Tesis:
Measurement of Tyre-Road Contact Forces through the Strains Measured in the Rim and Harmonic Elimination Techniques.
- Autor: GUTIERREZ LOPEZ, María Dolores
- Título: Measurement of Tyre-Road Contact Forces through the Strains Measured in the Rim and Harmonic Elimination Techniques.
- Fecha: 2015
- Materia: CONFIDENCIAL
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS INDUSTRIALES
- Departamentos: INGENIERIA MECANICA
- Acceso electrónico:
- Director/a 1º: GARCIA DE JALON DE LA FUENTE, Francisco Javier
- Resumen: El conocimiento de las fuerzas que aparecen en el contacto neumático-calzada es esencial para la mejora de la seguridad, las características de maniobrabilidad y el confort del vehículo. Por ello, los vehículos de prueba, utilizados para diseñar nuevos sistemas, y los prototipos de nuevos modelos se ensayan frecuentemente equipados con ruedas dinamométricas. Sin embargo, estas ruedas tienen como inconveniente su elevado precio, costando con frecuencia una de ellas mucho más que el vehículo completo. Además, como las ruedas originales del vehículo se reemplazan por las dinamométricas, su comportamiento dinámico se altera y ya no se mide lo que se deseaba medir. Por otra parte, si fuera posible obtener en tiempo real medidas precisas de las fuerzas y de los momentos que se generan en el contacto neumático-calzada en los vehículos fabricados en serie, las capacidades de los sistemas de seguridad activa de los mismos podrían mejorarse sensiblemente. Sin embargo, las ruedas dinamométricas comerciales utilizadas para I+D son demasiado complejas y costosas para ser utilizadas en estos vehículos, por lo que el desarrollo de nuevos sistemas de medida de bajo coste presenta un gran interés. En esta Tesis se ha desarrollado un método que permite convertir una rueda convencional que cumpla ciertas características muy generales en una rueda dinamométrica. Por tanto, permite la utilización de las ruedas originales del vehículo, reduciendo el coste de manera importante y evitando que el comportamiento dinámico de dicho vehículo se altere significativamente. Para lograr esto, el método desarrollado se basa en el pegado de galgas extensométricas en la llanta y en técnicas de eliminación de armónicos. Las galgas se agrupan en circunferencias concéntricas y en líneas radiales angularmente equidistantes, lo que es posible en la mayoría de las ruedas comerciales. El número de líneas radiales que se utilizan depende generalmente de la geometría de la llanta. Las deformaciones medidas en cada circunferencia se combinan linealmente para obtener otras señales en las que se han eliminado la componente continua y el mayor número posible de armónicos, con excepción del primero o el segundo. Eliminando la componente continua de las señales de deformación, la influencia de variables con simetría axial tales como la temperatura, la presión de inflado o las fuerzas centrífugas queda cancelada. Las combinaciones necesarias para obtener dichas señales son muy simples, con unos coeficientes constantes que dependen sólo del número de líneas radiales utilizadas. La influencia del ángulo girado por la rueda se elimina posteriormente en las señales que conservan el primer o segundo armónico para obtener otras señales que dependen linealmente de los esfuerzos aplicados en la zona de contacto con la calzada. En estas nuevas señales están también presentes los armónicos de mayor orden no eliminados que introducen un rizado que puede o no ser despreciable. La amplitud de este rizado depende del cumplimiento de ciertas condiciones de simetría en la llanta, del número de señales de deformación disponibles en cada circunferencia, del radio de las mismas y en general del tipo de llanta utilizada. Cuando el rizado debido a los armónicos no eliminados no es despreciable, todavía es posible eliminarlo por completo mediante unas combinaciones lineales más complejas cuyos coeficientes dependen tanto de los radios de las circunferencias como de la propia geometría de la llanta. Se deben obtener por tanto mediante calibración experimental. Gracias a las técnicas de eliminación de armónicos utilizadas, este método permite realizar unas medidas de las fuerzas y los momentos en el contacto neumático-calzada prácticamente continuas en el tiempo, sin otras limitaciones que las que provienen de los conversores AD utilizados y de la capacidad del micro-controlador embarcado para procesar y transmitir todas las señales resultantes. Dicho método se describe con detalle a lo largo de esta Tesis mediante un proceso de optimización y mediante un análisis complejo. Todo el trabajo presentado se justifica con los resultados del análisis MEF de diferentes tipos de ruedas, algunas de las cuales cumplen ciertas condiciones de simetría mientras que otras no lo hacen. Junto a las comprobaciones teóricas del MEF, se ha construido un prototipo de rueda dinamométrica, basado en una llanta BRAID de diez radios. Esta rueda se ha calibrado según dos configuraciones posibles, cada una con diferente número de circunferencias y de líneas radiales. En esta Tesis se describen detalladamente tanto el banco de ensayos como los propios ensayos experimentales necesarios para la calibración. Una vez completada dicha calibración y obtenidos los parámetros propios de la rueda, se han realizado nuevos ensayos para comprobar la precisión del método. A modo de ejemplo, el error medio en la estimación de FY, FZ y MX con la configuración que utiliza el mínimo número de sensores (10 sensores) ha sido respectivamente de 0.72%, 1.11% y 4.05%. En el caso de la configuración que utiliza más sensores de los estrictamente necesarios (30 sensores), estos errores son respectivamente 0.72%, 0.83% y 3.78%. Finalmente se presentan las conclusiones de la Tesis y las líneas futuras de trabajo que se abren con ella, que en este caso son particularmente prometedoras.