Suspensión de varilla de tracción

La suspensión de varilla de tracción y la suspensión de varilla de empuje se refieren a un tipo especializado de sistema de suspensión automotriz que se basa principalmente en un sistema de doble horquilla , incorporando elementos del puntal MacPherson de uso común . ^{[ 1 ]}

En los automóviles, la suspensión se refiere al sistema mediante el cual el vehículo mantiene el contacto entre todas sus ruedas y el suelo. Esto se logra comúnmente mediante amortiguadores y resortes, que ejercen fuerzas descendentes sobre las ruedas para contrarrestar los impactos. Sin embargo, en los sistemas de suspensión de varilla de empuje, este puntal se monta transversalmente al chasis, paralelo al suelo, a diferencia del sistema perpendicular comúnmente utilizado. Por lo tanto, los sistemas de suspensión de varilla de empuje permiten alejar los componentes esenciales del flujo de aire directo, acercándolos al centro de gravedad, y permiten bajar este último, creando así una distribución de peso más eficiente y un mejor control del balanceo de la carrocería.

Como resultado, los sistemas de suspensión de varilla de empuje pueden ofrecer una vía única para el rendimiento, aunque a costa de la facilidad de conducción, la practicidad y la comodidad en el uso diario. Por ello, los sistemas de suspensión de varilla de empuje suelen utilizarse con mayor frecuencia en vehículos no destinados a la carretera, especializándose en ligas de carreras de fórmula , especialmente la Fórmula Uno , ^{[ 1 ]} pero rara vez se ven en vehículos de producción.

En la década de 1960, Brabham Automotive era el mayor fabricante de monoplazas de competición del mundo, con varias victorias en campeonatos de Fórmula Dos y Fórmula Tres . A lo largo de los años sesenta y hasta la década de 1980, Brabham mantuvo una intensa rivalidad con los equipos de carreras Lotus y McLaren , lo que generó la necesidad de innovar en los campeonatos de Fórmula.

En 1979, el ingeniero Gordon Murray , que trabajaba para Brabham, presentó un innovador sistema de suspensión de barra de tracción en la Fórmula Uno, ^{[ 2 ]} implementando el diseño en un coche de carreras BT49 . Este nuevo diseño fue revolucionario, ya que el abandono de la arcaica suspensión hidroneumática utilizada anteriormente permitió una altura de conducción mucho menor y una mayor eficiencia aerodinámica en el BT49, lo que le aseguró a Brabham la victoria en el campeonato durante cuatro temporadas, de 1979 a 1982.

Durante las dos décadas siguientes, la popularidad de la suspensión de barra de tracción en los monoplazas de Fórmula fluctuó, pero aumentó de forma constante, impulsada en gran medida por la innovación y la optimización de los equipos que seguían utilizándola. Sin embargo, se produjo un descenso notable en el uso de la suspensión de barra de tracción en la Fórmula desde mediados de la década de 1990 hasta principios de la década de 2000 debido a los cambios en la normativa de Fórmula en cuanto a la altura de la carrocería y la aerodinámica, así como a las nuevas prioridades de los equipos de competición en cuanto a los objetivos de rendimiento. ^{[ 2 ]}

No sería hasta 2009 que la suspensión de barra de tracción experimentaría un resurgimiento en las carreras de Fórmula, donde un nuevo cambio en las regulaciones estipuló que los alerones delanteros podían ser más anchos, los alerones traseros debían ser más estrechos y altos, y los difusores debían estar más estrictamente limitados en tamaño y forma. En respuesta a esto, el director técnico, ingeniero y aerodinamista de Red Bull Racing, Adrian Newey, vio surgir un nuevo nicho para la suspensión de barra de tracción. A medida que el difusor del coche de carreras RB5 se movía más hacia la parte trasera, se dio cuenta de que la suspensión de barra de tracción ayudaría a optimizar el flujo de aire debajo del vehículo y hacia sus componentes aerodinámicos. ^{[ 3 ]} Como resultado, el RB5 revisado utilizado en la temporada 2009 aseguró una victoria doble en Shanghái , Abu Dabi y el Gran Premio de Gran Bretaña .

El sistema de varilla de tracción se ha adoptado una vez más en la temporada 2022 de F1 , después de haber sido visto por última vez en 2015 en el Ferrari SF15-T , en las suspensiones delanteras del Red Bull Racing RB18 y el McLaren MCL36 . ^{[ 4 ]}

Las suspensiones de varilla de empuje y de varilla de tracción son similares pero distintas en su diseño, siendo la principal diferencia la ubicación del balancín que controla la amortiguación en relación con el brazo de control superior. En efecto, esto significa que ambos sistemas, tanto de varilla de empuje como de varilla de tracción, tienen funcionalmente el mismo diseño. ^{[ 5 ] [ 6 ]}

En un sistema de suspensión de varilla de empuje, hay un brazo de control superior e inferior, de diseño similar a un bastidor de doble horquilla, que proporcionan una conexión estructuralmente integral entre los cubos de las ruedas y el chasis. Estos brazos pueden pivotar hacia adentro, hacia el centro del vehículo, lo que significa que, cuando las ruedas experimentan impactos del suelo, se mueven hacia arriba y hacia abajo. ^{[ 2 ]}

Entre estos dos brazos de control en forma de horquilla, los cubos de las ruedas se conectan a una varilla de empuje rígida. Aquí, a medida que las ruedas se mueven lateralmente, esta varilla empuja hacia arriba contra un brazo oscilante, creando un movimiento de vaivén que transfiere las fuerzas lateralizadas del suelo a fuerzas longitudinales hacia el chasis. ^{[ 7 ]}

En el extremo opuesto de este balancín se encuentra un amortiguador helicoidal montado transversalmente, de diseño similar a los puntales MacPherson que se encuentran comúnmente en los automóviles de producción. Por lo tanto, a medida que las ruedas se mueven hacia arriba y hacia abajo con respecto a la carretera, las fuerzas se transfieren hacia el interior, hacia el chasis monocasco sólido , en lugar de hacia arriba, hacia el vehículo. De esta manera, los sistemas de suspensión de varilla de empuje permiten una estabilidad mucho mayor a alta velocidad, niveles mucho menores de balanceo de la carrocería y un centro de gravedad mucho más bajo para el vehículo. ^{[ 7 ]}

En los sistemas de suspensión de varilla de tracción, la única diferencia radica en la orientación de los balancines. En un sistema de varilla de empuje, los balancines se ubican en el punto más alto del conjunto. Por lo tanto, la varilla está sometida a presión al transferir fuerzas de compresión hacia arriba a los balancines. En cambio, en un sistema de varilla de tracción, los balancines se encuentran entre los brazos de control superior e inferior, en el centro del conjunto. Por lo tanto, la varilla está sometida a tensión al ejercer fuerza contra los balancines. ^{[ 2 ]}

Además, el mecanismo de dirección en los sistemas de suspensión de varilla de empuje es muy diferente al de los vehículos convencionales. En un sistema de dirección convencional, el volante se conecta a una columna de dirección, un mecanismo de cremallera y piñón que transforma el movimiento rotacional en movimiento lineal, haciendo girar las ruedas delanteras. En cambio, en un sistema de suspensión de varilla de empuje, la dirección se controla mediante rótulas ubicadas en los extremos de los brazos de control, que permiten el giro de los cubos de las ruedas y del vehículo. ^{[ 2 ]}

Como resultado de estos factores, el sistema de varillas de empuje se distingue de otros sistemas de suspensión, ya que, a diferencia de estos, permite diseñar y ensamblar componentes ubicados más cerca o más lejos del centro de gravedad del vehículo. De esta manera, los ingenieros pueden optimizar el rendimiento del vehículo en esta área, priorizando la aerodinámica, el manejo y la estabilidad en pista sobre la comodidad y la practicidad.

Las principales ventajas de un sistema de suspensión de barra de tracción en un coche de carreras enfocado a la pista tienen que ver principalmente con la capacidad de acercar los componentes de la suspensión al suelo, bajar el chasis del vehículo y disminuir el centro de gravedad para mejorar la eficiencia en las curvas, el balanceo de la carrocería y la estabilidad a alta velocidad. ^{[ 2 ] [ 7 ]}

Para que un coche de carreras esté optimizado para las carreras de Fórmula o cualquier otra competición, las principales áreas en las que se centran los ingenieros son la facilidad con la que el vehículo puede acelerar y alcanzar la velocidad máxima, la eficacia con la que puede negociar y canalizar el aire a su alrededor, y la eficacia con la que la carrocería del coche puede canalizar ese aire hacia sus componentes aerodinámicos para mejorar el rendimiento en las curvas del vehículo. ^{[ 8 ]}

En las ligas de carreras de Fórmula, las regulaciones suelen estipular que los autos de carreras deben usar motores de baja cilindrada y baja potencia con un chasis ligero para desviar la atención de la ingeniería hacia la capacidad de conducción. Como resultado de estos motores más pequeños, los autos de carreras especializados tienden a ser más sensibles a las fuerzas que actúan sobre ellos, y pequeños aumentos en la cantidad de estas fuerzas de arrastre, peso y fricción pueden tener un impacto mucho mayor en la carga de trabajo y la eficiencia del motor. ^{[ 8 ]} La suspensión de barra de tracción, al poder alejar los componentes de los canales de aire esenciales, puede reducir la carga de trabajo en los motores más pequeños y mejorar la aceleración en todo el rango de potencia. ^{[ 7 ]}

Otro beneficio esencial de utilizar la suspensión de barra de tracción al diseñar un coche para carreras de Fórmula es la optimización de los componentes para no solo reducir la resistencia aerodinámica, sino también para mejorar la carga aerodinámica. La resistencia aerodinámica en su conjunto es un área esencial de preocupación para cualquier tipo de coche de carreras, ya que juega un papel directo en la determinación del rendimiento general del vehículo, no solo reduciendo la aceleración y la velocidad máxima, sino también creando turbulencia e inestabilidad. ^{[ 7 ]} Con un sistema de suspensión convencional, los amortiguadores y otros componentes similares se colocan debajo del vehículo, perturbando el aire a su alrededor y reduciendo la eficiencia con la que el aire se mueve sobre y alrededor del vehículo, generando una resistencia aerodinámica sustancial. Sin embargo, la suspensión de barra de tracción mueve todo el conjunto de la suspensión lejos de la parte inferior del vehículo, mejorando enormemente la eficiencia del flujo de aire en un canal de aire esencial. ^{[ 2 ]} Cuanto más eficientemente pueda pasar el aire sobre y alrededor de la carrocería del vehículo, más eficazmente se podrá canalizar ese aire hacia los divisores, difusores y alerones del coche para producir carga aerodinámica. ^{[ 8 ]} A medida que aumenta la carga aerodinámica, el coche se adhiere con más fuerza a la pista, mejorando el agarre de los neumáticos y, por extensión, el rendimiento en las curvas y la estabilidad.

Finalmente, al diseñar un coche de carreras especializado, otro aspecto importante a considerar es la capacidad de tomar curvas, ya que cuanto más rápido un coche pueda mantener el agarre en las curvas, menos tiempo se empleará en frenar y acelerar. Al tomar curvas, los dos factores limitantes más importantes son la carga aerodinámica y el balanceo de la carrocería. ^{[ 2 ]} El balanceo de la carrocería se produce cuando las fuerzas de inercia centrípeta experimentadas al tomar una curva sobrecargan los amortiguadores en el lado exterior del vehículo, lo que provoca que la carrocería se incline o se balancee hacia un lado. ^{[ 8 ] [ 9 ]} En los diseños de suspensión convencionales, el hecho de que los amortiguadores se extiendan perpendicularmente desde la carrocería crea una mayor capacidad para el balanceo de la carrocería, ya que las fuerzas actúan directamente hacia arriba en los muelles. Sin embargo, en los diseños de suspensión de barra de tracción, el hecho de que los brazos de suspensión y los amortiguadores se monten transversalmente y en línea con la carrocería traslada estas fuerzas longitudinalmente, dejando menos margen para el balanceo de la carrocería y mejorando enormemente el agarre en las curvas. ^{[ 9 ]} Esto también permite que el centro de gravedad del vehículo se reduzca significativamente, satisfaciendo así ambos elementos clave de la capacidad de tomar curvas a alta velocidad.

Por estos motivos, la suspensión de varillas de empuje se utiliza de forma común y generalizada en las ligas de carreras centradas en circuitos, ya que sus beneficios se extienden a muchos aspectos del rendimiento general del vehículo.

Las principales desventajas de un sistema de suspensión de varillas de empuje tienen que ver con el coste total, la practicidad y la maniobrabilidad en el uso diario de los coches de producción.

Los coches de producción en serie, a diferencia de los coches de carreras de pura raza, se centran especialmente en la comodidad, la facilidad de uso y la practicidad en el día a día. Por este motivo, la suspensión de varillas de empuje rara vez se utiliza en coches de producción debido a sus numerosos inconvenientes y limitaciones.

Una desventaja importante de la suspensión de varilla de empuje es su costo. En los vehículos de producción en serie, es fundamental que la empresa mantenga su rentabilidad, por lo que se suelen utilizar los diseños más económicos. Debido a su simplicidad, sistemas como las ballestas o el amortiguador MacPherson pueden ser relativamente baratos de diseñar e integrar en un vehículo, y su amplia aplicabilidad los convierte en una opción popular para este tipo de automóviles. ^{[ 7 ] [ 9 ]} Sin embargo, la suspensión de varilla de empuje presenta muchas piezas móviles que trabajan juntas en un sistema complejo, lo que resulta no solo en costos significativamente más altos, sino también en mayores probabilidades de rotura. ^{[ 9 ]}

En términos de usabilidad para el uso diario, si bien la suspensión de varilla de empuje es muy eficaz en una pista mantenida y lisa, no amortigua bien los impactos y las fuerzas al conducir en carreteras con baches, lo que resulta en una marcha brusca e incómoda. ^{[ 1 ]} Esto se debe en gran medida a la ineficiencia del uso de un amortiguador montado transversalmente para mitigar las fuerzas verticales. ^{[ 8 ]}

Los sistemas de suspensión de barra de tracción suelen incorporar un bastidor grande que se extiende más allá de la carrocería del chasis, lo que hace que sea significativamente más difícil juzgar las dimensiones de un vehículo con esta configuración, lo que dificulta las maniobras en el tráfico. ^{[ 7 ]}

Como resultado, la suspensión de tirantes, fuera de los coches de carreras especializados, suele considerarse poco práctica e inadecuada para el uso diario, y su incorporación en coches de calle rara vez se ve, salvo en ciertos superdeportivos exóticos como el prototipo Lamborghini Murciélago .