Suspensión pilotada
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Suspensión Pilotada Por José Fernando Moraleda León Suspensión Se llama suspensión al conjunto de elementos elásticos que se interponen entre los órganos suspendidos ( bastidor, carrocería, pasajeros y carga) y los órganos no suspendidos (ruedas y ejes) Suspensión Su misión es absorber las reacciones producidas en las ruedas por las desigualdades del terreno, asegurando así la comodidad del conductor y pasajeros del vehículo, y al mismo tiempo asegurar la estabilidad del vehículo. Suspensión La absorción de estas reacciones se consigue mediante la acción combinada de los neumáticos, la elasticidad de los asientos y el sistema de suspensión Cuando el vehículo circula por un terreno irregular, las ruedas están sometidas a una serie de impactos que se transmiten a la carrocería a través de los elementos de unión. Si el terreno es llano, las pequeñas irregularidades del mismo, son absorbidas por la elasticidad de los neumáticos, pero si las irregularidades son grandes, los impactos serían acusados por los ocupantes del vehículo, de no mediar la suspensión; la unión elástica que ésta supone es capaz de absorber dichas reacciones Características que debe cumplir - Puesto que han de soportar todo el peso del vehículo, deben ser suficientemente fuertes para que las cargas que actúan sobre ellos,no produzcan deformaciones permanentes. - A su vez han de ser muy elásticos para permitir que las ruedas se adapten continuamente al terreno. - Esta elasticidad en los elementos de unión produce una serie de oscilaciones de intensidad decreciente que no cesan hasta que se ha devuelto la energía absorbida, lo que coincide con la posición de equilibrio de los elementos en cuestión; dichas oscilaciones deben ser amortiguadas hasta un nivel razonable que no ocasione molestias a los usuarios del vehículo. Introducción a Suspensión pilotada El diseño de un sistema de suspensión se realiza de manera que las formas, estructuras y dimensiones de los trenes permitan que ésta resulte confortable y al mismo tiempo sea sea lo suficientemente eficaz para atenuar e impedir cualquier movimiento de la carrocería respecto al suelo de manera que el vehículo se mantenga durante la marcha lo mas horizontal sobre el plano posible, tanto en línea recta como en curvas, aceleraciones y frenadas, cualquiera que sea el estado de la carretera y la fuerza centrífuga actuante. Introducción a la suspensión pilotada La gran mayoría de las suspensiones están taradas de modo que si es un vehículo de lujo, la suspensión sea blanda, si el vehículo es deportivo, la suspensión sea dura, y si es un vehículo medio, se tara con un valor medio entre extremos para adecuarse de una forma mas o menos aceptable a unas condiciones del terreno y estilo de conducción normales. De esta ultima forma, no tenemos una suspensión dura para condiciones deportivas, ni blanda para una conducción mas serena, pero se intenta asemejar. Suspensión Pilotada Lo ideal, sería poder variar el tarado de la suspensión al antojo del conductor, o de una forma automática condicionada a las condiciones del terreno y conducción, y eso ya es una realidad con este tipo de suspensión. Sin ser necesaria una compleja instalación de muelles y amortiguadores, la suspensión pilotada ofrece niveles de confort y de manejabilidad mas elevados. Suspensión pilotada Este sistema actúa sobre la capacidad de absorción de los amortiguadores, estando provisto de electroválvulas que permiten modificar los pasos calibrados de aceite entre las cámaras de manera que su acción de frenado sobre las oscilaciones del muelle de suspensión sea adaptada a la manera mas conveniente pilotándose las electroválvulas por medio de un regulador electrónico que a su vez recibe diferentes señales de las condiciones de rodaje del vehículo. Suspensión pilotada El sistema está compuesto por cuatro amortiguadores dotados con electrovalvulas gobernadas por un calculador electrónico en función de las informaciones que recibe de: Velocidad del vehículo. Activación del freno. Aceleraciones longitudinales, transversales y verticales. Suspensión pilotada El sistema es capaz de modificar la dureza de amortiguación en tres estados diferentes: Suspensión deportiva: Se regulan los amortiguadores de forma que resulten duros, lo que corresponde a un estilo de conducción rápida y agresiva, donde lo que se hace necesario es una suspensión dura para ganar en agarre. Suspensión pilotada Suspensión media: buscando un buen compromiso entre confort y estabilidad, se regulan los amortiguadores a una dureza media. Suspensión confortable: Destinada para carreteras con un firme en mal estado (cosa muy común en nuestra red de comunicaciones terrestres) evita la transmisión de vibraciones y movimientos bruscos a los ocupantes transmitiendo a este una sensación de confort. Suspensión pilotada Normalmente (salvo excepciones) la activación de estas tres fases se puede llevar a cabo o bien de un modo manual, o bien de un modo automático. El modo manual, como su nombre indica, el propio conductor decide en todo momento que tipo de suspensión desea tener, en caso de que las condiciones de la conducción varíen, será él mismo quien tenga que cambiar el sistema de tarado de suspensión. En caso de frenada de urgencia, el mismo vehículo será quien imponga la posición de suspensión dura, para ganar en eficacia de frenado. Suspensión pilotada La posición automática adapta de forma en la que el conductor no entra en juego directamente, la suspensión tomando como datos la velocidad, la activación del freno y las aceleraciones. La posición adoptada por la suspensión se ve reflejada en el tablero de instrumentos, haciéndoselo saber de esta forma al conductor. Funcionamiento del amortiguador de tarado variable El paso de un tipo de suspensión a otra se realiza mediante las electroválvulas de los amortiguadores. El amortiguador está formado por dos cámaras más una tercera complementaria unida mediante pequeños orificios a una de las cámaras y a la otra mediante dos electroválvulas que son activadas por un calculador. Las dos primeras cámaras están unidas mediante un orificio en el émbolo. Tarado: - Suave: electroválvula de mayor caudal abierta y la de menor caudal cerrada. - Medio: electroválvula de gran caudal cerrada y la de menor caudal abierta - Deportiva: Las dos electroválvulas cerradas. - Captadores y calculador: Captadores Captador de ángulo y velocidad de rotación del volante: se trata de una captador de ángulo, de tipo óptico-electrónico colocado en la columna de la dirección. Determina la velocidad, el sentido, el tiempo en que se realiza el giro y el punto de línea recta y acciona el estado firme en función del giro. Captador de recorrido del pedal acelerador: es una resistencia variable, cuyo cursor es accionado por el acelerador. Determina las variaciones del pedal, pasando al estado firme cuando lo cree conveniente. Captadores Captador de presión de frenos: manocontacto accionado por el pedal de freno. En una frenada en seco informa al calculador que impone el estado firme de la suspensión. Captador de velocidad: está montado sobre el velocímetro, es de efecto Hall. En función la velocidad, se cambia la estabilidad de la suspensión. Captador de desplazamiento de carrocería: basado en el mismo principio que el captador del volante. Según el estado de la carretera pasa de un estado a otro la suspensión. Captadores Interruptor de información suplementaria: colocado en el salpicadero, permite imponer un estado permanente manualmente. Calculador: a partir de los datos que recibe, permite la elección de la amortiguación deseada por el conductor en la suspensión controlada mediante interruptor; en la suspensión inteligente se modifica el tarado de los amortiguadores según las circunstancias de la marcha. Suspensión convencional autonivelante pilotada. Solamente es usado en el tren trasero con la única diferencia respecto al sistema de suspensión convencional pilotada electrónicamente, es la incorporación de un grupo de válvulas en los amortiguadores compuesto por: Una válvula de modulación diferenciada, que regula la altura en función de la carga. Una electroválvula de amortiguación variable accionada por el calculador. Circuito hidráulico No admite ningún tipo de elección sobre el circuito hidráulico por parte del conductor y solo reacciona mediante las variaciones de carga manteniendo la altura constante del vehículo. Está compuesta por una bomba de aceite y su depósito de alimentación. La bomba envía el aceite necesario para la regulación de altura y los ruidos los absorbe un resonador. - Bomba de aceite: Es de tipo volumétrico, formada por dos pistones contrapuestos y unida generalmente a la bomba de la servodirección y accionada mediante una correa por el motor. Circuito hidráulico - Resonador: Situado a la salida de la bomba, está formado por una cavidad que atenúa los ruidos de la bomba. Las pulsaciones de la bomba influyen a las canalizaciones y son absorbidas por una tubería dilatable. - Acumuladores hidráulicos: Equilibran los volúmenes de aceite durante la distensión y compresión de los amortiguadores. El espacio reservado al aceite está conectado al amortiguador por un racor y, por otro, al regulador de altura. En la compresión, el aceite pasa a los acumuladores comprimiendo el nitrógeno y, en la distensión es empujado a los amortiguadores. Circuito hidráulico Regulador de altura: Mantiene le carrocería del vehículo a una altura determinada mediante un varillaje. Está fijado al bastidor y conectado a la suspensión, enviando aceite a los amortiguadores cuando se carga el vehículo, y descargándolos de aceite cuando se le quita la carga. Amortiguador posterior Es un amortiguador convencional formado por un cilindro unido al eje de las ruedas y un émbolo unido al bastidor. Como elemento elástico utiliza un muelle y como fluido el aceite que regula la altura y ajusta la amortiguación en función de la carga. - Válvula de modulación: Está formada por una válvula de pistón y un muelle tarado que modifica la sección del orificio. Está situada entre el amortiguador y el acumulador. Permite el paso de aceite en los dos sentidos pero gradúa el tarado de los amortiguadores. Amortiguador posterior Funcionamiento: El pistón regula continuamente la sección del conducto permitiendo al aceite el evitar las válvulas u obligándole a pasar por ellas. Sobre el pistón ejercen dos fuerzas, la del muelle que le obliga a dejar libre el conducto, y la de la presión del aceite que le obliga a cerrar el conducto. Si la presión del sistema autonivelante es baja, no vence la fuerza del muelle y el conducto queda abierto. Si la presión es alta, vence la presión del muelle y obliga al aceite a pasar por las válvulas provocando una respuesta rígida de la suspensión. Amortiguador posterior - Electroválvula: Controlada por el calculador electrónico. Puede adquirir un ajuste suave o rígido de amortiguación. Funcionamiento: en condiciones de ajuste suave, la electroválvula está abierta, la bobina alimentada y el pistón es levantado y deja libre el conducto. En condiciones de ajuste rígido, la bobina no está alimentada, por lo que la válvula permanece cerrada y el pistón cierra el conducto empujado por el muelle. El aceite es obligado a pasar por las válvulas tanto hacia el acumulador como hacia el amortiguador. La válvula antivacío evita la formación de vacío en las válvulas. Suspensión hidroneumática pilotada Tiene un funcionamiento de forma activa, denominada también suspensión hidractiva. No solo varía la dureza del amortiguador, sino también el tarado del muelle, permitiendo la elección entre dos estados de suspensión: sport y auto. En posición sport pasa a un estado confortable adquirido por la elección del conductor; en la posición auto, la suspensión actúa de forma inteligente, pasando de un estado a otro. La suspensión hidractiva se divide en dos partes, una electrónica y otra hidráulica. Suspensión hidroneumática pilotada La parte electrónica utiliza los sensores que mandan información tal como el ángulo de giro y la velocidad de rotación del volante, posición del acelerador, velocidad del vehículo, frenada y desplazamiento vertical de la carrocería. Estas informaciones son contrastadas por el calculador con las medidas de su programa. Si se sobrepasa alguno de sus valores provoca una toma de decisiones que afecta a las electroválvulas modificando los orificios calibrados del amortiguador. La parte hidráulica actúa sobre el estado de rigidez de la suspensión mediante un regulador que está formado por una esfera y dos amortiguadores por cada eje dispuestos de tal forma que puedan ofrecer dos estados de suspensión. Funcionamiento suspensión hidroneumática pilotada Una esfera adicional por eje más para obtener una flexibilidad variable: la flexibilidad varía también en función de la cantidad de nitrógeno contenido en las esferas. Se añade una tercera esfera integrada en el circuito según las condiciones de carga y rodaje. Principio de funcionamiento elástico: la tercera esfera está integrada en el circuito. El volumen total de gas es equivalente a la suma de los volúmenes de gas de las tres esferas. Al ser mayor el volumen de gas, las compresiones quedan repartidas entre las tres esferas y es más flexible. Principio de funcionamiento rígido: la esfera adicional está separada del circuito y el volumen se reduce haciéndose más rígido. Dos amortiguadores más por eje: situados en cada una de las esferas adicionales para obtener una amortiguación variable. Funcionamiento suspensión hidroneumática pilotada Reglaje elástico y laminado ligero: el líquido pasa por los amortiguadores del conducto central para llegar a la esfera principal y adicional. Resulta poco frenado y es flexible la amortiguación. Reglaje rígido y laminado intenso: el aceite sólo puede pasar por los amortiguadores principales en los que se ha reducido el paso. Amortiguación variable. Antibalanceo activo: en la suspensión hidroneumática los elementos de suspensión de un mismo eje están comunicados hidráulicamente. En una curva un amortiguador se comprime mientras el otro se expande, pero el volumen y presión del nitrógeno en las esferas no varía con lo que no se oponen al efecto de balanceo. Funcionamiento suspensión hidroneumática pilotada Posición elástica: debido a los amortiguadores adicionales, el paso de líquido de una esfera a otra de un mismo eje es frenado. Así, en las curvas el paso de líquido es progresivo y suave y el equilibrio de presiones de cada esfera es más lento. Se reduce así el antibalanceo. Posición firme: Los amortiguadores adicionales bloquean el paso de aceite entre las esferas del mismo eje, siendo máximo el antibalanceo en ese instante mejorando la estabilidad del vehículo. Órganos constructivos La suspensión hidractiva incluye todos los órganos de la suspensión hidroneumática con el mismo funcionamiento a demás de un regulador de rigidez formado por una esfera, dos amortiguadores y una electroválvula. - La electroválvula: En cada eje hay una electroválvula, acoplada al regulador de rigidez, a la que la llega una información eléctrica enviada por el calculador que la transmite al regulador de rigidez el cual indica el paso de un estado a otro de la suspensión. Órganos constructivos La electroválvula tiene dos posiciones: Posición de reposo y retorno al depósito: el bobinado no recibe alimentación eléctrica. La aguja se mantiene sobre su asiento por acción del muelle y la utilización está comunicada con el depósito. Corresponde a la posición firme de la suspensión. Posición activada y alimentación de alta presión: el bobinado recibe alimentación eléctrica y la aguja cierra el retorno al depósito, comunicando la alta presión con la utilización. Corresponde al reglaje elástico de la suspensión. Órganos constructivos Regulador de rigidez: Cada eje tiene uno acoplado a la esfera adicional. Su función es cambiar el estado de la suspensión. Se encarga de poner en comunicación o aislar a las esferas y a los amortiguadores adicionales del circuito de suspensión. Mando activado, respuesta “elástica”: cuando la electroválvula está activada, el eje del regulador está sometido a la alta presión por un lado y por otro a la presión del aceite de los cilindros. Está en estado elástico, los dos elementos de suspensión y la esfera adicional se comunican entre sí y se producen tres consecuencias: gran volumen de gas ! suspensión flexible; paso de líquido por los cuatro amortiguadores ! amortiguador suave; paso de líquido de un elemento de suspensión a otro antibalanceo suave. Órganos constructivos Posición de reposo, respuesta “firme”: cuando la electroválvula no está conectada, el eje del regulador está sometido por un lado a la presión del depósito y por el otro a la presión de suspensión. La esfera adicional está aislada y los dos elementos de suspensión principal quedan aislados, produciéndose tres consecuencias: pequeño volumen de gas ! suspensión firme; el paso de aceite de un amortiguador a otro está bloqueado ! amortiguación firme; El paso de aceite de un elemento de suspensión a otro está bloqueado ! antibalanceo firme. Suspensión neumática pilotada Tiene los mismos órganos que cualquier suspensión neumática además de un regulador electroneumático que contiene en su interior las válvulas de solenoide o electroválvulas que están controladas por el calculador electrónico. - Funcionamiento: Cuando la carga aumenta, el resorte se comprime, baja la carrocería, el calculador electrónico lo detecta y permite el paso de aire al fuelle elevando la carrocería. Cuando se descarga el vehículo, la carrocería sube y la válvula de nivel se lo indica al calculador que abre el paso de aire para vaciar los fuelles y devolver a su altura al coche. - Disposición de los elementos sobre el vehículo: El sistema de suspensión está formado por el depósito auxiliar el regulador electroneumáticos que contiene en su interior las electroválvulas, unidas a los fuelles, uno para cada eje y al corrector de frenada. El mando a distancia situado en el salpicadero permite al conductor elevar o descender la altura del vehículo. Suspensión neumática pilotada Órganos constructivos: Regulador electroneumático: incorpora tres válvulas y tres electroválvulas. Dos válvulas alimentan a los fuelles, cada una a uno. La tercera cumple dos funciones diferentes: la alimentación de aire del regulador electroneumático y el vaciado de los fuelles cuando se quiere bajar la altura del vehículo. El calculador alimenta las tres electroválvulas. El regulador funciona así: la tercera válvula recibe el aire del depósito, el calculador ordena la entrada de aire, el regulador accione el bobinado de la electroválvula 5 y ésta coloca la tercera válvula en posición abierta, pasando el aire a los fuelles dependiendo de las otras dos válvulas que funcionan a través de las otras dos electroválvulas recibiendo, éstas, órdenes del calculador. Cuando hay que descargar aire de los fuelles, se desconecta la electroválvula 5 y la válvula 3 deja el fuelle comunicado con la atmósfera hasta alcanzar el nivel de altura óptimo, activando la electroválvula 5. Suspensión neumática pilotada - Mando a distancia: Está unido al calculador y permite al conductor regular la altura. - Captador de nivel: Está unido por un extremo a una varilla cuyos movimientos por la variación de altura se transforman en señales eléctricas enviadas al calculador. Dispositivos de limitación de balanceo Se utilizan barras estabilizadoras que se colocan tanto en el eje delantero como en el trasero, enlazando los sistemas de suspensión del mismo eje, limitando la diferencia angular entre los brazos derecho e izquierdo oponiéndose a la inclinación del vehículo. A mayor rigidez mayor eficacia antibalanceo y menor flexibilidad y confort. - Sistema Citroën control activo de balanceo (SC/CAR): Este sistema, aunque independiente, se añade a los efectos producidos por la suspensión hidractiva. Mantiene la carrocería horizontal, al igual que las ruedas, ganando adherencia. Las leyes de cambio de estado de la suspensión hidractiva han sido adaptadas, con pasos más frecuentes al estado sport, para limitar los movimientos y las amplitudes de cabeceo en una carrocería sobre la que se ha suprimido los movimientos de balanceo. Utiliza dos subsistemas independientes para combatir el balanceo: Conmutación anticipada entre dos estados de rigidez de la barra estabilizadora. Corrección del ángulo de inclinación. Dispositivos de limitación de balanceo - Funcionamiento: En trayectoria recta, el cilindro hidráulico está comunicado con la esfera, así no actúa la barra estabilizadora directamente. Al iniciar una curva se interrumpe esa comunicación y la barra estabilizadora actúa de manera rígida. Cuando la carrocería se inclina más de 0,3°, el cilindro recibe o expulsa aceite a presión estirándose o encogiéndose, aplicando una fuerza en sentido inverso a la inclinación de la carrocería. Dispositivos de limitación de balanceo Disposición de los elementos: El sistema SC/CAR es un complemento a la suspensión hidractiva, recurre a la inteligencia de la electrónica y a la fuerza de la hidráulica para mantener el vehículo en horizontal. Está formado por una parte electrónica, una hidráulica y otra mecánica. La parte electrónica está formada por captadores, un calculador con un programa preestablecido y una electroválvula del regulador SC/CAR sobre la que actúa. La parte hidráulica está formada por el aceite a presión de la dirección frenos y suspensión. Se constituye de un cilindro hidráulico delantero izquierdo que une el brazo de suspensión delantero izquierdo y la barra estabilizadora; un cilindro hidráulico trasero derecho que une ese brazo y la barra estabilizadora; una esfera que da elasticidad situada en la parte trasera central formando conjunto con la electroválvula y el regulador; Un corrector comandado por bieletas, que provoca el accionamiento de los cilindros para mantener la carrocería en horizontal. Está fijado sobre el puente delantero; y un acumulador de líquido para el propio sistema. La mecánica del sistema está compuesta de una barra estabilizadora delantera, otra trasera y un conjunto de bieletas y resortes que aseguran la unión entre los dos brazos de suspensión delanteros y corrector SC/CAR. Dispositivos de limitación de balanceo Mando mecánico del balanceo: Da la orden necesaria para mantener la carrocería horizontal durante una curva. Los movimientos oscilantes de los brazos se transforman en movimientos rectilíneos mediante las bieletas y una diferencia de 0,3° de los ángulos de los brazos delanteros provoca el movimiento del eje corrector SC/CAR. - Corrector del balanceo: Es el encargado de añadir o retirar el aceite de los cilindros con el fin de equilibrar la carrocería. Sólo debe actuar en solicitaciones importantes para privilegiar el confort. Es un distribuidor de dos vías que según la posición de su eje pone en comunicación la admisión con la utilización de los cilindros, la utilización de los cilindros con el retorno al depósito o aísla la utilización de los cilindros. Dispositivos de limitación de balanceos Tren delantero: El cilindro SC/CAR permite inclinar la carrocería con relación al suelo para obtener el comportamiento natural deseado. Éste cilindro une la barra estabilizadora al elemento de suspensión delantero izquierdo asegurada esta unión en el lado derecho mediante una bieleta de longitud fija y en el izquierdo por un elemento de longitud variable. Hidráulicamente el cilindro puede presentar tres estados diferentes: Unido a la esfera de regulador SC/CAR = mayor elasticidad en línea recta. Completamente aislado = asegura la rigidez al inicio de la curva. En unión con la fuente de presión = mantiene la carrocería horizontal en giros pronunciados. Dispositivos de limitación de balanceos Tren trasero: El cilindro SC/CAR permite inclinar la carrocería con relación al suelo para obtener el comportamiento natural deseado. La barra estabilizadora está fijada sobre el eje trasero. Éste cilindro une la barra estabilizadora con el brazo de suspensión trasero derecho asegurada esta unión en el lado izquierdo mediante una bieleta de longitud fija y en el derecho por un elemento de longitud variable. Hidráulicamente el cilindro puede presentar tres estados diferentes: Unido a la esfera de regulador SC/CAR = mayor elasticidad en línea recta. Completamente aislado = asegura la rigidez al inicio de la curva. En unión con la fuente de presión = mantiene la carrocería horizontal en giros pronunciados. Dispositivos de limitación de balanceos Control de balanceo ARS: En este sistema se sustituye la barra estabilizadora convencional por una barra activa que está formada por dos semibarras conectadas entre sí mediante un motor hidráulico. Si éste permanece en reposo, las dos semibarras se mueven de forma independiente, no afectando al confort. Cuando el coche entra en una curva, el motor colocado entre las dos semibarras de un mismo eje, actúa ejerciendo la fuerza necesaria para unirlas formando una barra estabilizadora rígida. El calculador recibe información mediante los sensores de velocidad del vehículo, posición y ángulo de giro del volante. A partir de estos parámetros, el calculador ordena a un grupo hidráulico que contiene las electroválvulas. Recibe presión de una bomba y la envía al motor hidráulico a través del acumulador. En función del paso de aceite al motor hidráulico, éste ejercerá más o menos fuerza sobre las semibarras. Así se puede variar la dureza de las barras estabilizadoras. Dispositivos de protección de balanceos En funcionamiento: los sensores mandan la información a las electroválvulas tras detectar la inclinación del vehículo. Acciona la bomba y permite el paso de líquido a través de éstas hacia los motores hidráulicos con lo que la fuerza entre las barras estabilizadoras va aumentando y la rigidez de la barra estabilizadora también. Intervenciones en el sistema de suspensión Precauciones y mantenimiento: Hay que tener las mismas precauciones y realizar el mismo mantenimiento que en los sistemas hidroneumáticos y neumáticos. Se quita la presión de la misma forma que en la suspensión hidroneumática pero, si lleva el vehículo el sistema antibalanceo, se debe accionar alternativamente las dos bieletas de mando del corrector SC/CAR para provocar la caída de presión de la esfera delantera y la esfera del regulador SC/CAR. - Comprobación y localización de averías: En cuanto a controles y reglajes se utiliza el mismo procedimiento que en la suspensión convencional y con regulación automática de altura. Además se incorpora un circuito eléctrico y un calculador donde se puede leer los fallos mediante un equipo de diagnosis. Fin