Proceso de diseño de la suspensión automotriz

El diseño de la suspensión automotriz es un aspecto de la ingeniería automotriz que se ocupa del diseño de la suspensión para automóviles y camiones. El diseño de la suspensión para otros vehículos es similar, aunque el proceso puede no estar tan establecido.

El proceso comprende las siguientes tareas, las cuales deberán repetirse para desarrollar un diseño final satisfactorio.

• Seleccionar objetivos apropiados a nivel de vehículo
• Selección de una arquitectura de sistema
• Elegir la ubicación de los "puntos duros" o centros teóricos de cada rótula o buje.
• Selección de las tasas de los bujes
• Análisis de las cargas en la suspensión
• Diseño de las tasas de los resortes
• Diseño de las características del amortiguador
• Diseñar la estructura de cada componente para que sea fuerte, rígido, ligero y económico.
• Analizando la dinámica del vehículo del diseño resultante

Desde la década de 1990, el uso de software de simulación multicuerpo y de elementos finitos ha simplificado esta serie de tareas.

Una lista parcial incluiría:

• Aceleración lateral máxima en estado estacionario (en modo de subviraje)
• Rigidez de balanceo (grados por gramo de aceleración lateral)
• Frecuencias de viaje
• Distribución porcentual de la transferencia de carga lateral de adelante hacia atrás
• Distribución del momento de balanceo de adelante hacia atrás
• Alturas de conducción en diferentes estados de carga
• Gradiente de subviraje
• Círculo de giro
• Ackermann
• Viaje de salto
• Viajes de recuperación

Una vez identificados los objetivos generales del vehículo, se pueden utilizar para establecer objetivos para las dos suspensiones. Por ejemplo, el objetivo general de subviraje se puede desglosar en contribuciones de cada extremo mediante un análisis de Bundorf .

Por lo general, un diseñador de vehículos trabaja dentro de un conjunto de limitaciones. La arquitectura de la suspensión seleccionada para cada extremo del vehículo deberá cumplir con dichas limitaciones. Para ambos extremos del automóvil, esto incluiría el tipo de resorte, su ubicación y la ubicación de los amortiguadores .

Para la suspensión delantera se deben tener en cuenta los siguientes aspectos.

• El tipo de suspensión ( amortiguador MacPherson o suspensión de doble horquilla )
• Tipo de actuador de dirección ( cremallera y piñón o bolas recirculantes )
• Ubicación del actuador de dirección delante o detrás del centro de la rueda.

En la práctica, para la suspensión trasera existen muchos más tipos de suspensión posibles.

Los puntos de anclaje controlan los ajustes estáticos y la cinemática de la suspensión.

La configuración estática es

• Dedo del pie
• Comba
• Castor
• Altura del centro de balanceo a carga de diseño
• Rastro mecánico (o de rueda)
• Antibuceo y antisentadilla
• Inclinación del capo
• Radio de fregado
• Relaciones de movimiento del resorte y del amortiguador

La cinemática describe cómo cambian las características importantes a medida que se mueve la suspensión, normalmente en balanceo o dirección. Estas incluyen:

• Dirección por baches
• Dirección por balanceo
• Dirección por fuerza de tracción
• Dirección asistida por fuerza de frenado
• Ganancia de inclinación en balanceo
• El lanzador gana en el lanzamiento
• ganancia de altura del centro de balanceo
• Cambio de Ackermann con el ángulo de dirección
• Ganancia de seguimiento en balanceo

El análisis de estos parámetros puede realizarse gráficamente, mediante CAD o utilizando software de cinemática.

La flexibilidad de los bujes, la carrocería y otras piezas modifica el comportamiento de la suspensión. En general, es difícil mejorar la cinemática de una suspensión mediante los bujes, pero un ejemplo donde sí funciona es el buje de control de convergencia utilizado en las suspensiones traseras de eje torsional . De forma más general, las suspensiones de los coches modernos incluyen un buje de reducción de ruido, vibraciones y aspereza (NVH). Este buje está diseñado como la vía principal para las vibraciones y fuerzas que causan el ruido de la carretera y el ruido de impacto, y se supone que puede ajustarse sin afectar demasiado a la cinemática.

En los coches de carreras, los casquillos suelen estar hechos de materiales más duros para un buen manejo, como latón o delrin . En los turismos, los casquillos suelen estar hechos de materiales más blandos para mayor comodidad. En términos físicos generales, en un análisis dinámico se deben tener en cuenta la masa y la histéresis mecánica (efecto de amortiguación) de las piezas sólidas, así como su elasticidad .

Una vez establecida la geometría básica, se pueden estimar las cargas en cada componente de la suspensión. Esto puede ser tan sencillo como determinar la carga máxima probable en el punto de contacto y, a continuación, dibujar un diagrama de cuerpo libre de cada componente para calcular las fuerzas, o tan complejo como simular el comportamiento de la suspensión en una carretera irregular y calcular las cargas resultantes. A menudo, se utilizan cargas medidas en una suspensión similar, ya que este es el método más fiable.

Las cargas y la geometría se utilizan posteriormente para diseñar los brazos y el eje. Inevitablemente, durante este proceso surgirán algunos problemas que obligarán a realizar concesiones en cuanto a las fuerzas, respetando la geometría básica de la suspensión.