Una ballesta de Corvette es un tipo de suspensión independiente que utiliza una ballesta de plástico reforzado con fibra (FRP) en lugar de resortes helicoidales más convencionales. Lleva el nombre del Chevrolet Corvette , [1] el automóvil deportivo estadounidense para el que fue desarrollado originalmente y utilizado por primera vez. [2] [3] [4] [5] [6] Una característica notable de esta configuración de suspensión es el montaje del resorte mono-hoja de modo que pueda servir como resorte de suspensión y resorte antivuelco. A diferencia de muchas aplicaciones de ballestas en diseños de suspensión de automóviles, este tipo no utiliza el resorte como eslabón de localización. Si bien este tipo de suspensión se asocia más notablemente con varias generaciones del Chevrolet Corvette, el diseño se ha utilizado en otros automóviles de producción de General Motors , así como en vehículos de Volvo Cars y camionetas Mercedes-Benz Sprinter . Fiat produjo automóviles con una configuración similar, utilizando un resorte de acero de múltiples hojas en lugar del resorte de una sola hoja de FRP.
La configuración de la suspensión de ballestas es independiente , porque el movimiento de una rueda no está determinado por la posición de la otra. [6] Los brazos de control se utilizan para definir el movimiento de la rueda a medida que se comprime la suspensión. Los resortes helicoidales habituales se reemplazan por un solo resorte de FRP, que se extiende a lo ancho del automóvil. Al igual que en los sistemas de suspensión independientes que utilizan resortes helicoidales, y a diferencia del eje trasero Hotchkiss con ballesta común , la cinemática de la suspensión está definida únicamente por los brazos de control.
Al igual que en un diseño de suspensión de resorte helicoidal, el resorte mono-ballesta de FRP soporta el peso del vehículo. Sin embargo, las ballestas de FRP se diferencian de las espirales de acero y las ballestas de acero tradicionales en varios aspectos importantes. Los resortes de plástico FRP tienen entre 4,3 y 5,5 veces más almacenamiento de energía de deformación por peso, en comparación con el acero. [7] Esto da como resultado un resorte más liviano para una aplicación determinada. El resorte delantero monohoja de FRP utilizado en el Corvette de cuarta generación pesa el 33 por ciento del peso de un juego equivalente de resortes helicoidales. [8] Comparando el FRP con las ballestas de acero convencionales en aplicaciones similares, el peso ahorrado es aún mayor. El Corvette de tercera generación ofrecía un resorte de una sola hoja de FRP opcional como alternativa al resorte de acero de múltiples hojas estándar, siendo reemplazado el resorte de acero de 22 kilogramos (48 libras) por un resorte de FRP de 3 kilogramos (7 libras). [9] Volvo afirma un ahorro de peso de 5 kilogramos (10 lb) al usar un resorte FRP en la suspensión trasera de su XC90 de segunda generación , en comparación con los diseños que utilizan resortes helicoidales. [10]
El movimiento deslizante relativo de las láminas de un resorte de acero de múltiples láminas da como resultado una histéresis basada en fricción con respecto a la compresión del resorte. Esta fricción reduce el cumplimiento de la suspensión y puede comprometer tanto la calidad de marcha como el manejo. [11] Al carecer de hojas individuales, el resorte de una sola hoja evita la fricción. [8]
Se anuncia que los resortes de FRP tienen una vida útil y una resistencia a la corrosión excepcionales. [8] Una prueba de GM que comparó los resortes del Corvette de tercera generación encontró que la falla de los resortes de acero de múltiples hojas era probable después de 200,000 ciclos de recorrido completo. La ballesta de FRP de reemplazo no mostró pérdida de rendimiento después de dos millones de ciclos completos. [9]
El embalaje se cita como una ventaja y desventaja de la ballesta transversal de FRP, en comparación con los resortes helicoidales, dependiendo de la aplicación. El resorte de FRP generalmente se coloca en una posición baja en la suspensión, lo que resulta en un centro de gravedad bajo. También permite a los fabricantes evitar soportes de resorte altos, lo que da como resultado un piso de carga más plano alrededor de la suspensión. [10] James Schefter informa que, como se usó en el C5 y Corvettes posteriores, el uso de resortes amortiguadores helicoidales OEM habría obligado a los ingenieros del chasis a elevar verticalmente las torres de choque o moverlas hacia adentro. En la parte trasera esto habría reducido el espacio del maletero. En la parte delantera, esto habría interferido con el embalaje del motor. El uso de la ballesta permitió colocar el resorte debajo del chasis, fuera del camino, manteniendo el diámetro del conjunto del amortiguador solo en el del amortiguador, en lugar del amortiguador y el resorte. [12] Sin embargo, en otras aplicaciones, como los diseños de autos de carrera, la necesidad de abarcar el ancho del vehículo resultó en importantes limitaciones de diseño. Los resortes helicoidales y de torsión presentan mejores opciones de empaque para aplicaciones de carreras. Los resortes FRP también tienen disponibilidad y selección limitadas en comparación con los resortes helicoidales. [13] El mayor costo también se ha citado como una desventaja al comparar los resortes de FRP con los resortes helicoidales en los automóviles de carretera de producción. [14]
Una ventaja de las ballestas transversales de FRP, cuando se soportan con soportes pivotantes muy espaciados, es la capacidad de reemplazar la barra estabilizadora. Normalmente, los resortes que proporcionan una velocidad de marcha suficiente necesitan un resorte suplementario (la barra estabilizadora ) para aumentar la velocidad de balanceo de la suspensión . El acoplamiento de los dos lados de la ballesta transversal a través del vehículo da como resultado un comportamiento similar al de una barra estabilizadora. Los ingenieros de Corvette han citado esta propiedad porque permite el uso de una barra estabilizadora más liviana [9] e incluso elimina la barra estabilizadora trasera en algunas versiones del Corvette de séptima generación. [15]
Cuando cualquiera de las ruedas se desvía hacia arriba, el tramo central del resorte (la porción entre los soportes pivotantes) se desvía hacia abajo. Si ambas ruedas se desvían hacia arriba al mismo tiempo (por ejemplo, al chocar con un bache en el camino), la sección central se dobla uniformemente entre los soportes de pivote. En un rollo, sólo una rueda se desvía hacia arriba, lo que tiende a formar el centro del resorte en una curva en forma de S. El resultado es que la velocidad de las ruedas de un lado de la suspensión depende del desplazamiento del otro lado. [8] [9] [13] La medida en que el resorte actúa como barra estabilizadora depende de la distancia entre los soportes de pivote y su rigidez. [8]
Un resorte rectangular, plano y simplificado ilustra este principio. Desviar el lado derecho del resorte da como resultado que el lado izquierdo se levante. En comparación, un soporte central rígido (Corvettes de segunda y tercera generación y otros autos) no muestra movimiento en un lado cuando el otro está desviado. [6]
Varios fabricantes han producido vehículos o conceptos que utilizan suspensiones delanteras o traseras independientes sostenidas por ballestas transversales que tienen un efecto antivuelco.
Varias empresas automotrices han presentado patentes para diseños de suspensión que utilizan una ballesta compuesta transversal sostenida de una manera similar a la del Corvette.
Sin embargo, si estuviera involucrado en el diseño de un nuevo vehículo de pasajeros, consideraría seriamente el uso de un resorte transversal compuesto de una sola hoja de vidrio unidireccional o filamento de carbono en una matriz epoxi. Esta sería la configuración de resorte práctica más liviana y, aunque las limitaciones de espacio parecen limitar su uso en carreras, debería ser perfectamente factible en vehículos de carretera, desde camiones grandes hasta pequeños automóviles de pasajeros. (Desde que escribí este párrafo, el Corvette de nueva generación ha presentado un resorte de este tipo para controlar sus sistemas de suspensión independientes, en ambos extremos del automóvil).