Histéresis

En automoción, la histéresis se refiere a la tendencia de un sistema o material a exhibir un retraso o resistencia al cambio cuando se somete a fuerzas o condiciones variables. Esta propiedad puede afectar diversos componentes y sistemas de un vehículo de diferentes maneras.

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¿Qué se entiende por histéresis?

La histéresis en automoción se refiere a la tendencia de ciertos componentes y sistemas de un vehículo a exhibir un retraso o resistencia al cambio cuando se someten a fuerzas, deformaciones o condiciones cambiantes. Este fenómeno de “memoria” afecta el rendimiento, la eficiencia y la durabilidad de varios sistemas y materiales utilizados en los vehículos.

Histéresis en los distintos sistemas del coche

Neumáticos

• Deformación y Recuperación: Los neumáticos están hechos de materiales elásticos que se deforman al entrar en contacto con la superficie de la carretera. La histéresis en los neumáticos se manifiesta como una pérdida de energía debido a la fricción interna del material durante la deformación y recuperación. Esta pérdida de energía se traduce en calor, lo que puede afectar la eficiencia del combustible y el desgaste del neumático.
• Tracción y Frenado: La histéresis influye en la capacidad de los neumáticos para mantener la tracción y responder a las fuerzas de frenado. Un neumático con una buena histéresis puede mejorar el agarre en la carretera, especialmente en condiciones de frenado de emergencia.

Suspensión

• Amortiguación: Los sistemas de suspensión utilizan amortiguadores que dependen de la histéresis para absorber las vibraciones y las fuerzas generadas por las irregularidades del camino. Los amortiguadores con alta histéresis pueden proporcionar una conducción más suave al disipar más energía de los baches y golpes.
• Confort y Estabilidad: La histéresis en los componentes de la suspensión afecta tanto el confort de conducción como la estabilidad del vehículo. Un equilibrio adecuado de histéresis es crucial para mantener una conducción cómoda sin comprometer la seguridad y el control del vehículo.

Frenos

• Materiales de las Pastillas de Freno: La histéresis en los materiales de las pastillas de freno afecta la capacidad de disipar el calor generado durante el frenado. Materiales con alta histéresis pueden mejorar el rendimiento de frenado al reducir el desvanecimiento del freno bajo condiciones de uso intensivo.
• Respuesta de Frenado: La histéresis también puede influir en la respuesta de frenado, afectando la sensación y el control que tiene el conductor sobre el proceso de frenado.

Materiales Elásticos y Plásticos

• Juntas y Sellos: Los materiales utilizados en juntas y sellos, como las gomas y plásticos, exhiben histéresis cuando se comprimen y expanden repetidamente. La histéresis en estos materiales puede ayudar a amortiguar vibraciones y mantener la integridad del sellado bajo condiciones variables.
• Componentes de Interior: En los interiores de los vehículos, la histéresis de los materiales elásticos puede afectar el confort y la durabilidad de los asientos y otros componentes acolchados.

Componentes Electrónicos y Electromagnéticos

• Motores Eléctricos y Actuadores: En los sistemas de automoción modernos, los motores eléctricos y actuadores pueden exhibir histéresis magnética. Este fenómeno puede afectar la precisión y eficiencia de los sistemas de control y accionamiento.
• Sensores y Sistemas de Control: Los sensores que dependen de materiales piezoeléctricos o magnéticos también pueden verse afectados por la histéresis, lo que puede influir en la precisión y la fiabilidad de los sistemas de control del vehículo.

¿Qué es el ciclo de histéresis?

El ciclo de histéresis se refiere al comportamiento de ciertos materiales y sistemas en un vehículo cuando se someten a fuerzas o condiciones que cambian repetidamente. Este ciclo muestra cómo estos materiales o sistemas no responden de manera inmediata o exacta a los cambios, sino que presentan un retraso o una “memoria” del estado anterior.

Por ejemplo, en el caso de los neumáticos, cuando estos ruedan sobre la carretera, se deforman debido al peso del vehículo y la presión de la carretera; al rodar fuera de esa sección de la carretera, el neumático intenta volver a su forma original; durante este proceso de deformación y recuperación, se pierde algo de energía en forma de calor debido a la fricción interna del material del neumático.

Imagina un gráfico donde en el eje horizontal tienes la deformación del neumático (cuánto se aplana) y en el eje vertical tienes la fuerza aplicada (el peso del vehículo y la presión de la carretera).

• Carga: Cuando el neumático se deforma (al rodar sobre la carretera), la línea del gráfico sube.
• Descarga: Cuando el neumático se recupera (al salir de esa sección de la carretera), la línea baja, pero no sigue exactamente el mismo camino que cuando subió. En su lugar, forma un bucle o lazo.

Este bucle es el ciclo de histéresis. La diferencia entre la subida y la bajada representa la energía perdida durante el ciclo.

¿Qué es el control de histéresis?

El control de histéresis es una técnica utilizada para gestionar y optimizar el comportamiento de ciertos sistemas y componentes en un vehículo que exhiben histéresis. Se utiliza principalmente en sistemas de control donde se necesita mantener la estabilidad y precisión a pesar de las variaciones en las condiciones externas.

Ejemplos de control de histéresis

Control de histéresis en Sistemas de Frenos ABS (Anti-lock Braking System)

• Problema: Cuando se aplica el freno bruscamente, las ruedas pueden bloquearse, lo que hace que el vehículo pierda tracción y control.
• Solución: El sistema ABS evita que las ruedas se bloqueen mediante el control de histéresis, ajustando repetidamente la presión de frenado.

Control de histéresis en Sistemas de Control de Tracción

• Problema: Las ruedas pueden patinar al acelerar rápidamente.
• Solución: El sistema de control de tracción utiliza el control de histéresis para ajustar la potencia enviada a las ruedas, reduciendo la aceleración cuando detecta patinaje y aumentando cuando las ruedas recuperan tracción.

Control de histéresis en Sistemas de Control de Climatización

• Problema: Mantener una temperatura constante en el interior del vehículo puede ser difícil debido a las variaciones externas.
• Solución: El sistema de climatización usa el control de histéresis para encender y apagar el aire acondicionado o la calefacción, manteniendo la temperatura dentro de un rango deseado.

Entender y gestionar la histéresis en los vehículos es crucial para los ingenieros y diseñadores automotrices. La histéresis afecta el rendimiento a largo plazo de los componentes, la eficiencia energética, el confort del conductor y los pasajeros, y la seguridad del vehículo. Al diseñar y seleccionar materiales y componentes, se debe considerar la histéresis para optimizar el equilibrio entre durabilidad, rendimiento y costo.