Estructuras y carrocerías de vehículos

Estructuras y carrocerías de vehículos

Bienvenidos de nuevo a esta nueva entrada de teoría , en la que vamos a hablar sobre un tema muy importante en los automóviles, la estructura del coche. Ya que en el pasado los chasis de los automóviles ni se parecen a las que hay ahora.Vamos a empezar con un poco de historia.

Si pudiésemos dar día como el nacimiento del automovil seria el 23 de octubre de 1769, con la prueba sobre un carromato que disponía de un motor de vapor que realizó Nicolas José Cugnot. 

Vehículo de vapor de Cugnot

Durante años la mayoría de avances que se realizaron en el sector del automovilismo fueron aspectos mecánicos del sistema de tracción , y sobre la manejabilidad y resistencia de los que en esos momentos eran carromatos; apenas hubo pequeñas transformaciones de tipo estético. 
Los primeros que se pueden calificar como automoviles  fueron adaptaciones de carruajes movidos por tracción animal con una plataforma reforzada.
Al principio las carrocería no se desarrollaron tanto, como sí ocurrió con los componentes mecánicos, siendo las mejoras de la carrocería solo pequeñas transformaciones estéticas. Las primeras innovaciones que hubieron en el chasis se centraron en las estructuras portantes , es decir plataformas que soportaran el peso del motor y demás componentes del motor.

Bastidor fabricado com largueros de madera

El primer avance importante fue la sustitucion de los largueros de madera que formaban el chasis primitivo , por largueros de chapa de acero que admitían el aumento de potencio de las motorizaciones. Este cambio supuso un gran cambio en cuanto a resistencia y rigidez.

La introducción del acero empezó por chapas para paneles y piezas exteriores mientras que la madera todavía se usaba para la estructura y los interiores.
El uso de acero incremento rápidamente para las chapas exteriores del vehículo , pero evitando las formas redondeadas ya que en ese momentos no se había desarrollado las técnicas de embuticion y debían conformarse a mano.
Los primeros automoviles constaban básicamente de un bastidor formado por dos largueros de acero con otras piezas de madera, un motor de combustión interna. La carrocería era una combinacion de madera y chapas de acero , con formas muy angulosas y con poca aerodinamica.

Apartir de 1927, aparecen tecnicas mejoradas de embuticion , como la prensa de embuticion con lo que se consiguieron piezas con formas mas complejas y los radios de las curvaturas eran mas pequeños. Apartir de estas fechas empezaron a construir carrocerias que incorporaban cada vez mas el acero , hasta que se construyeron carrocerias completamente con una estructura de acero y ya desde 1934 se empezaron a presentar vehiculos comerciales con carroceria autoportantes fabricadas completamente en chapas de acero sin ningun elemento de madera.
Un momento muy importante que marco los metodos de fabricacion de los automoviles fue la aparicion de la fabricacion en cadena consecuencia de la competencia y la necesidad de abaratar los precios.
A mitad de siglo los diseños de los automoviles y sus metodos de fabricacion se centraban en la funcionalidad , resistencia y estetica. Pero a raiz de la crisis del petroleo se necesita reducir los consumos por lo que en la carroceria se empiezan a preocupar por la aerodinamica y el peso. Un tiempo despues tambien se empezo a considerar los factores de seguridad pasiva , que se combirtio en un criterio fundamental del diseño.

Se ha llegado a la carroceria actual gracias al desarrollo de nuevas tecnologias de fabricacion, y la aparicion de materiales nuevos mas ligeros y resistentes, y gracias tambien al avance del diseño industrial. Este avance a llevado a sistemas cada vez mas rigidos , pero a la vez mas ligeros.
los avances han conseguido que los vehiculos actuales tengan una buena habitabilidad , sean mas aerodinamicos  y tengan una rigidez mas  elevada los que que consigue un mejor comportamiento dinámico. Un factor muy importante son los sistemas de proteccion en el habitaculo en caso de siniestro.
 El automovil actual dispone de un gran numero de sistemas y elementos , que caracterizan al vehiculo a nivel de estetica, prestaciones, confortabilidad, etc...
SU construccion basica se basa en , carroceria, elementos mecanicos y sistemas electricos.

Chasis en forma de escalera

Es uno de los primeros chsis que se usaron en los automoviles, desde los primeros coches hasta principio de los 60 los coches lo usaban como chasis estandar, incluso ahora  hay algunos coches que lo siguen usando.


Su forma parece una escalera como su nombre indica, consta de dos carriles logitudinales conectados entre ellos por varios tirantes laterales o transversales.
Los carriles longitudinales son el elemento principal de presion , ya que se ocupa de soportar la carga y tambien las fuerzas longitudinales causadas por la aceleracion y el frenado. Mientras que los tirantes laterales y transversales proporcionan resistencia a las fuerzas laterales y aumenta su resistencia a los esfuerzos de torsion.

Una de las ventajas de este chasis es su alta durabilidad , su facil acceso a los componentes mecanicos y que no sufre daños graves en accidentes y es bastante facil de diseñar y de producir.
Dado que es una estructura en dos dimensiones, la rigidez de torsión es mucho más baja que en otros chasis y ademas suele ser muy pesado
Este tipo de chasis se encuentra con mucha frecuencia en los karts .

Chasis plataforma

Este  diseño se basa en un chasis de plancha al que se sujeta el resto de la carroceria,donde la plataforma es un chasis aligerado cuyo suelo está unido por

soldadura.

Esta estructura tanto largueros como travsaños estan costituidos por pieza de chapa plegada, cuyo espesor era mayor que la demas chapa. La plataforma soportaba el peso del suelo y de los elementosmecánicos y, con estos, podría circula hasta sin tener carrocería.

La carroceria se unía a la plataforma mediante tornillos o soldadura, en ambos casos se conseguia un conjunto de notable rigidez que soportaba mejor que la carrocería autoportante los vaivenes y bruscos golpes ocasionados en la suspensión por los malos caminos de campo o bosque por los que estos vehículos solían transitar con bastante frecuencia.

Este es un tipo de chasis que se usaba comunmente en turismos de coste reducido, dos ejemplos muy conocidos son eel Renault R4 y  Citroën 2 CV. Este tipo de plataforma, totalmente en desuso hoy en día, estaba pensada para pequeñas furgonetas o turismos destinados a circular por malos caminos.

Chasis supperleggera

Este tipo de chasis se uso especialmente en vehiculos deportivos y de careras, aunque tambien fue fabricado en serie.
Fue en 1937 cuando la empresa italiana Carrozzeria Touring quien inventa y patenta el sistema de chasis "superleggera" , apellido que luego fue usado en muchos modelos Alfa Romeo, Ferrari o Maserati .
 La carrocería Superleggera consistía en un entramado de finos tubos de acero, de aleación cromo-molibdeno, soldados entre sí y que configuraban la forma de la carrocería.

Esta técnica consigue una carrocería de gran rigidez y resistencia con muy poco Este tipo de chaisis todavía se utiliza en modelos deportivos hechos a mano.

Chasis wishbone o columnar

Este tipo de chasis es muy similar a el chasis en esclaera, ya que una estructura en forma de escalera en dos diemnsiones , se compone de de una columna vertebral tubular fuerte.que conecta la suspension de lantera y trasera.
Esa columna vertebral ya nombrada es la que se encarga de ser el soporte principal de la carga.

Esta suspension se basa en un concepto muy basico que es una columna vetebral tubular que une el eje delantero y trasero proporcionando casi toda la fuerza mecanica.

Dentro de la estructura del chasis se deja espacio para que la disposicion pueda ser tanto delantera como trasera. El tren de potencia, motor, y suspension estan unidos a ambos lados de la columna vertebral. Y despues se coloca la carroceria enciama de esta estructura.

Este chasis se usaba sobre todo en camiones pesados , vehiculos militares , y tambien algunos deportivos pequeños . Tiene una desventaja ya que no es tan resistente a las colisiones frontales por lo que se debe combinar con una carroceria que aguante bien los choques frontales , para compensar.

Chasis tubular

Un objetivo muy importante en los automoviles de competicion es que sea ligero y muy rigido a la vez, algo que consigue este chasis.
La ligereza es muy importante ya que consigue que aumente la aceleracion, la rigidez tambien es muy impotante ya que se encarga de mantener un control preciso sobre la geometria de la suspension , de manera mas simple , ayuda a mantener las ruedas firmamente en contacto con el asfalto.

 El chasis en escalera no era sufuccientemente rigido por lo que se desarrollo un chasis en tres dimensiones , una estructura tubular .
La construccion se compone de tubos de acero o aluminio  colocados de forma triangular , que ayuda a soportar mejor las cargas del motor, suspension, etc..
Los tubos al estar huecos por dentro consiguen que la ligereza aumente  y que su resistencia y rigidez aumenten tambien , resistiendo mejor la mayoria de esfuerzos. Aparte son muy moldeables y manejables para los comlplicadas que son las estructuras del chasis

Se usaron la mayoria en coches deportivos que requieren una mayor resistencia debido al alto rendimiento quedan. Por ello en la estructura tubular se incoporporan una protección en ambas por lo que el acceso al habitaculo se vuelve más complejo ya que hay que instalar una puerta que se abre hacia arriba.

mercedes-300sl-gullwing
Chasis del Mercedes 300SL ‘Alas de gaviota’.
A principios de los años 50, Mercedes-Benz fabricó el Mercedes 300SLR empleando este concepto tubular. De este coche nación el famoso 300SL Gullwing, en el que se redujo la entrada a la cabina del conductor, extendiendo las puertas hasta el techo, más conocido como “Alas de gaviota”.

Desde mediados de los 60, muchos deportivos adoptaron este espacio tubular mejorando la calidad rigidez/peso. No obstante, la mayoría actualmente incoroporan esta malla en la parte delantera y trasera con un monocasco en el habitáculo del piloto para ahorrar costes.

La ventaja del chasis tubular es que es muy fuerte en cualquier dirección respecto al chasis en escalera y al monocasco de metal. La desventaja es la complejidad, coste y tiempo de fabricación . Imposible de construir robotizadamente. 

Carrocería autoportante

El sistema de carroceria autoportante  es el sistema monocasco mas usado actualmente en la fabricacion de automoviles por motivos de peso ,flexibilidad y costes. Actualmente la amyoria de los turismos y cada ves mas todoterrenos usan carroceria autoportante.

Casi todas las piezas de chapa que conforman las carrocerías monocasco están unidas por medio de puntos de soldadura aunque hay infinidad de modelos que gran parte de esas piezas van unidas por medio de tornillería para una sustitución menos problemática y rápida, tambien se pueden usar adhesivos, entre otros...
La estructura es capaz  de soportar su propio peso y los demas elemntos mecanicos, consiguiendo aun asi ser ligera. Cada pieza de chapa de la carroceria se diseña en funcion de los esfuerzos que debera soportar.
En esta carroceria se peuden dividir dos grupos de piezas:

• Estructurales , se encontraran normalmente en el interior y se encargan de soportar los esfuerzos y cargas que produzcan los demas elementos del vehiculo.
• Exteriores, tienen funciones mas esteticas y auerodinamicas.

En este tipo de carrocerias se pueden diferenciar tres partes , segun su objetvo y comportamiento. Primero la zona central , que forma el habitaculo, cuyas caracteristicas son que es muy rigido e indeformable para garantizar una mayor seguridad a los pasajeros

Las otras dos zonas delantera y trasera una de las misiones de esta zona es disipar las fuerzas generadas por un impacto evitando que llegue a los ocupantes. La zona delantera tiene tambien una funcion muy importante que es soportar el peso y esfuerzos del motor  y elementos mecanicos, tambien dependera si lleva el motor adelante o no , ya que si lo lleva atras sera la zona trasera la que tenga que cumplir esta funcion.

La mayores ventajas de las carroceria autoportantes es que es una escructura muy ligera y a la vez rigida,estable y flexible . Y gracias a los proceso automatizados de fabricacion tambien es mas baratro de fabricar y preciso.

Distribucion mecanica

Con distribucion mecanica se refiere a donde se ubica el motor y la traccion , es decir las ruedas motrices. En la actualidad existen diferentes formas de construccion y diseño de un motor donde es imprescindible saber como sera la distribucion mecanica , ya que dependiendo de ello los diseños y el modo de contruccion cambias drasticamente.

La distribucion mecanica se divide en tres aspectos muy importantes, la posicion del motor, la orientacion del motor y la traccion.

La pocision del motor

Delantera, esta ubicacion del motor es la mas usada en la actualidad y se conoce como motor delantero. Esta posicion aprovecha mas el espacio interior y ademas favorece una mejor refrigeracion del motor, ya que recibe el aire directamente cuando avanza.

Trasera, esta posicion del motor se utiliza sobre todo en automoviles deportivos ya que la tracción mejora al cargar más peso sobre las ruedas motrices. Habitualmente hay que incorporar aberturas laterales para la refrigeración del motor.

La posicion Central del motor permite un reparto más equilibrado de masa entre los dos ejes, por lo que la inercia es menor para empezar y dejar de girar. Por eso se utiliza especialmente en automóviles de carreras.

Si el motor está entre los ejes delantero y trasero, su posición es central. Más precisamente, un motor central delantero se ubica por detrás del eje delantero y adelante del habitáculo, y un motor central trasero está detrás del habitáculo y por delante del eje trasero.

La posicion central del motor en verdad no se encuentra en el punto medio del automovil sino lo que se intenta es que el motor esté entre los ejes, que es lo que hace que el automovil sea mas equilibrado. Eso se consigue alargando el morro en los central-delantero, o colocando el motor delante del eje trasero en los central-trasero.

Orientación del motor

Segun la orientacion del motro puede ser longitudinal o transversal, y con esto quiere decir que si es longitudinal el motor esta colocado a lo largo del automovil y en cambio si es transversal el motro se encontrara colocado a lo ancho en el sentido de circulacion del automovil.

El motor longitudinal era el motor mas usado  durante el siglo xx ya que la traccion del motor delantero se enviaba  al eje trasero mediante un eje cardan tambien colocado de forma longitudinal.Aun cuando la empezo a predominar la traccion delantera , los automoviles de lujo y todoterreno seguen manteniando la disposicion logitudinal.

El motor transversal es la disposicion mas habitual en la actualidad sobre todo en vehiculos que tienen todo adelante , traccion y motot delantero. Esta dispocision aparecio por la necesidad de abaratar costes , ya que poner el motor transversal para usar la traccion delantera hace que disminuya el peso y numero de elementos de transismision (necesarios para que llegue la trasnmision trasera) , aparte hace que el consumo de combustible disminuya.

 Esta dispocision permite que el habitaculo este mas bajo y mas comodo para el acceso, tambien hace que el suelo del automovil no se vea modificado por la necesidad de espacio para el cardan de transmision(que necesitan los motores longitudinales). La orientación transversal también se usa en automóviles con motor y tracción trasera aunque es menos habitual, ya que la ganancia de espacio no es tan importante en un automóvil y pierde muchas de las ventajas de montar el motor transversal.

Tracción

Cuando hablamos de traccion nos referimos a la transmision de potencia del motor a las ruedas. Sabiendo esto, la traccion de automovil puede ser de trs formas diferentes tracción delantera, tracción trasera y tracción en las cuatro ruedas.

Tracción delantera

Empezare a hablar sobre la traccion mas comun y extendidad . Este tipo de traccion posiciona el motor en la parte delatera junto a todos los demas elementos del tren motriz(motor y transmision), permitiendo asi que el espacio 
del habitaculo sea mayor. Esta traccion es  muy itilizada en los compactos.
Al estar el motoro sobre las ruedas motrices, el peso hace que haya mayor agarrre al asfalto.

Una caracteristica muy particular de los vehiculos de traccion delantera es que tienden a subvirar en las curvas, ya que al ser las ruedas motrices las mismas que llevan la direccion, al dar una curva acelerando el automovil tiene a salirse hacia el exterior de la curva.

Es esta la razon por la que la traccion delantera es generalmente usada en automoviles de gama baja y media (Aparte del precio, el cual es mas barato en un traccion delantera).

Tracción trasera

Los vehiculos de traccion trasera tienen un reparto de peso mucho mas equilibrado  que los automoviles de traccion delantera.
Esto es porque al acelerar , el peso del coche se va hacia las ruedas traseras por lo que su traccion es mayor que las delanteras.
Los vehiculos con traccion trasera no tienen problemas de subviraje como los de traccion delantero , pero tienen el problema contrario, tienden a sobrevirar mejor dicho la parte de adelante del cohe tiende a irse hacia el interior de la curva , esta es la razon por la que este tipo de vehiculos son tan propensos a hacer trompos.
Este tipo de vehiculos es mucho mas exigente para el conductor , pero a la vez mucho mas gratificante.

Existen tres tipos básicos de configuración, con el motor delante por delante del eje delantero, detrás por delante del eje trasero y detrás por detrás del eje trasero.
Los dos últimos son muy utilizados en coches de altas prestaciones en los que se busca un gran control de la dirección y mucha tracción.


En resumen, la tracción trasera permite una distribución de pesos más uniforme y una mayor maniobrabilidad y estabilidad. Por ello estos motores se emplean en coches de gama alta y de competición.

Tracción en las cuatro ruedas

La tracción en las cuatro ruedas (4x4), d es un sistema de tracción en un automóvil en el que todas las ruedas pueden recibir simultáneamente la potencia del motor.

Las gran ventaja de la tracción a las cuatro ruedas es que permiten una gran capacidad de tracción en terrenos con poca adherencia.
Las desventajas que tiene este tipo de configuracion es que tienen un gran consumo de combustible, una mayor complejidad mecánica y mas peso.


Esta tracción es muy utilizada en todoterrenos y en algunos turismos y coches de gama alta.

Dentro de este tipo de tracciones se pueden dividir en dos tipos:

• Tracción en las cuatro ruedas opcional

En este tipo de vehiculos la traccion es delantera pero mediante un mecanismo de transmision se puede transmitir la traccion a las ruedas traseras cuando sea necesario, se usa sobre todo en vehiculos todo terrreno.

Para conectar la tracción total se puede emplear un dispositivo electrónico o una palanca selectora más pequeña usada para el cambio, esta puede otorgar también dos opciones alta y baja (reductora) que se utiliza cuando requiere un par adicional y menor velocidad.

• Tracción en las cuatro ruedas permanente 

Esta configuracion tiene tracciona a las cuatro ruedas de forma permanente . Este sistema tiene una caja de transferencia central que conecta el eje trasero con el delantero.Hay un acoplamiento viscoso ubicado en la caja de transferencia que le permite operar en cualquier tipo de superficie, evitando que giren fuera de control como ocurriría en un 4X4.

 Este tipo de traccion se sua para conducir por terrenos con muy poca aderencia, ya que distribuje la traccion en las cuatro ruedas. Este sistema tambien permite que nuestro vehiculo en una curva muy pronuciada corrija la traccion para hacer el vehiculo mas manejable

Al tomar una curva las ruedas del tren delantero giraran con radio diferente al del trasero, por llegar estas al cambio de dirección con antelación, si no dispusiéramos de un diferencial que reduzca la velocidad en el puente trasero para aumentarla en el puente delantero y así evitar que se genere una deslizamiento entre los neumáticos, asi se disminuye la tendencia a seguir recto en la curva y sea mas facil controlar el vehiculo en las curvas.

Distribución de volúmenes y clasificación de los vehículos en función de la misma

Segun la distribucion de los volumenes del vehiculo pueden considerarse tres tipos:

• Vehiculos de 1 volumen
• vehiculos de 2 volumenes
• vehiculos de 3 volumenes

Segun la cantidad de volumenes diferenciados que tenga el vehiculo se podran clasificar en un tipo o otro. Cada vvolumen del vehiculo se denomina de una forma.

Volumen delantero, es en el que se suele situar el motor (y la transmision si si fuera traccion delantera , la cual son la mayoria del mercado en la ctualidad)

, el mecanismo de la direccion , la suspension delantera , y demas elemntos  que pueda traer dependiendo del vehiculo.

Volumen central, se encuentra separado de volumen delantero mediante el salpicadero , en el volumen central se encuentra el habitaculo de los pasajeros.

Volumen trasero, se encuentra separado y independiente del volumen central.

Se usa sobre todo como moletero , como estructura para la suspension trasera. Tambien es impotante decir que hay vehiculos que llevan el motor en el volumen trasero, por las razones que ya hemos comentado antes.

 En las carrocerias monovolumenes , el motro se introduce ligeramente dentro del habitaculo, no exite una estructura que separe el habitaculo de la zona del motor.

En vehiculos con dos o tres volumenes  si existe la separacion, la cual seria el salpicadero. La diferencia entre un vehiculo de dos o tres volumenes es que en un vehiculo de dos volumenes no parte trasera que sobre salga del volumen central  asi que la separacion entre el habitaculo y el maletero no existe. Mientras que un vehiculo de tres volumenes si que hay una visible diferencia entre ambos.

 Identificación de vehículos por VIN

Es el numero de identificacion internacional de los vehiculos. Mediante el mismo se identifica el vehiculo, el fabricante, el modelo, y la fecha de fabricacion. 

Este codigo consta de una serie de 17 caracteres alfanumericos (para el que no sepa que significa es que hay letras y numeros) grabados en relieve o troquelado sobre una pieza estructural facilmente visible.

El codigo vin se coompone de tres partes:

WMI- Identificador Mundial del Fabricante .Es un código asignado al fabricante para su identificación. El código está compuesto por 3 caracteres (letras o cifras) asignados por el órgano correspondiente del país sede del fabricante, de acuerdo con la Organización Internacional para la Estandarización o su representante nacional.

VDS- Descriptor del Vehículo

 Es el codigo de homologacion, seis caracteres que proporcionan la característica y descripción general del vehículo. Los caracteres, su orden y significado son definidos por el fabricante. 

VIS- Sección Identificadora del Vehículo . 

Los últimos ocho caracteres, de los cuales los últimos cuatro son cifras. Si el fabricante quiere indicar el año de fabricación y/o la fábrica, se recomienda que el año de fabricación se indique en la primera y la fábrica en la segunda posición de la VIS. por el "año" se entiende el año civil de la fabricación del vehículo o el año modelo del vehículo según lo defina el fabricante.

Contraseña de homologación

La Contraseña de Homologación aparece en la Tarjeta ITV de los vehículos que es expedida por una estación ITV española. También aparece en el Certificado de Conformidad si el vehículo es importado, y cuyo documento es muy recomendable disponer de él si se pretende legalizar el vehículo importado en España.

La estructura de una contraseña de homologación es la siguiente:

e6*93/81*0023*00

donde:

e: significa Unión Europea;

6: identifica el país de homologación, según la lista adjunta:

1 Alemania, 2 Francia, 3 Italia, 4 Países Bajos, 5 Suecia, 6 Bélgica, 9 España, 11 Reino Unido, 12 Austria, 13 Luxemburgo, 17 Finlandia, 18 Dinamarca, 21 Portugal, 23 Grecia, 24 Irlanda

93/81: es la directiva de aplicación (también puede ser 92/53);

0023: es el número de homologación;

00: número de modificación o de la revisión desde la homologación inicial.