La suspensión con varilla de tracción y la suspensión con varilla de empuje se refieren a un tipo especializado de sistema de suspensión automotriz que se basa en gran medida en un sistema de doble horquilla , que incorpora elementos del puntal MacPherson de uso común . [1]
En los automóviles, la suspensión se refiere al sistema por el cual el vehículo mantiene el contacto entre todas sus ruedas y el suelo. Esto comúnmente se logra mediante el uso de amortiguadores y resortes, que proporcionan fuerzas hacia abajo sobre las ruedas para contrarrestar los impactos. Sin embargo, en los sistemas de suspensión de varilla de empuje, este puntal se monta a través del chasis, paralelo al suelo, a diferencia del sistema perpendicular comúnmente utilizado. Por lo tanto, los sistemas de suspensión con varilla de empuje permiten que los componentes esenciales se muevan fuera del flujo de aire directo, más cerca del centro de gravedad, y permiten bajar el centro de gravedad, creando así una distribución más eficiente del peso y una gestión del balanceo de la carrocería.
Como resultado, los sistemas de suspensión de varilla de empuje pueden proporcionar una vía única para el rendimiento, aunque a costa de la facilidad de conducción, la practicidad y la comodidad diarias. Debido a esto, los sistemas de suspensión con varilla de empuje tienden a tener un uso más generalizado en automóviles no de carretera, estando especializados en ligas de carreras de fórmula , especialmente Fórmula Uno , [1] pero rara vez se ven en automóviles de producción.
En la década de 1960, Brabham Automotive era el mayor productor de coches de carreras de ruedas abiertas del mundo, ganando notoriedad por varias victorias en campeonatos de Fórmula Dos y Fórmula Tres . A lo largo de los años 1960 y hasta los años 1980, Brabham mantuvo una rivalidad altamente competitiva con los equipos de carreras Lotus y McLaren , creando una necesidad de innovación en los campeonatos de carreras de fórmula.
En 1979, el ingeniero Gordon Murray , que trabajaba con Brabham, presentó un innovador sistema de suspensión con varilla de tracción en el escenario de Fórmula Uno, [2] implementando el diseño en un auto de carreras BT49 . Este nuevo diseño fue revolucionario, ya que el alejamiento de la arcaica suspensión hidroneumática utilizada anteriormente permitió una altura de manejo y una eficiencia aerodinámica mucho más bajas en el BT49, asegurando una victoria en el campeonato durante cuatro temporadas, de 1979 a 1982, para Brabham.
Durante las siguientes dos décadas, la popularidad de la suspensión con varilla de tracción en los autos de carreras de fórmula fluctuó, pero aumentó constantemente, y fue impulsada en gran medida por la innovación y la optimización por parte de aquellos equipos que continuaron utilizándola. Sin embargo, hubo una caída notable en el uso de la suspensión con varilla de tracción en las carreras de fórmula desde mediados de la década de 1990 hasta principios de la década de 2000 debido a los cambios en las regulaciones de las carreras de fórmula con respecto a la altura de manejo y la aerodinámica, así como a las prioridades cambiantes de los equipos de carreras en términos de rendimiento. objetivos. [2]
No sería hasta 2009 que la suspensión con varilla de tracción resurgiría en las carreras de fórmula, donde un nuevo cambio en las regulaciones estipulaba que los alerones delanteros pueden ser más anchos, los alerones traseros deben ser más estrechos y altos, y los difusores deben tener un tamaño más limitado. y forma. En respuesta a esto, el director técnico, ingeniero y aerodinámico de Red Bull Racing, Adrian Newey, vio surgir un nuevo nicho para la suspensión con varilla de tracción. A medida que el difusor del auto de carreras RB5 se movía más hacia la parte trasera, se dio cuenta de que la suspensión con varilla 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 consiguió una victoria doblete en Shanghai , Abu Dhabi y el Gran Premio de Gran Bretaña .
El sistema pull-rod se ha vuelto a adoptar en la temporada 2022 de F1 , tras ser 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]
La suspensión con varilla de empuje y con varilla de tracción tiene un diseño similar pero distinto, y la principal diferencia es la ubicación del balancín que controla la amortiguación en relación con el brazo de control superior. En efecto, esto significa que tanto el sistema de varilla de empuje como el 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, similar en diseño a un marco de doble horquilla, que proporciona una conexión estructuralmente integral entre los cubos de las ruedas y el chasis. Estos brazos pueden girar hacia adentro, hacia el centro del vehículo, lo que significa que cuando las ruedas experimentan golpes del suelo, se mueven hacia arriba y hacia abajo. [2]
Entre estos dos brazos de control de horquilla, los cubos de las ruedas se conectan a una "varilla de empuje" rígida. Aquí, a medida que las ruedas se mueven latitudinalmente, esta varilla empujará hacia arriba contra un balancín oscilante, creando un movimiento de "balancín" que transfiere las fuerzas latitudinales del suelo en fuerzas longitudinales hacia el interior del chasis. [7]
En el extremo opuesto de este balancín hay un amortiguador helicoidal montado transversalmente, similar en diseño 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 en relación con la carretera, las fuerzas se transfieren hacia el interior, hacia el sólido chasis monocasco, en lugar de hacia arriba, hacia el interior del vehículo. Como tal, los sistemas de suspensión con varilla de empuje permiten una estabilidad mucho mayor a alta velocidad, niveles mucho más bajos de balanceo de la carrocería y un centro de gravedad mucho más bajo para el vehículo. [7]
Para los sistemas de suspensión con varilla de tracción, la única diferencia es la orientación de los balancines. En un sistema de varilla de empuje, los balancines se colocan en el punto más alto del conjunto. Como tal, la varilla está bajo presión mientras transfiere las fuerzas de compresión hacia arriba a los balancines. Sin embargo, en un sistema de varilla de tracción, los balancines están ubicados entre los brazos de control superior e inferior, en el centro del conjunto. Como tal, la varilla está bajo tensión mientras tira de 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, una forma de engranaje de piñón y cremallera que traduce el movimiento de rotación en movimiento lineal, que hace girar las ruedas delanteras. Sin embargo, en un sistema de suspensión de varilla de empuje, la dirección está controlada por rótulas que se encuentran en los extremos de los brazos de control, que permiten que los cubos de las ruedas y el automóvil giren. [2]
Como resultado de estos factores, el diseño de la varilla de empuje se distingue de otros sistemas de suspensión ya que, a diferencia de otros, puede diseñarse y ensamblarse con componentes más cercanos o más alejados del centro de gravedad del vehículo. Como resultado, los ingenieros pueden optimizar el rendimiento de su vehículo en esta área, sacrificando la comodidad y la practicidad en favor de la aerodinámica, el manejo y la estabilidad en la pista.
Las principales ventajas de un sistema de suspensión con varilla de tracción en un auto 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 bajar el centro de gravedad para mejorar la eficiencia en curvas, balanceo de la carrocería y estabilidad a alta velocidad. [2] [7]
Para que un auto de carreras esté optimizado para carreras de fórmula o de otro tipo, las principales áreas de atención de los ingenieros son la facilidad con la que el vehículo puede acelerar y alcanzar la velocidad máxima, la eficacia con la que el vehículo puede negociar y canalizar el aire a su alrededor, y con qué eficacia la carrocería del automóvil es capaz de canalizar ese aire hacia sus componentes aerodinámicos para mejorar el rendimiento del vehículo en las curvas. [8] [ ¿ fuente poco confiable? ]
En las ligas de carreras de fórmula, las regulaciones a menudo estipulan que los autos de carreras deben utilizar motores de baja cilindrada y baja potencia con un chasis liviano para desviar el enfoque de la carrera 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 aumentos menores 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] [ ¿ fuente poco confiable? ] La suspensión de varilla de tracción, al poder alejar componentes de los canales de aire esenciales, puede reducir la carga de trabajo en los motores más pequeños y mejorar la aceleración en toda la banda de potencia. [7]
Otro beneficio esencial de utilizar una suspensión con varilla de tracción al diseñar un automóvil para carreras de fórmula es la optimización de los componentes no solo para reducir la resistencia, sino también para mejorar la carga aerodinámica. La resistencia en su conjunto es un área de preocupación esencial para cualquier tipo de automóvil de carreras, ya que la resistencia juega un papel directo en la determinación del rendimiento general del vehículo, no solo reduciendo la aceleración y la velocidad máxima, sino también creando turbulencias 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 sustancial. Sin embargo, la suspensión con varilla de tracción aleja todo el conjunto de suspensión de la parte inferior del vehículo, lo que mejora en gran medida la eficiencia del flujo de aire, un canal de aire esencial. [2] Cuanto más eficientemente pueda pasar el aire sobre y alrededor de la carrocería del vehículo, más eficazmente podrá canalizarse hacia los divisores, difusores y alas del automóvil para producir fuerza aerodinámica. [8] [ ¿ fuente poco confiable? ] A medida que aumenta la carga aerodinámica, el automóvil se planta con más fuerza en la pista, mejorando el agarre de los neumáticos y, por extensión, el rendimiento en las curvas y la estabilidad.
Finalmente, al diseñar un automóvil de carreras especializado, otra área importante de preocupación es la capacidad en las curvas, ya que cuanto más rápido un automóvil sea capaz de mantener el agarre en las curvas, menos tiempo se dedicará a frenar y acelerar. En las 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 que se experimentan al tomar las curvas sobrecargan los amortiguadores en el lado exterior del vehículo, lo que hace que la carrocería se "incline" o gire hacia un lado. [8] [ ¿ fuente poco confiable? ] [9] En los diseños de suspensión convencionales, hacer que los amortiguadores se extiendan perpendicularmente desde la carrocería crea una mayor capacidad de balanceo de la carrocería, ya que las fuerzas actúan directamente hacia arriba en las bobinas. Sin embargo, en los diseños de suspensión con varilla de tracción, tener las horquillas y los amortiguadores montados transversalmente y en línea con la carrocería traduce estas fuerzas longitudinalmente, dejando menos espacio 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 estas razones, la suspensión con varilla de empuje tiene un uso común y generalizado en las ligas de carreras centradas en la pista, ya que sus beneficios se extienden a muchos aspectos del rendimiento general del vehículo.
Las principales desventajas de un sistema de suspensión con varilla de empuje tienen que ver con el costo general, la practicidad y la maniobrabilidad en el uso diario de los automóviles de producción.
Los coches de producción de carretera, a diferencia de los coches de carreras pura sangre, se centran especialmente en la comodidad, la usabilidad y la practicidad en la vida diaria. Por esta razón, la suspensión de varilla de empuje rara vez se utiliza en automóviles de producción debido a sus numerosos inconvenientes y compromisos.
Uno de los principales inconvenientes de la suspensión con varilla de empuje es el coste. En los modelos de vehículos de producción, lo más importante para la empresa es seguir siendo rentable y, como tal, los diseños más rentables son los más utilizados. Debido a su simplicidad, sistemas como las ballestas o el puntal MacPherson pueden ser relativamente baratos de diseñar e integrar en un vehículo, y su amplia usabilidad 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 posibilidades de rotura. [9]
En términos de usabilidad para el uso diario, si bien la suspensión de varilla de empuje es muy efectiva en una pista mantenida y nivelada, hace poco para suavizar los impactos y las fuerzas mientras se conduce en carreteras activas, lo que resulta en una conducción dura e incómoda. [1] Esto se debe en gran medida a la ineficiencia en el uso de un amortiguador montado transversalmente para mitigar las fuerzas verticales. [8] [ ¿ fuente poco confiable? ]
Los sistemas de suspensión con varilla de tracción a menudo incorporan un marco grande que se extiende más allá de la carrocería del chasis, lo que hace que sea mucho más difícil juzgar las dimensiones de un vehículo con esta configuración, lo que dificulta las maniobras en el tráfico. [7]
Como resultado, la suspensión con varilla de tracción fuera de los autos de carreras especializados a menudo se considera poco práctica e inhabitable para el uso diario, y la incorporación de la suspensión con varilla de tracción en autos de carretera rara vez se ve fuera de ciertos superdeportivos exóticos como el concepto Lamborghini Murciélago .
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