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MEMORIAS DEL XXIII CONGRESO INTERNACIONAL ANUAL DE LA SOMIM 20 al 22 DE SEPTIEMBRE DE 2017 CUERNAVACA, MORELOS, MÉXICO Tema A3a Mecánica Teórica: Simulación numérica “Desarrollo de programa para análisis de maniobrabilidad de configuraciones vehiculares de carretera con hasta dos unidades” Oscar Flores Centeno a* , Mauricio Eliseo Cruz Acevedo b , Manuel de Jesus Fabela Gallegos a , Hugo Martinez Paredes b , Jose Ricardo Hernández Jímenez a a Instituto Mexicano del Transporte, Carr. Estatal No. 431 “El Colorado-Galindo” km 12, Sanfandila, Pedro Escobedo 76703, Queretaro, México. b Universidad Politecnica de Chiapas, Carr. Tuxtla-Villaflores km 1+500, Las Brisas, Suchiapa 29150, Chiapas, México. *[email protected] R E S U M E N La maniobrabilidad de los vehículos de carretera es un parámetro de su desempeño que se refiere a los espacios que requieren para poder llevar a cabo maniobras que impliquen virajes a baja velocidad, esta información es requerida al momento de diseñar carreteras, trazos urbanos o zonas de maniobras. Existen programas de simulación disponibles comercialmente capaces de realizar este tipo de análisis de forma rápida, sin embargo, para su uso se debe adquirir una licencia lo que limita su uso. En este trabajo se presentan los resultados del desarrollo de un programa capaz de llevar a cabo el análisis de la maniobrabilidad de vehículos unitarios y configuraciones con hasta un punto de articulación. La validación del programa muestra un nivel de exactitud aceptable al haber diferencias menores al 5% entre los resultados del programa y los obtenidos de forma experimental. Palabras Clave: Maniobrabilidad, distancia entre ejes, área de barrido, radio de giro. A B S T R A C T The maneuverability of road vehicles is a parameter of their performance that refers to the spaces they require to be able to carry out maneuvers that involve turns at low speed, this information is required when designing roads, urban traces or maneuvering areas. There are commercially available simulation programs capable of performing this type of analysis quickly, however, for its use a license must be acquired which limits its use. In this work the results of the development of a program capable of carrying out the analysis of the maneuverability of unit vehicles and configurations with up to a point of articulation are presented. The validation of the program shows an acceptable level of accuracy as there are differences of less than 5% between the results of the program and those obtained experimentally. Keywords: Maneuverability, wheelbase, swept-path, turning radius. Introducción Uno de los aspectos que se deben cumplir con el fin de lograr un adecuado tránsito por carreteras, es la compatibilidad entre las características físicas y geométricas de la infraestructura y las capacidades de los vehículos que circulan por ella. Es por esto que desde la fase de diseño de las arterias viales y los trazados urbanos se deben considerar las propiedades físicas y dimensiones relacionadas con los vehículos que se espera utilicen dicha infraestructura, [1]. Entre las cuestiones a considerar están el comportamiento de las configuraciones vehiculares al seguir trayectorias a baja y alta velocidad. En ese sentido, el desempeño a alta velocidad se conoce como manejabilidad, mientras que para baja velocidad se denomina maniobrabilidad. 1.1. Maniobrabilidad La maniobrabilidad se refiere a los espacios requeridos en una maniobra, ejecutada normalmente a baja velocidad. De modo que, la maniobrabilidad representa el desempeño en situaciones de movimiento relativamente lento, como al momento de girar en intersecciones o cruceros de calles, o ISSN 2448-5551 MT 30 Derechos Reservados © 2017, SOMIM

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MEMORIAS DEL XXIII CONGRESO INTERNACIONAL ANUAL DE LA SOMIM 20 al 22 DE SEPTIEMBRE DE 2017 CUERNAVACA, MORELOS, MÉXICO

Tema A3a Mecánica Teórica: Simulación numérica

“Desarrollo de programa para análisis de maniobrabilidad de configuraciones vehiculares de carretera con hasta dos unidades”

Oscar Flores Centenoa*, Mauricio Eliseo Cruz Acevedob, Manuel de Jesus Fabela Gallegosa, Hugo Martinez Paredesb, Jose Ricardo Hernández Jímeneza aInstituto Mexicano del Transporte, Carr. Estatal No. 431 “El Colorado-Galindo” km 12, Sanfandila, Pedro Escobedo 76703, Queretaro, México. bUniversidad Politecnica de Chiapas, Carr. Tuxtla-Villaflores km 1+500, Las Brisas, Suchiapa 29150, Chiapas, México. *[email protected]

R E S U M E N

La maniobrabilidad de los vehículos de carretera es un parámetro de su desempeño que se refiere a los espacios que requieren para poder llevar a cabo maniobras que impliquen virajes a baja velocidad, esta información es requerida al momento de diseñar carreteras, trazos urbanos o zonas de maniobras. Existen programas de simulación disponibles comercialmente capaces de realizar este tipo de análisis de forma rápida, sin embargo, para su uso se debe adquirir una licencia lo que limita su uso. En este trabajo se presentan los resultados del desarrollo de un programa capaz de llevar a cabo el análisis de la maniobrabilidad de vehículos unitarios y configuraciones con hasta un punto de articulación. La validación del programa muestra un nivel de exactitud aceptable al haber diferencias menores al 5% entre los resultados del programa y los obtenidos de forma experimental. Palabras Clave: Maniobrabilidad, distancia entre ejes, área de barrido, radio de giro.

A B S T R A C T

The maneuverability of road vehicles is a parameter of their performance that refers to the spaces they require to be able to carry out maneuvers that involve turns at low speed, this information is required when designing roads, urban traces or maneuvering areas. There are commercially available simulation programs capable of performing this type of analysis quickly, however, for its use a license must be acquired which limits its use. In this work the results of the development of a program capable of carrying out the analysis of the maneuverability of unit vehicles and configurations with up to a point of articulation are presented. The validation of the program shows an acceptable level of accuracy as there are differences of less than 5% between the results of the program and those obtained experimentally. Keywords: Maneuverability, wheelbase, swept-path, turning radius.

Introducción

Uno de los aspectos que se deben cumplir con el fin de lograr un adecuado tránsito por carreteras, es la compatibilidad entre las características físicas y geométricas de la infraestructura y las capacidades de los vehículos que circulan por ella. Es por esto que desde la fase de diseño de las arterias viales y los trazados urbanos se deben considerar las propiedades físicas y dimensiones relacionadas con los vehículos que se espera utilicen dicha infraestructura, [1]. Entre las cuestiones a considerar están el comportamiento de las configuraciones vehiculares al

seguir trayectorias a baja y alta velocidad. En ese sentido, el desempeño a alta velocidad se conoce como manejabilidad, mientras que para baja velocidad se denomina maniobrabilidad.

1.1. Maniobrabilidad

La maniobrabilidad se refiere a los espacios requeridos en una maniobra, ejecutada normalmente a baja velocidad. De modo que, la maniobrabilidad representa el desempeño en situaciones de movimiento relativamente lento, como al momento de girar en intersecciones o cruceros de calles, o

ISSN 2448-5551 MT 30 Derechos Reservados © 2017, SOMIM

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las acciones realizadas para el acomodo en un estacionamiento o en zonas de carga y descarga, [2].

El desempeño de maniobrabilidad de un vehículo o configuración vehicular, es el resultado de la interacción de sus dimensiones globales y el acomodo de sus ejes a lo largo de su longitud con las características de su mecanismo de dirección, principalmente. Estableciéndose de esta forma los espacios necesarios para que la configuración vehicular pueda ejecutar una cierta maniobra que implique un cambio de dirección para un ángulo especifico de giro de orientación de las llantas del eje direccional.

1.2. Evaluación de la maniobrabilidad

El análisis de la maniobrabilidad se puede realizar mediante la determinación de diferentes parámetros, [3], obtenidos comúnmente a través de pruebas a baja velocidad, reduciendo de este modo los efectos inerciales que se pudieran generar, entre estos parámetros los más utilizados son: el área de barrido que corresponde al área comprendida entre la trayectoria interna y externa de la configuración vehicular al desplazarse con un ángulo de orientación de las llantas direccionales fijo generando así una trayectoria curva, ver Figura 1. Esta medida adquiere gran importancia principalmente para configuraciones compuestas por más de una unidad, ya que las áreas para este tipo de vehículos se incrementan y se puede producir la invasión de carriles adyacentes.

Figura 1 – Representación del área de barrido.

El radio de giro, es otro parámetro muy utilizado para describir las características de maniobrabilidad de un vehículo. Esté se refiere al radio de la circunferencia descrita por el vehículo, para un ángulo de orientación fijo de las llantas del eje direccional, desde el centro de rotación hasta la parte más interna del vehículo en dicha

circunferencia. Generalmente esta prueba se realiza para el ángulo máximo de orientación de las llantas, determinándose de esta forma el radio mínimo de giro. En la Figura 2 se esquematiza el radio de giro medido con respecto al centro del eje direccional.

Figura 2 – Representación del radio de giro.

1.3. Programas comerciales para análisis de la maniobrabilidad

Para llevar a cabo los estudios de maniobrabilidad, los diseñadores de carreteras y de urbanización, así como los diseñadores de vehículos y encargados de logística de empresas de transporte, recurren generalmente al uso de programas de simulación numérica, debido a que de esta forma obtienen los parámetros que requieren más rápidamente y a un menor costo que si lo hicieran de forma experimental con vehículos reales.

En el mercado se encuentran disponibles diversos programas comerciales de simulación que permiten realizar el análisis de maniobrabilidad para los diferentes tipos de vehículos, entre los que se pueden mencionar los siguientes:

TruckSIM

Este es un programa muy completo que permite simular el desempeño de configuraciones vehiculares multiarticuladas, considerando las características y propiedades de los principales componentes de los vehículos, siendo posible representar gran variedad de maniobras tanto a alta como baja velocidad, obteniendo la repuesta de la configuración mediante el historial en el tiempo de las variables cinemáticas y dinámicas, [4].

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HVE

El HVE, al igual que el programa anterior, tiene la capacidad de evaluar el desempeño de vehículos, complementado con el análisis durante eventos de choque entre vehículos o vehículo con mobiliario carretero, incluyendo el efecto sobre los ocupantes de los vehículos o incluso peatones, [5].

Auto TURN

Es un programa especializado para la simulación del comportamiento de vehículos durante maniobras que implican el giro del volante direccional, permitiendo así el análisis de las áreas de barrido. Es decir, este programa está enfocado al análisis de la maniobrabilidad de vehículos, requiriendo como datos de entrada del vehículo a analizar sus dimensiones principales y la ubicación de los ejes. El Auto TURN está basado en CAD y promete ahorrar tiempo, permitiendo analizar y evaluar las maniobras de los vehículos para proyectos como intersecciones, rotondas, terminales de autobuses, muelles de carga o cualquier obra dentro o fuera de la vía pública que implique maniobrabilidad, espacio libre y acceso, [6].

Existen algunos otros programas capaces de realizar este tipo de análisis, aunque los mencionados aquí son de los más conocidos y utilizados a nivel mundial. Estas herramientas, como se menciona, son de gran utilidad debido al ahorro en tiempo y por tanto de recursos a la hora de llevar a cabo estudios de maniobrabilidad. Sin embargo, su principal inconveniente es que al ser programas comerciales, es necesario contar con licencias para su utilización, las cuales, generalmente tienen altos costos, limitando así su uso solo para quien pueda pagar para contar con la licencia.

Por lo anterior, es importante desarrollar herramientas de análisis que permitan llevar a cabo estudios de maniobrabilidad de forma sencilla y rápida con resultados que presenten un adecuado nivel de precisión y que impliquen menores costos, logrando además reducir con la dependencia científica y tecnológica del país en cuanto al uso de programas comerciales, ya que estos son desarrollados en otros países.

De esta forma, en este trabajo se presentan los resultados obtenidos del desarrollo de un programa para el análisis de la maniobrabilidad de vehículos unitarios y configuraciones vehiculares con hasta una articulación, en esta primera etapa. Para esto, se estableció en primer lugar el modelo matemático, haciendo posteriormente la programación utilizando LabVIEW. Para la validación se realizaron pruebas experimentales utilizando un autobús de tres ejes, obteniéndose de esta forma una gran aproximación entre los resultados arrojados por el programa y los registrados en las pruebas con el vehículo real, con diferencias de apenas centímetros.

2. Desarrollo del modelo de maniobrabilidad

Para que un vehículo de carretera pueda cambiar de trayectoria, es necesario que cuente con al menos un eje direccional, comúnmente el primer eje, en el cual las llantas tienen libertad para girar en un cierto intervalo con respecto a su eje vertical. Cuando un vehículo vira, el giro se produce con respecto a centros instantáneos de rotación, si el ángulo de orientación de las llantas del eje direccional es constante, entonces el punto de rotación también los es. En la Figura 3 se observa el esquema de un vehículo de dos ejes que gira con respecto al punto C, [2].

Figure 3 – Representación del centro de rotación de un vehículo.

Para que un vehículo pueda girar libremente, es decir, sin arrastre lateral de las llantas, se debe cumplir con el principio de Ackerman, para lo cual los ángulos de orientación de las llantas del eje direccional (δe y δi) deben ser diferentes, de forma que se cumpla la siguiente relación, [2], donde T es la entrevía y L la distancia entre ejes.

LTie =− δδ cotcot (1)

Como se observa, el comportamiento de maniobrabilidad se puede realizar, bajo ciertas suposiciones, mediante el análisis de modelos geométricos.

2.1. Modelo para vehículos unitarios

El modelo bicicleta permite realizar el análisis de maniobrabilidad de forma simplificada con respecto a un centro de rotación C, a partir de un ángulo de orientación de la llanta del eje direccional y la distancia longitudinal entre ejes (L). Este modelo consiste en suponer una sola llanta por eje situada al centro del mismo, considerando así que el vehículo no cuenta con espesor, [2]. En la Figura 4

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se observa el modelo bicicleta de un vehículo unitario de dos ejes.

Del análisis del modelo aplicando trigonometría se pueden determinar las relaciones para obtener las trayectorias de las llantas delantera y trasera a partir de los radios de giro con respecto al punto C, es decir, rd y rt, como se observa en la Ecuación 2.

δδ tan; Lr

senLr td == (2)

Figure 4 – Modelo bicicleta.

A partir de este análisis se puede extender para considerar el ancho del vehículo y determinar el área de barrido que se obtiene a partir del radio interno (ri), que corresponde, como se ilustró en la Figura 1, a la parte de la carrocería que está justo en el eje trasero, y del radio externo (re) descrito por la esquina exterior delantera del vehículo. Para estos es necesario conocer dichas dimensiones del vehículo. En la Figura 5 se muestra el modelo de vehículo unitario, donde VT es el volado trasero, es decir la distancia del eje trasero hasta el extremo trasero de la carrocería del vehículo, VD el volado delantero y AN el ancho total.

Del análisis trigonométrico del modelo mostrado en la Figura 5 y con base en el desarrollo del modelo bicicleta se obtienen las Ecuaciones 3 y 4 para determinar los radios interno y externo para un ángulo de orientación de las llantas del eje direccional dado.

Figure 5 – Modelo vehículo unitario.

+

+= −

2tan 1

ANrVDLri

t

(3)

( ) ( )222 VDLANrre t +++= (4)

2.2. Modelo para vehículos con un punto de articulación

Es posible añadir unidades adicionales, unidos mediante puntos de articulación, en el modelo bicicleta y de esta forma establecer las trayectoria durante una trayectoria curva para las diferentes partes de interés del vehículo. En la Figura 6 se ilustra el modelo bicicleta para un vehículo con un punto de articulación. La distancia R se mide a partir del punto de articulación hasta el eje de la unidad o del centro de los ejes si hubiera más de uno.

Figure 6 – Modelo bicicleta con un punto de articulación.

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Para obtener el área de barrido para configuraciones con un punto de articulación se siguió el mismo procedimiento que para vehículos unitarios, se hizo la extensión del modelo bicicleta para considerar las dimensiones de las unidades y trigonométricamente se determinaron las ecuaciones que proporcionan los radios interno y externo que determinan el área total de barrido, cabe señalar que para este caso el radio interno es el radio de la trayectoria seguida por el punto más interno de la unidad de arrastre.

Complementariamente, el modelo analizado contempla que el punto de articulación, que generalmente consiste en un enganche del tipo quinta rueda, coincida o no con el punto donde se mide la distancia L. Este es un punto a resaltar, ya que el programa AutoTurn, que es el más utilizado a nivel mundial para realizar este tipo de análisis, solo considera que la quinta rueda coincide con el centro del tándem, sin embargo en la realidad esto no siempre se cumple, produciéndose por este aspecto diferencias en el comportamiento del vehículo. Por cuestiones de espacio, no se describe a detalle las expresiones determinadas para el análisis de este tipo de configuraciones vehiculares.

3. Programa

Una vez establecidas las ecuaciones para analizar tanto vehículos unitarios como configuraciones con hasta dos unidades, se procedió a realizar un programa para la solución de las mismas, bajo la premisa de lograr un programa con una interfaz completamente gráfica, que resulte amigable y fácil de utilizar para cualquier usuario y que contemple tanto vehículos ligeros como todas las configuraciones de vehículos de carga pesada estipulados en la Norma NOM-012-SCT-2-2014, [6].

Para cumplir con lo anterior, se eligió desarrollar el programa utilizando LabVIEW, debido básicamente a la experiencia previa en el uso de este programa y a sus capacidades para realizar de forma simple representaciones gráficas. Este programa permite llevar a cabo la programación en forma de diagrama de bloques, [7].

El programa desarrollado consta de una secuencia de pantallas donde se le va solicitando la información requerida al usuario para llevar a cabo el análisis. En la Figura 7 se muestra una imagen de la pantalla de inicio del programa, en la cual se puede elegir el tipo de vehículo a analizar, teniendo las opciones de vehículo ligero o vehículo pesado, una vez seleccionado se puede proceder a la siguiente ventana, también incluye un botón para salir del programa si se desea.

Figure 7 – Ventana de inicio.

Si la opción elegida corresponde a vehículo ligero, en la siguiente ventana se tienen algunas alternativas de vehículos ligeros a elegir, siendo todos ellos de dos ejes. Posteriormente se deben introducir las principales dimensiones del vehículo, en la pantalla se acompaña de una imagen ilustrativa de las dimensiones requeridas con el fin de que el usuario las identifique con mayor facilidad. También, es necesario proporcionar el ángulo de giro de las llantas que se desea evaluar. En la Figura 8 se aprecia esta pantalla.

Figure 8 – Ventana para vehículos ligeros.

Esta pantalla también incluye botones para seguir adelante, regresar a la pantalla anterior o ir a una ventana de ayuda donde se especifica a mayor detalle cada uno de los datos solicitados.

Si por el contrario, la opción elegida es vehículo pesado, debido a la amplia diversidad de configuraciones existentes de este tipo de vehículos, el programa cuenta con diferentes

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alternativas a elegir, que va de vehículos unitarios de dos y tres ejes, C2 y C3 de acuerdo la clasificación establecida en la NOM-012-SCT-2-2014, autobuses de dos, tres y cuatro ejes (B2, B3, y B4) y configuraciones formadas por tractocamiones de dos y tres ejes (T2 y T3) y semirremolques de uno, dos y tres ejes (S1, S2 y S3). En la Figura 9 se observa la pantalla para el caso de un autobús B2 y se indica las dimensiones requeridas para el análisis.

Figure 9 – Ventana para vehículos pesados.

Una vez que se han introducido los datos necesarios y se selecciona la opción siguiente, el programa realiza el análisis y despliega otra pantalla con los resultados obtenidos, en cuanto a los radios interno y externo y si se proporciona la relación de giro del mecanismo de dirección el programa arroja el ángulo que gira el volante de dirección para el ángulo de giro de las llantas dado. Además, se genera una animación del vehículo siguiendo la trayectoria descrita, así como, producir un reporte en un archivo de hoja de cálculo de estos resultados. Una imagen de la vista de la pantalla de resultados se puede observar en la Figura 10.

Figure 10 – Ventana de resultados.

4. Validación del programa

Cuando se lleva a cabo la simulación del algún fenómeno mediante un modelo numérico, es importante que dicho modelo este validado para tener la certeza de que los resultados que arroje sean cercanos al fenómeno real. En ese sentido, para validar los resultados proporcionados por el programa desarrollado se realizaron pruebas a escala real para determinar la maniobrabilidad, con diferentes ángulos de giro en las llantas del eje direccional, de dos autobuses, uno con dos ejes y otro con tres.

4.1. Vehículos de prueba

Como se menciona los vehículos utilizados para validar el programa fueron dos, antes de realizar las pruebas en campo se midieron y registraron las principales características de cada uno de ellos que intervienen en la maniobrabilidad, como son, sus dimensiones y la relación del sistema de dirección entre el volante y las llantas direccionales. Para el autobús con dos ejes, se midieron las siguientes dimensiones: largo total de 12.80 m, volado delantero de 2.67 m, distancia entre ejes de 7.54 m, entrevía delantera de 2.16 m y la entrevía trasera de 1.84, ancho total de la carrocería de 2.60 m y una relación del sistema de dirección de 22:1, es decir, que por cada 22 grados de giro en el volante las llantas giran 1 grado. En la Figura 11 se muestra una imagen del autobús de dos ejes y un esquema donde se indican sus principales dimensiones.

Figure 11 – Autobús de dos ejes.

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Para el caso del autobús con tres ejes, se midieron las siguientes dimensiones: largo total de 14.80 m, volado delantero de 2.75 m, distancia entre el primer eje y el segundo de 7.42 m, distancia entre el segundo eje y el tercero de 1,46 m, entrevía delantera de 2.16 m y la entrevía trasera de 1.87, ancho total de la carrocería de 2.54 m y una relación del sistema de dirección de 22:1, igual que en el otro autobús. En la Figura 12 se muestra una imagen del autobús de tres ejes.

Figure 12 – Autobús de tres ejes.

4.2. Ejecución de pruebas

Las pruebas consistieron en ubicar los autobuses en una superficie plana donde pudieran desplazarse libremente, girar el volante hasta un punto específico manteniéndolo fijo y desplazar el vehículo a baja velocidad (por debajo de 5 km/h) para describir una trayectoria circular y posteriormente poder medir los ángulos internos y externos descritos por el vehículo para poder establecer el área de barrido.

Las pruebas se realizaron para tres condiciones de giro del volante en ambos sentidos (derecha e izquierda), estas condiciones fueron: ángulo máximo de giro de la dirección, dos vueltas completas en el volante (720°) y una y media vueltas (540°). En la Figura 13 se observan imágenes durante la realización de las pruebas para ambos vehículos utilizados.

Figure 13 – Ejecución de pruebas.

5. Resultados

Una vez concluidas las pruebas experimentales y procesado los resultados, se procedió a llevar a cabo las pruebas en el programa, introduciendo las dimensiones de los vehículos de pruebas y los giros de las llantas evaluados durante las pruebas en campo y los resultados obtenidos de ambos métodos se compararon para determinar las diferencias existentes.

A continuación se presentan las comparativas de los resultados para cada vehículo, así como las diferencias existentes entre sí. Se comienza en la Tabla 1 donde se muestran los resultados para el autobús de tres ejes en cuanto a los radios interno y externo, para cada giro en el volante probado y en cada sentido de giro, se observa que los valores registrados en las pruebas de campo y los arrojados por el programa son muy cercanos, con diferencias de centímetros.

Tabla 1 – Comparativa de los radios internos y externos obtenidos de forma experimental y con el programa para el autobús B3.

Sentido de giro

Giro del volante [°]

Giro de las llantas [°]

Experimental Programa

ri[m] re[m] ri[m] re[m]

Izquierda 1080 47.9 6.29 13.98 6.26 13.81

720 32.6 11.31 17.56 11.64 17.71

Derecha

1080 47.0 6.56 14.15 6.53 14.04

720 32.4 11.66 17.84 11.76 17.80

540 24.5 16.7 22.04 16.76 21.97

ISSN 2448-5551 MT 36 Derechos Reservados © 2017, SOMIM

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En la Tabla 2 se presentan las diferencias entre ambos

resultados, se observa que la diferencia menor es de 3 cm y una diferencia máxima de 33 cm lo que representa en porcentaje el 0.48 y el 2.92 % respectivamente.

Tabla 2 – Diferencias obtenidas para el autobús B3.

Sentido de giro

Giro del volante [°]

Giro de las llantas [°]

Diferencia [m] Diferencia [%]

Izquierda 1080 47.9 0.03 0.17 0.48 1.22

720 32.6 -0.33 -0.15 -2.92 -0.85

Derecha

1080 47.0 0.03 0.11 0.46 0.78

720 32.4 -0.1 0.04 -0.86 0.22

540 24.5 -0.06 0.07 -0.36 0.32

Para el caso del autobús de dos ejes, los resultados se muestran en la Tabla 3, de igual forma, estos datos corresponden a la comparativa para el radio interno y el externo.

Tabla 3 – Comparativa de los radios internos y externos obtenidos de forma experimental y con el programa para el autobús B2.

Sentido de giro

Giro del volante [°]

Giro de las llantas [°]

Experimental Programa

ri[m] re[m] ri[m] re[m]

Izquierda

1080 46.8 5.82 13.18 6 13.17

720 32.6 10.48 16.53 10.7 16.55

540 24.5 14.8 20.11 15.46 20.50

Derecha

1080 47.0 5.83 13.19 5.95 13.13

720 32.9 10.61 16.64 10.56 16.45

540 24.6 15.09 20.36 15.36 20.48

Las diferencias existentes se muestran en la Tabla 4, es de notar que la mayoría son diferencias negativas, esto indica que la distancia generada por el programa es menor que la registrada durante las pruebas experimentales, aunque de nueva cuenta las diferencias son pequeñas con una mínima de 1 cm correspondiente al 0.08% y una diferencia máxima de 66 cm o 4.46 %. El área de barrido, como se mencionó, está comprendida por los radios interno y externo descritos por un vehículo al momento de realizar una maniobra con cambio de dirección, por lo que a partir de los datos mostrados en las Tablas 1 y 3 es posible establecer las áreas de barrido para cada caso de prueba. La ligera desviación presentada entre los datos experimentales y los arrojados por el programa para las pruebas generales ejecutadas, da la certeza de que el programa puede ser utilizado para propósitos específicos de evaluación, como puede ser el determinar si en algún espacio especifico un vehículo tendrá el espacio necesario para hacer alguna maniobra de viraje, si invadirá carriles adyacentes o algún otro espacio que no pertenezca al área de transito establecida

Tabla 4 – Diferencias obtenidas para el autobús B2.

Sentido de giro

Giro del volante [°]

Giro de las llantas [°]

Diferencia [m] Diferencia [%]

Izquierda

1080 47.9 -0.18 0.01 -3.09 0.08

720 32.6 -0.22 -0.02 -2.10 -0.12

540 24.5 -0.66 -0.39 -4.46 -1.95

Derecha

1080 47.0 -0.12 0.06 -2.06 0.45

720 32.4 0.05 0.19 0.47 1.14

540 24.5 -0.27 -0.12 -1.79 -0.59

6. Conclusiones

La maniobrabilidad de los vehículos de carretera es un parámetro importante cuando se diseñan carreteras o trazos urbanos, así como lugares de maniobras, por lo que es importante poder obtener información al respecto, para diferentes tipos de vehículos, de forma rápida y precisa, por lo que los programas de simulación constituyen una herramienta valiosa.

Existen programas comerciales en los cuales se pueden llevar a cabo análisis de maniobrabilidad, sin embargo su uso está condicionado a la adquisición de licencias costosas, siendo está una diferencia con el programa aquí presentado. Otra diferencia, como se mencionó, es que el programa incluye la posibilidad de que el punto de articulación (quinta rueda) coincida o no con el centro longitudinal del tándem de vehículo motriz, esta es una particularidad que el programa AutoTurn no considera.

El programa demostró un desempeño prometedor presentando diferencias marginales al comparar sus resultados con los obtenidos de forma experimental, con diferencias que siempre estuvieron por debajo del 5%.

A partir de los radios interno y externo generados por el programa es posible establecer los espacios requeridos para que los vehículos puedan llevar cabo alguna maniobra en específico, o a la inversa, a partir de un espacio dado, como puede ser alguna intersección o cruce con características bien definidas, establecer si un vehículo puede circular por él, si habrá invasión de carriles o no. Esta información será de utilidad para proyectistas, encargados logísticos y autoridades responsables de regular el transito vehicular.

Para futuras etapas se buscará extender los modelos y el programa desarrollado para abarcar mayor cantidad de configuraciones vehiculares, tal es el caso de las doblemente articuladas. Además de la realización de mayor cantidad de pruebas de validación considerando aspectos como la distribución de la carga en los vehículos. Otro aspecto a mejorar será la interface visual, y la posible interacción con programas utilizados para la elaboración de planos, como por ejemplo programas de CAD, para que sea más fácil y rápido el análisis al poder comprar los resultados del programa con los planos del espacio que se desea evaluar.

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MEMORIAS DEL XXIII CONGRESO INTERNACIONAL ANUAL DE LA SOMIM 20 al 22 DE SEPTIEMBRE DE 2017 CUERNAVACA, MORELOS, MÉXICO

Agradecimientos

Se agradece el apoyo proporcionado por la empresa IRIZAR de México al proporcionar los vehículos y operadores para la realización de las pruebas de validación.

REFERENCIAS

[1] AASHTO, A Policy on Geometric Design of Highways and Streets, 6th Edition, USA 2011 ISBN: 978-1-56051-508-1

[2] Fabela Gallegos M.J., Aspectos básicos aplicables a la evaluación de la maniobrabilidad de vehículos de carretera, Boletín Notas Instituto Mexicano del Transporte, marzo-abril 2013, México.

[3] Tyler, G., et. al, Evaluating the Manoeuvrability of Theoretical Tractor-Trailer Combinations and Extended Trailer Configurations on Winnipeg Truck Routes, presented at Conference of the Transportation Association of Canada Montreal, Quebec, 2014.

[4] TruckSim Quick Start Guide, “User´s Manual, Mechanical Simulation Corporation, December 2009, USA

[5] HVE, “User´s Manual”, EDC, Oregon, USA, 2006. [6] Norma Oficial Mexicana NOM-012-SCT-2-2014,

Sobre el peso y dimensiones máximas con las que pueden circular los vehículos de autotransporte que transitan en las vías generales de comunicación de jurisdicción federal”. DIARIO OFICIAL. Viernes 14 de noviembre de 2014. México, D. F.

[7] LabVIEW7 Express, User´s Manual, National Instruments Corporation, April 2003, USA

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