2. Sistemas de suspensión
el papel de los componentes de resorte en las suspensiones convencionales cumple generalmente con resortes helicoidales (con menos frecuencia barras de torsión y resortes de hoja) . Este elemento tiene características de resorte constante. El tipo independiente de la suspensión-McPherson strut es mostrado en Fig. 1.
Fig. 1., Suspensión independiente convencional-McPherson strut
para satisfacer requisitos cada vez más exigentes, los sistemas de suspensión automotrices contemporáneos se han convertido en unidades mecatrónicas altamente complejas que permiten cambiar los parámetros de los sistemas de vibroinsulación. Los elementos de accionamiento permiten ajustar parámetros conectados, por ejemplo, con rigidez dentro de un rango específico de valores., Un ejemplo de tal solución es una zona adicional del sistema de suspensión hidroactiva que se puede acoplar o desacoplar con la suspensión hidráulica del eje del vehículo dado. Sin embargo, la solución más típica implica el cambio de los parámetros de amortiguación. Se puede observar la evolución continua de los sistemas de suspensión semiactivos, activos y adaptativos (Fig. 2). A diferencia de los sistemas de suspensión pasiva, todos los tipos mencionados permiten adaptar los parámetros de suspensión a las condiciones individuales de la carretera y los estilos de conducción., Los sistemas de control de suspensión ajustan las características de los componentes elásticos y de amortiguación para que coincidan con criterios preestablecidos, como la comodidad o los modos de conducción deportiva, por ejemplo.
Fig. 2. Sistemas de suspensión automotriz
a) Pasivo
b) semiactivo
c) activo
La aplicación de diferentes soluciones de diseño de suspensión afecta a muchos parámetros significativos, uno de los cuales es frecuencia de vibración libre del sistema., Para un sistema con suspensión mecánica pasiva clásica( resorte), la frecuencia de vibración libre del sistema disminuye a medida que aumenta la carga. En los sistemas de suspensión neumática (resortes de volumen de gas constante), también la frecuencia disminuye a medida que aumenta la carga en un sistema con un resorte de este tipo, sin embargo, no tan considerablemente como en el sistema mencionado – Fig. 3.
Fig. 3., Cambios en la frecuencia de vibración libre para diferentes sistemas de suspensión
en sistemas de suspensión mecánica, a medida que aumenta la carga, aumenta la compresión estática del elemento elástico, mientras que en casos de carga total, el rango de recorrido de la rueda disponible en compresión se reduce (ver Fig. 4), siendo esta una de las desventajas más considerables de sistemas de suspensión similares., Por lo tanto, uno típicamente necesita características progresivas que se obtengan en sistemas de suspensión de tipo resorte, que se logra a través de soluciones de diseño apropiadas (dos resortes paralelos, etc.).).
para poder controlar y generar fuerzas en un sistema que comprende la suspensión de un vehículo de automóvil, uno debe aplicar algoritmos de control complicados (principios de control, como por ejemplo SkyHook, que optimizan los parámetros de amortiguación para que coincidan con el criterio de reducción de velocidad para masas saltadas)., Lo que demuestra limitar estas soluciones es el retraso de tiempo (inercia) de los elementos de accionamiento del sistema mecatrónico.
entre las soluciones más avanzadas aplicadas en sistemas de suspensión activa, cabe destacar MPCD (Model Predictive Controller) cuyo algoritmo de control utiliza información sobre el perfil de la carretera (sensores especiales permiten la calibración del perfil de la carretera delante del vehículo), y este tipo de información permite calcular y hacer coincidir los parámetros del sistema de suspensión con la función de entrada con la debida antelación.
Fig. 4., Sistema de suspensión sin A) mecánica y con compensación de deflexión estática B) neumática o hidroneumática
Las soluciones controlables se basan típicamente en sistemas mecatrónicos que controlan el funcionamiento de amortiguadores de características ajustables (amortiguadores con una válvula de control que ajusta el flujo de fluido a través de lo que se conoce como by-Pass o que utilizan fluido magnetorreológico)., La solución que consiste en utilizar sistemas de suspensión de parámetros ajustables no aumenta significativamente la complejidad del sistema de suspensión mecánico (amortiguador, muelle y brazos de suspensión). Algunos ejemplos de esta solución incluyen los siguientes amortiguadores:
• SACHS CDC (control de amortiguación continua), también conocido como Skyhook o IDS y utilizado en automóviles de marcas como WV, BMW, GM, Opel, Fiat, Porsche, Ferrari, Maserati., Esta solución se basa en un sistema electrónico de amortiguación de vibraciones ajustable mediante amortiguadores con dos válvulas de solenoide (que garantizan un control separado de la compresión y la tensión).
• Bilstein ADS (Adaptive Damping Control)-solución utilizada por Mercedes-Benz en modelos como S, E, CLS y SL, CL, SLK. También se basa en el sistema electrónico de amortiguación de vibraciones ajustable por medio de amortiguadores con electroválvulas.
• Monroe CES (suspensión electrónica controlada continuamente)-también conocida como Four-C y utilizada en Volvo S60R/V70R y S80., Esta solución también se basa en el sistema electrónico de amortiguación de vibraciones ajustable con amortiguadores con válvulas de solenoide.
• Delphi MagnetiRide-solución comúnmente conocida como control de viaje magnético y utilizada en automóviles fabricados por GM corporation, así como en Chevrolet Corvette. Se basa en la utilización de las propiedades del fluido magnetorreológico. Bajo el impacto del campo magnético, el sistema adapta sus propiedades físicas, lo que permite ajustar los parámetros de amortiguación del amortiguador en un tiempo inferior a 1 ms., En lugar de la válvula solenoide, esta solución cuenta con un conjunto de conductos de diámetro apropiado utilizados para suministrar el fluido magnetorreológico. El Control de la operación del amortiguador no es complicado, ya que la dependencia entre la fuerza de amortiguación y el valor de intensidad de la corriente que genera el campo magnético es de hecho lineal. El rango de cambios es considerablemente grande, y permite generar una fuerza 14 veces mayor que la generada bajo condiciones de suministro de energía cero.
• Kayaba DRC (Dynamic Ride Control) – solución utilizada en Audi RS6 Quattro., Se basa en un acoplamiento hidráulico entre amortiguadores de ruedas individuales y válvulas que controlan el flujo de fluido.
• amortiguadores PDC (Pneumatic Damping Control) utilizados en Audi Allroad. Esta solución se conoce del diseño específico asumiendo que los parámetros de los ajustes de control del muelle de suspensión neumático de las características correspondientes del amortiguador. La presión de aire del resorte de suspensión ajusta los ajustes de la válvula PDC dedicada instalada en el amortiguador.,
también hay sistemas aún más ampliados, haciendo uso de soluciones basadas en sistemas neumáticos o hidráulicos. Los sistemas de suspensión neumática están instalados en modelos de automóviles como:
• Jaguar XJ con el sistema CATS (Computer Active Technology Suspension). Mercedes-Benz modelos E y s equipados con el sistema de suspensión AIRmatic,
• Volkswagen Phanteon con el sistema 4CL.
en las soluciones anteriores, Un resorte de volumen de gas constante (que permite el ajuste del espacio libre del vehículo tanto durante la conducción como en una parada) coopera con amortiguadores de características de amortiguación ajustables.,
la masa de gas en resortes de gas utilizados en sistemas de suspensión hidroneumática instalados en vehículos de pasajeros es constante. Esta solución ha sido utilizada principalmente por Citroen en modelos como:
• BX, XM, Xantia y opcionalmente en C5 y C6.
Estos sistemas de suspensión utilizan resortes de masa de gas constante que cooperan con cilindros hidráulicos. Los elementos controlados por presión del sistema de suspensión hidráulica permiten ajustar el valor del espacio libre del vehículo.