Suspensión activa

Una suspensión activa es un tipo de suspensión automotriz en un vehículo. Utiliza un sistema a bordo para controlar el movimiento vertical de las ruedas del vehículo en relación con el chasis o la carrocería del vehículo en lugar de la suspensión pasiva proporcionada por grandes resortes donde el movimiento está determinado completamente por la superficie de la carretera. Las denominadas suspensiones activas se dividen en dos clases: suspensiones activas reales y suspensiones adaptativas o semiactivas. Si bien las suspensiones adaptativas solo varían la firmeza del amortiguador para adaptarse a las condiciones cambiantes de la carretera o dinámicas, 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 conducción y manejo del automóvil al mantener los neumáticos perpendiculares a la carretera en las curvas, lo que permite una mejor tracción y control. Una computadora a bordo detecta el movimiento del cuerpo de los sensores en todo el vehículo y, utilizando esos datos, controla la acción de las suspensiones activa y semiactiva. 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 .

Principio

Figura 1

Figura 2

figura 3

La teoría de Skyhook es que la suspensión ideal permitiría que el vehículo mantuviera una postura estable como si estuviera suspendido por un gancho imaginario en el cielo, sin verse afectado por las condiciones de la carretera.

Dado que un gancho de cielo real es obviamente impráctico, ^[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 solo 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 de 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 un caso donde el coeficiente de amortiguación alcanza un valor infinito, el vehículo estará en un estado en el que está completamente fijo a la línea imaginaria, por lo que el vehículo no temblará.

Activo

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 la masa añadidas 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.

Accionamiento hidraulico

Las suspensiones accionadas hidráulicamente se controlan con el uso de sistemas hidráulicos . El primer ejemplo 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 conducción del vehículo, proporcionando constantemente nuevos datos a los correctores de altura hidráulicos. En cuestión de unos segundos, la suspensión genera fuerzas contrarias para subir o bajar la carrocería. ^[4] Durante las maniobras de conducción, el nitrógeno encerrado se comprime instantáneamente, ofreciendo seis veces la compresibilidad de los resortes de acero.utilizado por los vehículos hasta este momento. ^[5]

En la práctica, el sistema siempre ha incorporado las características deseables de suspensión autonivelante y suspensión ajustable en altura , con esta última ahora vinculada a la velocidad del vehículo para mejorar el rendimiento aerodinámico , ya que el vehículo desciende a alta velocidad.

Este sistema funcionó notablemente bien en la conducción en línea recta, incluso sobre superficies irregulares, pero tenía poco control sobre la rigidez de balanceo. ^[6]

Se han construido millones de vehículos de producción con variaciones de este sistema.

Accionamiento electrónico de suspensión hidráulica

Colin Chapman desarrolló el concepto original de gestión por computadora de la suspensión hidráulica en la década de 1980 para mejorar las curvas en los autos de carreras. Lotus instaló y desarrolló un sistema prototipo para un Excel de 1985 con suspensión activa electrohidráulica, pero nunca lo puso a la venta al público, aunque muchos coches de demostración se fabricaron para otros fabricantes.

Los sensores monitorean continuamente el movimiento de la carrocería y el nivel de conducción del vehículo, proporcionando constantemente nuevos datos a la computadora. 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 a la inclinación del cuerpo, la inmersión y la sentadilla durante las maniobras de conducción.

Williams Grand Prix Engineering preparó una suspensión activa para los autos de F1 en 1992, creando autos tan exitosos que la Fédération Internationale de l'Automobile decidió prohibir la tecnología. ^[7]

La suspensión de tecnología activa por computadora (CATS) coordina el mejor equilibrio posible entre la calidad de conducción y el manejo al analizar las condiciones de la carretera y realizar hasta 3,000 ajustes por segundo en los ajustes de la suspensión a través de amortiguadores controlados electrónicamente .

El 1999 Mercedes-Benz CL-Class (C215) introdujo Active Body Control , donde los servos hidráulicos de alta presión son controlados por 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. ^{[8] [9]}

Barra estabilizadora activa

La barra estabilizadora activa se endurece bajo el mando del conductor o la suspensión Unidad de control electrónico (ECU) durante las curvas pronunciadas. El primer automóvil de producción fue el Mitsubishi Mirage Cyborg en 1988.

Recuperador electromagnético

Artículo principal: suspensión electromagnética

En automóviles de producción controlados electrónicamente completamente activos, la aplicación de servos y motores eléctricos acoplados a la computación electrónica permite tomar curvas planas y reacciones instantáneas a las condiciones de la carretera.

El Bose Corporation tiene un modelo de prueba de concepto. El fundador de Bose, Amar Bose , había estado trabajando en suspensiones exóticas durante muchos años mientras era profesor del MIT. ^[10]

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 ^[11] y ha sido desarrollada por L-3 Electronic Systems para su uso en vehículos militares. ^[12] El HMMWV 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.

Rueda activa

• El Active Wheel de Michelin de 2004 incorpora un motor de suspensión eléctrica en la rueda que controla la distribución del par, la tracción, las maniobras de giro, el cabeceo, el balanceo y la amortiguación de la suspensión para esa rueda, además de un motor de tracción eléctrica en la rueda . ^{[13] [14]}

• El sistema de suspensión electromecánica activa de Audi presentado en 2017. Acciona cada rueda de forma individual y se adapta a las condiciones de la carretera. Cada rueda tiene un motor eléctrico que funciona con el sistema eléctrico principal de 48 voltios. Los componentes adicionales incluyen engranajes, un tubo giratorio junto con una barra de torsión interna de titanio y una palanca que ejerce hasta 1100 Nm (811,3 lb-ft) sobre la suspensión a través de una barra de acoplamiento. Gracias a la cámara frontal, el sedán detecta baches en la carretera desde el principio y ajusta de forma predictiva la suspensión activa. Incluso antes de que el automóvil llegue a un bache en la carretera, la función de vista previa desarrollada por Audi transmite la cantidad correcta de recorrido a los actuadores y controla activamente la suspensión. Los motores controlados por computadora pueden detectar imperfecciones en la carretera y pueden levantar la suspensión de la rueda que pasaría por encima de la ondulación, lo que ayuda a la calidad de la marcha. El sistema dirigirá los motores en el exterior para empujar hacia arriba o hacia abajo la suspensión al tomar una curva. Esto dará como resultado una conducción más plana y un menor balanceo de la carrocería en las esquinas, lo que a su vez significa una dinámica de manejo más segura. ^{[15] [16] [17] [18] [19] [20] [21]}

Adaptable y semiactivo

Los sistemas adaptativos o semiactivos solo pueden cambiar el coeficiente de amortiguación viscoso del amortiguadory no agregue energía al sistema de suspensión. Mientras que las suspensiones adaptativas generalmente tienen una respuesta de tiempo lenta y un número limitado de valores de coeficiente de amortiguación, las suspensiones semiactivas tienen una respuesta de tiempo cercana a unos pocos milisegundos y pueden proporcionar una amplia gama de valores de amortiguación. Por tanto, las suspensiones adaptativas suelen proponer únicamente diferentes modos de conducción (confort, normal, sport ...) correspondientes a distintos coeficientes de amortiguación, mientras que las suspensiones semiactivas modifican la amortiguación en tiempo real, en función de las condiciones de la carretera y la dinámica del coche. Aunque su intervención está limitada (por ejemplo, la fuerza de control nunca puede tener una dirección diferente al vector actual de velocidad de la suspensión), las suspensiones semiactivas son menos costosas de diseñar y consumen mucha menos energía. En tiempos recientes,La investigación en suspensiones semiactivas ha seguido avanzando con respecto a sus capacidades, reduciendo la brecha entre los sistemas de suspensión semiactiva y completamente activa.

Solenoide / válvula accionada

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 dependiendo del algoritmo de control (generalmente la técnica llamada "Sky-Hook"). Este tipo de sistema se utiliza en el sistema de suspensión Computer Command Ride (CCR) de Cadillac . El primer automóvil de producción fue el Toyota Soarer con suspensión modulada electrónica Toyota semiactiva , de 1983.

Amortiguador magnetorreológico

Artículo principal: Amortiguador magnetorreológico

Otro método bastante reciente incorpora amortiguadores magnetorreológicos con una marca MagneRide . Fue desarrollado inicialmente por Delphi Corporation para GM y era estándar, como muchas otras tecnologías nuevas, para Cadillac STS (desde el modelo 2002), y en algunos otros modelos de GM desde 2003. Esta fue una actualización para los sistemas semiactivos ("automáticos de carretera -suspensiones de detección ") utilizado en vehículos GM de lujo durante décadas. Permite, junto con computadoras modernas más rápidas, cambiar la rigidez de todas las suspensiones de las ruedas de forma independiente. Estos amortiguadores se están utilizando cada vez más en los EE. UU. Y ya se alquilan a algunas marcas extranjeras, principalmente en vehículos más costosos.

Este sistema estuvo en desarrollo durante 25 años. El fluido del amortiguador contiene partículas metálicas. A través de la computadora a bordo, las características de cumplimiento de los amortiguadores están 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 metálicas 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 alineando las partículas en la dirección opuesta. Si imaginamos las partículas de metal como platos de comida, mientras están alineados de modo que estén en el borde, la viscosidad se minimiza. En el otro extremo del espectro, estarán alineados a 90 grados de manera plana. Haciendo así el fluido mucho más viscoso. Es el campo eléctrico producido por el electroimán el que cambia la alineación de las partículas metálicas. 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 un paso más suave de una sola rueda sobre un bache de la carretera en un instante determinado.

Vehículos de producción

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Por año calendario:

• 1954: Citroen Traction Avant 15-6H: suspensión hidroneumática autonivelante Citroën en las ruedas traseras.
• 1955: Citroën DS , suspensión hidroneumática autonivelante Citroën en las cuatro ruedas.
• 1957: Cadillac Eldorado Brougham : estreno de la suspensión neumática autonivelante de GM
• 1967: Rolls Royce Silver Shadow Suspensión hidroneumática con carga parcial en las cuatro ruedas. Sistema frontal eliminado en 1969
• 1970: Citroën SM , suspensión hidroneumática autonivelante Citroën en las cuatro ruedas.
• 1970: Citroën GS , suspensión hidroneumática autonivelante Citroën en las cuatro ruedas.
• 1974: Citroën CX , suspensión hidroneumática autonivelante Citroën en las cuatro ruedas.
• 1975: Mercedes Benz 450 SEL 6.9 Suspensión hidroneumática en las cuatro ruedas.
• 1982: Citroën BX , suspensión hidroneumática autonivelante Citroën en las cuatro ruedas.
• 1979: Mercedes Benz W126 Suspensión hidroneumática en las cuatro ruedas como opción en los modelos LWB v8
• 1983: Toyota Soarer : estreno de la suspensión modulada electrónica Toyota (TEMS) semiactiva ^[22]
• 1985 Mercedes Benz 190E 2.3-16 Cojinete de carga parcial Suspensión hidroneumática en las cuatro ruedas como opción en el modelo de 16v. Estándar en los modelos Evo 1 y Evo 2
• 1986: Toyota Soarer : primera suspensión neumática completa controlada electrónicamente (TEMS) del mundo (constante de resorte, fuerza de atenuación variable) instalada
• 1986: Mercedes Benz W126 Suspensión hidroneumática en las cuatro ruedas con amortiguación adaptativa controlada electrónicamente como opción en los modelos LWB v8
• 1987: Mitsubishi Galant : VR-4 cuenta con suspensión activa controlada (ECS dinámica). El sistema permite una conducción cómoda y estabilidad de manejo ajustando automáticamente la altura del vehículo y la fuerza de amortiguación.
• 1989: Citroën XM - Hydractive semiactivo con autonivelación en las cuatro ruedas con resortes y amortiguadores ajustados automáticamente.
• 1989: Mercedes Benz R129 Suspensión hidroneumática con soporte de carga parcial con tasas de resorte y amortiguadores ajustados automáticamente como opción (ADS)
• 1990: * Primera suspensión semiactiva que escanea el camino por delante ( sonar ) - 1990 Nissan Leopard / Nissan Cedric / Nissan Maxima / Nissan J30 DUET-SS Super Sonic Suspension ^[23]
• 1990: Infiniti Q45 "Full-Active Suspension (FAS)", sistema de suspensión activa, aunque todavía tenía resortes helicoidales convencionales
• 1992: Toyota Celica ( suspensión modulada electrónicamente de Toyota )
• 1992: Citroën Xantia VSX - Hydractive 2 semiactivo autonivelante en las cuatro ruedas, con resortes y amortiguadores ajustados automáticamente.
• 1993: Cadillac , varios modelos con suspensión RSS road sensing . RSS estaba disponible en sistemas estándar y CVRSS ( suspensión con detección de carretera continuamente variable ). Siguió de tasas de amortiguación de la Absorción de golpes cada 15 milisegundos , seleccionar entre dos ajustes.
• 1994: Toyota Celsior presentó la primera suspensión neumática Skyhook ^[24]
• 1994: Citroën Xantia Activa: autonivelante, Hydractive completamente activo en las cuatro ruedas con barras estabilizadoras hidráulicas y resortes y amortiguadores ajustados automáticamente.
• 1998: Land Rover Discovery serie 2 : mejora activa en curvas; En algunas versiones se instaló un sistema de barra estabilizadora hidráulica controlada electrónicamente, lo que redujo el balanceo en las curvas.
• 1999: Mercedes Benz C215 Control activo hidráulico totalmente autonivelante de la carrocería . Disponible en los modelos S, CL y SL
• 2002: Cadillac Seville STS, primer MagneRide ^[25]
• 2004: Volvo S60 R y V70 R (Four-C, un nombre corto para "Concepto de chasis controlado continuamente", semiactivo)
• 2013: Mercedes Benz W222 : Control de carrocería mágico opcional . Sistema hidráulico autonivelante totalmente activo con electrónica de escaneo de la superficie de la carretera
• 2019: modelo Toyota Avalon Touring (suspensión variable adaptable (AVS))

Ver también

• Suspensión de control activo de Toyota
• Suspensión hidroneumática
• Control corporal activo

Referencias

1. Qazizadeh, Alireza (2017). Sobre suspensión activa en vehículos ferroviarios (PDF) (Tesis). Estocolmo, Suecia: KTH Royal Institute of Technology. pag. 35. ISBN 978-91-7729-408-5.
2. Canción, Xubin (2009). "Control Skyhook rentable para aplicaciones de suspensión de vehículos semiactivos" (PDF) . La Revista Abierta de Ingeniería Mecánica . NOSOTROS. 3 (1): 17. Código bibliográfico : 2009OMEJ .... 3 ... 17S . doi : 10.2174 / 1874155X00903010017 . Archivado desde el original (PDF) el 4 de marzo de 2016.
3. Hasebe, Masanobu; Phuc, Pham Van; Ohyama, Takumi (2010). "Rendimiento fundamental de un amortiguador de fricción accionado hidráulicamente para un sistema de aislamiento sísmico basado en la teoría Skyhook" . Revista de Ingeniería Estructural y de la Construcción . Japón. 75 (658): 2133. doi : 10.3130 / aijs.75.2133 . ISSN 1340-4202 . 
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5. Moonjeli, Varun Joy (2011). "Análisis de suspensión hidroneumática" . Facultad de Ingeniería Amal Jyoti: 15 . Consultado el 7 de mayo de 2017 .
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8. Yao, Jialing; Li, Zhihong; Wang, Meng; Yao, Feifan; Tang, Zheng (octubre de 2018). "Control de inclinación activo de automóvil basado en suspensión activa" . Avances en Ingeniería Mecánica . 10 (10): 168781401880145. doi : 10.1177 / 1687814018801456 .
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21. Tingwall, Eric (julio de 2017). "Audi A8 2019: flotadores insignia en suspensión activa - Fotos e información oficiales" . Coche y Conductor . Nosotros . Consultado el 12 de julio de 2017 .
22. Yokoya, Yuji; Asami, Ken; Hamajima, Toshimitsu; Nakashim, Noriyuki (1 de febrero de 1984). Sistema de suspensión electrónica modulada (TEMS) de Toyota para el Soarer de 1983 . Congreso y Exposición Internacional SAE. Sociedad Internacional de Ingenieros Automotrices. doi : 10.4271 / 840341 . Consultado el 16 de diciembre de 2017 .
23. Sugasawa, Fukashi; Kobayashi, Hiroshi; Kakimoto, Toshihiko; Shiraishi, Yasuhiro; Tateishi, Yoshiaki (1 de octubre de 1985). Sistema de amortiguación controlado electrónicamente utilizado como sensor de carretera que utiliza ondas superónicas . Sociedad Internacional de Ingenieros Automotrices. doi : 10.4271 / 851652 . Consultado el 16 de diciembre de 2017 .
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