La suspensión neumática es un tipo de suspensión de vehículos accionada por una bomba de aire o un compresor accionado por motor o eléctrico . Este compresor bombea el aire a un fuelle flexible , generalmente hecho de caucho reforzado con textiles. A diferencia de la suspensión hidroneumática , que ofrece muchas características similares, la suspensión neumática no utiliza líquido presurizado, sino aire presurizado. La presión del aire infla el fuelle y eleva el chasis desde el eje.
La suspensión neumática se utiliza en lugar de los resortes de acero convencionales en aplicaciones de vehículos pesados, como autobuses y camiones , y en algunos automóviles de pasajeros. Se utiliza ampliamente en semirremolques y trenes (principalmente trenes de pasajeros ).
El propósito de la suspensión neumática es proporcionar una calidad de conducción suave y constante , pero en algunos casos se utiliza para suspensiones deportivas. Los sistemas modernos controlados electrónicamente en automóviles y camionetas ligeras casi siempre cuentan con autonivelación junto con funciones de elevación y descenso. Aunque tradicionalmente se denominan bolsas de aire o fuelles de aire , el término correcto es resorte neumático (aunque estos términos también se utilizan para describir solo el elemento de fuelle de goma con sus placas de extremo).
El 7 de enero de 1901, el ingeniero británico Archibald Sharp patentó un método para fabricar un sello que permitía el uso de aparatos neumáticos o hidráulicos, descrito como un "sello de manopla rodante", [1] y el 11 de enero de 1901 solicitó una patente para el uso del dispositivo para proporcionar suspensión neumática a las bicicletas. [2] Siguieron otros desarrollos utilizando este sello de 1901. [3] [4] Una empresa llamada Air Springs Ltd comenzó a producir la motocicleta ASL en 1909. [5] Esto era inusual por tener suspensión neumática en la parte delantera y trasera - la suspensión trasera era inusual en cualquier tipo de motocicleta en ese momento. Las unidades de suspensión eran similares a las horquillas de viga normales con el resorte reemplazado por una unidad de aire telescópica que podía presurizarse para adaptarse al conductor. La producción de las motocicletas cesó en 1914.
El 22 de enero de 1901, un estadounidense, William W. Humphreys, patentó una idea: un «resorte neumático para vehículos». [6] El diseño consistía en un resorte neumático izquierdo y otro derecho con canales longitudinales que recorrían casi toda la longitud del vehículo. Los canales eran cóncavos para recibir dos largos cojines neumáticos. Cada uno de ellos estaba cerrado en un extremo y provisto de una válvula de aire en el otro extremo. [7]
A partir de 1920, el francés George Messier suministró sistemas de suspensión neumática para el mercado de repuestos . [8] Sus propios automóviles Messier de 1922 a 1930 contaban con una suspensión "para mantener el automóvil en alto sobre cuatro burbujas de gas". [9]
Durante la Segunda Guerra Mundial , Estados Unidos desarrolló la suspensión neumática para aviones pesados con el fin de ahorrar peso con una construcción compacta. Los sistemas de aire también se utilizaron en camiones pesados y aviones para lograr una suspensión autonivelante . Con presión de aire ajustable, la altura del eje era independiente de la carga del vehículo. [10]
En 1946, el estadounidense William Bushnell Stout construyó un prototipo no destinado a producción, el Stout Scarab , que incluía numerosas innovaciones, incluido un sistema de suspensión neumática independiente en las cuatro ruedas. [11]
En 1950, Air Lift Company patentó un resorte neumático de goma que se inserta en el resorte helicoidal de fábrica de un automóvil. El resorte neumático se expande en los espacios del resorte helicoidal, evitando que el resorte de fábrica se comprima por completo y que el vehículo se hunda. Los resortes neumáticos también se usaron comúnmente en los autos de carrera NASCAR durante muchos años. [12]
En 1954, el francés Paul Magès desarrolló una suspensión hidroneumática de aire/aceite funcional , que incorporaba las ventajas de los conceptos de suspensión neumática anteriores, pero con fluido hidráulico en lugar de aire bajo presión. [13] Citroën reemplazó los resortes de acero convencionales en el eje trasero de su modelo tope de gama, el Traction Avant 15 Hydraulique . [14] En 1955, el Citroën DS incorporó una suspensión hidroneumática en las cuatro ruedas. Esto combinaba una suspensión muy suave y cómoda, con movimientos controlados, para un manejo preciso, junto con una suspensión autonivelante . [15]
En 1956 se utilizó suspensión neumática en el Aerotrain experimental de EMD .
En los EE. UU., General Motors se basó en su experiencia de la Segunda Guerra Mundial con la suspensión neumática para camiones y aviones. Introdujo la suspensión neumática como equipo estándar en el nuevo Cadillac Eldorado Brougham de 1957. [16] Un conjunto "Air Dome" en cada rueda incluía sensores para compensar las superficies irregulares de la carretera y mantener automáticamente la altura del automóvil. [17] Para 1958 y 1959, el sistema continuó en el Eldorado Brougham y se ofreció como una opción de costo adicional en otros Cadillacs. [18] [19]
En 1958, Buick introdujo una suspensión "Air-Poised" opcional con cuatro cilindros de aire (en lugar de los resortes helicoidales convencionales) para nivelación automática, así como un control "Bootstrap" en el tablero para elevar el auto 5,5 pulgadas (139,7 milímetros) para su uso en rampas empinadas o caminos rurales llenos de baches, así como para facilitar los cambios de neumáticos o para limpiar los neumáticos de banda blanca . [20] Para 1959, Buick ofreció un sistema "Air Ride" opcional en todos los modelos que combinaba resortes helicoidales de acero de "velocidad suave" en la parte delantera con resortes neumáticos en la parte trasera. [21]
Un sistema de suspensión neumática opcional estaba disponible en los Rambler Ambassadors de 1958 y 1959 , así como en todos los modelos familiares "Cross Country" de American Motors . [22] [23] El "Air-Coil Ride" utilizaba un compresor impulsado por motor , un depósito, bolsas de aire dentro de los resortes helicoidales y un control de altura de manejo, pero el sistema opcional de $99 no era popular entre los compradores y American Motors (AMC) lo discontinuó en 1960. [22] [24]
Sólo Cadillac continuó ofreciendo suspensión neumática hasta el año modelo 1960, donde fue equipo estándar en los Eldorado Seville , Biarritz y Brougham. [25]
En 1960, el Borgward P 100 fue el primer automóvil alemán con suspensión neumática autonivelante. [26]
En 1962, la plataforma Mercedes-Benz W112 contaba con una suspensión neumática en los modelos 300SE. [10] El sistema utilizaba una válvula principal Bosch con dos válvulas de eje en la parte delantera y una en la trasera. Estas controlaban un resorte neumático en forma de cono en cada eje de rueda. El sistema mantenía una altura de manejo constante utilizando un depósito de aire que se llenaba con un compresor de aire de un solo cilindro impulsado por el motor. En 1964, el Mercedes-Benz 600 utilizó resortes neumáticos más grandes y el sistema de aire comprimido también impulsaba el servofreno.
Rolls-Royce incorporó una suspensión autonivelante en el Rolls-Royce Silver Shadow de 1965 , un sistema construido bajo licencia de Citroën .
En 1975, el Mercedes-Benz 450SEL 6.9 incorporó una suspensión hidroneumática cuando las patentes de la tecnología habían expirado. [10] Este diseño reemplazó al costoso, complejo y problemático sistema de aire comprimido que todavía se usaba en los modelos 600 hasta 1984. [10]
La suspensión neumática no se incluyó en la producción estándar de automóviles fabricados en Estados Unidos entre 1960 y 1983. En 1984, Ford Motor Company incorporó un nuevo diseño como característica en el Lincoln Continental Mark VII .
En 1986, Nissan instaló una modificación de la bolsa de aire en los puntales MacPherson de los modelos Cedric y Gloria .
Dunlop Systems Coventry UK también fue pionera en la suspensión neumática controlada electrónicamente (ECAS) para vehículos todoterreno; el término ECAS se comercializó con éxito. El sistema se instaló por primera vez en el Land Rover Range Rover del año modelo 1993.
En 2005, el GM Hummer H2 incorporó un sistema de suspensión neumática trasera opcional con un sistema de control de compresor doble de Dunlop para facilitar el inflado de neumáticos para aplicaciones todoterreno.
Las marcas de vehículos que han utilizado suspensión neumática en sus modelos incluyen: Audi , Acura , [27] Bentley , BMW , Cadillac , Citroën , Ford , Genesis , Hummer , Hyundai , Jaguar , Jeep , Land Rover , Lamborghini , Lexus , Lincoln , Mercedes-Benz , Mercedes--Maybach , Porsche , Ram , Rivian , Rolls-Royce , SsanYong , Subaru , Tesla , Volkswagen , Volvo y más.
Empresas como Jaguar y Porsche han introducido en algunos de sus modelos sistemas que modifican la velocidad del muelle y la configuración de la amortiguación de la suspensión, entre otros cambios, para sus modos deportivos/de pista. El Lincoln Mark VIII tenía configuraciones de suspensión que estaban vinculadas al sistema de memoria del asiento, lo que significa que el coche ajustaba automáticamente la suspensión a cada conductor.
La mayoría de los diseños de suspensión neumática son ajustables en altura , lo que facilita el ingreso al vehículo, la eliminación de baches o terrenos accidentados. Dado que un automóvil con una distancia al suelo menor tiene características aerodinámicas diferentes, los fabricantes de automóviles pueden utilizar la tecnología de suspensión activa para mejorar la eficiencia o el manejo. Tesla , por ejemplo, utiliza "suspensión neumática activa" en el Model S y el Model X para bajar o subir el vehículo para lograr aerodinámica y mayor autonomía. [28]
En 2014, el nuevo Mercedes Clase S Coupé introdujo una actualización del Magic Body Control, llamada Active Curve Tilting. [29] Este nuevo sistema permite que el vehículo se incline hasta 2,5 grados en una curva, de forma similar a un tren inclinado . La inclinación tiene como objetivo contrarrestar el efecto de la fuerza centrífuga sobre los ocupantes y está disponible únicamente en los modelos con tracción trasera. [30] [31]
La suspensión neumática se ha vuelto popular en la cultura de los automóviles personalizados: los street rods , los camiones, los automóviles e incluso las motocicletas pueden tener resortes neumáticos. Se utilizan en estas aplicaciones para proporcionar una suspensión ajustable que permite que los vehículos se ubiquen extremadamente bajos, pero que puedan elevarse a un nivel lo suficientemente alto como para maniobrar sobre obstáculos e inconsistencias en superficies pavimentadas. Estos sistemas generalmente emplean pequeños compresores de aire eléctricos o accionados por motor que a veces llenan un tanque receptor de aire a bordo que almacena aire comprimido para su uso en el futuro sin demora. Es importante que el tanque tenga el tamaño adecuado para la tarea y se pueda calcular utilizando una fórmula específica que involucre la salida del compresor, la presión atmosférica estándar y la presión comprimida. [32]
En configuraciones de suspensión neumática más radicales, a veces se utilizan botellas de gas industriales a alta presión (como tanques de nitrógeno o dióxido de carbono que se usan para almacenar gases de protección para soldadura). Cualquiera de estos sistemas de depósito puede ser completamente ajustable, pudiendo ajustar la presión de aire de cada rueda individualmente. Esto permite al usuario inclinar el vehículo de lado a lado, de adelante hacia atrás, en algunos casos "golpear un 3 ruedas" (contorsionar el vehículo para que una rueda se levante del suelo) o incluso "hacer que todo el vehículo salte en el aire". Cuando hay un depósito de presión, el flujo de aire o gas se controla comúnmente con válvulas solenoides neumáticas . Esto permite al usuario hacer ajustes simplemente presionando un botón o interruptor eléctrico de contacto momentáneo.
La instalación y configuración de estos sistemas varía según las distintas marcas y modelos, pero el principio subyacente sigue siendo el mismo. Se quita el resorte metálico (espiral o lámina) y se inserta o fabrica una bolsa de aire, también denominada resorte neumático, para que encaje en el lugar del resorte de fábrica. Cuando se suministra presión de aire a la bolsa de aire, la suspensión se puede ajustar hacia arriba o hacia abajo (elevar o bajar).
En el caso de los vehículos con suspensión de ballestas, como las camionetas, a veces se elimina la ballesta y se reemplaza por un varillaje de barras múltiples. Estas barras suelen tener una configuración de brazo de arrastre y el resorte neumático puede estar situado verticalmente entre una barra de enlace o la carcasa del eje y un punto en el bastidor del vehículo. En otros casos, el airbag está situado en el lado opuesto del eje desde las barras de enlace principales en un miembro voladizo adicional. Si las barras de enlace principales están orientadas en paralelo al eje longitudinal (de conducción) del automóvil, la carcasa del eje puede estar limitada lateralmente con una barra Panhard o un varillaje de Watt . En algunos casos, dos de las barras de enlace pueden combinarse en una forma triangular que limita efectivamente el eje del vehículo lateralmente.
A menudo, los propietarios pueden desear bajar su vehículo hasta tal punto que deben cortar partes del chasis para obtener más espacio libre. Luego, se atornilla o suelda un elemento de refuerzo, comúnmente conocido como muesca en C, al chasis del vehículo para mantener la integridad estructural. Específicamente en las camionetas, este proceso se denomina "muesca" porque también se puede quitar una parte (muesca) de la plataforma de carga, junto con los huecos de las ruedas, para proporcionar el máximo espacio libre para el eje. [33] Para algunos, es deseable tener el vehículo tan bajo que el chasis descanse sobre el suelo cuando las bolsas de aire están completamente desinfladas. Los propietarios generalmente eligen entre hacer que sus autos "metan" sus ruedas en los arcos cuando su suspensión neumática está completamente bajada o, alternativamente, pueden optar por un "ajuste", que en asociación con neumáticos estirados hace que el arco en sí encaje entre el neumático y la llanta.
La suspensión neumática también es una mejora habitual de la suspensión para quienes remolcan o transportan cargas pesadas con su camioneta, todoterreno, furgoneta o coche. Los muelles neumáticos, también llamados "muelles neumáticos auxiliares", se colocan en los componentes de la suspensión existentes en la parte trasera o delantera del vehículo para aumentar la capacidad de carga. Una de las ventajas de utilizar la suspensión neumática como mejora del soporte de carga es que los muelles neumáticos se pueden desinflar cuando no se remolca ni transporta, manteniendo así la calidad de marcha de fábrica. [34]
La suspensión neumática controlada electrónicamente (ECAS) es el nombre del sistema de suspensión neumática que se instaló en el Range Rover Classic en 1993 [35] y posteriormente en el Range Rover P38A . Fue desarrollado a principios de los años 90 por la empresa que hoy se conoce como Dunlop Systems and Components Ltd en Coventry, Reino Unido.
El sistema ECAS ofrece una suspensión de altura variable para aplicaciones en carretera y fuera de ella. Las cinco alturas de suspensión que ofrece normalmente el sistema ECAS son (de menor a mayor en términos de altura) "Carga", "Autopista", "Estándar", "Todoterreno" y "Todoterreno extendido". La altura se controla automáticamente en función de los sensores de velocidad y del tren de rodaje, pero un interruptor de altura de conducción manual permite al conductor controlar la suspensión. Las alturas "Carga" y "Todoterreno" están disponibles solo a velocidades que normalmente son inferiores a 35 millas por hora (56 km/h). La configuración "Autopista" no está disponible manualmente; se establece cuando el vehículo se mueve a más de 50 millas por hora (80 km/h) durante más de 30 segundos. A diferencia de un sistema de resorte mecánico (donde la deflexión es proporcional a la carga), la altura se puede variar independientemente de la carga modificando la presión en los resortes neumáticos.
Los amortiguadores neumáticos se diseñaron para proporcionar una conducción suave, con la capacidad adicional de elevar la carrocería del vehículo para una mayor distancia al suelo y bajarla para una conducción en carretera a mayor velocidad. Los amortiguadores mecánicos, en los que la deflexión es proporcional a la carga, no pueden hacer esto; con el ECAS, la altura es en gran medida independiente de la carga. Los desarrolladores del ECAS también diseñaron LoadSafe, un sistema relacionado para determinar la carga y los cambios en la carga en un vehículo comercial ligero equipado con amortiguadores neumáticos.
El sistema comprende:
La suspensión neumática Multi-Cámara es una suspensión capaz de controlar las características del resorte de la suspensión neumática paso a paso.
La suspensión neumática multicámara aplicada en el Genesis G90 consta de tres cámaras. Tres cámaras se utilizan para una conducción suave y una cámara se utiliza para una sensación de conducción dinámica. Una válvula solenoide ubicada entre cada cámara y una unidad de control electrónico independiente supervisa el proceso de control. Además, la altura mínima básica al suelo de 148 mm se divide en cuatro etapas: alta, normal, baja y ultrabaja según el modo de conducción, la velocidad de conducción y el entorno de conducción. dependiendo del modo de conducción, la velocidad de conducción y el entorno de conducción. E informa al conductor sobre el control del garaje a través de la pantalla de infoentretenimiento. El control de reductores de velocidad, el control de joroba, el control de pendiente y las funciones de control de conducción a alta velocidad se activan bajo el control de la suspensión neumática.
La falla de la bolsa de aire o del amortiguador de aire generalmente se debe a óxido húmedo, debido al paso del tiempo, o humedad dentro del sistema de aire que lo daña desde adentro. Las piezas de la suspensión neumática pueden fallar porque el caucho se seca. Las perforaciones en la bolsa de aire pueden deberse a escombros en la carretera . En aplicaciones personalizadas, una instalación incorrecta puede hacer que las bolsas de aire rocen contra el marco del vehículo u otras partes circundantes, dañándolo. La sobreextensión de un resorte neumático que no está lo suficientemente limitado por otros componentes de la suspensión, como un amortiguador, también puede provocar la falla prematura de un resorte neumático debido al desgarro de las capas flexibles. La falla de un resorte neumático también puede resultar en la inmovilización completa del vehículo, ya que el vehículo rozará contra el suelo o estará demasiado alto para moverse. Sin embargo, la mayoría de los sistemas automotrices modernos han superado muchos de estos problemas. [ cita requerida ]
La falla de la línea de aire es una falla de la tubería que conecta las bolsas de aire o los puntales al resto del sistema de aire, y generalmente es una línea de freno de aire de nailon aprobada por el DOT. Esto generalmente ocurre cuando las líneas de aire, que deben dirigirse a las bolsas de aire a través del chasis del vehículo, rozan contra un borde afilado de un miembro del chasis o un componente de suspensión en movimiento, lo que hace que se forme un orificio. Este modo de falla generalmente tardará algún tiempo en ocurrir después de la instalación inicial del sistema, ya que la integridad de una sección de la línea de aire se ve comprometida hasta el punto de falla debido al roce y la abrasión resultante del material. Una falla de la línea de aire también puede ocurrir si un trozo de residuo de la carretera golpea una línea de aire y la perfora o rasga, aunque es poco probable que esto ocurra en el uso normal de la carretera. [ cita requerida ] Ocurre en condiciones todoterreno severas, pero aún no es común si se instala correctamente.
Las fallas en los accesorios de aire suelen ocurrir cuando se instalan por primera vez o cuando se usan muy pocas veces. Los componentes baratos de baja calidad tienden a ser muy poco confiables. Los accesorios de aire se utilizan para conectar componentes como bolsas, válvulas y solenoides a la línea de aire que transfiere el aire. Se atornillan al componente y, en la mayoría de los casos, se inserta una línea DOT a presión o de ajuste a presión en el accesorio.
La falla del compresor se debe principalmente a fugas en los resortes neumáticos o en los puntales neumáticos. El compresor se quemará al intentar mantener la presión de aire correcta en un sistema de aire con fugas. La quema del compresor también puede deberse a que la humedad del interior del sistema de aire entre en contacto con sus partes electrónicas. Esto es mucho más probable que ocurra con compresores de baja especificación con un ciclo de trabajo insuficiente, que a menudo se compran debido a su bajo costo. Para tener redundancia en el sistema, dos compresores suelen ser una mejor opción. [36]
En caso de falla de la secadora, esta, cuya función es eliminar la humedad del sistema de aire, se satura con el tiempo y deja de cumplir esa función. Esto hace que se acumule humedad en el sistema y puede provocar daños en los resortes neumáticos o que se queme el compresor.
La computadora ECAS puede, utilizando criterios preprogramados para detectar una falla, desactivar el sistema en "Modo de falla dura" que reduce el vehículo al límite de suspensión, dejándolo utilizable con un rendimiento radicalmente reducido hasta que sea reparado.
Muchos entusiastas utilizan dispositivos de diagnóstico, como computadoras portátiles y de mano, que ejecutan un software especialmente desarrollado para eliminar fallas falsas y evitar la necesidad de realizar reparaciones. Algunos manipulan los sensores para configurar el vehículo a una altura de conducción particular en todo momento ajustando la relación de la palanca en los dispositivos de detección de altura o una ECU adicional para "engañar" al sistema.
Las fugas en el sistema, a menudo debidas al desgaste del sello principal causado por un ciclo de trabajo excesivo, pueden provocar una falla prematura del compresor.
Los resortes neumáticos se utilizan en las suspensiones de los autobuses debido a una amplia gama de ventajas sobre los resortes mecánicos. En comparación con un resorte mecánico, la suspensión neumática puede ajustarse a diferentes pesos del vehículo al aumentar la presión en la bolsa de aire, lo que permite mantener la altura del vehículo en un valor particular. Los autocares estándar también tienen un sistema llamado elevador de ferry, que eleva el vehículo y aumenta su ángulo de ruptura . [37] Este sistema ayuda a cargar y descargar el autocar en y desde los transbordadores debido a sus rampas pronunciadas y al riesgo de encallamiento, pero también se puede utilizar en terrenos irregulares o en crestas pronunciadas. Aunque el elevador de ferry puede instalarse en algunos autobuses, la instalación Kneel Down es más común en los autobuses de transporte público. Esto ayuda a reducir la altura del escalón para facilitar la entrada de pasajeros. La instalación Kneel Down también se utiliza cuando se utilizan las rampas para sillas de ruedas integradas. Debido a varias ventajas, la suspensión neumática se ha utilizado ampliamente en vehículos comerciales desde 1980. [38]
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