¿Qué es el Circulo de Kamm y cómo funciona?

Básicamente en dinámica del vehículo el Círculo de Kamm es una representación gráfica para comprender las cargas que un neumático puede estar sometido. En él se representan las fuerzas longitudinales, y por otro lado las laterales. La resultante de las dos fuerzas debe quedar en todo momento dentro del círculo que nos da el agarre disponible para que no pierda adherencia.

Para mantener la estabilidad se debe cumplir que la suma de la fuerza de tracción y la fuerza de guiado (llamada fuerza resultante) no supere nunca el límite de adherencia de los neumáticos.

Dicho límite se representa mediante el círculo de Kamm.
Si alguna de las fuerzas sobrepasa el círculo de Kamm, el vehículo se comportará de forma inestable

En aquellas situaciones en que se quiere acelerar pero alguna o todas las ruedas motrices tienen una fuerza de adherencia baja, las ruedas patinan y es necesario modificar la fuerza de tracción, para que se mantenga dentro del círculo de Kamm, independientemente del motivo por el que resbalan, hielo, arena, etc.

El vehículo no avanzará correctamente hasta que la fuerza resultante esté comprendida dentro del círculo de Kamm. Sólo así se logra que el vehículo supere de forma estable y segura esa situación.

Otra situación también delicada es el deslizamiento lateral de una o varias ruedas cuando el vehículo derrapa, ya sea en recta o en curva.
En estos casos la fuerza de guiado lateral es tan elevada que repercute en la fuerza resultante, ya que supera el límite de adherencia del neumático, todo ello a pesar de que la fuerza de tracción sí que está dentro del círculo de Kamm.

Para recuperar la estabilidad en el vehículo es necesario lograr que la fuerza lateral disminuya, hasta el punto de que la fuerza resultante quede
dentro del círculo.

Dato Histórico

Esta teoría sobre las fuerzas transferibles del neumático a la superficie de la carretera se remonta a Wunibald Kamm. Después de varios años de actividades en Daimler y otras industrias, fundó el Instituto de Investigación de Ingeniería Automotriz y motores de aeronaves en la Universidad Técnica de Stuttgart, como fue nombrado en la década de 1930. Más tarde, este instituto con el primer túnel de viento para el tamaño completo del vehículo fue asumido por Daimler-Benz y desarrollado.

¿Qué es la dinámica del vehículo y cuáles son sus conceptos básicos?

Un automóvil al circular por las calles es sometido a distintos factores como el frenado el giro de ruedas y la aceleración esto produce un gran número de fuerzas

Si la suma de todas las fuerzas es cero, significa que está en reposo. Si es diferente de cero, estará en movimiento.
Todas estas fuerzas varían en función de una magnitud física denominada aceleración, que es la que modifica la velocidad y dirección de cualquier objeto.

En el momento en que se supera el número de fuerzas se producen derrapajes, bloqueo de ruedas e incluso puede ocasionar que el vehículo pierda el control y se salga del camino.

Fuerzas sobre las ruedas

Las fuerzas que intervienen en las ruedas al conducir son las siguientes:

  • Fuerza de tracción es producida por el motor y genera el movimiento.
  • Fuerzas de guiado lateral, responsables de conservar la direccionabilidad del vehículo.
  • Fuerza de adherencia depende del peso que recae sobre la rueda.
  • Fuerza de frenado, que actúa en dirección contraria al movimiento de la rueda. Depende de la fuerza de adherencia y del coeficiente de rozamiento entre la calzada y la rueda.

La unidad de medida resultante es el Newton (N).

Fuerzas que intervienen en el vehículo

Cuando el vehículo esta en marcha es sometido a las mismas fuerzas mencionadas sólo que en diferente proporción en cada rueda y esto va a depender de la distribución del peso y las condiciones del camino por el cual este circulando cada rueda

Al frenar, la carga del vehículo recae con mayor intensidad en el eje delantero (cabeceo), o en el caso de una curva la carga se apoya en mayor proporción en las ruedas exteriores que en las interiores (balanceo).

La suma de todas las fuerzas que provocan el giro del vehículo sobre su eje de geometría vertical aplicadas en cualquier punto se denominan pares de viraje.
Se entiende como par el efecto que se produce al aplicar una fuerza sobre un brazo de palanca respecto a un punto de giro, denominado eje de geometría. Este es el concepto del par de apriete de un tornillo.

Un par de viraje muy conocido en el vehículo se produce al bloquearse una de las ruedas traseras durante una curva; este hecho provoca un par de viraje que ocasiona el derrape del vehiculo. Lo mismo sucede con el aire lateral en autopistas, hecho especialmente acentuado en los camiones

Subviraje y Sobreviraje

La trayectoria no es más que el espacio recorrido por un móvil durante un período de tiempo.

Para la conducción estable la trayectoria trazada por el conductor hace que el vehículo tome dicho trazo. Cuando se traza una curva por encima del límite estable, el comportamiento puede ser de dos tipos: subviraje o sobreviraje.

El subviraje es la desviación del vehículo por la parte exterior de la trayectoria. Consecuencia de que le influye un par de viraje que disminuye la guiabilidad. Ocurre con frecuencia en curvas en las que súbitamente aparece hielo o grava y las ruedas deslizan

En el sobreviraje el vehículo tiende a tomar la curva excesivamente cerrada, desviándose de la trayectoria por la parte interior. En este caso el par de viraje resultante es de sentido contrario. Aparece en aquellas situaciones en que los frenos posteriores se bloquean con facilidad y el piso está resbaladizo.

En el caso de producirse en rectas y por encima del límite estable, se producen unas fuerzas laterales que impiden que el vehículo siga una trayectoria recta.

Para qué sirve la Simulación en la industria Automotriz?

Ejemplo de simulación extraída de MSC Software

La simulación en el mundo industrial en especial en el sector automotriz es una pieza clave fundamental para el desarrollo de productos, esto lo logran gracias a un modelo matemático desarrollado por los ingenieros e investigadores de las armadoras esto es parte del desarrollo de la industria 4.0

La simulación se basa como ya se menciono en modelos matemáticos que son comparados con los modelos que indica el ordenador o PC mediante un software, en donde hay muchas variables que se definen para poder dar una aproximación de la realidad estas variables van desde las mas fundamentales tales como distancias, tiempos, gravedad, y las mas avanzadas tales como campo magnético, radiación, entre otras muchas mas

La simulación tiene como objetivo predecir fallos y posibles desplazamientos para optimizar la calidad del producto que están ofreciendo o la forma en que se va a trabajar, este tipo de simulaciones es de suma importancia ya que ahorra millones de dolares en pruebas y error así como una optimizacion del tiempo en realizar estas pruebas

La simulación en la industria automotriz incluye desde un desplazamiento, la fatiga que pudiera ocurrir en un elemento , y hasta simulación de manufactura de proceso de fabricación de las mismas piezas tal como se muestra en el siguiente ejemplo que nos muestra la trayectoria de la herramienta para el desbastado de la materia prima para llegar al resultado de la pieza deseada por el mecanismo y/o cliente

También la podemos encontrar en procesos como la inyección de plásticos , aquí es muy importante hacer una simulación ya que de los resultados obtenidos se fabrica un molde de inyección con sus respectivas cavidades de llenado, de enfriamiento entre otras, con el fin de obtener el mejor resultado de la pieza a a inyectar

Es importante destacar que las herramientas CAE (Computer Aided Engineering ) son pieza clave para el desarrollo y perfección de productos con el fin de evitar gastos en reparaciones o campañas de reparación como llega a suceder con las armadoras cuando un producto tiene alguna deficiencia optimizan sus modelos para dar soluciones a los clientes de manera eficaz

En resumen si tu deseas aprender la simulación es muy importante que sepas que la simulación puede llegar a salvar vidas, y para ello requiere un amplio portafolio de conocimiento en materias como estática, termodinámica, transferencia de calor, dinámica, elemento finito, propiedades de los materiales, calculo integral, vectorial y diferencial así como ecuaciones diferenciales entre otras mas y un amplio conocimiento en modelado 3D

Actualmente es importante conocer estas herramientas ya que si deseamos desarrollar un proyecto propio y realizamos una simulación garantizamos que va a funcionar como lo planeado y será un atractivo plan para nuestros clientes ya que le estamos garantizando un trabajo optimo que en la realidad va a tener la función especifica que estamos vendiendo tal y como sucede en la industria