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Una barra estabilizadora ( barra antivuelco , barra estabilizadora , barra estabilizadora ) es una pieza de la suspensión del automóvil que ayuda a reducir el balanceo de la carrocería de un vehículo al tomar curvas rápidas o al pasar por irregularidades de la carretera . Une las ruedas delanteras o traseras opuestas a un resorte de torsión utilizando brazos de palanca cortos como anclajes. Esto aumenta la rigidez de la suspensión , es decir, su resistencia a rodar en las curvas.
La primera patente de barra estabilizadora fue otorgada al inventor canadiense Stephen Coleman de Fredericton, Nuevo Brunswick, el 22 de abril de 1919. [1] [2]
Las barras estabilizadoras eran poco habituales en los coches anteriores a la Segunda Guerra Mundial debido a que la suspensión era generalmente mucho más rígida y la capacidad de soportar los movimientos de la carrocería. Sin embargo, a partir de los años 50, los coches de producción empezaron a estar equipados con barras estabilizadoras, especialmente aquellos vehículos con suspensión de muelles helicoidales más blanda.
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Una barra antibalanceo o estabilizadora tiene como finalidad 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 a la carrocería de un vehículo a permanecer lo más nivelada posible forzando al amortiguador , resorte o varilla de suspensión de la rueda opuesta en la misma dirección que la que recibe el impacto.
En un giro, el vehículo comprime la suspensión de la rueda exterior. La barra estabilizadora obliga a la rueda opuesta a comprimirse también, manteniendo así la carrocería en una posición lateral más nivelada. Esto tiene el beneficio adicional de bajar su centro de gravedad durante un giro, lo que aumenta su estabilidad.
Cuando se instalan barras estabilizadoras delanteras y traseras, su efecto combinado puede ayudar a mantener la tendencia del vehículo a inclinarse hacia la pendiente general del terreno.
Una barra estabilizadora es generalmente un resorte de torsión anclado para resistir los movimientos de balanceo de la carrocería. Generalmente está construida a partir de una barra de acero cilíndrica, con forma de "U", que se conecta a la carrocería en dos puntos a lo largo de su sección central más larga y en cada extremo. [4] Cuando las ruedas izquierda y derecha se mueven juntas, la barra simplemente gira sobre sus puntos de montaje centrales. Cuando las ruedas se mueven una con respecto a la otra, las fuerzas de torsión hacen que la barra se tuerza.
Cada extremo de la barra está conectado a un eslabón terminal a través de una junta flexible. El eslabón está conectado a su vez a un punto cercano a una rueda o eje, transfiriendo fuerzas del lado más cargado de la suspensión al lado 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, a la cuarta potencia de su radio y a la inversa de la longitud de los brazos de palanca (es decir, cuanto más corto sea el brazo de palanca, más rígida será 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 requiere para mover las ruedas izquierda y derecha entre sí. Esto aumenta la cantidad de fuerza necesaria para hacer que la carrocería se mueva.
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 no suele estar sobre el eje de balanceo, la fuerza lateral crea un momento en torno al eje de balanceo que tiende a hacer que la carrocería se balancee. (El eje de balanceo es una línea que une los centros de balanceo delantero y trasero [5] ). El momento se denomina par de balanceo.
El par de balanceo se ve resistido por la rigidez del balanceo de la suspensión, que es una función de la tasa de resorte 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 un menor compromiso de la calidad de conducción .
Un efecto de la inclinación de la carrocería, en una geometría de suspensión monocasco típica, es una 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 requerida ]
Las barras estabilizadoras cumplen dos funciones principales. La primera es reducir la inclinación de la carrocería. Esto depende de la rigidez total del vehículo. Aumentar esta rigidez no cambia la transferencia de carga total (peso) en estado estable de las ruedas interiores a las exteriores, 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 el sobreviraje se pueden reducir modificando la proporción de la rigidez total del balanceo que proviene de los ejes delantero y trasero. Al aumentarla 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 más alto y la rueda trasera exterior con un ángulo de deslizamiento comparativamente más bajo, lo que aumenta el subviraje. Aumentar la proporción de rigidez del balanceo en el eje trasero tiene el efecto opuesto, disminuyendo el subviraje.
Debido a que una barra estabilizadora conecta las ruedas de los lados opuestos del vehículo, la barra transmite la fuerza de un golpe en una rueda a la rueda opuesta. En pavimento irregular o irregular, las barras estabilizadoras pueden producir movimientos bruscos de la carrocería de un lado a otro (una sensación de "contoneo"), que aumentan en intensidad 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.
Una rigidez excesiva, que se consigue normalmente configurando una barra estabilizadora de forma demasiado agresiva, puede hacer que las ruedas interiores se levanten del suelo en curvas cerradas. Esto se puede aprovechar: muchos coches de serie con tracción delantera levantan una rueda trasera en curvas cerradas para sobrecargar la rueda opuesta, lo que limita el subviraje .
Algunas barras estabilizadoras, en particular las destinadas a utilizarse en carreras de autos , se pueden ajustar 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 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 canto a una posición plana de lado más flexible en otros sistemas. Esto permite que un mecánico ajuste 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 de 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 de 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 pista), y también hacia adelante y hacia atrás. Esto puede proporcionarse mediante un brazo oscilante con varias juntas, o mediante el uso de una barra de radio adicional . El diseño de MacPherson reemplazó el brazo oscilante con un brazo de control de pista más simple y más barato , con una sola junta interior, para controlar la pista. La posición hacia adelante y hacia atrás se controlaba a través de la barra estabilizadora. En general, esto requirió un conjunto de miembros de suspensión más simple y más barato que con los brazos oscilantes, lo que también permitió una reducción en el peso no suspendido .
Como la barra estabilizadora es necesaria para controlar la posición de las ruedas, las barras de una suspensión MacPherson pueden estar conectadas a través de rótulas. Sin embargo, muchas suspensiones "MacPherson" posteriores han vuelto a utilizar brazos oscilantes en lugar del brazo de control de la vía simplificado del diseño original.
Se han propuesto varios métodos para desacoplar la barra estabilizadora. El primer automóvil de producción en utilizar 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 desde el tablero integrado en el enlace de la barra estabilizadora delantera, lo que le permite alternar entre los modos deportivo y de turismo. [6] 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 la conducción 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. [7] La barra estabilizadora podría ser reforzada por la ECU de la suspensión durante las curvas cerradas, minimizando el balanceo de la carrocería a 2 grados.
El sistema Active Body Control de Mercedes-Benz Clase S 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 elevan o bajan hidráulicamente el resorte para contrarrestar el balanceo.
Toyota también utiliza [ ¿cuándo? ] un sistema mecánico llamado Sistema de Suspensión Dinámica Cinética (KDSS) que esencialmente desacopla [ ¿cómo? ] las barras estabilizadoras fuera de carretera, lo que permite una mayor articulación del vehículo y una mejor calidad de conducción.
