Chasis del vehículo

El perfil en C, el más común, se ha utilizado en casi todo tipo de vehículos en algún momento. Se fabrica a partir de una pieza plana de acero (con un espesor que suele oscilar entre 1/8" y 3/16", pero que puede llegar a 1/2" o más en algunos camiones de servicio pesado ^{[ 3 ] [ 4 ]} ) y se doblan ambos lados para formar una viga en forma de C que recorre toda la longitud del vehículo. El perfil en C suele ser más flexible que el perfil rectangular del mismo calibre.

Los marcos de los sombreros tienen forma de "U" y pueden estar en posición normal o invertida, con la abertura hacia abajo. No se usan comúnmente debido a su fragilidad y propensión a oxidarse. Sin embargo, se pueden encontrar en automóviles Chevrolet de 1936 a 1954 y en algunos Studebaker .

Tras haber sido abandonada durante un tiempo, la estructura tipo sombrero recuperó popularidad cuando las empresas comenzaron a soldarla a la parte inferior de los automóviles monocasco, creando así una estructura de caja.

Originalmente, los bastidores de sección rectangular se fabricaban soldando dos perfiles en C idénticos para formar un tubo rectangular. Sin embargo, las técnicas modernas utilizan un proceso similar al de la fabricación de perfiles en C, en el que una pieza de acero se dobla en cuatro lados y luego se suelda en los puntos donde se unen ambos extremos.

En la década de 1960, los chasis de sección rectangular de los automóviles estadounidenses convencionales se soldaban por puntos en varios lugares a lo largo de la costura; cuando se transformaban en coches de carreras "stock car" de la NASCAR, la estructura se soldaba de forma continua de extremo a extremo para mayor resistencia.

Aunque a primera vista parezcan simples estructuras metálicas, los bastidores soportan tensiones considerables y se construyen en consecuencia. El primer aspecto a considerar es la altura de la viga, es decir, la altura del lateral vertical del bastidor. Cuanto más alto sea el bastidor, mayor será su resistencia a la flexión vertical al aplicar fuerza en su parte superior. Por este motivo, los camiones semirremolques tienen bastidores más altos que otros vehículos, en lugar de simplemente más gruesos.

A medida que la estética, la comodidad de la marcha y el manejo cobraron mayor importancia para los consumidores, se incorporaron nuevas formas a los chasis. Las más visibles son los arcos y los alerones. En lugar de extenderse rectos sobre ambos ejes , los chasis arqueados se asientan más bajos —aproximadamente a la altura de los ejes— y se curvan hacia arriba sobre ellos para luego descender por el otro lado, permitiendo la colocación del parachoques. Los alerones hacen lo mismo, pero sin curvarse hacia abajo, y son más comunes en la parte delantera.

Otra característica son los rieles cónicos que se estrechan vertical u horizontalmente delante de la cabina del vehículo. Esto se hace principalmente en camiones para ahorrar peso y aumentar ligeramente el espacio para el motor, ya que la parte delantera del vehículo no soporta tanta carga como la trasera. Los avances en el diseño incluyen bastidores que utilizan múltiples formas en el mismo riel. Por ejemplo, algunas camionetas pickup tienen un bastidor de sección cerrada delante de la cabina, rieles más cortos y estrechos debajo de la cabina y rieles en forma de C debajo de la caja.

En los bastidores perimetrales, las zonas donde los rieles se conectan de adelante hacia el centro y de centro hacia atrás son más débiles en comparación con los bastidores regulares, por lo que esa sección se refuerza, creando lo que se denomina "cajas de torsión".

Originalmente conocido como "estructura tubular", el bastidor espacial (también llamado "estructura espacial") utiliza tubos de acero, aleación o fibra de carbono para crear un esqueleto tridimensional portante, al que se fijan la suspensión, el motor y los paneles de la carrocería. Dado que los paneles de la carrocería tienen una función estructural limitada o nula, se utiliza la geometría para maximizar la rigidez y minimizar el peso, empleando frecuentemente triángulos donde todas las fuerzas en cada puntal son de tracción o compresión. La ausencia de fuerzas de flexión permite mantener los elementos con un peso y una sección transversal mínimos.

Los primeros chasis de estructura espacial verdaderos fueron diseñados y producidos en la década de 1930 por Buckminster Fuller y William Bushnell Stout , quienes comprendieron la teoría que los sustentaba ya sea desde la arquitectura o el diseño aeronáutico, dando como resultado el Dymaxion , similar a un autobús, y el Stout Scarab . ^{[ 7 ]} Los objetivos eran maximizar el espacio y minimizar el peso.

Gracias a su elevada relación resistencia-peso, el chasis espacial se adaptó a las carreras de automóviles tras la Segunda Guerra Mundial. El Jaguar C-Type de 1951 , un deportivo de competición, utilizaba un chasis ligero, multitubular y triangulado sobre el que se fabricaba una carrocería aerodinámica de aluminio. Este diseño se popularizó con la presentación en 1954 del Mercedes-Benz 300 SL "Gullwing", el automóvil de carretera más rápido de su época. Los umbrales excepcionalmente altos del coche hacían que las puertas convencionales resultaran poco prácticas, dando origen a las icónicas puertas de ala de gaviota del modelo .

En 1994, el Audi A8 fue el primer automóvil de producción en masa con chasis de aluminio, lo cual fue posible gracias a la integración de una estructura espacial de aluminio en la carrocería. Desde entonces, los modelos Audi A8 han utilizado este método de construcción, desarrollado en colaboración con Alcoa y comercializado como Audi Space Frame . ^{[ 8 ]}

Un bastidor tubular que no soporta carga no es un verdadero bastidor espacial. El término italiano Superleggera (que significa "superligero") se registró como marca comercial para la construcción de carrocerías ligeras de coches deportivos que, sin embargo, requieren su propio chasis, y por lo tanto, solo se asemejan a un chasis de bastidor espacial en su aspecto general y método de construcción. Utiliza una red geodésica de tubos estrechos que discurren bajo la carrocería, suben por los guardabarros y pasan por encima del radiador, el capó y el techo, y por debajo de la luneta trasera, para dar forma y puntos de fijación a una chapa metálica, normalmente de aluminio para ahorrar peso, ya que la rigidez no es un factor importante.

Ejemplos de carrocerías monocasco integradas

Citroën Traction Avant con carrocería monocasco (1934)

Dibujo en sección transversal del Nash Ambassador 600 de 1942

Saab 9000 "célula de seguridad" en rojo y naranja (2005)

El Polski Fiat 126p muestra refuerzos soldados bajo el piso, pero no un bastidor distintivo.

Los términos "monocasco" y "carrocería unitaria" son abreviaturas de "carrocería unitaria", "construcción unitaria" o, alternativamente, carrocería y bastidor/chasis (totalmente) integrados. Se define como: ^{[ 9 ]}

Un tipo de construcción de carrocería/chasis en la que la carrocería del vehículo, su piso y el chasis forman una sola estructura. Este diseño suele ser más ligero y rígido que un vehículo con carrocería y chasis separados.

La estructura del vehículo ha pasado de la arquitectura tradicional de carrocería sobre bastidor a la estructura de carrocería unitaria/integrada más ligera que se utiliza actualmente en la mayoría de los automóviles. ^{[ 10 ]}

La construcción integral de la carrocería y el chasis requiere más que simplemente soldar una carrocería sin carga a un chasis convencional. En una estructura de carrocería totalmente integrada, todo el vehículo constituye una unidad portante que soporta todas las cargas a las que está sometido: las fuerzas de la conducción y las de la carga. Las carrocerías integrales para vehículos de ruedas se fabrican normalmente soldando paneles metálicos preformados y otros componentes, mediante el conformado o la fundición de secciones completas en una sola pieza, o combinando estas técnicas. Si bien a veces también se la denomina estructura monocasco , dado que la piel exterior y los paneles del vehículo son portantes, aún existen nervaduras, mamparos y secciones de caja para reforzar la carrocería, por lo que la descripción de semimonocasco resulta más apropiada.

El primer intento de desarrollar dicha técnica de diseño se realizó en el Lancia Lambda de 1922 para proporcionar rigidez estructural y una menor altura a su carrocería tipo torpedo . ^{[ 11 ]} El Lambda tenía una disposición abierta con techo sin tensión, lo que lo hacía menos parecido a una carrocería monocasco y más a un cuenco. Se produjeron mil unidades. ^{[ 12 ]}

Un papel clave en el desarrollo de la carrocería unitaria lo desempeñó la empresa estadounidense Budd Company, ahora ThyssenKrupp Budd . ^{[ 12 ]} Budd suministró carrocerías de acero prensado, montadas en bastidores separados, a los fabricantes de automóviles Dodge , Ford , Buick y la empresa francesa Citroën .

En 1930, Joseph Ledwinka , ingeniero de Budd, diseñó un prototipo de automóvil con una construcción totalmente unitaria. ^{[ 13 ]}

Citroën adquirió este diseño de carrocería monocasco para el Citroën Traction Avant . Este automóvil de gran volumen y producción en masa se presentó en 1934 y vendió 760.000 unidades durante los siguientes 23 años de producción. ^{[ 12 ]} Esta aplicación fue la primera iteración de la integración estructural moderna de carrocería y chasis, utilizando láminas de acero estampadas profundamente soldadas por puntos en una jaula estructural, que incluía umbrales, pilares y vigas del techo. ^{[ 11 ]} Además de una carrocería monocasco sin bastidor separado, el Traction Avant también presentaba otras innovaciones como la tracción delantera . El resultado fue un vehículo bajo con un interior abierto y de piso plano. ^{[ 14 ]}

Para el Chrysler Airflow (1934-1937), Budd proporcionó una variante: tres secciones principales de la carrocería del Airflow se soldaron en lo que Chrysler denominó una estructura de celosía. Desafortunadamente, este método no fue ideal debido a los deficientes ajustes de los paneles. ^{[ 12 ]} Para convencer a un público escéptico de la resistencia de la carrocería monocasco, tanto Citroën como Chrysler crearon anuncios publicitarios que mostraban automóviles que sobrevivían tras ser arrojados por un acantilado. ^{[ 12 ]}

Opel fue el segundo fabricante europeo y el primero alemán en producir un automóvil con estructura monocasco: la producción del compacto Olympia comenzó en 1935. Un Kapitän más grande entró en producción en 1938, aunque sus vigas longitudinales delanteras se estampaban por separado y luego se unían a la carrocería principal. Tuvo tanto éxito que el GAZ-M20 Pobeda soviético de producción en masa de 1946 copió la estructura monocasco del Opel Kapitän. ^{[ 15 ]} Posteriormente, la limusina soviética GAZ-12 ZIM de 1950 introdujo el diseño monocasco en automóviles con una distancia entre ejes de hasta 3,2 m (126 pulgadas). ^{[ 16 ]}

El Lincoln-Zephyr de 1936 , con su diseño aerodinámico y la configuración convencional de motor delantero y tracción trasera, utilizaba una estructura monocasco. ^{[ 17 ]} Para 1941, la construcción monocasco ya no era una idea nueva para los automóviles, "pero era algo inaudito en el sector de bajo precio [estadounidense] [y] Nash quería una mayor participación en ese mercado". ^{[ 18 ] [ 19 ]} La construcción monocasco del Nash 600 proporcionó ahorros de peso y el presidente y director ejecutivo de Nash, George W. Mason, estaba convencido de que "la carrocería monocasco era la tendencia del futuro". ^{[ 20 ] [ 21 ]}

Desde entonces, más automóviles fueron rediseñados a la estructura monocasco, que ahora se considera estándar en la industria. ^{[ 21 ]} Para 1960, los Tres Grandes de Detroit utilizaban el diseño de carrocería monocasco en sus autos compactos ( Ford Falcon , Plymouth Valiant y Chevrolet Corvair ). Después de que Nash se fusionara con Hudson Motors para formar American Motors Corporation , sus automóviles con la insignia Rambler continuaron fabricando exclusivamente variantes de la carrocería monocasco.

Aunque el Chrysler Airflow de 1934 tenía un bastidor y una estructura de carrocería más débiles de lo habitual, soldados al chasis para proporcionar rigidez, en 1960, Chrysler pasó de la construcción de carrocería sobre bastidor a un diseño de carrocería monocasco para la mayoría de sus automóviles. ^{[ 22 ]}

La mayoría de los automóviles monocasco de fabricación estadounidense utilizaban cajas de torsión en el diseño de sus vehículos para reducir las vibraciones y la flexión del chasis, a excepción del Chevy II , que tenía un faldón delantero atornillado (erróneamente denominado subchasis ).

La carrocería monocasco es ahora la construcción preferida para los automóviles de producción en masa. Este diseño ofrece ahorro de peso, mejor aprovechamiento del espacio y facilidad de fabricación. El rápido desarrollo de los métodos de análisis de elementos finitos (FEA) en la década de 1970 permitió a los ingenieros optimizar fácilmente las estructuras monocasco para lograr resistencia, protección contra impactos y un mínimo consumo de material. Su aceptación creció drásticamente tras las dos crisis energéticas de la década de 1970 y la de la década de 2000 , en las que los SUV compactos que utilizaban una plataforma de camión (principalmente en el mercado estadounidense) se sometieron a las normas CAFE después de 2005 (a finales de la década de 2000, los SUV compactos basados ​​en camiones fueron eliminados gradualmente y reemplazados por crossovers). Una ventaja adicional de un automóvil con carrocería robusta reside en la mayor protección contra impactos para sus pasajeros.