sistema retrovisor completamente integrado en el interior

SISTEMA RETROVISOR COMPLETAMENTE INTEGRADO EN EL
INTERIOR DEL AUTOMOVIL
Cremades Oliver, L.V.(*); Ruscalleda Alvarez, C.; González Benítez, M.; Sierra Garriga, C.
Area: Proyectos de Ingeniería
Dpto.: Proyectos de Ingeniería
Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)
ETSEIB, Av. Diagonal 647, planta 10, 08028 Barcelona
Tfn.: +34 934011750 Fax: +34 933340255 e-mail: [email protected]
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RESUMEN
Desde su invención en 1911, los sistemas retrovisores de los automóviles han ido
evolucionando hasta convertirse hoy en día en uno de los sistemas de seguridad más
importantes en un automóvil. No obstante, en el diseño de los retrovisores no se ha llegado
aún a una solución que pueda considerarse satisfactoria. En efecto, tal como lo demuestran
diversos estudios, el sistema actual compuesto por un simple espejo interior más dos espejos
exteriores no es suficientemente fiable como para garantizar la seguridad, esto es, poseer una
retrovisión completa sin ángulos muertos, a la hora de realizar cambios de carril o giros.
La solución del empleo de cámaras de video tampoco está exenta de problemas: tiene un
coste considerable comparado con el sistema convencional de espejos retrovisores y es más
vulnerable a averías, golpes o hurtos.
En esta comunicación se presenta un nuevo sistema de retrovisión que hemos desarrollado,
basado en el diseño de un nuevo espejo retrovisor instalado en el interior del habitáculo del
automóvil. Este sistema comporta dos mejoras respecto al sistema convencional: 1) permite
eliminar los dos retrovisores exteriores, con el consiguiente ahorro económico y mejora del
perfil aerodinámico del vehículo, y 2) amplía el campo de visión posterior del retrovisor
interior, eliminando los ángulos muertos y proporcionando una imagen más completa e
ininterrumpida.
Palabras clave: retrovisor, coche, automóvil, vehículo, diseño
ABSTRACT
The rear-view mirror was invented in 1911. Since then, the rear-view systems have
developed until becoming one of the most important safety systems in vehicles nowadays.
However, rear-view design is not yet a complete acceptable solution. In fact, as many studies
show, the present system consisting of a simple inside mirror plus two outside mirrors is not
enough reliable for guaranteeing the safety, i.e., for providing a full retrovision without dead
angles when some turns or lane changes are done.
The use of videocameras is not either a problem-free solution: it is more expensive than the
conventional rear-view mirrors system and is more vulnerable to breakdowns, hits and/or
thefts.
1349
In this work, a new retrovision system is presented that is based on the design of a new
rear-view mirror located inside the cab of any car. This system has two main advantages with
regard to the conventional system: 1) it allows to remove the two outside rear-view mirrors,
saving money and improving the aerodynamic car profile, and 2) enlarges the rear-view field
of the inside mirror, by removing the dead angles and providing a more complete and
continuous image.
Key words: rear-view mirror, car, vehicle, design
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0 INTRODUCCION
En el mundo del automóvil, el espejo retrovisor fue una de las primeras aplicaciones
documentadas traspasadas de la tecnología de los coches de carrera a los automóviles
convencionales. Fue inventado en 1911 para permitir al conductor poder conducir el vehículo
solo, sin el peso extra del copiloto. Desde entonces, los sistemas retrovisores han ido
evolucionando, hasta convertirse hoy en día en uno de los sistemas de seguridad más
importantes en un vehículo.
No obstante, el sistema retrovisor actual convencional, constituido por un espejo instalado
en el interior del habitáculo del vehículo más dos espejos exteriores, no es completamente
fiable para garantizar la seguridad a la hora de realizar cambios de carril o giros. La principal
razón es la presencia de ángulos muertos en el campo de retrovisión del conductor.
En una encuesta realizada en 1999 por las autoridades reguladoras del tráfico en los Países
Bajos con el objetivo de evaluar los beneficios o las dificultades potenciales que
experimentan los conductores europeos a la hora de utilizar espejos convexos en el retrovisor
exterior del lado del conductor (en muchos países es obligatorio que sean planos), se observó
que [1]:
•
La media de las respuestas a la pregunta sobre la frecuencia (de 1=“nunca” a
5=“siempre”) de girar la cabeza para ver el campo de visión posterior, fue 3.94. La
mayoría de los encuestados manifestaron su inseguridad a la hora de girar o cambiar
de carril hacia la izquierda cuando sólo miran a través de los retrovisores.
•
Los encuestados también fueron preguntados sobre hasta qué punto tienen que girar la
cabeza para poder eliminar visualmente un ángulo muerto (1=”muy poco”,
5=”totalmente girada”). La respuesta media fue de 2.93. En el caso de los conductores
que disponían de algún espejo retrovisor convexo, el ángulo girado disminuía con la
convexidad del espejo.
•
Las respuestas a la pregunta sobre la confianza en la información recibida a través de
los retrovisores (1=”desconfianza total”, 5=”confianza plena”) dieron una media de
4.17. Además se mostró una clara tendencia a confiar más en el retrovisor interior que
en los exteriores.
•
La pregunta sobre la frecuencia en que les había sucedido tener algún coche en ángulo
muerto cuando cambiaban hacia el carril izquierdo (1=”nunca”, 5=”a menudo”),
obtuvo una media de 2.43, mientras que la gravedad de la situación en que ello había
ocurrido (1=”no grave”, 5=”muy grave”) tuvo una puntuación de 1.77.
1350
El 28% de los encuestados había estado implicado en algún accidente durante los últimos 5
años y de estos accidentes, el 23% podían estar relacionados con los retrovisores. Sin
embargo, el estudio permitía concluir que los coches equipados con espejos convexos, y por
lo tanto con un mayor campo de visión, tenían menos problemas causados por los ángulos
muertos.
El diseño del retrovisor interior es normalmente el resultado de un compromiso entre
varios factores. A fin de conseguir una imagen suficientemente grande y veraz de los campos
de visión posterior y laterales, hay que disponer de una superficie de espejo lo mayor posible.
Sin embargo, si el retrovisor es demasiado grande, puede llegar a molestar la visión delantera
y oblicua por parte del conductor.
Por otra parte, se sabe que los espejos planos, que habitualmente se emplean en los
retrovisores convencionales, limitan mucho el campo de visión lateral.
En esta comunicación se presenta el diseño de un nuevo sistema de retrovisor instalable en
el interior del habitáculo de cualquier automóvil, basado en un único espejo interior de tipo
esférico, que permite reducir o incluso eliminar el problema de los ángulos muertos existente
en los sistemas convencionales, de tal manera que hace innecesario el uso de retrovisores
exteriores. Ello tiene importantes ventajas aerodinámicas y económicas, como se verá más
adelante.
La metodología y los resultados aquí presentados han sido fruto de un Proyecto Final de
Carrera de la especialidad de Diseño de la titulación de Ingeniería Industrial de la UPC, y
además han sido objeto de una solicitud de patente [2, 3].
1
ESTADO DE LA TECNICA
Desde los años 60 hasta la actualidad, han ido surgiendo diseños de retrovisores con el
objetivo de disminuir los ángulos muertos en la retrovisión convencional mediante espejos
planos. Entre las primeras soluciones cabe citar las que combinan en un mismo retrovisor
interior varios espejos planos. Por ejemplo, en la Fig. 1a se combina un espejo en posición
central y dos espejos planos colocados oblicuamente, tomando el conjunto una forma de A;
mientras que en la Fig. 1b, se colocan tres espejos planos paralelos entre ellos y dispuestos
oblicuamente. Esta última solución está diseñada a aumentar el campo de visión de los
conductores de camiones y se sitúa en el interior de la cabina en el lado del copiloto.
Otra posible solución es el diseño de un espejo que combine una superficie central plana que
refleje la vista posterior y que se curve hacia los extremos a fin de extender el campo de
visión lateral, como por ejemplo el mostrado en la Fig. 2. Pero esta solución tiene varios
problemas. Ya que sus extremos son convexos, puede producirse una importante distorsión de
la imagen dependiendo de la curvatura del espejo y otras consideraciones geométricas. Sin
embargo, algunos estudios han demostrado que el uso de espejos convexos puede ayudar a
reducir el número de accidentes debido a cambios de carril respecto al uso de espejos planos
[4].
1351
Fig. 1 - Ejemplos de soluciones que combinan varios espejos planos: (a) según U.S. Pat.
3411843 [5]; (b) según U.S. Pat. 4674849 [6]
Fig. 2 – Retrovisor plano-curvado, según U.S. Pat. 4575202 [7]
Esta distorsión ha sido reducida en varias soluciones, sacrificando el tamaño de la imagen.
Así, por ejemplo como puede apreciarse en la Fig. 3, se utilizan varias curvas de secciones
cónicas y otras curvas derivadas empíricamente, con la intención de conseguir una transición
aceptable entre la superficie central plana y los extremos curvados. Pero, los resultados
obtenidos no consiguen reducir el efecto de la distorsión causada por la visión binocular. Es
deccir, mientras un ojo se fija en una parte del espejo con una cierta curvatura, el otro ojo
puede estar fijándose en otra parte con curvatura diferente. Este problema se agrava cuando el
objeto reflejado que se está viendo es móvil y su imagen se desplaza por las diferentes
curvaturas del retrovisor.
En la Fig. 4 se presenta un retrovisor interior con una forma más alargada que los retrovisores
convencionales y está formado por un espejo convexo. Este retrovisor resuelve el problema de
la distorsión debida a la curvatura del espejo convexo, situando unas bandas que dividen el
espejo en tres zonas, de forma tal que dependiendo de donde esté situada la imagen del
vehículo posterior será o no peligroso realizar la maniobra de adelantamiento. Sin embargo,
no permite tener una visión continua e ininterrumpida de la imagen.
1352
Fig. 3 – Retrovisor con superficie curvada gradualmente, según U.S. Pat. 4264144 [8]
Fig. 4 – Retrovisor convexo que anula la distorsión, según U.S. Pat. 5321556 [9]
Por último, hay que mencionar que una de las más recientes innovaciones en el campo de
la retrovisión para solventar la problemática aquí presentada, la constituye el empleo de
cámaras de video, colocadas en la parte trasera del vehículo o en los retrovisores exteriores.
Sin embargo, esta solución tampoco está exenta de problemas. Por un lado, si el sistema falla
por un mal funcionamiento de algún componente electrónico o por fallo en el suministro de
energía eléctrica, el conductor se puede quedar sin ningún sistema de visión ni posterior ni
lateral. Por otro lado, el aumento del coste de desarrollo, producción e instalación del sistema
de videocámaras respecto al sistema convencional de espejos retrovisores, es considerable.
Sin mencionar la vulnerabilidad del sistema a averías, golpes o hurtos.
2
NORMATIVA
La Directiva 2003/97/CE, de10/11/2003, sobre la homologación de los dispositivos de
visión indirecta y de los vehículos equipados con estos dispositivos, por la que se modifica la
Directiva 70/156/CEE y se deroga la Directiva 71/127/CEE, define, por un lado, criterios de
resistencia de los retrovisores al impacto, geometrías del perfil del soporte y dimensiones de
la superficie reflectora y, por otro lado, establece criterios del campo mínimo de visión. En lo
que se refiere a los espejos interiores, la superficie reflectante deberá tener unas dimensiones
tales que permitan inscribir en ella un rectángulo, uno de cuyos lados será igual a 40 mm y el
otro a L mm de longitud, calculado según esta fórmula:
1353
L =
150
1000
1+
R
(Ec. 1)
donde R es el radio de curvatura medio, en mm.
En cuanto al radio de curvatura, los espejos se clasifican en tres grupos: planos, esféricos
convexos e híbridos. Estos últimos tienen una parte principal esférica que ha de cumplir la
directiva y una o más partes con otros radios de curvatura, que no están sujetas a ningún tipo
de reglamentación, pero que tienen que ser marcadas para poder diferenciarse entre ellas.
Según dicha Directiva y lo dispuesto en el Reglamento nº 46 NU/CEPE, el radio de curvatura
se ha de medir en tres puntos situados a 1/3, 1/2 y 2/3 del arco de la superficie reflectora. El
radio de curvatura se considera igual al promedio de estos tres valores. Por último, se define
el radio de curvatura mínimo, que es de 1200 mm.
Por lo que respecta al campo de visión, el conductor ha de ser capaz de ver con cada uno
de los espejos hasta las siguientes distancias y con estas anchuras:
•
Retrovisor interior (clase I): el conductor ha de poder ver al menos una parte de la
carretera plana y horizontal de 20 m de anchura centrada en el plano vertical
longitudinal medio del vehículo, desde el horizonte hasta una distancia de 60 m por
detrás de los ojos del conductor (Fig. 5).
Fig. 5 – Campo de visión por el retrovisor interior
•
Retrovisor exterior del lado del conductor (clase III): el campo de visión ha de ser tal
que el conductor pueda ver, como mínimo, una parte de la carretera plana y horizontal
de 4 m de anchura, limitada por un plano paralelo al plano vertical longitudinal medio
que pase por el extremo del vehículo del lado del conductor y que se extienda, hacia
atrás, desde el horizonte hasta una distancia de 20 m de los ojos del conductor (Fig. 6).
Además, el conductor deberá comenzar a ver la carretera con una anchura de 1 m,
limitada por un plano paralelo al plano vertical longitudinal medio que pase por el
extremo del vehículo a partir de un punto situado a 4 m por detrás del plano vertical
que pasa por sus ojos.
•
Retrovisor exterior del lado del copiloto (clase III): los requisitos son los mismos que
en el caso anterior, pero aplicados al lado del copiloto.
1354
Fig. 6 – Campo de visión por el retrovisor interior
En España, el anexo III del R.D. 2822/98, de 23/12/1998, por el cual se aprueba el
Reglamento General de Vehículos, define “retrovisor” como “dispositivo que tiene por
finalidad permitir, en el campo de visión definido en la reglamentación vigente, una
visibilidad clara hacia atrás y hacia los lados del vehículo”. Asimismo establece que para los
vehículos de clase M1 (vehículos destinados al transporte de pasajeros con un máximo de 8
placas para pasajeros sentados además del conductor, con al menos 4 ruedas o 3 ruedas y un
peso máximo de 1 t), el número mínimo de retrovisores es de dos: uno de clase I (interior) y
uno de clase III (exterior izquierda; el derecho es opcional).
Cuando el retrovisor interior no permita la visión de una parte de la carretera plana y
horizontal desde el horizonte hasta una distancia de 60 m hacia atrás con una anchura de 20
m, éste será opcional y se ha de instalar un segundo retrovisor exterior en el lado derecho del
vehículo.
Es obvio, pues, que la reglamentación actual no permite eliminar todos los retrovisores
exteriores. No obstante, la solución que se propone aquí ofrece un campo de visión que entra
dentro de la normativa.
3
METODOLOGIA
El proceso de diseño del nuevo retrovisor se ha dividido en dos partes independientes: el
diseño del perfil en vista en planta y el diseño del perfil lateral. Esto permite realizar dos
análisis en 2D cuyas soluciones finalmente se combinan para dar la solución definitiva en 3D.
El método seguido para encontrar el diseño óptimo del retrovisor ha sido el de prueba y
error, auxiliado por un programa de CAD (AutoCad 2004). En una primera instancia, se ha
utilizado como ejemplo de automóvil para la aplicación del retrovisor, el modelo Golf Clase
III de la marca Volkswagen, que es un coche del segmento medio. Asimismo, se ha elegido
como conductor uno de dimensiones estándar, siguiendo las recomendaciones ergonómicas
del grupo Volkswagen (altura de los ojos respecto al suelo = 1153 mm).
1355
El retrovisor a diseñar se prevé que ocupe toda la anchura del habitáculo del coche, aunque
con la limitación que impone la normativa de que su longitud máxima sea L (Ec. 1), y su
anchura mínima sea de 40 mm.
Por lo que respecta al diseño del perfil en vista en planta, las variables más importantes a
tener en cuenta, desde el punto de vista reglamentario, son las siguientes (ver Fig. 7):
1. Los campos de visión laterales, medidos por los ángulos α y β, que se han de
maximizar. La inclinación del espejo en sus extremos (ángulos a y b) es clave para
conseguirlo.
2. El radio de curvatura, R, que también se ha de maximizar a fin de reducir la distorsión,
teniendo en cuenta que el radio mínimo de curvatura permitido es de 1.2 m.
3. La distancia, d, entre el parabrisas delantero y el retrovisor, que se ha de minimizar a
fin de que la distancia entre los ojos del conductor y el retrovisor sea lo más grande
posible para que el retrovisor obstruya lo mínimo posible la vista frontal del
conductor.
Fig. 7 – Variables a optimizar
Estas variables son dependientes entre ellas, y no es sencillo optimizarlas todas. Por
ejemplo, un campo de visión amplio se consigue más fácilmente con un radio de curvatura
pequeño, mientras que una distancia d pequeña se consigue mejor con un radio de curvatura
grande.
Por otro lado, un punto crítico a tener en cuenta es el que se refiere a los campos de visión
que normalmente cubren los retrovisores exteriores y que el nuevo retrovisor interior deberá
abarcar. La dificultad estriba en el hecho de que el retrovisor interior se encuenta
generalmente en una posición más elevada respecto al suelo que los retrovisores exteriores.
1356
El requisito impuesto por la normativa para el campo de visión de los retrovisores
exteriores, se corresponde en nuestra aplicación a un ángulo de 16º en el plano alzado
respecto a la horizontal, tal como puede verse en la Fig. 8.
Fig. 8 – Angulo límite para cumplir la normativa
Para diseñar el perfil en planta del espejo, tomando como objetivo principal del diseño
maximizar el campo de visión, se ha seguido el siguiente procedimiento:
Fig. 9 – Procedimiento utilizado para el diseño del perfil en planta
1) Se traza una recta que va desde los ojos del conductor hasta uno de los extremos del
espejo, la cual representa el rayo de luz reflejada más extremo que puede captar la
vista del conductor.
2) Se traza la normal del espejo en el extremo estudiado.
3) De acuerdo con la ley de la reflexión, se traza el haz de rayos incidentes, los cuales
son simétricos respecto de la normal a los rayos reflejados.
4) El campo de visión correspondiente al extremo tratado viene definido por el ángulo
que forma el rayo límite incidente con una recta paralela al eje longitudinal del
vehículo.
1357
Este procedimiento se repite para el otro extremo del espejo. La Fig. 9 resume gráficamente el
método utilizado.
En cuanto al diseño del perfil lateral, el objetivo ha sido calcular la inclinación y la anchura
necesarias del espejo para las medidas de un conductor estándar. El procedimiento utilizado
para determinar la inclinación del límite superior del espejo ha sido el siguiente:
1) Se traza la recta que va del límite superior del parabrisas al límite superior del
retrovisor. De esta forma aseguramos que el campo de visión vertical por la parte
superior sea el más grande posible, pero sin ser más grande del necesario (al conductor
no le interesa ver el techo de su propio vehículo).
2) Se traza la recta que va desde la altura de los ojos del conductor hasta el límite
superior del espejo.
3) Se traza la bisectriz de las dos rectas anteriores, con lo que se obtiene la normal que ha
de tener el espejo (ley de la reflexión).
Fig. 10 – Procedimiento utilizado para determinar el límite inferior del perfil lateral
Para determinar la inclinación y situación del límite inferior, se ha seguido un
procedimiento parecido (ver Fig. 10):
1) Se traza una recta que va desde un punto situado en el suelo a 4 m detrás de los ojos
del conductor hasta el límite inferior del espejo (1 en la Fig. 10).
2) Se traza una recta que va desde la altura de los ojos del conductor hasta el límite
inferior del espejo (2).
3) Se traza la bisectriz de las dos rectas anteriores, con lo que se obtiene la normal que ha
de tener el espejo (ley de la reflexión) (3).
En el ejemplo de aplicación, el ángulo c formado por la bisectriz (3) es igual a 12º.
1358
4
DISEÑOS ESTUDIADOS
4.1 Diseño del perfil en planta
Se han diseñado varios retrovisores, teniendo todos ellos en común que su longitud es
igual a la anchura del habitáculo del vehículo y que abarcan los campos de visión requeridos
por normativa. Entre los más representativos de la evolución del proceso de creación, cabe
citar los cuatro diseños siguientes (ver Fig. 11):
I. Diseño I: Se trata de un retrovisor asférico que combina dos superficies convexas de
radio de curvatura mínimo (1200 mm) y una superficie central plana. El hecho de que la
superficie central sea plana ofrece la ventaja sobre un retrovisor esférico del mismo
radio de curvatura, que la distancia d es notablemente menor.
II. Diseño II: Consiste en dos superficies, una plana en el extremo derecho (lado del
copiloto) del retrovisor y una convexa con radio de curvatura mínimo en el extremo
izquierdo (lado del piloto), que se une tangencialmente a la parte plana en el punto
medio del eje transversal del vehículo.
III. Diseño III: Es una modificación del diseño anterior, usando una única superficie
esférica. Aunque este diseño presenta la ventaja de que no tiene cambios de curvatura,
los campos de visión se han reducido.
IV. Diseño IV: Es una modificación del Diseño I, usando una única superficie esférica de
radio 1200 mm. De esta forma, aunque la retrovisión del campo de visión derecho es
mayor que el necesario, se consigue que no haya ningún cambio de curvatura a lo largo
de la superficie del retrovisor, lo que garantiza una distorsión constante en todo el
campo de visión e implica menos problemas constructivos.
A fin de evaluar las diferentes soluciones obtenidas y poder escoger la mejor alternativa de
forma cuantitativa, se han definido los criterios y pesos que se muestran en la Tabla 1.
Criterio
Angulo α
Angulo β
Radio R
Nº de superficies
Distancia d
Peso relativo
30 %
30 %
10 %
10 %
20 %
1
0 – 50º
0 – 50º
1.2 – 1.5 m
3
> 15 cm
Valor del criterio
2
50 – 70º
50 – 70º
1.5 – 3 m
2
13 – 15 cm
3
> 70º
> 70º
>3m
1
0 – 13 cm
Tabla 1 – Tabla multicriterio para seleccionar el diseño en planta
Aplicando tales criterios a los 4 diseños examinados y teniendo en cuenta los pesos
relativos, se han obtenidos los resultados indicados en la Tabla 2.
Según esta valoración, la solución más adecuada en cuanto al perfil en planta es el Diseño
IV. Se comprueba que cumple la normativa en lo que respecta a la longitud mínima L: si el
radio de curvatura R es 1200 mm, aplicando la Ec. 1 se obtiene L = 150 / (1 + 1000/1200) =
81.8 mm. En efecto, esta longitud es muy inferior a la del retrovisor, ya que la anchura del
habitáculo, en el ejemplo estudiado, es igual a 1050 mm.
1359
Diseño I
Diseño III
Diseño II
Diseño IV
Fig. 11 – Diseños del perfil en planta del retrovisor
1360
Diseño I’
Diseño III’
Diseño II’
Diseño IV’
Fig. 12 – Diseños del perfil lateral del retrovisor
1361
Criterio
Angulo α
Angulo β
Radio R
Nº de superficies
Distancia d
TOTAL
Diseño I
valor valor
abs.
rel.
2
0.6
3
0.9
1
0.1
1
0.1
3
0.6
2.3
Diseño II
valor
valor
abs.
rel.
3
0.9
2
0.6
1
0.1
2
0.2
3
0.6
2.4
Diseño III
valor
valor
abs.
rel.
3
0.9
3
0.9
1
0.1
2
0.2
1
0.2
2.3
Diseño IV
valor
valor
abs.
rel.
3
0.9
3
0.9
1
0.1
3
0.3
3
0.6
2.8
Tabla 2 – Valoración de la mejor alternativa
4.2 Diseño del perfil lateral
Análogamente al proceso de diseño del perfil en planta, se diseñaron también diferentes
perfiles laterales, para definir la anchura e inclinación de la superficie reflectante. Todos ellos
cumplen con el requisito de una anchura mínima de 40 mm y con el campo mínimo de
retrovisión exigido por la normativa. Además, mantienen una misma inclinación de la parte
superior del espejo de 6º. A continuación, se presentan los más representativos por orden
cronológico de su creación (ver Fig. 12):
I. Diseño I’: Consiste en un perfil asférico de 40 mm de anchura, teniendo la mitad
superior de la superficie plana y la mitad inferior convexa. Esta parte inferior, esférica,
presenta una curvatura tal que por un lado es tangente a la parte superior plana y por
otro lado tiene una inclinación de 12º en su límite inferior. Aun cuando el campo de
visión mínimo queda garantizado, el radio de curvatura aplicado, 190 mm, puede
implicar importantes distorsiones de la imagen reflejada.
II. Diseño II’: Es un perfil esférico de 40 mm de anchura y con radio de curvatura de 381
mm.
III. Diseño III’: Es similar al anterior, pero con una anchura total de 60 mm. El radio de
curvatura requerido es de 571 mm.
IV. Diseño IV’: Se trata de un perfil esférico con el mínimo radio de curvatura exigido por
la normativa, 1200 mm. La anchura necesaria para mantener las mismas inclinaciones
óptimas en los extremos inferior y superior (6º y 12º, respectivamente) que en los
casos anteriores, es de 126 mm
De los diseños estudiados, el único que cumple con el requisito del radio de curvatura
mínimo es el Diseño IV’, aunque la anchura resultante es excesiva para un retrovisor interior,
pues limita mucho el campo de visión frontal.
5
SOLUCION PROPUESTA
La solución final propuesta es un retrovisor totalmente esférico, de radio 1200 mm, con
forma de letra Π en su vista frontal (Fig. 13). Las partes laterales, a modo de aletas y que
pueden actuar a modo de parasol, tienen una anchura de 126 mm para cumplir con los campos
1362
de visión posterior requeridos por normativa, mientras la parte central es más estrecha (60
mm) para tener mayor campo de visión frontal.
60
126
A
R1200
B
51º
13º
R1200
13º
1050
120
C
Fig. 13 – Vista frontal (A), perfil lateral (B) y superior (C) de la solución propuesta
A fin de que el retrovisor se pueda adaptar a cualquier conductor, independientemente de
su altura o de sus preferencias a la hora de regular la posición del asiento, está sustentado por
un sistema que permite rotarlo alrededor del eje transversal que va de extremo a extremo del
espejo.
Fig. 14 – Sistema de sujeción del retrovisor
El sistema de sujeción del espejo retrovisor consiste en dos pares de piezas con forma
cilíndrica a ambos extremos del espejo; de cada par, una pieza es solidaria a la parte interior
de la carrocería y la otra al espejo retrovisor. Las piezas unidas a cada uno de los extremos del
retrovisor, al lado del conductor y al del copiloto, tal como se muestra en la Fig. 14, constan
de una ranura con la misma forma que el perfil circular del retrovisor en la que éste encaja
perfectamente. Además disponen de un pivote que sirve para introducirse en el hueco
practicado sobre las dos piezas de conexión que permanecen fijas en la carrocería a la altura
del retrovisor, y que ejercen una presión mediante un muelle sobre las piezas del retrovisor.
1363
La presión ejercida por dicho muelle permite garantizar una fricción entre las piezas tal que
puedan resbalar entre si, si se les aplica una fuerza externa suficiente para poder inclinar el
espejo al gusto del conductor, pero que en ausencia de dicha fuerza no experimentan ningún
tipo de movimiento relativo. La aplicación de dicha fuerza se realiza a través de la palanca
que sobresale de la pieza del lado del conductor.
Las especificaciones del retrovisor completo aparecen en la Tabla 3.
Dimensiones
Grosor
Radio de curvatura
Peso
Materiales
Dimensiones
Grosor
Peso
Materiales
Dimensiones
Peso
Materiales
Dimensiones
Peso
Materiales
Dimensiones
Peso
Espejo
1050 x 126 x 120 mm
3 mm
1200 mm
400 g
Vidrio, recubierto de aluminio
Carcasa
1056 x 132 x 120 mm
10 mm
200 g
ABS, combinado con policarbonato
Soporte derecho
23 x 10 x 10 mm
50 g
ABS, combinado con policarbonato
Soporte izquierdo
23 x 10 x 10 mm
70 g
ABS, combinado con policarbonato
TOTAL
1102 x 132 x 120 mm
720 g
Tabla 3 – Especificaciones finales del retrovisor
Se ha realizado una simulación 3D, mediante el programa de visualización 3D Studio, para
verificar la solución propuesta en un caso real. En la Fig. 15 B se puede ver la imagen
reflejada por el espejo retrovisor interior propuesto, instalado en un vehículo tipo Volkswagen
Golf clase III, de color rojo, vista desde la posición del conductor, en comparación con la
ofrecida por el retrovisor exterior, para una situación de adelantamiento, tal como muestra la
Fig. 15 A. Puede observarse que la información ofrecida por el espejo interior al conductor
del vehículo rojo, por lo que se refiere al vehículo amarillo que está realizando el
adelantamiento, es mucho mayor que la ofrecida por el retrovisor exterior convencional, lo
cual hace innecesaria la presencia de este último.
1364
A
B
Fig. 15 – Ejemplo de la imagen proyectada por el retrovisor desde la posición del conductor,
en una situación de un adelantamiento por la parte posterior.
6
CONSIDERACIONES FINALES
La eliminación de los retrovisores exteriores mejora la aerodinámica del vehículo, con lo
que permite un ahorro en el consumo de combustible.
La fuerza de resistencia al avance de una determinada forma por parte del aire es
proporcional a la densidad del aire ρ, a la velocidad del vehículo v y al producto de un
coeficiente Cx que depende de la forma y al área frontal S que presenta la forma:
Faire = ½ ρ (Cx S) v2
(Ec. 2)
En un coche de tamaño medio, se puede considerar que el área frontal es de 1.5 m2, y un
valor medio aceptable del Cx en un coche con retrovisores exteriores oscila entre 0.3 y 0.35.
En cambio, en el caso de un coche sin retrovisores exteriores, considerando que las
dimensiones medias de un retrovisor exterior convencional son 20 x 15 cm (el área total de
los dos retrovisores sería de 0.06 m2), el área frontal S se reduciría a 1.44 m2. Además, se
produciría una reducción del coeficiente Cx de 0.001. En conclusión, la resistencia al avance
disminuiría un 4.3%.
Experimentalmente, se ha demostrado que, reduciendo el término Cx S en un 10%, el
consumo de combustible disminuye un 7.5% (a 120 km/h) [10]. Por lo tanto, en el caso de
disminuirlo un 4.3%, el consumo se reduciría aproximadamente un 3%.
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Esto significa que, si consideramos un precio aproximado del combustible de 1 €/l y un
consumo de un vehículo medio de 10 l/100 km, el ahorro anual de combustible (para un
kilometraje de 10000 km/año), sería de unos 30 €/año.
Esto no implica sólo un ahorro económico al usuario del vehículo, sino también tiene
implicaciones medioambientales. Si tenemos en cuenta que el consumo mundial de gasolina y
gasoil es de 960 millones t/año, se dejarían de quemar en el mundo unos 29 millones t/año si
los vehículos no llevaran retrovisores exteriores.
Por otra parte, los retrovisores exteriores son cada vez más sofisticados (algunos incluyen
sistemas anti-vaho, luces intermitentes, motores eléctricos para orientarlos o replegarlos desde
el habitáculo, etc.), por lo que su coste ha ido aumentando en consonancia, haciendo aumentar
el coste del vehículo y el de sus eventuales reparaciones o sustituciones en caso de rotura.
La solución propuesta reduciría, cara al usuario, el coste de adquisición del vehículo y
evitaría el de reparación/sustitución de los retrovisores exteriores.
7 REFERENCIAS
[1]
U.S. Department of Transportation, National Highway Traffic Safety Administration:
“Non-planar driver's side rearview mirrors: A Survey of Mirror types and European
Driver Experience and a Driver Behavior Study on the Influence of Experience and
Driver Age on Gap Acceptance and Vehicle Detection”. Final Report DOT HS 809 149,
2000.
[2] Ruscalleda, C.: “Disseny d’un sistema retrovisor completament integrat a l’interior de
l’automòbil”. PFC, ETSEIB, UPC, Barcelona, 2005.
[3] Cremades, L.V.; Ruscalleda, C.: “Sistema retrovisor completamente integrado en el
interior del automóvil”. Solicitud de Patente: P200500438, 2005.
[4] Luoma, J.; Flannagan, M.J.; Sivak, M.: “Effects of Nonplanar Driver-Side Mirrors on
Lane-Change Crashes”, Transportation Human Factors, Vol. 2, No. 3, 279-289, 2000.
[5] Moller, B.: “Composite rearview mirror”, United States Patent 3411843, 1968
[6] Steward, R.: “Vehicle mirror”. United States Patent 4674849, 1987.
[7] McGuire, A.: “Rearview mirror for vehicles”. United States Patent 4575202, 1986.
[8] McCord, R.: “Rearview mirror”. United States Patent 4264144, 1981.
[9] Joe, T.: “Vehicle safety convex rearview mirror with distortion offset means and method
of using the same”. United States Patent 5321556, 1994.
[10] CITROËNËT: “Aerodynamics”. http://www.citroen.mb.ca/citroenet/html/a/aero01.html,
1999.
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