Cálculo de Funciones Características de Neumáticos Basado en Métodos Numéricos

Abstract

La manejabilidad y estabilidad de un automóvil dependen de las características, tanto de los neumáticos como de la estructura intrínseca del vehículo. Todas las interacciones vehículo-camino se realizan a través de los neumáticos, los que permiten generar fuerzas y momentos mediante los cuales se logra el control direccional del vehículo. La dependencia no lineal de las fuerzas y momentos con la carga normal del neumático ejerce una marcada influencia en las características de manejabilidad. Entre los modelos matemáticos utilizados en dinámica de vehículos se distingue el de “Eje efectivo”, el cual encuentra aplicación en análisis de estado estacionario y cuasi estacionario. Al utilizar este tipo de modelos, se arriba a cantidades denominadas sensibilidad a la transferencia de carga, sensibilidad a la carga,
rigidez de virado y fuerza lateral normalizada, éstas constituyen las llamadas funciones características.
En este trabajo se presenta el modelado de un neumático real y su análisis numérico con elementos finitos utilizando el paquete comercial ABAQUS. Se estudian las características de manejabilidad conferidas exclusivamente por la estructura y construcción del neumático, sin tener en cuenta su interacción
con el vehículo. A partir del modelo numérico se determinan las fuerzas y momentos en función del ángulo de deriva lateral y la carga radial. En base a estos datos se realiza el cálculo de las funciones características, que permiten evaluar el comportamiento del neumático y su influencia sobre la manejabilidad
del vehículo.
El trabajo muestra una manera de utilizar métodos numéricos basados en elementos finitos para el análisis de neumáticos y el cálculo de sus funciones características, reflejando, además, la influencia de parámetros geométricos y de la presión de inflado sobre los valores de las mismas. Los resultados
obtenidos muestran que al disminuir la curvatura del perfil externo aumentan la fuerza lateral normalizada y la sensibilidad a la carga, mientras que la sensibilidad a la transferencia de carga disminuye. Lo cual representa una mejora en el desempeño. Por otra parte, la disminución de la presión de inflado tiene un impacto global negativo, ya que al disminuir la presión de inflado aumenta notablemente la sensibilidad a la transferencia de carga y a pesar de obtener mayores valores de los coeficientes de rigidez de virado y autoalineación para cargas moderadas, éstos se deterioran abruptamente con el aumento de la carga radial.