La suspensión de varilla de tracción y la suspensión de 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 mediante el cual el vehículo mantiene el contacto entre todas sus ruedas y el suelo. Esto se logra comúnmente mediante el uso de amortiguadores y resortes, que proporcionan fuerzas descendentes sobre las ruedas para contrarrestar los impactos. Sin embargo, en los sistemas de suspensión de varillas de empuje, este puntal se monta transversalmente al chasis, paralelo al suelo, a diferencia del sistema perpendicular que se usa comúnmente. Por lo tanto, los sistemas de suspensión de varillas 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 controlando el balanceo de la carrocería.
Como resultado, los sistemas de suspensión de varillas 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 de varillas de empuje tienden a verse más ampliamente utilizados en automóviles no basados en la carretera, siendo en cambio especializados para las ligas de carreras de fórmula , especialmente la 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, y se hizo famoso por haber ganado varios campeonatos en los campeonatos de Fórmula 2 y Fórmula 3. A lo largo de la década de 1960 y hasta la de 1980, Brabham mantuvo una rivalidad muy competitiva con los equipos de carreras Lotus y McLaren , lo que creó la necesidad de innovar en los campeonatos de carreras de fórmula.
En 1979, el ingeniero Gordon Murray , que trabajaba para Brabham, estrenó un innovador sistema de suspensión de varillas 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 cambio de la arcaica suspensión hidroneumática utilizada anteriormente permitió una altura de manejo mucho menor y una eficiencia aerodinámica en el BT49, asegurando una victoria en el campeonato durante cuatro temporadas desde 1979 a 1982 para Brabham.
Durante las dos décadas siguientes, la popularidad de la suspensión pull-rod en los coches de carreras de fórmula fluctuó, pero aumentó de forma constante, y fue impulsada en gran medida por la innovación y la optimización de los equipos que seguían utilizándola. Sin embargo, hubo una notable caída en el uso de la suspensión pull-rod en las carreras de fórmula desde mediados de la década de 1990 hasta principios de la década de 2000 debido al cambio de las regulaciones de las carreras de fórmula con respecto a la altura de la carrocería y la aerodinámica, así como a las prioridades cambiantes de los equipos de carreras en términos de objetivos de rendimiento. [2]
No sería hasta 2009 que la suspensión pull-rod vería un resurgimiento en las carreras de fórmula, donde un nuevo cambio en las regulaciones estipuló que los alerones delanteros pueden ser más anchos, los alerones traseros deben ser más estrechos y altos, y los difusores deben estar más limitados en tamaño 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 pull-rod. A medida que el difusor del auto de carreras RB5 se movió más hacia la parte trasera, se dio cuenta de que la suspensión pull-rod 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 aseguró una victoria doble en Shanghái , Abu Dabi y el Gran Premio de Gran Bretaña .
El sistema pull-rod se ha adoptado una vez más en la temporada 2022 de F1 , después de verse 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 de varillas de empuje y de varillas de tracción son similares, pero tienen un diseño distinto. La principal diferencia es la ubicación del balancín que controla la amortiguación de los impactos en relación con el brazo de control superior. En efecto, esto significa que los sistemas de varillas de empuje y de varillas de tracción tienen funcionalmente el mismo diseño. [5] [6]
En un sistema de suspensión de varillas de empuje, hay un brazo de control superior e inferior, de diseño similar a un bastidor de doble horquilla, que proporciona una conexión estructuralmente integral entre los cubos de las ruedas y el chasis. Estos brazos pueden pivotar hacia adentro, hacia el centro del vehículo, lo que significa que, a medida que las ruedas experimentan impactos desde el 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 "barra de empuje" rígida. Aquí, a medida que las ruedas se mueven en latitud, esta barra empujará hacia arriba contra un brazo oscilante, creando un movimiento de "balancín" que transfiere fuerzas de latitud desde el suelo a fuerzas longitudinales hacia adentro, en dirección al chasis. [7]
En el extremo opuesto de este balancín hay un amortiguador de muelles montado transversalmente, de diseño similar a los puntales MacPherson que se encuentran comúnmente en los autos 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 adentro, hacia el chasis monocasco sólido, en lugar de hacia arriba, hacia el vehículo. Como tal, los sistemas de suspensión de varillas 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]
En los sistemas de suspensión con varillas de tracción, la única diferencia es la orientación de los balancines. En un sistema con varillas de empuje, los balancines se colocan en el punto más alto del conjunto. Por lo tanto, la varilla está bajo presión mientras transfiere fuerzas de compresión hacia arriba a los balancines. Sin embargo, en un sistema con varillas de tracción, los balancines están ubicados entre los brazos de control superior e inferior, en el centro del conjunto. Por lo tanto, la varilla está bajo tensión mientras tira contra los balancines. [2]
Además, el mecanismo de dirección en los sistemas de suspensión de varillas 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 especie de engranaje de "piñón y cremallera" que convierte el movimiento rotatorio en movimiento lineal, que hace girar las ruedas delanteras. En un sistema de suspensión de varillas de empuje, sin embargo, 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 suspensión con varillas de empuje se distingue de otros sistemas de suspensión, ya que, a diferencia de otros, se puede diseñar y ensamblar 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, ya que sacrifican 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 de barra de tracción en un auto de carreras enfocado en la pista tienen que ver principalmente con la capacidad de mover los componentes de la suspensión más cerca del suelo, bajar el chasis del vehículo y bajar el centro de gravedad para mejorar la eficiencia en las curvas, el balanceo de la carrocería y la estabilidad a alta velocidad. [2] [7]
Para que un coche de carreras esté optimizado para las carreras de fórmula o de otro tipo, las principales áreas de enfoque para 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 la eficacia con la que la carrocería del coche puede 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 carrera 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 carrera especializados tienden a ser más sensibles a las fuerzas que actúan sobre ellos, y pequeños aumentos 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 los componentes de los canales de aire esenciales, puede, por lo tanto, 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 la suspensión de varilla de tracción al diseñar un automóvil para carreras de fórmula es la racionalización de los componentes para no solo reducir la resistencia, sino también para mejorar la carga aerodinámica. La resistencia en su conjunto es un área esencial de preocupación 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 turbulencia 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 de varilla de tracción mueve todo el conjunto de suspensión lejos de la parte inferior del vehículo, mejorando 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 efectivamente se puede canalizar el aire hacia los divisores, difusores y alas del automóvil para producir carga aerodinámica. [8] [ ¿ Fuente poco confiable? ] A medida que aumenta la carga aerodinámica, el coche se adhiere con más fuerza a la pista, lo que mejora el agarre de los neumáticos y, por extensión, el rendimiento en curvas y la estabilidad.
Por último, al diseñar un coche de carreras especializado, otra área importante de preocupación es la capacidad de tomar curvas, ya que cuanto más rápido un coche pueda mantener el agarre en las curvas, menos tiempo se pasa frenando y acelerando. Al tomar 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 experimentadas en las curvas sobrecargan los amortiguadores en el lado exterior del vehículo, lo que hace que la carrocería se "incline" o incline hacia un lado. [8] [ ¿ Fuente poco fiable? ] [9] En los diseños de suspensión convencionales, tener los amortiguadores extendidos perpendicularmente desde la carrocería crea una mayor capacidad para el balanceo de la carrocería, ya que las fuerzas actúan directamente hacia arriba en las bobinas. Sin embargo, en los diseños de suspensión de barra de tracción, tener los brazos oscilantes 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 bajar significativamente el centro de gravedad del vehículo, satisfaciendo así ambos elementos clave de la capacidad para tomar curvas a alta velocidad.
Por estas razones, la suspensión de 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.
A diferencia de los autos de carrera, los autos de producción para carretera se centran especialmente en la comodidad, la facilidad de uso y la practicidad en la vida diaria. Por este motivo, la suspensión de varillas de empuje rara vez se utiliza en autos de producción debido a sus numerosos inconvenientes y desventajas.
Una de las principales desventajas de la suspensión de varillas de empuje es el costo. En los vehículos de producción, lo más importante para la empresa es seguir siendo rentable y, por lo tanto, los diseños más rentables son los más utilizados. Debido a su simplicidad, los sistemas como las ballestas o el puntal MacPherson pueden ser relativamente baratos de diseñar e integrar en un vehículo, y su amplia utilidad los convierte en una opción popular para dichos automóviles. [7] [9] Sin embargo, la suspensión de varillas de empuje presenta muchas partes 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 eficaz en una pista mantenida y alisada, hace poco para suavizar los impactos y las fuerzas mientras se conduce en caminos activos, lo que resulta en un andar áspero e incómodo. [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 barras de tracción a menudo incorporan un marco grande que se extiende más allá de la carrocería del chasis, lo que hace que sea significativamente más difícil juzgar las dimensiones de un vehículo con esta configuración, lo que dificulta las maniobras en el tráfico. [7]
Como resultado, la suspensión de barra de tracción fuera de los autos de carreras especializados a menudo se considera poco práctica e inviable para el uso diario, y la incorporación de la suspensión de barra de tracción en autos de carretera rara vez se ve fuera de ciertos superdeportivos exóticos como el concepto Lamborghini Murciélago .
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