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La forma exterior de la carrocería es lo que se ve del automóvil, es la piel.
En su interior hay una estructura que es en parte responsable los resultados dinámicos relacionados con la estabilidad, seguridad activa o primaria, y bastante más en seguridad pasiva secundaria (y terciaria) en caso de accidente.
La carrocería sustenta a todos los componentes del automóvil, directamente o mediante sistemas intermediarios como subchasis o semichasis.
Un aspecto que influye bastante en el rendimiento y consumo relacionado con la carrocería, más en utilización en carretera, es la resistencia al avance, la aerodinámica, en sus dos factores; calidad de forma y superficie frontal.
La estructura de la carrocería ha de satisfacer dos requerimientos que parecen contrapuestos, por un lado, ser lo más rígida posible reduciendo flexiones y torsiones para mantener la geometría de asentamiento de las ruedas con el suelo de la suspensión, que aporta estabilidad, y por otro disponer de zonas de deformación progresiva para absorber energía en colisiones reduciendo la que llega al habitáculo, que ha de ser lo más robusto posible para proteger a los ocupantes del automóvil.
Funciones de la carrocería
La carrocería tiene diversas funciones en el automóvil, además de ser el soporte del conjunto de componentes, estas son las más reseñables (imagen 5.1).
- Soporte de los elementos mecánicos; en la carrocería asientan los componentes del automóvil y hay diferentes estructuras que se expondrán más adelante.
- Transportar a los ocupantes; es la principal función en un automóvil.
- Según sea la capacidad y objetivos así será su forma y también afecta a la estructura.
- Transportar el equipaje y/o la carga; en alguna zona del automóvil hay espacio para llevar el equipaje, en muchos casos es ampliable para mayor versatilidad de uso.
- En algunos vehículos hay zona de carga específica para transportar objetos más voluminosos.
- Proteger a los ocupantes en caso de colisión; la carrocería es la que primero recibe el impacto en accidentes, se diseña para ofrecer la mejor protección a las personas que transporta.
Composición de la carrocería
Se compone genéricamente de: (imagen 5.2)
- Estructura rígida interna; es el armazón que rodea el habitáculo para conformar una célula de seguridad.
- Estructuras deformables internas; delante, detrás y en el centro longitudinal del habitáculo para absorber energía en caso de colisiones, respectivamente delantera, trasera y lateral.
- Paneles interiores; son los rellenos de la estructura interna y pueden tener cierta función de protección según cual sea su ubicación.
- Paneles exteriores; es la “piel” externa del automóvil y no tienen funciones de seguridad pasiva.
- Cristales; estos elementos transparentes rodean todo el habitáculo y actualmente suelen ir pegados a la carrocería, el parabrisas y la luna trasera y puede que otras ventanillas fijas también y pueden tener cierta capacidad de colaboración en seguridad pasiva.
Apoyos del motor y caja de cambios
Todos los elementos mecánicos del automóvil están asentados en la estructura de la carrocería.
El motor y la caja de cambios generan vibraciones al funcionar, el motor, sobre todo, y además son muy rígidos y están ubicados generalmente en zonas deformables, delante o detrás, por lo que en colisiones fuertes pueden tender a entrar en el habitáculo con los riesgos que supone.
Para absorber las vibraciones, se incluyen apoyos elásticos anclados en soportes, entre motor y carrocería APM, caja de cambios y carrocería APC y además al menos otro entre motor, caja de cambios y carrocería que añade a la función de reducir vibraciones la de guía GDT, para que en caso de colisión por el lado del motor este no entre al habitáculo.
Se ven los apoyos en las imágenes 5.3 y 5.4, respectivamente con motor longitudinal delantero y propulsión (tracción trasera) y motor transversal delantero y tracción (delantera).
En colisión por el lado del motor, frontal en estos coches, la guía de desplazamiento GDT hace que se desplace el conjunto motor – caja de cambios bajo el piso sin incidir en el habitáculo, como se ve en las imágenes 5.5 y 5.6.
En el coche 5.5 con motor delantero longitudinal y propulsión (tracción trasera), el árbol de transmisión se suelta para dirigirse hacia abajo y no penetrar por el piso al habitáculo.
Los demás apoyos de motor y caja, APM y APC, se sueltan cuando el desplazamiento supera su recorrido de actuación.
Según sea ubicación del motor y caja de cambios así serán los apoyos para motor y caja.
En la imagen inferior se ven con más detalle los apoyos explicados en un automóvil con motor delantero transversal y tracción (delantera).
Apoyos del motor, caja de cambios y transmisión
Se ven en las imágenes siguientes tres automóviles con diferentes implantaciones en dos imágenes cada uno, antes (izquierda) y después (derecha) de colisión en la zona donde está el motor.
Imágenes 5.7 y 5.8:
- Motor delantero longitudinal con propulsión (tracción trasera).
- El motor, embrague y caja de cambios forman un conjunto.
- Se ve otro apoyo para el diferencial en el eje motriz trasero en la carrocería.
- La colisión es frontal.
Imágenes 5.9 y 5.10:
- Motor delantero transversal y tracción (delantera).
- El motor, embrague y caja de cambios con el diferencial forman un conjunto.
- La colisión es frontal.
Imágenes 5.11 y 5.12:
- Motor transversal central y propulsión (tracción trasera).
- El motor, embrague y caja de cambios con el diferencial forman un conjunto.
- Colisión por detrás.
Detalles de los apoyos del motor, caja de cambios y transmisión
Para absorber más las vibraciones se suelen utilizar apoyos elásticos de goma con complemento hidráulico entre motor, caja de cambios y otros elementos de transmisión y la carrocería.
El interior de la goma del apoyo está hueco y con aceite, en dos cámaras comunicadas por conductos de determinada sección.
Al pasar el aceite de una a otra cámara por el efecto de las vibraciones, se suma el efecto amortiguador de los tránsitos del aceite por los pasos de comunicación con la elasticidad de la goma.
Se ve en este automóvil, como ejemplo didáctico, la sustentación de los elementos mencionadas en la carrocería por los dos tipos de apoyos, de goma APG e hidráulicos APH, imagen 5.13.
Apoyo de goma APG (imagen 5.14)
- Al soporte metálico SP está unido el bloque de goma BG, que queda intercalado entre el elemento generador de vibraciones y la carrocería.
Apoyo hidráulico APH (imagen 5.15)
- Al soporte metálico SP está unido el bloque de goma BG, que queda intercalado entre el elemento generador de vibraciones y la carrocería.
- En el interior del bloque de goma está el aceite y las dos cámaras CS y CI (superior e inferior) están comunicadas por pasos de determinada sección PSC.
Se puede controlar electrónicamente la actuación de los apoyos hidráulicos para adaptar con más o menos presión de aceite o regulación de los pasos PSC, su actuación a las vibraciones generadas, incluso anticipándose en función de la actuación sobre los mandos del automóvil y las inercias generadas.
Estructuras de carrocería
La carrocería puede tener estructuras muy distintas, en función de los objetivos y también por la evolución técnica.
Como representación se proponen las siguientes, unas de estas muy habituales y otras menos al ser para utilizaciones más específicas, identificadas por denominaciones didácticas.
Bastidor independiente
(imagen 5.16)
Se compone esquemáticamente de vigas longitudinales, largueros, y vigas transversales, travesaños, conformando un conjunto muy robusto para soportar grandes esfuerzos, lo que permite transportar elevadas cargas o circular fuera de carretera por las zonas más agrestes.
El resto de la carrocería es un monocasco que va atornillado al bastidor independiente, también puede estar soldado.
El hecho de que el vehículo se pueda desplazar sin el monocasco le da el complemento a su denominación de independiente.
El peso es elevado lo que implica más consumo, y la capacidad de absorber energía en colisiones es muy escasa, por lo que la seguridad pasiva no es su fuerte.
El automóvil representado es un todoterreno, Jeep Willys.
Plataforma dependiente
(imagen 5.17)
La parte inferior de la carrocería es una plataforma con los apoyos de las suspensiones.
Sobre esta plataforma se acopla, generalmente atornillado o soldado, el monocasco de la carrocería.
Para poder circular ha de estar la plataforma acoplada al monocasco, de no ser así tendría exceso de flexiones y torsiones, por eso es dependiente.
El peso es bastante más contenido que con bastidor independiente y puede dotarse de capacidades de deformación para absorber energía en colisiones.
Se representa esta estructura sobre un Renault 4.
Monocasco autoportante
(imagen 5.18)
Para reducir el peso y mejorar las capacidades de absorción de energía en colisiones se diseñó la estructura monocasco autoportante; monocasco al ser un entramado soldado en un único bloque y autoportante pues es donde acoplan los demás componentes del automóvil.
Los materiales y dimensiones de las estructuras delantera y trasera se diseñan para que se deformen progresivamente absorbiendo energía en accidentes.
La estructura del habitáculo es más robusta y soporta con mínima deformación la colisión.
El conjunto de la estructura de las tres zonas, delantera, habitáculo y trasera está, como se ha dicho, soldado conformando el monocasco.
Es una excelente solución para la seguridad pasiva, además de tener un peso adecuado.
Pero en las zonas deformables están los apoyos de suspensión y dirección, de los que depende la geometría que aporta estabilidad, y estas zonas quedaran alteradas tras una colisión.
Recuperar la geometría original en la reparación es compleja, lenta y laboriosa.
En la imagen se ve un Saab 92.
Monocasco portante con subchasis
(imagen 5.19)
El monocasco es independiente de dos subchasis con los anclajes de las suspensiones y dirección.
Estos subchasis van atornillados al monocasco portante.
La capacidad de absorción de energía en colisiones es excelente y la reparación bastante más sencilla y rápida.
Se sustituye el subchasis dañado y con recuperar los puntos de anclaje de este en el monocasco reparado se obtiene la geometría original.
Se ve como el subchasis delantero asienta en el extremo anterior del monocasco, viéndose afectado en colisiones medias y debiendo ser sustituido.
Se ve esta estructura en un Renault 21.
Monocasco portante con subchasis “cortos”
(imagen 5.20)
Basado en la estructura anterior se hacen más cortos los subchasis de forma que dejen cierta distancia entre sus anclajes y los extremos anterior y posterior del monocasco portante.
La protección de seguridad pasiva es la misma que el anterior con la ventaja de que hasta colisiones medias no se deforma la zona del monocasco donde están los anclajes del subchasis corto, no requiriendo ser sustituido.
El automóvil con esta estructura es un Mini (de BMW).
Túnel central o espina dorsal
(imagen 5.21)
Una estructura central con forma más o menos de tubo es el soporte de los componentes mecánicos del automóvil.
También sobre esta estructura se acopla el conjunto de complementos de la carrocería que conforman el automóvil, como monocasco o mediante conjuntos de elementos.
El túnel central tiene que contar con las cualidades de resistencia adecuadas, para la estabilidad del automóvil y con zonas deformables para reducir la energía de los impactos.
El resto de los componentes de la carrocería pueden ser de materiales muy ligeros para reducir el peso, pues en este tipo de automóviles las prestaciones son un factor importante.
En la imagen se ve un Renault Alpine 110 con carrocería exterior de fibra de vidrio.
Tubular
(imagen 5.22)
Esquemáticamente consiste en dar forma a la carrocería del automóvil mediante un entramado de tubos soldados conformando un monocasco, puede ser así o varios conjuntos tubulares acoplados entre si.
También es factible que las zonas tubulares sean la delantera y trasera, con deformaciones progresivas y el habitáculo independiente más robusto y acoplado a los dos conjuntos tubulares.
El objetivo es reducir el peso pues es una estructura compleja para automóviles prestacionales.
En vehículo de la imagen es un Mercedes 300 SLR.
