Sistemas de suspensión

El objetivo fundamental de los sistemas de suspensión es el de hacer frente a las irregularidades del terreno manteniendo el confort en la marcha e intentando a la vez que se mantenga la trayectoria deseada por el conductor con ciertas garantías de estabilidad. Este sistema es el encargado de conectar las ruedas con el vehículo: cuando un vehículo encuentra un saliente en la calzada se comprimen los resortes del sistema de suspensión almacenando la energía y absorbiendo el choque. La energía almacenada se libera rápidamente cuando los resortes se recuperan.

Se denomina “suspensión” porque este sistema es el conjunto que se interpone entre los elementos que están en contacto físico con el terreno, es decir, las ruedas y sus ejes, y el conjunto que está “suspendido” (carrocería, pasajeros, carga y bastidores). La suspensión es un conjunto elástico y su misión fundamental es absorber el efecto de las irregularidades de la calzada que generan unas vibraciones que percibimos como de gran incomodidad. Si bien las pequeñas irregularidades de la calzada pueden ser absorbidas directamente por la elasticidad de los neumáticos, éstos no pueden absorber las de mayor tamaño, de las que se encarga la suspensión.

El objetivo fundamental del sistema de suspensión es por tanto incrementar la comodidad, lo que exige que las ruedas se puedan desplazar respecto a la carrocería del vehículo. Pero hay también una serie de factores secundarios que también forman parte de sus objetivos. Una buena suspensión debe:

  • Proporcionar amortiguación independiente a cada una de las ruedas. Eso significa que cuando la rueda atraviesa una irregularidad el choque no se transferirá a otras ruedas.
  • El balanceo excesivo de la carrocería conduce a la transferencia de mucho peso y puede influir en la dirección. Si tratamos de restringir el balanceo de la carrocería al mínimo podemos crear sensación de incomodidad. Por otra parte, el balanceo de la carrocería le informa al conductor sobre el comportamiento del vehículo en las curvas y si éste ha llegado a su límite. Eliminar completamente el balanceo de la carrocería no es tampoco la solución óptima.
  • La suspensión debe tener una buena geometría de forma que los ángulos de caída de la rueda permanezcan invariables en todas las condiciones: aceleración, frenado, curvas, carga y golpes.
  • Este sistema debe ser capaz de soportar la carga del vehículo.

La mejora del sistema de suspensión genera inevitablemente nuevos problemas. Cuando el coche traza una curva la fuerza centrífuga tiende a empujarlo hacia el exterior y este balanceo de la carrocería traslada el peso del coche hacia la parte externa de la curva. Esto a su vez modifica la geometría de las ruedas, la de las suspensiones, y cambia el ángulo de inclinación de las ruedas, que se comban.

angulo de caída

Se llama comba o ángulo de caída al ángulo”Ac” que forma la rueda con la vertical que pasa por el centro de apoyo de la rueda. Es negativa si la rueda se inclina hacia el centro del vehículo y positiva si se da la situación inversa. En la figura anterior se muestra una caída negativa.

Cuando una rueda se comba positivamente, y debido a la elasticidad de los neumáticos, la rueda se deformará tendiendo a formar un cono truncado. Esta nueva forma de la rueda provocará una tendencia a girar alrededor del vértice cono. Es decir, la rueda trata de alejarse del centro del coche y trata de forzar un cambio de dirección. Si las ruedas izquierda y derecha se comban positivamente (es decir, tienden las dos hacia el exterior del vehículo) la tendencia de cambio de dirección se cancelará, mientras que si el coche está girando el balanceo de la carrocería da más peso en la parte exterior de las ruedas. A medida que la rueda exterior se comba positivamente tratará de dirigir el coche hacia el exterior de la curva, por lo que tenemos un subviraje. Si las dos ruedas se comban negativamente el coche sufrirá un sobreviraje.

La supresión del balanceo de la carrocería está reñida en general con el confort, porque el primero requiere de un sistema rígido de suspensión, y el segundo lo contrario. Sin embargo, una buena geometría del sistema de suspensión puede mejorar el balanceo de la carrocería, sin alterar el recorrido.

Existe cierta variedad de modelos de suspensión, pero dadas las necesidades específicas de los dos ejes (en el caso de coches) no todos los modelos de suspensión pueden ser montados en el eje delantero o trasero indistintamente. Cada tipo de suspensión es más o menos adecuado a uno de los dos ejes.

Clasificación de los sistemas de suspensión.

La clasificación de los sistemas de suspensión encierra una gran dificultad derivada del criterio empleado: en ciertas clasificaciones se confunde el criterio estructural con el funcional, es decir, la forma en que ha sido construida con su funcionalidad. Si tratamos de realizar una clasificación estructural podríamos diferenciar varias suspensiones multibrazo, pero deberíamos definir previamente lo que es el brazo y el número de brazos necesarios para considerar una suspensión como multi-brazo. O podemos realizar una clasificación atendiendo al tipo de movimiento relativo que realiza la rueda frente al bastidor, etc.

Sí hay un común acuerdo en relizar una primera clasificación general de los tipos de suspensión en tres grandes categorías:

  • Rígidas o dependientes. La suspensión de ambas ruedas va unida mediante un eje rígido, por lo que las vibraciones de cada una de ellas se transmite a la otra.
  • Semirígidas. Similar a la anterior, pero con menor peso no suspendido.
  • Suspensiones independientes. En este caso la suspensión de cada una de las ruedas es independiente, por lo que las vibraciones percibidas por una de ellas no se transmiten a la otra.

Suspensión no independiente

La suspensión no independiente es la más antigua y se estuvo empleando hasta los años 70, en especial en el eje posterior.

Una de las formas más habituales de suspensión independiente se realiza mediante un eje rígido que une las dos ruedas. El cuerpo del vehículo se suspende sobre unos muelles unidos a dicho eje.

suspensión live/dead axle

Si además el eje proporciona tracción recibirá el nombre de eje motriz. En el caso contrario se denomina eje libre. El eje de la figura anterior es motriz, y requiere por lo menos de un diferencial y un eje resistente que debe rodar sobre un conjunto en general bastante pesado. El conjunto bascula sobre unos anclajes (en rojo) que se unen al resto del chasis (azul). La tracción se transmite entre ambas partes gracias a la presencia del cardan. Dado que todo este conjunto está unido a las ruedas, deberá moverse con ellas, por lo que el trabajo de recuperación que deben hacer los muelles es tanto que en muchas ocasiones son incapaces de absorberlo todo, lo que se traduce en que parte de la vibración se acaba transfiriendo al vehículo.

suspension live/dead axle sobre obstáculo

Ante una irregularidad del terreno ambas ruedas sufren la influencia del ángulo de caída. El impacto que se recibe en una de las ruedas siempre se transmite a la otra. La única ventaja de este sistema es su simplicidad y bajo precio.

Suspensión pendular:

El camión de rally 8261 de LEGO Technic hace uso de dos sistemas diferentes de suspensión. El sistema comentado anteriormente se emplea en el conjunto posterior, mientras que la suspensión delantera es pendular. Se trata de un sistema también no independiente y que tiene la característica de incrementar el recorrido de la suspensión a costa de forzar un desplazamiento del conjunto del vehículo: cuando una de las ruedas tiene que superar un obstáculo de una altura 2h, el chasis se ve obligado a elevarse una altura h. No se trataría por tanto de un sistema que garantiza el confort, puesto que transmite el movimiento al interior del vehículo, sino que posibilita el superar obstáculos de gran tamaño, lo que lo hace idóneo en competiciones de trial truck, por ejemplo.

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Sariel nos proporciona el siguiente sistema de suspensión pendular frontal que además dispone de dirección y tracción. Se trata de un compacto sistema de dimensiones 15 x 8 x 5 que ha sido diseñado para vehículos pesados.

suspensión pendular de Sariel

Todo el conjunto anterior bascula sobre el eje pendular, que a su vez se emplea para transmitir la dirección -mediante el engranaje gris oscuro, que no engrana con el eje-, y la tracción mediante el tornillo sin fin. Incorpora además un diferencial entre ambas ruedas. En la siguiente foto se puede apreciar una vez montado.

Suspensión pendular con tracción y dirección, por Sariel

Suspensión independiente

Clasificación de los sistemas de suspensión independiente

Si atendemos a la orientación de los elementos de unión en relación con la dirección de la marcha podemos diferenciar:

    • Suspensión longitudinal, en la que los brazos siguen el sentido de la marcha. La siguiente animación es de Jennifer Clark y se puede observar cómo la tracción, que provendría del diferencial, se transmite a través de los engranajes que forman parte del sistema de suspensión móvil y acaba llegando al eje de la rueda, de color blanco. La dureza de la suspensión dependería del número de gomas o de su elasticidad.
      suspensión longitudinal, por Jennifer Clark
    • Transversal o de paralelogramo deformable. La siguiente imagen pertenece al 8865, el primer vehículo de LEGO con suspensión en las 4 ruedas y también el primero en incorporar suspensión en un eje con dirección, como es el caso. No hay tracción en esta rueda frontal. Imagen de ericalbrecht.

8865 frontal, imagen de ericalbrecht

    • Double wishbones
      La siguiente imagen pertenece al juego de suspensión del tren posterior del silver champion 8258. Cada una de las dos ruedas bascula de forma independiente, manteniendo la verticalidad, y realizando un movimiento transversal a la marcha. Dispone además de tracción, transmitida a través del doble cardan.

Suspensión posterior del 8258
Según muchos, la suspensión de brazos en “A” (Double wishbones) es la suspensión más idónea. Se puede usar en ruedas delanteras y traseras, es independiente y lo más importante, tiene casi perfecto control de la comba. Durante 40 años y aún a día de hoy, esta es la opción más importante empleada en carreras de coches, coches deportivos y sedanes exigentes.

Básicamente, dos horquillas de suspensión permiten mantener la rueda siempre perpendicular a la superficie de la carretera, con independencia del movimiento de la rueda. Esto asegura un buen manejo y hace desaparecer el ángulo de caída.

El sistema anterior es el empleado, por ejemplo, en el 8674 Ferrari F1 Racer 1:8 de LEGO.

8674 Ferrari F1 Racer 1:8

Otros posibles sistemas de suspensión:

Todos los sistemas nombrados anteriormente son pasivos en el sentido de que no son capaces de regularse automáticamente. Son los sistemas utilizados actualmente en vehículos pequeños y medios. Pero existen otros sistemas de suspensión inteligentes, que tienen en cuenta factores como el estado de la calzada, velocidad, comportamiento en la conducción, etc. y son capaces de regularse actuando en tiempo real sobre cada rueda para conseguir un mayor grado de confort. Estos sistemas se denominan activos y requieren una serie de sensores y actuadores, que necesitan su propio sistema de alimentación para funcionar, y un sistema de control mucho mas complejo que los anteriores.

Más Información:

 

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