Objetivos y Estrategias en la Fabricación de Vehículos

Los factores determinantes en la fabricación de un vehículo incluyen:

• Habitabilidad
• Confort
• Ergonomía
• Aerodinámica
• Seguridad

Objetivos de Producción

Los principales objetivos a seguir son fabricar modelos cada vez más diversificados y complejos en plazos más breves y a menor coste.

Estrategias Clave

Para alcanzar estos objetivos, se recurre a diversas estrategias:

• Optimizar las tareas de organización de todos los departamentos implicados en la elaboración de un nuevo modelo.
• Aplicación de nuevos conceptos y tecnologías.
• Reducción de los plazos de puesta a punto de un nuevo modelo.
• Capacidad de innovación.
• Diversificación de la oferta (realizando varias versiones del mismo modelo) dada la gran diversidad de gustos de los consumidores.
• Compartir plataformas de carrocerías entre modelos de la misma marca o grupo para reducir el tiempo de lanzamiento y los costes de producción.

El Proyecto de Fabricación de un Vehículo: Pliego de Condiciones

El desarrollo se estructura en las siguientes fases:

1. Concepción
2. Diseño
3. Creación de maquetas
4. Construcción de prototipos
5. Pruebas
6. Fabricación

Fase 1: Concepción

En esta fase se realizan los primeros bocetos a partir de dibujos a mano utilizando instrumentos básicos (lápiz, regla, etc.). Se deben tener en cuenta las exigencias aerodinámicas, la ergonomía, la altura libre de la carrocería sobre el suelo, la posición y el tamaño del depósito de combustible, y el tamaño y disposición de los parachoques (paragolpes).

Fase 2: Diseño

En esta etapa se emplean potentes ordenadores cuya finalidad es conseguir:

• Resultar lo más atractivo posible.
• Que la transición a la fase de fabricación sea lo más fácil posible.
• Garantizar una alta funcionalidad y una larga vida útil.
• Mínimo número de piezas constituyentes.
• Alto número de piezas aprovechables para otros modelos.
• Ofrecer una buena relación calidad-precio.

Fase 3: Creación de Maquetas

Consiste en dar volumen al dibujo. Las maquetas pueden ser de escayola, arcilla, plastilina o materiales sintéticos, primero a escala 1:5 y luego a tamaño real. Esto permite estudiar su comportamiento aerodinámico, así como someterse a los primeros tests, como pueden ser los túneles de viento.

Fase 4: Construcción de Prototipos

En esta fase se requiere la máxima precisión, ya que transportar los datos del plano al modelo resulta imprescindible. Para ello se emplea la tecnología más moderna. Suelen montarse en instalaciones específicas utilizando prensas de estampación.

Fase 5: Pruebas

Una vez fabricado el prototipo, se inician una serie de pruebas para analizarlo a fondo. Estas incluyen:

• Comprobación de los motores (ensayos acústicos y vibraciones).
• Pruebas climáticas y medioambientales.
• Pruebas de impacto (crash tests) y de seguridad activa y pasiva.

Fase 6: Fabricación del Vehículo

Una vez que el prototipo ha superado todas las fases anteriores y se confirma su fiabilidad, se comienza la planificación de su fabricación. En las factorías se emplea el método del Just in Time (JIT), permitiendo aumentar la productividad y reducir el coste de la gestión. Las factorías suelen tener cuatro áreas principales:

1. Estampación
2. Soldadura
3. Pintura
4. Ensamblaje

Nuevas Técnicas de Fabricación para la Optimización de Peso

Actualmente existen novedosos conceptos de fabricación que reportan importantes ventajas en cuanto al peso de la carrocería, con el propósito de reducir los niveles de consumo de combustible y las emisiones de gases. Entre estas técnicas destacan:

Tailored Blanks (Chapas a Medida)

Esta técnica permite colocar con precisión varios aceros diferentes dentro de la estructura de una pieza, precisamente donde más se necesitan sus cualidades, eliminando cualquier masa que no contribuya a las prestaciones del conjunto. Existen dos variedades de esta técnica:

• Tailored Welded Blanks (TWB): Permite fabricar componentes con varios tipos de acero con el espesor suficiente en el lugar adecuado, uniéndolos mediante soldadura.
• Tailored Rolled Blanks (TRB): La diferencia con el anterior radica en el proceso de laminado de la bobina de acero que se utiliza para estampar la pieza, permitiendo variar el espesor dentro de la misma chapa.

Hidroconformación

Es un proceso de conformación plástica en frío que emplea un fluido hidráulico como medio para transmitir la energía. El proceso se basa en la expansión de un tubo recto de chapa de acero en una matriz cerrada con la forma deseada. Proporciona gran estabilidad dimensional y un alto límite elástico de la pieza al realizarse en frío.

Perfilado

Es un procedimiento que se realiza en frío en el que se somete una bobina de chapa a una operación de doblado, pasándola consecutivamente por una serie de rodillos. Estos rodillos realizan un proceso de deformación continua, donde cada grupo lleva a cabo una parte secuencial del doblado hasta que se obtiene el perfil de sección transversal deseado.

Tecnología Híbrida

Consiste en fabricar un componente combinando dos materiales de distinta naturaleza (normalmente un metal y un plástico), aprovechando las características que cada uno aporta para optimizar el rendimiento y el peso.

Tipos de Carrocería Según su Construcción

La carrocería debe destacar por su rigidez y su capacidad para absorber esfuerzos, golpes y vibraciones. Los sistemas de construcción principales son:

1. Carrocería y chasis separados
2. Carrocería con plataforma-chasis
3. Carrocería autoportante

Carrocería y Chasis Separados

La configuración básica está constituida por la unión de dos estructuras distintas: el bastidor y la carrocería. Esto permite gran robustez y resistencia para transportar cargas elevadas y elevada rigidez para poder soportar grandes esfuerzos estáticos y dinámicos. Sin embargo, su uso no está muy extendido debido a:

• Aumento considerable del peso.
• Menor control sobre las zonas de deformación.
• Centro de gravedad más alto.
• Mayor coste.

Carrocería con Plataforma-Chasis

La plataforma portante está constituida por un chasis aligerado formado por varias chapas, que forman una base fuerte y sirve a la vez de soporte de las partes mecánicas y de la carrocería. Esta última puede unirse siguiendo dos técnicas diferentes: atornillada a la plataforma o mediante soldadura por puntos o remaches.

Carrocería Autoportante

Es la más utilizada por los fabricantes. Parte de hacer una estructura metálica envolvente constituida por la unión de elementos de chapa, es decir, crear una caja resistente que a su vez se soporte a sí misma y a los elementos mecánicos que se fijen sobre ella. Proporciona:

• Gran ligereza, estabilidad y rigidez.
• Facilita su fabricación en serie.
• Tienen el centro de gravedad más bajo.
• Son más económicas.

Clasificación de las Carrocerías Autoportantes

Existen dos tipos principales:

Carrocería Autoportante con Elementos Desmontables

El diseño de este tipo de carrocerías permite que las piezas sean fácilmente desmontables. Suelen disponer de estructuras complementarias denominadas subchasis para sustentar las fijaciones del motor y elementos de los sistemas de suspensión y dirección, sujetándose a la carrocería por medio de tornillos.

Carrocería Autoportante Unida por Soldadura

El número de piezas desmontables está minimizado al máximo para conseguir una configuración lo más compacta posible. El armazón sustenta los conjuntos de suspensión, dirección, los acoplamientos del motor y el sistema de transmisión.

Aerodinámica Vehicular

Tipos de Coeficientes Aerodinámicos

Estos coeficientes son esenciales para medir la interacción del vehículo con el aire:

• Cx (Coeficiente de Penetración Aerodinámica): Mide la potencia que un cuerpo que se desplaza debe invertir para atravesar la masa de aire que lo rodea.
• CxS (Resistencia Aerodinámica Total): El producto de Cx por la superficie frontal (S). Proporciona una referencia clara de la resistencia total al aire que ofrece un vehículo.
• Cy (Coeficiente de Deriva): Mide el efecto del aire aplicado de forma lateral al vehículo, afectando a su estabilidad.
• Cz (Coeficiente de Sustentación): Hace referencia a las fuerzas aerodinámicas que inciden verticalmente sobre la carrocería.

Aditamentos Aerodinámicos

Una carrocería moderna debe ofrecer una escasa resistencia al aire. Los aditamentos más comunes son:

• Deflectores: Se pueden encontrar varias variedades: traseros, de bajos, laterales y delanteros.
• Alerones Traseros: Su función es encauzar la salida del aire, de tal forma que la corriente no origine turbulencias que puedan frenar el avance del vehículo. Con esto se consigue:
  • Garantizar una adecuada distancia al suelo.
  • Evitar que se ensucien las ventanillas laterales y la luneta trasera.
  • Incorporar retrovisores exteriores de tamaño funcional.

Pruebas y Seguridad Vehicular

Túneles de Viento

Un túnel de viento es un complejo dispositivo diseñado para determinar el efecto que produce un flujo de aire controlado y en movimiento (es decir, con determinadas condiciones de temperatura, presión, etc.) alrededor de un objeto.

La infraestructura básica consta de una turbina que introduce aire en una estancia. En el extremo opuesto se encuentra una estructura de salida al exterior o de recirculación del aire generado. Tipos comunes de túneles de viento:

• Túnel de viento aeroacústico
• Túnel de viento térmico
• Túnel de viento climático

Crash Tests (Pruebas de Impacto)

Los crash tests estudian diferentes casos de colisión con sus lesiones típicas y daños materiales. Las estadísticas sobre gravedad y tipos de accidentes permiten determinar los riesgos, con el objetivo de mejorar la seguridad y conseguir una mayor protección a los ocupantes.

Mediante estas pruebas se determinan los fenómenos técnicos y físicos implicados en una colisión y el comportamiento de la carrocería en caso de impacto, utilizando la medición de los esfuerzos soportados por los dummies (maniquíes de prueba).