Muelle de ballesta del Corvette

Una ballesta Corvette es un tipo de suspensión independiente que utiliza una ballesta monolámina de plástico reforzado con fibra (FRP) en lugar de los muelles helicoidales más convencionales. Recibe su nombre del Chevrolet Corvette , ^{[ 1 ]} el deportivo estadounidense para el que fue desarrollado y utilizado por primera vez. ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]} Una característica notable de esta configuración de suspensión es el montaje de la ballesta monolámina de manera que pueda funcionar como muelle de sustentación y muelle antivuelco. A diferencia de muchas aplicaciones de ballestas en diseños de suspensión automotriz, este tipo no utiliza el muelle como elemento de posicionamiento. Si bien este tipo de suspensión se asocia principalmente con varias generaciones del Chevrolet Corvette , el diseño se ha utilizado en otros automóviles de producción de General Motors , así como en vehículos de Volvo Cars y la furgoneta Mercedes-Benz Sprinter . Fiat produjo automóviles con una configuración similar, utilizando una ballesta de acero multilámina en lugar de la ballesta monolámina de FRP.

La configuración de suspensión de ballestas es independiente , ya que el movimiento de una rueda no está determinado por la posición de la otra. ^{[ 6 ]} Se utilizan brazos de control para definir el movimiento de la rueda a medida que se comprime la suspensión. Los resortes helicoidales habituales se reemplazan por un único resorte de FRP, que abarca todo el ancho del automóvil. Al igual que en los sistemas de suspensión independiente que utilizan resortes helicoidales, y a diferencia del eje trasero Hotchkiss común soportado por ballestas , la cinemática de la suspensión está definida únicamente por los brazos de control.

Al igual que en un diseño de suspensión de muelles helicoidales, el muelle monolámina de FRP soporta el peso del vehículo. Sin embargo, los muelles de FRP difieren de los muelles helicoidales de acero y de los muelles multilámina de acero tradicionales en varios aspectos importantes. Los muelles de plástico FRP tienen entre 4,3 y 5,5 veces más almacenamiento de energía de deformación por peso, en comparación con el acero. ^{[ 7 ]} Esto da como resultado un muelle más ligero para una aplicación determinada. El único muelle delantero monolámina de FRP utilizado en el Corvette de cuarta generación es el 33  por ciento del peso de un conjunto equivalente de muelles helicoidales. ^{[ 8 ]} Comparando el FRP con los muelles de lámina de acero convencionales en aplicaciones similares, el ahorro de peso es aún mayor. El Corvette de tercera generación ofrecía un muelle monolámina de FRP opcional como alternativa al muelle multilámina de acero estándar, sustituyendo el muelle de acero de 22 kilogramos (48 lb) por un muelle de FRP de 3 kilogramos (7 lb) . ^{[ 9 ]} Volvo afirma un ahorro de peso de 5 kilogramos (10 lb) al utilizar un resorte de FRP en la suspensión trasera de su XC90 de segunda generación , en comparación con los diseños que utilizan resortes helicoidales. ^{[ 10 ]}   

El movimiento de deslizamiento relativo de las hojas de un resorte de acero de múltiples hojas produce histéresis por fricción estática con respecto a la compresión del resorte. Esta fricción estática reduce la flexibilidad de la suspensión y puede comprometer tanto la calidad de la marcha como el manejo. ^{[ 11 ]} Al carecer de hojas individuales, el resorte de una sola hoja evita la fricción estática. ^{[ 8 ]}

Los resortes de FRP se anuncian por su excepcional vida útil y resistencia a la corrosión. ^{[ 8 ]} Una prueba de GM que comparó los resortes del Corvette de tercera generación encontró que la falla de los resortes de acero de hojas múltiples era probable después de 200 000 ciclos de recorrido completo. El resorte de hoja de FRP de reemplazo no mostró pérdida de rendimiento después de dos millones de ciclos completos. ^{[ 9 ]}

El empaquetado se cita como una ventaja y una desventaja del muelle de lámina transversal de FRP, en comparación con los muelles helicoidales, según la aplicación. El muelle de FRP se coloca normalmente bajo en la suspensión, lo que resulta en un centro de gravedad bajo. También permite a los fabricantes evitar soportes de muelle altos, lo que resulta en un piso de carga más plano sobre la suspensión. ^{[ 10 ]} James Schefter informa que, como se usaba en el C5 y los Corvettes posteriores, el uso de muelles amortiguadores helicoidales OEM habría obligado a los ingenieros de chasis a elevar verticalmente las torres de amortiguación o moverlas hacia adentro. En la parte trasera, esto habría reducido el espacio del maletero. En la parte delantera, esto habría interferido con el empaquetado del motor. El uso del muelle de lámina permitió colocar el muelle debajo del chasis, fuera del camino, mientras que el diámetro del conjunto amortiguador-amortiguador se mantuvo al del amortiguador solo, en lugar del amortiguador y el muelle. ^{[ 12 ]} Sin embargo, en otras aplicaciones, como los diseños de autos de carreras, la necesidad de abarcar el ancho del vehículo resultó en limitaciones de diseño significativas. Los resortes helicoidales y de torsión ofrecen mejores opciones de empaquetado para aplicaciones de competición. Los resortes de FRP también tienen una disponibilidad y selección limitadas en comparación con los resortes helicoidales. ^{[ 13 ]} El mayor costo también se ha citado como una desventaja al comparar los resortes de FRP con los resortes helicoidales en automóviles de producción en serie. ^{[ 14 ]}

Una ventaja de los muelles de ballesta transversales de FRP —cuando se apoyan en soportes pivotantes ampliamente espaciados— es la posibilidad de reemplazar la barra estabilizadora. Normalmente, los muelles que proporcionan una rigidez de marcha suficiente necesitan un muelle suplementario (la barra estabilizadora ) para aumentar la rigidez de balanceo de la suspensión . El acoplamiento de los dos lados del muelle de ballesta transversal a través del vehículo da como resultado un comportamiento similar al de una barra estabilizadora. Los ingenieros de Corvette han citado esta propiedad como la que permite el uso de una barra estabilizadora más ligera ^{[ 9 ]} , e incluso la eliminación de la barra estabilizadora trasera en algunas versiones de la séptima generación del Corvette ^{[ 15 ] .}

Cuando una de las ruedas se desvía hacia arriba, el tramo central del muelle (la porción entre los soportes pivotantes) se desvía hacia abajo. Si ambas ruedas se desvían hacia arriba al mismo tiempo (por ejemplo, al pasar por un bache en la carretera), la sección central se dobla uniformemente entre los soportes pivotantes. En un vuelco, solo una rueda se desvía hacia arriba, lo que tiende a formar el centro del muelle en una curva en forma de S. El resultado es que la rigidez de una rueda de la suspensión depende del desplazamiento de la otra. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 13 ]} El grado en que el muelle actúa como barra estabilizadora depende de la distancia entre los soportes pivotantes y su rigidez. ^{[ 8 ]}

Un resorte plano y rectangular simplificado ilustra este principio. Al desviar el lado derecho del resorte, el lado izquierdo se eleva. En comparación, un soporte central rígido (de los Corvettes de segunda y tercera generación y otros automóviles) no muestra movimiento en un lado cuando se desvía el otro. ^{[ 6 ]}

Varios fabricantes han producido vehículos o prototipos que utilizan suspensiones delanteras o traseras independientes, soportadas por ballestas transversales con efecto antivuelco.

• Chevrolet Corvette: C4 1984–1996 (solo delantero, el muelle trasero montado centralmente no tenía el efecto antivuelco) , C5–C7, 1997–2019 (delantero y trasero).
• Automóviles con plataforma W de General Motors : primera generación (Lumina, Grand Prix, Regal, Cutlass Supreme).
• Coches de plataforma General Motors E : (Eldorado, Toronado, Riviera, Reatta, Allante). ^{[ 16 ]}
• Volvo 960 (a partir del año modelo 1995) pasó a llamarse S90 (sedán)/V90 (familiar) desde el año modelo 1997 hasta 1998. ^{[ 17 ]}
• Volvo V60 (Polestar Engineered), Volvo V90 y Volvo XC90 (segunda generación). ^{[ 18 ] [ 19 ]}
• Furgonetas Mercedes-Benz Sprinter (solo la parte delantera, Hotchkiss en la parte trasera). ^{[ 20 ]}
• Opel GT : 1969–1973 (solo delantero), brazo oscilante con muelles helicoidales, barra Panhard (trasero).
• Smart ForTwo Mk1-Mk3 (utilizado con amortiguadores MacPherson). ^{[ 21 ]}
• Volkswagen coche de 1 litro , prototipo. ^{[ 22 ]}
• Indigo 3000 , un roadster de fabricación sueca y de baja producción. Debido a las propiedades antivuelco de la ballesta transversal, el coche no emplea una barra estabilizadora delantera independiente. ^{[ 23 ]}
• Fiat 128 , que utilizaba un sistema similar con un muelle de acero de hojas múltiples más tradicional, pero configurado con dos pivotes para proporcionar el efecto antivuelco. ^{[ 24 ]}
• Algunos modelos posteriores del Triumph Spitfire y del Triumph GT6 utilizaban ballestas transversales traseras de acero con soportes pivotantes antivuelco.
• Suspensión delantera con ballesta transversal y eje rígido en los primeros automóviles Ford .

Varias compañías automovilísticas han solicitado patentes para diseños de suspensión que utilizan una ballesta transversal compuesta, soportada de forma similar a la del Corvette.

• Ford Global Technologies, 2006, patente n.° 7029017, Suspensión de rueda para un vehículo de motor con un muelle de hoja transversal . ^{[ 25 ]}
• Porsche AG, 2000, patente n.° 6029987, Eje delantero para un vehículo de motor . Describe un sistema de suspensión de puntal soportado por un sistema de ballesta transversal muy similar al utilizado por el Corvette. La patente de Porsche menciona los efectos estabilizadores beneficiosos de esta disposición. ^{[ 26 ]}
• Honda, 1992, Patente de suspensión de tipo ballesta transversal n.° 5141209. ^{[ 27 ]}
• DaimlerChrysler, 2004, patente n.° 6811169, Diseño de resorte compuesto que también realiza la función de brazo de control inferior para un sistema de suspensión convencional o activo . ^{[ 28 ]}
• En octubre de 2009, ZF presentó un diseño conceptual de suspensión trasera que utilizaba un sistema de suspensión trasera con muelles compuestos. Esta suspensión tipo puntal emplea una ballesta transversal que funciona como muelle de confort y antivuelco. El concepto de ZF se diferencia del sistema utilizado en el Corvette al emplear la ballesta como uno de los brazos de la suspensión. ^{[ 29 ] [ 30 ]}

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