Dinámica del Vehículo
Aceleración Longitudinal
La aceleración de un vehículo depende de la fuerza neta que actúa sobre el mismo. La ecuación básica para la aceleración longitudinal es:
Donde:
: Fuerza neta que actúa sobre el vehículo (N) : Masa total del vehículo (kg) : Aceleración (m/s²)
La aceleración longitudinal se calcula como:
Fuerzas Resistentes al Movimiento
Resistencia aerodinámica
Donde:
: Coeficiente de arrastre aerodinámico (sin unidades) : Área frontal del vehículo (m²) : Densidad del aire (kg/m³) : Velocidad del vehículo (m/s)
Resistencia de rodadura
Donde:
: Coeficiente de resistencia de rodadura (sin unidades) : Aceleración debido a la gravedad (9.81 m/s²)
Resistencia en pendiente (o gradiente)
Donde:
: Ángulo de inclinación de la pendiente (rad)
Ecuación del Movimiento Vehicular (Sumatoria de Fuerzas)
La suma de todas las fuerzas actuando sobre un vehículo da la fuerza neta:
Velocidad Máxima del Vehículo
La velocidad máxima puede ser encontrada cuando la fuerza de tracción
Resolviendo para la velocidad:
Transmisión y Tren de Potencia
Relación de Transmisión
La relación de transmisión para un sistema de engranajes se puede calcular como:
Donde:
: Número de dientes del engranaje motriz : Número de dientes del engranaje conducido
Potencia en las Ruedas
La potencia disponible en las ruedas está relacionada con el par motor y la velocidad angular:
Donde:
: Potencia (W) : Par motor (N·m) : Velocidad angular (rad/s)
Par Motor
El par en las ruedas está relacionado con el par en el motor mediante la relación de transmisión:
Donde:
: Eficiencia de la transmisión
Aerodinámica Vehicular
Arrastre Aerodinámico
El arrastre aerodinámico es la fuerza resistiva principal que actúa sobre un vehículo a altas velocidades. La fórmula ya se ha dado, pero se descompone en los siguientes factores:
Coeficiente de arrastre
Depende de la forma y diseño aerodinámico del vehículo.
Área frontal
Área efectiva que enfrenta la resistencia del aire.
Fuerza de Sustentación
Algunos vehículos generan sustentación o carga aerodinámica debido a su diseño. Esta fuerza se calcula de forma similar a la resistencia:
Donde:
: Coeficiente de sustentación.
Frenado
Fuerza de Frenado
La fuerza total de frenado que un vehículo puede ejercer está dada por la siguiente ecuación:
Donde:
: Coeficiente de fricción entre el neumático y la carretera. : Fuerza normal sobre los neumáticos, que es igual al peso del vehículo en superficies planas.
Distancia de Frenado
La distancia requerida para detener un vehículo desde una velocidad inicial
Suspensión y Neumáticos
Frecuencia Natural de la Suspensión
La frecuencia natural de una suspensión es importante para la comodidad y estabilidad del vehículo. Se calcula como:
Donde:
: Constante elástica del resorte (N/m) : Masa suspendida (kg)
Carga sobre los Neumáticos
La carga vertical en un neumático se puede calcular como:
Donde:
: Distancia del centro de masa al eje delantero. : Distancia del centro de masa al eje trasero. : Distancia entre ejes.
Potencia y consumo de Combustible
Potencia Requerida
La potencia requerida para mover un vehículo a velocidad constante está determinada por la resistencia total al movimiento:
Donde:
: Velocidad del vehículo (m/s)
Consumo específico de combustible (SFC)
Donde:
: consumo específico de combustible (kg/W·h) : flujo de masa de combustible (kg/h) : potencia del motor (W)
Eficiencia térmica
Donde:
: potencia útil (W) : potencia química del combustible (W)
Autonomía
Donde:
: autonomía del vehículo (km) : energía almacenada en el tanque (J o Wh) : consumo de combustible por km (L/km)