Una suspensión activa es un tipo de suspensión automotriz que utiliza un sistema de control integrado para controlar el movimiento vertical de las ruedas y los ejes del vehículo en relación con el chasis o el marco del vehículo , en lugar de la suspensión pasiva convencional que se basa únicamente en grandes resortes para mantener el soporte estático y amortiguar los movimientos verticales de las ruedas causados por la superficie de la carretera. Las suspensiones activas se dividen en dos clases: suspensiones activas verdaderas y suspensiones adaptativas o semiactivas. Mientras que las suspensiones adaptativas solo varían la firmeza del amortiguador para adaptarse a las condiciones cambiantes de la carretera o dinámicas, las suspensiones activas utilizan algún tipo de actuador para elevar y bajar el chasis de forma independiente en cada rueda.
Estas tecnologías permiten a los fabricantes de automóviles lograr un mayor grado de calidad de conducción y manejo del automóvil al mantener el chasis paralelo a la carretera al girar en las curvas, evitando contactos no deseados entre el bastidor del vehículo y el suelo (especialmente al pasar por una depresión ) y permitiendo un mejor control general de la tracción y la dirección . Una computadora de a bordo detecta el movimiento de la carrocería a partir de sensores en todo el vehículo y, utilizando esos datos, controla la acción de las suspensiones activas y semiactivas. El sistema prácticamente elimina el balanceo y la variación de cabeceo de la carrocería en muchas situaciones de conducción, incluidas las curvas , la aceleración y el frenado . Cuando se utiliza en vehículos comerciales como autobuses , la suspensión activa también se puede utilizar para bajar temporalmente el piso del vehículo, lo que facilita que los pasajeros suban y salgan del vehículo.
La teoría del Skyhook es que la suspensión ideal permitiría al vehículo mantener una postura estable, sin verse afectado por la transferencia de peso o las irregularidades de la superficie de la carretera, como si estuviera suspendido de un gancho imaginario en el cielo y continuara a una altitud constante sobre el nivel del mar, permaneciendo así estable.
Dado que un gancho de suspensión real es obviamente poco práctico, [1] los sistemas de suspensión activa reales se basan en operaciones de actuador. La línea imaginaria (de aceleración vertical cero) se calcula en función del valor proporcionado por un sensor de aceleración instalado en la carrocería del vehículo (ver Figura 3). Los elementos dinámicos comprenden únicamente el resorte lineal y el amortiguador lineal; por lo tanto, no son necesarios cálculos complicados. [2] [3]
Un vehículo entra en contacto con el suelo a través del resorte y el amortiguador en una suspensión con amortiguador de resorte normal, como en la Figura 1. Para lograr el mismo nivel de estabilidad que la teoría Skyhook, el vehículo debe entrar en contacto con el suelo a través del resorte y la línea imaginaria con el amortiguador, como en la Figura 2. Teóricamente, en un caso donde el coeficiente de amortiguamiento alcanza un valor infinito, el vehículo estará en un estado donde está completamente fijo a la línea imaginaria, por lo tanto, el vehículo no se sacudirá.
Las suspensiones activas, las primeras en introducirse, utilizan actuadores separados que pueden ejercer una fuerza independiente sobre la suspensión para mejorar las características de conducción. Las desventajas de este diseño son el alto costo, la complejidad y la masa añadidas del aparato, y la necesidad de un mantenimiento frecuente en algunas implementaciones. El mantenimiento puede requerir herramientas especializadas y algunos problemas pueden ser difíciles de diagnosticar.
Las suspensiones de accionamiento hidráulico se controlan mediante el uso de la hidráulica . El primer ejemplo apareció en 1954, con la suspensión hidroneumática desarrollada por Paul Magès en Citroën . La presión hidráulica es suministrada por una bomba hidráulica de pistones radiales de alta presión . Los sensores monitorean continuamente el movimiento de la carrocería y el nivel de marcha del vehículo, suministrando constantemente nuevos datos a los correctores de altura hidráulicos. En cuestión de unos pocos milisegundos, la suspensión genera fuerzas contrarias para elevar o bajar la carrocería. Durante las maniobras de conducción, el nitrógeno encapsulado se comprime instantáneamente, ofreciendo seis veces la compresibilidad de los resortes de acero utilizados por los vehículos hasta ese momento. [4]
En la práctica, el sistema siempre ha incorporado las deseables características de suspensión autonivelante y suspensión ajustable en altura , esta última ahora vinculada a la velocidad del vehículo para un mejor rendimiento aerodinámico , ya que el vehículo se baja a alta velocidad.
Este sistema funcionó notablemente bien en conducción en línea recta, incluso sobre superficies irregulares, pero tuvo poco control sobre la rigidez del balanceo. [5]
Se han construido millones de vehículos de producción con variaciones de este sistema.
Colin Chapman desarrolló el concepto original de gestión informática de la suspensión hidráulica en los años 80 para mejorar el paso por curva de los coches de competición. Lotus instaló y desarrolló un prototipo del sistema en un Excel de 1985 con suspensión activa electrohidráulica, pero nunca lo puso a la venta al público, aunque se construyeron muchos coches de demostración para otros fabricantes.
Los sensores monitorean continuamente el movimiento de la carrocería y el nivel de marcha del vehículo, y constantemente suministran nuevos datos a la computadora. A medida que la computadora recibe y procesa los datos, hace funcionar los servomotores hidráulicos, montados al lado de cada rueda. Casi instantáneamente, la suspensión servoregulada genera fuerzas contrarias a la inclinación, el hundimiento y la caída de la carrocería durante las maniobras de conducción.
En 1990, Nissan instaló una configuración basada en puntal MacPherson con soporte hidráulico, llamada Suspensión Completamente Activa, que se utilizó en el Nissan Q45 y el President. El sistema utilizaba una bomba de aceite hidráulico, un cilindro hidráulico, un acumulador y una válvula de amortiguación, que conectaban dos circuitos independientes para los conjuntos de puntal delantero y trasero. El sistema luego recuperaría la energía del movimiento para equilibrar el automóvil de forma continua. [6] El sistema fue revisado y ahora se llama Sistema de Control de Movimiento de la Carrocería Hidráulica , instalado en el Nissan Patrol y el Infiniti QX80 .
Williams Grand Prix Engineering preparó una suspensión activa, ideada por el diseñador y aerodinámico Frank Dernie , para los coches de Fórmula 1 del equipo en 1992, creando coches tan exitosos que la Federación Internacional del Automóvil decidió prohibir la tecnología para reducir la brecha entre el equipo Williams F1 y sus competidores. [7]
La suspensión con tecnología activa por computadora (CATS) coordina el mejor equilibrio posible entre calidad de conducción y manejo analizando las condiciones de la carretera y realizando hasta 3000 ajustes por segundo en la configuración de la suspensión a través de amortiguadores controlados electrónicamente .
El Mercedes-Benz Clase CL (C215) de 1999 introdujo el Control Activo de la Carrocería , en el que los servomotores hidráulicos de alta presión se controlan mediante computación electrónica, y esta característica todavía está disponible. Los vehículos pueden diseñarse para inclinarse activamente en las curvas para mejorar la comodidad de los ocupantes. [8] [9]
La barra estabilizadora activa se endurece por orden del conductor o de la unidad de control electrónico de la suspensión (ECU) en curvas cerradas. El primer vehículo de producción fue el Mitsubishi Mirage Cyborg en 1988.
En los automóviles de producción controlados electrónicamente y totalmente activos, la aplicación de servos y motores eléctricos combinados con computación electrónica permite tomar curvas con precisión y reaccionar instantáneamente a las condiciones de la carretera.
La corporación Bose tiene un modelo de prueba de concepto. El fundador de Bose, Amar Bose , había estado trabajando en suspensiones exóticas durante muchos años mientras era profesor del MIT. [10]
La suspensión activa electromagnética utiliza motores electromagnéticos lineales acoplados a cada rueda. Proporciona una respuesta extremadamente rápida y permite la regeneración de la energía consumida, utilizando los motores como generadores. Esto prácticamente supera los problemas de los tiempos de respuesta lentos y el alto consumo de energía de los sistemas hidráulicos. La tecnología del sistema de suspensión activa controlada electrónicamente (ECASS) fue patentada por el Centro de Electromecánica de la Universidad de Texas en la década de 1990 [11] y ha sido desarrollada por L-3 Electronic Systems para su uso en vehículos militares. [12] El Humvee equipado con ECASS superó las especificaciones de rendimiento para todas las evaluaciones de rendimiento en términos de potencia absorbida por el operador del vehículo, estabilidad y manejo.
Los sistemas adaptativos o semiactivos solo pueden cambiar el coeficiente de amortiguación viscosa del amortiguador , y no añaden energía al sistema de suspensión. Mientras que las suspensiones adaptativas tienen generalmente un tiempo de respuesta lento y un número limitado de valores de coeficiente de amortiguación, las suspensiones semiactivas tienen un tiempo de respuesta cercano a unos pocos milisegundos y pueden proporcionar una amplia gama de valores de amortiguación. Por lo tanto, las suspensiones adaptativas generalmente solo proponen diferentes modos de conducción (confort, normal, deportivo ...) correspondientes a diferentes coeficientes de amortiguación, mientras que las suspensiones semiactivas modifican la amortiguación en tiempo real, dependiendo de las condiciones de la carretera y la dinámica del automóvil. Aunque limitadas en su intervención (por ejemplo, la fuerza de control nunca puede tener una dirección diferente al vector actual de velocidad de la suspensión), las suspensiones semiactivas son menos costosas de diseñar y consumen mucha menos energía. En los últimos tiempos, la investigación en suspensiones semiactivas ha seguido avanzando con respecto a sus capacidades, reduciendo la brecha entre los sistemas de suspensión semiactiva y completamente activa.
Este tipo es el más económico y básico de las suspensiones semiactivas. Consisten en una válvula solenoide que altera el flujo del medio hidráulico dentro del amortiguador , modificando así las características de amortiguación de la configuración de la suspensión. Los solenoides están conectados a la computadora de control, que les envía comandos en función del algoritmo de control (normalmente la técnica denominada "Sky-Hook"). [ cita requerida ]
Este tipo de sistema se utiliza en el sistema de suspensión Computer Command Ride (CCR) de Cadillac . El primer coche de producción [22] fue el Toyota Soarer con suspensión electrónica modulada semiactiva de Toyota , de 1983.
En 1985, Nissan introdujo un amortiguador que utilizaba una versión similar, llamada "Super Sonic Suspension", añadiendo un sensor ultrasónico que proporcionaría información que luego interpretaría un microordenador, combinado con información de la dirección, los frenos, el acelerador y el sensor de velocidad del vehículo. Las señales de información de ajuste modificarían entonces los amortiguadores cuando un interruptor controlado por el conductor se colocara en "Auto". El ajuste automático podría limitarse si el interruptor se colocaba en los ajustes "Soft", "Medium" o "Hard". También se utilizó una versión modificada que no utilizaba el módulo sonar, lo que permitía seleccionar los ajustes manualmente. [23] [24] Esta implementación se utiliza actualmente en toda la industria por varios fabricantes, proporcionada por Monroe Shock Absorbers llamada CVSAe, o Continuously Variable Semi-Active electronic.
En 2008, con la introducción del Nissan GT-R , Nissan y Bilstein desarrollaron conjuntamente "DampTronic". DampTronic ofrece tres configuraciones seleccionables por el conductor que también pueden interactuar con la tecnología de control de dinámica del vehículo para modificar los puntos de cambio de la transmisión. Las configuraciones están etiquetadas como Normal, Comfort o R, y se pueden establecer en Normal para un ajuste automático o en la configuración "R" para conducción a alta velocidad, mientras que "Comfort" es para turismo y una conducción más dócil. El modo "R" permite que el vehículo utilice la tasa de ángulo de guiñada con un ángulo de dirección reducido para una dirección más nítida y comunicativa, mientras que la configuración "Comfort" produce menos carga G vertical en comparación con la configuración de suspensión "Normal" o determinada por computadora. [25]
Otro método incorpora amortiguadores magnetorreológicos con la marca MagneRide . Fue desarrollado inicialmente por Delphi Corporation para GM y era estándar, como muchas otras tecnologías nuevas, para Cadillac STS (a partir del modelo 2002), y en algunos otros modelos de GM a partir de 2003. Se trataba de una actualización de los sistemas semiactivos ("suspensiones con detección automática de la carretera") utilizados en vehículos GM de gama alta durante décadas. Permite, junto con ordenadores modernos más rápidos, cambiar la rigidez de las suspensiones de todas las ruedas de forma independiente. Estos amortiguadores se están utilizando cada vez más en los EE. UU. y ya se alquilan a algunas marcas extranjeras, sobre todo en vehículos más caros. [ cita requerida ]
Este sistema estuvo en desarrollo durante 25 años. El fluido amortiguador contiene partículas metálicas. A través del ordenador de a bordo, las características de flexibilidad de los amortiguadores se controlan mediante un electroimán . Básicamente, al aumentar el flujo de corriente en el circuito magnético del amortiguador aumenta el flujo magnético del circuito. Esto, a su vez, hace que las partículas metálicas cambien su alineación, lo que aumenta la viscosidad del fluido y, por lo tanto, aumenta las tasas de compresión/rebote, mientras que una disminución suaviza el efecto de los amortiguadores alineando las partículas en la dirección opuesta. Si imaginamos las partículas metálicas como platos de comida, mientras están alineados de manera que estén de canto, la viscosidad se minimiza. En el otro extremo del espectro, estarán alineados a 90 grados, de manera que estarán planos. Por lo tanto, el fluido será mucho más viscoso. Es el campo eléctrico producido por el electroimán lo que cambia la alineación de las partículas metálicas. La información de los sensores de las ruedas (sobre la extensión de la suspensión), la dirección, los sensores de aceleración y otros datos se utilizan para calcular la rigidez óptima en ese momento. La rápida reacción del sistema (milisegundos) permite, por ejemplo, realizar un adelantamiento más suave de una sola rueda sobre un bache de la carretera en un instante determinado. [ cita requerida ]
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