El diseño de la suspensión automotriz es un aspecto de la ingeniería automotriz , que se ocupa del diseño de la suspensión para automóviles y camiones. El diseño de la suspensión para otros vehículos es similar, aunque es posible que el proceso no esté tan bien establecido.
El proceso implica
- Selección de objetivos de nivel de vehículo adecuados
- Seleccionar una arquitectura de sistema
- Elegir la ubicación de los 'puntos duros', o centros teóricos de cada rótula o casquillo
- Seleccionar las tasas de los casquillos
- Analizando las cargas en la suspensión
- Diseñando las tasas de resorte
- Diseño de las características de los amortiguadores
- Diseñar la estructura de cada componente para que sea fuerte, rígido, ligero y económico.
- Analizar la dinámica del vehículo del diseño resultante.
Desde la década de 1990, el uso de simulación multicuerpo y software de elementos finitos ha simplificado esta serie de tareas.
Objetivos a nivel de vehículo
Una lista parcial incluiría:
- Aceleración lateral máxima en estado estable (en modo de subviraje)
- Rigidez de balanceo (grados por g de aceleración lateral)
- Frecuencias de viaje
- Distribución del porcentaje de transferencia de carga lateral de adelante hacia atrás
- Distribución del momento de balanceo de adelante hacia atrás
- Montar alturas en varios estados de carga
- Gradiente de subviraje
- Radio de giro
- Ackermann
- Viaje jounce
- Viaje de rebote
Una vez que se han identificado los objetivos generales del vehículo, se pueden utilizar para establecer objetivos para las dos suspensiones. Por ejemplo, el objetivo general de subviraje se puede dividir en contribuciones de cada extremo mediante un análisis de Bundorf .
Arquitectura del sistema
Normalmente, un diseñador de vehículos opera dentro de un conjunto de limitaciones. La arquitectura de suspensión seleccionada para cada extremo del vehículo tendrá que obedecer esas limitaciones. Para ambos extremos del automóvil, esto incluiría el tipo de resorte, la ubicación del resorte y la ubicación de los amortiguadores .
Para la suspensión delantera, se debe considerar lo siguiente
- El tipo de suspensión ( puntal MacPherson o suspensión de doble horquilla )
- Tipo de actuador de dirección ( cremallera y piñón o bola de recirculación )
- Ubicación del actuador de dirección delante o detrás del centro de la rueda
Para la suspensión trasera hay muchos más tipos de suspensión posibles, en la práctica.
Puntos duros
Los puntos rígidos controlan la configuración estática y la cinemática de la suspensión.
Los ajustes estáticos son
- Dedo del pie
- Comba
- Castor
- Altura del centro de rollo a la carga de diseño
- Sendero mecánico (o lanzador)
- Anti-dive y anti-squat
- Inclinación Kingpin
- Radio de fregado
- Relaciones de movimiento del resorte y del amortiguador
La cinemática describe cómo cambian las características importantes a medida que se mueve la suspensión, por lo general al girar o girar. Incluyen
- Bump Steer
- Roll Steer
- Dirección con fuerza de tracción
- Dirección de fuerza de freno
- Ganancia de comba en rollo
- Ganancia de lanzador en rollo
- Ganancia de altura del centro de rollo
- Cambio de Ackermann con ángulo de dirección
- Seguimiento de la ganancia en rollo
El análisis de estos parámetros se puede realizar de forma gráfica, CAD o mediante el uso de software de cinemática.
Análisis de cumplimiento
El cumplimiento de los casquillos, la carrocería y otras partes modifican el comportamiento de la suspensión. En general, es difícil mejorar la cinemática de una suspensión utilizando los casquillos, pero un ejemplo en el que funciona es el casquillo de control de la puntera utilizado en las suspensiones traseras Twist-beam . De manera más general, las suspensiones de los automóviles modernos incluyen un casquillo de ruido, vibración y dureza (NVH). Está diseñado como el camino principal para las vibraciones y fuerzas que causan el ruido de la carretera y el ruido de impacto, y se supone que se puede sintonizar sin afectar demasiado la cinemática.
En los autos de carreras, los casquillos tienden a estar hechos de materiales más duros para un buen manejo, como latón o delrin . En los automóviles de pasajeros, los casquillos tienden a estar hechos de un material más suave para mayor comodidad. En términos físicos generales, la masa y la histéresis mecánica (efecto de amortiguación) de las partes sólidas deben tenerse en cuenta en un análisis dinámico, así como su elasticidad .
Cargas
Una vez establecida la geometría básica, se pueden estimar las cargas en cada parte de la suspensión. Esto puede ser tan simple como decidir cuál es el caso de carga máxima probable en el parche de contacto y luego dibujar un diagrama de cuerpo libre de cada parte para calcular las fuerzas, o tan complejo como simular el comportamiento de la suspensión en una carretera irregular. y cálculo de las cargas provocadas. En su lugar, a menudo se utilizan cargas que se han medido en una suspensión similar; este es el método más confiable.
Diseño detallado de brazos
Las cargas y la geometría se utilizan para diseñar los brazos y el husillo. Inevitablemente se encontrarán algunos problemas en el transcurso de esto que obligan a hacer compromisos con la geometría básica de la suspensión.
Referencias
Notas
Fuentes
- Los principios de ingeniería del chasis automotriz - J. Reimpell H. Stoll JW Betzler. - ISBN 978-0-7680-0657-5
- Dinámica de vehículos de carreras: William F. Milliken y Douglas L. Milliken.
- Fundamentos de la dinámica de vehículos - Thomas Gillespie.
- Diseño de chasis - Principios y análisis - William F. Milliken y Douglas L. Milliken.
Simulación y ecuaciones directas: Abramov, S., Mannan, S., & Durieux, O. (2009) 'Semi-Active Suspension System Simulation Using SIMULINK'. Revista Internacional de Modelado y Simulación de Sistemas de Ingeniería, 1 (2/3), 101-114 http://collections.crest.ac.uk/232/1/fulltext.pdf