Un automóvil solar es un vehículo con energía solar utilizado para el transporte terrestre. En 1955 se presentó el primer coche solar: era un modelo de 15 pulgadas pequeña, compuesto de 12 células fotovoltáicas de selenio y un pequeño motor eléctrico1. Desde esa demostración exitosa, grandes esfuerzos se han realizado en todo el mundo para demostrar la viabilidad de la movilidad solar sostenible.
El diseño de un vehículo solar2 está severamente restringido por la cantidad de energía de entrada en el coche, que es bastante limitado en condiciones normales. Algunos prototipos han sido diseñados para uso público, aunque no hay coches principalmente alimentadas por el sol están disponibles comercialmente. De hecho, coches solares parecen lejos de un uso común en la vida cotidiana, dada sus límites actuales, especialmente en términos de costo, variedad y funcionalidad. Al mismo tiempo, representan un banco de prueba válida para el desarrollo de nuevas metodologías, en los planos de diseño y fabricación, combinando tecnología emplean en sectores industriales avanzados, como la aeroespacial, la alternativa, y automotriz. Además, la mayoría de automóviles solares se han construido con el fin de las carreras de coches solares, brillo eventos alrededor del mundo, cuyos participantes son principalmente las universidades y centros de investigación que se cuenta con la investigación de soluciones óptimas para cada problema técnico. En particular, los organizadores de las competiciones más importantes (por ejemplo, el desafío Solar Mundial) han adoptado una estrategia de desarrollo de las normas de carrera que pretende llevar estos vehículos extremos tan cerca como sea posible a lo más tradicional medios de transporte. Específicamente, después de muchos años en los que los vehículos eran solos-seaters y diseñado viajar la ruta como rápidamente como sea posible, la emergente categoría de vehículos crucero ha sido recientemente introducido y desarrollado para el transporte de pasajeros más eficiente.
Para estos vehículos, los requisitos técnicos se han convertido en aún más estrictos. De hecho, no sólo tienen que garantizar la máxima eficiencia energética, pero también deben cumplir con condiciones de ingeniería más complejas vinculadas a diferentes funcionalidades. Por ejemplo, la posibilidad de transportar un mayor número de ocupantes hace más difícil garantizar las condiciones de seguridad y conducción. El esfuerzo se hace más complicado debido al aumento de peso global y la necesidad de insertar un mucho más grande paquete de la batería, mientras que espacios internos deben ser reducidos, haciendo el posicionamiento de los mecánicos de difícil.
Debe abordarse una nueva filosofía de diseño, incluyendo una visión diferente del uso de materiales y fabricación. En primer lugar, deben seleccionarse materiales basados en el cociente del fuerza-a-peso más alto y, como consecuencia directa, plásticos de la fibra de carbono reforzado representan una solución óptima. Además, deben implementarse estratagemas específicas en el diseño.
En el presente artículo, se describen los procedimientos empleados para el diseño de algunas de las partes estructurales más importante del vehículo solar, como incluso una prueba de accidente computacional, su chasis monocasco y la suspensión. El alcance final es obtener rápidamente un vehículo solar con el peso lo menos posible, en una relación inversa con las reglas de aerodinámica y raza.
Obviamente, la búsqueda para el material óptimo en términos de la relación entre resistencia y peso está limitada por la tecnología empleada, que es el moldeado de la autoclave de preimpregnados CFRP. El objetivo de los métodos seleccionados es la determinación rápida de la opción óptima del material en cuanto a la tipología de capas dentro de un rango finito de posibilidades y en términos de Lay. De hecho, el diseño con materiales compuestos implica la elección simultánea de propiedades geométricas de las secciones de material específico y de la tecnología adecuada (que, en el caso presentado aquí, estaba determinado a priori, como sucede a menudo).
Varios concursos de reconocido rendimiento interurbano para los vehículos eléctricos solares han llevado a cabo en todo el mundo en las últimas décadas, con las universidades de primera categoría y centros de investigación, que son los principales agentes de promoción para el desarrollo de esta movilidad tecnología. Sin embargo, la competitividad que se ejecuta en este campo de investigación en alianza con los límites de la propiedad intelectual es una serio limitante para la difusión del conocimiento en la materia. Para ello, la revisión de cuentas de diseño solar del coche para pocos (y a veces anticuadas) referencias, incluso cuando todos investigaciones se basan en esta encuesta3, que es por qué se recomienda la realización de trabajos como el presente.
Independientemente de qué aspecto del diseño del vehículo está siendo mejorado, un objetivo común tiene siempre como objetivo: el logro de mayor eficiencia energética. Cambios productivos en el diseño no están siempre basadas en tecnologías de vanguardia, ya que pueden basarse meramente en mecánica como bajar el centro de gravedad del vehículo para aumentar su estabilidad (que es particularmente importante para competiciones organizadas en el desierto regiones4 debido al viento lateral ráfagas5) o reducir el peso de vehículo piezas6-de que un 10% de reducción de peso global de vehículos eléctricos puede deducir hasta un 13,7% en ahorro de7. Estrategias de gestión de energía completo también se utilizan en los eventos de la raza para asegurar el mejor rendimiento posible, donde emocionantes velocidades máximas de 130 km/h y solo cargas que duran para más de 800 km se pueden obtener en clase crucero coches8.
El estudio del vehículo aerodinámica5,9,10 es importante para asegurar la poca resistencia del aire y suavidad durante la conducción, donde los principales aspectos a controlar son una reducción del coeficiente de arrastre para Deje el coche para moverse mientras que el gasto menos energía y el coeficiente de elevación que se mantendrán negativo para garantizar que el coche es segura y estable unido a la tierra, incluso a velocidades más altas.
Otro parámetro importante a ser diseñado es el sistema de suspensión, que se aplica generalmente en vehículos regulares con los fines única de proporcionar comodidad, estabilidad y seguridad, pero en coches solares debe ser luz. Este importante aspecto se ha explorado desde 199911 en estudios que incluyeron ballestas fibra de vidrio y, más recientemente, con fibra de carbono12 que, cuando se utiliza para constituir wishbone enlaces13, ha demostrado para proporcionar no sólo peso reducción, sino un factor de mejora de la seguridad. Aunque doble-wishbone suspensión, sin duda, más a menudo se utiliza en coches solar14, el presente estudio considera un resorte plano transversal construido con fibra de carbono, pues es un sistema de suspensión más simple y más ligero con menor peso no suspendido.
En cuanto a la fabricación del chasis, la construcción de una estructura monocasco de fibra de carbono ha demostrado dar una ventaja considerable en el rendimiento, siendo una restricción de diseño indispensable para los actuales más destacados4,8 ,equipos de coche solar de15 . El uso de fibra de carbono es vital para la ejecución del vehículo, permitiendo que los equipos para la construcción de vehículos donde cada uno de los componentes estructurales (o diferentes partes de la misma estructura, como en el chasis) tiene una cantidad óptima de fibras en capas en calculado orientaciones. Para que, en este trabajo, el material propiedades han sido evaluadas a través de estandardizado pruebas experimentales, como la prueba de flexión de tres puntos y la cizalla interlaminar (ILSS) prueba.
Para asegurar estabilidad dimensional durante el ciclo de polimerización, la construcción generalmente se realiza con vacío con bolsas y4 moldes de fibra de carbono que, a su vez, se laminan en espuma de alta densidad molida precisamente o patrones de aluminio de moldeo por autoclave. La mayoría de las partes está constituida por estructuras sándwich (es decir, con las fibras de la piel y de materiales de la base de peso extremadamente ligero que sirven para atribuir la flexión resistencia a compuestos con un peso extremadamente bajo). Además, la fibra del carbón también es ventajosa para ofrecer mayores niveles de vibración seguridad contra fenómenos de resonancia12.
Con el objetivo de certificar la seguridad de los pasajeros en los eventos de accidente, pruebas de choques implican generalmente desperdiciador de tiempo y antieconómicas, experimentales y destructivas pruebas con vehículos de la muestra. Una tendencia que está ganando gran popularidad es accidente simulado por ordenador de pruebas, donde estas simulaciones investigar la seguridad de los ocupantes del coche durante diferentes tipos de impactos (por ejemplo, impacto frontal, lateral frontal, offset y rodillo encima) . Dada la importancia de realizar un análisis de accidente en un vehículo de carretera y la factibilidad de hacerlo a través de la modelización numérica, la presente investigación pretende identificar las áreas más críticas del vehículo solar, en términos tanto tensión máxima y deformación, para permitir una hipótesis de mejora de la estructura.
Numérica crash test de vehículos solares realizadas por este medio no tiene precedente. Teniendo en cuenta la falta de bibliografía en la investigación y las normas específicas para este enfoque innovador auto solar, suponía una adaptación que considere el impacto del vehículo en un obstáculo rígido a su velocidad media. Por eso, la modelización de la geometría del vehículo y la simulación (incluyendo acoplamiento de Constitución y simulación puesta en marcha) se han realizado en diferentes software apropiado. El uso de fibra de carbono para la estructura del vehículo se justifica también por su comportamiento de resistencia a los golpes, que ya se ha demostrado para ser más alto que el de otros materiales como composites de fibra de vidrio, en pruebas de colisión de vehículos eléctricos16.