Post on 13-Nov-2021
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Simulador de frenado Daniel Barriga Flores, José Nicolás Ponciano Guzmán
Tecnológico de Monterrey Escuela de Ingeniería, Arquitectura, Arte y Diseño, Campus Morelia
dbarriga@itesm.mx, jponciano@itesm.mx Resumen
El presente artículo describe de manera general el proceso seguido para desarrollar el prototipo de un
simulador de frenado, así como algunos de los resultados obtenidos. El proyecto surge de la
necesidad de que los jóvenes sean conscientes y responsables de las implicaciones de conducir un
vehículo de manera inadecuada y sin respetar los señalamientos de tránsito, de manera que el
simulador se construyó tomando en cuenta algunas de las variables que influyen en el proceso de
frenado.
Se cortó el espacio correspondiente al asiento del conductor en la cabina de un vehículo, así como el
volante, la palanca de velocidades y los pedales, y se le instalaron diversos elementos mecánicos,
dispositivos electrónicos y computacionales. Mediante la programación de estos dispositivos se
simularon diferentes situaciones de frenado. Es posible variar los valores de algunos parámetros tales
como la velocidad del vehículo, el coeficiente de fricción de las llantas con el piso y el tiempo de
reacción del conductor.
El prototipo será utilizado para sensibilizar y concientizar a los alumnos del campus sobre los
beneficios de atender las indicaciones de tránsito, por ejemplo respetar los límites de velocidad
establecidos y no conducir bajo los efectos del alcohol u otras drogas, pues son situaciones que
modifican la percepción de la realidad y que no permiten reaccionar con la rapidez necesaria ante una
emergencia. En general, el uso del simulador resalta la importancia de la educación vial y de la
conducción responsable.
Palabras clave:
Simulador, frenado, competencias, ciudadanía.
1. Introducción
Actualmente, aunque el automóvil resulta indispensable en nuestra vida cotidiana, no se usa
adecuadamente, ya que todos los días se producen numerosos accidentes automovilísticos. Los
costos de las pérdidas materiales son estratosféricos y para una familia pueden significar la pérdida
de su patrimonio (Castro, 2014) (SUPCORP, 2013). Sin embargo, lo anterior no es lo más grave, ya
que las secuelas de los accidentes pueden ser desde lesiones leves, hasta aquellas que provocan
invalidez o la pérdida de la vida, lo cual “representa la segunda causa de orfandad en el país”
(Martínez, 2013).
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Revisando los datos del INEGI (INEGI, 2016), resulta sorprendente descubrir que el 90% de los
“accidentes” son responsabilidad directa de los conductores debido a que usaban el celular, se
maquillaban, conducían en estado de ebriedad (Bureau, 2015) o bajo los efectos de sustancias
prohibidas; adicionalmente, casi el 22% de los accidentados no usaban el cinturón de seguridad, lo
cual seguramente agravó sus lesiones.
Un conductor responsable toma en cuenta diversos factores mientras maneja: las condiciones
mecánicas del automóvil, las distancias, los tiempos estimados, la velocidad a la que se puede viajar,
el tiempo de reacción o las áreas por las que transitará, pues las condiciones de las superficies en
contacto con los neumáticos pueden cambiar súbitamente, por ejemplo, debido al clima.
(BOSH, 2005)
1.1 Planteamiento del problema
Ya que la educación puede reducir el número de accidentes automovilísticos, los conductores
deberían conocer las causas más comunes de los accidentes, así como las variables que pueden
controlar para hacer seguro el proceso, por ejemplo: la velocidad del auto, el tiempo de reacción y la
distancia recorrida durante el frenado.
Los conductores no consideran el tiempo de reacción, lo cual es un factor para establecer los límites
de velocidad en las diferentes vías de tránsito vehicular; pero sobre todo, este determina la distancia
recorrida desde el momento en que se toma la decisión de frenar hasta que el auto se detiene
completamente. Los conductores tampoco toman en cuenta si existen escuelas, hospitales,
mercados, etc., y desconocen los límites máximos de velocidad establecidos para estos sitios,
información que el Gobierno de México publicó en el Diario Oficial de la Federación (SEGOB, 2003) y
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que dio a conocer al Observatorio Iberoamericano de Seguridad Vial (OISEVI, 2016). En la Tabla 1 se
muestra dicha información.
1.2 Objetivo de la investigación Mediante la construcción y el uso del simulador de frenado, se busca que nuestros estudiantes
obtengan nuevos aprendizajes y refuercen sus valores, es decir, que desarrollen competencias
profesionales y ciudadanas. Principalmente:
− Comprenderán los conceptos de cinemática lineal y dinámica de traslación: velocidad,
aceleración y distancia.
− Determinarán las condiciones óptimas para una conducción segura mediante el análisis de
los diversos resultados.
− Crearán conciencia en la comunidad estudiantil sobre la importancia de conducir un automóvil
con precaución y seguridad, fortaleciendo así sus valores ciudadanos.
2. Desarrollo
Para reforzar la importancia de la educación vial, se construyó un prototipo que permite emular el
frenado de un automóvil; con él, los estudiantes simularon diferentes escenarios de conducción
donde debe frenarse rápidamente, tras lo cual midieron su tiempo de reacción.
2.1 Marco teórico
Para la realización del proyecto se utilizó la técnica de aprendizaje basado en problemas, formada por
las cuatro etapas enunciadas a continuación:
1) Generación de ideas sobre el problema
2) Conceptualización del problema
3) Optimización de rutas para la solución
4) Implementación de acciones para la solución
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Por supuesto, una de las actividades fundamentales para la realización del proyecto ha sido la
investigación documental, ya que la información estadística sobre los accidentes automovilísticos es
crucial para la divulgación, la reflexión ética y ciudadana, y la toma de conciencia.
2.2 Diseño metodológico
Para la ejecución del proyecto se realizaron diversas actividades:
• Revisar bibliografía de estadísticas de accidentes automovilísticos (causas, consecuencias,
costos en pérdidas materiales, económicas y vidas humanas).
• Estudiar y comprender los conceptos de fricción y su influencia en el frenado.
• Identificar las variables que influyen en los sistemas de frenado, tales como fuerzas de acción
y de reacción.
• Medir la influencia del factor humano durante el frenado, por ejemplo, el tiempo de reacción.
• Determinar las principales causas que influyen en el tiempo de reacción.
• Calcular las distancias recorridas durante el frenado de un auto.
• Conocer diversos sistemas de frenado y los fundamentos de su funcionamiento.
• Hacer el análisis cinemático para determinar las ecuaciones de posición, velocidad y
aceleración del mecanismo de frenado.
• Hacer el análisis cinético para determinar las fuerzas de reacción en las uniones entre barras
del mecanismo de frenado, para dimensionar, determinar esfuerzos y seleccionar los
materiales requeridos, con base en la resistencia mecánica por fatiga.
• Determinar la ventaja mecánica en cada uno de los mecanismos a utilizar.
• Diseñar el prototipo del simulador de frenado.
Posterior a la investigación documental y al análisis del problema, se estableció la manera en que se
construiría el prototipo: características mecánicas, software para el diseño de la interfaz, alcances de
funcionamiento del prototipo, etc., y se determinó formar cinco grupos de trabajo, cada uno de los
cuales realizó actividades específicas:
• Desarrollo de modelos matemáticos
• Mecánica, hojalatería y pintura
• Instrumentación y control
• Adaptación de sensores
• Programación
Una de las decisiones más importantes que se tomó durante esta fase, fue que el simulador se
construiría en una cabina cortada de un vehículo de deshecho. Esta situación permitió al grupo
analizar el tipo de cortes requeridos para el desmantelamiento y aprender sobre las herramientas
adecuadas para llevarlo a cabo.
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Adicionalmente, se eligieron y simularon con el software tres situaciones de emergencia en donde un
conductor debe frenar abruptamente; para las pruebas con los usuarios del simulador se escogieron
algunos distractores, por ejemplo, hacerles una llamada telefónica o que uno de los compañeros les
distrajera platicando con ellos.
Los conocimientos que los estudiantes necesitaron para los análisis y cálculos fueron adquiriéndose a
lo largo del semestre bajo la guía del profesor, a la par que se diseñaron y construyeron las distintas
partes que conforman el simulador.
2.3 Resultados
El desarrollo del prototipo fue retador para los estudiantes, ya que debieron realizar diversas
actividades. La adecuación de la cabina requirió desmantelar, hacer cortes, quitar y poner diversas
piezas, lo cual necesita destrezas muy particulares, así como la elaboración y adaptación de los
dispositivos electrónicos y mecánicos para la toma de datos, y la programación necesaria para la
interfaz y para el procesamiento de los datos. Es de resaltarse que mucho del trabajo debió hacerse
en equipo, lo que fortalece sus competencias transversales.
Todo lo anterior brindó a los estudiantes diversos escenarios para su aprendizaje, fortaleciendo sus
estrategias de estudio y adquisición de conocimientos. También fomentó sus habilidades sociales y
les mostró que el conocimiento escolar está vinculado con la realidad cotidiana, por lo que es
importante conocer, y respetar, los marcos regulatorios que nos rigen, así como su razón de ser.
El simulador de frenado será utilizado en diversas actividades internas y extramuros, ferias o
exposiciones, para entrenar, sensibilizar y concientizar al alumnado y al público en general, sobre la
importancia de la educación vial, los riesgos de conducir un automóvil bajo los efectos del alcohol u
otras drogas, así como los beneficios de respetar las indicaciones de tránsito.
Se ha considerado que, como una estrategia de educación integral, se presentarán las estadísticas
de accidentes automovilísticos. Se mostrarán las causas, consecuencias, costos económicos en
pérdidas materiales y vidas humanas que estos ocasionan. Como el factor humano es una de las
principales causas de accidentes (recostar el asiento del piloto, conducir con exceso de velocidad,
manejar con cansancio, no respetar los señalamientos viales, usar el celular, ver videos o películas,
oír música a muy alto volumen), se debe promover la reflexión y el análisis sobre dichos factores, ya
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que el conductor tiene control sobre ellos e influyen en el desplazamiento total de un vehículo durante
el proceso de frenado, que varía en cada situación.
Con la información obtenida durante las simulaciones, el prototipo calcula la distancia recorrida en
cada uno de los escenarios desarrollados, validando así la teoría de la cinemática de la traslación.
También se estudiaron los diferentes sistemas de seguridad y, como parte del contenido de la materia
(“Diseño y desarrollo de máquinas”), se calcularon los niveles de esfuerzo en los puntos críticos de
los componentes mecánicos del simulador.
2.4 Discusión (análisis e interpretación de resultados)
Se realizaron diversas corridas con el simulador, donde participaron alumnos y colaboradores,
algunos elegidos al aza y otros por invitación directa.
En todos los casos se hicieron las diferentes simulaciones con y sin distractores, de manera que al
comparar los resultados pudo observarse que los tiempos de reacción cambian de manera
importante, lo cual se traduce en desplazamientos mayores durante el frenado. Consecuentemente,
los márgenes de seguridad se pueden ampliar viajando a menores velocidades y estando atento al
proceso de conducción.
Conclusiones
Al término del proyecto se consiguieron los objetivos planteados, ya que los estudiantes desarrollaron
diversas habilidades tanto académicas como sociales, por ejemplo el autoaprendizaje, el trabajo en
equipo, el respeto, la tolerancia, y la responsabilidad y compromiso con las problemáticas sociales.
En suma, la realización del proyecto desarrolló competencias tanto disciplinares como de egreso.
Se terminó de construir el prototipo con las características propuestas al inicio. Al llevar a cabo las
pruebas, se observaron oportunidades de mejora que se implementarán en el semestre de enero
próximo; por ejemplo, se consideró incluir una palanca de velocidades electrónica y una computadora
asignada al prototipo. Adicionalmente, se ha considerado diseñar un experimento estadístico para
realizar el análisis de datos correspondiente.
El uso del prototipo ha permitido que nuestros alumnos se sensibilicen acerca de la importancia de
conducir responsablemente un vehículo automotor, así como de la importancia de respetar los
señalamientos de tránsito; es decir, el prototipo permite generar mayor responsabilidad social.
Reconocimientos
Los autores agradecemos el apoyo recibido para la realización de este proyecto a:
• Fondo NOVUS, del Tecnológico de Monterrey
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• Lic. Fernando San Miguel Castillo, Director Automotriz en Citelis
• Lic. Oscar Corona López, Director de la Agencia 325 de Grupo Nacional Provincial S.A.B.
Referencias
• Bureau, M. (3 de junio de 2015). Motorpasion México. From
http://www.motorpasion.com.mx/seguridad/las-ocho-causas-por-las-cuales-los-jovenes-
chocan
• BOSH. (2005). Sistemas para la estabilización del vehículo. From
https://books.google.com.mx/books?isbn=3865220894
• Castro, C. (27 de septiembre de 2014). Dinero en imagen. From
http://www.dineroenimagen.com/2014-09-27/43991
• INEGI. (2016). Accidentes de tránsito terrestre en zonas urbanas y suburbanas. From
http://www.inegi.org.mx/sistemas/olap/proyectos/bd/continuas/transporte/accidentes.asp
• Martínez, Á. C. (25 de marzo de 2013). La Jornada. From
http://www.jornada.unam.mx/2013/03/25/sociedad/041n1soc
• OISEVI. (2016). OISEVI. From http://www.oisevi.org/a/index.php/normativas/limites-legales-y-
sanciones/limites-legales-de-velocidad
• SUPCORP. (17 de marzo de 2013). Empresa y entorno. From
http://www.empresayentorno.com/conoce-las-cifras-de-accidentes-en-mexico/
• SEGOB. (28 de julio de 2003). Diario Oficial de la Federación. From
http://dof.gob.mx/nota_detalle.php?codigo=708845&fecha=28/07/2003