Suspensiones Activas



Por tradicion el tipo de suspension que es colocados en los coches es la suspension pasiva. Resumiendo consiste en un sistema de muelle-amortiguador que busca absorber las irregularidades de el suelo. Este tipo de suspension no logra un resultado satisfactorio. Esto es como consecuencia que, asi como a nivel de confort de los tripulantes una suspension blanda es la ideal, no lo es tanto a nivel de seguridad pues es producido un balanceo excesivo en curvas y es favorecido el cabeceo durante la frenada. Esto podria ser peligroso para la seguridad de los tripulantes.

La solucion a esta falta de seguridad pasaria por el uso de una suspension mas rigida, que podria controlar de mejor forma el balanceo en curva y el cabeceo, pero que, disminuiria en gran manera el confort de los tripulantes.
Este problema se resuelve parcialmente por un sistema de suspension que posibilite lograr una solucion de compromiso aceptable entre la seguridad y el confort en la conduccion.

Para solucionar el concerniente conflicto entre el soporte de carga efectivo, el confort del coche, al mismo tiempo que se mantiene un contacto suficiente entre neumaticos y es eliminado el balanceo en curva y cabeceo en la frenada, es desarrollada la suspension activa.
La suspension activa brinda una solucion tecnologica bastante avanzada para lograr este reto. Estos sistemas son presentados como una respuesta a la necesidad para desarrollar coches seguros y capaces de combinar grandes niveles de confort, control y maniobrabilidad.
Las suspensiones activas tienen un sistema con un actuador hidraulico que puede crear fuerzas para compensar el balanceo y cabeceo del coche.
Un computador electronico es encargado de monitorizar en todo momento (mediante sensores), el perfil de la carretera y envia señales electricas a las suspensiones delantera y trasera. Aqui es donde los componentes hidraulicos, consistentes en bombas, actuadores y servovalvulas, actuaran conservando un nivel maximo de estabilidad.

Las suspensiones de hoy en dia estan diseñadas para trabajar de forma progresiva, posibilitando una mejor adaptacion a el nivel de carga del coche. Generalmente los amortiguadores tienen una caracteristica de amortiguacion especifica, y por tanto, sus posibilidades de ajuste estan limitadas a las diferentes cargas y condiciones de la carretera.

Si bien en las suspensiones activas esta caracteristica de amortiguamiento es regulable gracias al sistema hidraulico y es conseguido un reposicionamiento de la carroceria de forma casi perfecta.
Uno de los parametros que muestra la calidad de una suspension activa o semiactiva es el tiempo de respuesta. Cuanto menor sea, de forma mas rapida podra reaccionar la suspension ante una irregularidad de el camino, una frenada o una girada agresiva.

El tiempo de respuesta nos muestra el ancho de banda. Si este abarca un rango de frecuencias de hasta 3 o 5 Hz. el sistema de suspension es llamado de baja frecuencia (Low Bandwidth Systems), mientras que si el rango abarca frecuencias mas elevadas, hasta 10 o 12 Hz., es llamado de alta frecuencia (High Bandwith Systems).
El sistema de suspension pasiva funciona para un rango alto de frecuencias como asi tambien para uno bajo. La suspension activa puede realizar el control de ambos rangos.
A pesar de que el sistema para altas frecuencias ya se ha diseñado, aun no fue implementado, como consecuencia del costo que supone. Lo que se esta usando ahora son las suspensiones semiactivas, que controlan las bajas frecuencias con elementos activos y las altas con pasivos.

Sistemas de ancho de banda a baja frecuencia

Se ademas llamados slow active, semi active o band-limited.
Generalmente consiste en un actuador en serie con un amortiguador y un muelle.
El sistema hace posible controlar vibraciones en un rango de frecuencias de hasta 3-5 Hz, que corresponden al balanceo en curva y cabeceo durante la frenada, principalmente.
En rangos de frecuencias mas altas el actuador se bloquea dejando en funcionamiento, solamente, el muelle y el amortiguador, es decir, el nuevo conjunto se convierte en un sistema de suspension pasiva.

Hoy en dia existen 2 sistemas de ancho de banda a baja frecuencia que se desarrollan en coches fabricados en serie. Se trata de los sistemas construidos por Citroën (Sistema de Control Activo del Balanceo SC.CAR) y Mercedes Benz (Active Body Control). El primero de ellos consiste en sustituir el muelle y amortiguador por un actuador neumatico y, el segundo, no lo sustituye, consta de un cilindro hidraulico dinamicamente regulable alineado con un muelle helicoidal y paralelo a un amortiguador.
Los dos sistemas se controlan, tal y como ya se ha dicho, de forma electronica.
Para generar las fuerzas de compensacion es necesario comprimir los muelles para lo cual se requiere mucha energia.

Sistemas de ancho de banda a alta frecuencia

Se ademas llamados fully active suspensions. Con este metodo se puede realizar el control de tanto las altas frecuencias (de 10 a 15 Hz) como las bajas frecuencias (de 3 a 5 Hz), por eso no existe el control pasivo tal y como ocurre en el caso anterior.
Generalmente este sistema consiste en la sustitucion del muelle y el amortiguador por un accionador hidraulico que es encargado de ejercer las fuerzas de compensacion, tanto para la reposicion de la carroceria en el balanceo en curva y el control de balanceo en la frenada, como para aislar la carroceria de las irregularidades de el suelo. En el esquema de la figura se muestra el funcionamiento.
Asi este sistema esta poco desarrollado y hoy en dia aun no se comercializa en los coches fabricados en serie, como consecuencia de el alto costo de implantacion y a que el consumo de energia es excesivamente alto.

Sistema SC.CAR

Todos los sistemas de suspension de Citroën tienen instalados un sistema de suspension neumatica. Cada rueda se encuentra conectada a un muelle neumatico, el cual posee forma de esfera de acero presurizada. La esfera esta llena de gas (nitrogeno) y de aceite separados mediante un diafragma de goma que se encuentra flotando. La presion del gas cuando no hay carga esta entre 400 y 800 kPa. Cuando la rueda esta cargada el aceite comprime al gas. Esto ocurre porque un piston conectado a las ruedas desplaza el aceite. Entre el piston y la esfera de gas se encuentra una valvula amortiguadora.
La novedad primera que presenta el sistema SC.CAR, es la conexion de cada una de las ruedas a una bomba hidraulica de alta presion (mayor de 2500 kPa) que se mueve gracias al motor. Cada una de las unidades tiene entre ella y la bomba una valvula de control sensible a la altura.
Las valvulas hace posiblen que un fluido circule por esa unidad cuando detectan que la altura de marcha es demasiado baja, debido por ejemplo a un aumento de carga o a un pasajero extra. Cuando la carga se reduce, las valvulas hace posiblen el paso de un exceso de fluido, que en este caso retorna al tanque de reserva.

La capacidad de la bomba no posee que ser muy elevada, generalmente es empleado la misma que la usada para proporcionar presion a los frenos.
Para una absorcion normal de las irregularidades de el suelo y de la inercia producida por la carga el sistema opera como si la suspension fuera neumatica simplemente. Ahora bien, para corregir errores de altura elevados y cambios en la carga estatica, entra en juego la parte activa del sistema. Esto hace posible que las frecuencias de la suspension sean constantes.

Para evitar los problemas que aparecen al tomar una curva y los de cabeceo al frenar, el sistema SC.CAR ha creado un sistema que reacciona de forma tan rapida que le es posible de eliminar estos efectos. Asi se consigue una suave amortiguacion que favorece el confort de conduccion.
En el interior de la valvula de control se encuentran 3 elementos: la masa pendular, el amortiguador y el muelle secundario. Estos captan el movimiento de las ruedas, diferenciando si es debido a baches o a giros, para que la valvula actue en consecuencia.

Sistema ABC

El Active Body Control es un sistema activo de suspension y amortiguacion. De toda la parte portante estatica y dinamica se encargan cuatro patas telescopicas dispuestas en las ruedas. En cada pata telescopica hay un cilindro dinamicamente regulable (embolo buzo) alineado con un muelle helicoidal y paralelo a un amortiguador. Los cilindros hidraulicos generan al desplazarse fuerzas que contrarrestan los movimientos de la rueda.

El ABC incluye las siguientes funciones adicionales: 

  • La variacion de nivel hace posible una operacion manual y automatica en funcion de la velocidad de subida / bajada del nivel del coche. 

  • La regulacion de nivel controla, segun el respectivo estado de marcha y carga, el nivel del coche en los ejes delantero y trasero, conservandolo constante.

El sistema ABC incluye un sistema hidraulico que es encargado de generar lasfuerzas de compensacion, a traves de los cilindros hidraulicos.
Posee tambien un sistema electronico que sera el que se encargue de monitorizar las fuerzas de balanceo y realizar el calculo de las fuerzas de compensacion a aplicar por el sistema hidraulico.

La suspension y la amortiguacion en el sistema ABC es asumida, para los movimientos de la carroceria de baja frecuencia, (de hasta aproximadamente 5 Hz) por parte de un cilindro regulador hidraulico (cilindro de inmersion) en cada pata telescopica. Este cilindro regula adicionalmente el punto de pie del muelle helicoidal.

De esta manera son reducidos al minimo los siguientes movimientos de la carroceria y se amortiguan optimamente:

  • Movimientos en direccion vertical del eje del coche originados sobretodo por las irregularidades de la calzada.

  • Movimientos alrededor del eje transversal del coche (cabeceo) originados al frenar y acelerar, asi como por ondulaciones de la calzada.

  • Movimientos alrededor del eje longitudinal del coche (balanceo) originados sobretodo por la circulacion en curvas y por una calzada desigualmente llana a izquierda y derecha.

Las oscilaciones de mayor frecuencia de las ruedas se aislan y amortiguan respecto a la carroceria, de forma convencional mediante elementos pasivos (muelles de acero y amortiguadores con un ajuste uniforme).

El sistema ABC es un sistema de suspension con sustentacion integral.
El sistema mantiene constante el nivel del coche estando en marcha el motor, independientemente de la carga. Para ello, la bomba de embolos radiales suministra aceite a traves de las unidades de valvula a las patas telescopicas, hasta que se ha ajustado el nivel del coche. El nivel del coche en los ejes delantero y trasero es registrado respectivamente mediante dos sensores de nivel y es transmitido a la unidad de control ABC: La regulacion del nivel en las distintas patas telescopicas posee lugar mediante dos valvulas reguladores respectivamente, en las unidades de valvulas de los ejes delantero y trasero.



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