Wheel track variation mechanism comprising inertial dampers to enhance the dynamic performance of an electric three-wheeler

Resumen

La congestión de tráfico, el aumento de contaminación y la reducción de espacio de parking, son algunas de las problemáticas actuales de las ciudades. Considerando la prevision de aumento de la población y su tendencia de migración hacia las grandes ciudades, hacen que estas dificultades tiendan a agravarse. Como alternativa a la movilidad personal, se proponen vehículos compactos de tres ruedas. La reducción del ancho de vía debe de darse sin sacrificar los requisitos mínimos de confort y seguridad del vehículo, por lo que se plantean distintas soluciones como son: la inclinación de cabina del vehículo y sistemas de suspensión y amortiguador activos. En esta tesis, se presenta el desarrollo de un mecanismo modular que permite la variación de ancho de vía de un vehículo eléctrico de tres ruedas y categoría L5, el cual permite la conducción con un ancho de 1400 mm para situaciones de alta velocidad y un ancho de 1000 mm para situaciones de baja velocidad o parking, aumentando la estabilidad lateral y reduciendo el espacio de estacionamiento. Además, para disminuir la tendencia de vuelco de dicho vehículo, se han instalado amortiguadores que disponen de una válvula inercial. Por otro lado, debido a las particularidades del mecanismo propuesto han tenido que ser desarrollados los sistemas de suspensión y dirección. Para poder cuantificar la mejora introducida en la resistencia de vuelco del vehículo para situaciones estacionarias, se han identificado en la bibliografía distintas formulaciones analíticas. Sin embargo, estos métodos son limitados: además de no considerar parámetros influyentes del vehículo, tampoco son capaces de combinar la dinámica longitudinal y lateral del mismo. Por lo tanto, se ha desarrollado un modelo multi-cuerpo para simular la dinámica del vehículo de tres ruedas. Se demuestra que los resultados de los modelos analíticos estacionarios difieren de los resultados obtenidos con el modelo multi-cuerpo. En lo referente a los estudios de amortiguadores inerciales existentes en bibliografía solo se muestran modelos y resultados para sistemas de 2GdL (grados de libertad). En los cuales, a pesar de ajustar los parámetros inerciales por medio de prueba y error, los autores concluyen que dichos amortiguadores aumentan el confort vertical del vehículo manteniendo la seguridad del mismo. Es por ello por lo que en esta tesis se modelan los amortiguadores inerciales por medio de modelos de 2GdL y vehículo completo, donde sus características son definidas por el método de optimización GRSM. Con estos modelos multi- cuerpo, se demuestra de forma virtual la mejora obtenida en la dinámica vertical y lateral de vehículos. Finalmente, se presenta el desarrollo de un banco de suspensiones de cuarto de vehículo, donde son testeadas cinemática y dinámicamente las suspensiones y caracterizados los amortiguadores. A su vez, se presenta el diseño de una estructura para testear y validad el mecanismo de ancho de vía desarrollado. Como resultados se obtiene la buena correlación de los testeos cinemáticos y de amortiguadores. También se muestran los resultados de la dinámica vertical, así como se cuantifican las cargas que actúan al accionar el mecanismo de variación de ancho de vía.