tama˜nos relativos de los autom´oviles
y la cantidad de reducci´on del motor.
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 26/56
52. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Reducci´on del tama˜no del motor
En la figura se muestra un estudio comparativo de los auto
h´ıbridos PNGV a trav´es de los tama˜nos relativos de los autom´oviles
y la cantidad de reducci´on del motor.
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 26/56
53. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Reducci´on del tama˜no del motor
En la figura se muestra un estudio comparativo de los auto
h´ıbridos PNGV a trav´es de los tama˜nos relativos de los autom´oviles
y la cantidad de reducci´on del motor.
Los veh´ıculos h´ıbridos mantienen el tama˜no y volumen pero son
m´as ligeros.
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 26/56
55. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Los veh´ıculos h´ıbridos mild son el Daimler Chrysler ESX-3, Ford
Prodigy y Honda Insight. Los medianos son el GM Precept y
Toyota Prius.
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 28/56
56. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Rendimiento de ICE
La m´etrica empleada para conocer el rendimiento en veh´ıculos
impulsados con motores a gasolina (ICE) , es la potencia pico de
10kW/125kg de masa del veh´ıculo, este valor es aproximado al
valor de 8kW/100kg y muy cercano al observado en la figura
anterior.
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 29/56
57. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Rendimiento de ICE
La m´etrica empleada para conocer el rendimiento en veh´ıculos
impulsados con motores a gasolina (ICE) , es la potencia pico de
10kW/125kg de masa del veh´ıculo, este valor es aproximado al
valor de 8kW/100kg y muy cercano al observado en la figura
anterior.
Los autos h´ıbiridos, son capaces de satisfacer requisitos
significativamente menores, cerca de 6.74kW/100Kg.
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 29/56
59. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Quiz
Considere el Prius que tiene una masa de 1256 kg y un motor de
gasolina con 70 hp de potencia. Considere que la potencia del auto
es de 6.74kW/100Kg. ¿Con qu´e porcentaje de la potencia
contribuye el motor el´ectrico?
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 31/56
60. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Ejercicio
Como ejemplo considere el Prius que tiene una masa de 1256 kg y
un motor de gasolina con 70 hp de potencia. Ya que ´este es un
auto h´ıbrido se tiene una potencia de 6.74kW/100Kg. La potencia
total, el´ectrica y del motor ser´ıa:
E + P = (6.74 kW
100kg )x1256kg = 84.6kW
¿Con qu´e porcentaje de la potencia contribuye el motor el´ectrico?
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 32/56
61. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Rendimiento de ICE
Empleando los resultados anteriores, un Camry con un motor de
2.4 L y 157 hp. ¿Qu´e motor de gasolina se requiere si se convierte
en un auto h´ıbrido?
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62. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Rendimiento de ICE
Empleando los resultados anteriores, un Camry con un motor de
2.4 L y 157 hp. ¿Qu´e motor de gasolina se requiere si se convierte
en un auto h´ıbrido? La reducci´on del peso permitir´a usar un motor
de 1.5L.
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 33/56
63. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Caracter´ısticas del ciclo de manejo.
Las caracter´ısticas de un auto h´ıbrido est´an en funci´on de las
obligaciones ambientales de reducir, reusar y reciclar.
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 34/56
64. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Caracter´ısticas del ciclo de manejo.
Las caracter´ısticas de un auto h´ıbrido est´an en funci´on de las
obligaciones ambientales de reducir, reusar y reciclar.
La reducci´on del consumo va m´as all´a de apagar el motor
cuando el auto est´a parado, adem´as se aplica el apagado
temprano y el cortar el suministro de combustible en
desaceleraci´on (deceleration fuel shut off, DSFO).
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 34/56
65. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Caracter´ısticas del ciclo de manejo.
Las caracter´ısticas de un auto h´ıbrido est´an en funci´on de las
obligaciones ambientales de reducir, reusar y reciclar.
La reducci´on del consumo va m´as all´a de apagar el motor
cuando el auto est´a parado, adem´as se aplica el apagado
temprano y el cortar el suministro de combustible en
desaceleraci´on (deceleration fuel shut off, DSFO).
Estas acciones contribuyen en un ahorro de combustible que
va del 5 % para autos convencionales (CV) al 15 % para autos
h´ıbridos.
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 34/56
66. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Caracter´ısticas del ciclo de manejo.
Ya que el ahorro depende de los patrones de manejo del
conductor y del ciclo de manejo, existen corporaciones para
estandarizar esto.
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 35/56
67. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Caracter´ısticas del ciclo de manejo.
Ya que el ahorro depende de los patrones de manejo del
conductor y del ciclo de manejo, existen corporaciones para
estandarizar esto.
En EU existe la EPA (Environmental Protection Agency), en
Europa la NEDC (New European Drive Cycle) y en Jap´on
existen diversos modos de manejo estandarizados.
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 35/56
69. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Frenado
En lugar de disipar la energ´ıa de frenado como calor, un h´ıbrido
recupera ´esta y la usa para recargar la bater´ıa o un ultracapacitor.
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 37/56
70. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Rendimiento el´ectrico
Para arrancar el auto h´ıbrido completamente apagado se requieren
menos de 0.3 segundos. Y el motor-generador est´an dise˜nados para
operar como un alternador de alta eficiencia (≥ 80 %).
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 38/56
71. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Ejercicio
Asumiendo que el motor tienen una eficiencia de 40 % y la gasolina
tiene una densidad energ´etica de 8835 Wh/L (32 MJ/L) y el costo
de la gasolina es de $13.98 pesos por litro (el costo en CFE es de
0.8 pesos por kW). Calcule el costo de un kilowatt generado en un
auto, considere un alternador con una eficiencia de:
a) 45 %.
b) 80 %.
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72. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Ciclo FUD
La energ´ıa gastada en el ciclo FUD’s de 4.3 kWh. Sin embargo,
para este ciclo de prueba, un promedio de s´olo 0.39 kW puede ser
extra´ıda de la energ´ıa cin´etica del veh´ıculo y empleada para ser
recuperada. La energ´ıa empleada en propulsi´on es de 10 %.
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 40/56
73. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Distribuci´on de la energ´ıa de propulsi´on y recuperada
(Ciclo FUD)
En la figura mostrada observe
que:
Una capacidad de
regeneraci´on de 20kW
captura virtualmente toda
la energ´ıa cin´etica
disponible para un
autom´ovil mediano.
El motor empleado es de
30kW.
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 41/56
74. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Ciclo de prueba ATDS
Este ciclo es mucho m´as agresivo en aceleraci´on y desaceleraci´on
que otros y produce predicciones m´as exactas de los conductores
Americanos.
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 42/56
75. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
H´abitos de manejo
Una encuesta extensa fue realizada por Sierra Research y cubri´o
varios ambientes geogr´aficos y urbanos de EU. En la siguiente
gr´afica se muestra parte de los resultados obtenidos.
Se muestran los eventos de paro, su duraci´on e histograma.
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 43/56
76. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Rendimiento para veh´ıculos h´ıbridos
Resumen de las objetivos que son consistentes con las metas PNGV
y una recopilaci´on de par´ametros representativos de un veh´ıculos
mediano, camioneta pick-up o veh´ıculo utilitario deportivo.
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 44/56
77. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Din´amica b´asica de veh´ıculos
Atributos gen´ericos para autos de pasajeros y camiones ligeros son
mostrados en la tabla: Lumina, Taurus, Concorde, Camry, Accord,
F150,Silverado 1500, Explorer, Tahoe, Durango.
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 45/56
78. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Atributos din´amicos
En la figura se muestran el centro de gravedad, los ejes de rotaci´on
y los ejes empleando el modelo de tres cajas.
El centro de gravedad se ubica a 18 pulgadas del piso y δ es el
´angulo de la direcci´on.
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 46/56
79. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Atributos din´amicos
Para un buen rendimiento en la maniobravilidad de manejo se
emplea el ´ındice din´amico KI, relaciona el radio de giro k, y las
distancias longitudinales A y B del centro de gravedad.
Para un buen rendimiento:
KI =
k2
AB
≈ 1 (1)
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 47/56
80. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Atributos din´amicos
La masa de suspensi´on total del veh´ıculo ma incluyendo los
elementos que la conforman se distribuye usando las relaciones:
maf =
B
L
ma (2)
mar =
A
L
ma (3)
Generalmente la masa est´atica es dividida al frente y atr´as como
60:40 o menos. Efectos del frenado causan un corrimiento de la
masa y requieren un 70 % o m´as del frenado total. La relaci´on
entre la masa con y sin suspensi´on era de 10:1 y actualmente de
7:1 ´o 5:1. Esto cambio se debe a la incorporaci´on de sistemas de
masa no suspendida en las llantas delanteras como frenos,
neum´aticos con menor aspecto y de mayor di´ametro.
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81. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Si el peso del veh´ıculo queda
cargado hac´ıa la izquierda o
derecha genera una conducci´on
molesta. El ´angulo de direcci´on
δ es el promedio de los ´angulos
izquierdo y derecho. Los ´angulos
externo, interno y de
Ackermann son:
δo = tan−1 L
R + t/2
(4)
δi = tan−1 L
R − t/2
(5)
δ = tan−1
{L/R} (6)
La ubicaci´on del peso arriba del centro de gravedad tendr´a un
fuerte impacto en la direcci´on y maniobravilidad del veh´ıculo.
JJVS UPPuebla/2016 Motores alternativos automotrices 49/56
82. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Ejercicio
Datos obtenidos del art´ıculo: Design and development of a go
kart, Machado et al., International Conference on Technologies for
Sustainable Development (ICTSD), 2015.
El tama˜no de la columna de direcci´on es de 430mm., y la distancia
en el segmento A es de 318.5 mm. Calcule el ´angulo α.
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83. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Ejercicio
Como se muestra en la figura la distancia entre el eje frontal y el
rodamiento del centro es de 240mm. En este punto una barra con
inclinaci´on de 20o con la vertical (70 grados con la base) es usada
para soportar la columna de direcci´on.
Calcule los valores de los segmentos X y Y.
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84. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Ejercicio
Demuestre que 1
tanθo
− 1
tanθi
= B
W con base en la figura.
Calcule el ´angulo exterior θo, si el interior θi = 40o.
Calcule el radio de giro.
Calcule el ´angulo α de la figura.
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85. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Atributos din´amicos
El c´odigo P185/65R14 indica una llanta de 14 pulgadas tipo ’R’
radial (’B’ para convencionales y ’D’ es convencional diagonal).
Tiene un ancho de 185 mm y un 65 % de relaci´on de aspecto entre
el ancho y la altura. ’P’ indica que es para pasajeros. Para un auto
deportivo las razones pueden estar entre 45 ´o 55 % (casos
extremos de 30 %) para que las partes laterales sean m´as r´ıgidas
para mejor rendimiento en curvas.
Colocar la bater´ıa en el eje trasero en un veh´ıculo h´ıbrido tiende a
incrementar el radio de giro k, el cual deteriora el ´ındice din´amico
KI. Existen diversas opciones para colocar las bater´ıas, una es bajo
el centro de gravedad.
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86. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Quiz
Estime el radio de rodamiento de un Prius IV 2010 para una llanta
est´andar. El fabricante indica que tiene llantas P195/65R15 En
este ejemplo la llanta esta montada en un rin de 15 pulgadas.
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88. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Especificaciones Ford Focus
Con los datos mos-
trados calcule la
distribuci´on de las
masas frontal y
trasera, el radio de
giro y los ´angulos
de Ackermann.
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89. introducci´on
Autos h´ıbridos
avance
Calculo de cargas
Las fuerzas de tracci´on son el primer indicador del rendimiento de
un veh´ıculo. La ecuaci´on del movimiento a lo largo del eje X es:
meq
dx2
dt2
= Ftrac − Faero − Ffr − Frr − Fgrad (7)
meq = fmmv + Npmp (8)
donde meq incluye la carga de los pasajeros y los efectos de inercia
rotacional. Np es el n´umero de pasajeros incluyendo al conductor,
con mp = 75.5kg. Existen dos resistencias de rodamiento frontal y
trasera, Ffr y Frr respectivamente. El factor de masa fm es definido
como el equivalente translacional de todas las inercias reflejadas en
el eje de las ruedas.
fm = 1 +
4Jω
mv r2
ω
+
Jeng ζ2
i ζ2
FD
mv r2
ω
+
Jacζ2
i ζ2
FD
mv r2
ω
(9)
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