DISEÑO Y EVOLUCIÓN DE UN SISTEMA DE DIRECCIÓN DE UN MONOPLAZA DE FÓRMULA STUDENT

Abstract

Este trabajo se enmarca dentro del diseño y fabricación de un monoplaza de Fórmula Student del equipo de la universidad, Ü Motorsport. Para la construcción del cuarto monoplaza del equipo fue necesario rediseñar el sistema de dirección, consiguiendo así corregir los fallos identificados en el anterior sistema y proporcionar un estudio detallado de la geometría con el objetivo final de crear un sistema más competitivo. Para ello, este trabajo muestra el proceso de estudio, diseño, fabricación y evolución llevado a cabo en el sistema de dirección empleado en el monoplaza de Fórmula Student de nuestra universidad para las temporadas 2018-2019 y 2019-2020. Para contextualizar el proyecto, se introduce brevemente la competición, la reglamentación bajo la que se diseña y compite, y el papel de nuestra universidad en ella. Se desglosa la normativa técnica, exponiendo los requisitos básicos que se deben cumplir en el sistema y se analizan las pruebas que más puntúan, para las que optimizaremos el sistema. Se introducen los antecedentes de los sistemas de dirección, y se expone el desarrollo técnico necesario para conocer cada uno de los aspectos en los que influirá el diseño del sistema. Respecto al diseño, se parte del estudio de las condiciones reales en las que compite el monoplaza con el software Race Studio 2 Analysis, cuyos resultados son imprescindibles para calcular las transferencias laterales de carga que sufre el vehículo. Estos datos servirán para trabajar con el modelado de los neumáticos mediante el software Optimum Tire, donde se buscarán las condiciones de funcionamiento más favorables en cada caso. Conociendo el neumático, se calculará la geometría con la que se fabricará el sistema de dirección empleando para ello el software Optimum Kinematics. Con las geometrías definidas, se muestra el diseño en el CAD Solidworks, construyendo pieza a pieza y evitando posibles interferencias. Se exponen los componentes a emplear en la construcción y se realizan simulaciones dinámicas de las uniones cardan para asegurar la linealidad en la rotación de la columna empleando para ello el software Altair Inspire. Para asegurar el cumplimiento de la normativa, se presentan las validaciones pertinentes. Por último, se muestra el proceso de fabricación y ensamblaje in situ en el monoplaza. Se comentará validación en pista y su posterior rendimiento en el monoplaza del 2019 durante la competición. Para concluir este diseño, el autor ha debido complementar su formación académica con estudios sobre dinámica vehicular, comportamientos del neumático y sus modelos matemáticos, adquisición de datos en pista de un vehículo, diseño mediante CAD 3D y análisis dinámicos de sistemas mecánicos.