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Video resumen Innovaciones tecnológicas no aplicadas

Durante la evolución del automóvil ha ido habiendo investigaciones, y siguen, para aportar mejoras en todos los aspectos relacionados con su utilización.

En principio para lograr que se tuviesen las aportaciones de desplazamiento necesarias, capacidad, velocidad, consumo, uso de los mandos, seguridad (más o menos) … y después en todos los campos; fiabilidad, menos consumo, confort, seguridad (en todos sus aspectos), reducción de la contaminación…

La mayor parte de los resultados de las investigaciones se han ido aplicando en los automóviles, pero algunas innovaciones tecnológicas por diferentes razones se han quedado en los cajones de diseño, con más o menos desarrollo.

En este artículo, y algunos más, vamos a ir incluyendo estas tecnologías más o menos olvidadas y abandonadas tal vez para siempre… ¿o algunas no?

Airbag en el interior de los pilares A. Suspensión electromagnética. Ruedas con “neumáticos” sin aire

Airbag en el interior de los pilares A

Sobre este automóvil de tres volúmenes vamos a representar las actuaciones de los airbag en las colisiones que les afectan:

Colisión frontal

Intervienen para el conductor el del volante y de rodillas y, si están las plazas ocupadas, frontal y de rodillas del pasajero delantero y los tres en los cinturones traseros
Estos son los airbag posibles en esta colisión según el equipamiento del automóvil
Se representa el decelerómetro longitudinal que determina si la intensidad de la colisión frontal implica que entren en acción los airbag

Colisión lateral

Actúan los airbag del lado del accidente si están las plazas ocupadas, uno lateral para cada plaza junto a los lados interiores del habitáculo, el de techo o cortina que cubre la parte alta del habitáculo para todas las plazas de cada lado, y el que hay entre las dos plazas delanteras
Estos airbag pueden variar según el equipamiento del automóvil
Vemos el decelerómetro transversal que valora la intervención de los airbag en colisión lateral

Colisión oblicua

Para que entren en acción los airbag frontales o laterales hace falta mucha velocidad de colisión, pues sus respectivos decelerómetros no están en la línea de la dirección del impacto
Además, las cabezas de los ocupantes delanteros por su inercia irán hacia los pilares A del habitáculo, lo que implica riesgos
Se reducirían los daños con airbag en el interior de los pilares A, accionados por decelerómetros oblicuos en el sentido de la dirección de la colisión.
No tenemos constancia de la implantación de estos airbag en automóviles con techo, si de decelerómetros oblicuos para que intervengan antes los frontales y/o laterales en este tipo de accidente

No confundir estos airbag en el interior de los montantes del parabrisas con el que puede haber por el exterior que abarca estos pilares, para protección en caso de atropello a peatones.

En este enlace se ve la actuación de los airbag en colisión formal, trasera (otros sistemas de protección sin airbag) y lateral.

Y en este, la aplicación del airbag en el interior de los pilares A de automóviles descapotables.

Suspensión electromagnética

Hay diferentes elementos elásticos de suspensión (artículo 1 y artículo 2), la mayoría necesitan amortiguador y algún otro incluye las dos funciones de efecto elástico y amortiguación.

El sistema que vamos a exponer es de estos últimos:

Los elementos elásticos y amortiguadores son sustituidos por motores electromagnéticos Me; se comportan como espiras de muelle que pueden modificar su fuerza de torsión (dureza variable por los amplificadores de potencia) y eliminar los efectos de rebote, por lo que no hacen falta amortiguadores
Los motores electromagnéticos Me son alimentados por los amplificadores de potencia Ap que determinan los efectos de electroimán que se generan, pudiendo adaptar la elasticidad y altura de la suspensión
Sensores de suspensión Ss que leen los movimientos verticales de las ruedas, en frecuencia y amplitud, aportando informaciones del estado del piso y trabajo de las suspensiones de cada rueda
Puede contar con sistemas que permitan detectar con antelación por donde van a pasar las ruedas, se representa con cámaras de vídeo delante de cada una, así se puede preparar la actuación de los motores electromagnéticos Me
Un calculador electrónico Ce recibe las informaciones necesarias para accionar los amplificadores de potencia Ap y motores electromagnéticos Me
Circulando, la suspensión adapta los desplazamientos verticales de las ruedas para seguir con precisión el perfil del suelo, manteniendo el automóvil horizontal en todas las situaciones; baches, aceleraciones, frenadas y curvas
Se logra excelente confort y estabilidad
Sin capacidad de pre detectar el estado del piso se logran también muy buenos resultados en confort y estabilidad, pero al no haber anticipación las actuaciones no son tan precisas
Sería como prescindir de las cámaras de vídeo u otros sistemas de pre detección del perfil del suelo
Es un sistema con mucha complejidad técnica y costoso, dos razones para que de momento no se haya implantado en automóviles de calle

De esta suspensión hay un proyecto desarrollado por BOSE, que ha llevado a cabo numerosas pruebas, y presentado a las marcas a las que por tipo de automóviles más podría interesar.

La suspensión ha evolucionado tanto que se logran muy buenos resultados para poder adaptar el equilibrio confort y estabilidad, incluso variarlo, en marcha en tiempo real.

La suspensión que más se parece a la que se ha explicado es la que ha denominado Mercedes ABC (“Automatic Body Control”), con otras identificaciones en posteriores evoluciones.

Ruedas con neumáticos sin aire

Se representan estas ruedas en un camión volquete dúmper para trabajos extremos en zonas de difícil tránsito y con mucha carga:

Las ruedas tienen alrededor de la llanta lo que sería el neumático, pero no tiene aire, en su interior hay láminas de material elástico que al deformarse simulan el efecto de la presión del aire
Se ve como ambas ruedas han de superar un obstáculo, una piedra de gran tamaño, las ruedas pasan por encima deformándose el anillo elástico para amortiguar el efecto del bache y colaborar con la suspensión
Se utiliza en ruedas de vehículos de trabajo para uso extremo en zonas muy difíciles que provocarían frecuentes pinchazos en neumáticos con aire, lo que supone pérdidas de tiempo y necesitar con frecuencia equipos de asistencia en el lugar del incidente
Así está conformada esta rueda; la banda de rodamiento con el dibujo asienta sobre un soporte circular acoplado a la llanta
Entre banda de rodamiento y soporte hay elementos flexibles, con diferentes posibles formas
En oscilaciones longitudinales, laterales y baches los elementos flexibles se deforman para absorber el movimiento vertical, como si hubiese aire en el interior del neumático
No hay posibles pinchazos al no haber aire
Esta rueda no está implantada en automóviles, pero sí como se ha comentado en vehículos pesados en los que por su trabajo hay frecuentes situaciones de riesgos de pinchazos

Las marcas de neumáticos hacen pruebas sobre automóviles con este tipo de ruedas, en este vídeo podemos ver algunas sobre la rueda denominada tweel por Michelín.

Estas ruedas sin aire se utilizan también para cochecitos de niños, carros de supermercado, cortacésped … pues su capacidad de absorción permite que se adapte mejor al terreno incluso si no se cuenta con suspensión.

Hay otros tipos de neumáticos, es decir con aire, que pueden rodar temporalmente sin presión, pero han de ser reparados tras el pinchazo, si es posible por los daños que haya sufrido, son los neumáticos runflat que se ven en este vídeo comparados con un neumático tradicional.

En este otro enlace podrás ver las soluciones que hay para poder seguir circulando en caso de pinchazo de un neumático, incluyendo el runflat.

Motor de relación de compresión variable. Motor cerámico

Muchas son las evoluciones del motor térmico, prácticamente en todo lo que le conforma.

Exponemos dos tecnologías que no han llegado a ser implantadas en automóviles de calle, bueno una de estas parece que sí.

Motor de relación de compresión variable

Vamos a ver un aspecto relacionado directamente con el rendimiento del motor antes de la masiva llegada de la sobrealimentación, es la relación de compresión Rc; cuanto más se comprima el aire y combustible en gasolina, o el aire en diésel (también gasolina con inyección directa), antes de que se produzca la explosión (gasolina) o combustión (diésel), más energía aportará para desplazar al vehículo.

Con la sobrealimentación pasa algo a segundo plano la Rc, pues la presión de sobrealimentación determina más los resultados, pero la Rc es el punto de partida:

En la imagen se ve la parte superior de un motor con doble árbol de levas en culata (DOHC) funcionando
Cuando llega el pistón al punto muerto superior PMS el volumen que hay sobre este es un factor de la relación de compresión Rc, si aumenta esta es menor el volumen y si disminuye la Rc es porque hay más volumen
Con más Rc mejor rendimiento
Se reproducen secuencias en las que se reduce la cámara sobre el pistón …
… y en las imágenes de la derecha se representan dos detalles; el superior con la Rc de diseño y en la inferior con Rc más alta al ser menor la cámara sobre el pistón
Con relación de compresión variable, más o menos volumen sobre el pistón, durante el funcionamiento del motor se puede adaptar la explosión a diferentes situaciones de marcha para reducir el consumo y emisión de CO₂

Representamos dos de los sistemas que se han estado investigando para aplicar en los motores la Rc variable:

Saab

El acoplamiento entre culata y bloque se hace mediante un fuelle:
- Cuando está en reposo la Rc es 14:1 y cuando se expande puede llegar a 8:1
- El control del valor de la Rc variable es complejo y se hace por supuesto mediante calculador electrónico
- Este sistema lo desarrolló Saab antes de desaparecer como marca, pero no se llegó a implantar en coches de calle

Infinity

Este sistema se basa en modificar el recorrido de los pistones al variar la posición geométrica de las bielas sobre el cigüeñal:
- Unos actuadores excéntricos articulados en el bloque, un eje paralelo al cigüeñal y los asentamientos de las bielas en este modifican la posición de los pistones en los cilindros
- De esta forma, los pistones pueden llegar a una posición más o menos alta en el PMS con, respectivamente, más o menos Rc
- Esta tecnología se implantó en algunos de sus modelos, pero la comercialización de Infinity en España cesó en 2020 y también en Europa occidental

Hay otros tipos de motores, en los que sin variar la relación geométrica de compresión si se puede modificar la presión en la cámara antes de la explosión (gasolina), logrando efectos similares a la Rc variable, estos son dos; ciclo Atkinson y ciclo Miller.

Motor cerámico

Para su fiabilidad el motor térmico necesita refrigeración y lubricación que evite daños en sus componentes.

Pero el calor es energía, por lo que tener que mantener al motor en valores térmicos muy determinados hace que se reduzca el posible mejor rendimiento si funcionase a mayor temperatura.

Además, el sistema de refrigeración necesita energía para su labor (también la lubricación), que se obtiene de la que genera el motor.

Ha habido investigaciones para que los componentes más expuestos a elevadas temperaturas del motor puedan soportar valores más altos, el motor cerámico es una de estas:

Vemos en el motor que se ha utilizado para la relación de compresión variable un conjunto de elementos cerámicos, que se desplazan para verlos en detalle
La cabeza de los pistones y de las válvulas son de material cerámico, que soporta muy altas temperaturas con mínimas exigencias de lubricación
El resto de estos elementos son metálicos, es decir cada uno de ellos está formado por una parte cerámica, la más expuesta térmicamente, y otra metálica
Así se puede permitir que funcione el motor a más temperatura, y este calor adicional es un plus de energía
Pero en las pruebas para su desarrollo este motor presentaba defectos de fiabilidad, sobre todo en las zonas donde se acoplaban los dos materiales, cerámico y metálico
Por esta razón, y probablemente algunas más, tras unos años de ser una de las investigaciones con más potencial pasó a desestimarse, no llegando a ser implantada

No hay mucha información de las I+D sobre el motor cerámico, he encontrado estas por si te son de utilidad; motor cerámico y motor cerámico adiabático (sin refrigeración).

Hay más desarrollos de evolución del motor que no se han implantado, y en el momento actual cuando los días del motor térmico están contados no parece que se vayan a retomar.

Queda algún que otro resquicio qué no se sabe dónde puede llevar, hay un motor térmico que no emite CO₂, que es el contaminante a eliminar (no tóxico pero que influye en el calentamiento global), es el motor térmico de hidrógeno.

Funciona como el de gasolina, con bujía de encendido, y lo que más puede generar como contaminante tóxico es NO_X por la temperatura de la explosión, en poca cantidad y fácilmente neutralizable en el escape.

Este motor necesita embrague o convertidor de par y caja de cambios, mientras que la pila de combustible de hidrógeno prescinde de estos, pues al generar electricidad mueve a un motor eléctrico.

Ya veremos que va sucediendo.

Climatización global ergonómica. “Caja negra” en el automóvil

Climatización global ergonómica

Para que el conductor pueda mantener su atención es imprescindible que esté cómodo en todos los aspectos, y el térmico es uno de estos:

Calentar el aire exterior que entra al habitáculo es fácil, pues el motor al funcionar genera calor y este se transmite al aire
Para obtener frío se ha de fabricar, y se hace mediante el aire acondicionado, representado en la imagen por uno de sus componentes, el condensador situado delante del automóvil
La mezcla de aire caliente y frío es la climatización, seleccionada la temperatura por los mandos del sistema, y se mantiene aunque varíe la temperatura exterior, es la climatización automática
El aire a la temperatura solicitada se reparte por el habitáculo desde varias salidas, cuantas más sean mejor será su distribución y sensación de confort
Si se lograse que la salida del aire a la temperatura deseada fuese por múltiples puntos, como si el guarnecido interior del habitáculo fuese poroso, se lograrían sensaciones similares a estar en el exterior rodeados por el aire ambiente
Este es el objetivo de la climatización global ergonómica
Actualmente hay zonas del interior del habitáculo es las que se hace algo parecido con varias salidas de aire agrupadas, pero no abarca todo el interior manteniéndose otras salidas más tradicionales, por lo que de momento la implantación es solo parcial

El confort térmico del conductor afecta a la seguridad activa o primaria, por lo que se evoluciona continuamente para que no requiera atenciones y se auto adapte a las condiciones de marcha.

Se incluyen sensores de humedad del aire que entra al habitáculo, pues la sensación térmica percibida es variable según la humedad del aire, y así se logra más precisión en el ajuste de la temperatura necesaria para el mejor confort térmico.

“Caja negra” en el automóvil

Hace bastantes años que los sistemas de funcionamiento del automóvil están controlados por calculadores electrónicos, cada vez más, e interconectados por redes de multiplexado.

Estas redes permiten que todos los calculadores electrónicos que necesiten datos en tiempo real de los múltiples sensores de información, dispongan de estos.

Se deduce que el sistema de control global electrónico dispone de todas las informaciones del funcionamiento del automóvil, imprescindibles para las investigaciones de incidentes, que se han de hacer mediante diagnósticos electrónicos.

Si esta información está disponible, se abren más posibilidades para su explotación, vemos una de estas muy conocida en otros medios de trasporte colectivo de personas:

Se representa en la imagen un automóvil con sus ocupantes y equipaje circulando
Se resalta un calculador electrónico que recibe las informaciones que afectan al desplazamiento del automóvil y que van variando según circula
Este calculador, que puede tener también actividades funcionales en algún sistema del automóvil, recibe en tiempo real los datos que afectan al movimiento del vehículo, y otros más relacionados
Puede grabar el calculador los datos que recibe durante determinado tiempo y almacenarlos, es el sistema “Event Date Recorder” o “caja negra”, grabación de datos de eventos
Durante la marcha se produce una colisión frontal y entran en acción los sistemas de protección de seguridad pasiva secundaria, resaltando los airbag frontales y de rodillas de conductor y acompañante, también los de los cinturones traseros de las plazas ocupadas
En caso de que se active algún airbag la EDR graba los datos que ha recibido durante los últimos 35”, que aportan información real y objetiva de lo que ha sucedido
Al conectar la EDR a un PC de diagnóstico PCD, se podrían obtener estos datos con información fidedigna para determinar lo que ha ido pasando hasta el accidente …
… pero algunos de estos datos pueden ser intrusivos en la intimidad de las personas, por lo que para poder acceder a estos será precisa autorización
Entre otras estas son algunas de las informaciones memorizadas que se podrían obtener; actuaciones sobre los pedales de freno y acelerador, volante, palanca de cambios, velocidad y su variación, actuaciones de; ABS, controles de tracción, de estabilidad y otros relacionados, iluminación exterior, plazas ocupadas y cinturones de seguridad puestos, actuaciones de sistemas de retención suplementaria (SRS); pretensores, airbag …, en resumen, todos los datos de situaciones críticas en el momento del accidente y recientes
Estas informaciones ya están disponibles en los sistemas electrónicos de memoria, es decir están implantadas (el enlace nos lleva al sistema eCall) y habría que determinar las condiciones para que puedan ser utilizadas y por quienes

Las investigaciones y desarrollos que llevarán al coche autónomo hacen que se disponga de esta información, y ha de estar disponible además para determinar que ha pasado en caso de incidentes o accidentes, que no serán imputables al conductor pues no lo hay.

Conducción por palanca monomando “drive by wire”. Coche autónomo

Conducción por palanca monomando “drive by wire”

Muchas han sido las investigaciones para facilitar al conductor dirigir y controlar su automóvil, una de estas que no se ha llegado a implantar como equipo de serie, y tiene otras aplicaciones para casos particulares, la vemos a continuación:

Sobre al automóvil de la imagen se incorpora una palanca monomando, tipo joystick, que se puede desplazar en cualquier dirección
Si se mueve hacia adelante el coche acelera con intensidad proporcional al movimiento de la palanca
Al mover esta hacia atrás primero se reduce la velocidad y a continuación se frena, según como se haya movido la palanca
Cuando se desplaza la palanca hacia los lados, la dirección gira en el sentido solicitado, con el ángulo y velocidad de giro de las ruedas proporcional al movimiento sobre la palanca
Si se desplaza la palanca combinando estos movimientos se adapta la velocidad e itinerario que se quiere seguir
Con la palanca monomando se hacen las mismas acciones que con el acelerador, freno y volante, pero de distinta forma. No se ha incluido pedal de embrague pues se considera que se dispone de caja de cambios automática o automatizada
Al tener que conducir con palanca monomando, quien aprenda así bien, pero no será fácil que se adapte a conducir coches tradicionales
Y a los conductores de estos coches les será difícil adaptarse a la palanca monomando … ¿aporta este sistema ventajas?

Ya se ha adelantado que no se ha implantado la palanca monomando en coches de calle, pero si es una adaptación sumamente útil para que puedan conducir personas con movilidad reducida, habitualmente conservando los mandos tradicionales para que pueda conducirse el automóvil de las dos formas.

Este sistema monomando se utiliza en automodelismo de coches a escala teledirigidos.

Coche autónomo

Ya lo indica su denominación, es el automóvil que se desplaza sin ser dirigido por ningún conductor, ni desde dentro ni a distancia, dispone de medios de información y control para moverse:

Vemos sobre este automóvil la incorporación de múltiples sistemas de información; acelerómetros longitudinal y transversal, inclinómetro longitudinal y transversal, giro de volante, cámaras de vídeo (3D), velocidad de ruedas, presión de neumáticos, sensores de ultrasonidos, radares, sensores lídar, comunicación telemétrica interior y exterior …
Con estas múltiples informaciones, el sistema conoce las condiciones de circulación y la integración del vehículo en el entorno por donde circula
Con todo esto se puede desplazar de forma autónoma controlado por inteligencia artificial, o al menos incipiente, para poder deducir actuaciones no incluidas en sus algoritmos
Las decisiones de actuación han de ser las precisas en cada momento, y se desarrollan mediante complejos algoritmos, con capacidad deductiva, que se basan en las informaciones recibidas, llegando a conclusiones de actuaciones para poder circular en un entorno variable

El coche autónomo (en el blog conferencia y artículo) se lleva mucho tiempo investigando y desarrollando, hay numerosos prototipos para ir corrigiendo aspectos y que sea posible su implantación.

Hasta llegar a la total autonomía del vehículo particular, nivel 5, se pasa por otros que mantienen más o menos control por el conductor, en determinadas situaciones o zonas, que han de estar amparados por las legislaciones correspondientes para determinar responsabilidades.