Diseño y cálculo estructural del chasis de un prototipo de microcoche eléctrico

Abstract

[ES] La normativa de aplicación en la motorización de los vehículos futuros requiere de producción de automóviles que se adapten a ella. Las directrices en sistemas sostenibles requieren la utilización de recursos que reduzcan el impacto medioambiental, especialmente en el tratamiento de los productos al final de su vida útil. Considerando que los vehículos de menor tamaño abarcan la mayoría de las matriculaciones en España y que los vehículos eléctricos se encuentran en un momento de pleno desarrollo, nos invita a apostar por esta combinación automovilística. Teniendo en cuenta lo anterior y el añadido de que la DGT ha anunciado la llegada de un nuevo carnet (B1) en 2024 donde a partir de los 16 años se podrán conducir cuadriciclos pesados, en este TFG se pretende desarrollar el prototipo de un chasis de un micro coche eléctrico enmarcado en la categoría del segmento L7E. Como premisa se empleará aluminio como material del bastidor ya que asegura una mayor ligereza: aspecto de vital importancia en un coche eléctrico y de pequeño tamaño. La estructura que tendrá el bastidor será de tipo escalera o perimetral, adaptando su uso a un coche eléctrico y se combinarán vigas de caja cerrada de forma rectangular y cilíndrica aprovechando por un lado el momento de inercia y la mayor tolerancia a torsión de una barra cilíndrica en comparación de una rectangular y por otro la combinación de ambas formas, la cual nos dejan un área amplia de soldadura. Esta manera de realizar el chasis tiene las ventajas de ahorrar tiempo, ya que en otro tipo de chasis como el tubular tendríamos que llevar a cabo una bancada para la construcción del bastidor, además de que el proceso de montaje es más costoso y singular. También, en el aspecto económico para este proyecto resulta conveniente realizar el bastidor con esta estructura. El estudio del bastidor se llevará a cabo en estático y se le aplicarán las fuerzas necesarias para poder plantear diferentes escenarios. Por un lado, para ver la flexión longitudinal y transversal, se dividirá el peso total del vehículo con la batería y dos ocupantes, situando la primera mitad delante y la segunda detrás en el primer caso y en la parte derecha y en la izquierda en el segundo caso, en ambos fijando el centro del bastidor.

[CA] La normativa d'aplicació en la motorització dels vehicles futurs requereix de producció d'automòbils que s'adapten a ella. Les directrius en sistemes sostenibles requereixen la utilització de recursos que reduïsquen l'impacte mediambiental, especialment en el tractament dels productes al final de la seua vida útil. Considerant que els vehicles de menor grandària abasten la majoria de les matriculacions a Espanya i que els vehicles elèctrics es troben en un moment de ple desenvolupament, ens convida a apostar per aquesta combinació automobilística. Tenint en compte l'anterior i l'afegit que la DGT ha anunciat l'arribada d'un nou carnet (B1) en 2024 on a partir dels 16 anys es podran conduir *cuadriciclos pesats, en aquest TFG es pretén desenvolupar el prototip d'un xassís d'un micro cotxe elèctric emmarcat en la categoria del segment L7E. Com a premissa s'emprarà alumini com a material del bastidor ja que assegura una major lleugeresa: aspecte de vital importància en un cotxe elèctric i de xicoteta grandària. L'estructura que tindrà el bastidor serà de tipus escala o perimetral, adaptant el seu ús a un cotxe elèctric i es combinaran bigues de caixa tancada de forma rectangular i cilíndrica aprofitant d'una banda el moment d'inèrcia i la major tolerància a torsió d'una barra cilíndrica en comparació d'una rectangular i per un altre la combinació de totes dues formes, la qual ens deixen una àrea àmplia de soldadura. Aquesta manera de realitzar el xassís té els avantatges d'estalviar temps, ja que en una altra mena de xassís com el tubular hauríem de dur a terme una bancada per a la construcció del bastidor, a més de que el procés de muntatge és més costós i singular. També, en l'aspecte econòmic per a aquest projecte resulta convenient realitzar el bastidor amb aquesta estructura. L'estudi del bastidor es durà a terme en estàtic i se li aplicaran les forces necessàries per a poder plantejar diferents escenaris. D'una banda, per a veure la flexió longitudinal i transversal, es dividirà el pes total del vehicle amb la bateria i dos ocupants, situant la primera meitat davant i la segona darrere en el primer cas i en la part dreta i en l'esquerra en el segon cas, en tots dos fixant el centre del bastidor.

[EN] The regulations applicable to the motorization of future vehicles require the production of automobiles that are adapted to them. Sustainable systems guidelines require the use of resources that reduce environmental impact, especially in the treatment of end-of-life products. Considering that smaller vehicles account for the majority of registrations in Spain and that electric vehicles are in full development, we are encouraged to bet on this automotive combination. Taking into account the above and the addition that the DGT has announced the arrival of a new license (B1) in 2024 where from the age of 16 heavy quadricycles can be driven, this TFG aims to develop the prototype of a chassis of a micro electric car framed in the L7E segment category. As a premise, aluminum will be used as a frame material since it ensures greater lightness: an aspect of vital importance in an electric car of small size. The structure that will have the frame will be of ladder or perimeter type, adapting its use to an electric car and will combine closed box beams of rectangular and cylindrical shape taking advantage of the moment of inertia and the greater tolerance to torsion of a cylindrical bar compared to a rectangular one and on the other hand the combination of both forms, which leave us a wide welding area. This way of making the chassis has the advantages of saving time, since in other types of chassis such as tubular we would have to carry out a bench for the construction of the frame, in addition to the assembly process is more costly and unique. Also, in the economic aspect for this project it is convenient to make the frame with this structure. The study of the frame will be carried out statically and the necessary forces will be applied to it in order to be able to consider different scenarios. On the one hand, to see the longitudinal and transverse bending, the total weight of the vehicle with the battery and two occupants will be divided, placing the first half in front and the second half behind in the first case and on the right and on the left in the second case, in both cases fixing the center of the frame.