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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