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Una barra estabilizadora ( barra antivuelco , barra estabilizadora , barra estabilizadora , barra estabilizadora ) es una pieza de suspensión de automóvil que ayuda a reducir el balanceo de la carrocería de un vehículo durante las curvas rápidas o sobre irregularidades de la carretera. Vincula las ruedas delanteras o traseras opuestas a un resorte de torsión utilizando brazos de palanca cortos como anclajes. Esto aumenta la rigidez al balanceo de la suspensión : su resistencia al balanceo en las curvas.
La primera patente de barra estabilizadora fue otorgada al inventor canadiense Stephen Coleman de Fredericton, New Brunswick , el 22 de abril de 1919. [1] [2]
Las barras estabilizadoras eran inusuales en los automóviles anteriores a la Segunda Guerra Mundial debido a la suspensión generalmente mucho más rígida y la aceptación del balanceo de la carrocería. Sin embargo, a partir de la década de 1950, los automóviles de producción se equiparon más comúnmente con barras estabilizadoras, especialmente aquellos vehículos con suspensión de resortes helicoidales más suaves.
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Una barra estabilizadora o estabilizadora está diseñada para reducir la inclinación lateral (balanceo) del vehículo en curvas, esquinas cerradas o baches grandes. Aunque existen muchas variaciones en el diseño, el objetivo es inducir que la carrocería de un vehículo permanezca lo más nivelada posible forzando el amortiguador , resorte o varilla de suspensión de la rueda opuesta en la misma dirección que la que está siendo impactada.
Al girar, un vehículo comprime la suspensión de su rueda exterior. La barra estabilizadora obliga a las ruedas opuestas a comprimirse también, manteniendo así la carrocería en una actitud lateral más nivelada. Esto tiene el beneficio adicional de bajar su centro de gravedad durante un giro, aumentando su estabilidad.
Cuando se instalan barras estabilizadoras delanteras y traseras, su efecto combinado puede ayudar a mantener la tendencia del vehículo a rodar hacia la pendiente general del terreno.
Una barra estabilizadora suele ser un resorte de torsión anclado para resistir los movimientos de balanceo de la carrocería. Por lo general, se construye a partir de una barra de acero cilíndrica, con forma de "U", que se conecta al cuerpo en dos puntos a lo largo de su sección central más larga y en cada extremo. Cuando las ruedas izquierda y derecha se mueven juntas, la barra simplemente gira sobre sus puntos de montaje centrales. Cuando las ruedas se mueven entre sí, las fuerzas de torsión hacen que la barra gire.
Cada extremo de la barra está conectado a un eslabón final a través de una junta flexible. El enlace está conectado a su vez a un punto cerca de una rueda o eje, transfiriendo fuerzas desde el lado de la suspensión con mayor carga al opuesto.
Por tanto, las fuerzas se transfieren:
La barra resiste la torsión gracias a su rigidez. La rigidez de una barra estabilizadora es proporcional a la rigidez del material, la cuarta potencia de su radio y la inversa de la longitud de los brazos de palanca (es decir, cuanto más corto es el brazo de palanca, más rígida es la barra). La rigidez también está relacionada con la geometría de los puntos de montaje y la rigidez de los puntos de montaje de la barra. Cuanto más rígida sea la barra, más fuerza se necesitará para mover las ruedas izquierda y derecha entre sí. Esto aumenta la cantidad de fuerza necesaria para hacer rodar la carrocería.
En un giro, la masa suspendida de la carrocería del vehículo produce una fuerza lateral en el centro de gravedad (CG), proporcional a la aceleración lateral. Debido a que el CG generalmente no está en el eje de balanceo, la fuerza lateral crea un momento alrededor del eje de balanceo que tiende a hacer rodar el cuerpo. (El eje de balanceo es una línea que une los centros de balanceo delantero y trasero [4] ). El momento se llama pareja de rollos.
El par de balanceo es resistido por la rigidez del balanceo de la suspensión, que es función de la fuerza de los resortes del vehículo y de las barras estabilizadoras, si las hay. El uso de barras estabilizadoras permite a los diseñadores reducir el balanceo sin hacer que los resortes de la suspensión sean más rígidos en el plano vertical, lo que permite un mejor control de la carrocería con menos compromiso en la calidad de marcha .
Un efecto de la inclinación de la carrocería, para la geometría de suspensión monocasco típica, es la inclinación positiva de las ruedas en el exterior de la curva y negativa en el interior, lo que reduce su agarre en las curvas (especialmente con neumáticos de capas cruzadas). [ cita necesaria ]
Las barras estabilizadoras cumplen dos funciones principales. El primero es reducir la magra corporal. Esto depende de la rigidez total del balanceo del vehículo. Aumentar esta rigidez no cambia la transferencia de carga (peso) total en estado estacionario desde las ruedas interiores hacia el exterior, solo reduce la inclinación de la carrocería. La transferencia de carga lateral total está determinada por la altura del centro de gravedad y el ancho de vía.
La otra función de las barras estabilizadoras es ajustar el equilibrio de manejo de un automóvil. El subviraje o sobreviraje se puede reducir cambiando la proporción de la rigidez total de balanceo que proviene de los ejes delantero y trasero. Aumentarlo en la parte delantera aumenta la proporción de la transferencia de carga total a la que reacciona el eje delantero y la disminuye en la parte trasera. En general, esto hace que la rueda delantera exterior gire con un ángulo de deslizamiento comparativamente mayor y que la rueda trasera exterior funcione con un ángulo de deslizamiento comparativamente menor, lo que aumenta el subviraje. Aumentar la proporción de rigidez de balanceo en el eje trasero tiene el efecto contrario: disminuye el subviraje.
Debido a que una barra estabilizadora conecta las ruedas en lados opuestos del vehículo, la barra transmite la fuerza de un golpe en una rueda a la rueda opuesta. En pavimento rugoso o roto, las barras estabilizadoras pueden producir movimientos bruscos del cuerpo de lado a lado (una sensación de "contoneo"), que aumentan en severidad con el diámetro y la rigidez de las barras estabilizadoras. Otras técnicas de suspensión pueden retrasar o amortiguar este efecto de la barra de conexión.
La rigidez excesiva del balanceo, que generalmente se logra configurando una barra estabilizadora de manera demasiado agresiva, puede hacer que las ruedas interiores se levanten del suelo durante las curvas cerradas. Esto puede aprovecharse: muchos automóviles de producción con tracción delantera levantan una rueda trasera al tomar una curva cerrada para sobrecargar la rueda opuesta, limitando el subviraje .
Algunas barras estabilizadoras, particularmente aquellas diseñadas para su uso en carreras de autos , son ajustables externamente mientras el auto está en boxes, mientras que algunos sistemas pueden ser ajustados en tiempo real por el conductor desde el interior del auto, como en el Super GT . Esto permite alterar la rigidez, por ejemplo aumentando o reduciendo la longitud de los brazos de palanca en algunos sistemas, o girando un brazo de palanca plano desde una posición rígida de borde a una posición más flexible de lado plano en otros. sistemas. Esto permite al mecánico ajustar la rigidez del balanceo para diferentes situaciones sin reemplazar toda la barra.
El puntal MacPherson es una forma común de suspensión de puntal. Este no fue el primer intento de suspensión tipo puntal, pero en la patente original de MacPherson , la barra estabilizadora forma una parte integral y esencial de la suspensión, además de su función habitual de controlar el balanceo de la carrocería. Una suspensión tipo puntal como la de MacPherson requiere un miembro inferior articulado entre el chasis y el cubo de la rueda para controlar la posición de la rueda tanto hacia adentro como hacia afuera (controlando la vía), y también hacia adelante y hacia atrás. Esto puede lograrse mediante una horquilla con varias articulaciones o mediante el uso de una varilla de radio adicional . El diseño de MacPherson reemplazó la horquilla por un brazo de control de vía más simple y económico , con una única articulación interior, para controlar la vía. La posición de avance y retroceso se controlaba a través de la barra estabilizadora. En general, esto requirió un conjunto de miembros de suspensión más simple y económico que con brazos transversales, lo que también permitió una reducción del peso no suspendido .
Como se requiere la barra estabilizadora para controlar la posición de las ruedas, las barras de una suspensión MacPherson se pueden conectar a través de rótulas. Sin embargo, muchas suspensiones posteriores de "puntal MacPherson" han vuelto a utilizar brazos oscilantes en lugar del brazo de control de vía simplificado del diseño original.
Se han propuesto varios métodos para desacoplar la barra estabilizadora. El primer automóvil de producción que utilizó una barra estabilizadora semiactiva fue el Mitsubishi Mirage Cyborg de 1988. La "suspensión de modo dual" del modelo turbo de 16 válvulas tiene un actuador hidráulico operado por el tablero integrado en el enlace de la barra estabilizadora delantera, lo que le permite alternar entre los modos deportivo y turístico. [5] El Jeep Wrangler (JK, JL) y el Jeep Gladiator (JT) también tienen un desacoplador conmutable en los modelos Rubicon, para aumentar la articulación de las ruedas para uso todoterreno.
El primer sistema de barra estabilizadora activa fue el SC.CAR (Systeme Citroën de Contrôle Actif du Roulis) de Citroën , que debutó en su Xantia Activa de 1994 , un sedán europeo de tamaño mediano. [6] La ECU de suspensión podría endurecer la barra estabilizadora durante las curvas cerradas, minimizando el balanceo de la carrocería a 2 grados.
El sistema Mercedes-Benz S-Class Active Body Control elimina la barra estabilizadora y, en su lugar, utiliza sensores para detectar la carga lateral, la fuerza lateral y la diferencia de altura en el puntal de suspensión, que luego eleva o baja hidráulicamente el resorte para contrarrestar el balanceo.
Toyota también usa [ ¿cuándo? ] un sistema mecánico llamado Sistema de suspensión dinámica cinética (KDSS) que esencialmente se desconecta [ ¿ cómo? ] las barras estabilizadoras cuando se está fuera de la carretera, lo que permite una mayor articulación del vehículo y calidad de marcha.
