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Suspensin

Sistema completo de suspensin de un monoplaza de competicin

El apartado de Suspensin abarca las siguientes lecciones:

1.3.1. Bsicos de la Suspensin

1.3.2. Pull-Rod y Push-Rod

1.3.3. Mass Damper

Bsicos de la Suspensin

La finalidad de la suspensin es que las ruedas mantengan su contacto con el suelo elmayor tiempo posible, haya los baches que haya, y vayamos a la velocidad que vayamos.

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Suspensin Renault F1

Para conseguir ello, disponemos de dos configuraciones bsicas:

-Poner suspensiones blandas: Esto implica mayor agarre pero tambin mas tiempo de

reaccin ante los cambios de direccin o de aceleracin/frenada. El coche se vuelveperezoso ante lo que le ordenamos

-Poner suspensiones duras: Con ello el coche responder instantneamente a nuestrasordenes, pero al absorber peor las irregularidades, las ruedas estarn un mayor tiempo sin

traccin (Lo cual no implica que no estn en contacto con el suelo) al someterlas aesfuerzos extremos.

Tambin hay que recordar que a altas velocidades los alerones ejercen una enorme carga

sobre el monoplaza.

Este peso extra, cuando usamos chasis a poca altura del suelo, podra hacerlo rozar contrala pista.

Obviamente la solucin para evitar esto sera poner suspensiones ms duras, que no cedantan fcilmente a ese peso extra o aumentar la altura del chasis.

En curvas, dependiendo de las transferencias de pesos, el coche tiende a sobrevirar,subvirar o mantener un comportamiento neutro.

Segn el comportamiento del coche a causa de la suspensin, podemos hablar desobreviraje o subviraje.

Sobreviraje:

Sobreviras cuando, en curvas el coche gira ms de lo que le ordenas. Esto se debe a quepierde traccin atrs. El tren trasero trata de adelantar al delantero.Si este sobreviraje te

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hace perder totalmente el control y acabas dando un giro de ms de 90(A mi entender)

sobre ti mismo. Por ello, diramos que has dado un trompo.

Sobreviraje (En ingles Oversteering). El coche se va de atrs. En la foto de abajo se muestrala forma de corregirlo.

Esquema del sobreviraje (Oversteer)

Subviraje:

Subviras cuando el coche gira menos de lo que le ordenas y tiende a salirse por el exterior

de la curva. Esto se debe a la perdida de agarre en el tren delantero.

Subviraje (En ingles understeering). El coche se nos va de morro. La imagen de abajo

muestra la forma ms generalizada de corregir este efecto.Un comportamiento neutro implica que el coche no tiende a irse de ningn lado (Si pierde

traccin en una curva, la pierde en ambos trenes a la vez).

Un efecto producido por las continuas aceleraciones, frenadas y dems, junto y relacionadocon la accin de las suspensiones, es la transferencia de pesos.

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Esquema del subviraje (Understeer)

Transferencia de pesos:

-No llevar un movimiento uniforme (Movimiento uniforme = ir a velocidad constante)

-No llevar un movimiento rectilneo. (En curvas, cambios de rasante etc., se producentransferencias de pesos)

Nos basta con que se cumpla una de las dos anteriores condiciones para que el centro de

gravedad del vehculo ya no est en el punto en el que debera estar con el coche en reposo.En curvas, el peso se desplaza hacia las ruedas exteriores, en aceleraciones hacia las

traseras, en frenadas a las delanteras, en lo alto de un cambio de rasante las 4 ruedaspierden peso por igual (El coche t iende a volar).

Quizs haya un tipo de transferencia de peso que no conocais, que es el denominado

alabeo. Para comprenderlo habria que observar las ruedas situadas en una diagonal (Por ej.La rueda delantera izquierda y la rueda trasera derecha).

Cuando la suspensin de una se comprime la de la otra tiende a extenderse. Probad a

sentaros en vuestro coche, sobre la parte del capo que esta sobre una de las ruedasdelanteras.

Veris que no se hunde todo el tren delantero sino solo el lado delantero sobre el que

volcis vuestro peso. Y en respuesta a ese hundimiento, la suspensin trasera del ladocontrario (En diagonal) tiende a subir. Es como un balancn.

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Las suspensiones son las encargadas de sostener el peso de las masas suspendidas (Todo lo

que no sean ruedas+suspensiones se considera masa suspendida).

Hay muchos elementos susceptibles de formar parte de las suspensiones: Amortiguadores,muelles, barras de torsin, barras estabilizadoras

Muelles:

Los muelles son arrollamientos helicoidal de acero elstico con un grosor de varilladeterminado, dependiendo de la rigidez que se quiera dotar a la suspensin. En la F1 los

muelles se suelen encargar a compaas especializadas.

Muelles

Alguna vez habis odo hablar de muelles progresivos, verdad?.

Estos son los que estn diseados para ejercer una resistencia determinada segn su gradode compresin.

Esquema de los diferentes tipos de muelles

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El de la izquierda es un muelle normal y corriente. Los otros, como podis apreciar no lo

son tanto.

El del medio tiene dos tipos de hlices. Al principio se comprimir por la zona de abajo quees la mas dbil y despus seguir con la de arriba, proporcionando con ello una

resistencia diferente dependiendo de lo que lo hayamos comprimido.

El muelle de la derecha es lo que se llamara muelle progresivo. El tipo de hlice va

cambiando progresivamente a lo largo del muelle.

Amortiguadores:

En ingles son llamados shock absorvers o dampers. Sirven para atenuar (amortiguar) lasoscilaciones producidas por la suspensin. Sin amortiguadores, nos pasaramos media viday parte de la siguiente dando botes arriba y abajo.

Amortiguador

Hay muchos tipos de amortiguadores (hidrulicos, monotubo de gas a alta presin, bitubode gas a baja presin), as que tampoco vamos a extendernos mucho.

Si queris haceros una idea de cmo funcionan por dentro, imaginaros la tpica jeringuillade poner inyecciones, pero con el lado en que estara la aguja (Por donde saldra el liquido)

cerrado.

Tienen un pistn con unos agujeritos para que pase el liquido(Aunque ya dijimos que los

hay de gas tambin.).Cuanto ms pequeos sean esos agujeros, ms resistencia al paso del liquido producen.

As que la nica finalidad del pistn es dificultar su propio movimiento a lo largo del tubo.

As los muelles no botaran y rebotaran salvajemente arriba y abajo.

Barras de torsin:

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Son barras de acero reforzado que ejercen una resistencia a su propio giro. Se retuercen, es

decir trabajan a torsin. Normalmente son cilndricas, estriadas en una de sus partes y fijasal chasis en la otra, y ejerce una resistencia cuando se intenta retorcerla.

Barra de torsin de un F1

Barra estabilizadora:

Es una barra de acero que conecta los brazos de suspensin de las ruedas (Del mismo eje).

Su finalidad es evitar que el chasis tienda a inclinarse/balancearse peligrosamente en lascurvas.

Cuanto ms grosor tenga esta barra, mas resistencia a torcerse ejerce y menos se balancearael chasis (Hay que buscar un trmino medio. Tampoco interesa una rigidez total).

Veamos un par de esquemas ms fciles de entender:

Esquema barras estabilizadoras (Vista frontal)

Aqu vemos una posible solucin para la suspensin delantera. La idea de poner esas barras

diagonales para transmitir los esfuerzos a la suspensin, fue original de Gordon Murray enel Brabham de los aos 70. Actualmente, todos los F1 hacen uso de esa vara de

empuje/traccin.

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Barras estabilizadoras en un f1 real

Ahora un vistazo a las brazos de suspensin horizontales. En realidad cada brazo horizontal

tiene forma de V, solo que en la perspectiva que he puesto arriba no se nota. Mirad esta dems abajo:

Esquema barras estabilizadoras (Vista lateral)

Esas brazos con forma de V (Alias tringulos de suspensin) tienen la misma funcionalidad

que las bisagras en la puerta de cualquier casa. Transmitir un giro y punto.

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El brazo que va en diagonal es el nico que forma parte activa en la transmisin/recepcin

de esfuerzos a la suspensin. Un pequeo detalle. Por que se ponen dos V a cada lado? Sisolo estan para transmitir un giro, no bastara con un sol triangulo de suspensin??

Podra, pero hay una cosa a tener en cuenta. Si pones solo 1, la rueda girar (En el plano

vertical) de forma solidaria con el triangulo de suspension.Pero al poner dos tringulos paralelos, la rueda se mantendr siempre lo mas perpendicular

posible a la calzada.

Esquema tringulos de suspensin al paso por un obstculo (podra ser un piano)

A la izquierda usando solo un brazo. No es que tenga forma de V, sino que se muestran dosposibles posiciones y el ngulo (en la vertical) que gira la rueda al variar su altura.

A la derecha usando dos brazos paralelos. En las dos posiciones la rueda se mantiene

perpendicular a la pista(Tendr siempre la mayor superficie de contacto posible con elasfalto)

El grafico anterior explicaba el caso de que una rueda pasase por un piano por ej. Ahora

veamos las ventajas del doble brazo en el paso por curva.

Esquema ventajas de la doble barra estabilizadora al paso por curva

Este grafico se refiere al tren trasero (El circulo es el diferencial).Pero como explicacinsirve de todas formas.

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Estamos girando hacia la derecha. El chasis tiende a irse hacia la izquierda (Transferencia

de pesos).

Es decir, con un solo brazo, las fuerzas rotacionales sobre el brazo de movimiento rgido,tienden a elevar el coche(Y por ende, el centro de gravedad)

El doble brazo, permite a la suspensin rotar sin elevar el chasis.

Suspension delantera de un McLaren con doble brazo o doble barra estabilizadora

Ahora vamos a ver un poco ms a fondo como estn distribuidos todos los elementos de la

suspensin que hemos mencionado hasta ahora.

Esquema completo de la suspensin de un F1

En negro vemos la vara que transmite los esfuerzos de empuje/traccion a la suspension.

En verde claro, tenemos las barras de torsion y en rojo los amortiguadores.En amarillo tenemos los brazos oscilantes o balancines. Tienen un eje de giro solidario con

el de las barras de torsion(verde) y y estan conectados a los amortiguadores(rojo).En azul tenemos la barra estabilizadora(O barra anti-vuelco). No todas las barras

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estabilizadoras funcionan exactamente igual, asi que quedaros simplemente con su

finalidad

Otro elemento de la suspension:Supongamos que queremos una suspensin blanda, pero tambin queremos el chasis a poca

altura.

Recordemos que el problema que tenia esta configuracin era que el chasis poda rozar el

suelo con el peso extra que producen los alerones a altas velocidades.

Solucin: reducir el recorrido del amortiguador. Ponerle un tope para que no pase de ah,independientemente de su dureza.

As, los muelles o las barras de torsin no se comprimirn ms de lo que nos interesa.Es importante que no se requiera de este elemento en las curvas, porque en cuanto entren en

accin, la suspensin ya no disipara mas energa de los baches. Sera completamente rgida.

Solo es til en rectas a gran velocidad, en las que no afecte demasiado al comportamientodel vehculo el carecer de suspensiones.

En fin, en el dibujo se ve bien. Un amortiguador y en su barra esta el tope (packer) paralimitar su recorrido (Dependiendo de su tamao) y un elemento amortiguador de caucho

(Bump Rubber).

Otros puntos importantes a la hora de poner a punto las suspensiones de un monoplaza deF1, son aspectos como los ngulos de covergencia y de divergencia, el ngulo de avance, el

ngulo de cada y el radio de pivotamiento.

Angulo de convergencia/divergencia:

Es el ngulo definido entre cada rueda y el eje longitudinal del vehculo, siempre en su

proyeccin horizontal.

Esquema de convergencia y esquema de divergencia

Angulo de avance:

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Provoca el auto alineacin de las ruedas, favoreciendo a la estabilidad. Pensad en los tpicos

carritos de la compra de los supermercados. Por muy girada que este una rueda, en cuanto

empujamos el carro, la rueda tiende a ponerse recta, es decir, a autoalinearse.

Esquema del ngulo de avance

Angulo de cada:

Queda definido entre el plano de una rueda y la vertical al suelo.

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Esquema del ngulo de caida

En el grafico la cada es positiva, puesto que la parte alta de la rueda sobresale. En

vehculos de gran potencia se puede poner cada negativa, es decir, que sea la zona decontacto con el suelo la que sobresalga.

Diferentes tipos de ngulos de caida

Esquema de un f1 con cada positiva

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Huella de contacto entre el neumtico y el asfalto, de un f1 con cada positiva

Esquema de un f1 con cada negativa

Huella de contacto entre el neumtico y el asfalto, de un f1 con cada negativa

Radio de pivotamiento:

Es la distancia entre el punto medio de la banda de rodadura(A) y la proyeccin sobre elasfalto, del eje de pivotamiento(B)

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Esquema del radio de pivotamiento

Si el punto B esta dentro de la banda de rodadura, el radio de pivotamiento se considera

positivo. Si el eje de pivota miento cruza la vertical del neumtico y corta en el suelo fuerade la banda de rodadura, entonces hablaremos de radios de pivotamiento negativos.

En la imagen siguiente se pueden distinguir todos los elementos que se han mencionado enesta seccin.

Esquema detallado de la suspensin de un F1

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Pull-Rod y Push-Rod

Esquema de suspensin Pull-Rod y esquema de suspensin Push-Rod

Hemos de saber, que en F1 existen dos tipos de suspensiones: el pull-rod y el push-rod.

El tipo de suspensin pull-rod, es mucho ms simple que el push-rod, en cuanto a

proyectacin y geometra, y adems baja sustancialmente el peso de todos los elementos dela suspensin trasera.

Aunque para entender la diferencia entre los dos tipos de suspensiones, hay que partir y

entender dos conceptos tericos: la masa no suspendida y la masa suspendida.

La masa no suspendida es la formada por el conjunto de la suspensin, es decir lasuspensin en toda su extensin: ruedas, llantas, muelles, trapecios, amortiguadores y todo

lo que forma parte del sistema. La masa suspendida es el resto del coche que no sea la

suspensin. La diferencia entre ellas es que la masa no suspendida es la que absorbe lasirregularidades del asfalto, y las intenta disipar, para intentar que la masa suspendida se veaalterada en su dinmica los menos posible por las irregularidades de la pista.

Pues bien, como podemos ver imagen anterior, la diferencia entre una suspensin y otra esla forma en que conectamos la masa no suspendida con la masa suspendida, afectando eso a

su manera de trabajo. La suspensin push-rod (masa no suspendida) se conecta con elresto del coche (masa suspendida) desde el trapecio inferior a la parte superior del chasis

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donde est ubicado el amortiguador, siendo principalmente un movimiento vertical y de

compresin (push).

En cambio, la suspensin pull-rod, conecta la suspensin desde el trapecio superior a laparte baja del chasis donde est conectado al amortiguador. El movimiento que se genera es

principalmente un movimiento lateral y de traccin (pull)

Las ventajas del pull-rod frente al push-rod son tres:

1) Que es ms ligera

2) Que tiene un centro de gravedad ms bajo en su conjunto ya que los amortiguadores y

muelles pueden ir ms bajos

3) Que es ms aerodinmica ya que los tirantes pueden ser ms estrechos que los de la

push pues slo trabajan a traccin.

Los inconvenientes del pull-rod frente al push-rod es, que es difcil de disear, es msfrgil y propensa a roturas, debido a las altas cargas aerodinmicas que se generan en la

parte inferior del monoplaza con los dobles difusores y cambios de pesos dinmicos encurvas de alta velocidad.

Por tanto, en los monoplazas con suspensin pull-rod, los escapes han de discurrir sobre elfondo plano del monoplaza a los lados del canal central y por debajo del nivel de la caja de

cambios.

Mass Damper

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Esquema Massa Damper

El amortiguador de masa o mass damper es un sistema de absorcin de vibracionesmediante el balanceo de un contrapeso colgante, que es utilizado en la mejora de

adherencia mecnica al asfalto en vehculos de competicin.

Fue utilizado por la escudera Renault y otros equipos durante las temporadas 2005 y 2006

de Frmula 1 hasta que fue prohibido su uso por la FIA en agosto de 2006.

Este sistema se basa en el sistema de amortiguacin de vibraciones que poseen los edificiosde las zonas con mayor peligro de terremotos como pueda ser Japn.

Como en los monoplazas actuales no hay apenas margen para la amortiguacin, son cochescuyas suspensiones son de un tarado extremadamente duro aunque tengan un grado de

regulacin. Por ello cualquier excursin por la grava, pianos o hierba es amortiguada conescasez y algn piloto ha salido con moratones tras una excursin por fuera de la pista

debido a ello. Sin embargo, este detalle es anecdtico pues las suspensiones estn diseadascon el fin que los neumticos estn en contacto con el asfalto el mayor tiempo posible.

Mayor contacto implica mayor agarre, mayor agarre mejora nuestro paso por curva graciasa esa mejor traccin. Perfecto, hasta aqu todo claro.

Ahora entra el amortiguador central, alojado justo por delante de los pies del piloto antes de

llegar al alern delantero. En nuestros coches de calle diramos que los amortiguadores sonpasivos, me explico, a la llegada de un bache los amortiguadores de nuestro vehculo se

comprimen mejorando el confort de la marcha y evitando que nuestros neumticos pierdanel contacto con el asfalto. Sin embargo, un amortiguador central de F1 o un Mass Damper

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lo calificara yo de un amortiguador activo. El motivo es que este amortiguador realiza

una compresin o extensin contraria a la vibracin que generara por ejemplo un bache,reduciendo de este modo las vibraciones. Por tanto, unas menores vibraciones permiten que

las suspensiones trabajen con un menor nivel de esfuerzo pues el amoriguador centralayuda a reducir las vibraciones, dando lugar a una mejor traccin en el eje delantero, lo que

ayuda a que el monoplaza sea menos subvirador (es decir, una menor dificultad para que elmorro entre mejor en las curvas). Adems de esto, al eliminar las vibraciones, tambin se

consigue que el contacto de los neumticos con el suelo sea uniforme y sin interferencias,lo que mejora la adherencia y cuida las gomas.

El sistema, es muy sencillo, ya que se trata de una masa de unos 10 kg suspendida entre dosmuelles. La dificultad de esta, se encuentra en el clculo de la masa, la posicin y la

flexibilidad de los muelles.Es decir, el mass damper se trata de una pieza que compensa las vibraciones generadas por

las irregularidades del terreno. Para lograrlo, este artilugio generaba frecuencias de varioshertzios contrarias a las causadas por el asfalto en las curvas.

Esquema interior del mass damper

Esquema situacin del mass damper en el chasis