Una suspensión activa es un tipo de suspensión automotriz que utiliza un sistema de control a bordo 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 resortes grandes para mantener el soporte estático. y amortiguar los movimientos verticales de las ruedas provocados 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 semiadaptativas solo varían la firmeza del amortiguador para adaptarse a las condiciones dinámicas o cambiantes de la carretera, las suspensiones activas utilizan algún tipo de actuador para subir 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 marcha y manejo del automóvil manteniendo los neumáticos constantemente perpendiculares 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 mejor tracción y control de dirección en general . Una computadora 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 de la carrocería y la variación de cabeceo 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, facilitando así a los pasajeros subir y bajar del vehículo.
La teoría de Skyhook es que la suspensión ideal permitiría al vehículo mantener una postura estable, sin verse afectada 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 a una altitud constante sobre el nivel del mar, permaneciendo así estable.
Dado que un skyhook real es obviamente poco práctico, [1] los sistemas de suspensión activa reales se basan en las operaciones del actuador. La línea imaginaria (de aceleración vertical cero) se calcula en base al 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 hace 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 hacer contacto con el suelo a través del resorte y la línea imaginaria con el amortiguador, como en la Figura 2. Teóricamente, en el caso en que el coeficiente de amortiguación alcance un valor infinito, el vehículo estará en un estado en el que estará completamente fijado a la línea imaginaria, por lo que el vehículo no temblará.
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. Los inconvenientes de este diseño son el alto coste, la complicación y el peso añadidos 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 accionadas hidráulicamente se controlan con el uso de sistemas hidráulicos . El primer ejemplar 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 hidráulicos de altura. En cuestión de unos pocos milisegundos, la suspensión genera fuerzas contrarias para subir o bajar la carrocería. Durante las maniobras de conducción, el nitrógeno encerrado 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 mejorar el rendimiento aerodinámico , a medida que el vehículo desciende a alta velocidad.
Este sistema funcionó notablemente bien en conducción en línea recta, incluso en superficies irregulares, pero tenía 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 la década de 1980 para mejorar las curvas en los coches de carreras. Lotus instaló y desarrolló un prototipo de sistema para un Excel 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, suministrando constantemente a la computadora nuevos datos. A medida que la computadora recibe y procesa datos, opera los servos hidráulicos, montados al lado de cada rueda. Casi instantáneamente, la suspensión servoregulada genera fuerzas contrarias para inclinar la carrocería, inclinarla y agacharla durante las maniobras de conducción.
Williams Grand Prix Engineering preparó una suspensión activa, ideada por el diseñador y aerodinámico Frank Dernie , para los autos de Fórmula 1 del equipo en 1992, creando autos tan exitosos que la Fédération Internationale de l'Automobile decidió prohibir la tecnología para disminuir la brecha entre Williams F1. equipo y sus competidores. [6]
La suspensión con tecnología activa por computadora (CATS) coordina el mejor equilibrio posible entre la calidad de marcha y el 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 Active Body Control , donde los servos 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. [7] [8]
La barra estabilizadora activa se endurece bajo la orden del conductor o de la unidad de control electrónico (ECU) de la suspensión durante las curvas cerradas. El primer coche 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 unidos a la informática electrónica permite tomar curvas planas y reacciones instantáneas a las condiciones de la carretera.
Bose Corporation tiene un modelo de prueba de concepto. El fundador de Bose, Amar Bose , llevaba muchos años trabajando en suspensiones exóticas mientras era profesor del MIT. [9]
La suspensión activa electromagnética utiliza motores electromagnéticos lineales conectados a cada rueda. Proporciona una respuesta extremadamente rápida y permite la regeneración de la energía consumida, utilizando los motores como generadores. Esto casi supera los problemas de tiempos de respuesta lentos y 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 [10] y ha sido desarrollada por L-3 Electronic Systems para su uso en vehículos militares. [11] 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 agregan energía al sistema de suspensión. Mientras que las suspensiones adaptativas tienen generalmente una respuesta temporal lenta y un número limitado de valores de coeficiente de amortiguación, las suspensiones semiactivas tienen una respuesta temporal cercana a unos pocos milisegundos y pueden proporcionar una amplia gama de valores de amortiguación. Por tanto, las suspensiones adaptativas sólo suelen proponer diferentes modos de conducción (confort, normal, sport...) correspondientes a diferentes coeficientes de amortiguación, mientras que las suspensiones semiactivas modifican la amortiguación en tiempo real, en función de las condiciones de la carretera y de la dinámica del coche. Aunque su intervención es limitada (por ejemplo, la fuerza de control nunca puede tener una dirección diferente a la del 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 totalmente activa.
Este tipo es el tipo más económico y básico de suspensiones semiactivas. Consisten en una válvula solenoide que altera el flujo del medio hidráulico dentro del amortiguador , cambiando así las características de amortiguación de la configuración de la suspensión. Los solenoides están conectados a la computadora de control, que les envía comandos según el algoritmo de control (generalmente la llamada técnica "Sky-Hook"). [ cita necesaria ]
Este tipo de sistema se utiliza en el sistema de suspensión Computer Command Ride (CCR) de Cadillac . El primer automóvil de producción [ cita necesaria ] fue el Toyota Soarer con suspensión modulada electrónica Toyota semiactiva , de 1983.
Otro método bastante reciente incorpora amortiguadores magnetorreológicos de marca MagneRide . Inicialmente fue desarrollado 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 ("automáticos de carretera"). -suspensiones sensoriales") utilizadas en vehículos GM de lujo durante décadas. Permite, junto con ordenadores modernos más rápidos, cambiar la rigidez de todas las suspensiones de las ruedas de forma independiente. Estos amortiguadores están encontrando un uso cada vez mayor en los EE. UU. y ya se alquilan a algunas marcas extranjeras, principalmente en vehículos más caros. [ cita necesaria ]
Este sistema estuvo en desarrollo durante 25 años. El líquido amortiguador contiene partículas metálicas. A través de la computadora de a bordo, las características de cumplimiento de las compuertas son controladas por un electroimán . Esencialmente, aumentar el flujo de corriente hacia el circuito magnético del amortiguador aumenta el flujo magnético del circuito. Esto, a su vez, hace que las partículas de metal cambien su alineación, lo que aumenta la viscosidad del fluido, aumentando así las tasas de compresión/rebote, mientras que una disminución suaviza el efecto de los amortiguadores al alinear las partículas en la dirección opuesta. Si imaginamos las partículas de metal como platos, mientras están alineadas de modo que queden de borde, se minimiza la viscosidad. En el otro extremo del espectro estarán alineados a 90 grados de forma plana. Haciendo así que el fluido sea mucho más viscoso. Es el campo eléctrico producido por el electroimán el 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 utiliza para calcular la rigidez óptima en ese momento. La rápida reacción del sistema (milisegundos) permite, por ejemplo, hacer que una sola rueda pase más suavemente sobre un bache de la carretera en un instante determinado. [ cita necesaria ]
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