El resorte de hoja Corvette comúnmente se refiere a un tipo de suspensión independiente que utiliza un resorte de hoja única de plástico reforzado con fibra (FRP) en lugar de resortes helicoidales más convencionales. Lleva el nombre del Chevrolet Corvette , [1] el automóvil deportivo estadounidense para el que se desarrolló originalmente y se utilizó por primera vez. [2] [3] [4] [5] [6] Una característica notable de esta configuración de suspensión es el montaje del resorte de una hoja de modo que pueda servir tanto como resorte de tracción como resorte estabilizador. A diferencia de muchas aplicaciones de ballestasen diseños de suspensión automotriz, este tipo no usa el resorte como enlace de ubicación. Si bien este tipo de suspensión se asocia más notablemente con varias generaciones del Chevrolet Corvette, el diseño se ha utilizado en otros automóviles de producción de General Motors , así como en vehículos de Volvo Cars y Mercedes-Benz . Fiat produjo automóviles con una configuración similar, utilizando un resorte de acero de múltiples hojas en lugar del resorte de una hoja de FRP.
Diseño
La configuración de la suspensión de ballestas es independiente , porque el movimiento de una rueda no está determinado por la posición de la otra. [6] Los brazos de control se utilizan para definir el movimiento de la rueda cuando se comprime la suspensión. Los resortes helicoidales habituales se reemplazan con un solo resorte de FRP, que se extiende a lo ancho del automóvil. Al igual que en los sistemas de suspensión independientes que utilizan muelles helicoidales, y a diferencia del eje trasero Hotchkiss apoyado por ballestas , la cinemática de la suspensión está definida únicamente por los brazos de control.
Como en un diseño de suspensión de muelles helicoidales, el muelle de una hoja de FRP soporta el peso del vehículo. Sin embargo, los resortes de láminas de FRP se diferencian de las bobinas de acero y los resortes de hojas múltiples de acero tradicionales en varios aspectos importantes. Los resortes de plástico FRP tienen entre 4,3 y 5,5 veces el almacenamiento de energía de deformación por peso, en comparación con el acero. [7] Esto da como resultado un resorte más ligero para una aplicación determinada. El resorte delantero de una sola hoja de FRP utilizado en el Corvette de cuarta generación es el 33 por ciento del peso de un conjunto equivalente de resortes helicoidales. [8] Comparando el FRP con resortes de láminas de acero convencionales en aplicaciones similares, el peso ahorrado es aún mayor. El Corvette de tercera generación ofrecía un resorte de una hoja de FRP opcional como alternativa al resorte de acero de múltiples hojas estándar, el resorte de acero de 22 kilogramos (48 lb) siendo reemplazado por un resorte de FRP de 3 kilogramos (7 lb). [9] Volvo afirma un ahorro de peso de 5 kilogramos (10 libras) al usar un resorte de FRP en la suspensión trasera de su XC90 de segunda generación , en comparación con los diseños que usan resortes helicoidales. [10]
El movimiento de deslizamiento relativo de las hojas de un resorte de acero de múltiples hojas da como resultado una histéresis basada en la fricción con respecto a la compresión del resorte. Esta rigidez reduce el cumplimiento de la suspensión y puede comprometer tanto la calidad de conducción como el manejo. [11] Al carecer de hojas individuales, el resorte monohojal evita la fricción. [8]
Se anuncia que los resortes de FRP tienen un ciclo de vida excepcional y resistencia a la corrosión. [8] Una prueba de GM que comparó los resortes del Corvette de tercera generación encontró que la falla de los resortes de acero de múltiples hojas era probable después de 200,000 ciclos de recorrido completo. El resorte de láminas de FRP de reemplazo no mostró pérdida de rendimiento después de dos millones de ciclos completos. [9]
El embalaje se cita tanto como una ventaja como una desventaja del resorte de láminas de FRP transversal, en comparación con los resortes helicoidales, dependiendo de la aplicación. El resorte de FRP generalmente se coloca bajo en la suspensión, lo que resulta en un centro de gravedad bajo. También permite a los fabricantes evitar los montajes de resorte altos, lo que da como resultado un piso de carga más plano alrededor de la suspensión. [10] James Schefter informa que, como se usó en el C5 y Corvettes posteriores, el uso de resortes amortiguadores coilover OEM habría obligado a los ingenieros del chasis a levantar verticalmente las torres de choque o moverlas hacia adentro. En la parte trasera, esto habría reducido el espacio del maletero. En la parte delantera, esto habría interferido con el embalaje del motor. El uso del resorte de hoja permitió que el resorte se colocara debajo del chasis, fuera del camino, mientras se mantenía el diámetro del conjunto del amortiguador al del amortiguador, en lugar del amortiguador y el resorte. [12] Sin embargo, en otras aplicaciones, como los diseños de autos de carrera, la necesidad de abarcar todo el ancho del vehículo resultó en importantes limitaciones de diseño. Los resortes helicoidales y de torsión presentan mejores opciones de empaque para aplicaciones de carreras. Los resortes de FRP también tienen disponibilidad y selección limitadas en comparación con los resortes helicoidales. [13] También se ha citado un costo más alto como una desventaja, cuando se comparan resortes de FRP con resortes helicoidales en automóviles de producción de carretera. [14]
Propiedades
Una ventaja de los resortes de láminas transversales de FRP, cuando se apoyan con soportes pivotantes muy espaciados, es la capacidad de reemplazar la barra estabilizadora. Por lo general, los resortes que proporcionan una velocidad de desplazamiento suficiente necesitan un resorte suplementario (la barra estabilizadora ) para aumentar la velocidad de balanceo de la suspensión . El acoplamiento de los dos lados de la ballesta transversal a través del vehículo da como resultado un comportamiento similar a una barra estabilizadora. Los ingenieros de Corvette han citado esta propiedad por permitir el uso de una barra estabilizadora más ligera, [9] e incluso eliminar la barra estabilizadora trasera en algunas versiones del Corvette de séptima generación. [15]
Cuando cualquiera de las ruedas se desvía hacia arriba, el tramo central del resorte (la parte entre los soportes pivotantes) se desvía hacia abajo. Si ambas ruedas se desvían hacia arriba al mismo tiempo (por ejemplo, al golpear un bache en la carretera), la sección central se dobla uniformemente entre los soportes de pivote. En un rollo, solo una rueda se desvía hacia arriba, lo que tiende a formar el centro del resorte en una curva en forma de S. El resultado es que la velocidad de las ruedas de un lado de la suspensión depende del desplazamiento del otro lado. [8] [9] [13] La medida en que el resorte actúa como una barra estabilizadora depende de la distancia entre los soportes de pivote y su rigidez. [8]
Un resorte plano y rectangular simplificado ilustra este principio. Desviar el lado derecho del resorte da como resultado que el lado izquierdo se eleve. En comparación, un soporte central rígido (Corvettes de segunda y tercera generación y otros autos) no muestra movimiento en un lado cuando el otro se desvía. [6]
Aplicaciones
Varios fabricantes han producido vehículos o conceptos que utilizan suspensiones delanteras o traseras independientes apoyadas por ballestas transversales que tienen un efecto antivuelco.
- Chevrolet Corvette: C4 1984–1996 (solo en la parte delantera, el resorte trasero montado en el centro no tenía el efecto antivuelco), C5 – C7, 1997–2019 (delantero y trasero).
- Coches de plataforma GM W : primera generación (Lumina, Grand Prix, Regal, Cutlass Supreme).
- Automóviles con plataforma GM E : (Eldorado, Toronado, Riviera, Reatta, Allante). [dieciséis]
- Volvo 960 (desde el año de modelo 1995) renombrado a S90 (sedán) / V90 (wagon) desde el año de modelo 1997 a 1998. [17]
- Volvo XC90 (segunda generación). [18] [19]
- Furgonetas Mercedes-Benz Sprinter (solo delante, Hotchkiss detrás). [20]
- Opel GT : 1969–1973 (solo delantero), brazo de remolque con resortes helicoidales, barra Panhard (trasero).
- Smart ForTwo Mk1-Mk3 (usado con MacPherson Struts). [21]
- Coche Volkswagen de 1 litro , prototipo. [22]
- Indigo 3000 , un roadster de bajo volumen de fabricación sueca. Debido a las propiedades antivuelco de la ballesta transversal, el automóvil no emplea una barra estabilizadora delantera separada. [23]
- El Fiat 128 usó un sistema similar con un resorte de acero de múltiples hojas más tradicional, pero configurado con dos pivotes para proporcionar el efecto antivuelco. [24]
- Algunos modelos posteriores de Triumph Spitfire y Triumph GT6 utilizaron ballestas de acero transversales traseras con soportes de pivote antivuelco.
- Suspensión delantera de ballesta transversal y eje sólido de los primeros automóviles Ford .
Varias compañías automotrices han presentado patentes para diseños de suspensión que utilizan un resorte de láminas compuesto transversal soportado de una manera similar a la del Corvette.
- Ford Global Technologies, 2006, patente n. ° 7029017, Suspensión de rueda para un vehículo de motor con ballesta transversal . [25]
- Porsche AG, 2000, patente n. ° 6029987, Eje delantero para vehículo de motor . Describe un sistema de suspensión de puntales apoyado por un sistema de ballestas transversales en gran medida el mismo que el utilizado por el Corvette. La patente de Porsche menciona los beneficiosos efectos estabilizadores de esta disposición. [26]
- Honda, 1992, suspensión de tipo ballesta transversal , patente # 5141209. [27]
- DaimlerChrysler, 2004, patente n. ° 6811169, diseño de resorte compuesto que también realiza la función del brazo de control inferior para un sistema de suspensión convencional o activo . [28]
- ZF lanzó un concepto de diseño de suspensión trasera, en octubre de 2009, utilizando una suspensión trasera compuesta basada en resortes. La suspensión basada en puntales utiliza un resorte de ballesta transversal para funcionar como resorte de conducción y antivuelco. El concepto ZF se diferencia del sistema utilizado en el Corvette al utilizar la ballesta como uno de los enlaces de suspensión. [29] [30]
Ver también
- Ballesta
Referencias
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Sin embargo, si estuviera involucrado en el diseño de un nuevo vehículo de pasajeros, consideraría seriamente el uso de un resorte de lámina simple compuesto transversal de vidrio unidireccional o filamento de carbono en una matriz epoxi. Esta sería la configuración de resorte práctica más ligera y, aunque las limitaciones de espacio parecerían limitar su uso en carreras, debería ser perfectamente factible en vehículos de carretera, desde grandes camiones hasta pequeños automóviles de cercanías. (Desde que escribí este párrafo, el Corvette de nueva generación ha salido con un resorte de este tipo para controlar sus sistemas de suspensión independientes, en ambos extremos del automóvil).
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