La suspensión neumática es un tipo de suspensión de vehículo impulsada por una bomba o compresor de aire eléctrico o impulsado por un motor . Este compresor bombea el aire hacia un fuelle flexible , generalmente fabricado con caucho reforzado con textiles. A diferencia de la suspensión hidroneumática , que ofrece muchas características similares, la suspensión neumática no utiliza líquido a presión, sino aire a presión. La presión del aire infla los fuelles y eleva el chasis del eje.
La suspensión neumática se utiliza en lugar de los resortes de acero convencionales en aplicaciones de vehículos pesados, como autobuses y camiones , y en algunos turismos. Se utiliza ampliamente en semirremolques y trenes (principalmente trenes de pasajeros ).
El propósito de la suspensión neumática es proporcionar una calidad de marcha suave y constante , pero en algunos casos se utiliza para suspensión deportiva. Los sistemas modernos controlados electrónicamente en automóviles y camionetas casi siempre cuentan con funciones de autonivelación junto con funciones de elevación y descenso. Aunque tradicionalmente se denominan bolsas de aire o fuelles de aire , el término correcto es resorte neumático (aunque estos términos también se usan para describir solo el elemento de fuelle de goma con sus placas terminales).
El 7 de enero de 1901, el ingeniero británico Archibald Sharp patentó un método para fabricar un sello que permitía utilizar aparatos neumáticos o hidráulicos, descrito como "sello de manopla rodante", [1] y el 11 de enero de 1901 solicitó una patente para el uso del dispositivo para Proporcionar suspensión neumática en bicicletas. [2] Siguieron más desarrollos utilizando este sello de 1901. [3] [4] Una empresa llamada Air Springs Ltd comenzó a producir la motocicleta ASL en 1909. [5] Esto era inusual al tener suspensión neumática en la parte delantera y trasera; la suspensión trasera era inusual en cualquier tipo de motocicleta en ese momento. Las unidades de suspensión eran similares a las horquillas de viga normales, con el resorte reemplazado por una unidad de aire telescópica que podía presurizarse para adaptarse al ciclista. La producción de motocicletas cesó en 1914.
El 22 de enero de 1901, el estadounidense William W. Humphreys patentó una idea: un "resorte neumático para vehículos". [6] El diseño consistía en una cámara de aire izquierda y derecha canalizada longitudinalmente casi a lo largo del vehículo. Los canales eran cóncavos para recibir dos largos cojines neumáticos. Cada uno estaba cerrado por un extremo y provisto de una válvula de aire en el otro extremo. [7]
A partir de 1920, el francés George Messier proporcionó sistemas de suspensión neumática no originales . [8] Sus propios automóviles Messier de 1922-1930 presentaban una suspensión "para mantener el automóvil en alto sobre cuatro burbujas de gas". [9]
Durante la Segunda Guerra Mundial , Estados Unidos desarrolló la suspensión neumática para aviones pesados con el fin de ahorrar peso con una construcción compacta. Los sistemas de aire también se utilizaron en camiones pesados y aviones para lograr una suspensión autonivelante . Con la presión de aire ajustable, la altura del eje era independiente de la carga del vehículo. [10]
En 1946, el estadounidense William Bushnell Stout construyó un prototipo del Stout Scarab que no fue de producción y que presentaba numerosas innovaciones, incluido un sistema de suspensión neumática independiente en las cuatro ruedas. [11]
En 1950, Air Lift Company patentó un resorte neumático de goma que se inserta en el resorte helicoidal de fábrica de un automóvil. La cámara de aire se expandió hacia los espacios en el resorte helicoidal, evitando que el resorte de fábrica se comprima por completo y que el vehículo se hunda. Las cámaras de aire también se utilizaron habitualmente en los coches de carreras de NASCAR durante muchos años. [12]
En 1954, el francés Paul Magès desarrolló una suspensión hidroneumática de aire/aceite funcional , incorporando las ventajas de conceptos anteriores de suspensión neumática, pero con fluido hidráulico en lugar de aire bajo presión. [13] Citroën reemplazó los convencionales resortes de acero en el eje trasero de su modelo tope de gama, el Traction Avant 15 Hydraulique . [14] En 1955, el Citroën DS incorporó suspensión hidroneumática en las cuatro ruedas. Este combinaba una suspensión muy suave, cómoda, con movimientos controlados, para un manejo brusco, junto con una suspensión autonivelante . [15]
En 1956 se utilizó suspensión neumática en el Aerotrain experimental de EMD .
En Estados Unidos, General Motors aprovechó su experiencia en la Segunda Guerra Mundial con suspensión neumática para camiones y aviones. Introdujo la suspensión neumática como equipo estándar en el nuevo Cadillac Eldorado Brougham de 1957 . [16] Un conjunto "Air Dome" en cada rueda incluía sensores para compensar las superficies irregulares de la carretera y mantener automáticamente la altura del automóvil. [17] Para 1958 y 1959, el sistema continuó en el Eldorado Brougham y se ofreció como una opción de costo adicional en otros Cadillacs. [18] [19]
En 1958, Buick introdujo una "suspensión neumática" opcional con cuatro cilindros de aire (en lugar de resortes helicoidales convencionales) para nivelación automática, así como un control "Bootstrap" en el tablero para elevar el automóvil 5,5 pulgadas (139,7 milímetros). para uso en rampas empinadas o caminos rurales con baches, así como para facilitar el cambio de neumáticos o para limpiar los neumáticos de banda blanca . [20] Para 1959, Buick ofreció un sistema opcional "Air Ride" en todos los modelos que combinaba resortes helicoidales de acero "soft-rate" en la parte delantera con resortes neumáticos en la parte trasera. [21]
Un sistema de suspensión neumática opcional estaba disponible en los Rambler Ambassadors de 1958 y 1959 , así como en todos los modelos de camioneta "Cross Country" de American Motors . [22] [23] El "Air-Coil Ride" utilizaba un compresor impulsado por motor , un depósito, bolsas de aire dentro de los resortes helicoidales y un control de altura de manejo, pero el sistema opcional de $99 no era popular entre los compradores y American Motors ( AMC) lo descontinuó en 1960. [22] [24]
Sólo Cadillac continuó ofreciendo suspensión neumática hasta el año modelo 1960, donde era equipo estándar en Eldorado Sevilla , Biarritz y Brougham. [25]
En 1960, el Borgward P 100 fue el primer automóvil alemán con suspensión neumática autonivelante. [26]
En 1962, la plataforma Mercedes-Benz W112 incluía una suspensión neumática en los modelos 300SE. [10] El sistema utilizaba una válvula principal de Bosch con dos válvulas de eje en la parte delantera y una en la parte trasera. Estos controlaban un resorte neumático en forma de cono en cada eje de rueda. El sistema mantuvo una altura de manejo constante utilizando un depósito de aire que se llenaba con un compresor de aire de un solo cilindro impulsado por el motor. En 1964, el Mercedes-Benz 600 utilizaba cámaras de aire más grandes y el sistema de aire comprimido también accionaba el servofreno.
Rolls-Royce incorporó en el Rolls-Royce Silver Shadow de 1965 una suspensión autonivelante , un sistema construido bajo licencia de Citroën .
En 1975, el Mercedes-Benz 450SEL 6.9 incorporó una suspensión hidroneumática cuando las patentes de la tecnología habían expirado. [10] Este diseño reemplazó el costoso, complejo y problemático sistema de aire comprimido que todavía se usaba en los modelos 600 hasta 1984. [10]
La suspensión neumática no se incluyó en los automóviles de producción estándar fabricados en Estados Unidos entre 1960 y 1983. En 1984, Ford Motor Company incorporó un nuevo diseño como característica en el Lincoln Continental Mark VII .
En 1986, Nissan instaló una modificación de airbag en los puntales MacPherson en el Cedric y el Gloria .
Dunlop Systems Coventry UK también fue pionero en la suspensión neumática controlada electrónicamente (ECAS) para vehículos todoterreno: el término ECAS se comercializó con éxito. El sistema se instaló por primera vez en el Land Rover Range Rover año 93.
En 1989, se funda Arnott Air Suspension Products, que eventualmente se expande a una planta de fabricación de 300,000 pies cuadrados en Merritt Island, Florida, incluido un centro de investigación y desarrollo de 65,000 pies cuadrados dedicado a la suspensión neumática, que brinda asistencia en patentes para BMW, Mercedes-Benz y más.
En 2002, el SUV GMT 360 Trail Blazer presentaba suspensión neumática trasera con resortes neumáticos Dunlop y un sistema de control Wabco integrado.
En 2005, el GM H2 HUMMER presentó un sistema de suspensión neumática trasera opcional con un sistema de control de compresor dual de Dunlop para apoyar el inflado de neumáticos para aplicaciones todoterreno.
En 2013, el Tesla Model S comenzó a ofrecer suspensión neumática regulable en altura .
Las marcas de vehículos que han utilizado suspensión neumática en sus modelos incluyen: Audi , Acura , [27] Bentley , BMW , Cadillac , Citroën , Ford , Genesis , Hummer , Hyundai , Jaguar , Jeep , Land Rover , Lamborghini , Lexus , Lincoln , Mercedes- Benz , Mercedes--Maybach , Porsche , Ram , Rivian , Rolls-Royce , SsanYong , Subaru , Tesla , Volkswagen y Volvo .
Jaguar y Porsche han pasado al siguiente nivel en sus modelos XJ y Panamera, con un sistema que cambia la tasa de resorte y la configuración de amortiguación, entre otros cambios, para sus modos deportivo/pista. El Lincoln Mark VIII tenía configuraciones de suspensión vinculadas al sistema de asiento con memoria, lo que significa que el automóvil ajustaba automáticamente la suspensión a los conductores individuales.
La mayoría de los diseños de suspensión neumática son ajustables en altura , lo que facilita el ingreso al vehículo, la eliminación de baches o el terreno accidentado. Dado que un automóvil con una distancia al suelo más baja tiene características aerodinámicas diferentes, los fabricantes de automóviles pueden utilizar tecnología de suspensión activa para mejorar la eficiencia o el manejo. Tesla Motors utiliza "Suspensión neumática activa" en el Model S y Model X para bajar o subir el vehículo para lograr aerodinámica y mayor alcance. [28]
En 2014, el nuevo C217 Clase S Coupé introdujo una actualización de Magic Body Control, denominada Active Curve Tilting . [29] Este nuevo sistema permite que el vehículo se incline hasta 2,5 grados en un giro, similar a un tren inclinado . La inclinación está destinada a contrarrestar el efecto de la fuerza centrífuga sobre los ocupantes y sólo está disponible en los modelos con tracción trasera. [30] [31]
Durante la última década, la suspensión neumática se ha vuelto popular en la cultura del automóvil personalizado: los street rod , los camiones, los automóviles e incluso las motocicletas pueden tener cámaras de aire. Se utilizan en estas aplicaciones para proporcionar una suspensión ajustable que permite a los vehículos sentarse extremadamente bajos, pero poder elevarse a un nivel lo suficientemente alto como para maniobrar sobre obstáculos e inconsistencias en superficies pavimentadas. Estos sistemas generalmente emplean compresores de aire pequeños, eléctricos o impulsados por motor, que a veces llenan un tanque receptor de aire a bordo que almacena aire comprimido para su uso en el futuro sin demora. Es importante que el tanque tenga el tamaño adecuado para la tarea y se pueda calcular utilizando una fórmula específica que incluya la salida del compresor, la presión atmosférica estándar y la presión comprimida. [32]
Las botellas de gas industrial de alta presión (como los tanques de nitrógeno o dióxido de carbono utilizados para almacenar gases protectores para soldadura) a veces se utilizan en configuraciones de suspensión neumática más radicales. Cualquiera de estos sistemas de depósito puede ser totalmente ajustable, pudiendo ajustar la presión de aire de cada rueda de forma individual. Esto permite al usuario inclinar el vehículo de lado a lado, de adelante hacia atrás, en algunos casos "golpear una de 3 ruedas" (contorsionar el vehículo para que una rueda se levante del suelo) o incluso "saltar" todo el vehículo. vehículo en el aire. Cuando hay un depósito de presión, el flujo de aire o gas comúnmente se controla con válvulas solenoides neumáticas . Esto permite al usuario realizar ajustes simplemente presionando un botón o interruptor eléctrico de contacto momentáneo.
La instalación y configuración de estos sistemas varía según las diferentes marcas y modelos, pero el principio subyacente sigue siendo el mismo. Se retira el resorte metálico (espiral u hoja) y se inserta o fabrica una bolsa de aire, también conocida como resorte neumático, para que encaje en el lugar del resorte de fábrica. Cuando se suministra presión de aire a la bolsa de aire, la suspensión se puede ajustar hacia arriba o hacia abajo (levantar o bajar).
Para vehículos con suspensión de ballesta , como las camionetas, la ballesta a veces se elimina y se reemplaza con un varillaje de barras múltiples. Estas barras suelen tener una configuración de brazo de arrastre y el resorte neumático puede estar situado verticalmente entre una barra de unión o la carcasa del eje y un punto del bastidor del vehículo. En otros casos, el airbag está situado en el lado opuesto del eje respecto a las barras principales, sobre un elemento voladizo adicional. Si las barras de varillaje principales están orientadas paralelas al eje longitudinal (de conducción) del automóvil, la carcasa del eje puede restringirse lateralmente con una varilla Panhard o un varillaje de Watt . En algunos casos, dos de las barras de enlace se pueden combinar en una forma triangular que restringe efectivamente el eje del vehículo lateralmente.
A menudo, los propietarios pueden desear bajar su vehículo hasta tal punto que deban cortar partes del marco para obtener más espacio libre. Luego se atornilla o suelda un miembro de refuerzo comúnmente denominado muesca en C al bastidor del vehículo para mantener la integridad estructural. Específicamente en las camionetas, este proceso se denomina "muesca" porque también se puede quitar una parte (muesca) de la plataforma de carga, junto con los pasos de rueda, para proporcionar el máximo espacio libre para el eje. [33] Para algunos, es deseable tener el vehículo tan bajo que el marco descanse sobre el suelo cuando las bolsas de aire estén completamente desinfladas. Los propietarios generalmente eligen entre hacer que sus autos "metan" las ruedas en los arcos cuando la suspensión neumática está completamente bajada o, alternativamente, pueden optar por un "montaje" que, en combinación con neumáticos estirados, hace que el arco encaje entre el neumático y la llanta. .
La suspensión neumática también es una mejora de suspensión común para quienes remolcan o transportan cargas pesadas con su camioneta, SUV, camioneta o automóvil. Los resortes neumáticos, también llamados "resortes neumáticos auxiliares", se colocan en componentes de suspensión existentes en la parte trasera o delantera del vehículo para aumentar la capacidad de carga. Una de las ventajas de utilizar la suspensión neumática como mejora del soporte de carga es que las cámaras de aire se pueden desinflar cuando no se remolca ni se transporta y, por lo tanto, se mantiene la calidad de marcha de fábrica. [34]
Suspensión neumática controlada electrónicamente (ECAS) es el nombre del sistema de suspensión neumática instalado en el Range Rover Classic en 1993 [35] y posteriormente en el Range Rover P38A . Fue desarrollado a principios de la década de 1990 por la empresa ahora conocida como Dunlop Systems and Components Ltd en Coventry, Reino Unido.
ECAS proporciona suspensión de altura variable para aplicaciones dentro y fuera de carretera. Las cinco alturas de suspensión que normalmente ofrece ECAS son (de menor a mayor en términos de altura) "Carga", "Carretera", "Estándar", "Todoterreno" y "Todoterreno extendido". La altura se controla automáticamente en función de los sensores de velocidad y del tren de aterrizaje, pero un interruptor manual de altura de manejo permite que el conductor controle la suspensión. Las alturas de "Carga" y "Todoterreno" están disponibles sólo a velocidades normalmente inferiores a 35 millas por hora (56 km/h). La configuración "Autopista" no está disponible manualmente; se establece cuando el vehículo se mueve a más de 50 millas por hora (80 km/h) durante más de 30 segundos. A diferencia de un sistema de resorte mecánico (donde la deflexión es proporcional a la carga), la altura se puede variar independientemente de la carga alterando la presión en los resortes neumáticos.
Las cámaras de aire fueron diseñadas para proporcionar una conducción suave, con la capacidad adicional de elevar la carrocería del vehículo para un espacio libre fuera de la carretera y bajarla para una conducción en carretera a mayor velocidad. Los resortes mecánicos, cuya deflexión es proporcional a la carga, no pueden hacer esto; Con ECAS la altura es en gran medida independiente de la carga. Los desarrolladores de ECAS también diseñaron LoadSafe, un sistema relacionado para determinar la carga y el cambio de carga en un vehículo tipo LCV equipado con cámaras de aire.
El sistema comprende:
La suspensión neumática multicámara es una suspensión capaz de controlar paso a paso las características del resorte de la suspensión neumática.
La suspensión neumática multicámara aplicada en el Genesis G90 consta de tres cámaras. Se utilizan tres cámaras para una conducción suave y una cámara para una sensación de conducción dinámica. Una válvula solenoide ubicada entre cada cámara y una unidad de control electrónico separada supervisa el proceso de control. Además, la altura mínima básica del suelo de 148 mm se divide en cuatro etapas: alta, normal, baja y ultrabaja según el modo de conducción, la velocidad de conducción y el entorno de conducción. dependiendo del modo de conducción, la velocidad de conducción y el entorno de conducción. E informa al conductor del control del garaje a través de la pantalla de infoentretenimiento. Las funciones de control de badén, control de joroba, control de pendiente y control de conducción a alta velocidad se activan bajo el control de la suspensión neumática.
La falla de la bolsa de aire o del amortiguador de aire generalmente es causada por óxido húmedo, debido a la vejez, o por la humedad dentro del sistema de aire que lo daña desde el interior. Las piezas de la suspensión neumática pueden fallar porque el caucho se seca. Las perforaciones en la bolsa de aire pueden deberse a los escombros en el camino . Con aplicaciones personalizadas, una instalación incorrecta puede causar que las bolsas de aire rocen el marco del vehículo u otras partes circundantes, dañándolo. La sobreextensión de un resorte neumático que no está suficientemente restringido por otros componentes de la suspensión, como un amortiguador, también puede conducir al fallo prematuro de un resorte neumático debido al desgarro de las capas flexibles. La falla de una cámara de aire también puede resultar en la inmovilización completa del vehículo, ya que el vehículo rozará el suelo o estará demasiado alto para moverse. Sin embargo, la mayoría de los sistemas automotrices modernos han superado muchos de estos problemas.
La falla de la línea de aire es una falla de la tubería que conecta las bolsas de aire o los puntales con el resto del sistema de aire y, por lo general, es una línea de frenos de aire de nailon aprobada por el DOT. Esto suele ocurrir cuando las líneas de aire, que deben dirigirse a las bolsas de aire a través del chasis del vehículo, rozan contra un borde afilado de un miembro del chasis o un componente móvil de la suspensión, lo que provoca que se forme un agujero. Este modo de falla generalmente tardará algún tiempo en ocurrir después de la instalación inicial del sistema, ya que la integridad de una sección de la línea de aire se ve comprometida hasta el punto de falla debido al roce y la abrasión resultante del material. También puede ocurrir una falla en la línea de aire si un pedazo de escombros del camino golpea una línea de aire y la perfora o la rasga, aunque es poco probable que esto ocurra en el uso normal de la carretera. Ocurre en condiciones difíciles fuera de la carretera, pero aún no es común si se instala correctamente.
La falla de los accesorios de aire generalmente ocurre cuando se instalan por primera vez o muy raramente cuando se usan. Los componentes baratos y de baja calidad tienden a ser muy poco fiables. Los accesorios de aire se utilizan para conectar componentes como bolsas, válvulas y solenoides a la línea de aire que transfiere el aire. Se atornillan al componente y, en su mayor parte, la línea DOT push-in o push-to-fit se inserta en el racor.
La falla del compresor se debe principalmente a fugas en las cámaras de aire o amortiguadores neumáticos. El compresor se quemará al intentar mantener la presión de aire correcta en un sistema de aire con fugas. La quema del compresor también puede deberse a que la humedad del interior del sistema de aire entre en contacto con sus piezas electrónicas. Es mucho más probable que esto ocurra con compresores de bajas especificaciones con un ciclo de trabajo insuficiente que a menudo se compran por su bajo costo. Para lograr redundancia en el sistema, dos compresores suelen ser una mejor opción. [36]
En caso de falla de la secadora, la secadora, que funciona para eliminar la humedad del sistema de aire, eventualmente se satura y no puede realizar esa función. Esto hace que se acumule humedad en el sistema y puede provocar daños en los resortes neumáticos y/o un compresor quemado.
La computadora ECAS puede, utilizando criterios preprogramados para detectar una falla, desactivar el sistema en "Modo de falla grave", que baja el vehículo hasta los topes de suspensión, dejándolo utilizable con un rendimiento radicalmente reducido hasta que se repare.
Muchos entusiastas utilizan dispositivos de diagnóstico, como computadoras portátiles y de mano, que ejecutan software especialmente desarrollado para eliminar fallas espurias y evitar la necesidad de reparación. Algunos manipulan los sensores para configurar el vehículo a una altura de manejo particular en todo momento ajustando la relación de la palanca en los dispositivos de detección de altura, o una ECU suplementaria para "engañar" al sistema.
Las fugas en el sistema, a menudo debidas al desgaste del sello principal causado por un ciclo de trabajo excesivo, pueden provocar una falla prematura del compresor.
Los resortes neumáticos se utilizan en suspensiones de autobuses debido a una amplia gama de ventajas sobre los resortes mecánicos. En comparación con un resorte mecánico, la suspensión neumática se puede ajustar a diferentes pesos del vehículo aumentando la presión en la bolsa de aire, lo que permite mantener la altura del vehículo en un valor particular. Los autocares estándar también cuentan con un sistema llamado ferry lift, que eleva el vehículo y aumenta su ángulo de ventrulación . [37] Este sistema ayuda a cargar y descargar el autocar dentro y fuera de los ferries debido a sus rampas empinadas y al riesgo de varada, pero también se puede utilizar en terrenos accidentados o en crestas empinadas. Aunque el elevador del ferry puede estar instalado en algunos autobuses, la instalación de arrodillarse es más común en los autobuses de transporte público. Esto ayuda a reducir la altura del escalón para facilitar el acceso de los pasajeros. La función Arrodillarse también se utiliza cuando se utilizan las rampas integradas para sillas de ruedas. Debido a varias ventajas, la suspensión neumática se ha utilizado ampliamente en vehículos comerciales desde 1980. [38]
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