Comportamiento suspension integrados en los vehículos

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Índice

1.        INTRODUCCIÓN        3

2.        OBJETIVO DEL ESTUDIO.        4

2.1.        Objetivo General        4

2.2.        Objetivos Específicos        4

3.        MARCO CONCEPTUAL        5

3.1.        ¿Qué es la suspensión de un vehículo y cómo funciona?        5

3.2.        Masa, resorte y amortiguador        6

3.3.        Elementos básicos del sistema de suspensión        7

3.4.        Software Matlab        8

3.5.        Modelos matemáticos de la investigación        9

4.        Resultados        10

5.        CONCLUSIONES.        14

6.        RECOMENDACIONES.        15

7.        REFERENCIAS.        16

8.        ANEXOS (Código de Matlab, Reacciones).        17

1. INTRODUCCIÓN

La suspensión es esencial en el diseño de vehículos, especialmente en 4x4 y camionetas off-road. Está compuesta por amortiguadores, resortes y puntales, que no solo brindan comodidad, sino también control de conducción. Los amortiguadores y puntales evitan el rebote excesivo del vehículo, manteniéndolo estable y seguro en la carretera. Estos componentes son cruciales para mantener las llantas en contacto con el suelo y permiten al conductor mantener el control del vehículo. (Mitsubishi Motors, 2019)

En el mundo automotriz la suspensión es muy importante ya sea por el confort que brinda o por la ayuda que representa en diferentes casos para el vehículo como para la seguridad del conductor en caso de situaciones de riesgo es por eso que detallaremos y simularemos correctamente el sistema de suspensión del vehículo y en los casos en que este actúa de la mejor forma.

1. OBJETIVO DEL ESTUDIO.

1.  Objetivo General

Comprender de mejor manera la acción y reacción producida por el sistema masa resorte de los sistemas de suspensión integrados en los vehículos, por medio de resolución de ecuaciones y simulaciones graficas en lo que al sistema respecta.

1.  Objetivos Específicos

• Observar los diferentes factores que se presentan en el modelado en el caso de este llegar a hacerse realidad.
• Reconocer los parámetros variables y los constantes en el funcionamiento de un sistema mecánico.
• Obtener datos que nos proporcione una mejora para el diseño y rendimiento de la suspensión de un vehículo.

1. MARCO CONCEPTUAL

1.  ¿Qué es la suspensión de un vehículo y cómo funciona?

La suspensión de un automóvil es un sistema esencial que tiene dos funciones principales: mantener las ruedas en contacto con el suelo para garantizar la máxima adherencia y proporcionar un recorrido suave y cómodo al absorber las imperfecciones del camino.

Para satisfacer las necesidades y características de diferentes tipos de vehículos y conductores, las marcas automotrices utilizan diversas combinaciones de piezas en el diseño del sistema de suspensión. Esto implica que el sistema de suspensión de un automóvil urbano será diferente del utilizado en una camioneta resistente.

La suspensión adecuada para cada tipo de vehículo se logra mediante la selección cuidadosa de amortiguadores, resortes y, en algunos casos, puntales. Los amortiguadores controlan la energía generada por las irregularidades del camino, evitando que el vehículo rebote o pierda el contacto con el suelo. En cambio, los resortes proporcionan la flexibilidad necesaria para absorber las fuerzas verticales y mantener una conducción cómoda.

La configuración y ajuste de la suspensión pueden variar según las preferencias y necesidades del conductor. Algunos pueden preferir un viaje más suave y cómodo, mientras que otros pueden valorar una suspensión más firme y deportiva.

En resumen, la suspensión de un automóvil es un sistema complejo y versátil que cumple funciones esenciales para garantizar la seguridad, el rendimiento y la comodidad del vehículo, y su diseño se adapta a las particularidades y usos de cada tipo de automóvil y conductor. (Muñoz, 2023)

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1.  Masa, resorte y amortiguador

La masa es una cantidad escalar que indica la cantidad de materia en un objeto. No debe confundirse con el peso, que se refiere a la fuerza de atracción gravitacional sobre un objeto, ni con la cantidad de sustancia, que se refiere a la proporción de sustancias en un compuesto químico..(SN, 5 de agosto)

El resorte el término "resorte" también se conoce como "muelle". Es un componente elástico que puede almacenar y liberar energía sin sufrir deformación permanente cuando cesa la fuerza o tensión a la que está sometido. Los resortes se fabrican en diversas formas y tamaños, utilizando materiales como acero al carbono, acero inoxidable, bronce, plástico, entre otros. Estos materiales poseen propiedades elásticas que les permiten funcionar como elementos de almacenamiento de energía. (Hello Auto, 2023a)

Un amortiguador absorbe las oscilaciones en la carrocería causadas por imperfecciones en la carretera. Su función es controlar y amortiguar los movimientos, transformando la energía cinética en energía térmica. (Hello Auto, 2023b)

Funcionalidad del sistema de suspensión en los vehículos

• Aparte de sustentar el peso del automóvil, los sistemas de suspensión en los vehículos cumplen dos funciones principales: retener y disipar energía
• Las dos funciones mencionadas son llevadas a cabo por distintos componentes de la suspensión: los elementos elásticos se encargan de guardar la energía generada cuando el vehículo se desplaza sobre superficies irregulares, mientras que los elementos amortiguadores se encargan de absorber dicha energía.[pic 3]
• Correcto, los componentes elásticos de la suspensión acumulan energía al deformarse y luego liberan esta energía a través de la fuerza ejercida para mantener la rueda en contacto con la carretera. Esto resulta en una mayor adherencia entre los neumáticos y la superficie de la carretera, lo que conduce a un mejor control de la dirección del vehículo

1.  Elementos básicos del sistema de suspensión

• Amortiguador: Es un componente el cual se encarga de absorber la energía mecánica producida por el movimiento del vehículo, es utilizado para disminuir las oscilaciones no deseadas. En este componente, la fuerza ejercida será proporcional a la diferencia de velocidad en sus extremos.

Primero analizaremos el análisis de un amortiguador, si tenemos un amortiguador sujeto a una pared si velocidad seria cero y el otro extremo va a variar a una posición x(t) es decir, la fuerza del amortiguador está dada por el coeficiente de fricción viscosidad por la derivada de x(t).[pic 4]

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Entonces tenemos esta relación para la variable entre y a través del amortiguador

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• Resorte: Es el encargado de la elasticidad del sistema. Su fuerza esta determinada por la ley de Hooke que establece que el alargamiento de un material es directamente proporcional a la fuerza ejercida.

Nuevamente supongamos que un extremo del resorte esta fijo y el otro lo estiramos a una distancia x(t) entonces concluimos que:

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Con esto podemos concluir que la fuerza del resorte es proporcional a la integral de la velocidad.

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• Masa: Es una característica intrínseca de la materia que representa la energía o la capacidad de resistir cambios en su estado de movimiento.

En este análisis la masa hace referencia a la llantas o chasis, o dependiendo del análisis a los dos, para encontrar la fórmula de la fuerza usamos la segunda ley de newton que nos dice que la fuerza es igual a la masa por la aceleración (segunda derivada de la posición x(t)).

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1.  Software Matlab

Matlab, que es una contracción de "Laboratorio de matrices", fue inicialmente concebido como un lenguaje de programación de matrices y ha evolucionado para ser mucho más que eso. Es considerado un lenguaje de programación de cuarta generación y se destaca por su enfoque en el álgebra lineal y la computación numérica. 

El propósito principal detrás del desarrollo de Matlab era proporcionar una alternativa a Fortran para realizar operaciones matemáticas complejas y cálculos numéricos.

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